JPH08188309A

JPH08188309A - 巻取り・巻戻し制御装置

Info

Publication number: JPH08188309A
Application number: JP18695A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Takemoto; 信之竹本; Takehiko Nakada; 武彦中田; Yoshinobu Tawara; 喜信田原
Original assignee: TECHNO I T KK
Current assignee: TECHNO I T KK
Priority date: 1995-01-05
Filing date: 1995-01-05
Publication date: 1996-07-23
Anticipated expiration: 2019-04-26
Also published as: JP3522868B2

Abstract

(57)【要約】【目的】線材またはシート材をボビンに巻取り、或い
は巻き戻すときに、異形のボビンであっても張力が一定
となるようにする。【構成】線材またはシート材の被巻取り材を一方から
供給し、他方に巻き取る、または、巻き戻す装置におい
て、供給側と巻取り部との間に張力を検出する張力検出
装置Ａを配置して、該張力検出装置の値と基準張力値を
比較し、その値をＰＩＤ演算回路２１に入力し、該ＰＩ
Ｄ演算回路２１の出力値を、一方はそのまま、他方は前
記ＰＩＤ演算回路出力により補正されるボビン径補正と
形状補正とにより計算される被巻取材の速度に相応した
フィードフォワード出力とを加算し、該出力をモーター
駆動回路２７に入力するように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は線材またはシート材を一
方の供給装置から、他方の異形ボビンに巻き取る、また
は、巻き戻すときに、そのボビンの回転駆動力を形状に
合わせて一定張力となるように速度を制御する装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来から糸やワイヤー等の線材、また
は、紙やフィルム等のシート材を巻いた一方のボビンま
たは製造装置等の供給装置から、他方のボビンに巻き取
る又は巻き戻すことは行われており、この巻き替えると
きには正確に一定の張力で巻取りを行うようにしてい
る。このために一方のボビンと他方のボビンの間の被巻
取り材の経路に、変動吸収装置（ダンサ）、又は、張力
検知装置を設けて、巻取り側または繰出側の回転速度
を、張力変化に応じて変更できるようにしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の巻取
り装置においては、巻取り側のボビンの軸は殆どが円柱
または円パイプであり、巻取り側の軸の回転角度に対す
る速度変化は直径が増加する程度なので極わずかであ
り、張力変化も小さく、ＰＩＤ制御のフィードバック制
御のみで殆ど対応できていたのである。しかし、線又は
ワイヤーまたはシート材の用途や種類、収納等を考慮し
て、巻き取るボビンの軸の形状が三角形や四角形の多角
形となったり、楕円となったりすることがある。このよ
うな場合、従来の巻取り装置を使用すると、巻取り側ボ
ビンの回転角度によっては巻取り速度や張力の変化が大
きく、特に角部においては大きく変化し、張力制御が追
随できずに、巻取り精度が低下して、きつく巻きつけた
り緩く巻き取る部分ができて、きれいに巻き取れないこ
とがあったのである。そこで、本発明は巻取り側のボビ
ンの形状が異なっても容易にそのボビン形状に適応して
巻き取れるようにするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の解決しようとす
る課題は以上の如くであり、次に該課題を解決する為の
手段を説明する。即ち、線材またはシート材の被巻取り
材を一方から供給し、他方に巻き取る、または、巻き戻
す装置において、供給側と巻取り部との間に張力を検出
する張力検出装置を配置して、該張力検出装置の値と基
準張力値を比較し、その値をＰＩＤ演算回路に入力し、
該ＰＩＤ演算回路の出力値を、一方はそのまま、他方は
前記ＰＩＤ演算回路出力により補正されるボビン径補正
と形状補正とにより計算される被巻取材の速度に相応し
たフィードフォワード出力とを加算し、該出力をモータ
ー駆動回路に入力するものである。

