JP7437173B2

JP7437173B2 - 自動繊維束配置装置

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Publication number: JP7437173B2
Application number: JP2020018096A
Authority: JP
Inventors: 勲西村; 廉上中; 貴久藤永
Original assignee: Tsudakoma Industrial Co Ltd
Current assignee: Tsudakoma Corp
Priority date: 2020-02-05
Filing date: 2020-02-05
Publication date: 2024-02-22
Anticipated expiration: 2040-02-05
Also published as: US20210237379A1; EP3862173A1; JP2021123024A

Description

本発明は、繊維束が巻き付けられた複数のボビンが仕掛けられて各前記ボビンから前記繊維束を送り出すように構成された供給装置と、該供給装置から供給された各前記繊維束の配置型上への配置を行うための配置ヘッドであって前記繊維束を前記配置型上に押圧する押圧部を備える配置ヘッドと、該配置ヘッドが取り付けられて前記配置のために前記配置ヘッドを移動させる多関節ロボットとを備える自動繊維束配置装置に関する。

自動繊維束配置装置として、細幅の繊維束を配置型上に配置するＡＦＰ（ＡｕｔｏｍａｔｅｄＦｉｂｅｒＰｌａｃｅｍｅｎｔ）装置が知られている。なお、本出願において、「繊維束」とは、複数本の強化繊維（炭素繊維、ガラス繊維等）の束にマトリックス樹脂を含浸させてテープ状に形成された所謂トウプリプレグのような材料を指す。また、そのＡＦＰ装置としては、多関節ロボットを用いて繊維束の配置型上への配置を行うように構成された装置がある。

特許文献１には、そのようなＡＦＰ装置として、繊維束が巻き付けられたボビンから繊維束を巻き出す（送り出す）ように構成された巻出機構と、前記配置を行うための配置ヘッドとしての貼付ヘッドであって、多関節ロボットに取り付けられる貼付ヘッドとを備える装置が開示されている。また、その特許文献１におけるＡＦＰ装置において、配置ヘッド（貼付ヘッド）は、繊維束を配置型上（被貼付面）に押圧する押圧部としてのローラ、シュー等の押圧部材と、押圧部材へ向けて繊維束を送る送出機構としてのフィーダとを有している。なお、特許文献１のＡＦＰ装置において、その送出機構（フィーダ）は、２組のローラ対によって駆動される一対の搬送ベルトを含むように構成され、対応する繊維束をその一対の搬送ベルトでニップした状態とするように設けられている。

また、特許文献２には、ＡＦＰ装置として、配置ヘッドとしての繊維供給手段が複数本の繊維束（繊維トウ）の前記配置を行うように構成された装置が開示されている。したがって、特許文献２のＡＦＰ装置には、図示はされていないが、繊維束が巻かれたボビン（スプール）が複数仕掛けられて配置ヘッド（繊維供給手段）へ向けて繊維束を供給するための供給装置が備えられている。また、その特許文献２のＡＦＰ装置において、配置ヘッドは、繊維束の経路毎に設けられて繊維束をニップする送出機構としての一対のローラと、全ての繊維束で共通の押圧部としての転圧ローラとを備えるように構成されている。そして、そのＡＦＰ装置においては、送出機構において一対のローラが回転駆動されることで、そのローラにニップされた繊維束が押圧部（転圧ローラ）へ向けて送られるようになっている。

特開２０１９－１３０９１４号公報特開２０１７－０６１１４０号公報

ところで、前記のようなＡＦＰ装置において、適正な前記配置が行われるようにする上では、配置ヘッド内において押圧部に向けて送られる繊維束の張力が所望の程度となっていることが望まれる。なお、ＡＦＰ装置においては、繊維束を押圧部により配置型に押圧しつつ（押圧部と配置型とで繊維束をニップしつつ）配置ヘッドを移動させることで前記配置が行われることから、繊維束は、前記配置の過程では、その押圧部において配置ヘッドの移動速度に応じた速度で牽引される状態となる。そこで、送出機構による繊維束の送り速度をその牽引速度（配置ヘッドの移動速度）に応じた速度とすれば、基本的には、送出機構と押圧部との間で繊維束の張力は、前記のような所望の張力に維持されると考えられている。そして、従来の装置においても、送出機構は、配置ヘッドの移動速度のみに応じた送り速度となるように駆動されている。

しかし、送出機構が回転駆動されているにもかかわらず、送出機構と押圧部との間の繊維束の張力が前記所望の程度とは異なってしまうことがある。その理由としては様々な要因が考えられるが、例えば、供給装置から配置ヘッドへ至る経路での繊維束の張力にばらつきが生じることがその要因の１つと考えられる。

