JP7432885B2 - ロール清拭装置およびロール清拭方法 - Google Patents
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- Grinding Of Cylindrical And Plane Surfaces (AREA)
Description
このロールに付着した異物は、表面処理されて搬送される金属板が押さえ付けられた際に、この金属板の表面に凹みなどの欠陥を発生させる要因となる。このような欠陥は、金属板の長手方向においてロールの周長さのピッチで連続的に発生するため、多大な製品歩留りの低下を招く。
これに対して例えば特許文献1~6に例示するように、安全性の向上を図り作業環境を良くする目的で、人手を介さないで自動でロールの表面の研摩作業を実行可能なクリーニング装置も提案されている。
これにより操作者は、把持部で把持した物体からの反力等を操作部で感じ取ることができることが開示されている。
このため、これらの先行技術はロール表面の異物の状態に応じたピンポイントの位置で作業中に押付力あるいはその設定値を素早く変更できるような装置構成ではなかった。
なお、上記した(1)に記載のロール清拭装置においては、(2)前記押付部材は、前記搬送用ロールの軸方向に沿って移動可能であることが好ましい。
≪第1実施形態≫
[ロール清拭装置100]
まず図1~図3を用いて、本発明の第1実施形態に係るロール清拭装置100について説明する。
これらの図に示されるように、ロール清拭装置100は、押付部材10、第1駆動モータ20、第1位置情報取得部30、第2駆動モータ40、第2位置情報取得部50、操作機材60および制御装置70を含んで構成されている。
一方で第2駆動モータ40については操作機材60との間に変速機構が介在せず両者が接続されており、いわゆるダイレクトドライブ形態の駆動機構が採用されている。これにより動力の伝達誤差を最小限にしつつ操作機材60の変位を直接的に第2駆動モータ40へ伝達することが可能となっている。
なお、より具体的な搬送装置80のロール清拭装置100への組み込み態様としては、例えば操作機材60の付近に図示しないフットペダルや操作レバーなどの公知の操作手段を設置することなどが例示できる。そして例えば操作手段がフットペダルの場合には、操作者Pがこのフットペダルを足で操作して、載置台81をロールRの軸方向へ沿って移動させる構成などが採用できる。
なお第2位置情報取得部50で検出する「操作機材60の第2位置」は、直接的な位置でなくても、それに対応する駆動モータにおける回転軸の回転数(角度)で算出するようにしてもよい。
なお、この第1位置情報取得部30で検出する「押付部材10の第1位置」は、直接的な位置でなくても、それに対応する駆動モータにおける回転軸の回転数(角度)で算出するようにしてもよい。
具体的には、制御装置70は、ロール清拭装置100全体を制御する統括制御部70a、第2駆動モータ40を制御するマスタ側制御部70b、及び、第1駆動モータ20を制御するスレーブ側制御部70cを含んで構成されている。
なお本実施形態ではこれら3つの制御部で制御装置70が構成されているが、この例に限られず1つの制御部に各機能を統合する形態であってもよい。
また、撮像装置90による撮影内容は、上記したロールR表面の異物付着箇所と押付部材10との相対的な位置関係の様子を検出する場合に限られず、例えばロール清拭装置100の動作状況を単に把握するために用いてもよい。
本実施形態のロール清拭装置100では、押付部材10と操作機材60とが離隔した位置に設置され、操作者が操作機材60を操作することにより、押付部材10が遠隔的に操作される。このとき、操作機材60を操作する操作者に対し、ロールRに押し付けられた押付部材10の力触覚が伝達される。具体的には、第1駆動モータ20と第2駆動モータ40との間で力触覚伝達のための制御が行われる。
