JP6865914B1 - Tension control device, tension control program and storage medium - Google Patents
Tension control device, tension control program and storage medium Download PDFInfo
- Publication number
- JP6865914B1 JP6865914B1 JP2021501358A JP2021501358A JP6865914B1 JP 6865914 B1 JP6865914 B1 JP 6865914B1 JP 2021501358 A JP2021501358 A JP 2021501358A JP 2021501358 A JP2021501358 A JP 2021501358A JP 6865914 B1 JP6865914 B1 JP 6865914B1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- winding
- tension
- core
- compensation amount
- winding core
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000003860 storage Methods 0.000 title claims description 79
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 746
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 249
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 50
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 23
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 description 106
- 230000008859 change Effects 0.000 description 67
- 238000000034 method Methods 0.000 description 23
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 6
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 1
- 238000007665 sagging Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
- B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
- B65H23/00—Registering, tensioning, smoothing or guiding webs
- B65H23/04—Registering, tensioning, smoothing or guiding webs longitudinally
- B65H23/18—Registering, tensioning, smoothing or guiding webs longitudinally by controlling or regulating the web-advancing mechanism, e.g. mechanism acting on the running web
- B65H23/195—Registering, tensioning, smoothing or guiding webs longitudinally by controlling or regulating the web-advancing mechanism, e.g. mechanism acting on the running web in winding mechanisms or in connection with winding operations
- B65H23/198—Registering, tensioning, smoothing or guiding webs longitudinally by controlling or regulating the web-advancing mechanism, e.g. mechanism acting on the running web in winding mechanisms or in connection with winding operations motor-controlled (Controlling electrical drive motors therefor)
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Abstract
張力制御装置(10)は、回転体である巻芯に巻かれる対象物の張力を制御する。張力制御装置(10)は、巻芯の回転軸を中心とする巻芯の周上の位置ごとにおける巻芯の径を表す巻芯径分布を取得する取得部である巻径分布取得部(11)と、巻芯径分布に基づいた演算によって得られる補償量であって、巻芯に対象物が巻かれた巻回体の径である巻径の変動による張力の変動を補償するための第1の補償量を算出する第1の補償量演算部(30)と、巻芯径分布に基づいた演算によって得られる補償量であって、巻回体の回転に伴う慣性モーメントの変動による張力の変動を補償するための第2の補償量を、搬送される対象物の周速度を検出した結果に基づいて算出する第2の補償量演算部(31)と、巻芯を回転させるためのトルクを第1の補償量と第2の補償量とに基づいて制御するトルク制御部(33)とを備える。The tension control device (10) controls the tension of the object wound around the winding core which is a rotating body. The tension control device (10) is a winding diameter distribution acquisition unit (11), which is an acquisition unit that acquires a winding core diameter distribution representing the diameter of the winding core at each position on the circumference of the winding core centered on the rotation axis of the winding core. ) And the amount of compensation obtained by calculation based on the core diameter distribution, which is the first to compensate for the fluctuation of tension due to the fluctuation of the winding diameter, which is the diameter of the winding body around which the object is wound. The compensation amount obtained by the first compensation amount calculation unit (30) for calculating the compensation amount of 1 and the calculation based on the winding core diameter distribution, and the tension due to the fluctuation of the moment of inertia due to the rotation of the winding body. A second compensation amount calculation unit (31) that calculates a second compensation amount for compensating for fluctuations based on the result of detecting the peripheral speed of the object to be conveyed, and a torque for rotating the winding core. Is provided with a torque control unit (33) that controls based on the first compensation amount and the second compensation amount.
Description
本開示は、巻芯に巻かれる対象物の張力を制御する張力制御装置、張力制御プログラムおよび記憶媒体に関する。 The present disclosure relates to a tension control device, a tension control program, and a storage medium that control the tension of an object wound around a winding core.
巻芯に巻かれる対象物である長尺の材料について、材料の巻き出しまたは材料の巻き取りを行う際に、材料の変形、材料の破断、または材料のたるみを防ぐための張力制御が行われる。張力制御の方法としては、トルク制御による方法と、速度制御による方法とが知られている。トルク制御では、巻芯を回転させるためのトルクを直接制御することにより張力を一定にさせる。速度制御では、材料を送り出す送りモータの速度と巻芯の速度とを同期させることによって、巻芯による張力が材料にかからないようにしたうえで、張力付与機構によって材料に一定の張力を付与する。トルク制御の場合、張力付与機構が不要であることから、速度制御の場合と比べて張力制御のための構成を簡易なものとすることができる。また、トルク制御の場合、張力付与のための材料のパスラインを確保しなくても良いことから、速度制御の場合と比べてパスラインを短くすることができる。パスラインを短くすることができることから、トルク制御は、制御応答性を良くすることができ、高精度な張力制御ができるという特徴がある。 For long materials that are the objects to be wound around the core, tension control is performed to prevent material deformation, material breakage, or material sagging when unwinding or winding the material. .. As a tension control method, a torque control method and a speed control method are known. In torque control, the tension is made constant by directly controlling the torque for rotating the winding core. In speed control, the speed of the feed motor that feeds the material and the speed of the winding core are synchronized so that the tension due to the winding core is not applied to the material, and then a constant tension is applied to the material by the tension applying mechanism. In the case of torque control, since the tension applying mechanism is unnecessary, the configuration for tension control can be simplified as compared with the case of speed control. Further, in the case of torque control, it is not necessary to secure a pass line of the material for applying tension, so that the pass line can be shortened as compared with the case of speed control. Since the pass line can be shortened, the torque control is characterized in that the control responsiveness can be improved and the tension can be controlled with high accuracy.
一般的な材料の巻き出しまたは巻き取りにおいて、円柱形状の巻芯が多く使用されている。二次電池またはコンデンサといった蓄電素子を製造する製造装置などでは、扁平形状の巻芯による材料の巻き取りによって扁平形状の巻回体を形成する場合がある。扁平形状の巻回体を形成する方法としては、円筒状の巻回体を押圧する方法も知られている。扁平形状の巻芯を使用して扁平形状の巻回体を形成する場合、巻回体を押圧する工程を省略できるという利点がある。 Cylindrical cores are often used for unwinding or winding general materials. In a manufacturing apparatus for manufacturing a power storage element such as a secondary battery or a capacitor, a flat wound body may be formed by winding a material with a flat core. As a method of forming a flat wound body, a method of pressing a cylindrical wound body is also known. When forming a flat wound body by using a flat wound core, there is an advantage that the step of pressing the wound body can be omitted.
特許文献1には、扁平形状の巻芯によって材料を巻き取る際に速度制御による張力制御を行う扁平巻回体の製造装置が開示されている。特許文献1の技術によると、材料の供給源から巻芯に至る材料の移動経路上に、材料の張力を一定にさせる張力安定機構と、巻取機と連動する回転カムとが設けられる。回転カムは、材料の移動方向と直交する方向に帯状体を振動させることによって、材料の速度変動を緩和させる。 Patent Document 1 discloses a device for manufacturing a flat wound body that controls tension by speed control when winding a material by a flat wound core. According to the technique of Patent Document 1, a tension stabilizing mechanism for keeping the tension of the material constant and a rotary cam interlocking with the winder are provided on the moving path of the material from the source of the material to the winding core. The rotary cam relaxes the velocity fluctuation of the material by vibrating the strip in a direction orthogonal to the moving direction of the material.
特許文献2には、慣性モーメントの変動による張力の変動を補償するための補償量を算出することによって、トルク制御による張力制御を行う張力制御装置が開示されている。
上記の特許文献1に開示される従来技術では、材料の移動経路上に回転カムと張力安定機構とが配置される分、材料のパスラインが長くなり、かつ張力制御のためのシステムの構成が複雑となる。パスラインが長くなると、巻取機へトルク指令を出力してから張力安定機構が動作するまでの伝達時間が長くなることから、制御応答性が悪くなる。二次電池またはコンデンサといった蓄電素子の製造において、材料を低張力にさせ、かつ製品の品質向上のために高精度な張力制御が求められる場合があるが、特許文献1に開示される従来技術では当該要求に対応することは困難である。このように、特許文献1に開示される従来技術によると、高精度な張力制御が困難であるという課題があった。 In the prior art disclosed in Patent Document 1, the path line of the material is lengthened by the amount that the rotary cam and the tension stabilizing mechanism are arranged on the movement path of the material, and the system configuration for tension control is configured. It gets complicated. When the pass line becomes long, the transmission time from the output of the torque command to the winder to the operation of the tension stabilizing mechanism becomes long, so that the control response becomes poor. In the manufacture of power storage elements such as secondary batteries or capacitors, high-precision tension control may be required to reduce the tension of the material and improve the quality of the product. It is difficult to meet the demand. As described above, according to the prior art disclosed in Patent Document 1, there is a problem that highly accurate tension control is difficult.
上記の特許文献2に開示される従来技術では、張力制御のための演算には、巻回体の断面が円形であることを前提とした演算が使用されている。このため、特許文献2に開示される従来技術によると、断面が円形以外の形状である巻芯に対象物が巻かれる場合において、張力変動を抑制することが困難であるという課題があった。
In the prior art disclosed in
本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、断面が円形以外の形状である巻芯に巻かれる対象物の張力変動を抑制でき、かつ高精度な張力制御を可能とする張力制御装置を得ることを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above, and is a tension control device capable of suppressing tension fluctuations of an object wound around a winding core having a cross section other than a circular shape and enabling highly accurate tension control. The purpose is to obtain.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示にかかる張力制御装置は、回転体である巻芯に巻かれる対象物の張力を制御する。本開示にかかる張力制御装置は、巻芯の回転軸を中心とする巻芯の周上の位置ごとにおける巻芯の径を表す巻芯径分布を取得する取得部と、巻芯径分布に基づいた演算によって得られる補償量であって、巻芯に対象物が巻かれた巻回体の径である巻径の変動による張力の変動を補償するための第1の補償量を算出する第1の補償量演算部と、巻芯径分布に基づいた演算によって得られる補償量であって、巻回体の回転に伴う慣性モーメントの変動による張力の変動を補償するための第2の補償量を、搬送される対象物の周速度を検出した結果に基づいて算出する第2の補償量演算部と、巻芯を回転させるためのトルクを第1の補償量と第2の補償量とに基づいて制御するトルク制御部とを備える。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the tension control device according to the present disclosure controls the tension of an object wound around a winding core which is a rotating body. The tension control device according to the present disclosure is based on an acquisition unit that acquires a winding core diameter distribution representing the winding core diameter at each position on the circumference of the winding core centered on the rotation axis of the winding core, and a winding core diameter distribution. The first compensation amount for calculating the first compensation amount for compensating for the fluctuation of the tension due to the fluctuation of the winding diameter, which is the diameter of the winding body in which the object is wound around the winding core, which is the compensation amount obtained by the above calculation. Compensation amount calculation unit and the compensation amount obtained by calculation based on the winding core diameter distribution, and the second compensation amount for compensating for the fluctuation of tension due to the fluctuation of the moment of inertia due to the rotation of the winding body. , The second compensation amount calculation unit that calculates based on the result of detecting the peripheral speed of the object to be transported, and the torque for rotating the winding core is based on the first compensation amount and the second compensation amount. It is provided with a torque control unit for controlling.
本開示にかかる張力制御装置は、断面が円形以外の形状である巻芯に巻かれる対象物の張力変動を抑制でき、かつ高精度な張力制御が可能となるという効果を奏する。 The tension control device according to the present disclosure has an effect that the tension fluctuation of the object wound around the winding core having a shape other than the circular cross section can be suppressed and the tension control can be performed with high accuracy.