詳しくは、ＡＦＰ装置においては、ボビンが仕掛けられた供給装置は、例えば特許文献１に開示された巻出機構もそうであるように、張力を調整しつつ繊維束を送り出すように構成されている。しかしながら、供給装置から配置ヘッドへ至る経路においては、繊維束は、複数のガイド部材により、そのガイド部材の位置で屈曲されるかたちで案内されている。そのため、供給装置側で張力が調整されたとしても、それが配置ヘッドに至る繊維束全体に均一に波及するとは限らず、部分的に張力が異なる状態となる場合がある。その場合、送出機構が同じように駆動されていても、その送出機構に至る上流側の繊維束の張力が異なることで、送出機構よりも下流側の繊維束の張力が異なる状態となる場合がある。

そして、特許文献２におけるＡＦＰ装置のように配置ヘッドが複数の繊維束の前記配置を行う（配置ヘッドに対し複数の繊維束が供給される）ように構成されている装置の場合、繊維束毎に経路が異なるため、前記のような張力の違いが繊維束間でも生じる場合がある。さらに、前記配置が行われる配置型が複雑な形状のものである場合には、特許文献２のような配置ヘッドが複数の繊維束の前記配置を行うＡＦＰ装置では、押圧部における押圧部材の並び方向における配置面の位置の違いにより、送出機構から押圧部までの繊維束の経路長が繊維束間で異なるような状態で前記配置が行われる場合がある。そして、そのような場合でも、繊維束間で張力の違いが生じる。

なお、繊維束の張力が前記所望の程度とは異なっていると、前記配置に問題が生じることがある。例えば、繊維束の張力が前記所望の張力よりも低い場合、配置された繊維束に皺が生じたり、配置ヘッド内に繊維束が詰まって前記配置が正常に行われなくなったりすることがある。また、繊維束の張力が前記所望の張力よりも高い場合、その繊維束の張力が押圧部による押圧に影響を及ぼす結果として配置型に対し繊維束を押圧する力が低下し、その結果として、配置された繊維束が配置型上から剥がれやすくなったりすることがある。

そこで、本発明は、送出機構と押圧部との間で繊維束毎の張力が前記所望の程度で維持されるように送出機構を駆動することによって、前記配置に問題が生じることを防ぐことができる自動繊維束配置装置を提供することを目的とする。

本発明は、繊維束が巻き付けられた複数のボビンが仕掛けられて各前記ボビンから前記繊維束を送り出すように構成された供給装置と、該供給装置から供給された各前記繊維束の配置型上への配置を行うための配置ヘッドであって前記繊維束を前記配置型上に押圧する押圧部を備える配置ヘッドと、該配置ヘッドが取り付けられて前記配置のために前記配置ヘッドを移動させる多関節ロボットとを備える自動繊維束配置装置を前提とする。

その上で、前記の目的を達成すべく、本発明は、その前提とする自動繊維束配置装置において、前記配置ヘッドに備えられて前記繊維束を前記押圧部へ向けて送る送出機構であって前記繊維束の経路毎に設けられて前記繊維束がニップされた状態で送られるように設けられた一対のローラを含む複数の送り機構及び該送り機構毎に設けられて前記一対のローラの少なくとも一方を回転駆動する駆動モータを備えた駆動機構を有する送出機構と、前記送出機構における各前記送り機構よりも前記押圧部側で前記繊維束の張力を検出するように設けられた張力検出機構と、目標とする張力が設定張力値として設定される設定器と、該設定器に設定された前記設定張力値と前記張力検出機構の検出値から求められる検出張力値とに基づいて各前記駆動モータの駆動を制御する張力制御装置とを備えたことを特徴とする。

また、本発明の自動繊維束配置装置においては、前記設定器は、前記繊維束毎に前記設定張力値を設定可能に構成されるようにしても良い。

さらに、前記配置ヘッドは、複数の前記経路が前記配置ヘッドの前後方向において異なる複数の位置に振り分けられるように構成されており、前記設定器は、少なくとも前記前後方向の位置毎に前記設定張力値を設定可能に構成されるようにしても良い。

本発明の自動繊維束配置装置によれば、繊維束毎において、各送り機構よりも押圧部側で検出された張力の検出値から求められる検出張力値と予め設定された目標の張力である設定張力値とに基づいて送出機構における各駆動モータが張力制御装置により制御されるため、送り機構と押圧部との間における各繊維束の張力が前記所望の程度で維持される。したがって、繊維束間においても、各繊維束の張力が揃えられた状態となる。それにより、繊維束の張力が前記所望の程度とは異なってしまうことにより生じる前記配置の問題の発生を防ぐことができる。

また、本発明による自動繊維束配置装置において、繊維束毎に設定張力値が設定可能であるように設定器を構成することにより、各繊維束の経路違いに起因して繊維束間に張力差が生じる場合でも、各繊維束の張力を目標とする程度で揃えることができる。