これにより、ロール清拭作業を行う作業者は、高速で回転するロールRや、ロールRによって高速に搬送されるワーク等から離れた位置で、より安全に作業を行うことが可能となる。
この結果、第1駆動モータ20及び第2駆動モータ40の動作が、目標とする力触覚伝達機能を実現する状態に制御される。
即ち、本発明で用いる位置・力制御方法の基本となる座標変換として、制御対象システムの機能の基準となる値(基準値)と、制御されるアクチュエータ(第1駆動モータ20あるいは第2駆動モータ40)の現在速度(または位置)とを入力とする座標変換を定義することができる。この座標変換は、一般に、基準値及び現在速度(または位置)を要素とする入力ベクトルを速度(または位置)の制御目標値を算出するための速度(または位置)からなる出力ベクトル(仮想空間上の変数群)に変換するとともに、基準値及び現在の力を要素とする入力ベクトルを力の制御目標値を算出するための力からなる出力ベクトル(仮想空間上の変数群)に変換するものである。
なお、位置と速度(または加速度)あるいは角度と角速度(または角加速度)は、微積分演算により置換可能なパラメータであるため、位置あるいは角度に関する処理を行う場合、適宜、速度あるいは角速度等に置換することが可能である。
この場合、第1駆動モータ20及び第2駆動モータ40の出力段において、バイラテラル制御を実現することができる。
力触覚伝達機能においてスケーリングが実現される場合、スレーブ側制御部70cからマスタ側制御部70bに伝達されるパラメータにスケーリングの規模に対応する倍数(スケーリング比)を乗算することができる。このとき、マスタ側制御部70bからスレーブ側制御部70cに伝達されるパラメータには、当該倍数の逆数が乗算される。例えば、スレーブ側制御部70cから速度(または位置)がα倍(αは正数)、力がβ倍(βは正数)されて、マスタ側制御部70bに伝達される場合、マスタ側制御部70bから速度(または位置)が1/α倍、力が1/β倍されて、スレーブ側制御部70cに伝達される。
そのため、本実施形態においては、制御装置70が実現する力触覚伝達機能において、変速機構21における増減速及び力の拡大・縮小を反映させた力触覚伝達のための制御が行われる。
この場合、変速機構21の機械的な特性を包含するスケーリングを座標変換によって実現できるため、ロール清拭装置100の機械的な構成に適応させながら、力触覚伝達におけるスケーリングの機能を柔軟に実現することができる。
例えば、ギアのバックラッシュ、ギアの静止摩擦係数といった機械ロスや、第1駆動モータ20及び第2駆動モータ40の回転軸から力の作用点までの距離等を座標変換の係数に反映させることができる。
この場合、力触覚伝達の制御におけるパラメータから推定される物理量(反力の大きさや速度等)の精度を向上させることができる。
図2に示すように、マスタ側制御部70b及びスレーブ側制御部70cにおいて実現される力触覚伝達機能は、制御対象システムSと、機能別力・速度割当変換ブロックFTと、理想力源ブロックFCあるいは理想速度(位置)源ブロックPCの少なくとも一つと、逆変換ブロックIFTとを含む制御則として表される。
このような制御により、制御対象システムS(第1駆動モータ20及び第2駆動モータ40)における位置の情報が機能別力・速度割当変換ブロックFTに入力されると、位置の情報に基づいて得られる速度(位置)及び力の情報を用いて、機能別力・速度割当変換ブロックFTにおいて、力触覚伝達機能を実現するための座標変換が行われる。そして、理想力源ブロックFCにおいて、力触覚伝達機能に応じた力の演算が行われ、理想速度(位置)源ブロックPCにおいて、力触覚伝達機能に応じた速度(位置)の演算が行われ、力及び速度(位置)それぞれに制御エネルギーが分配される。
その結果、第1駆動モータ20及び第2駆動モータ40は、力触覚伝達機能に従う動作を実行し、目的とするロール清拭装置100の動作が実現される。
図3は、ロール清拭装置100の制御系統の具体的構成例を示すブロック図である。
