JP6687981B2 - 制御タイミング補正装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、抄紙設備等の機械の動作を制御するプロセスコントローラの制御信号のデータ、および機械や製造物の動作を記録するカメラによる画像データを用いて、各制御対象物の制御タイミングを補正する制御タイミング補正装置に関する。

たとえば、抄紙設備では、機械に取り付けられたセンサーにより動作を把握することが一般的である。しかし、センサーの取り付けが困難な可動部の場合には、その箇所の動作タイミングを把握することができない。より具体的に、インクのにじみ防止や印刷適性向上を目的として、紙の表面に塗工を施すコータマシンでは、塗工パートの前にロールの紙をつなぎ合わせる自動接合装置を有している。自動接合装置は、塗工パートの前で速度を落とさず、古いロールから新しいロールに連続的に紙継ぎを行う。

自動接合装置の動作は、糊を付けたロールが回転し、押付ロールに達したときに、押しつけられた古い紙が新しい紙に糊付けされる。その後にナイフが作動し、古い紙を切断し、古い紙が巻き込まれないようにエアージェットで古い紙の先端を空気圧で下に落とす。この一連の動作により紙継ぎを行うのが自動接合装置である。この全接合工程は１秒も満たないため、各動作タイミングにずれが生じると接合失敗になるおそれがある。

機械の動作タイミングが重要な設備では、各可動部のセンサー信号により動作タイミングを調整するが、センサーがない機械動作については実際の動作タイミングが分からず、調整が困難である。また、経年劣化やメンテナンスの状況によって、機械の動作遅れは徐々に変動する。

特開２０００−１５４４８９号公報

実施形態は、経年変化やメンテナンスの状況等によらず、確実にタイミング制御を行うことができる制御タイミング補正装置を提供する。

実施形態に係る制御タイミング補正装置は、第１制御対象のための第１制御指令信号の第１タイミングと、前記第１タイミングに応じて前記第１制御対象が実際に動作したタイミングである第２タイミングと、を入力して、前記第１タイミングおよび前記第２タイミングを前記第１制御対象に関連付けて記憶する記憶部と、前記第１タイミングおよび前記第２タイミングを読み出して、時間遅れを検出する時間遅れ検出部と、前記第２タイミングの前記第１タイミングからの遅れ時間が、第１所定値よりも遅い場合に、前記遅れ時間が前記第１所定値に等しくなるように、前記第１制御指令信号の出力タイミングを補正するタイミング補正部と、を備える。前記第２タイミングは、カメラによって時系列で撮影された複数の画像データにもとづいて検出される。

本実施形態では、上記のような課題を解決するためになされたものであり、タイミング補正部によって、制御タイミング信号と作動タイミング信号との遅れ時間を補正することができるので、経年変化やメンテナンスの状況等によらず、確実にタイミング制御を行うことができる。

実施形態に係る制御タイミング補正装置を例示するブロック図である。 実施形態の制御タイミング補正装置のフレーム間変化検出部の動作を説明するための概念図である。 実施形態の制御タイミング補正装置の動作を説明するためのタイミングチャートの例である。 実施形態の制御タイミング補正装置によって生成されるタイミングの特性例のグラフである。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。

図１は、実施形態に係る制御タイミング補正装置を例示するブロック図である。
図１に示すように、制御タイミング補正装置１０は、カメラ２０およびプロセスコントローラ３０にそれぞれ接続されている。プロセスコントローラ３０は、さらに１つ以上のセンサー４１および１つ以上のアクチュエータ４２ａ，４２ｂに接続されている。たとえば、センサー４１は、対応するアクチュエータ４２ａやアクチュエータ４２ａによって駆動される制御対象物の動作の有無を検出する。カメラ２０は、アクチュエータ４２ｂやアクチュエータ４２ｂによって駆動される制御対象物の動作に関する画像データを取得する。

制御タイミング補正装置１０は、カメラ２０から供給される画像データ、プロセスコントローラ３０から供給されるセンサー４１のアクチュエータ４２ａやその制御対象物の動作検出のデータ、およびアクチュエータ４２ａ，４２ｂに対する制御指令信号のデータを入力する。制御タイミング補正装置１０は、これらのデータの遅れ時間や間隔時間を計算して、適切な値となるように補正する。制御タイミング補正装置１０は、補正された制御指令信号のデータを補正指令としてプロセスコントローラ３０にフィードバックして、各アクチュエータ４２ａ，４２ｂが適切な動作をするように設定する。