以下に、実施の形態にかかる張力制御装置、張力制御プログラムおよび記憶媒体を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the tension control device, the tension control program, and the storage medium according to the embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1にかかる張力制御装置を含むシステムの構成を示す図である。図1に示すシステム100は、回転体である巻芯6aへの材料1の巻き取りと、材料1の張力制御とを行う。システム100は、実施の形態1にかかる張力制御装置10を含む。張力制御装置10は、巻芯6aに巻かれる対象物である材料1の張力を制御する。材料1は、自在に変形可能な長尺の材料であって、紙またはフィルムといった帯状のシート材である。材料1は、線状の材料であっても良い。Embodiment 1.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a system including a tension control device according to the first embodiment. The
システム100は、材料1を搬送する送りロール3と、送りロール3を駆動する送りモータ2と、扁平形状の巻芯6aと、巻芯6aを駆動する軸駆動機4と、固定ロール5とを有する。巻芯6aおよび軸駆動機4は、材料1を巻き取る巻取機を構成する。巻回体6は、巻回体6の中心である巻芯6aと、巻芯6aの周囲に巻かれた材料1とで構成される。
The
巻芯6aのうち回転軸6bに垂直な断面は、円形以外の形状である。巻芯6aのかかる断面は、ある径方向において円を押し潰したような形状であって、例えば楕円形状である。軸駆動機4は、巻芯6aの回転軸6bを中心に巻芯6aを回転させる。送りロール3によって送り出された材料1は、固定ロール5に接触してから巻芯6aに巻き取られる。巻芯6aに材料1が巻き取られることによって、巻回体6が形成される。
The cross section of the winding
また、システム100は、巻芯6aの回転角度を検出する角度検出器7と、巻芯6aの径である巻芯径または巻回体6の径である巻径を検出する巻径検出器8と、材料1の周速度を検出する周速度検出器9と、張力制御装置10とを有する。周速度検出器9は、送りロール3から送り出される材料1の周速度、すなわちシステム100にて搬送される対象物の周速度を検出する。角度検出器7と巻径検出器8と周速度検出器9との各々は、張力制御装置10に接続されている。張力制御装置10は、角度検出器7による回転角度の検出結果と、巻径検出器8による径の検出結果と、周速度検出器9による周速度の検出結果とを取得する。
Further, the
張力制御装置10は、張力制御のための演算を行い、演算結果に基づいたトルク指令値を軸駆動機4へ出力する。張力制御装置10は、トルク制御による張力制御を行う。張力制御装置10は、速度制御による張力制御を行う場合と比べて、巻取機と連動する回転カム、および、張力変動を抑制させるための機構といった要素が不要である分、システム100の構成が簡易となる。また、トルク制御の場合、張力付与のための材料1のパスラインを確保しなくても良いことから、張力制御装置10は、速度制御による張力制御を行う場合と比べてパスラインを短くすることができる。パスラインを短くすることができることから、張力制御装置10は、制御応答性を良くすることができ、高精度な張力制御が可能となる。
The
次に、張力制御装置10における張力制御のための演算について説明する。なお、以下の説明において、巻回体6の巻径とは、巻回体6の半径であって、巻回体6の外周上の位置と巻芯6aの回転中心との距離とする。巻芯6aの巻芯径とは、巻芯6aの半径であって、巻芯6aの外周上の位置と巻芯6aの回転中心との距離とする。ここでは、扁平形状の巻芯6aについての実施の形態1による張力制御のための演算の説明に先立ち、円柱形状の巻芯6aについての従来技術による張力制御のための演算について説明する。
Next, the calculation for tension control in the
材料1にかかる張力を「F」、巻回体6の半径を「R」、巻回体6の慣性モーメントを「J」、巻回体6の角速度を「ω」として、巻回体6を回転させるためのトルク「T」は、次の式(1)により表される。式(1)の右辺における第1項は、張力と巻径とによって求められるトルクである巻軸トルクを表す。式(1)の右辺における第2項は、慣性モーメントの変動を補償するための慣性トルクを表す。トルク「T」は、軸駆動機4の負荷トルクである。
The tension applied to the material 1 is "F", the radius of the winding
張力のモーメントは、張力のテンソルと巻径のテンソルとを用いて、次の式(2)により表される。式(2)において、「F」の上に矢印が付された記号は、張力のテンソルを表す。「R」の上に矢印が付された記号は、巻径のテンソルを表す。 The tension moment is expressed by the following equation (2) using a tension tensor and a winding diameter tensor. In formula (2), the symbol with an arrow above "F" represents a tension tensor. The symbol with an arrow above the "R" represents a tensor with a winding diameter.
巻回体6が円柱形状である場合、張力のテンソルと巻径のテンソルとが直交するため、上記式(1)に示すように巻軸トルクを「F・R」と表すことができる。ただし、巻回体6が扁平形状である場合、張力のテンソルと巻径のテンソルとの間の角度は、巻回体6が1回転する間に変動する。このため、巻回体6が扁平形状である場合の巻軸トルクは、「F・R」と表すことができない。
When the winding
上記式(1)の第2項は、角速度量である「Jω」の時間「t」による微分量である。巻きの不良に起因して巻径が変化した場合に、演算結果が変動することを考慮して、当該微分量は、次の式(3)により表される。なお、「Jin」は、巻取開始前における巻芯6aの慣性モーメントを表す。「Jout」は、巻取完了時の巻回体6の慣性モーメントを表す。「Jm」は、巻取機の機械的慣性モーメントを表す。「v」は、材料1のライン基準速度を表す。「D」は、材料1の厚さを表す。「r」は、巻径を表す。The second term of the above equation (1) is a differential quantity of the angular velocity quantity “Jω” with respect to the time “t”. The differential amount is expressed by the following equation (3) in consideration of the fact that the calculation result fluctuates when the winding diameter changes due to a winding defect. In addition, "J in " represents the moment of inertia of the winding
「Jout」は、次の式(4)により表される。「Jin」は、次の式(5)により表される。なお、「rmin」は、巻取開始時における巻径、すなわち巻芯径を表す。「rth」は、巻取完了時における巻径を表す。「S」は、巻回体6の断面積を表す。「ρ」は、巻回体6の密度を表す。“J out ” is expressed by the following equation (4). "J in " is expressed by the following equation (5). Note that "r min" represents the winding diameter, i.e. the core diameter at the winding start. “R th ” represents the winding diameter at the completion of winding. “S” represents the cross-sectional area of the winding
上記式(3)から(5)は、巻回体6が円柱形状であることを想定したものである。このため、巻回体6が扁平形状である場合には、上記式(3)から(5)の演算では、角速度量「Jω」の微分量を算出することができない。
The above equations (3) to (5) assume that the winding
実施の形態1では、張力制御装置10は、扁平形状の巻芯6aが使用される場合について、材料1の張力と巻径との間の角度の変動が考慮された巻軸トルク補償量を求める。また、張力制御装置10は、巻回体6の形状を考慮した慣性トルク補償量を求める。張力制御装置10は、巻径の変動を補償するための巻軸トルク補償量と、慣性モーメントの変動を補償するための慣性トルク補償量とに基づいて、巻芯6aを回転させるためのトルクを制御する。張力制御装置10は、巻軸トルク補償量と慣性トルク補償量とを同時に補正することによって、巻回体6が1回転する間における材料1の張力変動を抑制させる。
In the first embodiment, the
巻取開始前において、システム100は、巻芯6aを1回転させる。張力制御装置10は、巻芯6aを1回転させる間における巻芯径の検出結果を基に、巻芯6aの巻芯径分布を取得する。巻芯6aが扁平形状である場合、回転軸6bを中心とする巻芯6aの周上の位置ごとに巻芯6aの径が異なる。巻芯6aの巻芯径分布は、回転軸6bを中心とする巻芯6aの周上の位置ごとにおける巻芯6aの径を表す。張力制御装置10は、取得された巻芯径分布に基づいて、巻軸トルク補償量と慣性トルク補償量とを求める。
Before the start of winding, the
ここで、巻径の変動による張力の変化量を算出する方法について説明する。図2は、実施の形態1にかかる張力制御装置において巻径の変動による張力の変化量を算出する方法について説明するための図である。図2には、図1に示す構成のうち、固定ロール5、巻回体6、および角度検出器7と、固定ロール5と巻回体6との間の材料1とを示している。
Here, a method of calculating the amount of change in tension due to the change in winding diameter will be described. FIG. 2 is a diagram for explaining a method of calculating the amount of change in tension due to a change in winding diameter in the tension control device according to the first embodiment. FIG. 2 shows, among the configurations shown in FIG. 1, a fixed
図2において、回転中心Oは、巻回体6の回転中心であって、回転軸6bの位置を表す。点Pは、巻回体6と材料1との接点を表す。巻回体6と材料1との接点とは、点Pと点Qとを結ぶ線分である接線と巻回体6の外周との接点である。点Qは、固定ロール5と材料1との接点を表す。点O’は、角度検出器7の中心位置を表す。基準線OO’は、回転中心Oと点O’とを結ぶ線分である。「φ」は、∠POO’の角度である。「α」は、∠QPOの角度である。「δ」は、∠QOO’の角度であって、回転中心Oと点Qとを結ぶ線分と基準線との間の角度である。「γ」は、∠PQOの角度である。「l」は、点Pと点Qとの距離である。「L」は、回転中心Oと点Qとの距離である。線分OPは、点Pを通る巻回体6の半径であって、巻回体6の巻径である。「Rφ」は、巻回体6の巻径を表す。巻回体6が扁平形状であることから、各角度「φ」、「α」および「γ」と、巻径である「Rφ」とは、巻回体6の回転に従って変化する。In FIG. 2, the rotation center O is the rotation center of the winding
巻軸トルク「TR」は、上記式(2)により表される。また、巻軸トルク「TR」は、次の式(6)により表される。Winding shaft torque "T R" is represented by the above formula (2). Also, the winding shaft torque "T R" is represented by the following equation (6).
上記式(6)における「sinα」は、次の式(7)および(8)の関係から、次の式(9)により表される。式(7)は、余弦定理に基づく関係を表す。式(8)は、正弦定理に基づく関係を表す。 "Sinα" in the above formula (6) is represented by the following formula (9) from the relationship between the following formulas (7) and (8). Equation (7) expresses a relationship based on the cosine theorem. Equation (8) represents a relationship based on the law of sines.
上記式(6)への上記式(9)の代入により、巻軸トルク「TR」は、次の式(10)のように表すことができる。By substituting the above formula (9) into the equation (6), the winding shaft torque "T R" can be expressed as the following equation (10).
ここで、角度「φ」を決定する方法について説明する。角度「γ」が最大であるときの点(φ,Rφ)が、接点である点Pである。角度「γ」は、次の式(11)の関係から、次の式(12)により表される。式(11)は、正弦定理に基づく関係を表す。Here, a method of determining the angle "φ" will be described. The point (φ, R φ ) when the angle “γ” is maximum is the point P which is the contact point. The angle "γ" is expressed by the following equation (12) in relation to the following equation (11). Equation (11) represents a relationship based on the law of sines.