図3に示されるように、統括制御部70a、マスタ側制御部70b、マスタ側ドライバDm、第2駆動モータ40、第2位置情報取得部50、スレーブ側制御部70c、スレーブ側ドライバDs、第1駆動モータ20、第1位置情報取得部30を含んで構成されている。
マスタ側制御部70bは、第2位置情報取得部50からの位置情報に基づいて算出した第2駆動モータ40の動作を表すパラメータ(例えば、速度及び力)の指令値をマスタ側ドライバDmに出力する。
マスタ側ドライバDmは、マスタ側制御部70bから入力された指令値に従って、第2駆動モータ40に対し、駆動電流を入力する。
スレーブ側制御部70cは、第1位置情報取得部30からの位置情報に基づいて算出した第1駆動モータ20の動作を表すパラメータ(例えば、速度及び力)の指令値をスレーブ側ドライバDsに出力する。
スレーブ側ドライバDsは、スレーブ側制御部70cから入力された指令値に従って、第1駆動モータ20に対し、駆動電流を入力する。
第1駆動モータ20は、スレーブ側ドライバDsから入力される駆動電流によって動作し、押付部材10をロールRに押し付ける力を発生する。
次に図4を参照してロール清拭方法について説明する。
すなわち本実施形態におけるロール清拭方法においては、上記した第2駆動モータ40と接続された操作機材60を操作者Pが操作することで、第1駆動モータ20と接続された押付部材10がロールRの表面に押し付けられて異物が除去されるように清拭する。
なお、ステップ3におけるロール清拭装置100の処理(力触覚伝達処理)については、後述する。
この判定手法については種々の態様が例示できるが、例えば上記した検品作業を行う作業員が除去完了の確認を行ってもよい。あるいは、ロールR付近に設置された撮像装置90からの画像に基づいて、欠陥領域をモニターMで監視しつつ操作者Pが除去完了を確認してもよい。
一方でステップ5において他の欠陥がもう存在しない場合には、ロールRの表面から押付部材10を退避させて清拭動作を完了する。
次に図5を参照して力触覚伝達処理について説明する。
図5は、ロール清拭装置100が実行する力触覚伝達処理のフローチャートである。
力触覚伝達処理は、制御装置70において、力触覚伝達処理の実行を指示する操作が行われることに対応して開始される。
ステップ32では、第1位置情報取得部30及び第2位置情報取得部50は、押付部材10及び操作機材60の位置情報を取得する。
ステップ33では、マスタ側制御部70bは、取得された操作機材60の位置情報から第1駆動モータ20の動作を表すパラメータ(例えば、速度及び力)を算出し、スレーブ側制御部70cに送信する。同様に、スレーブ側制御部70cは、取得された押付部材10の位置情報から第2駆動モータ40の動作を表すパラメータ(例えば、速度及び力)を算出し、マスタ側制御部70bに送信する。
ステップ35では、マスタ側制御部70b及びスレーブ側制御部70cは、仮想空間における速度(または位置)及び力の状態値(ベクトルの要素)を、速度(または位置)及び力の目標値とするための演算を行う。これにより、現在の速度(または位置)及び力の状態値と、速度(または位置)及び力の目標値との誤差を表す状態値が取得される。
ステップ37では、マスタ側制御部70b及びスレーブ側制御部70cは、逆変換によって算出された実空間の速度(または位置)及び力が実現されるように第1駆動モータ20及び第2駆動モータ40を制御する。
力触覚伝達処理の終了が指示されていない場合、ステップ38においてNOと判定されて、処理はステップ32に移行する。
一方、力触覚伝達処理の終了が指示された場合、ステップ38においてYESと判定されて、力触覚伝達処理は終了する。
・駆動モータとその位置情報検出器からの情報で制御して押付部材10をロールRへ押し付けることから、シンプルでコンパクトな装置構成を実現でき、ロール付近の狭空間において省スペースで設置が可能であることから様々なロールへ適用できる。