【０００５】

【作用】次に作用を説明する。即ち、巻取りボビンに線
材またはシート材を巻き替える時に、その巻き取り作業
の場合には、起動前に巻取りボビンの軸径と、軸形状を
入力し適切なフィードフォワード出力となるようにして
おき、起動時の張力補正を行い、起動後においては、Ｐ
ＩＤ演算回路の出力値によるフィードバック制御とこの
出力が減少するように形状補正、径補正されるフィード
フォワード制御とによって速度変化が極小となるように
補正して、さまざまな軸形状であっても巻き材に適応し
て安定した一定の張力で巻き取れるようになる。

【０００６】

【実施例】次に実施例を説明する。図１は本発明の巻取
り装置の斜視図、図２は巻取り制御装置のブロック図、
図３は同じく第二の実施例を示す制御ブロック図、図４
は同じく第３の制御実施例を示すブロック図である。

【０００７】図１において本発明の制御装置により制御
される線材の巻取り（巻戻し）装置の全体構成から説明
すると、本体ケース１上部に操作スイッチ１２ａ・１２
ｂ・・・を配置し、本体ケース１前面に巻取りボビン２
とトラバーサ３とガイドプーリー４・４・・・とダンサ
ローラ式の張力検出装置Ａが配設され、前記ガイドプー
リー４・４・・・は水平方向に一列に配置され、中間の
プーリー４とプーリー４の間下方に張力検出装置Ａのダ
ンサローラ５が配設され、張力変動を吸収するように配
置し、その下方に巻取りボビン２と繰出軸１６が配置さ
れ、該巻取りボビン２の側方に線材をガイドして整列し
て巻き取るようにするトラバーサ３が配設されている。

【０００８】前記操作スイッチは電源スイッチ１２ａ、
スタートスイッチ１２ｂ、停止スイッチ１２ｃ、ボビン
形状入力器１２ｄ、ボビン軸径入力器１２ｅ、巻取り速
度選択スイッチ１２ｆ等からなり、前記巻取りボビン２
は本体ケース１内に設けたモーターＭ１の駆動軸上に脱
着可能に固定され、用途や線材の種類等によって巻取り
ボビン２は交換でき、その巻取りボビン２の軸形状は異
形であってもよく、この巻取りボビン２の形状及び軸径
の入力手段として、前記操作スイッチ１２ｄ・１２ｅ
で、予め入力できるようにしてあり、軸形状は円形、楕
円、三角形や四角形、五角形等を選択できるようにして
いる。

【０００９】そして、モーターＭ１の駆動軸には角度セ
ンサー１４が設けられており、該駆動軸の基準点の角度
を検知して、その基準点が位置する角度によって、前記
巻取りボビン２に線材Ｗが巻き取られる時の接線の位置
を判断できるようにしている。これを検知するのはボビ
ン軸形状が多角形の場合、巻く時に接線位置によって巻
取り速度（及び張力）が変化するからである。また、線
材Ｗの送り速度を検知するために、ガイドプーリー４の
回転から速度センサー１５によって検知するように構成
し、また、断線も検知できるようにしている。前記モー
ターＭ１は本体ケース１内に配置され、後述する制御手
段によって回転速度が制御され、前記トラバーサ３は先
端にプーリー３ａが回転自在に設けられて、前記モータ
ーＭ１、または、別のモーターで駆動して巻取りボビン
２と平行（軸方向）に往復前後動されて線材Ｗを整列さ
せて巻き取り、巻き上がった線材が凹凸にならないよう
にしている。なお、シート材を巻き取るときにはトラバ
ーサ３は不要である。

【００１０】前記張力検出装置Ａは角度検出装置６と、
天秤状に配置した前記ダンサローラ５を支持したアーム
７と、ウエイト９を左右位置調整可能に取り付けるロッ
ド８からなり、角度検出装置６の検出軸１７に前記アー
ム７とロッド８を互いに反対方向へ突出するように固設
して、巻き取る線材Ｗの一端を巻取りボビン２に固定
し、トラバーサ３先端のプーリー３ａ、ガイドプーリー
４・４、張力検出装置Ａのダンサローラ５、ガイドプー
リー４・４と掛け渡して、モーターＭ１・Ｍ２を駆動し
て線材を巻き取る時に一定張力で巻き取るように構成し
ている。但し、本実施例では張力検出装置Ａとして、ウ
エイトダンサでその位置の変化を入力して一定位置とな
るようにしているが、この代わりに、張力を検出するた
めに、圧力センサーや歪みセンサー等を用いたり、バネ
でその位置変化を検出するようにしたりすることもで
き、ウエイトダンサに限定するものではなく、張力検出
用の他の変換信号を用いて、張力を安定させることで、
同一の作用・効果を得られるように構成することもでき
る。