張力「F」と距離「L」との各々が一定であることから、トルク「T」が最大となるときの角度「φ」についての点(φ,Rφ)が、接点となる。角度「φ」は、角度「δ」から角度「δ+π」までの範囲に含まれる。角度「φ」を推定するためには、角度「δ」に対応する巻径と角度「δ+π」に対応する巻径との情報が必要となる。張力制御装置10は、角度検出器7と巻径検出器8とによって、基準線と巻径との間の角度と巻径の長さとの関係をあらかじめ取得する。張力制御装置10は、かかる関係を基に、角度「δ」に対応する巻径と角度「δ+π」に対応する巻径とを取得して、角度「φ」を推定する。これにより、張力制御装置10は、扁平形状の巻芯6aが使用される場合における巻軸トルク「TR」を求めることができる。Since each of the tension “F” and the distance “L” is constant, the points (φ, R φ ) about the angle “φ” when the torque “T” is maximized are the contacts. The angle "φ" is included in the range from the angle "δ" to the angle "δ + π". In order to estimate the angle "φ", information on the winding diameter corresponding to the angle "δ" and the winding diameter corresponding to the angle "δ + π" is required. The
次に、慣性モーメントの算出方法について説明する。図3は、実施の形態1にかかる張力制御装置による慣性モーメントの算出方法について説明するための第1の図である。図3には、図1に示す構成のうち巻回体6を示している。
Next, a method of calculating the moment of inertia will be described. FIG. 3 is a first diagram for explaining a method of calculating the moment of inertia by the tension control device according to the first embodiment. FIG. 3 shows the winding
巻回体6の慣性モーメント「J」は、次の式(13)により表される。「W」は、材料1の幅、すなわち、回転軸6bの方向における材料1の長さである。なお、図3では、巻回体6の全体の密度が「ρ」であるものとする。
The moment of inertia "J" of the winding
角度範囲「Δφ」において、巻回体6の半径が一定であると仮定する。かかる半径は、次の式(14)により表される「R・ φ」とする。It is assumed that the radius of the winding
角度範囲「Δφ」における断面2次モーメント「Iφ」は、次の式(15)により表される。 The moment of inertia of area "I φ " in the angle range "Δφ" is expressed by the following equation (15).
Δφ=2π/nとして、角度範囲「Δφ」おきの点であるn個の各点における巻回体6の半径が求められたとする。各点は、巻回体6の周上における点とする。巻回体6の慣性モーメント「J」は、次の式(16)により表される。なお、「n」は任意の整数とする。
Assuming that Δφ = 2π / n, the radius of the winding
慣性モーメント「J」を算出するために上記式(16)による演算を常時行ったとすると、張力制御装置10の演算手段における負荷が増大することとなる。
If the calculation according to the above equation (16) is constantly performed in order to calculate the moment of inertia "J", the load on the calculation means of the
角度「φ」に対応する巻芯6aの半径を「RCφ」、当該半径を通る断面における断面2次モーメントを「IC」とすると、巻径である「Rφ」に対応する巻回体6の慣性モーメント「J」は、次の式(17)により表される。式(17)により、慣性モーメント「J」の演算の簡略化が可能となる。Angle "R C?" The radius of the
上記式(13)から(17)では、巻芯6aと材料1とに密度差が無いものとみなして、慣性モーメントを算出している。巻芯6aと材料1との密度差があるケースでは、上記式(13)から(17)では、正確な慣性モーメントを算出することができない。なお、巻芯6aと材料1との密度差があっても、慣性モーメントの算出結果に影響を及ぼさない程度である場合は、当該密度差は無いものとみなしても良い。
In the above formulas (13) to (17), the moment of inertia is calculated assuming that there is no density difference between the winding
ここで、巻回体6の慣性モーメントの算出において巻芯6aと材料1との密度差を加味するケースについて説明する。密度差を加味する場合、巻回体6を巻芯6aと材料1の層とに分けて、慣性モーメントを算出する。
Here, a case will be described in which the density difference between the winding
図4は、実施の形態1にかかる張力制御装置による慣性モーメントの算出方法について説明するための第2の図である。図4には、巻取完了時における巻回体6を示している。図4に示す巻回体6のうち、巻芯6aの周囲の部分は、材料1の層である。
FIG. 4 is a second diagram for explaining a method of calculating the moment of inertia by the tension control device according to the first embodiment. FIG. 4 shows the winding
ここで、巻芯6aについての慣性モーメントの算出について説明する。「RCφ」は、角度「φ」に対応する巻芯6aの半径である。「RRφ」は、「φ」に対応する巻回体6の半径であって、巻取完了時における巻回体6の半径である。「RC(φ+Δφ)」は、角度「φ+Δφ」に対応する巻芯6aの半径である。「RR(φ+Δφ)」は、角度「φ+Δφ」に対応する巻回体6の半径であって、巻取完了時における巻回体6の半径である。Here, the calculation of the moment of inertia for the winding
Δφ=2π/nとして、角度範囲「Δφ」おきの点であるn個の各点における巻芯6aの半径が求められたとする。ある角度範囲「Δφ」において巻芯6aの半径が一定であると仮定して、かかる半径を「R・ Cn」とする。巻芯6aの慣性モーメント「JC」は、上記式(13)から(16)と同様の演算により、次の式(18)により表される。「ρC」は、巻芯6aの密度である。Assuming that Δφ = 2π / n, the radius of the winding
次に、材料1の層についての慣性モーメントの算出について説明する。ある角度範囲「Δφ」において、巻取完了時における材料1の層の半径が一定であると仮定して、かかる半径を「R・ Rn」とする。角度範囲「Δφ」における材料1の層の断面2次モーメント「IMφ」は、次の式(19)により表される。Next, the calculation of the moment of inertia for the layer of the material 1 will be described. In a certain angle range "Δφ", it is assumed that the radius of the layer of the material 1 at the time of completion of winding is constant, and the radius is defined as "R · Rn ". The second moment of the material of the layers in the angle range "Δφ""I M [phi" is represented by the following equation (19).
角度範囲「Δφ」おきの点であるn個の各点における材料1の層の半径が求められたとする。材料1の層の慣性モーメント「JM」は、次の式(20)により表される。「ρM」は、材料1の層の密度である。It is assumed that the radius of the layer of the material 1 at each of n points, which are points every other angle range “Δφ”, is obtained. Moment of inertia "J M" of the layer of material 1 is represented by the following equation (20). “Ρ M ” is the density of the layer of material 1.
巻回体6の慣性モーメント「J」は、巻芯6aの慣性モーメント「JC」と材料1の層の慣性モーメント「JM」との和である。上記式(18)および(20)から、巻回体6の慣性モーメント「J」は、次の式(21)により表される。The moment of inertia "J" of the winding
次に、巻芯6aと材料1との密度差を加味する場合において慣性モーメント「J」の演算を簡略化する方法について説明する。巻取完了時における巻回体6について、ある角度範囲「Δφ」において巻回体6の半径が一定であると仮定して、かかる半径を「R・ max_n」とする。巻取完了時における巻回体6の慣性モーメント「Jmax」は、次の式(22)により表される。Next, a method for simplifying the calculation of the moment of inertia "J" when the density difference between the winding
また、巻取完了時における巻回体6の慣性モーメント「Jmax」は、巻取完了時における巻回体6の断面2次モーメント「Imax」を用いて、次の式(23)のように表すことができる。Further, the moment of inertia "J max" of the
「RRφ」に対応する巻回体6の慣性モーメント「J」は、次の式(24)および(25)により表される。「RCφ」は、角度「φ」に対応する巻芯6aの半径である。「Rmax」は、巻芯6aの半径である。張力制御装置10は、上記式(23)により算出された慣性モーメント「Jmax」と、上記式(18)により算出された慣性モーメント「JC」とをあらかじめ記憶することにより、読み出された慣性モーメント「Jmax」および「JC」を演算に使用することができる。式(24)および(25)により、慣性モーメント「J」の演算の簡略化が可能となる。The moment of inertia "J" of the winding body 6 corresponding to "RRφ " is expressed by the following equations (24) and (25). “ RCφ ” is the radius of the winding
上記式(1)は、巻軸トルク「TR」と慣性モーメント「J」とを用いて、次の式(26)のように修正することができる。The formula (1) can be used as the reel torque "T R" and the moment of inertia "J" is modified as the following equation (26).
上記式(26)の右辺における第2項である「d(Jω)/dt」は、慣性モーメントの変動を補償するための慣性トルクを表す。ω=V/Rの関係と、周速度「V」の偏微分と半径「R」の偏微分とを使って「Jω」の全微分を求めることによって、慣性トルク「d(Jω)/dt」は、次の式(27)により算出される。「V」は巻回体6の周速度を表す。
The second term "d (Jω) / dt" on the right side of the above equation (26) represents the inertial torque for compensating for the fluctuation of the moment of inertia. Inertial torque "d (Jω) / dt" by obtaining the total derivative of "Jω" using the relationship of ω = V / R, the partial derivative of the peripheral velocity "V" and the partial derivative of the radius "R". Is calculated by the following equation (27). “V” represents the peripheral speed of the winding
上記式(27)の「dRφ/dt」は、次の式(28)のように表すことができる。 The “dR φ / dt” of the above equation (27) can be expressed as the following equation (28).
上記式(27)の右辺における第1項は、巻径の変動による慣性トルクの増減量を表す。上記式(27)の右辺における第2項は、周速度の変動による慣性トルクの増減量を表す。上記式(27)への上記式(28)の代入により、上記式(27)は、次の式(29)のように表すことができる。 The first term on the right side of the above equation (27) represents the amount of increase / decrease in inertial torque due to fluctuations in winding diameter. The second term on the right side of the above equation (27) represents the amount of increase / decrease in inertial torque due to fluctuations in peripheral speed. By substituting the above equation (28) into the above equation (27), the above equation (27) can be expressed as the following equation (29).