詳しくは、全ての繊維束に対し設定張力値を共通としたとしても、各繊維束の張力が前記所望の程度で揃った状態になると考えられる。しかしながら、複数の繊維束を配置する自動繊維束配置装置の構成においては、供給装置から配置ヘッドに至る各繊維束の経路が繊維束間で異なる場合が多い。そして、そのように各繊維束の経路（経路長）が異なることに起因し、供給装置と配置ヘッドとの間において繊維束間で張力に差が生じる場合がある。その結果として、設定張力値が同じである場合、配置ヘッド内での送出機構における各送り機構から押圧部に送られる繊維束の実際の張力が繊維束間で僅かに異なる状態となる場合がある。そこで、繊維束毎に異なる設定張力値が設定できるように設定器を構成することで、実際の張力を考慮して定めた設定張力値を繊維束毎に設定することができる。それにより、各繊維束の張力を目標とする程度で揃えることができる。

また、配置ヘッドがその前後方向における異なる複数の位置に対し、それぞれの位置に複数の繊維束の経路が振り分けられるように構成されている場合において、前記の位置（前後位置）毎に設定張力値が設定可能であるように設定器を構成することにより、その前記前後位置毎に繊維束の経路長が異なる場合でも、各繊維束の張力を目標とする程度で揃えることができる。

詳しくは、複数の繊維束の前記配置を行う自動繊維束配置装置においては、配置ヘッドの大型化を避けることを目的とし、複数の繊維束を２以上のグループに分け、そのグループ毎に、前記前後位置を異ならせた経路を各繊維束が通過するように配置ヘッドを構成する場合がある。そして、配置ヘッドをそのように構成した場合、グループ毎に繊維束の経路長が異なることとなるため、設定張力値を共通とした場合、グループ間で繊維束の張力に差が生じる場合がある。そこで、その場合において、前記前後位置毎に設定張力値を設定できるように設定器を構成することで、前記と同様に経路長の差に対応することができ、各繊維束の張力を目標とする程度で揃えることができる。

本発明が適用される自動繊維束配置装置を示す側面図である。自動繊維束配置装置の配置ヘッドを示す説明図である。本発明による張力制御装置の説明図である。送出機構の構成の他の例を示す説明図である。

以下に、図１～３に基づき、本発明による自動繊維束配置装置の一実施例を説明する。

図１に示すように、自動繊維束配置装置１は、繊維束２が巻き付けられたボビン３が仕掛けられた供給装置４と、その供給装置４から供給された繊維束２の配置型５上への配置を行うための配置ヘッド６と、前記配置のために配置ヘッド６を移動させる多関節ロボット７とを備えている。なお、本実施例においては、自動繊維束配置装置１は、１６本の繊維束２の前記配置が同時に行えるように構成されている。したがって、供給装置４には、図では手前側の４個のみが示されているが、１６個のボビン３が仕掛けられている。

また、供給装置４は、各ボビン３から引き出された繊維束２を多関節ロボット７側へ向けて案内するガイド部９を備えている。そのガイド部９は、各繊維束２を個別に案内するために繊維束２毎に設けられたガイド部材（図示略）を備え、そのガイド部材により各繊維束２を多関節ロボット７よりも高い位置で案内するように構成されている。なお、その供給装置４において、各ボビン３とガイド部９との間の繊維束２の経路中には、各繊維束２の張力を調整するための構成として、各繊維束２に共通のダンサロール８を備えている。その構成により、各繊維束２は、ボビン３とガイド部９との間で適当な張力に調整され、適当な張力状態で多関節ロボット７側へ引き出される。

また、多関節ロボット７には、前記のようにガイド部９で案内された各繊維束２を案内するためのガイド機構１０が取り付けられている。そのガイド機構１０は、多関節ロボット７における先端側のアーム７ａに取り付けられている。また、ガイド機構１０は、各繊維束２を個別に案内するために繊維束２毎に設けられたトウガイド（図示略）を備えており、各トウガイドが支持部材１０ａにより支持される構成となっている。そして、そのガイド機構１０は、支持部材１０ａがアーム７ａの上方において上方へ向けて延びると共に、支持部材１０ａの先端側で各繊維束２を案内するように設けられている。

したがって、その自動繊維束配置装置１において、各ボビン３から引き出された繊維束２は、上下方向に関し多関節ロボット７よりも高い位置で供給装置４（ガイド部９）から引き出された後、多関節ロボット７の上方を通過するかたちでガイド機構１０に至っている。そして、各繊維束２は、ガイド機構１０に案内されるかたちで転向され、多関節ロボット７におけるアーム７ａの先端に取り付けられた配置ヘッド６に導かれている。

その配置ヘッド６は、図２に示すように、繊維束２を配置型５上に押圧する押圧装置１３と、その押圧装置１３へ向けて繊維束２を送る送出機構１２と、押圧装置１３と送出機構１２との間で繊維束２を切断する切断装置１４とを備えている。また、配置ヘッド６は、それらの構成要素に加え、送出機構１２の上方に設けられて送出機構１２へ向けて繊維束２を案内するガイドローラ１１を備えている。