・操作者PはロールRから離隔した場所で押付部材10を遠隔操作することも可能であることから、操作者自身の安全性も担保できる。
・一般的にめっきラインは長大なものとなるが、操作者は問題のロールへ監視室から出向く必要が無く、欠陥を発見したら素早く清拭作業ができる。
・ロールRの表面からの反力を計測するに際して、高価でシステムモデルの変化も懸念されるトルクセンサや力センサを使用することなく、安価で非接触計測が可能な位置検出センサによって押付部材10の押圧力を応答性よく制御できる。
次に図6を用いて本実施形態の第2実施形態について説明する。
上記した第1実施形態では載置台81上には変速機構21を介して押付ヘッド23と第1駆動モータ20とが載置されていたが、本実施形態ではこれに代えて上記のうち押付ヘッド23のみが載置台81に載置されている点に主とした特徴がある。
よって、以下では既述した実施形態と異なる点を主として説明し、既述の実施形態と同様な機能を持つ部材については同じ番号を付してその説明は適宜省略する(他の実施形態でも同様)。
また、第1駆動モータ24と押付ヘッド23とは変速機構を介さずに直接的に接続されており、いわゆるダイレクトドライブの形態が採用されている。
次に図7~9を用いて本実施形態の第3実施形態について説明する。
上記した各実施形態では1つの操作機材60に対して1つの押付部材10が対応していたが、本実施形態では1つの操作機材60で複数の押付部材10を操作可能である点に主とした特徴がある。
次に図9を用いて本実施形態におけるロール清拭方法について説明する。なお、上記第1実施形態で既述した構成と同じ構成については同じステップ番号を付してその説明は適宜省略する。
次いでステップ2~4では第1実施形態と同様にしてロールRの表面を清拭することで欠陥を除去する。
続くステップβでは他の欠陥が存在するか否かが判定され、他の欠陥が未だ存在する場合にはステップγへ続き、他の欠陥が存在しない場合には処理を完了させる。
なお本実施形態では上記した複数のスレーブ側装置を、1つの製造ラインの異なる複数の位置に配置する形態であってもよいし、複数の製造ラインに対してスレーブ側装置をそれぞれ配置する形態であってもよい。
例えばスレーブ側装置が複数設置される場合には、押付部材10の材質や種類(布やブラシなど)を互いに異ならせてもよい。
また、各統括制御部70a~スレーブ側制御部70cは、少なくとも一部の配線が無線化されて情報通信を行ってもよいし、ノイズの影響を抑制したい箇所のみ有線化してもよい。
R ロール
M モニター
100、101、102 ロール清拭装置
10 押付部材
20 第1駆動モータ
30 第1位置情報取得部
40 第2駆動モータ
50 第2位置情報取得部
60 操作機材
70 制御装置
80 搬送装置
90 撮像装置
S 制御対象システム
FT 機能別力・速度割当変換ブロック
FC 理想力源ブロック
PC 理想速度(位置)源ブロック
IFT 逆変換ブロック
Dm マスタ側ドライバ
Ds スレーブ側ドライバ
SW 切替器
Claims (9)
- ワークの製造ラインに設置されて前記ワークと接触して回転する搬送用ロールの表面に押し付けられる押付部材と、
前記押付部材を前記搬送用ロールの表面に向けて駆動する第1駆動モータと、
前記押付部材の位置に対応する第1位置を取得する第1位置情報取得部と、
操作者によって操作される操作機材と、
前記操作機材を駆動する第2駆動モータと、
前記操作機材の位置に対応する第2位置を取得する第2位置情報取得部と、
前記第1位置に基づいて算出した前記第1駆動モータの動作を表す速度及び力を含むパラメータと、前記第2位置に基づいて算出した前記第2駆動モータの動作を表す速度及び力を含むパラメータを、前記速度と前記力とが独立した仮想空間上のベクトルにそれぞれ変換する変換部と、