巻芯6aと材料1との密度差を加味しないケース、すなわち上記式(17)より慣性モーメント「J」が算出される場合は、上記式(29)における「d(J/Rφ)/dRφ」は、次の式(30)のように表される。In the case where the density difference between the winding
巻芯6aと材料1との密度差を加味するケース、すなわち上記式(23)より慣性モーメント「J」が算出される場合は、上記式(29)における「d(J/Rφ)/dRφ」は、次の式(31)のように表される。In the case where the density difference between the winding
上記式(26)へ上記式(10)および(29)を代入して、巻回体6を回転させるためのトルク「T」は、次の式(32)により表される。
By substituting the above equations (10) and (29) into the above equation (26), the torque "T" for rotating the winding
張力制御装置10は、後述する目標張力設定器により張力「F」を取得できる。張力制御装置10は、後述する位置設定器により、固定ロール5および材料1の接点と巻芯6aの回転中心とを結ぶ線分の長さである距離「L」と、当該線分と基準線との間の角度である「δ」とを取得できる。張力制御装置10は、巻径検出器8による検出結果と角度検出器7による検出結果とを基に、巻径である「Rφ」を取得できる。張力制御装置10は、位置設定器により取得された値と、巻径検出器8による検出結果と角度検出器7による検出結果とを基に、慣性モーメント「J」を取得できる。張力制御装置10は、周速度検出器9による検出結果である周速度「V」を周速度検出器9から取得できる。張力制御装置10は、周速度「V」を時間「t」で微分することにより「dV/dt」を算出できる。張力制御装置10は、「Rφ」を角度「φ」で微分することにより「dRφ/dφ」を算出できる。張力制御装置10は、得られた各値を上記式(32)に代入することにより、トルク「T」を算出できる。The
次に、張力制御装置10の機能構成について説明する。図5は、実施の形態1にかかる張力制御装置の機能構成を示す図である。図5には、張力制御装置10が、巻芯6aと材料1との密度差を加味しない張力制御を行う場合における機能構成の例を示している。以下、実施の形態1では、巻芯6aと材料1との密度差を加味しないケースについて説明する。
Next, the functional configuration of the
張力制御装置10は、巻芯6aの巻芯径分布を取得する巻径分布取得部11を有する。巻径分布取得部11は、回転軸6bを中心とする巻芯6aの周上の位置ごとにおける巻芯6aの径を表す巻芯径分布を取得する取得部である。張力制御装置10は、巻芯6aの密度を設定する巻芯密度設定器12と、材料1の幅を設定する材料幅設定器13と、固定ロール5の位置を設定する位置設定器17と、材料1にかかる張力の目標値を設定する目標張力設定器26とを有する。
The
張力制御装置10は、巻取開始前における巻芯6aの慣性モーメントを算出する第1の慣性モーメント演算部14と、巻取開始前における巻芯6aの慣性モーメントを記憶する第1の慣性モーメント記憶部15とを有する。
The
張力制御装置10は、巻取開始時における巻芯6aの巻芯径分布と巻取開始時における巻芯6aの巻軸トルクの分布とを算出する巻径分布トルク演算部16と、巻取開始時における巻芯6aの巻芯径分布を記憶する巻芯径分布記憶部18と、巻取開始時における巻芯6aの巻軸トルクの分布を記憶する第1の巻軸トルク記憶部19とを有する。
The
張力制御装置10は、ある角度範囲ごとにおける巻芯6aの巻芯径の変化量を求め、当該変化量の分布を算出する第1の変化量分布演算部20と、当該変化量の分布を記憶する第1の変化量分布記憶部21とを有する。
The
張力制御装置10は、巻芯6aの巻芯径の平均値である平均巻芯径と巻回体6の巻径の平均値である平均巻径とを算出する平均巻径演算部22と、巻芯6aの平均巻芯径を記憶する平均巻芯径記憶部24と、巻回体6の平均巻径と巻芯6aの平均巻芯径との比である巻比を算出する巻比演算部25と、時間計測器23と、微分演算部32とを有する。
The
張力制御装置10は、巻回体6の慣性モーメントを算出する慣性モーメント演算部27と、巻回体6の巻径分布を算出する巻径分布演算部28とを有する。張力制御装置10は、ある角度範囲ごとにおける巻回体6の巻径の変化量を求め、当該変化量の分布を算出する変化量分布演算部29を有する。
The
張力制御装置10は、巻軸トルク補償量を算出する第1の補償量演算部30と、慣性トルク補償量を算出する第2の補償量演算部31とを有する。巻軸トルク補償量は、巻芯6aに材料1が巻かれた巻回体6の径である巻径の変動による張力の変動を補償するための第1の補償量である。第1の補償量演算部30は、巻径分布取得部11によって取得された巻芯径分布に基づいて、巻軸トルク補償量を算出する。慣性トルク補償量は、巻回体6の回転に伴う慣性モーメントの変動による張力の変動を補償するための第2の補償量である。第2の補償量演算部31は、周速度検出器9によって検出された周速度と、巻径分布取得部11によって取得された巻芯径分布を基に算出された慣性モーメントとに基づいて、第2の補償量を算出する。
The
張力制御装置10は、トルク指令値を生成するトルク制御部33を有する。トルク制御部33は、巻軸トルク補償量と慣性トルク補償量とを基にトルク指令値を生成する。トルク制御部33は、生成されたトルク指令値を軸駆動機4へ出力することによって、巻芯6aを回転させるためのトルクを巻軸トルク補償量と慣性トルク補償量とに基づいて制御する。
The
次に、実施の形態1にかかる張力制御装置10の各機能部における演算の具体例について説明する。実施の形態1において、張力制御装置10は、巻取開始前に、軸駆動機4の制御により巻芯6aを1回転させる。角度検出器7は、一定の間隔における角度の検出によって、1回転中の一定の角度範囲ごとにおける巻芯6aの回転角度「θ」を検出する。巻径検出器8は、1回転中の一定の角度範囲ごとにおける巻芯6aの半径「Rθ」を検出する。周速度検出器9は、1回転中の一定の角度範囲ごとにおける周速度「Vθ」を検出する。Next, a specific example of the calculation in each functional unit of the
張力制御装置10は、回転角度「θ」、半径「Rθ」および周速度「Vθ」の各値を取得して、巻軸トルクと慣性トルクとの算出のために必要となる各演算値を求める。張力制御装置10は、巻取開始時についての各演算値として、巻取開始前における巻芯6aの巻芯径分布「Rcore(θ)」と、巻取開始時における巻芯6aの慣性モーメント「Jcore」と、材料1と巻芯6aとの接点を通る巻芯径についての巻芯径分布「Rφcore(θ)」と、当該巻芯径の変化量分布「dRφcore(θ)/dφ」と、巻芯6aの巻軸トルク分布「Tcore(θ)」と、巻芯6aの平均巻芯径「Rcore_ave」とを算出する。The
巻取開始時についての各演算値を算出した後、張力制御装置10は、軸駆動機4の制御により、巻芯6aへの材料1の巻き取りを開始させる。張力制御装置10は、巻回体6について算出された演算値と巻回体6の平均巻径とを基に、巻軸トルク補償量と慣性トルク補償量とを算出する。張力制御装置10は、巻軸トルク補償量と慣性トルク補償量とを加算することによって、トルク指令値を算出する。
After calculating each calculated value at the start of winding, the
次に、巻取開始時についての各演算値の算出方法について説明する。巻径分布取得部11は、角度検出器7から巻芯6aの回転角度「θ」を取得する。巻径分布取得部11は、巻径検出器8から巻芯6aの半径「Rθ」を取得する。巻径分布取得部11は、一定の角度範囲ごとに取得された半径「Rθ」を回転角度「θ」に紐付けることによって、次の式(33)に示す巻芯径分布「Rcore(θ)」を取得する。Next, a method of calculating each calculated value at the start of winding will be described. The winding diameter distribution acquisition unit 11 acquires the rotation angle “θ” of the winding
巻径分布トルク演算部16は、巻径分布取得部11により取得された巻芯径分布「Rcore(θ)」を基に、接点を通る巻芯径についての巻芯径分布「Rφcore(θ)」と、巻芯6aの巻軸トルク分布「Tcore(θ)」とを算出する。巻芯径分布記憶部18は、算出された巻芯径分布「Rφcore(θ)」を記憶する。第1の巻軸トルク記憶部19は、算出された巻軸トルク分布「Tcore(θ)」を記憶する。第1の変化量分布演算部20は、巻径分布取得部11により取得された巻芯径分布「Rcore(θ)」を基に、材料1と巻芯6aとの接点を通る巻芯径の変化量分布「dRφcore(θ)/dφ」を算出する。第1の変化量分布記憶部21は、算出された変化量分布「dRφcore(θ)/dφ」を記憶する。Reel diameter distribution
第1の慣性モーメント演算部14は、次の式(34)により、巻取開始時における巻芯6aの慣性モーメント「Jcore」を算出する。第1の慣性モーメント演算部14は、Δθ=2π/nとして、角度範囲「Δθ」おきの点であるn個の各点における巻芯6aの半径を取得して、慣性モーメント「Jcore」を求める。第1の慣性モーメント演算部14は、巻芯密度設定器12から密度「ρ」を取得する。第1の慣性モーメント演算部14は、材料幅設定器13から材料1の幅「W」を取得する。第1の慣性モーメント記憶部15は、第1の慣性モーメント演算部14によって算出された慣性モーメント「Jcore」を記憶する。 The first moment of inertia calculation unit 14 calculates the moment of inertia "J core " of the winding
巻径分布トルク演算部16は、回転角度「θ」に対応する上記の角度「φ」と、角度「φ」に対応する半径である「Rφ」とを算出する。巻径分布トルク演算部16は、算出された角度「φ」に対応する巻軸トルク「T(θ,φ)」を、回転角度「θ」に紐付けて記憶することによって、巻軸トルク分布「Tcore(θ)」を求める。The winding diameter distribution
巻径分布取得部11が巻芯径分布を取得したときにおける状態からの巻芯6aの回転角度が「θ」、回転角度が「θ」であるときの、巻芯6aの回転中心と巻回体6および材料1の接点とを結ぶ線分と基準線との間の角度が「φ」とする。材料1と巻芯6aとの接点が点(θ+φ,Rφ)であるとして、回転角度「θ」に対応する巻軸トルク「T(θ,φ)」は、距離「L」および角度「δ」を用いて、次の式(35)により表される。The rotation center and winding of the winding
なお、張力制御装置10は、目標張力が変更される場合があることから、式(35)による演算の際は張力「F」を仮に1(N)としておき、巻き取り時の演算の際に巻軸トルクからの目標張力の除算を行うこととしても良い。
Since the target tension of the
巻径分布トルク演算部16は、次の式(36)に示す巻軸トルク「Tθ」を算出する。上記式(12)より、巻軸トルク「Tθ」は、巻軸トルク「T(θ,φ)」が最大となるときの角度を見つけることによって算出される。巻径分布トルク演算部16は、角度「φ」の0から2πにおける範囲において、角度範囲「Δφ」ごとの巻軸トルク「T(θ,φ)」を算出して、算出された巻軸トルク「T(θ,φ)」のうちの最大値を巻軸トルク「Tθ」として取得する。巻軸トルク「T(θ,φ)」が最大となるときの半径である「Rφ」が、材料1と巻芯6aとの接点を通る巻芯径となる。巻径分布トルク演算部16は、巻芯径である「Rφ」も算出する。The winding diameter distribution
さらに、巻径分布トルク演算部16は、Δθ=2π/nであるΔθごとに、巻軸トルク「Tθ」と巻芯径である「Rφ」とを算出する。これにより、巻径分布トルク演算部16は、巻芯6aの巻軸トルク分布を表す「T(θ)」と、材料1と巻芯6aとの接点を通る巻芯径についての巻芯径分布を表す「Rφ(θ)」とを取得する。巻軸トルク分布「T(θ)」は、次の式(37)により表される。巻径分布「Rφ(θ)」は、次の式(38)により表される。Further, the winding diameter distribution
巻径分布トルク演算部16は、位置設定器17から距離「L」と角度「δ」とを取得して、上記式(35)から(38)の演算を行う。これにより、巻径分布トルク演算部16は、巻芯6aの巻軸トルク分布「Tcore(θ)」と、材料1と巻芯6aとの接点を通る巻芯径についての巻芯径分布「Rφcore(θ)」とを求める。巻芯径分布記憶部18は、巻芯径分布「Rφcore(θ)」を記憶する。第1の巻軸トルク記憶部19は、巻軸トルク分布「Tcore(θ)」を記憶する。The winding diameter distribution
第1の変化量分布演算部20は、巻径分布トルク演算部16にて求められた巻芯径分布を表す「Rφ(θ)」を基に、次の式(39)に示す変化量「dRφ(θ)/dθ」を算出する。変化量「dRφ(θ)/dθ」は、Δθごとの「Rφ」の変化量である。 The first change amount distribution calculation unit 20 is based on "R φ (θ)" representing the winding core diameter distribution obtained by the winding diameter distribution