それらの各構成要素について、押圧装置１３は、繊維束２を配置型５上に押圧する押圧部１３ａと、押圧部１３ａに対し配置型５へ向けた押圧力を発生させる押圧機構（図示略）とを備えている。なお、その押圧部１３ａは、各繊維束２に共通の部材であって、本実施例では回転可能に設けられたローラ状の部材である所謂コンパクションローラである。

また、ガイドローラ１１について、そのガイドローラ１１は、その軸線方向を押圧部（コンパクションローラ）１３ａの軸線方向と一致させるかたちで設けられている。その上で、本実施例では、前述のように配置ヘッド６に導かれた１６本の繊維束２を２つのグループに振り分けるべく、そのガイドローラ１１は、前後方向（前記配置に伴って繊維束２が配置型５上に配置される方向と一致する方向）に位置を異ならせて２本設けられている。そして、各繊維束２がいずれかのガイドローラ１１に振り分けられて案内されることで、配置ヘッド６内においては、１６本の繊維束２は、２つのグループに振り分けられ、グループ毎に前記前後方向における異なる位置でガイドローラ１１に案内され、押圧部１３ａに至ることとなる。

なお、その繊維束２の各グループは、１６本の繊維束２を均等に分ける結果として、８本ずつの繊維束２で形成されている。したがって、１６本の繊維束２による経路は、前記前後方向に異なる２位置における８本ずつの経路となっている。そして、その配置ヘッド６内における各繊維束２の経路は、その繊維束２が対応するガイドローラ１１を経由し、各繊維束２に共通の押圧部１３ａに至っている。

その上で、送出機構１２は、その繊維束２の経路毎に設けられた送り機構１２ａと、送り機構１２ａ毎に設けられて送り機構１２ａを回転駆動する駆動モータ１２ｂとを有している。その各送り機構１２ａは、本実施例では、繊維束２をニップするように設けられた一対のローラ１２ｃ、１２ｄで構成されている。そして、各送り機構１２ａは、一対のローラ１２ｃ、１２ｄのうちの一方（図示の例ではローラ１２ｃ）が駆動モータ１２ｂによって回転駆動されることで、他方が従動回転し、それによって繊維束２を押圧装置１３における押圧部１３ａへ向けて送るものとなっている。

また、切断装置１４は、繊維束２の経路毎に設けられた切断刃１５と、切断刃１５とでその経路を挟むように設けられた固定部材１６と、切断刃１５毎に設けられて切断刃１５に繊維束２を切断するための切断動作を行わせる切断刃駆動機構１７とを含んでいる。なお、切断刃１５は、その刃線（刃先）の延在方向が前記軸線方向と平行を為すと共に繊維束２の進行方向と略直交するように設けられている。また、固定部材１６は、本実施例では、回転可能に設けられたローラ状の部材である所謂アンビルローラであり、切断刃１５毎に設けられている。そして、切断装置１４は、切断刃駆動機構１７による切断刃１５の切断動作により、切断刃１５と固定部材１６との協働で繊維束２の切断を行うものとなっている。

また、図１に示すように、自動繊維束配置装置１は、主制御装置２０を備えている。なお、その主制御装置２０は、自動繊維束配置装置１に備えられた制御ボックス（図示略）に収容されるかたちで設けられている。そして、その自動繊維束配置装置１は、前記配置を実行するための多関節ロボット７及びその多関節ロボット７に取り付けられた配置ヘッド６における各部の動作がその主制御装置２０によって制御されるように構成されている。したがって、前記した配置ヘッド６に備えられる送出機構１２（送り機構１２ａ）や切断装置１４の動作も、その主制御装置２０によって制御される。

なお、その各部の動作の制御は、予め設定された動作プログラムに従って実行される。そこで、主制御装置２０は、図３に示すように、その動作プログラムを記憶する記憶器３９を含むと共に、その記憶器３９に接続されて前記制御を実行する配置制御器３２を含んでいる。そして、その動作プログラムの設定は、例えば、記憶器３９に接続された入力設定装置３１により行われる。

以上のように構成された自動繊維束配置装置において、本発明では、配置ヘッドは、前記した送出機構１２に加え、送出機構１２における各送り機構１２ａよりも押圧部１３ａ側で繊維束２の張力を検出するように設けられた張力検出機構、及びその張力検出機構の検出値から求められる検出張力値と目標とする張力として設定器に設定される設定張力値とに基づいて送出機構１２における各駆動モータ１２ｂの駆動を制御する張力制御装置を備えている。また、その張力制御装置は、本実施例では、前記した主制御装置２０に備えられているものとする。そのような自動繊維束配置装置の一実施例（本実施例）を、図３に基づき、以下で詳細に説明する。但し、以下で説明する本実施例では、設定器が繊維束２毎に設定張力値を設定可能に構成された例である。また、本実施例では、前記の記憶器３９がその設定器を兼ねているものとして説明する。

張力検出機構３３は、各繊維束２に対応させるかたちで繊維束２の経路毎に設けられている。また、各張力検出機構３３は、その経路における送り機構１２ａと押圧部１３ａとの間であって切断装置１４よりも送り機構１２ａ側に設けられたテンションロール３４、及びテンションロール３４毎に設けられて対応するテンションロール３４に連結された荷重検出器であるロードセルＬＣを含むように構成されている。

但し、テンションロール３４は、送り機構１２ａから押圧部１３ａに至る繊維束２の経路を屈曲させるような位置に配置されている。それにより、繊維束２が仕掛けられた状態では、そのテンションロール３４に対し対応する繊維束２が巻き掛けられた状態となり、その繊維束２の張力による荷重がテンションロール３４に対し掛かるかたちとなる。そして、ロードセルＬＣは、そのテンションロール３４に掛かる荷重を検出すると共に、その検出した荷重に応じた信号（検出信号）を出力するように構成されている。したがって、自動繊維束配置装置１は、各繊維束２の張力を個別に検出できるようになっている。

張力制御装置３０は、前記のように主制御装置２０に備えられている。但し、張力制御装置３０は、各送り機構１２ａに対応させるかたちで、送り機構１２ａと同じ数だけ備えられている。その上で、各張力制御装置３０は、その入力端において、前記した配置制御器３２及び記憶器３９と接続されている。また、各張力制御装置３０は、対応する送り機構１２ａにより送られる繊維束２の経路に設けられたロードセルＬＣとも接続されている。そして、その構成要素として、張力検出器３７、比較器３８、演算器３５、モータ制御器３６を含んでいる。それらの各構成要素について、詳しくは以下の通りである。

張力検出器３７は、その入力端において対応するロードセルＬＣと接続されると共に、その出力端において比較器３８と接続されている。そして、張力検出器３７は、予め定められた周期（例えば、５ｍｓｅｃ毎）で、ロードセルＬＣから出力された前記検出信号に基づいて繊維束２の張力を求めると共に、その求めた張力を示す信号（張力信号）を比較器３８に対し出力するように構成されている。

比較器３８は、前記した張力検出器３７に加え、その入力端において記憶器３９とも接続されている。また、比較器３８は、その出力端において演算器３５と接続されている。そして、比較器３８は、張力検出器３７から前記張力信号が出力されると、記憶器３９から設定張力値を読み出すと共に、その設定張力値と前記張力信号が示す張力の値（検出張力値）とを比較してその偏差を求めるように構成されている。

なお、前述のように本実施例では、記憶器３９は、繊維束２毎に設定張力値が設定（記憶）されるように構成されている。また、前述のように本実施例では、配置ヘッド６は、繊維束２の経路を前記前後方向において異なる２つの位置に振り分けるように構成されている。したがって、その構成においては、記憶器３９に対しその前記前後方向における位置毎に設定張力値を設定することができるようになっている。そして、設定張力値の設定は、動作プログラムと同様に、記憶器３９に接続された入力設定装置３１により行われる。その上で、比較器３８は、前記比較を行うための設定張力値として、対応する繊維束２に対し設定された設定張力値を記憶器３９から読み出すように構成されている。

また、比較器３８は、前記のようにして偏差を求めるのに伴い、その偏差を示す偏差信号を演算器３５へ出力するように構成されている。但し、前記偏差信号は、偏差の大きさ及び偏差の方向（正（プラス）の方向か負（マイナス）の方向かであって、検出張力値が設定張力値よりも大きい場合は正、小さい場合は負）を含んでいる。また、比較器３８は、偏差が０の場合には、演算器３５に対し前記偏差信号を出力しないように構成されている。

演算器３５は、前記した比較器３８に加え、その入力端において配置制御器３２とも接続されている。また、演算器３５は、その出力端においてモータ制御器３６と接続されている。そして、演算器３５は、配置ヘッド６の移動速度に基づいて送り機構１２ａによる繊維束２の送り速度（基本送り速度）を求めるように構成されている。

より詳しくは、配置ヘッド６を移動させるために駆動される多関節ロボット７における各部の動作を制御するための前記した動作プログラムは、１回の前記配置（繊維束２の先端から切断端までの配置）を実行する際の配置ヘッド６の移動速度を含んでいる。また、自動繊維束配置装置１においては、配置位置等を異ならせた前記配置が連続的に行われることから、動作プログラムは、そのような各前記配置が順に実行されるような動作順を含んでいる。そして、配置制御器３２は、動作プログラムに従った各前記配置において、そのときの前記配置における移動速度で配置ヘッド６が移動するように、多関節ロボット７における各部の動作を制御する。

その上で、配置制御器３２は、その各前記配置毎に、そのときの移動速度に応じた速度信号（ヘッド速度信号）を演算器３５に対し出力するように構成されている。そして、演算器３５は、前記ヘッド速度信号の入力に伴い、前記ヘッド速度信号が示す速度に基づいて基本送り速度を求めるように構成されている。

また、演算器３５は、比較器３８から前記偏差信号が出力されると、前記偏差信号に含まれる偏差の大きさ及び偏差の方向に基づき、基本送り速度を補正するように構成されている。

より詳しくは、演算器３５には、前記偏差信号に含まれる偏差の大きさに基づいて基本送り速度の補正に用いられる補正速度を求めるための演算式が予め設定されている。その上で、演算器３５は、前記偏差信号の入力に伴い、前記演算式を用いて補正速度を求めるように構成されている。また、演算器３５は、前記偏差信号に含まれる偏差の方向に応じ、基本送り速度に対してその補正速度を加算又は減算することによって基本送り速度を補正するように構成されている。具体的には、演算器３５は、偏差の方向が正の方向の場合には基本送り速度に対し補正速度を加算し、負の方向の場合には基本送り速度に対し補正速度を減算するように構成されている。

また、演算器３５は、前記のように基本送り速度を補正速度で補正することで、送り機構１２ａにより送り出される繊維束２の移動速度である送り速度を求め、その求めた送り速度に応じた速度信号（送り速度信号）をモータ制御器３６に対し出力するように構成されている。因みに、偏差が０の場合（前記偏差信号が比較器３８から出力されていない場合）には、送り速度＝基本送り速度となる。

モータ制御器３６は、その出力端において対応する送り機構１２ａにおける駆動モータ１２ｂと接続されている。そして、モータ制御器３６は、演算器３５から前記送り速度信号が出力されると、その前記送り速度信号に基づき、駆動モータ１２ｂの回転速度を求めると共に、その回転速度で駆動モータ１２ｂが駆動されるようにその駆動を制御するように構成されている。

以上で説明した張力制御装置３０を備えた本実施例における自動繊維束配置装置１について、その作用は以下の通りである。

１回の前記配置を実行するにあたり、配置制御器３２は、動作プログラムに従って多関節ロボット７における各部の動作を制御する。それにより、配置ヘッド６が前記配置の開始位置まで移動すると共に、配置ヘッド６における押圧部１３ａが繊維束２の先端を配置型５上に対し押圧した状態となる。そして、配置制御器３２は、動作プログラムに設定された前記配置を実行する際の配置ヘッド６の移動速度に応じた前記ヘッド速度信号を、各張力制御装置３０における演算器３５に対し出力する。その上で、配置制御器３２は、その移動速度で配置ヘッド６を移動させるべく多関節ロボット７の各部の動作の制御を開始する。

各張力制御装置３０における演算器３５は、前記ヘッド速度信号が入力されると、前記ヘッド速度信号が示す速度に基づいて基本送り速度を求める。なお、演算器３５は、各前記配置の開始時点においては、送り速度＝基本送り速度とし、その送り速度（基本送り速度）に応じた前記送り速度信号をモータ制御器３６に対し出力する。そして、モータ制御器３６は、前記送り速度信号が入力されると、前記送り速度信号が示す速度に基づき、駆動モータ１２ｂの回転速度を求めると共に、その回転速度で送出機構１２における駆動モータ１２ｂの駆動を開始する。それにより、配置ヘッド６の前記配置のための移動が開始されるのに伴い、送り機構１２ａにおけるローラ１２ｃの回転駆動が開始され、配置ヘッド６の移動速度と同じ速度の送り速度の押圧部１３ａへ向けた繊維束２の送り出しが開始される。

また、前記のように配置ヘッド６の前記配置のための移動が開始されると、張力検出器３７は、ロードセルＬＣから出力された前記検出信号に基づき、繊維束２の張力を求めると共に、その張力に応じた前記張力信号を比較器３８に対し出力する。そして、比較器３８は、前記張力信号が入力されると、前記張力信号が示す張力（検出張力値）と、記憶器３９から読み出した対応する繊維束２の設定張力値とを比較して、その偏差を求める。その上で、比較器３８は、その求めた偏差が０以外の場合には、その偏差を示す前記偏差信号を演算器３５に対し出力する。

演算器３５は、前記偏差信号が入力されると、前記偏差信号に含まれる偏差の大きさ及び偏差の方向に基づき、基本送り速度を補正して送り速度を求めると共に、その求めた送り速度に応じた前記送り速度信号をモータ制御器３６に対し出力する。そして、モータ制御器３６は、前記送り速度信号が入力されると、駆動モータ１２ｂの回転速度をその送り速度に応じた回転速度に変更する。それにより、繊維束２の送り速度は、その変更後の送り速度に変更される。

ここで、演算器３５においては、前記のように偏差の方向が正の方向、すなわち、繊維束２の張力が設定張力値として設定された張力よりも高い場合には、基本送り速度に対し補正速度を加算する補正が行われる。それにより、繊維束２は、補正前よりも速い速度で押圧部１３ａへ向けて送られることとなり、その結果として繊維束２の張力が低下する。また、偏差の方向が負の方向、すなわち、繊維束２の張力が設定張力値として設定された張力よりも低い場合には、基本送り速度に対し補正速度を減算する補正が行われる。それにより、繊維束２は、補正前よりも遅い速度で押圧部１３ａへ向けて送られることとなり、その結果として繊維束２の張力が上昇する。

なお、張力検出器３７は、前記のように繊維束２の張力を予め定められた短い周期で求めていることから、比較器３８における検出張力値と設定張力値との比較もその周期で行われることとなる。したがって、検出張力値と設定張力値との間に偏差が生じたとしても、短い期間でその偏差を解消する方向に基本送り速度が補正されることから、繊維束２の張力は、目標の程度に維持されることとなる。

このように、以上で説明した本発明に基づく自動繊維束配置装置１においては、各繊維束２に対し設けられた送り機構１２ａの駆動が予め設定された設定張力値に基づいて制御されることから、各繊維束２の張力が所望の程度に維持された状態で、各繊維束２の配置が行われる。

しかも、その自動繊維束配置装置１においては、各繊維束２の張力が個別に検出されると共に、送り機構１２ａ（張力検出機構３３）のそれぞれに対応させて設けられた張力制御装置３０により、その対応する送り機構１２ａの駆動が制御されるため、各繊維束２の張力を、より的確に、目標の程度に揃えた状態とすることができる。

詳しくは、各送り機構１２ａの駆動を制御する上では、例えば、各繊維束２に共通のテンションロールで包括的に張力を検出し、共通の張力制御装置によって各送り機構１２ａの駆動を一様に制御することも可能である。しかし、その場合、各繊維束２の配置ヘッド６に至る経路長の違い等により、各繊維束２の張力が目標の程度に揃えられない状態となる場合がある。それに対し、前記のように各繊維束２の張力検出及び送り機構１２ａの駆動制御を個別に行うことにより、各繊維束２で個別に張力を目標の程度に維持した状態とすることができることから、各繊維束２の張力を、より的確に、目標の程度に揃えた状態とすることができる。

さらに、本実施例の自動繊維束配置装置１は、記憶器３９に対し設定される設定張力値の設定が、各繊維束２毎に行われるようになっている。それにより、繊維束２のそれぞれに対し、その経路の違い等を考慮した適切な設定張力値を設定することができる。但し、そのように構成されている場合であっても、前記配置が適切な範囲で行われる場合には、各繊維束２に対し同じ設定張力値が設定される場合もある。

なお、本発明については、以上で説明した実施例（前記実施例）に限定されるものではなく、以下のような変形した実施形態でも実施が可能である。

（１）本発明における設定器について、前記実施例では、多関節ロボット７の動作を制御するための動作プログラム等が記憶される記憶器３９をその設定器として兼用している。しかし、本発明における設定器は、そのような他の記憶器（設定器）と兼用されたものに限らず、設定張力値等の本発明による張力制御に必要な設定値のみが設定（記憶）される専用のものであっても良い。また、本発明における設定器は、前記実施例のように繊維束２毎に設定張力値が設定されるように構成されるものに限らず、各繊維束に共通の１つの設定張力値のみが設定されるように構成されていても良い。

なお、前記実施例では、１６本の繊維束２を同時に配置するように構成されており、そのような多くの数の繊維束を配置するように自動繊維束配置装置が構成されている場合には、前記実施例のように記憶器３９（設定器）が繊維束２毎に設定張力値を設定できるように構成されるのが好ましい。但し、本発明が前提とする自動繊維束配置装置は、そのような多くの数の繊維束を配置するものに限定されないため、自動繊維束配置装置が少ない数の繊維束を配置するように構成されている場合には、設定器が前記のように各繊維束に共通の１つの設定張力値のみを設定するように構成されていても、適切な前記配置を実現することが可能である。さらに、繊維束の数にかかわらず、経路長との関係で各繊維束間で張力差が生じ難いように自動繊維束配置装置が構成されている場合にも、設定器が各繊維束に共通の１つの設定張力値のみを設定するように構成されていても、適切な前記配置を実現することが可能である。

（２）配置ヘッドにおける繊維束の経路について、前記実施例では、配置ヘッド６は、１６本の繊維束２の経路を前記前後方向において異なる２つの位置に振り分けるように構成されている。すなわち、前記実施例の配置ヘッド６は、数の多い繊維束２を配置する上で、その繊維束２の数等の関係で、その配置ヘッド６内における繊維束２の経路を前記前後方向に複数に振り分けるように構成されている。しかし、本発明が前提とする自動繊維束配置装置において、配置ヘッドは、そのように構成されるものに限らず、前記前後方向において同じ１つの位置に全ての繊維束の経路を備えるように構成されていても良い。

なお、前記のように自動繊維束配置装置が多くの数の繊維束を配置するように構成されている場合、その繊維束の数との関係で配置ヘッドが大型化するのを避けるべく、前記経路を前記前後方向において複数に振り分けるように配置ヘッドを構成するのが好ましい。しかし、配置ヘッド内に含まれる装置の構成等との関係で配置ヘッドの大きさが装置として許容できるものであれば、前記実施例と同様に配置する繊維束の数が多い場合であっても、前記経路が前記前後方向において同じ位置となるように、配置ヘッドを構成しても良い。

また、本発明が前提とする自動繊維束配置装置では、配置する繊維束の数は特に限定されないため、その繊維束の数によっては（数が少ない場合には）、前記経路を前記同じ位置としても、その配置ヘッドは、前記実施例のそれと比べて大型化されないものとなる。但し、配置する繊維束の数が少ない場合であっても、前記経路を前記前後方向における複数の位置に振り分けるように配置ヘッドを構成しても良い。このように、配置ヘッドにおける前記経路のための構成は、繊維束の数や配置ヘッドの大きさ等を考慮し、適宜なものとすれば良い。

（３）送出機構における各送り機構について、前記実施例では、各送り機構１２ａは、一対のローラ１２ｃ、１２ｄが繊維束２をニップした状態で押圧部１３ａへ向けて送り出すように構成されている。しかし、本発明が前提とする自動繊維束配置装置の送出機構における各送り機構は、そのように構成されたものに限らず、例えば、図４に示すようなローラとベルトとを組み合わせて構成されたものであっても良い。

その図４に示す送出機構１８における各送り機構１８ａについて、より詳しくは、その各送り機構１８ａは、駆動モータ１８ｂによって回転駆動されるローラ１８ｃとそのローラ１８ｃに対応させて設けられたローラ１８ｄとから成る駆動側のローラ対、及びローラ１８ｃの回転に対し従動回転するローラ１８ｆとそのローラ１８ｆに対応させて設けられたローラ１８ｇとから成る従動側のローラ対の２組のローラ対を含むと共に、各ローラ対に無端ベルト１８ｅが巻き掛けられた構成となっている。また、その両ローラ対は、それぞれに巻き掛けられた無端ベルト１８ｅにより、繊維束２をニップすることができるように配置されている。そして、そのように構成された各送り機構１８ａにおいては、駆動モータ１８ｂによってローラ１８ｃが回転駆動されると、両無端ベルト１８ｅにニップされている繊維束２が押圧部１３ａへ向けて送られる。

なお、本発明は、以上で説明した例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

１自動繊維束配置装置２繊維束
３ボビン４供給装置
５配置型６配置ヘッド
７多関節ロボット７ａアーム
８ダンサロール９ガイド部
１０ガイド機構１０ａ支持部材
１１ガイドローラ１２送出機構
１２ａ送り機構１２ｂ駆動モータ
１２ｃ、１２ｄローラ１３押圧装置
１３ａ押圧部１４切断装置
１５切断刃１６固定部材
１７切断刃駆動機構１８送出機構
１８ａ送り機構１８ｂ駆動モータ
１８ｃ、１８ｄ、１８ｆ、１８ｇローラ
１８ｅ無端ベルト
２０主制御装置３０張力制御装置
３１入力設定装置３２配置制御器
３３張力検出機構３４テンションロール
３５演算器３６モータ制御器
３７張力検出器３８比較器
３９記憶器
ＬＣロードセル

Claims

繊維束が巻き付けられた複数のボビンが仕掛けられて各前記ボビンから前記繊維束を送り出すように構成された供給装置と、該供給装置から供給された各前記繊維束の配置型上への配置を行うための配置ヘッドであって前記繊維束を前記配置型上に押圧する押圧部を備える配置ヘッドと、該配置ヘッドが取り付けられて前記配置のために前記配置ヘッドを移動させる多関節ロボットとを備える自動繊維束配置装置において、
前記配置ヘッドに備えられて前記繊維束を前記押圧部へ向けて送る送出機構であって、前記繊維束の経路毎に設けられて前記繊維束がニップされた状態で送られるように設けられた一対のローラを含む複数の送り機構、及び該送り機構毎に設けられて前記一対のローラの少なくとも一方を回転駆動する駆動モータを備えた駆動機構を有する送出機構と、
前記送出機構における各前記送り機構よりも前記押圧部側で前記繊維束の張力を検出するように設けられた張力検出機構と、
目標とする張力が設定張力値として設定される設定器と、
該設定器に設定された前記設定張力値と前記張力検出機構の検出値から求められる検出張力値とに基づいて各前記駆動モータの駆動を制御する張力制御装置とを備えた
ことを特徴とする自動繊維束配置装置。
前記設定器は、前記繊維束毎に前記設定張力値を設定可能に構成される
ことを特徴とする請求項１に記載の自動繊維束配置装置。
前記配置ヘッドは、複数の前記経路が前記配置ヘッドの前後方向において異なる複数の位置に振り分けられるように構成されており、
前記設定器は、少なくとも前記前後方向の位置毎に前記設定張力値を設定可能に構成される
ことを特徴とする請求項１に記載の自動繊維束配置装置。