【００１１】そして、前記巻取りボビン２の右側に繰出
用のモーターＭ２が配設されて、該モーターＭ２の駆動
軸である繰出軸１６を本体ケース１前面に突出して、該
繰出軸１６上に繰出ボビン１０を固定し、その側部に前
記同様にトラバーサ１１を配置し（省くこともでき
る）、右側に軸径または軸の形状が異なるボビン１０か
ら巻取りボビン２に巻き替えられるようにしており、ボ
ビン１０に巻いた線材Ｗの一端を引き出して、トラバー
サ１１のプーリー１１ａ、ガイドプーリー４・４から張
力検出装置Ａのダンサローラ５、ガイドプーリー４・
４、プーリー３ａ、巻取りボビン２と巻き掛けて線材Ｗ
を巻き取るようにしている。但し、本体ケース１外の他
のボビンや線材製造装置等の供給装置から線材Ｗを右側
のガイドプーリー４にかけて、ダンサローラ５やガイド
プーリー４、プーリー３ａを介して巻取りボビン２に巻
き取るように構成することもできる。また、本実施例で
は、繰出ボビン１０を駆動するモーターＭ２を一定速度
で回転させ、巻取りボビン２を駆動するモーターＭ１を
張力変動が生じないように張力検出装置Ａからの信号か
ら本発明の制御回路で補正して回転速度を追随させるよ
うに構成しているが、モーターＭ１を一定回転させ、モ
ーターＭ２を補正して回転するように構成することもで
き、また、逆方向に回転させて巻き戻すように構成する
こともできる。

【００１２】本巻取り装置は異形軸のボビンであっても
一定張力で巻き取れるようにするものであり、その制御
構成は、図２に示すように、比較器２０にダンサローラ
５の基準位置（通常水平となる時の角度検出装置６）の
値αと、巻取り作業時の張力変動を検出するための角度
検出装置６の出力値βが入力され、その偏差（β−α）
がＰＩＤ演算回路２１に入力される。このＰＩＤ演算回
路２１では比例・微分・積分がそれぞれ演算されて加算
器２２に入力されて加算される。同時に、ＰＩＤ演算回
路２１からのそれぞれの出力はボビン径・形状調整処理
器２３に入力される。

【００１３】一方、前記角度センサー１４の出力信号に
対応するＡ₀，Ａ₁，・・・Ａ_nと、ボビン形状入力器
１２ｄの信号と、ボビン軸径入力器１２ｅの信号をボビ
ン回転角度信号処理器２４にＫＤ₀，ＫＤ₁，・・・Ｋ
Ｄ_nとして入力記憶させる。このボビン回転角度信号処
理器２４は基準点が一周する間の角度ごとに、ボビンの
軸径と形状に合わせて、ボビンに巻き取るときの接線位
置での線速度の補正係数が記憶される。よって、最初は
初期値が入力されており、乗算器２５（または除算器）
へ出力される。

【００１４】前記ボビン径・形状調整処理器２３からの
出力信号があるときは、前記ボビン回転角度信号処理器
２４に入力されて補正係数が書き換えられる。その出力
信号は線速度センサー１５の出力信号と共に、前記乗算
器２５に入力されて、該乗算器出力は加算器２６で前記
加算器２２の出力信号と加算されて、モーター駆動回路
２７に出力されて、モーターＭ１を駆動制御する。

【００１５】このような構成において、理想的な制御は
基準値αとダンサ信号値βが同一となることであって、
つまり比較器２０の偏差も零の状態で、つまり変動が生
じずに張力が一定の値で巻き取られている状態である。
ところが、ボビンに巻き取っていくとボビン径は次第に
大きくなる（巻き戻しの場合は小さくなる）ので、一定
速度で巻き取ることはできない。そこで、巻取り時の張
力変化はダンサ信号値βと基準値αの差で現れ、その偏
差をＰＩＤ演算回路２１で演算すると、比例増幅回路２
１ａで直線的な比例成分が演算され、微分回路２１ｂで
変化率成分が演算され、積分回路２１ｃで平均的な変化
成分が演算される。これらの演算が適切であれば比較器
２０の偏差も零もしくは微小であり、従来型のフィード
バック制御がうまく調整されているときである。この場
合に積分回路２１ｃの出力はボビン径に対応した出力を
生成している。

【００１６】ところが、これはボビンが円筒の場合であ
って、異形、即ち、ボビンの形状が三角形や四角形等の
多角形や楕円形等では、１回転する間に張力が直線的に
変化することはなく、角部において線速度が急激に変化
する。この急激な変化はＰＩＤ演算回路２１では追随し
て演算することができず、振動等になってしまう。そこ
で、ＰＩＤ演算回路２１からの出力をボビン径・形状調
整処理器２３に入力し、巻取りボビンの径補正制御と形
状補正制御を行うのである。この巻取りボビンの径補正
はＰＩＤ演算回路２１の積分回路（Ｉ）２１ｃの出力信
号を検出し、この値が減少する方向に径補正データをボ
ビン径・形状調整処理器２３で自動補正して、ボビン回
転角度信号処理器２４の補正係数（ＫＤ₀，ＫＤ₁，・
・・ＫＤ _n）を変更する。また、形状補正については、
比例増幅回路２１ａと微分回路２１ｂの出力信号を適当
な大きさとして、この両者が少なくなるようにボビン径
・形状調整処理器２３で自動補正して、ボビン回転角度
信号処理器２４の補正係数（ＫＤ₀，ＫＤ₁，・・・Ｋ
Ｄ_n）を変更する。このボビン回転角度信号処理器２４
の信号を乗算器２５で演算して、この値と前記加算器２
２の出力値を加算器２６で加算して、モーター駆動回路
２７に入力して、モーターＭ１の回転速度を調整して駆
動するのである。このとき乗算器２５の出力としてのフ
ィードフォワード信号が適切であればボビン回転角度信
号処理器２４の補正係数（ＫＤ₀，ＫＤ₁，・・・ＫＤ
_n）は補正されることなくモーターＭ１を駆動する。

【００１７】例えば、正方形の場合にはその形状をボビ
ン形状入力器１２ｄで入力し、軸径をボビン軸径入力器
１２ｅで入力しておけば、モーターＭ１を駆動して、そ
の起動時の線速度が速度センサー１５で検知され、ボビ
ンの線材Ｗに対する接線位置が角度センサー１４から検
知でき、９０°ごとに巻き取る時の線速度が変化するの
で、この変化は現時点から次の変化は形状が判っている
ので、ボビン径・形状調整処理器２３で補正値が演算さ
れ、ボビン回転角度信号処理器２４に入力して、モータ
ー駆動回路２７でβ−α＝０となるように減速または増
速制御する。

【００１８】また、ボビン径と形状の補正値を別々に処
理してから、モーター駆動回路２７の前段で一つの補正
値とすることも可能であり、図３に示すような構成とな
る。但し、図２と同一符号のものは同一部品を表す。ボ
ビン径の初期値をボビン軸径入力器１２ｅでボビン径記
憶器２９に入力して係数に変換して乗算器３０において
線速度と乗算演算する。起動後のボビン径は積分回路２
１ｃからの値がボビン径調整処理器３３に入力されて、
補正値が演算されてボビン径記憶器２９に入力される。
一方、ボビンの初期形状をボビン形状入力器１２ｄでボ
ビン回転角度信号処理器３１に入力して、ボビンの基準
位置を角度センサー１４で検知して、ボビン形状係数調
整処理器３２で形状補正した補正係数をボビン形状係数
調整処理器３２に入力し、角度に応じて乗算器２５に入
力して、前記乗算器３０とを演算して加算器２６に入力
して、前記同様にモーター駆動回路２７に出力する。