第1の変化量分布演算部20は、上記式(39)の演算により、材料1と巻芯6aとの接点を通る巻芯径の変化量分布「dRφcore(θ)/dφ」を求める。第1の変化量分布記憶部21は、変化量分布「dRφcore(θ)/dφ」を記憶する。 The first change amount distribution calculation unit 20 obtains the change amount distribution “dR φcore (θ) / dφ” of the winding core diameter passing through the contact point between the material 1 and the winding
平均巻径演算部22は、巻芯6aの平均巻芯径を算出する。平均巻径演算部22は、角度検出器7から回転角度「θ」を取得する。平均巻径演算部22は、周速度検出器9から周速度「V」を取得する。平均巻径演算部22は、時間計測器23による時間の計測結果を取得する。平均巻径演算部22は、周速度「V」と、巻芯6aの1回転に要した時間とを基に、巻芯6aの周長「LC」を算出する。巻芯6aの1回転における周速度の平均を「Vave」、巻芯6aの1回転に要した時間を「t」として、周長「LC」は、次の式(40)により表される。The average winding
ここで、回転軸6bに垂直な巻芯6aの断面を円形と仮定した場合に、平均巻芯径「Rcore_ave」は、次の式(41)により表される。Here, assuming that the cross section of the winding
平均巻径演算部22は、上記の式(40)および(41)の演算により、巻芯6aの平均巻芯径「Rcore_ave」を算出する。平均巻芯径記憶部24は、平均巻芯径「Rcore_ave」を記憶する。 The average winding diameter calculation unit 22 calculates the average winding core diameter “R core_ave ” of the winding
以上により、張力制御装置10は、巻取開始時についての各演算値、すなわち、巻芯径分布「Rcore(θ)」と、慣性モーメント「Jcore」と、巻芯径分布「Rφcore(θ)」と、変化量分布「dRφcore(θ)/dφ」と、巻軸トルク分布「Tcore(θ)」と、平均巻芯径「Rcore_ave」とを算出する。また、張力制御装置10は、算出された各演算値を記憶する。As described above, the
次に、巻き取りを開始した後における各演算値の算出方法について説明する。平均巻径演算部22は、巻き取りが行われている現在における平均巻径「Rave」を算出する。巻比演算部25は、現在における平均巻径「Rave」と、平均巻芯径記憶部24に記憶されている平均巻芯径「Rcore_ave」とを基に、次の式(42)により、巻比「PRave」を算出する。Next, a method of calculating each calculated value after starting winding will be described. The average winding
慣性モーメント演算部27は、第1の慣性モーメント記憶部15から、巻取開始前における巻芯6aの慣性モーメント「Jcore」を取得する。慣性モーメント演算部27は、巻比演算部25から巻比「PRave」を取得する。慣性モーメント演算部27は、次の式(43)により、巻き取りが行われている現在における巻回体6の慣性モーメント「J」を算出する。The moment of
巻径分布演算部28は、巻芯径分布記憶部18から、巻取開始前における巻芯6aの巻芯径分布「Rφcore(θ)」を取得する。巻径分布演算部28は、巻比演算部25から巻比「PRave」を取得する。巻径分布演算部28は、次の式(44)により、巻き取りが行われている現在における巻回体6の巻径分布を表す「Rφ(θ)」を算出する。 The winding diameter distribution calculation unit 28 acquires the winding core diameter distribution “R φcore (θ)” of the winding
変化量分布演算部29は、第1の変化量分布記憶部21から、巻取開始前における巻芯6aについて、材料1と巻芯6aとの接点を通る巻芯径の変化量分布「dRφcore(θ)/dφ」を取得する。変化量分布演算部29は、巻比演算部25から巻比「PRave」を取得する。巻径分布演算部28は、次の式(45)に示す変化量「dRφ(θ)/dθ」を算出する。The change amount
第1の補償量演算部30は、角度検出器7から回転角度「θ」を取得する。第1の補償量演算部30は、第1の巻軸トルク記憶部19から、巻取開始前における巻芯6aの巻軸トルク分布「Tcore(θ)」を取得する。第1の補償量演算部30は、巻比演算部25から巻比「PRave」を取得する。第1の補償量演算部30は、目標張力設定器26から、目標張力「Ftarget」を取得する。第1の補償量演算部30は、次の式(46)により、巻軸トルク補償量「TR」を算出する。The first compensation
第2の補償量演算部31は、角度検出器7から回転角度「θ」を取得する。第2の補償量演算部31は、周速度検出器9から周速度「V」を取得する。第2の補償量演算部31は、慣性モーメント演算部27から、巻き取りが行われている現在における巻回体6の慣性モーメント「J」を取得する。第2の補償量演算部31は、巻径分布演算部28から、巻き取りが行われている現在における巻回体6の巻径分布を表す「Rφ(θ)」を取得する。第2の補償量演算部31は、変化量分布演算部29から、巻き取りが行われている現在における巻回体6についての変化量「dRφ(θ)/dθ」を取得する。第2の補償量演算部31は、微分演算部32から、周速度「V」の微分量である「dV/dt」を取得する。The second compensation
第2の補償量演算部31は、上記式(30)および(32)を用いて、次の式(47)により、慣性トルク補償量「TI」を算出する。なお、「dV/dt」は、微分演算部32において一定の時間「Δt」ごとに次の式(48)による演算を行った結果である。Second compensation
トルク制御部33は、巻軸トルク補償量「TR」と慣性トルク補償量「TI」とを加算することにより、トルク指令値を算出する。トルク制御部33は、算出されたトルク指令値を軸駆動機4へ出力することによって、軸駆動機4の駆動を制御する。
実施の形態1によると、張力制御装置10は、巻芯6aの巻芯径分布に基づいて得られた巻軸トルク補償量と、巻芯6aの巻芯径分布に基づいて得られた慣性トルク補償量とに基づいて、巻芯6aを回転させるためのトルクを補正する。張力制御装置10は、巻芯6aが1回転する間に巻芯径が変動することによる張力変動を抑制することができる。また、張力制御装置10は、巻芯6aが1回転する間に慣性モーメントが変動することによる張力変動を抑制することができる。これにより、張力制御装置10は、断面が円形以外の形状である巻芯6aに巻かれる対象物の張力変動を抑制でき、かつ高精度な張力制御が可能となるという効果を奏する。
According to the first embodiment, the
実施の形態2.
図6は、実施の形態2にかかる張力制御装置の機能構成を示す図である。実施の形態2では、張力制御装置10Aが、巻芯6aと材料1との密度差を加味した張力制御を行う場合について説明する。実施の形態2では、上記の実施の形態1と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態1とは異なる構成について主に説明する。
FIG. 6 is a diagram showing a functional configuration of the tension control device according to the second embodiment. In the second embodiment, a case where the
実施の形態2にかかる張力制御装置10Aは、巻径分布取得部11により取得された巻芯6aの巻芯径分布を記憶する巻芯径分布記憶部34と、材料1の密度を設定する材料密度設定器36とを有する。張力制御装置10Aは、巻取完了時における巻回体6の慣性モーメントを算出する第2の慣性モーメント演算部35と、巻取完了時における巻回体6の慣性モーメントを記憶する第2の慣性モーメント記憶部37とを有する。
The
張力制御装置10Aは、巻取完了時における巻回体6の巻径分布を記憶する巻径分布記憶部38と、巻取完了時における巻回体6の巻軸トルクの分布を記憶する第2の巻軸トルク記憶部39と、巻取完了時における巻回体6について、ある角度範囲ごとにおける巻径の変化量の分布を記憶する第2の変化量分布記憶部40とを有する。張力制御装置10Aは、巻取完了時における巻回体6の平均巻径を記憶する平均巻径記憶部41を有する。
The
実施の形態2において、巻径分布取得部11は、材料1が巻き付けられていない状態における巻芯6aについての第1の巻径分布と、巻芯6aと巻芯6aに巻き付けられている材料1とを有する巻回体6についての第2の巻径分布とを取得する。第2の補償量演算部31は、第1の巻径分布を基に算出された慣性モーメントと、第2の巻径分布を基に算出された慣性モーメントとを基に、慣性トルク補償量を算出する。
In the second embodiment, the winding diameter distribution acquisition unit 11 has a first winding diameter distribution for the winding
次に、実施の形態2にかかる張力制御装置10Aの各機能部における演算の具体例について説明する。実施の形態2において、張力制御装置10Aは、実施の形態1にかかる張力制御装置10と同様に、巻取開始前に、軸駆動機4の制御により巻芯6aを1回転させる。張力制御装置10Aは、実施の形態1にかかる張力制御装置10と同様に、巻取開始前についての各演算値、すなわち、巻芯径分布「Rcore(θ)」と、慣性モーメント「Jcore」と、巻芯径分布「Rφcore(θ)」と、変化量分布「dRφcore(θ)/dφ」と、巻軸トルク分布「Tcore(θ)」と、平均巻芯径「Rcore_ave」とを算出する。Next, a specific example of the calculation in each functional unit of the
張力制御装置10Aは、巻取完了後に、軸駆動機4の制御により巻回体6を1回転させる。角度検出器7は、一定の間隔における角度の検出によって、1回転中の一定の角度範囲ごとにおける巻回体6の回転角度「θ」を検出する。巻径検出器8は、1回転中の一定の角度範囲ごとにおける巻回体6の半径「Rθ」を検出する。周速度検出器9は、1回転中の一定の角度範囲ごとにおける周速度「Vθ」を検出する。After the winding is completed, the
張力制御装置10Aは、回転角度「θ」、半径「Rθ」および周速度「Vθ」の各値を取得して、巻軸トルクと慣性トルクとの算出のために必要となる各演算値を求める。張力制御装置10Aは、巻取完了時についての各演算値として、巻取完了時における巻回体6についての第2の巻径分布である巻径分布「Rmax(θ)」と、巻取完了時における巻回体6の慣性モーメント「Jmax」と、材料1と巻回体6との接点を通る巻径についての巻径分布「Rφmax(θ)」と、当該巻径の変化量分布「dRφmax(θ)/dφ」と、巻取完了時における巻回体6の巻軸トルク分布「Tmax(θ)」と、巻取完了時における巻回体6の平均巻径「Rmax_ave」とを算出する。The
張力制御装置10Aは、実施の形態1と同様の方法による巻き取りが実施された後に、巻回体6を1回転させて、巻取完了時についての各演算値を算出する。または、張力制御装置10Aは、巻き付けが完了した状態の巻回体6が巻取機に取り付けられて、巻回体6を1回転させることによって、巻取完了時についての各演算値を算出する。張力制御装置10Aは、巻き取りが完了した状態の巻回体6を1回転させることが可能な状態のときに、巻取完了時についての各演算値を算出する。張力制御装置10Aは、巻取完了時についての各演算値が算出された後における巻き取りの際に、巻取開始前についての各演算値と、巻取完了時についての各演算値とに基づいて、巻軸トルク補償量と慣性トルク補償量とを算出する。
The
巻取開始前についての各演算値の算出については、実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。ただし、巻取完了時における巻回体6の慣性モーメント「Jmax」を算出するために、巻取開始前の巻芯6aについての巻芯径分布「Rcore(θ)」を巻芯径分布記憶部34に記憶する点が、実施の形態1とは異なる。Since the calculation of each calculated value before the start of winding is the same as that in the first embodiment, the description thereof will be omitted. However, in order to calculate the moment of inertia "J max " of the winding
