JPH05111919A

JPH05111919A - プログラム制御によるフアイバ分配装置及びフアイバトウのバンドの整列状態を維持する方法

Info

Publication number: JPH05111919A
Application number: JP25813691A
Authority: JP
Inventors: L Staydl Richard; リチヤード・エル・スタイドル; C Swope David; デーヴイツド・シー・スウオープ
Original assignee: Milacron Inc
Current assignee: Milacron Inc
Priority date: 1991-10-04
Filing date: 1991-10-04
Publication date: 1993-05-07

Abstract

(57)【要約】【目的】コンピュータ制御によるファイバ分配機械内
でファイバ分配ヘッドがクリール組立体に関して動くと
き、ファイバトウの整列状態を維持すると共に、該トウ
が損傷する可能性を軽減するのに十分な角度が得られる
ようにすること。【構成】コンピュータ制御によるファイバ分配機械１
０内でファイバトウ３８が該トウの供給源とファイバ分
配ヘッド３６との間を移動するとき、ファイバトウバン
ド６２の整列状態を維持するため、一対の再方向決めロ
ーラ６４、６６が設けられ、そのローラの少なくとも１
つはトウの供給源に関してファイバ分配ヘッドに命令さ
れた動きに関係する程度だけ、自動的にかつ駆動可能に
旋回され、該供給源とファイバ分配ヘッドとの間でファ
イババンドの整列状態を維持し、その結果、ファイババ
ンドがその上を通るとき、ファイババンドに直角でかつ
その幅を横断するベクトルが再方向決めローラの縦回転
軸線に対して平行であるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ファイバトウ（fiber
tows）を構造要素に供給するコンピュータ制御によるフ
ァイバ分配機械に関するものである。より具体的には、
本発明は、ファイバ供給源と、ファイバトウを供給する
ためにコンピュータプログラム制御下で動く工具との間
をファイバトウが進むとき、該ファイバトウの整列状態
を維持することに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】背景技術の一例として、コンピュータ制
御によるファイバ分配機械は、個々のファイバトウから
成るバンドを張力の下でファイバ分配ヘッドのような工
具に供給するクリール組立体（creel assembly）を備え
ている。ファイバ分配ヘッドは、例えば、ロボット手首
に取り付けられ、このためプログラム制御の下、各種の
空間方向に向けて動くことが出来る。ファイバ分配ヘッ
ドが動くのに伴ない、ファイバトウは、例えばマンドレ
ルに供給され、翼型のような構成要素を構成する。典型
的に、クリール組立体は、ファイバ分配ヘッドから離間
されており、このためファイバ分配ヘッドがクリール組
立体に関して顕著に動くのを許容する。しかし、ファイ
バ分配ヘッドはクリール組立体に関して各種のパターン
にて動くため、その間のファイバトウのバンド（band）
が捻れかつ屈曲する可能性がある。この目的のため、ト
ウのバンドは、該バンドをクリール組立体とファイバ分
配ヘッドとの間で案内する一対の再方向決めローラに沿
って進むようにし、これら再方向決めローラはその回転
軸線に対して垂直な軸線を中心として旋回可能であるよ
うにしてあるため、ファイバ分配ヘッドの動きに伴なっ
てトウに加わる張力により、再方向決めローラはファイ
バトウの整列状態を維持しかつトウの損傷を軽減し得る
ような方法にて旋回する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、トウに加えら
れる張力が比較的小さく、又はトウプレグが粘着性であ
る場合、再方向決めローラの一方又は双方は十分に旋回
せず、その結果、ファイバトウが損傷され、又は機械が
停止する可能性がある。例えば、再方向決めローラの旋
回が不十分である場合、１又は２以上のトウは相互に、
又はローラの端縁に対して擦られ、或はローラから完全
に離脱する可能性がある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、ファイバ分配
ヘッドが動くとき、再方向決めローラが十分に旋回しな
い状態を解消するものである。この目的のため、本発明
の原理に依れば、一方又は双方の再方向決めローラはコ
ンピュータ制御下、駆動可能にかつ自動的に旋回され
て、クリール組立体に関するファイバ分配ヘッドのプロ
グラム制御による動きに関係した角度となる。より具体
的には、コンピュータ制御装置がかかるファイバ分配ヘ
ッドの命令された動きを補正するために必要とされる再
方向決めローラの旋回角度を計算する。次に、一方又は
双方の再方向決めローラはその計算された旋回角度に従
って駆動可能に旋回され、再方向決めローラ上を通るフ
ァイバトウの整列状態を維持する。

【０００５】理解され得るように、コンピュータ制御に
よるファイバ分配機械のユーザは、典型的に、ファイバ
分配ヘッドを支持するロボット手首の中心点のような機
械のフレームに関する選択されたトウの供給点を画成す
るいわゆる世界座標内にコンピュータ制御をプログラム
化する。コンピュータプログラムはこれら世界座標入力
を制御し、これらをユーザによって入力される各対の世
界座標間で複数の増分工具経路に分割し、機械の各種の
部品の複数の増分動作を画成する。この増分動作によ
り、ファイバトウは対の世界座標間に供給される。従っ
て、ユーザは機械の微小な動き毎にプログラム化した
り、ユーザが入力する世界座標の動作を実現するために
必要な多数の調節、計算及び変換の必要がない。一例と
して、ユーザが２つの世界座標を入力する間にファイバ
トウを供給するためには、コンピュータ制御装置は数十
の増分命令信号を発生させ、その結果、ファイバ分配ヘ
ッドは２つの点の間を横断するとき、何回もその位置を
変化させる。従って、再方向決めローラもこれに応じて
旋回させなければならない。

【０００６】望ましくは、再方向決めローラの適当な旋
回角度は、ファイバ分配ヘッドを増分的に動かすコンピ
ュータ制御装置により発生される同一の増分命令信号に
基づいて計算される。本発明に依れば、コンピュータ制
御によるファイバ分配機械のユーザは、ヘッドの各増分
的動きに対して再方向決めローラの旋回角度に関して制
御装置をプログラム化するという非常に困難で誤差の生
じ易い作業を行なう必要がない。コンピュータ制御装置
が再方向決めローラの所望の旋回角度を自動的にかつ正
確に画定し、これに応じて、一方又は双方の再方向決め
ローラの旋回角度を駆動可能に調節する。

【０００７】上記のことから、ファイバ分配ヘッドがク
リール組立体に関して動くとき、トウに作用する張力が
比較的小さい場合、及び／又はトウプレグが粘着性であ
る場合であっても、一方又は双方の再方向決めローラは
自動的に旋回し、ファイバトウの整列状態を維持すると
共に、該トウが損傷する可能性を軽減するのに十分な角
度が得られる。

【０００８】

【実施例】本発明の上記及びその他の目的並びに利点
は、添付図面及び以下の詳細な説明から明らかになるで
あろう。

【０００９】本明細書の一部を構成する添付図面は本発
明の実施例を図示するものであり、本発明の上記全体的
な説明、及び以下の詳細な説明と共に、本発明の原理を
説明する働きをするものである。

【００１０】本発明の説明のため、プログラム制御によ
る第１のファイバ分配機械の一実施例について詳細に説
明する。以下に説明する機械１０は、本発明の譲受人で
あるシンチナティ・ミラクロン・インコーポレーテッド
（Cincinnati Milacron Inc.,）から入手可能なモデル
Ｔ３−８８６ガントリーシリーズ産業用ロボットとする
ことが出来る。通信線１１０を介して機械１０と連通す
る制御装置１２０はシンシナティ・ミラクロンからその1
986年1月28日付けで改訂された文献Ｎｏ．ＣＴＬ−４５
２「シンシナティ・ミラクロン・アクラマティク（Acrama
tic）９７５−Ｃの特徴の説明」に記載された、該シン
シナティ・ミラクロン社から同様に入手可能であるアク
ラマティク９７５−ＣＣＮＣとすることが出来る。こ
の文献Ｎｏ．ＣＴＬ−４５２は引用して、本明細書の一
部に含める。ファイバを分配するためには、制御装置と
して機械Ｎｏ．Ａ９７５−Ｆを使用することが可能であ
る。機械１０は本発明の譲受人が譲受けた米国特許第4,
872,619号の明細書に更に詳細に記載されている。上記
米国特許第4,872,619号の開示内容は引用して本明細書
に含めてある。

【００１１】図１及び図２に関して機械１０を説明す
る。ファイバ分配機械１０は、一対の水平方向側部材１
４を固定状態に支持し、機械フレームを画成する複数の
垂直支持スタンド又はパイロン１２を備えている。通路
１６が各側部材１４に固定状態に固着されている。スロ
ット溝付きの水平方向ガントリー又はキャリッジ１８が
ガントリー１８に剛性に固定したスライド２０により、
側部材１４の通路１６上に摺動可能に支持される。ガン
トリー１８が垂直支持スタンド１２に関して水平方向に
動くことにより、機械１０のＸ軸線の動作が画成され
る。

【００１２】十字スライド２２はガントリー１８上に可
動に支持される。この目的のため、十字スライド２２は
ガントリー１８に固定状態に取り付けられた通路２６上
に摺動可能に支持されるスライド２４（一方のみ図示）
を備えている。十字スライド２２が通路２６に沿ってガ
ントリー１８に関して水平方向に動くことはＹ軸線の動
作として画成される。

【００１３】十字スライド２２は、スロット付きガント
リー１８内を垂直方向に動いて、Ｚ軸線の動作を画成す
る前腕３０を含むサドル２８に対する支持手段を提供す
る。前腕３０の端部には、工具板３４を有する多軸ロボ
ット手首３２が支持されている。該工具板３４には、ヘ
ッドストック４２及びテールストック４４のようなマン
ドレル装置により回転可能に又は固定状態に支持された
マンドレル４０上に複数のファイバトウ３８を配置する
ファイバ分配ヘッド又は工具３６（図２）が取り付けら
れている。図２に概略図で示すように、ファイバ分配ヘ
ッド３６は、裁断、クランプ、再始動装置４６、及びフ
ァイバトウ３８をマンドレル４０上に押し付け、翼型の
ような構成要素を形成する加圧部材４８を備えている。
適当なファイバ分配ヘッド３６の一例は、1989年12月4
日付けで出願し、本発明の譲受人が譲受けた米国特許第
07/445,201号「ファイバ分配ヘッド」の明細書に記載さ
れている。該米国特許第07/445,201号の開示内容は引用
して本明細書に含めてある。

【００１４】良く理解され得るように、手首３２を作動
させる駆動機構（図示せず）が前腕３０内に設けられて
いる。前腕３０及び手首３２は本発明の譲受人が譲受
け、その開示内容を引用して本明細書に含めた米国特許
第4,068,536号の明細書に記載されたた直列ロール型式
とすることも出来る。手首３２は又ロール−ベンド−ロ
ール型式としてもよい。多軸手首３２の動作は機械１０
の動作ピッチ（Ｄ）、ヨー（Ｅ）及びロール（Ｒ）軸線
を画成する。

【００１５】クリール組立体５２が前腕３０と共に動き
得るように該前腕３０に取り付けられており、機械１０
のピッチ、ヨー及びロール動作の結果、クリール組立体
５２とファイバ分配ヘッド３６との間には、相対的動作
が生じる。

【００１６】エポキシのような母材を含浸させたグラフ
ァイトファイバのような強化ファイバ材料から成る複数
のスプール５６がクリール組立体５２の軸線５４上に回
転可能に支持されており、これにより複数のファイバト
ウ又はトウプレグ３８を提供する。各トウ３８は直線状
に可動であるダンサーロールのようなそれぞれの張力維
持ローラ５８上を列を成して進む。ローラ５８を使用し
て、トウ３８を案内すると共に、クリール組立体５２の
中心軸５４はコンピュータ制御装置１２０からの張力命
令信号に応答して、サーボ駆動され、トウ３８がクリー
ル組立体５２からファイバ分配ヘッド３６に進むとき、
該トウ３８の張力を維持する。

【００１７】各トウ３８は、クリール組立体５２と関係
しかつ前腕３０に固定された溝付きローラ６０上を個々
に進み、トウ３８を平行にしてバンド６２を形成する。
次に、トウバンド６２は一対の旋回可能な再方向決めロ
ーラ組立体６４、６６に沿って列を成して進み、クリー
ル組立体５２とファイバ分配ヘッド３６との間を案内さ
れる。

【００１８】図２及び図５に図示するように、クリール
組立体５２と関係する供給側の再方向決めローラ組立体
６４は、クリールブラケット７０に回転可能に取り付け
られた再方向決めローラ６８を備えており、一方、該ブ
ラケット７０は前腕３０上に回転可能に取り付けられ
る。同様に、ファイバ分配ヘッド３６と関係するヘッド
側の再方向決めローラ組立体６６は外側支持ブラケット
７４に回転可能に取り付けられた再方向決めローラ７２
を備えており、一方、該ブラケット７４は支持ブラケッ
ト７６を介して分配ヘッド３６に回転可能に取り付けら
れる。再方向決めローラ６８、７２の各々は各々トウ３
８がその上を進むとき、それぞれの縦軸線７８、８０を
中心として回転可能であるようにそのそれぞれのブラケ
ット７０、７４に回転可能に取り付けることが望まし
い。一方、ブラケット７０、７４の各々は、そのそれぞ
れの構造体に回転可能に取り付けており、再方向決めロ
ーラ組立体６４、６６の各々は、図２に矢印８６で図示
するように、関係するローラ６８、７２の端縁に正接す
る（それぞれ図５の点Ｅ及びＢにて）と共に、そのそれ
ぞれの縦回転軸線に対して垂直な軸線８２、８４を中心
として枢動する。

【００１９】図示しないが、再方向決めローラ６８、７
２の各々は、上述の米国特許第4,872,619号の図６に図
示するような別個にかつ独立的に回転可能である複数の
単一の溝付きローラ部分を備えることが出来、これによ
り各トウ３８はバンド６２内の他のトウ３８から独立し
た速度にてその上を進む。

【００２０】理解され得るように、分配ヘッド３６が空
間内で動くと、ファイバトウ３８のバンド６２は多くの
場合、非常に急速にその方向を変化させ、場合によって
は、捻れることもある。バンド６２は点Ｄ（図５）にて
供給側の再方向決めローラ組立体６４から出て、点Ｃ
（図５）にてヘッド側再方向決めローラ組立体６６に入
り、各トウ３８の縦軸線がそれぞれのローラの回転縦軸
線（７８又は８０）に対して垂直となるようにすること
が望ましい。換言すれば、バンド６２の幅は、該バンド
が６８から去って、ローラ７２に入るとき、再方向決め
ローラの縦軸線に対して平行となるようにする。トウ３
８に作用する張力が極めて大きく、トウ３８が非常に粘
着性でない場合、分配ヘッド３６が動くとき、張力のみ
によりブラケット７０、７４は十分に旋回されて、かか
る整列状態を維持することが可能となる。

【００２１】しかし、特に、トウの張力が小さく、又は
トウプレグが粘着性である場合、ブラケットは常に正確
な斜め方向に旋回するとは限らない。再方向決めローラ
が適正に旋回しない場合、１又は２以上のトウは損傷
し、又は機械が停止する。例えば、再方向決めローラ６
８、７２の一方が十分に旋回しない場合、１又は２以上
のトウ３８は相互に又はローラの端縁８９（図４）に対
して擦り合い、或はローラから完全に脱落する可能性が
ある。

【００２２】かかる問題点を軽減するため、ヘッド再方
向決めローラ組立体６６には、サーボモータ組立体９０
を設け、以下に説明するように、制御装置１２０からの
旋回制御信号に応答して該モータ組立体９０が再方向決
めローラ組立体を駆動可能に旋回する。サーボモータ組
立体９０はサーボモータ９２（分配ヘッド３６に結合し
たブラケット７６で支持したモータのような）を備え、
モータ９０及びブラケット７４に取り付けられたプーリ
９６、９８に結合されたベルト７４を介して再方向決め
ローラ組立体を駆動可能に旋回させることが出来る。釣
り合い重り１００もブラケットに結合させる。

【００２３】図６を参照すると、サーボモータ組立体９
０は制御装置１２０によりブラケット７４の斜め方向へ
の旋回状態を監視し得るレゾルバ１０２を備えることが
望ましい。サーボモータ組立体９０は又、ドライブ増幅
器１０４及び回転速度計１０６を有する従来の速度フィ
ードバックループを備えることも出来る。従来と同様
に、回転速度計１０６の出力は速度フィードバックルー
プ用のドライブ増幅器１０４に戻すことも出来る。ドラ
イブ増幅器１０４は手動で利得を設定する利得調節装置
（図示せず）を備えており、制御装置１２０からの所定
の旋回制御信号により、再方向決めローラ組立体が所定
の速度にて旋回するようにすることが望ましい。ドライ
ブ増幅器１０４は、釣り合い調節装置（図示せず）を更
に備えることが望ましく、該調節装置によりその偏倚力
を手動で設定し、制御装置１２０からの零ボルトの旋回
制御信号の結果、再方向決めローラブラケットの角速度
が零となるようにする。ヘッド再方向決めローラ組立体
６６と関係するサーボモータ組立体９０について多少詳
細に説明したが、同様のサーボモータ組立体９０′を設
け、供給側の再方向決めローラ組立体６４を所望通りに
旋回させることが可能であることが理解されよう。

【００２４】制御装置１２０を利用して、機械１０の動
作及びその他の機能を監視しかつ制御するが、これはデ
ジタルマイクロプロセッサに基づくコンピュータシステ
ムとして実現される。従って、制御装置１２０内で発生
される各種の命令信号はデジタル言語として実現され
る。制御装置１２０は主たる監視装置（又はブロックプ
ロセッサ）１２２と、サーボ監視装置１２４と、再方向
決めローラと、サーボ入力／出力モジュール（サーボＩ
／Ｏ）１２６と、符号１２８で示すようなその他のサー
ボＩ／Ｏモジュールと、装置の入力／出力モジュール１
３０と、データ入力／出力モジュール１３２とを含む独
立的な複数のモジュールを備えており、これらは全て共
通な母線１３４により接続される。これらモジュールの
各々は、典型的に、インテル・コーポレーション（Intel
Corporation）から入手可能な８０１８６マイクロプロ
セッサ及び周辺装置のようなモジュールの機能に必要と
される、マイクロプロセッサ、及び関係する周辺装置並
びに記憶装置を含んでいる。制御装置１２０は又、主た
る記憶装置１３６を備えており、この記憶装置１３６内
には、機械フレームに対して手首３２の中心点Ｗ（図
５）を関係付ける世界座標（例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｄ、
Ｅ、Ｒ）を含むブロックにおける応用プログラム、及び
望ましくは、クリール組立体５２に対する張力命令が格
納され、これらは全て機械１０の全体的な作動サイクル
を集合的に画成し、これにより、マンドレル４０上に構
成要素を画成する。記憶装置１３６内に格納された応用
プログラムは独立的な装置にて形成し、バルクデータ送
受信機１３８からデータ入力／出力モジュール１３２を
通じて装填することが出来る。ペンダント１４０が機械
１０を手動で制御するための装置Ｉ／Ｏ１３０により母
線１３４に結合されている。

【００２５】プログラムが最後となるまで、即ち、分配
ヘッド３６の全ての動作が完了し、構成要素が画成され
るまで、記憶装置１３６内に格納された応用プログラム
は主たる監視装置１２２のマイクロプロセッサ装置１４
２により実行される。この目的のため、主たる監視装置
１２２は、機械１０の各動作軸線に対してスパン及び制
御信号（図７Ａを参照）を発生し、以下に説明するよう
に、サーボ監視装置１２４はこの信号を利用して、サー
ボ制御モジュールの作用を制御するための位置命令信号
を反復的に増分変化させる。サーボＩ／Ｏ１２８は、実
際には、幾つかのモジュールにて構成し、これらは全て
集合的に各種のドライブ、アクチュエータ、センサ又は
レゾルバ、及びサーボ監視装置１２４からの命令信号に
応答して協働し、ヘッド３８によりファイバトウ３６を
マンドレル４０に供給して構成要素を形成する機械１０
の他の構成要素と全体的に連通する。

【００２６】サーボ監視装置１２４は局部的な記憶装置
１４６内に格納されたサーボ処理プログラム（図７Ｂ及
び図７Ｃ参照）を実行する局部的なマイクロプロセッサ
１４４と、マスタサーボＩ／Ｏ（例えば、Ｉ／Ｏ１２８
内に収容されたサーボＩ／Ｏの１つをマスタサーボＩ／
Ｏとして選択することが出来る）からの中断命令に応答
する中断制御装置１４８とを備えている。マスタサーボ
Ｉ／Ｏからの中断命令に応答し、１０ミリ秒毎といった
位置命令信号の変化が各軸線毎にサーボ監視装置１２４
によって設定され、サーボＩ／Ｏ１２８に配分される。
サーボ監視装置１２４は又、旋回命令信号（ＳＣＭＤ）
を発生させ、以下に説明するように、該信号はサーボＩ
／Ｏ１２６に結合されて旋回制御信号を発生させ、再方
向決めローラ組立体６６及び／又は組立体６４を適正に
旋回させる。

【００２７】モジュール１２６と共通の母線１３４との
間の接続は二重ポート記憶装置１５０を介して行われ
る。モジュール１２６と装置内のその他のモジュールと
の間でて交換すべきデータは二重ポート記憶装置１５０
を介して非同期化状態に伝達される。局部的プロセッサ
１５２は局部的記憶装置１５６内に格納されたサーボ入
力／出力プログラム１５４を実行し（図７Ｄ参照）、再
方向決めローラ組立体を適当に旋回させる。

【００２８】局部的プロセッサ１５２は、二重ポート記
憶装置１５０、記憶装置１５６、レゾルバインターフェ
イス１５８、１６０、及びドライバインターフェイス１
６２、１６４と局部的母線１６６を介して連通し、これ
により、再方向決めローラ組立体の旋回角度を監視し、
サーボ監視装置１２４により発生されるＳＣＭＤに応答
して再方向決めローラ組立体を駆動可能に旋回させるた
めの旋回制御信号を発生させる。この目的のため、サー
ボモータ組立体９０のレゾルバ１０２は、レゾルバイン
ターフェイス１５８を通じて位置情報を提供し、マイク
ロプロセッサ１５２は二重ポート記憶装置１５０内のＳ
ＣＭＤと共に、この情報を利用してドライバインターフ
ェイス１６２へのデジタル速度命令信号（ＶＣＭＤ）を
発生させ、該インターフェイスはＶＣＭＤをアナログ旋
回制御信号に変換し、ドライブ増幅器１０４を介してモ
ータ９２に結合させ、従って、ヘッド側の再方向決めロ
ーラ組立体６６のブラケット７４を駆動可能に旋回させ
る。同様の構造は、レゾルバインターフェイス１６０及
びドライバインターフェイス１６４を介して供給側の再
方向決めローラ組立体６４と関係するサーボモータ組立
体９０′に関して設けることが可能である。説明の便宜
上、ヘッド再方向決めローラ組立体６６の制御装置につ
いて説明するが、供給側の再方向決めローラ組立体６４
を駆動可能に旋回させるための同様の構造をサーボＩ／
Ｏ１２６内に設けることが可能であることが理解されよ
う。

【００２９】記憶装置１３６内に格納された応用プログ
ラムの作動中、再方向決めローラ組立体６６を制御する
ための制御方法をフローチャートを参照しつつ説明す
る。図７Ａのフローチャートには、記憶装置１３６内に
格納された位置及び機能を画成する応用プログラムに従
ってスパン及び制御信号を発生させる主たる監視装置１
２２より実行される処理段階が図示されている。図７Ｂ
のフローチャートには、サーボ監視装置１２４により実
行され、主たる監視装置１２２により発生されるスパン
及び制御信号に基づいて、ヘッド３６を位置決めする位
置命令信号を変化させる処理段階が図示されている。図
７Ｃのフローチャートには、本発明の原理に従い、サー
ボＩ／Ｏ１２６により利用され、再方向決めローラ組立
体を駆動可能に旋回させるための旋回命令信号（ＳＣＭ
Ｄ）を発生させるサーボ監視装置１２４により実行され
る更なる処理段階が図示されている。最後に、図７Ｄの
フローチャートには、本発明の原理に従い、ＳＣＭＤに
応答して、サーボＩ／Ｏ１２６のマイクロプロセッサ１
５２により実行され、再方向決めローラ組立体を自動的
に位置決めし、これにより、ヘッド３６の命令された動
きを補正する処理段階が図示されている。

【００３０】図７Ａのフローチャートの手順段階の処理
は、操作盤１７０のサイクル開始押しボタン（図示せ
ず）を操作することに応答して発生させるサイクル開始
信号により開始される。処理段階２０１にて、例えば、
世界座標内の工具（トウ供給ヘッド３６）の２つの連続
的なプログラム位置間の直線状経路に沿った中間位置を
補間するために必要なデータが計算される。各軸線（例
えば、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｄ、Ｅ及びＲ）内のスパン長さＳ
は、これら位置の世界座標データを基にして求められ
る。予めプログラム化した速度又は供給速度は記憶装置
１３６から呼び出し、各軸線に対するスパン長さ信号Ｓ
と共に、処理段階２０２−２０５にて更なる速度制御信
号が次のように計算される。

【００３１】Ｎ_I＝ある段階の速度変化を画成する第１
及び最後の補間間時間中、部材が選択された軸線内で動
くべき距離Ｓのパーセント。

【００３２】Ｎ_B＝補間増分距離が変化する距離Ｓのパ
ーセント。

【００３３】Ｎ_C＝一定速度モード中の各補間時間中に
部材が動くべき距離Ｓのパーセント。

【００３４】Ｓ_D＝プログラム化した速度から減速を開
始すべきスパン端部からの距離。

【００３５】Ｓ、Ｎ_I、Ｎ_B、Ｎ_C及びＳ_Dに対するこれら
の値は、記憶装置１３６内のバッファに格納され、サー
ボ監視装置によるスパンの実行中、サーボ監視装置１２
４がアクセスする。

【００３６】処理段階２０１−２０５の実行後、主たる
監視装置により行われる操作工程全体のサイクルは、決
定段階２０６にてスパン信号の終了が検出されることで
表示される動作の終了により制御される。サーボ監視装
置がここでＥＯＳと称するスパンフラグの終了を設定し
ない場合、その手順はスパンが終了する（ＥＯＳ＝１）
まで処理段階２０６にてアイドル状態となる。段階２０
１−２０５の手順は、前のスパンが終了する前に次のス
パンを実行し、次に、バッファに装填することの出来る
次の組のスパン及び制御信号を発生させる処理前の情報
を得ることが望ましい。

【００３７】補間の完了後、処理段階２０８にて、現在
のスパンの終了を画成する位置が記憶装置１３６内に格
納されたプログラムの終了に対応するか否かが判断され
る。対応しない場合、図７Ａの制御手順の実行が継続さ
れ、処理段階２０１に進み、次のプログラム化したスパ
ン用のデータを初期状態にする。このように、決定段階
２０８にて、プログラムの最後位置に達したと判断され
るまで、格納された動作プログラムが実行される。その
後、ファイバ分配プログラムの実行は停止するが、プロ
グラム全体は操作者の介在により再度実行することが可
能である。

【００３８】サーボ監視装置１２４の軸線命令信号の処
理について図７Ｂを参照しつつ説明する。マスタサーボ
Ｉ／Ｏにより発生される中断信号に周期的に応答し、図
７Ｂのスパン増分補間手順が各軸線毎に実行され、位
置、及びその他のサーボ命令信号の変化をサーボＩ／Ｏ
モジュール１２８に出力する。

【００３９】決定段階２２０にて、スパン増分補間法の
現在の実行がその現在のスパンに対する最初のものであ
るか否かが判断される。肯である場合、スパン変数は処
理段階２２２にて初期状態とされ、現在のスパンの最初
の増分の補間の準備を整える。スパンの長さの残りΔＳ
は、軸線スパン長さＳに初期状態にする。増分ファクタ
Ｎ_Tの現在の値は段階速度ファクタＮ_Iに初期状態にす
る。最初の実行フラグＳＴＲＴは０に初期状態にし、減
速フラグは０に初期状態にする。現在のスパン増分補間
法の実施がそのスパンに対する最初のものでない場合、
処理段階２２２はスキップされる。決定段階２２４に
て、繰返しトグルＩは１に設定され、命令された位置Δ
ＣＭＤにおける補間された変化に対する最初の繰返しで
あることを示すかどうが判断される。命令された位置Δ
ＣＭＤの各変化は２つの繰返しによって処理され、繰返
しは各々、命令された位置における全変化の半分を適当
なサーボＩ／Ｏに出力する。補間法は現在のスパンにお
ける進行状況をスパン長さの残りΔＳの大きさとして記
録する。この大きさは各対の繰返しを行う毎に小さくす
る。

【００４０】処理段階２２６にて、次の対の繰返しに対
する命令された位置の変化の大きさ（ΔＣＭＤ）が軸線
スパン長さＳと現在の増分ファクタＮ_Tの値の積として
計算される。この方法の最初の実行を最初に繰返すと
き、増分ファクタＮ_Tは処理段階２０２において予補間
法により計算した処理速度ファクタＮ_Iに等しい値とな
る。決定段階２２８にて、命令された位置ΔＣＭＤの変
化の大きさが残りのスパン長さΔＳの現在の大きさと比
較される。命令された位置ΔＣＭＤの変化が残りのスパ
ン長さΔＳより大きく又は等しい場合、処理段階２３０
にて命令された位置ΔＣＭＤの変化は残りのスパン長さ
ΔＳに等しく設定される。この状態は現在のスパンの最
後のスパン増分補間に対応するため、第１のフラグは真
に設定され、スパンフラグＥＯＳの終了も真に設定され
る（＝１）。命令された位置の変化ΔＣＭＤが残りのス
パン長さΔＳ以下である場合、処理段階２３０はスキッ
プされる。

【００４１】処理段階２３２にて、残りのスパン長さΔ
Ｓの前の値から命令された位置の変化ΔＣＭＤの大きさ
を差し引くことにより、残りのスパン長さΔＳに対する
新たな値が計算される。処理段階２３４にて、問題とす
る軸線における絶対的な命令位置（ＡＢＳＣＭＤ）は、
現在のＡＢＳＣＭＤとΔＣＭＤの合計値に等しいように
計算される。段階２３６にて、Ｘ、Ｙ、Ｚのピッチ、ヨ
ー及びロール軸線各々に対して計算されたＡＢＳＣＭＤ
命令は、公知の方法にて絶対的なジョイント命令（ＡＢ
ＳＪＯＩＮＴ）に変換され、これにより、本発明の譲受
人に譲渡され、その開示内容を引用して本明細書の一部
に加えた米国特許第3,920,972号及び第3,909,600号の明
細書に記載されたように、機械１０の各ジョイントに命
令し、加圧部材４８が世界座標軸系の絶対的命令位置に
動くようにすることが出来る。段階２３８にて、段階２
３４からのピッチ、ヨー及びロールのＡＢＳＣＭＤデー
タを利用して、以下に説明するように再方向決めローラ
の絶対的ジョイント命令を計算する。

【００４２】手順は段階２４０に進み、ここで、ジョイ
ント位置（ΔＪＯＩＮＴ）命令の変化を各軸線毎に計算
し、図７Ｂの手順の前回の実行時に計算した絶対的ジョ
イント命令（ＡＢＳＪＯＩＮＴ_OLD）と各軸線毎の現在
の絶対的ジョイント命令（ＡＢＳＪＯＩＮＴ）との差に
等しくなるようにする。次に、段階２４２にて、ＡＢＳ
ＪＯＩＮＴ_OLDは現在のＡＢＳＪＯＩＮＴに等しく設定
し、図７Ｂの手順を通じて次の繰返し時に使用し得るよ
うにする。段階２４４にて、速度の送り前方成分
（Ｖ_FF）は次のように計算される。

【００４３】

【数１】Ｖ_FF ＝（ＪＯＩＮＴ）（６）
（１）

【００４４】ＧＦここで、ＧＦは図７Ｄの段階４１０に関して説明するソ
フトウェアの利得定数である。

【００４５】次に、手順は処理段階２４６に進み、ここ
でジョイント位置命令における第１及び第２の繰返し変
化、即ち、第１のジョイントＣＭＤ及び第２のジョイン
トＣＭＤを計算する。これら命令は、＃ジョイントＣＭ
Ｄ（ここで＃印は第１又は第２の該当するものを意味す
る）と称する。第１のジョイントＣＭＤはΔジョイント
を２で割ることにより計算され、第２のジョイントＣＭ
ＤはΔジョイントと最初のジョイントＣＭＤとの差に等
しい。この計算自体はΔジョイントの割算の誤差をまる
める補正をする。処理段階２４８にて、繰返しトグルは
次の繰返しの準備として０に設定される。処理段階２５
０にて、位置命令、第１のジョイントＣＭＤの第１の繰
返し変化は、適当なサーボＩ／Ｏモジュールに装填され
る。再方向決めローラ組立体の場合、＃ジョイントＣＭ
Ｄは、旋回命令信号（ＳＣＭＤ）と称され、以下に説明
するように、サーボＩ／Ｏ１２６の二重ポート記憶装置
１５０に挿入され、再方向決めローラ組立体の旋回角度
を制御する。

【００４６】位置命令、第２のジョイントＣＭＤの第２
の繰返しの変化は、決定段階２２４にてＩが０値である
ことを検出することで開始される。第１の繰返し後、次
の中断時、繰返しトグルフラグＩの値は０となり、決定
段階２５２にて補間法が継続実施される。ここで、減速
フラグが真に設定され、補間が減速点Ｓ_D又はそれ以上
に進んだことを示すかどうかが判断される。否であるな
らば、決定段階２５４にて実行が継続し、ここで残りの
スパン長さΔＳが処理段階２０５にて予補間法により計
算した減速距離Ｓ_D以上であるかどうかが判断される。
残りのスパン長さΔＳが減速距離Ｓ_D以上でない場合、
処理段階２５６にて実行が継続され、ここで減速フラグ
は真に設定され、一定速度フラグは偽に設定される。そ
の後、増分ファクタＮ_Tの新たな値が処理段階２５８に
て計算され、加速度／減速度の増分調整分Ｎ_Bだけ、増
分ファクタＮ_Tの大きさを小さくする。決定段階２６０
にて、増分ファクタＮ_Tの新たな値が処理速度ファクタ
Ｎ_I以下であるかどうかが判断される。肯である場合、
補間ファクタＮ_Tは処理段階２０６にて段階速度ファク
タＮ_Iに等しく設定される。否である場合、処理段階２
６２はスキップされる。その後、処理段階２６４にて、
繰返しトグルフラグＩが次の繰返しの準備として１に等
しく設定される。処理段階２６６にて、ジョイント位置
命令、第２のジョイントＣＭＤの第２の繰返しの変化が
適当なサーボＩ／Ｏモジュールに装填される。増分ファ
クタＮ_Tの新たな値の結果、増分補間法の次の実行によ
り、より小さい増分命令Δジョイントが補間され、これ
により影響を受ける機械部材の速度を低下させる。

【００４７】補間が減速度点まで進んでいなかった場
合、決定段階２５４からの実行は、段階２６８に進み、
ここで増分ファクタＮ_Tの大きさが加速度／減速度ファ
クタＮ_Bだけ増加される。決定段階２７０にて、増分フ
ァクタＮ_Tの新たな値は、処理段階２０４にて予補間法
方の実行中に計算された一定速度ファクタＮ_Cと比較さ
れる。増分ファクタＮ_Tが一定速度ファクタＮ_Cより大き
い場合、該ファクタは処理段階２７２にて、該一定速度
ファクタＮ_Cに等しく設定される。否である場合、処理
段階２７２はスキップされる。

【００４８】あたかも１つの軸線に対するかのように、
ジョイント位置信号の変化について上記に説明したが、
この手順は各軸線毎に同時に行われる。従って、各種の
サーボＩ／Ｏ１２８は、該当する軸線に対するジョイン
ト命令（＃ジョイントＣＭＤ）のそれぞれの補間の変化
を略同時に受け入れ、その結果、全ての軸線における動
きが調和される。即ち、各軸線内の動きは一定速度に加
速され、このため、それぞれの定速度又は送り速度が各
軸線毎に同時に達成される。同様に、減速も同時に実現
される。このように、主たる監視装置１２２は、これに
従って各軸線に対するスパン及び制御信号Ｓ、Ｎ_I、
Ｎ_B、Ｎ_C及びＳ_Dの各種の値を計算する。

【００４９】更に、スパン長さＳ（又は、これとは別に
回転角度）はそのそれぞれの軸線内の部材の前方又は後
方への動きを示す正又は負の値を示す。その結果、ジョ
イント位置信号（＃ジョイントＣＭＤ）の繰返し変化は
動きの方向を示す正又は負の値の何れかとなる。

【００５０】ユーザ（図示せず）は世界座標にデータを
入力し、制御装置１２０がこれら座標から機械の各種の
構成要素に対する絶対的ジョイント命令を発生させるこ
とが想起されよう。図１の機械１０の再位置決めローラ
組立体を位置決めする目的にて、クリール組立体５２に
関するヘッド３６の動きを考慮する必要がある。この目
的上、手首３２に対するピッチ（Ｄ）、ヨー（Ｅ）及び
ロール（Ｒ）の絶対的命令のみが必要であり、図５に図
示するように、局部的なＸ軸線に対する手首の中心線が
ページの内側を向いた状態で局部的座標フレーム（局部
的Ｘ、局部的Ｙ及び局部的Ｚ軸線）に関係付けられてい
る。クリール組立体５２に関する手首の中心点Ｗを知る
ことにより、ヘッド３６が制御装置１２０の命令にて動
くとき、ファイババンド６２の整列状態を維持するため
の再方向決めローラ組立体６４、６６の適当な旋回角度
を計算することが可能となる。図７Ｃの手順はかかる計
算方法を述べるものである。

【００５１】図７Ｃの手順を説明する前に、幾つかの用
語を次のように定義することが有用である。

【００５２】１．ＢＦＲＡＭＥ：点Ｂにて、ファイバ
バンド６２の座標フレーム（局部的Ｘ、Ｙ及びＺ軸線）
を手首の中心点Ｗに関係付ける４×４の方向決めマトリ
ックスであって、点Ｂがヘッド側の再方向決めローラブ
ラケット７４の回転軸線８４、及びヘッド再方向決めロ
ーラ７２の円周上にあるマトリックスをいう。

【００５３】２．ＥＦＲＡＭＥ点Ｅにて、ファイバ
バンド６２の座標フレーム（局部的Ｘ、Ｙ及びＺ軸線）
を手首の中心点Ｗに関係付ける４×４の方向決めマトリ
ックスであって、点Ｅが供給側の再方向決めローラブラ
ケット７０の回転軸線８２、及び供給側再方向決めロー
ラ６８の円周上にあるマトリックスをいう。

【００５４】３．ＣＦＲＡＭＥ点Ｃにて、ファイバ
バンド６２の座標フレーム（局部的Ｘ、Ｙ及びＺ軸線）
を手首の中心点Ｗに関係付ける４×４の方向決めマトリ
ックスであって、点Ｃがファイババンド６２とローラ７
２との接触線の中心にて、ヘッドの再方向決めローラ７
２の円周に沿って位置するマトリックスをいう。

【００５５】４．ＤＦＲＡＭＥ点Ｄにて、ファイバ
バンド６２の座標フレーム（局部的Ｘ、Ｙ及びＺ軸線）
を手首の中心点Ｗに関係付ける４×４の方向決めマトリ
ックスであって、点Ｄがファイババンド６２とローラ６
８との分離線の中心にて、供給側再方向決めローラ６８
に円周上に位置するマトリックスをいう。

【００５６】上記の各（−）ＦＲＡＭＥ方向決めマトリ
ックスは、次の形態にて形成することが可能である。

【００５７】

【数２】

【００５８】ここで、ｎ_x、ｎ_y及びｎ_zは点（−）にお
ける局部的軸線ｘに沿った単位ベクトルのそれぞれｘ、
ｙ及びｚ座標であり、ｏ_x、ｏ_y及びｏ_zは点（−）にお
ける局部的軸線ｙに沿った単位ベクトルのそれぞれｘ、
ｙ及びｚ座標であり、γ_x、γ_y及びγ_zは点（−）にお
ける局部的軸線ｘに沿った単位ベクトルのそれぞれｘ、
ｙ及びｚ座標であり、ρ_x、ρ_y及びρ_zは点（−）にて
世界的フレームの原点（手首の中心点Ｗにおける）から
点（−）における局部的な座標原点に向けた位置ベクト
ルである。

【００５９】５．ＢＴＲＡＮＳ手首３２の全ての角度
（Ｄ、Ｅ及びＲ）を零に設定したときの、分配ヘッド３
６に関する点Ｂの位置の４×４の変化マトリックスをい
う。

【００６０】６．ＢＴヘッド側のブラケット
７４の旋回角度をいう。

【００６１】７．ＢＣ供給側のブラケット７
０の旋回角度をいう。

【００６２】８．ＷＴ点Ｂ及びＣ間における
ヘッド側のローラ７２を中心とするファイババンド６２
の包み込み角度をいう。

【００６３】９．ＷＣ点Ｄ及びＥ間における
供給側ローラ６８を中心とするファイババンド６２の包
み込み角度をいう。

【００６４】１０．ＲＯＴ_xφ 局部的軸線ｘを中心
として角度φにて回転する４×４の回転マトリックスを
いう。ここで、

【００６５】

【数３】

【００６６】１１．ＲＯＴ_yφ 局部的軸線ｙを中心
として角度φにて回転する４×４の回転マトリックスを
いう。ここで、

【００６７】

【数４】

【００６８】１２．ＲＯＴ_zφ 局部的軸線ｚを中心
として角度φにて回転する４×４の回転マトリックスを
いう。ここで、

【００６９】

【数５】

【００７０】１３．ＴＲ_zL 局部的軸線ｚに沿って
Ｌだけ動く４×４の並進マトリックスをいう。ここで、

【００７１】

【数６】

【００７２】次に、図７Ｃを参照して、再方向決めロー
ラ組立体の旋回命令（即ち、絶対的ジョイント）を計算
する手順（図７Ｂの段階２３８）について説明する。再
方向決めローラの手順は段階２３８にて開始し、決定段
階３００に進み、ここで手順は機械１０が始動している
場合、即ち、トウ３８が最初に供給される場合、初期化
段階３０２に分岐する。段階３０２にて、変数ＢＴ、Ｂ
Ｃ、ＷＴ及びＷＣは全て零に設定される。機械１０が段
階３００にて始動していない場合、又は段階３０２が実
行されている場合、手順は段階３０４に進み、ここで、
次のように、局部的軸線ｚを中心とするヨー角度（Ｅ）
の回転マトリックス、局部的軸線ｙを中心とする９０°
以下のピッチ角度（Ｄ−９０°）の回転マトリックス、
及び局部的軸線ｘを中心とするロール角度（Ｒ）の回転
マトリックスをＢＴＲＡＮＳに掛けることによりＢＦＲ
ＡＭＥが計算される。

【００７３】

【数７】

【００７４】ＢＦＲＡＭＥ=(ＲＯＴ_zE)(ＲＯＴ_y(D-90°₎)(ＲＯＴ_xR)(ＢＴＲＡＮＳ)（７）ここで、ＢＴＲＡＮＳは、局所ｘにおける世界的フレー
ムに関するファイババンド６２の単位ベクトルが［0.81
9 0.0 0.573］、局所ｙにおける世界的フレームに関
するファイババンド６２の単位ベクトルが［０１
０］、局所ｚにおける世界的フレームに関するファイバ
バンド６２の単位ベクトルが［-0.573 0.0 0.819］、
及び点Ｂにおける世界フレームに関するベクトルが［1
7.10 0.014.10］である機械１０に対する、点Ｂと手首
中心Ｗとの間の寸法上の関係に基づく定数である。その
結果、

【００７５】

【数８】

【００７６】となる。等式（７）の値は、表１に図示す
るようにＢＦＲＡＭＥのマトリックスの解答となる。

【００７７】次に、図７Ｃの手順は段階３０６に進み、
ここで、次式に従い、局部的軸線ｘを中心として角度Ｂ
Ｔにて回転する回転マトリックス、及び局部的軸線ｙを
中心として角度ＷＴにて回転する回転マトリックスをＢ
ＦＲＡＭＥに掛け、更に、ｚ軸線に沿ってヘッド側再方
向決めローラ７２の径（ＲＤ_H）の正及び負の値だけ動
く並進マトリックスを掛けることにより、ＣＦＲＡＭＥ
が計算される。

【００７８】

【数９】

【００７９】ＣＦＲＡＭＥ＝（ＢＦＲＡＭＥ′）（ＲＯＸ_y(WT)）（ＴＲｚ_(RDH)）（９）ここで、

【００８０】

【数１０】

【００８１】ＢＦＲＡＭＥ′＝（ＢＦＲＡＭＥ）（ＲＯＴ_x(BT)）（ＴＲ_z(-RDH)）（１０）等式（１０）の値は、表１に示したＢＦＲＡＭＥ′のマ
トリックスの解答となる。等式（９）の値は同様に表１
に示したＣＦＲＡＭＥマトリックスの解答となる。

【００８２】次に、手順は段階３０８に進み、ここで、
次式に従い、局所ｘを中心として角度ＢＣにて回転する
回転マトリックス、局所ｙを中心として角度ＷＣにて回
転する回転マトリックス、及びｚ軸線に沿って供給側の
再方向決めローラ６８の径（ＲＤ_S）の正及び負の値だ
け動く並進マトリックスをフレームに掛けることによ
り、ＤＦＲＡＭＥが計算される。

【００８３】

【数１１】

【００８４】ＤＦＲＡＭＥ＝（ＥＦＲＡＭＥ′）（ＲＯＴ_y(WC)）（ＴＲ_z(-RDS)）（１１）ここで、

【００８５】

【数１２】

【００８６】ＥＦＲＡＭＥ′＝（ＥＦＲＡＭＥ）（ＲＯＴ_x(BC)）（ＴＲ_z(RDS)）（１２）等式（１２）の値は表１に示したＥＦＲＡＭＥ′マトリ
ックスの解答となる。等式（１１）の値は同様に表１に
示したＤＦＲＡＭＥマトリックスの解答となる。

【００８７】局所ｘにおける世界フレームに関するファ
イババンド６２の単位ベクトルが［０１０］であ
り、局所ｙにおける世界的フレームに関するファイババ
ンド６２の単位ベクトルが［１００］、局所ｚに
おける世界フレームに関するファイババンド６２の単位
ベクトルが［００１］、及び世界フレームに関する
点Ｅの位置がベクトル［０ 9.74 13.39］である機械
１０の場合、ＥＦＲＡＭＥのマトリックスは、点Ｅと手
首中心Ｗとの間の寸法上の関係に基づく定数であり、そ
の結果、

【００８８】

【数１３】

【００８９】となる。

【００９０】次に、図７Ｃの手順は段階３１０に進み、
ここで、点Ｂ、ローラ７２の軸線８０の中心点、及び点
Ｄを含む面がファイババンド６２のベクトルに対して垂
直となるように、ヘッド側の再方向決めローラ組立体６
６のブラケット７４の旋回角度ＢＴの新たな値が計算さ
れる。角度ＢＴの新たな値は、ファイババンドのベクト
ルと点Ｄから点Ｂまでのベクトルとの積が零に等しくな
るように設定することで次のように求められる。

【００９１】

【数１４】

【００９２】ここで、Ｂ_abの値は、段階３０４にて計算
したＢＦＲＡＭＥマトリックスから求められ、点Ｄの位
置ベクトルは、段階３０８にて計算したＤＦＲＡＭＥマ
トリックスからの［ρｘρｙρｚ］ベクトル値を利用し
て、［ＤＰ（１）ＤＰ（２）ＤＰ（３）］となる。次
に、手順は、角度ＢＴがヘッド側の再方向決めローラ７
２が供給側の再方向決めローラ６８の方向を向くような
値であるか否かを判断する。この目的上、段階３１２に
て、ＢＲＯＴの値が次のように計算される。

【００９３】

【数１５】

【００９４】ＢＲＯＴ＝（ＢＦＲＡＭＥ）（ＲＯＴ×（ＢＴ））（１５）ここで、ＢＴには新たに計算した値を使用する。等式
（１５）の値は、表１に示したＢＲＯＴのマトリックス
の解答となる。その後、点Ｂにおける局所的ｚベクトル
と、点Ｅから点Ｂに向けたベクトルとの間の小数点積
（ＢＤＯＴＰＲＯ）が段階３１４にて、一定のＥＦＲＡ
ＭＥマトリックスのρベクトル、及びＢＲＯＴのγ及び
ρベクトルに基づき次のように計算される。

【００９５】

【数１６】

【００９６】ＢＤＯＴＰＲＯ＝（−Ｂ₁₂ sinＢＴ＋Ｂ₁₃ cosＢＴ）（Ｂ₁₄−0）＋（−Ｂ₂₂ sinＢＴ＋Ｂ₂₃ cosＢＴ）（Ｂ₂₄−9.74）＋（−Ｂ₃₂ sinＢＴ＋Ｂ₃₃ cosＢＴ）（Ｂ₃₄−13.39）（１６）次に、ＢＤＯＴＰＲＯの計算値を決定段階３１６にて確
認し、その値が零以下である場合、再方向決めローラ７
２は誤った方向を向いていることを意味し、従って、段
階３１８にて、１８０°を加えて、ＢＴを補正する。従
って、

【００９７】

【数１７】

【００９８】ＢＴ＝ＢＴ＋１８０° （１７）となる。

【００９９】段階３１６におけるＢＤＯＴＰＲＯが零以
下でない場合、又は段階３１８にてＢＴを補正した後、
新たに計算されたＢＴの値により、等式（１０）を計算
し直すことにより、段階３２０にて最初にＢＦＲＡＭ
Ｅ′を計算し直し、次に、段階３２２にて、次の等式を
２回計算する２つの段階を繰り返してＷＴを計算するこ
とにより、ＷＴの新たな値が計算される。

【０１００】

【数１８】

【０１０１】等式（１８）を最初に演算した後に計算さ
れたＷＴの値を使用して、ＷＴの最終値を２回目に計算
する場合、等式（１８）を演算し、ニートンラプソン法
を利用して２つのループの近似値を求める。ここで、

【０１０２】

【数１９】

【０１０３】及び

【０１０４】

【数２０】

【０１０５】である。この場合、新たに計算したＢＦＲ
ＡＭＥ′のマトリックス、及び段階３０８にて計算され
たＤＦＲＡＭＥマトリックスのρベクトルを利用する。

【０１０６】次に、手順は段階３２４に進み、ここでＢ
Ｔ及びＷＴの新たな計算値により、等式（９）を用いて
ＣＦＲＡＭＥを計算し直し、次いで段階３２６に進み、
ここで供給側の再方向決めローラ組立体６４のブラケッ
ト７０の旋回角度ＷＣの新たな値を計算し、点Ｃ、ロー
ラ６８の軸線７８の中心点、及び点Ｅを含む面がファイ
ババンド６２に対するベクトルに対して垂直であるよう
にする。角度ＢＣの新たな値は、段階３１０で計算され
たＢＴの新たな値と同様の方法で求める、即ち、ファイ
ババンドのベクトルと、点Ｅから点Ｃまでのベクトルと
の積が零に等しいように設定する。その結果、

【０１０７】

【数２１】

【０１０８】となる。

【０１０９】ここで、値Ｅ_abは、一定のＥＦＲＡＭＥマ
トリックスの値であり、点Ｃの位置ベクトルは、段階３
２４にて計算し直したＣＦＲＡＭＥマトリックスからの
［ρｘ ρｙ ρｚ］ベクトル値を利用する［ＣＰ
（１）ＣＰ（２）ＣＰ（３）］である。

【０１１０】次に、手順は進み、ヘッド再方向決めロー
ラ６８がヘッド再方向決めローラ７２の方向を向いてい
る角度ＢＣであるかどうかが判断される。この目的上、
ＥＲＯＴの値は段階３２８にて計算し、その結果、

【０１１１】

【数２２】

【０１１２】ＥＲＯＴ＝（ＥＦＲＡＭＥ）（ＲＯＴ_x(BC)）（２２）となり、ＢＣの値が新たに計算される。等式（２２）の
値は表１に掲げたＥＲＯＴマトリックスの解答となる。
その後、Ｅにおける局部的なｚベクトルと、点Ｅから点
Ｂまでのベクトルとの小数点積（ＥＤＯＴＰＲＯ）は、
一定のＥＦＲＡＭＥマトリックスのρベクトル及びＥＲ
ＯＴのγ及びρベクトルに基づいて次のように段階３３
０にて計算される。

【０１１３】

【数２３】

【０１１４】ＥＤＯＴＰＲＯ＝（−Ｅ₁₂ sinＢＣ＋Ｅ₁₃ cosＢＣ）（Ｅ₁₄−０）＋（−Ｅ₂₂ sinＢＣ＋Ｅ₂₃ cosＢＣ）（Ｅ₂₄−9.74）＋（−Ｅ₃₂ sinＢＣ＋Ｅ₃₃ cosＢＣ）（Ｅ₃₄−13.39）（２３）次に、ＥＤＯＴＰＲＯの計算値を決定段階３３２にて確
認し、その値が零以下である場合、再方向決めローラ６
８は誤った方向を向いていることを意味し、従って、段
階３３４にて１８０°を加えることによりＢＣを補正す
る。従って、

【０１１５】

【数２４】２３ＢＣ＝ＢＣ＋１８０°

【０１１６】となる。

【０１１７】段階３３２にてＥＤＯＴＰＲＯが零以下で
ない場合、又は段階３３４にてＢＣを補正した後、先ず
ＢＣの新たに計算した値により等式（１２）を計算し直
すことにより段階３３６にてＥＦＲＡＭＥ′を計算し直
し、次に、段階３３８にて２つの段階を繰り返すことに
よりＷＣを計算することでＷＣの新たな値が計算され
る。ここで、次の等式を２回行なう。

【０１１８】

【数２５】

【０１１９】等式（２５）を最初に演算した後、計算し
たＷＣの値を使用して、ＷＣの最終値を計算し、等式
（２５）を２回目に演算し、ニートンラプソン法を利用
して２つのループの近似値を求める。ここで、

【０１２０】

【数２６】

【０１２１】及び

【０１２２】

【数２７】

【０１２３】となる。これは新たに計算したＥＦＲＡＭ
Ｅ′のマトリックス、及び段階３２４にて計算し直した
ＣＦＲＡＭＥマトリックスのρベクトルに基づくもので
ある。次に、手順は段階３４０に進み、ここで、ＢＣ及
びＷＣの新たに計算した値により、等式（１１）を使用
してＤＦＲＡＭＥを計算し直す。その後、制御装置１２
０が得られたＤＦＲＡＭＥマトリックスを利用すること
が出来る。制御装置１２０が計算し直したＤＦＲＡＭＥ
マトリックスを利用しない場合、段階３４０は省略する
ことが可能である。他方、段階３２４にて計算し直した
ＣＦＲＡＭＥは、所望であれば、供給側の再方向決めロ
ーラ組立体６４に対する旋回命令を計算するのに利用す
ることが出来る。しかし、ＣＦＲＡＭＥは図７Ｃの手順
により計算すべきことは勿論であり、従って、サーボ監
視装置１２４からのデータを利用して、一方又は双方の
再方向決めローラ組立体に対する旋回命令を提供するこ
とが可能である。

【０１２４】ヘッド再方向決めローラ組立体６６に対す
る旋回命令を図７Ｂの手順により計算した後、その命令
は、サーボＩ／Ｏ１２６の二重ポート記憶装置１５０に
伝送され、該組立体の旋回角度を制御する。供給側の再
方向決め旋回ローラ組立体６４の旋回量は、典型的に±
１５−２０°以上ではない一方、ヘッド側の再方向決め
ローラ組立体６６の旋回範囲は±９０°程度に大きくす
ることが出来る。このように、好適な実施例において、
ヘッド側の再方向決めローラ組立体６６は、ヘッド３６
がクリール組立体５２に関して動くとき、該組立体が最
も臨界的であると考えられるため、ヘッド側の再方向決
めローラ組立体６６に対するＳＣＭＤのみを利用する。
この目的上、図７Ｄに示すように、サーボ順序は、１０
ミリ秒毎に初期状態にされる（段階４００）。処理段階
４０２、４０４にて、レゾルバ１０２からのレゾルバデ
ータは、レゾルバインターフェイス１５８により読み取
り、マイクロプロセッサ装置１５２が再方向決めローラ
組立体６６のブラケット７４の実際の旋回角度位置（Ａ
ＣＴＰＯＳ）を計算する。処理段階４０６にて、命令
旋回位置（ＣＭＤＰＯＳ）はジョイント位置命令（＃
ジョイントＣＭＤ）の繰返し変化（即ち、サーボ監視装
置１２４からのＳＣＭＤ）と命令旋回位置ＣＭＤＰＯ
Ｓの現在の値とを合計することにより計算する。又、処
理段階４０６にて、随伴する誤差信号（ＦＥ）は計算し
た命令旋回位置（ＣＭＤＰＯＳ）と実際の旋回位置
（ＡＣＴＰＯＳ）の差として計算される。段階４０８
にて、随伴する誤差信号（ＦＥ）は、サーボ監視装置１
２４により計算され（又、二重ポート記憶装置１５０内
に配置された）前方成分Ｖ_FFを速度に加えることにより
修正する。手順は処理段階４１０に進み、ここでモータ
９２に対する速度命令（ＶＣＭＤ）が信号ＦＥと、利得
ファクタ（ＧＦ）、及び出力単位変換定数Ｋの積として
計算される。次に、ＶＣＭＤ信号は電圧信号（旋回制御
信号）に変換し、ドライブ増幅器１０４を通じてモータ
９２に結合させ、ローラ組立体６６を自動的にかつ駆動
可能に旋回させる。利得ファクタ（ＧＦ）は、ＶＣＭＤ
に対応する旋回制御信号の電圧の結果、ブラケットが所
定の誤差信号に関係付けた所定の速度、例えば１／１０
００°の誤差信号に対して１°／min（１／１０００°
ＦＥ当たり１°／min）にて動くように選択する。利得
ファクタＧＦは、例えば、歯車／プーリ機構における既
知のオフセット及び／又は関係の補正を容易にする。同
様に、出力単位変換定数Ｋは、ドライバインターフェイ
ス１６２から出力0.001ボルト当たり１°／minのモータ
９２の角速度を得るための比例定数である。これとは別
に、定数Ｋは、デジタルＶＣＭＤ信号をモータを駆動す
るために付与されるアナログ旋回制御信号に変換するデ
ジタルアナログ変換器（図示せず）の回路に直接供給す
るようにしてもよい。

【０１２５】本発明が適用可能である別のファイバ分配
機械５００は図８に図示されている。機械５００は、図
示するように、傾斜交差送り機械であり、本発明の譲受
人に譲渡された1989年12月4日付けの米国特許出願第07/
445,583号「ファイバ分配機械」に記載されている。上
記特許出願第07/445,583号の開示内容は引用して本明細
書の一部に含めてある。機械５００はマンドレル４０に
関して横方向に離間した状態に図示されており、該機械
５００は基部支持体５０２を備えており、該支持体５０
２は、機械５００の動くＸ軸線を画成し得るように動く
キャリッジ５０４を支持している。その前端５０８が傾
動し又は旋回して、機械５００が動くＹ軸線を画成する
交差スライド５０６がキャリッジ５０４に取り付けられ
ている。交差スライド５０６は又マンドレル４０に対し
て接近及び離反し、機械５００が動くＺ軸線を画成し得
るようにキャリッジ５０４に取り付けられている。

【０１２６】ファイバトウ３８の複数のスプール５６を
回転可能に支持するクリール組立体５１２が交差スライ
ド５０６の後端部５１０に取り付けられている。各スプ
ール５６はトウ３８を供給し、該トウ３８は各スプール
５６に隣接する第１のローラ５１４の上方を通り、ロー
ラバー５１６により、クリール組立体５１２の頂部の上
方に向けられる。次に、各トウ３８は方向決めローラ５
１８の周囲を進み、次いで溝付きローラ６０に達し、か
かるトウのバンド６２内で平行になる。次に、バンド６
２は供給側の再方向決めローラ組立体６４及びヘッド側
の再方向決めローラ組立体６６の上を通り、ロボット手
首３２に取り付けられたファイバ分配ヘッド３６に達す
る。ヘッド３６がピッチ、ヨー及びロール方向（又、ロ
ール１１、ロール１２及びロール１３とも称する）方向
に動くと、ヘッド３６はクリール組立体５１２に関して
動き、これによりトウ３８のバンド６２を捻る。機械５
００は、図１の機械１０に関して概ね説明したように、
制御装置１２０から線１１０を介して送られる信号に応
答して作動するが、図７Ｃの手順は段階２３４からのＡ
ＢＳＣＭＤデータではなく、図７Ｂの段階２３６から伝
送されたデータを利用し、再方向決めローラの旋回角度
を計算する際、機械５００の傾動軸線の影響を軽減し又
は解消する点が異なる。

【０１２７】作用について説明すると、制御装置１２０
は位置命令信号を反復的に変化させ、これにより、ファ
イバ分配ヘッド３６を動かし、ファイバトウをマンドレ
ル４０に供給する。位置命令信号の変化が新たに発生さ
れる毎に、再方向決めローラの旋回角度を計算し、ファ
イババンドの再方向決めローラの間を通るとき、該ファ
イババンド６２の適正な整列状態が維持され得るように
する。その目的上、再方向決めローラの旋回角度は、各
トウ３８のその上を通るとき、トウの縦軸線が各再方向
決めローラの回転軸線に対して垂直に保持され、特に、
供給側の再方向決めローラ６８から出てヘッド側の再方
向決めローラ７２に入る場合にそうであるように計算す
る。その結果、バンド６２がその上を通るとき、特に、
ローラ６８から出てローラ７２に入るとき、バンド６２
の幅（バンドの縦軸線に対して直角なベクトル）は、ロ
ーラの縦軸線に対して平行となる。得られる旋回命令を
利用して旋回制御信号を発生させ、ヘッド側の再方向決
めローラ組立体６６のような再方向決めローラ組立体の
少なくとも１つを駆動可能に旋回させ、ヘッド３６の動
きを補正する。

【０１２８】本発明は各種の実施例を対象とし、これら
実施例について相当詳細に説明したが、特許請求の範囲
をこれら説明に限定することを意図するものではない。
当業者には、更なる利点及び応用例が容易に案出可能で
あろう。例えば、制御装置１２０は多数のマトリックス
掛算を行なう形態にて示したが、一定の値が零又は１で
ある場合、その値は計算する必要はない。同様に、部分
的な値のみが必要とされる場合、全マトリックスの掛算
は行なう必要はない。故に、本発明はそのより広い形態
において、図示しかつ説明した詳細、典型的な装置及び
方法、並びに実施例にのみ限定されるものではない。従
って、本出願人の一般的な発明思想の精神及び範囲内か
ら逸脱することなく、かかる細部の変形例を採用するこ
とが可能である。

【０１２９】

【表１】

【０１３０】

【表２】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用可能である第１の一例としてのフ
ァイバ分配機械の斜視図である。

【図２】ファイバ分配ヘッドをロボットの手首上に支持
する図１のファイバ分配機械の垂直方向の前腕を示す立
面図である。

【図３】図２の線３−３に沿った再方向決めローラサー
ボドライブを示す図である。

【図４】図３の線４−４に沿った再方向決めローラサー
ボドライブを示す端面図である。

【図５】図１の機械のロボット手首に関する再方向決め
ローラの概略図である。

【図６】図１のファイバ分配機械のプログラム制御を行
なう図１のコントローラの概略図である。

【図７】図７Ａは本発明の原理に従い再方向決めローラ
の旋回角度を計算する図６のコントローラの機能を示す
フローチャートである。図７Ｂは本発明の原理に従い再
方向決めローラの旋回角度を計算する図６のコントロー
ラの機能を示すフローチャートである。図７Ｃは本発明
の原理に従い再方向決めローラの旋回角度を計算する図
６のコントローラの機能を示すフローチャートである。
図７Ｄは本発明の原理に従い再方向決めローラの旋回角
度を計算する図６のコントローラの機能を示すフローチ
ャートである。

【図８】本発明が適用可能である第２の一例としてのフ
ァイバ分配機械の斜視図である。

【符号の説明】

１０機械１２支持スタンド１４側部材１６通路１８ガントリー２０スライド２２十字スライド２４スライド２６通路２８サドル３０前腕３２手首３４工具板３６ファイバ分配
ヘッド３８ファイバトウ４０マンドレル４２ヘッドストック４４テールストッ
ク４６再始動装置４８加圧部材５２クリール組立体５４軸線５６スプール５８ローラ６２バンド６４ローラ組立体６６ローラ組立体６８再方向決めロ
ーラ７０クリールブラケット７２再方向決めロ
ーラ７４支持ブラケット７６支持ブラケッ
ト７８縦軸線８０縦軸線８２軸線８４軸線８６矢印８９端縁９０サーボモータ組立体９２サーボモータ

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【手続補正書】

【提出日】平成４年１０月２３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

【図８】

フロントページの続き (72)発明者デーヴイツド・シー・スウオープアメリカ合衆国オハイオ州45052，ノース・ベンド，タンゴ 3753

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プログラム制御によるファイバ分配装置
にして、マンドレル（４０）に供給すべき複数のファイバトウ
（３８）を提供するクリール手段（５２）と、プログラム制御下、前記クリール手段（５２）に関して
動き、ファイバトウ（３８）をマンドレル（４０）に供
給する分配手段（３６）と、一対の再方向決めローラ（６４、６６）であって、前記
再方向決めローラの第１のローラ（６４）が前記クリー
ル手段（５２）に隣接して配置される一方、前記再方向
決めローラの第２のローラ（６６）は前記分配手段（３
６）に隣接して配置され、前記再方向決めローラ（６
４、６６）の各々が、縦軸線（７８、８０）を中心とし
て回転可能でありかつ前記縦軸線（７８、８０）と直交
する軸線（８２、８４）を中心として旋回し、ファイバ
トウ（３８）を前記クリール手段（５２）と前記分配手
段（３６）との間のバンド（６２）内でその上方に案内
する再方向決めローラ（６４、６６）と、前記クリール手段（５２）に関して前記分配手段（３
６）の命令された動きに関係する程度だけ、前記再方向
決めローラ（６４、６６）の少なくとも１つを旋回させ
る制御手段（１２０）であって、前記クリール手段（５
２）と分配手段（３６）との間にてファイババンド（６
２）の整列状態を維持し、ファイババンド（６２）に対
して直角でかつその幅を横断するベクトルが、ファイバ
バンド（６２）がその上方を通るとき、前記１つの再方
向決めローラの縦回転軸線に対して平行となるようにす
る制御手段（１２０）と、前記クリール手段（５２）に関する前記分配手段の動き
を命令するための絶対的な命令位置信号を発生させる手
段と、前記絶対的な命令位置信号に応答して、前記絶対的な命
令位置信号に関係する前記１つの再方向決めローラの旋
回角度を計算し、前記旋回角度により前記１つの再方向
決めローラの旋回を命令する手段とを備えることを特徴
とするファイバ分配装置。
【請求項２】請求項１に記載のファイバ分配装置にし
て、前記１つの再方向決めローラ部材が前記第２の再方
向決めローラであり、該分配手段と共に可動であるよう
に前記分配手段と関係するようにしたことを特徴とする
ファイバ分配装置。
【請求項３】請求項１に記載のファイバ分配装置にし
て、前記１つの再方向決めローラが前記第１の再方向決
めローラであり、前記クリール手段と関係するようにし
たことを特徴とするファイバ分配装置。
【請求項４】請求項１に記載のファイバ分配装置にし
て、前記第１の再方向決めローラが前記クリール手段と
関係し、前記第２の再方向決めローラが前記分配手段と
関係するようにしたことを特徴とするファイバ分配装
置。
【請求項５】請求項４に記載のファイバ分配装置にし
て、前記１つの再方向決めローラが前記第２の再方向決
めローラであることを特徴とするファイバ分配装置。
【請求項６】請求項１に記載のファイバ分配装置にし
て、前記制御手段が、前記クリール手段に関する前記分
配手段の命令された動きに関する程度だけ、前記ローラ
部材の各々を旋回させ、前記クリール手段と前記分配手
段との間でファイババンドの整列状態を維持し、ファイ
ババンドがその上方を進むとき、ファイババンドに対し
て直角でかつその幅を横断するベクトルが前記再方向決
めローラの各々の縦回転軸線に対して平行であるように
することを特徴とするファイバ分配装置。
【請求項７】コンピュータ制御によりファイバ分配機
械内にてクリール供給側と可動の分配ヘッドとの間でフ
ァイバトウのバンドの整列状態を維持する方法にして、ファイバトウのバンドをクリール供給体に隣接して配置
した第１の再方向決めローラの上方、及び分配ヘッドに
隣接して配置した第２の再方向決めローラの上方を通
し、再方向決めローラの各々が縦回転軸線を有しかつ該
縦回転軸線と直交する軸線を中心として旋回可能である
ようにする段階と、分配ヘッドの動きを命令し該ヘッドをクリール供給体に
関して動かす段階と、クリール供給体に関する分配ヘッドの命令された動きに
関係する程度だけ、再方向決めローラの少なくとも１つ
を自動的に旋回させ、クリール供給体と分配ヘッドとの
間でファイババンドの整列状態を維持し、ファイババン
ドがその上方を通るとき、ファイババンドに対して直角
でかつその幅を横断するベクトルが前記１つの再方向決
めローラの縦回転軸線に対して平行となるようにする段
階と、クリール供給体に関する分配ヘッドの動きを命令するた
めの絶対的な命令位置信号を発生する段階と、前記絶対的な命令位置信号に基づいて、１つの再方向決
めローラを自動的に旋回させるための１つの再方向決め
ローラの旋回角度を計算する段階とを備えることを特徴
とする方法。
【請求項８】請求項７に記載の方法にして、分配ヘッドがクリール供給体に関して動くのを命令する
ための絶対的な命令位置信号を発生させる段階と、前記絶対的な命令位置信号に基づき、再方向決めローラ
の１つを自動的に旋回させる該１つの再位置決めローラ
の旋回角度を計算する段階とを備えることを特徴とする
方法。
【請求項９】請求項７に記載の方法にして、前記１つ
の再方向決めローラが第２の再方向決めローラであるこ
とを特徴とする方法。
【請求項１０】請求項７に記載の方法にして、前記１
つの再方向決めローラが第１の再方向決めローラである
ことを特徴とする方法。
【請求項１１】請求項１０に記載の方法にして、クリ
ール供給体に関する分配ヘッドの命令された動きに関係
する程度だけ、第２の再方向決めローラを自動的に旋回
させ、クリール供給体と分配ヘッドとの間で整列状態を
維持し、その結果、ファイババンドがその上方を通ると
き、ファイババンドに対して直角でかつその幅を横断す
るベクトルが第２の再方向決めローラの縦回転軸線に対
して平行であるようにする段階を更に備えることを特徴
とする方法。