制御タイミング補正装置１０は、記憶部１２と、フレーム間変化検出部１３と、機械遅れ検出部１４と、タイミング補正部１５と、制御部１６と、を備える。記憶部１２、フレーム間変化検出部１３、機械遅れ検出部１４およびタイミング補正部１５は、制御部１６と相互に接続されている。

記憶部１２は、画像データ、センサー４１によるアクチュエータ等の動作のデータおよび制御指令信号のデータを記憶する。記憶部１２は、これらのデータをアクチュエータごとに関連付けて記憶する。カメラ２０によって取得される画像データは、時系列で取得される動画データである。これらのデータは、時系列のタイミングに同期して記憶される。これらのデータは、時間に同期して記憶部１２から読み出すことができる。

フレーム間変化検出部１３は、記憶部１２に接続されている。フレーム間変化検出部１３は、記憶部１２から供給される時系列の画像データを入力して、画像解析を行う。フレーム間変化検出部１３は、時系列の画像データを解析することによって、アクチュエータやアクチュエータによる制御対象物の動作有無を判断する。

図２は、実施形態の制御タイミング補正装置のフレーム間変化検出部の動作を説明するための概念図である。
図２には、抄紙設備の場合において、カメラ２０によって、２つの制御対象物の動作を検出することが示されている。ここでは、抄紙設備のうち自動接合装置の例について説明する。制御対象物として、「ナイフ」および「エアージェット」を取り上げる。なお、制御対象物は、「ナイフ」や「エアージェット」に限られないことは言うまでもない。

自動接合装置では、糊を付けたロールが回転し押付ロールに達したときに、押しつけられて古い紙と新しい紙が糊付けされる。その後にナイフが作動し、古い紙を切断し、古い紙が巻き込まれないようにエアージェットで古い紙の先端を空気圧で下に落とす。

図２に示すように、制御対象物の位置は、たとえば、解析する画像データの中で、座標を指定する等によって画像解析範囲として設定される。この例では、画像解析範囲１には、ナイフの先端付近の範囲が設定され、画像解析範囲２には、エアージェットが吹き付けられるペーパーの部分の範囲が設定されている。

図２の下段のグラフは、設定された画像解析範囲１，２の画像データの解析結果の時系列のデータ（時間変化）を示している。画像解析範囲１における画像データは、ナイフが作動して初期の位置から切断対象の紙を切断する位置に移動する様子が時系列で取得される。

時刻ｔ０からｔ１では、画像解析範囲１の画像データに変化はないが、時刻ｔ１を超えたときに、画像データに変化が生じる。この変化は、制御対象物であるナイフが作動したものと判定されることができる。たとえば、ナイフの先端が位置ｋに達したときに、ナイフが作動したと、判定することができる。ナイフ作動の判定時刻はｔ２である。

画像解析範囲２における画像データは、エアージェットが作動してエアーを吹き付けられた紙が下方へ落ちる様子として時系列で取得される。

時刻ｔ０からｔ３では、画像解析範囲２の画像データに変化はないが、時刻ｔ３を超えたときに、画像データに変化が生じる。この変化は、制御対象物であるエアージェットが作動して、紙が下方に落下したものと判定される。たとえば、吹き落とされた紙の位置が位置ｐに達したときに、エアージェットが作動したと、判定することができる。エアージェット作動の判定時刻はｔ４である。

このように、フレーム間変化検出部１３は、取得した時系列の画像データを基準フレームの画像データと比較する。フレーム間変化検出部１３は、基準フレームの画像データからあらかじめ設定された値に達したり、あらかじめ設定された変化率となった場合等に、制御対象物が作動したと判定する。フレーム間変化検出部１３は、作動判定をした場合に、作動信号を出力する。この例では、フレーム間変化検出部１３は、時刻ｔ２においてナイフの作動タイミング信号Ｓｋを出力し、時刻ｔ４においてエアージェットの作動タイミング信号Ｓｐを出力する。

図１に戻って説明を続ける。機械遅れ検出部１４は、フレーム間変化検出部１３および記憶部１２に接続されている。機械遅れ検出部１４は、フレーム間変化検出部１３から制御対象物の作動タイミング信号Ｓｏを供給される。機械遅れ検出部１４は、記憶部１２から制御対象物に対する制御タイミング信号Ｓｃを供給される。機械遅れ検出部１４は、記憶部１２から制御対象物のセンサー４１による作動タイミング信号Ｓｓを供給される。

機械遅れ検出部１４は、センサー４１によって取得されたアクチュエータ４２ａに関する遅れ時間を計算する。機械遅れ検出部１４は、制御タイミング信号Ｓｃとセンサーからの作動タイミング信号Ｓｓとにもとづいて、遅れ時間を検出することもできる。

機械遅れ検出部１４は、センサーを設置することが困難な位置に設けられたアクチュエータ４２ｂに関して、遅れ時間Ｔを計算する。機械遅れ検出部１４は、制御タイミング信号Ｓｃ、とフレーム間変化検出部１３によって生成された作動タイミング信号Ｓｏと、にもとづいて、遅れ時間（機械遅れ時間）Ｔを計算する。

本実施形態の制御タイミング補正装置１０では、センサーを設置することが物理的に困難な制御対象物であっても、カメラ２０によって時系列の画像データを取得し、フレーム間変化検出部１３によって、実際の作動タイミングを計算することができる。そのため、このような制御対象物であっても、制御タイミングと実際の作動タイミングとの間の遅れ時間を計算することができる。

タイミング補正部１５は、機械遅れ検出部１４から遅れ時間のデータを供給される。タイミング補正部１５は、供給された遅れ時間のデータが所定の値を逸脱した場合には、遅れ時間が所定の値となるように補正する。タイミング補正部１５は、補正をする場合には、プロセスコントローラ３０に対して、制御タイミングを修正するように指令する。プロセスコントローラ３０では、制御タイミングを早めて、遅れ時間が所定の値となるようにプログラムのデータを更新する。

制御部１６は、記憶部１２、フレーム間変化検出部１３、機械遅れ検出部１４およびタイミング補正部１５をそれぞれ制御する。制御部１６は、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit）等である。制御部１６は、たとえば記憶部１２や他の記憶装置に格納されたプログラムの各ステップに応じて、記憶部１２、フレーム間変化検出部１３、機械遅れ検出部１４およびタイミング補正部１５に対して適切な動作を指令する。

図３は、本実施形態の制御タイミング補正装置の動作を説明するためのタイミングチャートの例である。
図３には、上述した具体例の場合の各信号のタイミングが示されている。図３を用いて、制御タイミング補正装置１０の動作をより具体的に説明する。

図３に示すように、ナイフについては、画像解析によって作動タイミング信号Ｓｏのタイミングｔ１２が計算される。作動タイミング信号Ｓｏのタイミングｔ１２は、プロセスコントローラ３０の制御タイミング信号Ｓｃのタイミングｔ１１と比較され、その差分から機械による遅れ時間Δｔｋが算出される。

エアージェットについては、エアーを吹き付けられた紙の動きの画像解析によって、作動タイミング信号Ｓｏのタイミングｔ１４が計算される。このタイミングｔ１４は、プロセスコントローラ３０の制御タイミング信号Ｓｃの出力のタイミングｔ１３と比較され、その差分から機械による遅れ時間Δｔｐが算出される。

遅れ時間Δｔｋ，Δｔｐについては、あらかじめ設定された最適値が記憶部１２に格納されている。タイミング補正部１５は、計算された遅れ時間Δｔｋ，Δｔｐと設定されている最適値とをそれぞれ比較する。タイミング補正部１５は、計算された遅れ時間Δｔｋ，Δｔｐが最適値となるように、プロセスコントローラ３０にフィードバックする。

エアージェットやナイフの動作遅れ時間Δｔｋ，Δｔｐが変化した場合、抄紙機は、オペレータが意図した「ナイフ／エアージェットの間隔時間Ｔｋｐ」とは異なる間隔で動作することがある。本実施形態の制御タイミング補正装置１０では、各動作遅れ時間を監視し、現在の設定値との差異をプロセスコントローラ３０に戻すことにより、次回以降で常にオペレータが意図した間隔時間Ｔｋｐで動作するように補正するようにもできる。

図４は、制御タイミング補正装置によって生成されるタイミングの特性例のグラフである。
多くの場合には、各機械動作の間隔時間は、オペレータが設定する。オペレータは、銘柄や坪量等を考慮してライン速度を設定する。ライン速度は、紙の銘柄や坪量に応じてライン速度が設定されている。オペレータは、自身の経験や製造仕様書に設定されている銘柄の指定等にもとづいて、間隔時間を決定する。オペレータは、手動で何度か間隔時間を変更して試験的にラインを流してみることによって、最適な間隔時間を設定する。

しかしながら、このような作業は、多数のトライアンドエラーを要し、製造ラインの生産性を落とすので、改善することが求められている。本実施形態の制御タイミング補正装置１０では、銘柄および坪量を設定することによって、自動的に、ライン速度に応じた時間間隔を設定することができる機能を有する。

図４の上段の図は、坪量が設定された場合のライン速度の特性であり、銘柄ごとにあらかじめ設定されている。この特性は、たとえば記憶部１２に格納されており、間隔時間設定時に、タイミング補正部１５によって読み込まれる。

図４の下段の図の特性は、制御タイミング補正装置１０によって銘柄ごとに取得される。具体的には、銘柄ごとに設定された坪量およびライン速度に対して、タイミング補正部１５は、仮に間隔時間を設定する。仮の間隔時間は、複数設定される。タイミング補正部１５は、仮に設定された間隔時間で試験動作し、問題なく動作した間隔時間をプロット（記憶）する。タイミング補正部１５は、作成したプロットにもとづいて、図４の下段のような特性図を得る。この特性は、記憶部１２に格納される。

本実施形態の制御タイミング補正装置１０では、タイミング補正部１５は、ライン稼働時に上述で得られた特性図（銘柄特性）を記憶部１２から読み込んで、間隔時間を設定することができる。

銘柄Ａで坪量Ｄ１の場合、最適なライン速度はＳ１であり、最適な機械動作の間隔時間はＴｋｐ１となる。銘柄Ｂで坪量Ｄ２の場合、最適なライン速度はＳ２であり、最適な機械動作の間隔時間はＴｋｐ２となる。つまり、機械動作間隔時間の特性から、銘柄と坪量の指定だけで、最適な機械動作間隔時間を算出できる。同様に、銘柄Ｂで坪量Ｄ２の場合、最適な機械動作の間隔時間はＴｋｐ２となる。

制御タイミング補正装置１０では、プログラムで設定された制御タイミングと、実際の制御対象物の作動タイミングとの間にずれが生じたことによって、間隔時間が最適値からずれた場合の補正の基準とすることもできる。

以上説明した実施形態によれば経年変化やメンテナンスの状況等によらず、確実にタイミング制御を行うことができる制御タイミング補正装置を実現することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

１０ 制御タイミング補正装置、１２ 記憶部、１３ フレーム間変化検出部、１４ 機械遅れ検出部、１５ タイミング補正部、１６ 制御部、２０ カメラ、３０ プロセスコントローラ

Claims (3)

1. 第１制御対象のための第１制御指令信号の第１タイミングと、前記第１タイミングに応じて前記第１制御対象が実際に動作したタイミングである第２タイミングと、を入力して、前記第１タイミングおよび前記第２タイミングを前記第１制御対象に関連付けて記憶する記憶部と、
   前記第１タイミングおよび前記第２タイミングを読み出して、時間遅れを検出する時間遅れ検出部と、
   前記第２タイミングの前記第１タイミングからの遅れ時間が、第１所定値よりも遅い場合に、前記遅れ時間が前記第１所定値に等しくなるように、前記第１制御指令信号の出力タイミングを補正するタイミング補正部と、
   を備え、
   前記第２タイミングは、カメラによって時系列で撮影された複数の画像データにもとづいて検出される制御タイミング補正装置。
2. 前記記憶部は、第２制御対象のための第２制御指令信号の第３タイミング、および前記第２タイミングに応じて前記第２制御対象が実際に動作したタイミングである第４タイミングを入力して、前記第３タイミングおよび前記第４タイミングを前記第２制御対象に関連付けて記憶し、
   前記タイミング補正部は、前記第２タイミングと前記第４タイミングとの時間差が第２所定値となるように前記第１制御指令信号および前記第２制御指令信号の出力のタイミングを補正する請求項１記載の制御タイミング補正装置。
3. 前記記憶部は、銘柄ごとのライン速度と坪量との関係データを有しており、
   前記タイミング補正部は、前記関係データにもとづいて、前記第２タイミングおよび前記第４タイミングのための最適値を計算する請求項２記載の制御タイミング補正装置。

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