次に、巻取完了時についての各演算値の算出方法について説明する。巻径分布取得部11は、角度検出器7から巻回体6の回転角度「θ」を取得する。巻径分布取得部11は、巻径検出器8から巻回体6の半径「Rθ」を取得する。巻径分布取得部11は、一定の角度範囲ごとにおける、回転角度「θ」と半径「Rθ」とを互いに紐付けることによって、次の式(49)に示す巻径分布「Rmax(θ)」を取得する。Next, a method of calculating each calculated value when winding is completed will be described. The winding diameter distribution acquisition unit 11 acquires the rotation angle “θ” of the winding
巻径分布トルク演算部16は、巻径分布取得部11により取得された巻径分布「Rmax(θ)」を基に、接点を通る巻径についての巻径分布「Rφmax(θ)」と、巻回体6の巻軸トルク分布「Tmax(θ)」とを算出する。巻径分布記憶部38は、算出された巻径分布「Rφmax(θ)」を記憶する。第2の巻軸トルク記憶部39は、算出された巻軸トルク分布「Tmax(θ)」を記憶する。第1の変化量分布演算部20は、巻径分布取得部11により取得された巻径分布「Rmax(θ)」を基に、材料1と巻回体6との接点を通る巻径の変化量分布「dRφmax(θ)/dφ」を算出する。第2の変化量分布記憶部40は、算出された変化量分布「dRφmax(θ)/dφ」を記憶する。The winding diameter distribution
第2の慣性モーメント演算部35は、巻芯径分布記憶部34から、巻取開始前の巻芯6aについての巻芯径分布「Rcore(θ)」を取得する。第2の慣性モーメント演算部35は、巻径分布取得部11から、第1の慣性モーメント演算部14を介して、巻径分布「Rmax(θ)」を取得する。第2の慣性モーメント演算部35は、第1の慣性モーメント記憶部15から、巻取開始前における巻芯6aの慣性モーメント「Jcore」を取得する。第2の慣性モーメント演算部35は、材料幅設定器13から、第1の慣性モーメント演算部14を介して、材料1の幅「W」を取得する。第2の慣性モーメント演算部35は、材料密度設定器36から、第1の慣性モーメント演算部14を介して、材料1の密度「ρM」を取得する。 The second moment of inertia calculation unit 35 acquires the winding core diameter distribution “R core (θ)” for the winding
第2の慣性モーメント演算部35は、次の式(50)により、巻取完了時における巻回体6の慣性モーメント「Jmax」を算出する。第2の慣性モーメント記憶部37は、第2の慣性モーメント演算部35によって算出された慣性モーメント「Jmax」を記憶する。 The second moment of inertia calculation unit 35 calculates the moment of inertia "J max " of the winding
巻径分布トルク演算部16は、巻芯6aの巻芯径分布「Rφcore(θ)」についての上記式(38)と同様の演算により、巻取完了時における巻回体6についての巻径分布「Rφmax(θ)」を算出する。巻径分布記憶部38は、巻径分布「Rφmax(θ)」を記憶する。The winding diameter distribution
巻径分布トルク演算部16は、巻芯6aの巻軸トルク分布「Tcore(θ)」についての上記式(35)から(37)と同様の演算により、巻取完了時における巻回体6の巻軸トルク分布「Tmax(θ)」を算出する。第2の巻軸トルク記憶部39は、巻軸トルク分布「Tmax(θ)」を記憶する。The winding diameter distribution
第1の変化量分布演算部20は、巻芯6aの変化量分布「dRφcore(θ)/dφ」についての上記式(39)と同様の演算により、巻取完了時における巻回体6の変化量分布「dRφmax(θ)/dφ」を算出する。第2の変化量分布記憶部40は、変化量分布「dRφmax(θ)/dφ」を記憶する。The first change amount distribution calculation unit 20 performs the same calculation as the above equation (39) for the change amount distribution “dR φcore (θ) / dφ” of the winding
平均巻径演算部22は、巻芯6aの平均巻芯径「Rcore_ave」についての上記式(40)および(41)と同様の演算により、巻取完了時における巻回体6の平均巻径「Rmax_ave」を算出する。平均巻径記憶部41は、平均巻径「Rmax_ave」を記憶する。The average winding
以上により、張力制御装置10Aは、巻取完了時についての各演算値、すなわち、巻径分布「Rmax(θ)」と、慣性モーメント「Jmax」と、巻径分布「Rφmax(θ)」と、変化量分布「dRφmax(θ)/dφ」と、巻軸トルク分布「Tmax(θ)」と、平均巻径「Rmax_ave」とを算出する。また、張力制御装置10Aは、算出された各演算値を記憶する。As described above, the
次に、巻き取りを開始した後における各演算値の算出方法について説明する。平均巻径演算部22は、巻き取りが行われている現在における平均巻径「Rave」を算出する。巻比演算部25は、現在における平均巻径「Rave」と、平均巻芯径記憶部24に記憶されている平均巻芯径「Rcore_ave」と、平均巻径記憶部41に記憶されている平均巻径「Rmax_ave」とを基に、次の式(51)により、巻比「PRave」を算出する。Next, a method of calculating each calculated value after starting winding will be described. The average winding
慣性モーメント演算部27は、第1の慣性モーメント記憶部15から、巻取開始前における巻芯6aの慣性モーメント「Jcore」を取得する。慣性モーメント演算部27は、第2の慣性モーメント記憶部37から、巻取完了時における巻回体6の慣性モーメント「Jmax」を取得する。慣性モーメント演算部27は、巻比演算部25から巻比「PRave」を取得する。慣性モーメント演算部27は、次の式(52)により、巻き取りが行われている現在における巻回体6の慣性モーメント「J」を算出する。The moment of
巻径分布演算部28は、巻芯径分布記憶部18から、巻取開始前における巻芯6aの巻芯径分布「Rφcore(θ)」を取得する。巻径分布演算部28は、巻径分布記憶部38から、巻取完了時における巻回体6の巻径分布「Rφmax(θ)」を取得する。巻径分布演算部28は、巻比演算部25から巻比「PRave」を取得する。巻径分布演算部28は、次の式(53)により、巻き取りが行われている現在における巻回体6の巻径分布「Rφ(θ)」を算出する。 The winding diameter distribution calculation unit 28 acquires the winding core diameter distribution “R φcore (θ)” of the winding
変化量分布演算部29は、第1の変化量分布記憶部21から、巻取開始前における巻芯6aについての、巻芯径の変化量分布「dRφcore(θ)/dφ」を取得する。変化量分布演算部29は、第2の変化量分布記憶部40から、巻取完了時における巻回体6についての、巻径の変化量分布「dRφmax(θ)/dφ」を取得する。変化量分布演算部29は、巻比演算部25から巻比「PRave」を取得する。巻径分布演算部28は、次の式(54)により、巻き取りが行われている現在における巻回体6についての、巻径の変化量分布「dRφ(θ)/dθ」を算出する。 The change amount distribution calculation unit 29 acquires the change amount distribution “dR φcore (θ) / dφ” of the winding core diameter with respect to the winding
第1の補償量演算部30は、角度検出器7から回転角度「θ」を取得する。第1の補償量演算部30は、第1の巻軸トルク記憶部19から、巻取開始前における巻芯6aの巻軸トルク分布「Tcore(θ)」を取得する。第1の補償量演算部30は、第2の巻軸トルク記憶部39から、巻取完了時における巻回体6の巻軸トルク分布「Tmax(θ)」を取得する。第1の補償量演算部30は、巻比演算部25から巻比「PRave」を取得する。第1の補償量演算部30は、目標張力設定器26から、目標張力「Ftarget」を取得する。第1の補償量演算部30は、次の式(55)により、巻軸トルク補償量「TR」を算出する。The first compensation
第2の補償量演算部31は、角度検出器7から回転角度「θ」を取得する。第2の補償量演算部31は、周速度検出器9から周速度「V」を取得する。第2の補償量演算部31は、慣性モーメント演算部27から、巻き取りが行われている現在における巻回体6の慣性モーメント「J」を取得する。第2の補償量演算部31は、巻径分布演算部28から、巻き取りが行われている現在における巻回体6の巻径分布「Rφ(θ)」を取得する。第2の補償量演算部31は、変化量分布演算部29から、巻き取りが行われている現在における巻回体6についての変化量「dRφ(θ)/dθ」を取得する。第2の補償量演算部31は、微分演算部32から、周速度「V」の微分量である「dV/dt」を取得する。第2の補償量演算部31は、上記式(31)および(32)を用いて、次の式(56)により、慣性トルク補償量「TI」を算出する。The second compensation
トルク制御部33は、巻軸トルク補償量「TR」と慣性トルク補償量「TI」とを加算することにより、トルク指令値を算出する。トルク制御部33は、算出されたトルク指令値を軸駆動機4へ出力することによって、軸駆動機4の駆動を制御する。
実施の形態2によると、張力制御装置10Aは、巻芯径分布を基に算出された慣性モーメントと、巻径分布を基に算出された慣性モーメントとを基に、慣性トルク補償量を算出することにより、巻回体6の慣性モーメントを正確に算出することができる。張力制御装置10Aは、巻回体6の慣性モーメントを正確に算出できることによって、慣性モーメントの変動による張力の変動を高い精度で抑制することができる。
According to the second embodiment, the
実施の形態3.
図7は、実施の形態3にかかる張力制御装置を含むシステムの構成を示す図である。実施の形態3にかかる張力制御装置10Bは、材料1の張力を検出した結果に基づいて張力補正量を算出し、算出された張力補正量を基にトルク指令値を補正する。また、張力制御装置10Bは、材料1の張力を検出した結果を基に算出された慣性モーメントを基に、第2の補償量である慣性トルク補償量を算出する。実施の形態3では、上記の実施の形態1または2と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態1または2とは異なる構成について主に説明する。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a system including the tension control device according to the third embodiment. The
実施の形態3のシステム100は、実施の形態1のシステム100と同様の構成要素と、材料1の張力を検出する張力検出器42とを有する。張力検出器42は、送りロール3から送り出される材料1の張力、すなわちシステム100にて搬送される対象物の張力を検出する。張力制御装置10Bは、張力検出器42による張力の検出結果を取得する。
The
次に、張力制御装置10Bにおける張力制御のための演算について説明する。上記式(13)から(21)の演算により、巻芯6aの形状と、巻芯6aおよび材料1の各密度とを基に求められた慣性モーメントは、実際の慣性モーメントとの間に誤差が生じる可能性がある。かかる誤差は、材料1の層における空気の巻き込み、または巻径の検出誤差などによって生じ得る。
Next, the calculation for tension control in the
張力制御装置10Bは、巻軸トルク補償量と慣性トルク補償量とに加えて、張力補正量を算出する。張力制御装置10Bは、巻軸トルク補償量、慣性トルク補償量および張力補正量に基づいて、巻芯6aを回転させるためのトルクを制御する。
The
巻回体6の半径に対して材料1の厚みが十分に小さい場合には、慣性モーメントの増加による慣性トルク補償量の増加量は極小となる。この場合、慣性トルク補償量を表す「d(Jω)/dt」の算出において、当該増加量は無視可能と考える。その場合における慣性トルク補償量「d(Jω)/dt」は、次の式(57)により表される。
When the thickness of the material 1 is sufficiently small with respect to the radius of the winding
上記式(32)および(57)より、慣性モーメント「J」は、次の式(58)により表される。 From the above equations (32) and (57), the moment of inertia "J" is expressed by the following equation (58).
