JP6695330B2 - スプール上にワイヤを正しく巻き取るための方法およびマシン - Google Patents

Description

本願発明は、スプール上にワイヤを正しく巻きとるための方法に関する。

ちなみに本願の文脈において、ワイヤと呼ぶのは、絶縁性または非絶縁性金属ワイヤ、絶縁性または非絶縁性ストランド、ロープ、フィラメント、グラスファイバー等であることを指摘しておく。

周知のように、巻き線の山および谷は、スプールコアの表面の不規則性、ワイヤレイヤーの重なりの進行、ワイヤ経路の問題による巻き取りテンションの緩み等によって生じる。

山および谷の形成はまたフランジの不正確な位置によりスプールのフランジ部でも起こり得る。それは、例えば、スプールの有効巻き取り幅が、スプールタイプを考慮してプリセットしたものと異なる場合である。

山および谷の形成は、フランジジオメトリの不規則性の可能性（例えば、変形したフランジの存在）によって、または、ワイヤの直径または円周サイズに比べ、コア、スプールおよびフランジ間のフィッティングが大きいことにより、促進される。また、フランジは、ワイヤのかせの引っ張りによるスプールの充填進行中にも変形しうる。

山および谷の形成の他の原因は、例えば、ワイヤディスペンスデバイスの移動方向の反転によるワイヤの緩みおよび／または移動遅延、または、サイズによるワイヤ分配の不規則性が挙げられる（例えば、直径の大きいワイヤは、制御が困難な慣性を有する傾向がある）。

また、巻き取り動作には、断面積と無関係に、一定のデータが存在することが知られている。すなわち、ワイヤは常に、ワイヤを分配するワイヤディスペンスデバイスの移動に関して遅れる傾向がある。この現象は、スプールから離れる方向にワイヤディスペンスデバイスがより遠くに移動するほど、かつ、ワイヤの断面積が大きいほど、より顕著になる。

標準的な応用において、ワイヤディスペンスデバイスがスプール回転に機械的に結合されている場合、および、ワイヤディスペンスデバイスが別々に制御されている場合の両方で、ワイヤディスペンスデバイスの線形移動速度は、配置されたワイヤの単一レイヤーを通じて一定のまま維持される。これは、結局、さまざまなレイヤーにおいて、巻き取りピッチに変更が存在しないことを意味する。さらに、スプールが徐々に充填している間に、ワイヤディスペンスデバイスの線形速度は、スプール上に巻かれたワイヤのかせの直径が増加するに従い、一定の巻き取りピッチを有するような方法で減少する。

例えば、米国特許第７３７０８２３号（出願人ＮＩＥＨＯＦＦ）には、
ワイヤ速度、
ワイヤディスペンスデバイス上に載置されたひとつ以上のセンサによって計算されまたは検出される巻き取り直径の値、
山および谷の形成を避けるために、相関された、スプール位置および角速度（速度または位置検出器によって検出される）を考慮したシステムが記載されている。

フランジにおいて、ひとつ以上のセンサを使用することにより、その位置の検出が可能となり、ふたたびワイヤ速度、巻き取り直径およびスプールの角度位置を考慮して、これらは山および／または谷の存在を画定するように相関され、谷を充填するためにワイヤディスペンスデバイスの方向を逆転するべく急に動くか（方向が逆転される時間を遅延させるか、デバイスの移動を停止することにより）、または、ワイヤを乗せない（前もって移動を逆転させることにより）。

米国特許第７３７０８２３号に記載されたシステムにより、スプール上でのワイヤ巻き取りの正確な制御が可能となるが、それは高価であり、速度センサによって制御が実行されるという事実のために、しばしば信頼性が低い。

したがって、本願発明の主な目的は、スプールでワイヤを正しく巻き取るための方法を与えることであり、それは、上述した問題点を克服し、同時に、実行が単純かつコスト効率が良い。

本願発明の方法は、巻き取り面上に山または谷の存在する状態で、よりよい品質のワイヤレイヤー、特に、非螺旋形状のワイヤレイヤーが得られ、かつ、スプールフランジでの巻き取り欠陥の補正を得るように、設計されている。

周知のように、螺旋形状は、ワイヤがその側面が互いに接触するように積層されたときに生じる。この場合、巻き取りピッチは、ワイヤの直径と等しい。通常、より良い巻き戻しを得るために、巻き取りピッチは、ひとつのレイヤーと他のレイヤーとの間で交差するパターンを作成するように増加する傾向がある（直径の約１．３から１．６倍）。

本願発明に従う方法は、異なるシステムに基づいており、それは、好適には、必須ではないが、同期電動モーター（特に、統合ドライブまたは空間のサイズおよび制御に関連して偏心されたドライブを有するブラシレスモーター）、ワイヤ引っ張り動作を測定するように設計された少なくともひとつのデバイス、および適当なセンサを利用する。特定の実施形態に従い、ワイヤ引っ張り動作を測定するのに適したデバイスは、ロードセルを有する。

他の実施形態（図示せず）に従い、ワイヤ引っ張り動作を測定するのに適したデバイスは、巻き取り装置を有する。

したがって、当該システムは、使用するモーターのタイプによる効果、スプールの存在をチェックするためのひとつ以上の制御センサの設置、および、進入ワイヤの線形速度（キャプスタンによって決定される）、計算された巻き線直径（サーボダイアメター(servodiameter)とも呼ぶ）および適当なセンサによって検出されたワイヤ引っ張り測定値の間の相関関係の組みあわせを使用する。特に、このセンサはロードセルである。

周知のように、サーボダイアメターは、スプール上にワイヤを巻き取るプロセス中に計算されるかせの直径である。

マシン内にスプールを搬入するステップの間、オペレータは、それを搬入装置上に配置し、マシンへの搬入を制御する（スプールは２つの端部間を閉じるために適当な高さに手動または自動的に持ってこられる）。この操作の最後に、搬入システムが下げられる前に、安全性の理由からスプール存在検出器のチェックを通じて、スプールの端部がフランジの位置を検出することにより適切にグリップされたことをチェックする。その後、収集されたデータがマシンに設定されたデータと比較され、製造段階で予め設定されたタイプと搬入されたスプールの同一性が認証される。

この操作が終了したとき、テストが肯定的であれば、搬入装置が下降される。

オペレータは、ワイヤをスプール上に縛り付け、巻き取りマシンは巻き取り操作を開始する準備が整う。

巻き取り動作は、ゼロの速度から所与の予め設定された製造速度まで、マシンを徐々に加速させて開始される。

巻き取り動作中、ジェネリックレイヤーにおいて、巻き取り速度は、設定された巻き取りテンション（ワイヤのタイプによって定義される）を維持するために、サーボダイアメター（計算された巻き線直径）とワイヤの線形速度とを相関させることによって計算される。設定された巻き取りテンションは、この引っ張り動作を測定するように設計された装置によって実行されるワイヤ引っ張り量を、予め設定された値と比較することにより制御される。

巻き取り線形速度を計算するために使用されるいくつかの方法は、
巻き取られたワイヤの線形速度および巻き取りスプールの角速度を測定する工程と（この測定は測定値の変動による計算違いを避けるために適切にフィルタリングされなければならない）、または
巻き取り開始時においてコイルの直径を使用し、続いてワイヤ引っ張り動作を測定することにより、かせの外径を補正する工程を含む。

ワイヤタイプに設定されるデータは、Ｎ／ｍｍ^２の単位で表現される。比較は、ロードセルによって実行されるワイヤ引っ張り動作の読み取りを実行するソフトウエアによって実行される。読み取りはワイヤの断面との比較によって補正される。

巻き取りながら、ワイヤディスペンスデバイスの横移動速度は、ワイヤ線形速度、サーボダイアメター、および、製造種類ごとに定義された巻き取りピッチを相関させることによって定義される。

山および谷、すなわち、サーボダイアメターに関連する巻き線直径の一時的な変化の存在下で、ワイヤ巻き取り動作は変化し、山または谷の存在として解釈される信号変化を生成し、それが、ワイヤディスペンスデバイスの移動速度の変化を生じさせる。

レイヤーが徐々に充填する間、横移動するワイヤディスペンスデバイスは、スプールのフランジに近接し、かつ、スプールの正しい挿入をチェックするべく理論的な反転位置がテストされている間に、保存された位置に対応する位置に近づく。

ワイヤディスペンスデバイスがこの理論位置に近づくとき、山または谷（したがって、サーボダイアメターに関連して巻き線の直径の一時的な変化）が検出されれば、ワイヤ引っ張り動作の変化は、山または谷の存在として解釈される。結果として、反転コマンドが前もって送られるか、理論的に遅延させることができる。この補正が実行されるところの領域は、マシン技術パラメータで定義され、それは、スプールの種類に関連している。

適切な制御方法が、山および谷の両方の正しい除去を保証するために、ワイヤ引っ張り動作の変更を正しく変換するように開発された。

また、ワイヤディスペンスデバイスの移動が、巻き取りステップ中に突如ブロックされるかもしれない。

そのような場合、ワイヤは、同じ位置に積層され、蓄積（いわゆるラフを形成）する。その結果、ワイヤ巻き取り動作が変化する。ワイヤ引っ張り動作の瞬間的な値はワイヤディスペンスデバイスの横移動速度値と相関される。それにより、ごみの生成を避け、かつ、蓄積後にワイヤが切れたときの事故損傷からマシンを保護するべく、マシンを停止させることができる。

本願発明に従い、独立項である請求項１に定義される方法、および、独立項に直接または間接的に従属する従属項のいずれかに記載の好適な方法が与えられる。

さらに、本願発明のさらなる目的は、スプール上にワイヤを巻き付けるためのマシンを提供することである。当該マシンは、スプール上にワイヤを正しく巻き取るための方法を実行するのに適している。

本願発明は、スプール上にワイヤを巻き取るための機械の実施形態の非限定的な例を示す添付図面を参照して詳細に説明される。

図１は、本願発明の主な目的である方法を実行するのに適した、スプール上にワイヤを正しく巻き取るためのマシンの略示図である。 図２は、図１に記載のマシンの詳細を拡大して示した図である。

図１において、符号１０は、スプール１００にワイヤを巻き取るためのマシン全体を指す。マシン１００上で、本願発明に従う方法が実行される。

マシン１０は、直列的に、以下に示すデバイスを有する。

（ａ）スプール１００の回りに巻き付けられるワイヤ（図示せず）の送りデバイス２０。当該送りデバイス２０は、周知の方法で、ベルト２５によって一緒にリンクされた一対のプーリー２３、２４によって、同期電動モーター２２（例えば、ブラシレスモーター）によって回転するように作成されたプルリング２１を有し、同期電動モーター２２は、相対エンコーダ２６に接続されており、電子ボード２７によって制御される。

（ｂ）ロードセル３００（図２）を有するアセンブリ。それにスピンドルが取り付けられ、その上にワイヤ移送プーリー３４が回転可能にマウントされている。

（ｃ）矢印（Ｆ１）、（Ｆ２）によって定義される２つの方向の一方に従って、軸線（Ｘ１）に沿ってプーリー４２の横移動を制御するためのウォームネジ４１を有するワイヤディスペンスデバイス４０。ウォームネジ４１はベルト４６によって一緒にリンクされた一対のプーリー４４、４５によって、同期電動モーター４３（例えば、ブラシレスモーター）により回転するように作成されている。同期電動モーター４３は、相対エンコーダ４７に接続されており、電子ボード４８によって制御される。

（ｄ）ワイヤのかせ（図示せず）が形成されるようワイヤ（図示せず）が巻き取られるスプール１００を有するスプールアセンブリ５０。スプールアセンブリ５０は、それぞれ同期電動モーター５１を有し、それは、ベルト５４によってリンクされた一対のプーリー５２、５３によって、スプール１００を軸線（Ｘ２）の回りに矢印（Ｒ）の方向に回転させる。同期電動モーター５１は、対応するエンコーダ５５に接続され、電子ボード５６によって制御される。

（ｅ）スプール１００の位置、および、かせを包含するフランジの構成を読み取るのに適したセンサ６０。特に、好適には、これに限定しないが、センサ６０はワイヤディスペンスデバイス４０上にはマウントされない。

ちなみに、エンコーダ２６、４７、５５にそれぞれ接続される電子ボード２７、４８、５６の各々は、電力制御機能（直流から交流電流へ変換する際に使用される）およびそれぞれのエンコーダ２６、４７、５５から受信するか、または、それへ送信されるデータのソフトウエア制御の機能の両方を実行する。

本願発明の好適な実施形態に従い、ＤＣバスアーキテクチャーが使用される。

しかし、より複雑な構造を使って、同様の動作が、ＤＣモーターおよびＡＣ／ＤＣコンバータによって、および、ＡＣモーターおよびＡＣ／ＡＣコンバータによって得られる。

電子ボード２７、４８、５６、ロードセル３００およびスプール１００のセンサ６０が、電子制御ユニット（ＣＣ）へ電子的に接続される。それは、マシン１０内にビルトインされてもされなくてもよい。電子制御ユニットは、マシン１０のコンポーネントを制御しかつ動作するためのすべての機能を管理する。

本願発明に従う方法は、
（ｆ１）専用式または手動入力されたデータによって、電子制御ユニットのオペレータパネル上でスプールの主要な幾何学的データを設定する工程と、
（ｆ２）マシン上にスプールを搬入する工程と、
（ｆ３）センサによってスプールのフランジの位置を取得する工程と、
（ｆ４）スプールの搬入が成功したか否か、および、スプールが所定のものであるか否かをチェックするために、実際のスプール位置を計算し、かつ、それを電子制御ユニットにおいて前もって設定したスプールデータと比較する工程と、
（ｆ５）チェックが肯定的であれば処理を続行し、さもなければ、警告信号によってプロセスを停止し、かつ、問題を報告する工程と、
（ｆ６）ワイヤをスプールに手動で縛り付ける工程であって、オペレータは特定のコマンドを作動させることにより生産を開始するところの工程と、
（ｆ７）サポート／ロードセルアセンブリの構成および構造ジオメトリに従って、ワイヤ引っ張り動作の開始量を読み取る工程と、
（ｆ８）スプールデータ、製造データ、および、引っ張り量の読み取りに従ってサーボダイアメターを計算する工程と、
（ｆ９）一定の巻き線引っ張り動作を維持するために、サーボダイアメターに従ってスプールモーターの速度を計算する工程と
を有する。

本願発明の方法は、谷エラーの存在の可能性または山エラーの存在の可能性を決定するために、ワイヤ巻き取りピッチに従い、および、所与の予め設定された設定値および許容値に関連して検出された引っ張りエラーに従い、ワイヤディスペンスデバイスを移動させるモーターの角速度を計算する工程をさらに含む点に特徴を有する。当該方法は、また、もし、谷エラーまたは山エラーがスプール巻き取り中に検出されれば、制御デバイスが、谷を充填するかまたは山をスキップするために、ワイヤディスペンスデバイスの速度を減速するか、または、加速するかを決定する点に特徴を有する。

本願発明に従う方法の主な利点は、その信頼性にある。また、本願発明の方法を実行するために、要求されるのは、少数のセンサの使用を想定した巻き取りマシンである。さらに、本願発明の解決手段により、巻き取りマシンのオペレータは、ワイヤディスペンスデバイスの反転位置を連続的にまたは頻繁に補正しなくてもよい。それにより、オペレータがひとつのマシンにかける時間を減らすことができる。このようにして、個々のオペレータはより多くの数の巻き取り装置を管理することが可能になる。

米国特許第７３７０８２３号明細書

Claims (6)

1. スプール上にワイヤを正しく巻き取るための方法であって、当該方法は、
   （ｆ１）電子制御ユニットに、前記スプールの予め定められた幾何学的データおよびスプールフランジの予め定められた位置を、手動または自動で設定する工程と、
   （ｆ２）マシン上に前記スプールを搬入する工程と、
   （ｆ３）センサによってスプールフランジの位置を検出する工程と、
   （ｆ４）検出された前記スプールフランジの位置と、前記電子制御ユニット内の前記予め設定されたスプールフランジの位置とを比較することにより、前記スプールの搬入が成功したか否か、および、前記スプールが所定のものと一致しているか否かをチェックする工程と、
   （ｆ５）前記チェックの結果が肯定的である場合には処理を継続し、前記チェックの結果が否定的である場合にはアラーム信号によって前記処理を停止して、問題を報告する工程と、
   （ｆ６）前記ワイヤを前記スプールに縛り付け、特定のコマンドを作動させることにより、生産を開始する工程と、
   （ｆ７）ワイヤの引っ張り動作を測定する装置により、前記ワイヤの引っ張り動作の値を測定する工程と、
   （ｆ８）前記電子制御ユニットによって、谷および／または山の存在を決定するために、ワイヤ巻き取りピッチ、および、前記引っ張り動作の測定値と予め設定された引っ張り動作の値とを比較して判定した引っ張りエラーに従って、ワイヤディスペンスデバイスを動かすモーターの角速度を計算する工程と、
   （ｆ９）前記スプールによる巻き取り中に、前記山および／または前記谷の存在が決定された場合、前記電子制御ユニットは、前記谷を充填するか、前記山をスキップするべく、前記ワイヤディスペンスデバイスを動かす前記モーターの前記角速度を減速するか加速するかを決定する工程と
   を備える方法。
2. 前記センサによって検出された前記スプールフランジの位置、および、前記引っ張りエラーの判定に従い、前記ワイヤディスペンスデバイスの反転位置を計算する工程をさらに備え、前記引っ張りエラーは、前記山および／または谷の存在を決定するのに使用され、その決定に従い前記反転位置が変更される、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記ワイヤの引っ張り動作を測定する装置は、少なくともひとつのロードセルを有する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記マシンおよび／または製造ラインを制御するための遠隔ユニットに対して、ケーブルデータ転送、または、無線データ転送を通じて、データを転送する工程をさらに備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. スプールにワイヤを巻き取るためのマシンであって、
   ワイヤ送りデバイスと、
   前記ワイヤの引っ張り動作を測定するための装置を有する測定アセンブリと、
   前記スプールの回転軸線と平行な横方向に移動可能なプーリーを有するワイヤディスペンスデバイスと、
   前記ワイヤが巻き付けられる前記スプールを有するスプールアセンブリと、
   スプールフランジの位置を検出し、かつ、前記マシン上に搬入された前記スプールの幾何学的データを収集するためのセンサと、
   前記ワイヤ送りデバイス、前記測定アセンブリ、前記ワイヤディスペンスデバイス、前記スプールアセンブリおよび前記センサに接続されて、前記スプールフランジの予め設定された位置データを格納しかつ前記センサによる検出結果に基づき前記プーリーの前記横方向の移動速度を制御するように構成された電子制御ユニットと
   を備え、
   前記電子制御ユニットは、谷および／または山の存在を決定するために、ワイヤ巻き取りピッチ、および、前記引っ張り動作の測定値と予め設定された引っ張り動作の値とを比較して判定した引っ張りエラーに従って、前記ワイヤディスペンスデバイスを動かすモーターの角速度を計算し、
   前記スプールによる巻き取り中に、前記山および／または前記谷の存在が決定された場合、前記電子制御ユニットは、前記谷を充填するか、前記山をスキップするべく、前記ワイヤディスペンスデバイスを動かす前記モーターの角速度を減速するか加速するかを決定するようにさらに構成されている、ことを特徴とするマシン。
6. 前記ワイヤの引っ張り動作を測定するための装置は、少なくともひとつのロードセルを含む、ことを特徴とする請求項５に記載のマシン。

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