前記変換部によって変換された前記速度のベクトル及び前記力のベクトルそれぞれを、前記押付部材と前記操作者によって操作された操作機材との間における力触覚を伝達するための速度の目標値及び力の目標値とするための演算を行う演算部と、
前記演算部における前記演算の結果によって得られた状態値が表すベクトルを前記仮想空間から実空間に逆変換を行う逆変換部と、
前記逆変換部で行った前記逆変換によって算出された前記実空間での速度及び力が実現されるように、前記第1駆動モータ及び前記第2駆動モータの駆動を制御する制御装置と、
を備えることを特徴とするロール清拭装置。 - 前記押付部材は、前記搬送用ロールの軸方向に沿って移動可能であることを特徴とする請求項1に記載のロール清拭装置。
- 前記変換部は、前記ロール清拭装置を構成するギアの静止摩擦係数を含む機械的な特性を反映させた前記変換を行うことを特徴とする請求項1または2に記載のロール清拭装置。
- 前記第1駆動モータは変速機を備え、
前記変換部は、前記変速機における増減速及び力の拡大または縮小に応じた係数を要素とする座標変換を行うことを特徴とする請求項3に記載のロール清拭装置。 - 前記変換部は、前記第2駆動モータに与えられる前記速度または前記力の値が所定の倍数となる一方で前記第1駆動モータに与えられる前記速度または前記力の値が前記倍数の逆数となるスケーリングを実現する係数を要素とする座標変換を行うことを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載のロール清拭装置。
- 前記搬送用ロールの表面の状態または前記ロール清拭装置の動作状態を監視する撮像装置をさらに有し、
前記撮像装置による画像に基づいて前記操作機材が操作されることを特徴とする請求項1~5のいずれか一項に記載のロール清拭装置。 - 前記操作機材、前記第2駆動モータ及び前記第1位置情報取得部とで構成される単一のマスタ側装置と、
清拭すべき搬送用ロール、それに対応した前記押付部材、前記第1駆動モータ及び前記第2位置情報取得部で構成される複数のスレーブ側装置を有するとともに、
前記マスタ側装置の前記第2駆動モータからの駆動指令を切り替えて、前記複数のスレーブ側装置のうちの任意の前記第1駆動モータに駆動指令を伝達する切替器を具備する請求項1~6のいずれか一項に記載のロール清拭装置。 - 前記制御装置は、前記力触覚の伝達において取得された物理量を視覚的に表示装置へ表示する制御を行い、
前記表示装置が表示する表示内容に基づいて前記操作機材が操作される請求項1~7のいずれか一項に記載のロール清拭装置。 - ワークの製造ラインに設置されて前記ワークと接触して回転する搬送用ロールの表面に押し付けられる押付部材の位置に対応する第1位置を取得する第1位置情報取得工程と、
操作者によって操作される操作機材の位置に対応する第2位置を取得する第2位置情報取得工程と、
前記第1位置に基づいて算出した前記押付部材を駆動する第1駆動モータの動作を表す速度及び力を含むパラメータと、前記第2位置に基づいて算出した前記操作機材を駆動する第2駆動モータの動作を表す速度及び力を含むパラメータを、前記速度と前記力とが独立した仮想空間上のベクトルにそれぞれ変換する変換工程と、
前記変換工程において変換された前記速度のベクトル及び前記力のベクトルそれぞれを、前記押付部材と前記操作者によって操作された操作機材との間における力触覚を伝達するための速度の目標値及び力の目標値とするための演算を行う演算工程と、
前記演算工程における前記演算の結果によって得られた状態値が表すベクトルを前記仮想空間から実空間に逆変換を行う逆変換工程と、
前記逆変換工程で行った前記逆変換によって算出された前記実空間での速度及び力が実現されるように、前記押付部材を前記搬送用ロールの表面に向けて駆動する第1駆動モータ及び前記操作機材を駆動する第2駆動モータの駆動を制御する駆動制御工程と、
を含むことを特徴とするロール清拭方法。
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