張力制御装置10Bは、一定の負荷トルクで巻回体6を1回転させ、かつ、複数回において取得された慣性モーメント「J」の値を平均することによって、巻径の変動による慣性モーメント「J」の誤差を減らすことができる。
The
Δφ=2π/nとして、角度範囲「Δφ」おきの点であるn個の各点における巻回体6の半径が求められたとする。巻回体6の慣性モーメント「J」は、次の式(59)により表される。
Assuming that Δφ = 2π / n, the radius of the winding
張力制御装置10Bは、上記式(59)の演算により、巻取開始前の巻芯6aの慣性モーメント「JC」と、巻取完了時の巻回体6の慣性モーメント「Jmax」とを算出する。これにより、張力制御装置10Bは、上記式(29)を適用して慣性モーメント「J」を算出する。The
図8は、実施の形態3にかかる張力制御装置の機能構成を示す図である。実施の形態3にかかる張力制御装置10Bでは、実施の形態2の張力制御装置10Aが備える機能部と同様の機能部に、張力補正量の算出のための機能部が追加されている。また、第2の補償量演算部31は、巻径分布取得部11によって取得された巻径分布と張力検出器42によって検出された張力とを基に算出された慣性モーメントと、周速度検出器9によって検出された周速度とに基づいて、第2の補償量である慣性トルク補償量を算出する。
FIG. 8 is a diagram showing a functional configuration of the tension control device according to the third embodiment. In the
実施の形態3にかかる張力制御装置10Bは、軸駆動機4から出力されるトルクを設定する出力トルク設定器43と、周速度分布を記憶する周速度分布記憶部44と、加速度分布を記憶する加速度分布記憶部45と、張力分布を求める張力分布取得部46とを有する。張力制御装置10Bは、巻取開始前における巻芯6aの慣性モーメントと巻取完了時における巻回体6の慣性モーメントとを算出する慣性モーメント演算部47と、張力補正量を算出する張力補正量演算部48とを有する。
The
次に、実施の形態3にかかる張力制御装置10Bの各機能部における演算の具体例について説明する。実施の形態3において、張力制御装置10Bは、出力トルク設定器43に設定されているトルク「TRot」により巻芯6aを1回転させる。張力制御装置10Bは、巻取開始前についての各演算値、すなわち、巻芯径分布「Rcore(θ)」と、慣性モーメント「Jcore」と、巻芯径分布「Rφcore(θ)」と、変化量分布「dRφcore(θ)/dφ」と、巻軸トルク分布「Tcore(θ)」と、平均巻芯径「Rcore_ave」とを算出する。張力制御装置10Bは、かかる各演算値のうち慣性モーメント「Jcore」以外の演算値を、実施の形態2の場合と同様に算出する。Next, a specific example of the calculation in each functional unit of the
張力制御装置10Bは、慣性モーメント「Jcore」以外の演算値が算出された後に巻芯6aをさらに1回転させた際における周速度分布と加速度分布とを取得する。張力制御装置10Bは、巻芯径分布「Rcore(θ)」を取得する場合と同様に、回転角度「θ」に周速度「V」を紐付けることによって、次の式(60)に示す周速度分布「Vcore(θ)」を取得する。周速度分布記憶部44は、周速度分布「Vcore(θ)」を記憶する。The
張力制御装置10Bは、微分演算部32における周速度「V」の微分演算により加速度「dVφcore/dt」を求める。張力制御装置10Bは、巻芯径分布「Rcore(θ)」を取得する場合と同様に、回転角度「θ」に加速度「dVφcore/dt」を紐付けることによって、次の式(61)に示す加速度分布「dV/dtφcore(θ)」を取得する。加速度分布記憶部45は、加速度分布「dV/dtφcore(θ)」を記憶する。 The tension control device 10B obtains the acceleration “dV φcore / dt” by the differential calculation of the peripheral speed “V” in the
張力分布取得部46は、張力検出器42から、検出された張力「Fcore」を取得する。張力分布取得部46は、一定の角度範囲ごとに取得された張力「Fcore」を回転角度「θ」に紐付けることによって、張力分布を取得する。The tension
慣性モーメント演算部47は、得られた各演算値と上記式(35)とに基づく演算によって、巻取開始前についての慣性モーメント「Jcore」を算出する。慣性モーメント「Jcore」は、次の式(62)により表される。 The moment of inertia calculation unit 47 calculates the moment of inertia "J core " before the start of winding by the calculation based on each of the obtained calculated values and the above equation (35). The moment of inertia "J core " is expressed by the following equation (62).
張力制御装置10Bは、巻取完了時においても、出力トルク設定器43に設定されているトルク「TRot」により巻芯6aを1回転させる。張力制御装置10Bは、巻取完了時についての各演算値、すなわち、巻径分布「Rmax(θ)」と、慣性モーメント「Jmax」と、巻径分布「Rφmax(θ)」と、変化量分布「dRφmax(θ)/dφ」と、巻軸トルク分布「Tmax(θ)」と、平均巻径「Rmax_ave」とを算出する。張力制御装置10Bは、かかる各演算値のうち慣性モーメント「Jmax」以外の演算値を、実施の形態2の場合と同様に算出する。慣性モーメント演算部47は、慣性モーメント「Jcore」と同様に、慣性モーメント「Jmax」を算出する。The
張力制御装置10Bは、実施の形態2と同様に、巻取完了時についての演算の後に、巻軸トルク補償量と慣性トルク補償量とを算出する。張力補正量演算部48は、目標張力設定器26から、目標張力「Ftarget」を取得する。張力補正量演算部48は、張力検出器42から、検出された張力「Fdetect」を取得する。張力補正量演算部48は、目標張力「Ftarget」と検出された張力「Fdetect」との比較により、張力補正量を算出する。張力補正量演算部48は、張力補正量の算出結果をトルク制御部33へ出力する。Similar to the second embodiment, the
トルク制御部33は、巻軸トルク補償量と慣性トルク補償量と張力補正量とを加算することにより、トルク指令値を算出する。トルク制御部33は、算出されたトルク指令値を軸駆動機4へ出力することによって、軸駆動機4の駆動を制御する。
The
実施の形態3によると、張力制御装置10Bは、材料1の張力を検出した結果に基づいて張力補正量を算出し、算出された張力補正量を基にトルク指令値を補正する。これにより、張力制御装置10Bは、高精度な張力制御が可能となる。なお、実施の形態3における、張力補正量の算出と、算出された張力補正量に基づくトルク指令値の補正とは、実施の形態1にかかる張力制御装置10に適用されても良い。
According to the third embodiment, the
上記の実施の形態1においても、第2の補償量演算部31は、実施の形態3と同様に、巻径分布取得部11によって取得された巻径分布と張力検出器42によって検出された張力とを基に算出された慣性モーメントと、周速度検出器9によって検出された周速度とに基づいて、慣性トルク補償量を算出しても良い。
In the first embodiment as well, the second compensation
次に、実施の形態1から3にかかる張力制御装置10,10A,10Bが有するハードウェア構成について説明する。図9は、実施の形態1から3にかかる張力制御装置が有するハードウェア構成の例を示す図である。図9には、プログラムを実行するハードウェアを用いることによって張力制御装置10,10A,10Bの機能が実現される場合におけるハードウェア構成を示している。張力制御装置10,10A,10Bは、張力制御プログラムがインストールされたコンピュータシステムである。張力制御プログラムは、巻芯6aに巻かれる対象物の張力を制御する張力制御装置10,10A,10Bとしてコンピュータを機能させるためのプログラムである。コンピュータシステムは、パーソナルコンピュータまたは汎用コンピュータである。
Next, the hardware configuration of the
張力制御装置10,10A,10Bは、各種処理を実行するプロセッサ51と、内蔵メモリであるメモリ52と、張力制御装置10,10A,10Bへの情報の入力と張力制御装置10,10A,10Bからの情報の出力のためのインタフェース回路53と、情報を記憶する記憶装置54と、各種設定のための入力を受け付ける入力装置55とを有する。
The
プロセッサ51は、CPU(Central Processing Unit)である。プロセッサ51は、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、又はDSP(Digital Signal Processor)であっても良い。メモリ52は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)またはEEPROM(登録商標)(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)である。
The
記憶装置54は、HDD(Hard Disk Drive)またはSSD(Solid State Drive)である。張力制御プログラムは、記憶装置54に格納される。プロセッサ51は、記憶装置54に格納されている張力制御プログラムをメモリ52に読み出して実行する。入力装置55は、キーボードまたはマウスといった機器である。
The
張力制御プログラムは、コンピュータシステムによる読み取りが可能とされた記憶媒体に記憶されたものであっても良い。張力制御装置10,10A,10Bは、記憶媒体に記録された張力制御プログラムをメモリ52へ格納しても良い。記憶媒体は、フレキシブルディスクである可搬型記憶媒体、あるいは半導体メモリであるフラッシュメモリであっても良い。張力制御プログラムは、他のコンピュータあるいはサーバ装置から通信ネットワークを介してコンピュータシステムへインストールされても良い。
The tension control program may be stored in a storage medium that can be read by a computer system. The
張力制御装置10,10A,10Bにおける、演算部、取得部、設定器、計測器および制御部の各機能は、プロセッサ51とソフトウェアの組み合わせによって実現される。当該各機能は、プロセッサ51およびファームウェアの組み合わせによって実現されても良く、プロセッサ51、ソフトウェアおよびファームウェアの組み合わせによって実現されても良い。ソフトウェアまたはファームウェアは、プログラムとして記述され、記憶装置54に格納される。張力制御装置10,10A,10Bにおける記憶部の機能は、記憶装置54の使用により実現される。
Each function of the calculation unit, the acquisition unit, the setting unit, the measuring instrument, and the control unit in the
上記実施の形態1から3において、張力制御装置10,10A,10Bは、材料1を巻き取る巻取機に適用される。張力制御装置10,10A,10Bは、材料1を巻き出す巻出機に適用されても良い。
In the above-described first to third embodiments, the
以上の各実施の形態に示した構成は、本開示の内容の一例を示すものである。各実施の形態の構成は、別の公知の技術と組み合わせることが可能である。各実施の形態の構成同士が適宜組み合わせられても良い。本開示の要旨を逸脱しない範囲で、各実施の形態の構成の一部を省略または変更することが可能である。 The configuration shown in each of the above embodiments shows an example of the contents of the present disclosure. The configurations of each embodiment can be combined with other known techniques. The configurations of the respective embodiments may be combined as appropriate. It is possible to omit or change a part of the configuration of each embodiment without departing from the gist of the present disclosure.
1 材料、2 送りモータ、3 送りロール、4 軸駆動機、5 固定ロール、6 巻回体、6a 巻芯、6b 回転軸、7 角度検出器、8 巻径検出器、9 周速度検出器、10,10A,10B 張力制御装置、11 巻径分布取得部、12 巻芯密度設定器、13 材料幅設定器、14 第1の慣性モーメント演算部、15 第1の慣性モーメント記憶部、16 巻径分布トルク演算部、17 位置設定器、18,34 巻芯径分布記憶部、19 第1の巻軸トルク記憶部、20 第1の変化量分布演算部、21 第1の変化量分布記憶部、22 平均巻径演算部、23 時間計測器、24 平均巻芯径記憶部、25 巻比演算部、26 目標張力設定器、27,47 慣性モーメント演算部、28 巻径分布演算部、29 変化量分布演算部、30 第1の補償量演算部、31 第2の補償量演算部、32 微分演算部、33 トルク制御部、35 第2の慣性モーメント演算部、36 材料密度設定器、37 第2の慣性モーメント記憶部、38 巻径分布記憶部、39 第2の巻軸トルク記憶部、40 第2の変化量分布記憶部、41 平均巻径記憶部、42 張力検出器、43 出力トルク設定器、44 周速度分布記憶部、45 加速度分布記憶部、46 張力分布取得部、48 張力補正量演算部、51 プロセッサ、52 メモリ、53 インタフェース回路、54 記憶装置、55 入力装置、100 システム。 1 Material, 2 Feed Motor, 3 Feed Roll, 4 Axis Driver, 5 Fixed Roll, 6 Winder, 6a Core, 6b Rotating Axis, 7 Angle Detector, 8 Wind Diameter Detector, 9 Moment of Inertia Detector, 10, 10A, 10B Tension control device, 11 winding diameter distribution acquisition unit, 12 core density setting device, 13 material width setting device, 14 first moment of inertia calculation unit, 15 first moment of inertia storage unit, 16 winding diameter Distribution torque calculation unit, 17 position setter, 18,34 core diameter distribution storage unit, 19 first winding shaft torque storage unit, 20 first change amount distribution calculation unit, 21 first change amount distribution storage unit, 22 Average winding diameter calculation unit, 23-hour measuring instrument, 24 Average winding core diameter storage unit, 25 Volume ratio calculation unit, 26 Target tension setting device, 27, 47 Moment of inertia calculation unit, 28 Wind diameter distribution calculation unit, 29 Change amount Distribution calculation unit, 30 first compensation amount calculation unit, 31 second compensation amount calculation unit, 32 differential calculation unit, 33 torque control unit, 35 second moment of inertia calculation unit, 36 material density setter, 37 second Moment of inertia storage unit, 38 winding diameter distribution storage unit, 39 second winding shaft torque storage unit, 40 second change amount distribution storage unit, 41 average winding diameter storage unit, 42 tension detector, 43 output torque setting device , 44 Circumferential velocity distribution storage unit, 45 acceleration distribution storage unit, 46 tension distribution acquisition unit, 48 tension correction amount calculation unit, 51 processor, 52 memory, 53 interface circuit, 54 storage device, 55 input device, 100 system.