【００１９】また、ボビン径と形状の補正値を別々に処
理して制御する他の構成として、図４に示すように構成
することもできる。即ち、ボビン径の初期値をボビン軸
径入力器１２ｅで計数処理回路３５に入力し、起動後は
積分回路２１ｃの出力値を比較弁別器３６に入力する。
比較弁別器３６はしきい値の時に保持信号、しきい値よ
り高い場合は加算信号、しきい値より低い場合は減算信
号と弁別して、計数処理回路３５に入力する。計数処理
回路３５では、パルス発生器３５ａの出力に合わせて、
加算信号または減算信号を計数器３５ｂでカウントして
計数器３５ｂのカウント値を増加減する。計数処理回路
３５の出力値はＤ／Ａ変換器３７でアナログ値に変換さ
れて、速度センサー１５の信号とともに除算器３８に入
力されて演算されて、除算器３９に入力される。

【００２０】一方、比例増幅回路２１ａと微分回路２１
ｂの出力値が加算回路４０で加算されて比較弁別器４１
に入力され、前記同様に計数処理回路４２で加算信号又
は減算信号がカウントされて計数器３５ｂのカウント値
を増加減し、ボビン回転角度信号処理器４３に入力して
記憶し、その出力値をＤ／Ａ変換器４５でアナログ変換
して前記除算器３９に入力して、加算器２６に入力し
て、前記同様にモーター駆動回路２７に出力し、比較器
２０の偏差が０となるように駆動する。但し、前記ＰＩ
Ｄ演算回路２１の出力信号をソフトウエアによって、計
数処理回路３５及び計数処理回路４２の出力値を前記と
同様に計算し、ボビン径に対する補正及びボビン形状係
数Ｋ₀〜Ｋ_nを自動更新することも可能である。

【００２１】

【発明の効果】本発明は以上の如く構成したので、次の
ような効果を奏するのである。即ち、一方のボビンから
他方のボビンに巻き替えるときに、一方を定速で駆動し
て、他方の回転速度を制御する場合、ボビンを駆動する
側の軸の形状が円以外の異形であっても、その形状と軸
径を入力することで、瞬時、瞬時における変化を検知し
て、次の瞬間の巻取り速度の予測して、異形ボビンを駆
動するモーターの巻取り速度を制御し、つまり、異形ボ
ビンのフィードフォワード制御ができるようになり、ボ
ビンに巻くときの形状が刻々と変化するが、それに合わ
せて、モーターの回転数を制御して、一定の張力でバラ
ツキがなく正確に巻き取れるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】巻取り装置の斜視図である。

【図２】巻取り制御装置のブロック図である。

【図３】同じく第二の実施例を示す制御ブロック図であ
る。

【図４】同じく第３の制御実施例を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

Ａ張力検出装置Ｗ線材Ｍ１・Ｍ２モーター２巻取りボビン６角度検出装置１０繰出ボビン１２操作スイッチ１４角度センサー１５速度センサー２１ＰＩＤ演算回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｄ０１Ｈ 1/36 Ｄ (72)発明者田原喜信大阪府門真市新橋町２番３号東洋興業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】線材またはシート材の被巻取り材を一方
から供給し、他方に巻き取る、または、巻き戻す装置に
おいて、供給側と巻取り部との間に張力を検出する張力
検出装置を配置して、該張力検出装置の値と基準張力値
を比較し、その値をＰＩＤ演算回路に入力し、該ＰＩＤ
演算回路の出力値を、一方はそのまま、他方は前記ＰＩ
Ｄ演算回路出力により補正されるボビン径補正と形状補
正とにより計算される被巻取材の速度に相応したフィー
ドフォワード出力とを加算し、該出力をモーター駆動回
路に入力することを特徴とする巻取り・巻戻し制御装
置。