Claims (7)
前記巻芯の回転軸を中心とする前記巻芯の周上の位置ごとにおける前記巻芯の径を表す巻芯径分布を取得する取得部と、
前記巻芯径分布に基づいた演算によって得られる補償量であって、前記巻芯に前記対象物が巻かれた巻回体の径である巻径の変動による前記張力の変動を補償するための第1の補償量を算出する第1の補償量演算部と、
前記巻芯径分布に基づいた演算によって得られる補償量であって、前記巻回体の回転に伴う慣性モーメントの変動による前記張力の変動を補償するための第2の補償量を、搬送される前記対象物の周速度を検出した結果に基づいて算出する第2の補償量演算部と、
前記巻芯を回転させるためのトルクを前記第1の補償量と前記第2の補償量とに基づいて制御するトルク制御部と、を備えることを特徴とする張力制御装置。A tension control device that controls the tension of an object wound around a core of a rotating body.
An acquisition unit that acquires a winding core diameter distribution representing the diameter of the winding core at each position on the circumference of the winding core about the rotation axis of the winding core, and an acquisition unit.
It is a compensation amount obtained by calculation based on the winding core diameter distribution, and is for compensating for the fluctuation of the tension due to the fluctuation of the winding diameter which is the diameter of the winding body in which the object is wound around the winding core. The first compensation amount calculation unit that calculates the first compensation amount, and
A second compensation amount for compensating for the fluctuation of the tension due to the fluctuation of the moment of inertia accompanying the rotation of the winding body, which is the compensation amount obtained by the calculation based on the winding core diameter distribution, is conveyed. A second compensation amount calculation unit that calculates based on the result of detecting the peripheral speed of the object, and
A tension control device including a torque control unit that controls a torque for rotating the winding core based on the first compensation amount and the second compensation amount.
前記第2の補償量演算部は、前記巻芯径分布を基に算出された慣性モーメントと、前記巻径分布を基に算出された慣性モーメントとを基に、前記第2の補償量を算出することを特徴とする請求項1に記載の張力制御装置。The acquisition unit further acquires the winding diameter distribution, which is the distribution of the winding diameter, and obtains the winding diameter distribution.
The second compensation amount calculation unit calculates the second compensation amount based on the moment of inertia calculated based on the winding core diameter distribution and the moment of inertia calculated based on the winding diameter distribution. The tension control device according to claim 1, wherein the tension control device is characterized.
前記トルク制御部は、前記巻芯を回転させるためのトルクを、前記張力補正量に基づいて補正することを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の張力制御装置。It is provided with a tension correction amount calculation unit that calculates the tension correction amount based on the tension detection result of the object.
The tension control device according to any one of claims 1 to 4, wherein the torque control unit corrects the torque for rotating the winding core based on the tension correction amount.
前記巻芯の回転軸を中心とする前記巻芯の周上の位置ごとにおける前記巻芯の径を表す巻芯径分布を取得するステップと、
前記巻芯径分布に基づいた演算によって得られる補償量であって、前記巻芯に前記対象物が巻かれた巻回体の径である巻径の変動による前記張力の変動を補償するための第1の補償量を算出するステップと、
前記巻芯径分布に基づいた演算によって得られる補償量であって、前記巻回体の回転に伴う慣性モーメントの変動による前記張力の変動を補償するための第2の補償量を、搬送される前記対象物の周速度の検出結果に基づいて算出するステップと、
前記巻芯を回転させるためのトルクを前記第1の補償量と前記第2の補償量とに基づいて制御するステップと、
を前記コンピュータに実行させることを特徴とする張力制御プログラム。A tension control program that causes a computer to function as a tension control device that controls the tension of an object wound around a winding core that is a rotating body.
A step of acquiring a winding core diameter distribution representing the diameter of the winding core at each position on the circumference of the winding core about the rotation axis of the winding core, and
It is a compensation amount obtained by calculation based on the winding core diameter distribution, and is for compensating for the fluctuation of the tension due to the fluctuation of the winding diameter which is the diameter of the winding body in which the object is wound around the winding core. The step of calculating the first compensation amount and
A second compensation amount for compensating for the fluctuation of the tension due to the fluctuation of the moment of inertia accompanying the rotation of the winding body, which is the compensation amount obtained by the calculation based on the winding core diameter distribution, is conveyed. Steps to calculate based on the detection result of the peripheral velocity of the object, and
A step of controlling the torque for rotating the winding core based on the first compensation amount and the second compensation amount, and
A tension control program, characterized in that the computer is executed.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2020/030728 WO2022034661A1 (en) | 2020-08-12 | 2020-08-12 | Tension control device, tension control program, and storage medium |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP6865914B1 true JP6865914B1 (en) | 2021-04-28 |
JPWO2022034661A1 JPWO2022034661A1 (en) | 2022-02-17 |
Family
ID=75638852
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021501358A Active JP6865914B1 (en) | 2020-08-12 | 2020-08-12 | Tension control device, tension control program and storage medium |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6865914B1 (en) |
CN (1) | CN115335304B (en) |
TW (1) | TWI771135B (en) |
WO (1) | WO2022034661A1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000103556A (en) * | 1998-09-28 | 2000-04-11 | Kataoka Mach Co Ltd | Sheet rewinding tension control method |
JP2010235301A (en) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Honda Motor Co Ltd | Device of manufacturing flat winding body |
JP2012051725A (en) * | 2010-09-03 | 2012-03-15 | Otari Kk | Winding device |
JP2017030958A (en) * | 2015-08-05 | 2017-02-09 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | Tension control device and drive system |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR1486040A (en) * | 1966-07-06 | 1967-06-23 | Westinghouse Electric Corp | Device for detecting the diameter of a roll formed by a rotating belt |
JPH07148518A (en) * | 1993-11-30 | 1995-06-13 | Kawasaki Steel Corp | Tension control device |
US6473669B2 (en) * | 1998-07-03 | 2002-10-29 | Kimberly-Clark Worldwide, Inc. | Controlling web tension, and accumulating lengths of web, by actively controlling velocity and acceleration of a festoon |
JP3973608B2 (en) * | 2003-07-30 | 2007-09-12 | 津田駒工業株式会社 | Bias setting value setting method for warp winding device and warp winding device |
CN103287897B (en) * | 2012-02-29 | 2018-11-02 | 晟通科技集团有限公司 | A kind of coating machine opens the sensor inertial compensation method in winding system |
TWI557058B (en) * | 2013-05-23 | 2016-11-11 | 鴻海精密工業股份有限公司 | Tension controlling device |
CN203754089U (en) * | 2013-12-31 | 2014-08-06 | 东莞市博拓自动化设备有限公司 | Tension adjusting device |
KR102165597B1 (en) * | 2016-08-02 | 2020-10-14 | 도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤 | Control device of the unwinder |
CN109534045A (en) * | 2018-12-29 | 2019-03-29 | 西安西驰电气股份有限公司 | A kind of coil diameter calculation method and winding/unwinding device based on rotary inertia |
-
2020
- 2020-08-12 JP JP2021501358A patent/JP6865914B1/en active Active
- 2020-08-12 CN CN202080099127.7A patent/CN115335304B/en active Active
- 2020-08-12 WO PCT/JP2020/030728 patent/WO2022034661A1/en active Application Filing
-
2021
- 2021-08-04 TW TW110128664A patent/TWI771135B/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000103556A (en) * | 1998-09-28 | 2000-04-11 | Kataoka Mach Co Ltd | Sheet rewinding tension control method |
JP2010235301A (en) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Honda Motor Co Ltd | Device of manufacturing flat winding body |
JP2012051725A (en) * | 2010-09-03 | 2012-03-15 | Otari Kk | Winding device |
JP2017030958A (en) * | 2015-08-05 | 2017-02-09 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | Tension control device and drive system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2022034661A1 (en) | 2022-02-17 |
CN115335304A (en) | 2022-11-11 |
CN115335304B (en) | 2023-10-27 |
JPWO2022034661A1 (en) | 2022-02-17 |
TWI771135B (en) | 2022-07-11 |
TW202206364A (en) | 2022-02-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6865914B1 (en) | Tension control device, tension control program and storage medium | |
US20150077028A1 (en) | Load torque estimation apparatus, image forming apparatus, load torque estimation method and non-transitory computer-readable information recording medium | |
JP2014069195A (en) | Take-up device, and method for controlling stop position of tail end of steel plate | |
CN113148736A (en) | Tension control method and device for laminating machine and laminating machine | |
JP2683892B2 (en) | Eccentric roll roll constant speed unwinding drive control method | |
JP3305652B2 (en) | Method and apparatus for measuring air entrainment in coil material | |
US11966237B2 (en) | Gimbal and system having the same | |
JP2627078B2 (en) | Winding machine tension control device | |
JP2001322755A (en) | Circumferential length automatic control method and sheet material winding method | |
US6712302B2 (en) | Delta velocity tension control for tape | |
CN106061874B (en) | Rotary mode generating means and rotary mode generation method | |
JP2018088409A (en) | Winding-up part tension control system of secondary battery manufacturing apparatus | |
US20230015596A1 (en) | Media collecting | |
JP2001014661A (en) | Method for detecting wound diameter of roll-like wound body, method for controlling its rotational speed, and device therefor | |
JPH06323842A (en) | Winding diameter arithmetic equipment | |
US20230264915A1 (en) | Winding device capable of real-time precise tension measurement in winding process | |
JP2021103611A (en) | Winding-up device | |
JP2011011237A (en) | Plate thickness control method in rolling | |
JP4074765B2 (en) | Tension control method and tension control device | |
JPH0295657A (en) | Control method for tape take-up machine | |
WO2020194364A1 (en) | Thermal transfer printer | |
CN117262845A (en) | Tape transport control method, tape transport system, and readable storage medium | |
CN114476791A (en) | Method, device, system, equipment and medium for determining initial roll diameter of unwinding equipment | |
JP2021162332A (en) | Method for manufacturing film and film winding device | |
JP2001255121A (en) | Method and apparatus for continuously measurement of thickness of strip-like sheet material in noncontact state |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210114 |
|
A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20210114 |
|
A975 | Report on accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005 Effective date: 20210210 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210309 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210406 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6865914 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |