KR20060055370A

KR20060055370A - 전자 캠의 제어 방법 및 서보 모터 제어 시스템

Info

Publication number: KR20060055370A
Application number: KR1020050109461A
Authority: KR
Inventors: 히로유키 마에다
Original assignee: 오므론 가부시키가이샤
Priority date: 2004-11-17
Filing date: 2005-11-16
Publication date: 2006-05-23
Also published as: JP4003792B2; JP2006172438A; KR100684418B1; EP1659464A2; EP1659464B1; US7603188B2; US20060144187A1; EP1659464A3

Abstract

과제

동기 제어 구간과 비동기 제어 구간의 변위점에 있어서 가속도 등이 순조롭게 연결될 수 있고, 진동 등이 발생하지 않는 전자 캠 제어 방법을 제공할 것.

해결 수단

서보 모터를 사용한 전자 캠의 제어 방법이다. 제어 대상물을 일정 속도로 이동시키기 위한 제어를 행하는 동기 제어 구간과, 그 동기 제어 구간의 종료 위치로부터 다음의 동기 제어 구간의 개시 위치까지 상기 제어 대상물을 이동시키기 위한 제어를 행하는 비동기 제어 구간을 가지며, 상기 비동기 제어 구간에서의 제어가, 전자 캠의 위치 제어에 5차 함수를 사용하고, 전자 캠의 속도 제어에 4차 방의 수를 사용하고, 전화 캠의 가속도 제어에 3차 함수를 사용함에 의해, 상기 비동기 제어 구간과 상기 동기 제어 구간이 전환되는 변화점 부근의 전자 캠의 동작을 원활하게 제어한다.

Description

전자 캠의 제어 방법 및 서보 모터 제어 시스템{CONTROL METHOD OF ELECTRONIC CAM AND SERVO MOTOR CONTROL SYSTEM}

도 1은 본 발명의 알맞은 한 실시 형태가 적용되는 포장 시스템의 한 예를 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 관한 제어 시스템의 한 실시 형태를 도시한 도면.

도 3은 모션 컨트롤 유닛의 기능을 도시한 순서도.

도 4는 비동기 제어 구간 내에서의 비동기 곡선(위상-위치 특성)을 도시한 도면.

도 5는 비동기 제어 구간 내에서의 비동기 곡선(위상-속도 특성)을 도시한 도면.

도 6은 비동기 제어 구간 내에서의 비동기 곡선(위상-가속도 특성)을 도시한 도면.

도 7은 비동기 제어 구간 내에서의 목표치를 변경한 경우의 비동기 곡선(위상-위치 특성)을 도시한 도면.

도 8은 비동기 제어 구간 내에서의 목표치를 변경한 경우의 비동기 곡선(위상-속도 특성)을 도시한 도면.

도 9는 비동기 제어 구간 내에서의 목표치를 변경한 경우의 비동기 곡선(위 상-가속도 특성)을 도시한 도면.

도 10은 비동기 제어 구간 내에서의 통과하여야 할 특정점을 지정한 경우의 비동기 곡선(위상-위치 특성)을 도시한 도면.

도 11은 비동기 제어 구간 내에서의 통과하여야 할 특정점을 지정한 경우의 비동기 곡선(위상-속도 특성)을 도시한 도면.

도 12는 비동기 제어 구간 내에서의 통과하여야 할 특정점을 지정한 경우의 비동기 곡선(위상-가속도 특성)을 도시한 도면.

도 13은 박스 모션식의 엔드 실 장치의 한 예를 도시한 모식도.

도 14는 박스 모션의 기구를 추상화하고, 전자 캠과 포장 필름의 관계를 도시한 도면.

도 15는 박스 모션식의 동기 제어 구간 내에서의 동기 곡선(위상-위치 특성)을 도시한 도면.

도 16은 박스 모션식의 동기 제어 구간 내에서의 동기 곡선(위상-속도 특성)을 도시한 도면.

도 17은 박스 모션식의 동기 제어 구간 내에서의 동기 곡선(위상-가속도 특성)을 도시한 도면.

도 18은 박스 모션식의 엔드 실 장치에서의 위상-위치 특성에 있어서의 동기 곡선과 비동기 곡선을 도시한 도면.

도 19는 박스 모션식의 엔드 실 장치에서의 위상-속도 특성에 있어서의 동기 곡선과 비동기 곡선을 도시한 도면.

도 20은 박스 모션식의 엔드 실 장치에서의 위상-가속도 특성에 있어서의 동기 곡선과 비동기 곡선을 도시한 도면.

도 21은 박스 모션식의 엔드 실 장치에서의 위상-가속도 특성에 있어서의 동기 곡선과 비동기 곡선을 도시한 확대도.

도 22는 크랭크 모션식의 엔드 실 장치의 한 예를 도시한 모식도.

도 23은 크랭크 모션의 기구를 추상화하고, 전자 캠과 포장 필름의 관계를 도시한 도면.

도 24는 크랭크 모션식의 동기 제어 구간 내에서의 동기 곡선(위상-위치 특성)을 도시한 도면.

도 25는 크랭크 모션식의 동기 제어 구간 내에서의 동기 곡선(위상-속도 특성)을 도시한 도면.

도 26은 크랭크 모션식의 동기 제어 구간 내에서의 동기 곡선(위상-가속도 특성)을 도시한 도면.

도 27은 크랭크 모션식의 엔드 실 장치에서의 위상-위치 특성에 있어서의 동기 곡선과 비동기 곡선을 도시한 도면.

도 28은 크랭크 모션식의 엔드 실 장치에서의 위상-속도 특성에 있어서의 동기 곡선과 비동기 곡선을 도시한 도면.

도 29는 크랭크 모션식의 엔드 실 장치에서의 위상-가속도 특성에 있어서의 동기 곡선과 비동기 곡선을 도시한 도면.

♠도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명♠

10 : PLC 14 : 모션 컨트롤 유닛

14a : 현재 정보 취득부 14b : 제어 곡선 작성부

14c : 캠 설정부 14d : 명령 설정부

14e : 현재 위치 리셋부 15 : 데이터 설정 컨트롤러 유닛

15a : 조건 설정부 15b : 캠 경계점 작성부

기술 분야

본 발명은, 전자 캠의 제어 방법 및 서보 모터 제어 시스템에 관한 것이다.

배경 기술

포장기계 등의 각종의 산업 기계는, 구동원으로서 서보 모터 등의 속도 제어 가능한 모터가 사용된다. 포장기계는, 띠 모양의 포장 필름을 연속하여 인출하여 포장기 본체에 공급할 필름 공급 수단과, 포장기 본체에 대해 피포장물을 소정 간격마다 공급하는 피포장물 공급 수단과, 포장기 본체를 구비하고 있다. 포장기 본체는, 공급된 포장 필름을 피포장물을 둘러쌀 수 있는 형태가 되도록 적절히 가공(예를 들면, 통형상으로 봉투를 만드는, 포켓 성형 등)함과 함께, 그 가공된 포장 필름 내에 피포장물을 수납한다. 그리고, 포장 필름에 피포장물을 수납한 상태로 반송하고, 그 반송 도중에서 포장 필름의 적절한 위치를 실 하거나, 컷트하거나 함에 의해 개개의 포장체를 제조하게 된다.

통상 포장 필름에 대한 실 처리는, 진행 방향에 따른 필름 측연(側緣)(세고 실, 센터 실)과, 진행 방향과 직교하는 방향(가로 실, 엔드 실)에 대해 행한다. 각 실 부위는 각각 다른 타입의 실 장치를 이용하여 실 처리를 행한다.

그리고, 포장기계의 경우, 예를 들면, 필름 공급 수단에서 띠 모양의 필름을 연속적으로 인출하는 처리나, 피포장물 공급 수단에서 피포장물을 반송함과 함께 포장기 본체에 공급하는 처리나, 포장기에 있어서의 각 실 장치의 구동원으로서, 각각 서보 모터나 그 밖의 모터가 사용된다.

포장 필름에 대해 진행 방향과 직교하는 방향으로 실 하기 위한 엔드 실 장치는, 상하 한 쌍의 엔드 실러(히터 내장)를 구비하고, 그 엔드 실러를 소정의 궤적으로 이동시키고, 엔드 실러의 선단의 실 면 끼리에서 포장 필름을 상하로부터 소정의 압력으로 끼워 넣음으로써 포장 필름의 접촉 부위를 용융하고, 열(熱) 실하도록 되어 있다. 엔드 실러의 실 면의 이동 궤적은, 대별하면 원형과, 개략 직사각형 형상으로 대표되는 비(非)원형의 2종류가 있다. 전자의 원형의 궤적을 채택하는 것은, 로터리 모션식이라고도 칭하여지고, 상하 한 쌍의 회전축에 각각 엔드 실러를 부착한다. 그리고, 회전축을 일정 방향으로 회전하면, 엔드 실러도 회전 이동한다. 이 때, 엔드 실러의 실 면은, 원호형상으로 형성하고 있음과 함께, 그 원호의 곡률 반경은 원형의 궤적 곡률 반경과 거의 일치시켜서 있다. 이로써, 실러 면의 진행 방향 전방측으로부터 서서히 선(線)접촉하고, 결과로서 실 면의 폭에 상당하는 엔드 실 부위가 형성된다.

개략 직사각형 형상 등의 비원형의 궤적을 채택하는 엔드 실 장치는, 박스 모션식이나 크랭크 모션식이 있다. 어느 방식도, 상하 한 쌍의 엔드 실러가 필름을 끼워 넣은 상태로 수평 이동함으로써, 실 면이 포장 필름의 엔드 실 부위와 접촉하고 있는 시간을 길게 한다. 이 방식은, 필름에 대한 가열 시간을 길게 할 수 있기 때문에, 포장 필름이 용융·연화하기 어렵고, 열 실하기 어려운 필름재의 경우에, 적용된다.

또한, 엔드 실 장치에서는, 엔드 실러의 실 면에 커터를 내장시키고, 포장 필름을 가로 방향으로 엔드 실 함과 함께 절단함으로써, 포장 필름의 선두로부터 차례로 피포장물을 수납한 포장체를 하나씩 분리 제조하도록 된다.

또한, 엔드 실 장치는, 엔드 실러가 1회전(1공전(公轉)) 이동할 때마다, 포장 필름의 소정 부위(전후의 피포장물의 사이의 필름 부위)를 가로 방향으로 실 한. 따라서, 포장 필름의 엔드 실을 시행하는 소정 부위가 엔드 실 장치의 설치 개소에 오는 타이밍에 맞추어서 한 쌍의 엔드 실러가 포장 필름을 끼워 넣도록 제어할 필요가 있다. 즉, 포장 필름이 일정 속도로 반송하도록 제어되어 있는 경우, 동일한 제품을 포장하는 경우에는, 포장 피치(포장 필름의 엔드 실 한 부위의 간격)도 동등하기 때문에, 일정한 시간(반송 속도×포장 피치) 간격으로 엔드 실러 끼리가 필름을 끼워 넣는 동작을 행할 필요가 있다.

한편, 엔드 실러가 포장 필름을 끼워 넣고 있는 동안은, 포장 필름의 반송 속도와 엔드 실러의 실 면의 이동 속도를 동등하게 할 필요가 있다. 그리고, 많은 경우, 엔드 실러가 1회전(1공전)하는 전(全)기간중의 엔드 실러의 실 면의 이동 속도를 일정하게 한 경우에는, 소망하는 엔드 실 부위를 한 쌍의 엔드 실러로 끼워 넣을 수가 없게 된다.

그래서, 통상은, 엔드 실러의 실면 끼리가 포장 필름을 끼워 넣고 있는 기간은, 포장 필름의 반송 속도에 동기시켜서 엔드 실러의 실 면이 반송 속도와 동일 속도로 이동하도록 제어하고, 실 면이 포장 필름으로부터 이반(離反)하고 있는 기간에서는 실 면의 이동 속도를 적절히 제어하고, 다음에 실 면 끼리가 포장 필름을 끼워 넣을 때에는, 포장 필름에 있어서의 올바른 엔드 실 부위에 접촉하고, 열 실할 수 있도록 한다.

엔드 실 장치용의 구동원으로서 서보 모터를 이용한 요즘에 있어서는, 서보 모터를 이용한 전자 캠 제어에 의해, 엔드 실러를 상술한 바와 같은 동작(속도 변화)을 행하게 하도록 하고 있다. 여기서, 필름의 반송 속도에 동기하고 있는 기간을 동기 제어 구간이라고 칭하고, 필름의 반송 속도에 동기하지 않는 기간을 비동기 제어 구간이라고 칭한다. 동기 제어 구간에서는, 전자 캠 제어는 필름의 반송 속도에 의해 일의적으로 특정되어 버린다. 구체적으로는, 로터리 모션식의 경우에는, 서보 모터의 회전 속도는 등속으로 되고, 박스 모션식이나 크랭크 모션식의 경우에는, 소정의 패턴에 의해 서보 모터의 회전 속도를 증감속 제어한다.

상술한 바와 같이 동기 제어 구간에서의 서보 모터의 회전 속도는, 포장 필름의 반송 속도에 의해 일의적으로 특정되어 버리고, 엔드 실을 시행하는 포장 피치(포장 간격)와 포장 필름의 반송 속도로부터, 1회의 동기 제어 구간의 시간과 1회의 비동기 제어 구간의 시간이 각각 일의적으로 구하여진다. 따라서, 단순하게 생각하면, 비동기 제어 구간에서 엔드 실러가 이동하여야 할 거리(모터의 회전 각 도)를, 그 비동기 제어 구간에 할당된 시간으로 나눔에 의해, 비동기 제어 구간을 등속 운동시킴으로써 다음의 동기 제어 구간 개시 위치에 소망하는 타이밍에 엔드 실러의 실 면을 위치시킬 수 있다.

이런 종류의 서보 모터를 이용한 전자 캠 제어로서, 종래 특허 문헌 1에 개시된 기술이 있다. 이 특허 문헌 1에 개시된 제어 방법은, 필름을 가로 방향으로 컷트하는 로터리 커터 장치나, 필름을 가로 방향으로 실 하는 실 장치에 관한 서보 모터를 이용한 전자 캠 제어의 한 예이고, 전자 캠의 위치와 속도에 관해, 비동기 제어 구간부터 동기 제어 구간으로의 변화점 부근의 제어를 원활하게 하는 것을 목적으로 하고 있다.

구체적으로는, 특허 문헌 1에 개시된 기술은, 로터리 모션식에 적용한 것이기 때문에, 동기 제어 구간에서는 직선(등속도)으로 하고, 비동기 제어 구간에서는 3차 곡선이 되도록 전자 캠의 속도가 제어된다.

[특허 문헌 1]

특개2000-198094호 공보

상술한 특허 문헌 1에 개시된 발명에서는, 전자 캠의 가속도에 관해서는, 비동기 제어 구간부터 동기 제어 구간으로의 변화점 부근의 제어를 원활하게 할 수가 없었다. 이와 같이 가속도 파형이 비동기 제어 구간과 동기 제어 구간과의 사이에서 불연속이면, 그곳에서 진동이 생길 우려가 있다. 특히, 단위 시간당의 제조 개 수가 증가하고, 고속 동작의 요구가 높아짐에 따라, 비동기 제어 구간부터 동기 제어 구간으로 전환되는 변화점 부근에서 진동을 일으키기 쉬워지고 고속 제어의 장애로 되어 있다.

또한, 오프라인으로 전자 캠 제어용의 캠 테이블을 작성하는 방법에서는, 온라인에서의 동기 곡선의 동기 개시 위치, 동기 범위, 동기 비율의 변경, 또한 기계 간섭을 막기 위해 특정점의 통과 등의 변경 지시에 관해, 리얼타임으로 비동기 캠 곡선을 생성하여 갈 수가 없고, 재차 캠 테이블의 작성이 필요하고, 효율성이 저하된다.

본 발명은, 동기 제어 구간과 비동기 제어 구간의 변위점에서 전자 캠의 가속도 등이 순조롭게 연결될 수 있고, 진동 등이 발생하지 않는 전자 캠의 제어 방법 및 서보 모터 제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 전자 캠의 제어 방법은, 서보 모터를 사용한 전자 캠의 제어 방법으로서, 제어 대상물을 주축 위치에 대해, 같은 시기에 같은 위치에 이동시키기 위한 제어를 행하는 동기 제어 구간과, 그 동기 제어 구간의 종료 위치로부터 다음의 동기 제어 구간의 개시 위치까지 상기 제어 대상물을 이동시키기 위한 제어를 행하는 비동기 제어 구간을 갖는다. 그리고, 상기 비동기 제어 구간에서의 제어가,

전자 캠의 위치 제어에 5차 함수를 사용하고,

전자 캠의 속도 제어에 4차 함수를 사용하고,

전화 캠의 가속도 제어에 3차 함수를 사용함에 의해, 상기 비동기 제어 구간과 상기 동기 제어 구간이 전환되는 변화점 부근의 전자 캠의 동작을 원활하게 제어하도록 하였다.

또한, 비동기 제어 구간의 종료 위치 정보로서 주축 위치, 캠 위치, 캠 속도, 캠 가속도의 값을 각 함수의 입력 파라미터로서 수시로 접수 가능하게 하면 좋다.

또한, 상기 비동기 제어 구간의 개시 위치 정보로서 제어 사이클마다 전회의 제어 사이클에서 구한 주축 위치, 캠 위치, 캠 속도, 캠 가속도의 값을 각 함수의 입력 파라미터로 하면 좋다.

또한, 상기 비동기 제어 구간의 도중 특정 통과점으로서 설정된 주축 위치에 대한 캠 위치를 통과하도록 상기 5차 함수를 구하고, 그 도중 특정 통과점의 캠 가속도가 0으로 되도록 상기 3차 함수를 구하도록 하면 좋다.

한편, 본 발명에 관한 서보 모터 제어 시스템은, 제어 대상물을 주축 위치에 대해, 동일한 시간에 같은 위치에 이동시키기 위한 제어를 행하는 동기 제어 구간과, 그 동기 제어 구간의 종료 위치로부터 다음의 동기 제어 구간의 개시 위치까지 상기 제어 대상물을 이동시키기 위한 제어를 행하는 비동기 제어 구간을 갖는 서보 모터 제어 시스템으로서, 비동기 제어 구간의 개시 위치 및 종료 위치에 관한 주축 위치, 캠 위치, 캠 속도, 캠 가속도를 설정하는 경계점 조건 설정 수단과, 취득한 주축 위치에 의거하여, 동기 제어 구간 내인지 비동기 제어 구간 내인지를 판단하는 판단 수단과, 그 판단 수단의 판단 결과가, 비동기 제어 구간인 경우에 상기 비 동기 제어 구간의 개시 위치 및 종료 위치에서의 캠 위치, 캠 속도, 캠 가속도에 의거하여, 5차 함수로 되는 주축 위치에 대한 캠 위치의 비동기 곡선과, 4차 함수로 되는 주축 위치에 대한 캠 속도의 비동기 곡선과, 3차 함수에 의한 주축 위치에 대한 가속도의 비동기 곡선을 구하는 제어 곡선 작성 수단과, 그 제어 곡선 작성 수단에 의해 구한 각 비동기 곡선과, 상기 취득한 주축 위치에 의거하여 서보 모터를 동작시키기 위한 출력 정보를 작성하고 출력하는 수단을 구비하여 구성하였다.

그리고, 비동기 제어 구간중에라도 그 비동기 제어 구간의 종료 위치의 주축 위치, 캠 위치, 캠 속도, 캠 가속도의 값의 입력을 가능하게 하고, 상기 제어 곡선 작성 수단은 그 입력된 각 값에 의거하여 상기 각 비동기 곡선을 순서대로 작성하도록 하면 좋다.

상기 제어 곡선 작성 수단은, 비동기 제어 구간중의 제어 사이클마다 앞의 사이클의 주축 위치, 캠 위치, 캠 속도, 캠 가속도를 비동기 곡선의 개시 위치로 하여 금회의 제어 사이클에서의 비동기 곡선을 작성하는 기능을 구비하도록 하면 좋다.

또한, 상기 비동기 제어 구간의 도중 특정 통과점을 설정하는 수단을 구비하고, 상기 제어 곡선 작성 수단은, 비동기 제어 구간중에 비동기 곡선을 작성함에 있어서, 상기 설정된 도중 특정 통과점의 주축 위치에 대한 캠 위치를 통과하도록 상기 5차 함수를 구하고, 그 도중 특정 통과점의 캠 가속도가 0으로 되도록 상기 3차 함수를 구하는 처리를 하도록 구성하여도 좋다.

또한, 상기 제어 곡선 작성 수단은, 상기 동기 제어 구간에서는, 박스 모션 곡선 또는 크랭크 모션 곡선에 의거하여 설정되는 동기 곡선을 작성하는 기능을 구비하여 둘 수가 있다.

본 발명에 의하면, 비동기 곡선에 주축 위치에 대한 캠 위치의 특성을 5차 곡선을 이용함에 의해, 비동기 제어 구간과 동기 제어 구간에서의 사이에서 과속도 등을 스무스하게 연결할 수 있다. 또한, 비동기 제어 구간 중에도 제어 사이클에서 비동기 곡선을 순서대로 산출함으로써, 목표 위치가 변경되어도 대응할 수 있다. 또한, 앞의 제어 사이클에서 구한 각 값를 다음의 제어 사이클의 비동기 제어 구간의 개시 위치의 정보에 설정함에 의해, 가령 목표치가 변경하여도 스무스하게 대응할 수 있다.

[용어의 정의]

여기서, 주축(主軸)이란, 시스템의 전체의 시간 기준을 취하기 위한 축에 관한 것을 말한다. 예를 들면, 이 축에 인코더를 붙여서 그 주축의 신호를 취함으로써, 주축의 위치(주축 위치)를 구할 수 있다. 또한, 시간 기준을 취하기 위한 것이므로, 시스템을 제어하는 컨트롤러의 내부 타이머를 주축으로서 사용할 수도 있다. 또한, 종축이란, 주축의 움직임에 대해, 무엇인가의 함수, 변수, 계수, 정수를 통하여, 동작하는 축이다.

동기 제어는, 주축에 연결된 워크에 대해, 종축의 기구의 특정 지정 부분이, 같은 시기에 같은 위치에 있도록 제어하는 것이다. 따라서, 필연적으로 동기 제어시의 주축과 종축의 관계를 특정하는 함수가 결정된다. 이 함수에 의해 표시되는 것이 동기 곡선이 된다.

또한, 캠 위치란, 주축과 종축의 위치 관계를 나타내는 물건을 말한다. 예를 들면, 실시의 형태로 말하면 각도(θ)은 종축의 위치이고, x는 주축의 위치이기 때문에, 캠 위치는

θ=f(x)

로 표현할 수 있다. 따라서, 상기 식을 x로 미분하면, 캠 속도(dθ/dx)로 된다. 구체적으로는,

dθ/dx=df(x)/dx

로 된다. 또한, 상기 식을 x로 미분하면 캠 가속도(d²θ/dx²)로 된다.

d²θ/dx²=d²f(x)/dx²

비동기 제어는, 상술한 동기 제어를 행하지 않는 구간에서의 제어이다. 즉, 동기 제어를 종료 후, 다음의 동기 제어가 시작할 때까지, 캠 위치, 캠 속도, 캠 가속도를 제어하고, 본 발명에서는, 비동기 제어의 종료시, 즉, 다음의 동기 제어가 시작하는 시점에서 캠 위치, 캠 속도, 캠 가속도를 연결하도록(끊어지는 일 없게 연속하도록) 제어한다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

도 1은, 본 발명이 적용되는 제어 시스템의 한 예로서, 포장 장치에 대한 제어 시스템을 도시하고 있다. 우선, 제어 대상의 포장 장치에 관해 설명한다. 포장 필름(1)은, 한 쌍의 피드 롤러(2)에 의해 끼워지고, 그 피드 롤러(2)의 회전에 수반하여 연속하여 일정 속도로 인출된다. 그와 같이하여 인출된 포장 필름(1)은, 제 대기(製袋器)(3)를 통과함으로써 통형상으로 봉투가 만들어진다. 또한, 제대기(3)의 상류측에 마련된 피포장물 반송 공급 장치(핑거 컨베이어 등)(4)에 의해 일정 간격마다 반송된 피포장물(5)이, 소정의 타이밍에 제대기(3) 내로 공급된다. 이로써, 통형상으로 봉투가 만들어진 포장 필름(1) 내에는 소정 간격마다 피포장물(5)를 내포하는 상태로 되고, 그 상태 그대로 반송된다. 제대기(3)의 하류측에는, 센터 실 장치(6), 엔드 실 장치(7)가 배치된다. 센터 실 장치(6)는, 한 쌍의 가열 롤러로 이루어지고, 통형상으로 봉투가 만들어진 포장 필름 내의 양측연(1a)의 마주겹침 부위를 끼워 넣고, 해당 양측연(1a)이 센터 실 장치(6)를 통과함에 의해, 열 실된다. 엔드 실 장치(7)은, 통형상으로 봉투가 만들어진 포장 필름(1)의 소정 위치(전후의 피포장물의 사이)를 가로 방향으로 실 함과 함께 컷트하는 것으로서, 후술하는 바와 같이 박스 모션식, 크랭크 모션식 등 각종의 타입이 있다. 어느 타입의 것도, 상하 한 쌍의 엔드 실러를 구비하고, 그 엔드 실러의 선단 대향면이 실 면으로 된다. 엔드 실러의 실 면이 무단(無短) 형상의 소정의 궤적으로 이동하고, 그 한 쌍의 엔드 실러의 실 면은, 엔드 실러가 1회전할 때마다 1회 포장 필름을 상하로부터 끼워 넣고, 가열·가압하여 열 실한다. 또한, 그 엔드 실러의 실 면에는, 커터가 내장되어 있고, 포장 필름을 열 실함과 함께 컷트하여 포장체(8)를 제조한다.

피드 롤러(2), 센터 실 장치(6) 및 엔드 실 장치(7)는, 각각 구동 모터(M1 내지 M3)에 연휴된다. 각 구동 모터(M1 내지 M3)는, PLC(10)로부터 지령치를 받고, 소정의 회전 속도로 회전 구동한다. 이 PLC(10)는, 포장 장치에 조립되고(장착되 고), 이 포장 장치용의 컨트롤러로서 기능한다.

본 실시의 형태에서는, 포장 필름(1)은 등속도로 이동시키기 때문에, 제 1 구동 모터(M1)도 일정 속도로 등속 회전하고 있다. 또한, 제 2 구동 모터(M2)는, 센터 실 장치(6)의 가열 롤러의 주연(周緣)(포장 필름(1)의 양측연(1a)에 접촉하는 부위)의 이동 속도가 포장 필름(1)의 이동 속도와 동등하던지, 약간 빠른 속도로 동작하도록 일정 속도로 회전 구동한다. 또한, 각종의 요인에 의해 제 1 구동 모터(M1)의 속도가 증감속하여 포장 필름의 반송 속도가 변동한 경우에는, 그것에 추종하여 제 2 구동 모터(M2)의 회전 속도도 증감속 제어한다.

제 3 구동 모터(M3)는, 서보 모터를 이용하여 구성되고, 포장 필름(1)의 반송 상태에 응하여 회전 속도를 증감속 제어한다. 즉, 포장 필름(1)은, 그 한쪽의 측연에 일정 간격마다 마크가 인쇄되어 있다. 이 마크는, 엔드 실 부위에 대해 소정 거리(0인 경우도 포함한다)만큼 비켜 놓은 위치에 인쇄되어 있다. 따라서, 마크 센서(S1)로부터 엔드 실 장치(7)에 이르기까지의 포장 필름(1)의 이동 거리 및 포장 필름(1)의 반송 속도를 알고 있기 때문에, 마크 센서(S1)에 의해 마크를 검지하고 나서, 그 마크에 대응하는 엔드 실 부위가 엔드 실 장치(7)에 이르는 타이밍이 구하여진다. 그러면, 엔드 실러가 포장 필름(1)으로부터 이반하고 있는 기간은 소정의 속도 제어를 행하고 포장 필름(1)의 엔드 실 부위가 엔드 실 장치(7)에 온 때에 한 쌍의 엔드 실러가 포장 필름을 끼워 넣는 비동기 제어를 행하고, 그 끼워 넣고 있는 동안은 포장 필름(1)의 반송 속도에 일치시키는 동기 제어를 행하기 위해 제 3 구동 모터(M3)을 제어한다.

이 포장 장치는, PLC(10)의 제어 신호에 의거하여 동작한다. PLC(10)는, 전원 유닛(11), CPU 유닛(12), IO 유닛(13) 그 밖의 복수의 유닛을 연결하여 구성된다. 본 실시의 형태에서는, 고기능 유닛인 모션 컨트롤 유닛(모션 컨트롤러)(14)과, 그 모션 컨트롤 유닛(14)에 대해 데이터 설정을 행하는 데이터 설정 컨트롤 유닛(데이터 설정 컨트롤러)(15)를 또한 구비하고 있다.

포장 필름(1)의 이동에 의거하여 엔드 실 장치(7)의 동작을 제어하고 있기 때문에, 포장 필름의 반송이 주축으로 되고, 엔드 실 장치(7)측의 동작(제 3 구동 모터(M3))이 종축으로 된다. 주축의 동작(포장 필름(1)의 반송)은, 주축 인코더(PG1)의 출력에 의거하여 구하여진다. 이 주축 인코더(PG1)는, 예를 들면, 주축 인코더(PG1)의 회전축을 포장 필름(1)에 접촉시키고, 포장 필름(1)의 이동에 수반하여 주축 인코더(PG1)가 회전하도록 하여도 좋고, 피드 롤러(2)의 회전축에 연결하여도 좋고, 각종의 형태를 취할 수 있다. 이 주축 인코더(PG1)의 검출 신호를 모션 컨트롤 유닛(14)에 준다. 또한, 이 모션 컨트롤 유닛(14)에는, 마크 센서(S1)의 검출 신호도 입력된다. 그리고, 모션 컨트롤 유닛(14) 내에서 연산 처리하고, 그 연산 결과에 의거한 지령치(또는 펄스 열(列))를 서보 드라이버(20)를 향하여 출력한다. 서보 드라이버(20)는, 모션 컨트롤 유닛(14)으로부터 주어진 지령치와, 종축 서보 모터인 제 3 구동 모터(M3)에 연휴된 종축 인코더(PG2)의 출력 신호에 의거하여, 제 3 구동 모터(M3)의 회전 움직임작을 제어(동기 제어, 비동기 제어)한다.

다음에, 본 발명의 주요부가 되는 데이터 설정 컨트롤 유닛(15) 및 모션 컨트롤 유닛(14)의 내부 구성에 관해 설명한다. 도 2는, 설명의 편의상, 포장 장치측 을 모식적으로 기재하고 있다. 제어 대상이 되는 엔드 실 장치(7)는, 종축이 되는 전자 캠을 원(圓)을 이용하여 모식적으로 나타내고 있다. 이 전자 캠을 1주(周)할 때마다, 엔드 실러가 소정의 궤적으로 1사이클 이동하고, 그 도중에 한번 포장 필름(1)을 상하로부터 끼워 넣고, 실·컷트하도록 된다.

주축 인코더(PG1)로부터의 출력에 의거하여 기준 위치(리셋된 위치)로부터의 포장 필름의 이동 거리가 구하여진다. 본 실시 형태에서는, 이동 거리(변위)를 1개의 포장체를 제조할 때마다 리셋하는 것이 아니라, 순서대로 적산하여 가도록 처리한다. 이에 수반하여, 종축(전자 캠)의 위상(캠 위치：각도(θ))도 적산하여 간다. 즉, 가령 도 2중, 상방을 0도의 종축의 기준 위치로 한 경우, 1회째는 0도부터 360도까지 캠 위치가 변화하여 가지만, 2회째는 360도부터 스타트하여 720도까지 캠 위치가 변화하는 것으로 된다. 이하, 리셋될 때까지 적산이 계속한다.

데이터 설정 컨트롤 유닛(15)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 조건 설정부(15a)와, 캠 경계점 작성부(15b)를 구비하고 있다. 조건 설정부(15a)는, 동작 개시 위치와, 동기 개시 위치와, 동기 범위와, 동기 비율과, 비동기 구간 지정 통과점과, 동작 종료 위치의 입력을 받는다. 접수한 각 조건은, 캠 경계점 작성부(15b)에 주어진다.

여기서, 동작 개시 위치, 동작 종료 위치는 일련의 포장 등의 동작이 어디부터 시작되고 어디에서 끝나든지의 설정을 하는 것이다. 일반적으로 종축의 위상(각도(θ))은 0도부터 시작되고, 360도×n(n은 정의 정수)로 된다.

동기 개시 위치는, 전자 캠의 동기 제어 구간의 개시 위치를 지정함으로써, 종축의 위상(각도(θ_s))으로 설정한다.

동기 범위는, 동기 개시 위치부터, 어느 정도의 길이를 동기시켜서, 실 등의 동작을 시키는지를 설정한다. 동기 개시 위치+동기 범위를 구함으로써, 동기 종료 위치를 산출할 수 있다.

동기 비율은, 주축 위치에 대해 곱셈, 나눗셈함에 의해, 동기하면서 종축의 속도 비율을 바꾸기 위한 조건을 설정하는 것이다. 이 동기 비율에 의해, 동기 제어 구간에서의 주축의 이동 거리(위치)에 응한 종축의 위치(캠 위치： 각도(θ))가 결정되고, 종축의 각속도 등도 특정된다. 즉, 동기 제어 구간에서의 동기 곡선이 특정된다.

비동기 구간 지정 통과점은, 비동기 제어 구간중에서 통과하여야 할 위치가 있는 경우에 지정한다. 예를 들면, 주축 위치에 대한 종축의 위치 등을 지정하는 것으로 된다.

이들의 각 조건의 설정(데이터 입력)은, 예를 들면, 포장 장치에 부착된 조작 패널(프로그래머블 표시기, 터치 패널 등)을 이용하여, 조작자가 초기 입력을 한다. 또한, 실제의 포장 처리 등의 상황을 보고 사람이 재설정하거나, 센서 출력에 의거하여 자동적으로 재설정하거나 한다.

캠 경계점 작성부(15b)는, 조건 설정부(15a)에서 설정되는 기준이 되는 각 조건과, 모션 컨트롤 유닛(14) 경유로 취득한 현재의 주축 위치(x)에 의거하여 동기 곡선과 비동기 곡선의 경계점에서의 캠 위치, 캠 속도 및 캠 가속도를 구한다. 동기 곡선은, 제어 대상의 엔드 실 장치의 기구 및 필름 반송 속도로부터 일의적으로 결정되는 것으로, 구체적으로는 동기 비율에 의해 결정된다. 그러면, 동기 제어 구간부터 비동기 제어 구간으로 전환되는 경계점에서의 주축 위치, 캠 위치, 캠 속도 및 캠 가속도와, 비동기 제어 구간부터 동기 제어 구간으로 전환되는 경계점에서의 주축 위치, 캠 위치, 캠 속도 및 캠 가속도는, 각각 동기 곡선에 의거하여 구한다. 즉, 비동기 곡선 종료 위치는, 동기 곡선 개시 위치를 의미하고, 그 경계점에서의 4개의 값인,

x_e=주축 위치

θ_e=캠 위치

ω_e=캠 속도

α_e=캠 가속도

를 구한다.

마찬가지로, 비동기 곡선 개시 위치는 동기 곡선 종료 위치를 의미하고, 그 경계점에서의 4개의 값인

x_s=주축 위치

θ_s=캠 위치

ω_s=캠 속도

α_s=캠 가속도

를 구한다.

구체적으로는, 1회째의 포장 처리에서의 각 변위점의 주축 위치(x_e, x_s)는, 조건 설정부(15a)로부터 주어지고, 동기 곡선도 미리 캠 경계점 작성부(15b)에 주어 둠으로써, 각 주축 위치에서의 캠 위치, 캠 속도, 캠 가속도를 연산에 의해 구할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 주축 위치나 캠 위치는 적산되어 가기 때문에, 2회째 이후의 포장 처리를 행할 때의 각 경계점에서의 주축 위치(x_e, x_s)는, 포장 피치(엔드 실 간격)의 거리만큼 순차적으로 가산함으로써 구할 수 있다. 또한, 각 경계점에서의 캠 위치(θ_e, θ_s)는, 360도를 가산함으로써 구할 수 있다. 또한, 조건 설정의 변경이 없다면, 각 경계점에서의 캠 속도와 캠 가속도는, 2회째 이후의 포장 처리에서도 같은 값을 취한다. 현재가 몇회째의 포장 처리를 하고 있는지는, 모션 컨트롤 유닛(14)으로부터 주축 위치 정보를 취득하고 있기 때문에, 그 값으로부터 인식할 수 있고, 필요에 응하여 새로운 경계점의 각 값를 산출하고, 모션 컨트롤 유닛(14)에 설정한다.

한편, 비동기 구간 지정 통과점이 설정되어 있는 경우에는, 비동기 곡선에 의거하여 지정된 통과점(특정점)에서의 4개의 값

x_m=주축 위치

θ_m=캠 위치

ω_m=캠 속도

α_m=캠 가속도

를 비동기 곡선에 의거하여 산출한다.

여기서 비동기 곡선은, 캠 위치에 관해서는 5차 곡선이 되고, 캠 속도에 관해서는 4차 곡선이 되고, 캠 가속도에 관해서는 3차 곡선이 되도록 한다. 즉, 캠 위치는, 비동기 제어 구간중에 있어서 비동기 곡선 개시 위치(동기 곡선 종료 위치)와 비동기 곡선 종료 위치(동기 곡선 개시 위치)를 통과하는 5차 곡선이 기본적인 비동기 제어 구간에서의 제어 곡선이 된다. 그리고, 이 비동기 구간 지정 통과점이 지정되어 있는 경우에는, 이 지정된 통과점(특정점)도 통과하는 5차 곡선을 구하고, 그것을 비동기 제어 구간의 제어 곡선(비동기 곡선)으로 한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 모션 컨트롤 유닛(14)은, 주축의 현재의 위치 정보 등을 취득하는 현재 정보 취득부(14a)와, 제어 곡선 작성부(14b)와, 캠 설정부(14c)와, 명령 설정부(14d)와, 현재 위치 리셋부(14e)를 구비하고 있다.

현재 정보 취득부(14a)는, 링 카운터를 구비하고, 주축 인코더(PG1)로부터의 펄스 출력을 그 링 카운터에서 카운트업함으로써, 현재의 주축 위치(기준 위치로부터의 거리)를 구하고, 또한, 단위 시간당의 주축 위치의 이동 거리로부터 현재의 주축 속도를 연산하고, 또한 그 주축 속도의 변화분으로부터 주축 가속도를 연산하여 구한다. 산출한 현재의 주축 위치, 주축 속도, 주축 가속도는, 캠 경계점 작성부(15b)와, 제어 곡선 작성부(14b)와, 명령 설정부(14d)에 준다.

현재 위치 리셋부(14e)는, 현재 정보 취득부(14a)의 링 카운터를 리셋하고, 기준 위치를 0부터 리스타트하기 위한 것이다. 예를 들면, 마크 센서(S1)로부터의 검출 신호에 의거하여, 수시로 발할 수 있다. 예를 들면, 별도 준비된 리셋 스위치(기계식의 스위치, 조작 패널(프로그래머블 표시기, 터치 패널 등)의 터치에 의거한 전자적인 스위치 등)가 압하된 후에 마크 센서(S1)로부터 마크의 검출 신호를 받은 것을 조건으로 현재 정보 취득부(14a)에 대해 리셋 명령을 발한다. 이와 같이, 유저에 의한 입력에 한하는 것이 아니라, 예를 들면, 정상 운전 시작 후에 마크 센서(S1)로부터 마크 검출 신호를 입력한 때나, 마크 센서(S1)에 의한 마크 검출이 일정 수에 달한 때 등 미리 정한 조건에 합치한 경우에 자동적으로 링 카운터를 리셋하도록 하여도 좋다.

제어 곡선 작성부(14b)는, 동기 곡선 및 비동기 곡선을 작성하는 것이다. 즉, 제어 곡선 작성부(14b)는, 데이터 설정 컨트롤러(15)의 캠 경계점 작성부(15b)로부터 비동기 곡선 종료 위치(동기 곡선 개시 위치)에서의 4개의 값(x_e=주축 위치, θe=캠 위치, ωe=캠 속도, αe=캠 가속도)과, 비동기 곡선 개시 위치(동기 곡선 종료 위치)에서의 4개의 값(x_s=주축 위치, θ_s=캠 위치, ω_s=캠 속도, α_s=캠 가속도)과, 동기 비율을 취득한다. 그리고, 현재 정보 취득부(14a)로부터, 현재의 주축 위치(x)를 수취한다.

그리고, 취득한 현재의 주축 위치가 동기 제어 구간 내인지의 여부를 판단하고, 동기 제어 구간 내이면, 동기 곡선을 작성하고, 비동기 제어 구간 내이면 비동기 곡선을 작성한다. 동기 곡선은, 구체적으로는, 동기 비율에 의거하여, 동기 위 치 곡선과, 동기 속도 곡선과, 동기 가속도 곡선을 생성한다.

한편, 비동기 곡선은, 취득한 주축 위치(x)의 값을 하기 식에 대입하고, 캠 위치를 규정하는 5차 곡선과, 캠 속도를 규정하는 4차 곡선과, 캠 가속도를 규정하는 3차 곡선을 각각 산출한다.

[수식 1]

계수

A₅=6(θ_e-θ_s)/(x_e-x_s)⁵-3(ω_e+ω_s)/(x_e-x_s)⁴+0.5(α_e-α_s)/(x_e-x_s)³

A₄=-15(θ_e-θ_s)/(x_e-x_s)⁴+(7ω_e+8ω_s)/(x_e-x_s)³+(1.5α_s-α_e)/(x_e-x_s)²

A₃= 10(θ_e-θ_s)/(x_e-x_s)³-2(2ω_e+3ω_s)/(x_e-x_s)²+0.5(α_e-3α_s)/(x_e-x_s)

5차 곡선

θ(deg)=A₅(x-x_s)⁵+A⁴(x-x_s)⁴+A₃(x-x_s)³+0.5α_s(x-x_s)²+ω_s(x-x_s)+θ_s

4차 곡선

dθ/dx(deg/㎜)=5A₅(x-x_s)⁴+4A₄(x-x_s)³+3A₃(x-x_s)²+α_s(x-x_s)+ω_s

3 차 곡선

d²θ/dx²(deg/㎟)= 20A₅(x-x_s)³+12A₄(x-x_s)²+6A₃(x-x_s)+α_s

상술한 식에 있어서, 비동기 곡선 종료 위치에 관한 4개의 값은, 데이터 설 정 컨트롤러 유닛(15)의 캠 경계점 작성부(15b)로부터 취득한 데이터를 이용한다. 단, 비동기 곡선 개시 위치에 관해서는, 비동기 제어 구간 내에 들어간 1회째의 비동기 곡선 작성 처리시에는, 해당 캠 경계점 작성부(15b)로부터 취득한 데이터를 이용하는 것이지만 다음의 제어 사이클부터는, 앞의 사이클의 주축 위치(x_s), 캠 위치(θ_s), 캠 속도(ωs), 캠 가속도(αs)를 비동기 곡선 개시 위치로서 설정한다. 이들의 각 값은, 다음 단(段)의 캠 설정부(14c)에서 산출한 값을 이용하여 설정한다.

이와 같이 함에 의해, 서보 시스템에서의 5차 곡선에 의한 동기 곡선에 대한 리얼타임 보간(補間) 제어를 할 수 있다. 즉, 1회의 포장 처리중에 목표치의 변경이 있은 경우, 항상 전회의 제어 사이클에서 구한 각 값를 비동기 곡선 개시 위치로 하고, 그 비동기 곡선 개시 위치와 목표치와의 사이를 통과하는 5차 곡선 그 밖의 각 곡선을 구함으로써, 지령치가 이산적(離散的)으로 급격하게 변화하는 것을 억제할 수 있다. 물론, 이러한 리얼타임 보간 제어를 필요로 하지 않는 경우에는, 비동기 곡선 개시 위치도 캠 경계점 작성부(15b)로부터 취득한 데이터를 이용하도록 하여 좋다.

캠 설정부(14c)는, 제어 곡선 작성부(14b)에서 작성된 각 곡선(동기 곡선, 비동기 곡선)을 취득함과 함께, 현재 정보 취득부(14a)에서 취득한 주축의 현재 위치(x)를 취득하고 현재의 주축 위치에 대한 캠 위치, 캠 속도 및 캠 가속도를 설정하는 것이다.

즉, 제어 곡선 작성부(14b)가 현재의 주축 위치에 응하여 동기 곡선이나 비 동기 곡선의 어느 하나를 작성하고, 그 작성한 곡선을 캠 설정부(14c)에 준다. 따라서, 캠 설정부(14c)는, 주어진 곡선을 나타내는 함수중의 변수인 x에 현재의 주축 위치의 값을 대입함으로써, 캠 위치, 캠 속도, 캠 가속도를 각각 구한다.

그와 같이 하여 구한 캠 위치(θ), 캠 속도(dθ/dx) 및 캠 가속도(d²θ/dx²)는, 다음의 제어 사이클을 위해 제어 곡선 작성부(14b)에 건네줌과 함께, 명령 설정부(14d)에 건네준다. 명령 설정부(14d)는, 현재 정보 취득부(14a)로부터 주축 속도(dx/dt)(㎜/sec)와, 주축 가속도(d²x/dt²)(㎜/sec²)도 취득한다. 이들의 취득한 정보에 의거하여, 하기 식에 의거하여, 종속 위치, 종속 속도, 종축 가속도를 구하고, 서보 드라이버(20)에 준다.

[수식 2]

종축 위치=캠 위치(θ)

종축 속도 dθ/dt(deg/sec)=(dθ/dx)*(dx/dt)

종축 가속도 d²θ/dt²(deg/sec²)=(d²θ/dx²)*(dx/dt)²+(dθ/dx)*(d²x/dt²)

도 3은, 모션 컨트롤러 유닛(14)의 동작 순서도를 도시하고 있다. 이 동작 순서도가, 제어 사이클마다 실행된다. 즉, 우선 현재 정보 취득부(14a)가 주축 인코더(PG1)로부터 주축의 현재 위치(x)를 취득한다(S1). 그리고, 제어 곡선 작성부(14b)가, 취득한 현재 위치(x)에 의거하여, 주축 위치가 동기 제어 구내인지의 여부를 판단하고(S2), 동기 제어 구간인 경우에는, 동기 곡선을 작성하고(S3), 동기 제어 구내가 아닌(비동기 제어 구내인) 경우에는, 비동기 곡선(5차 곡선, 4차 곡 선, 3차 곡선)을 작성한다(S4). 또한, 각 곡선의 구체적인 처리는, 상술한 바와 같다.

계속해서, 캠 설정부(14c)가, 처리 스텝 S3 또는 S4를 실행하여 작성된 곡선(동기 곡선/비동기 곡선)에 의거하여, 전자 캠의 현재의 값(캠 위치, 캠 속도, 캠 가속도)을 설정한다(S5). 그리고, 그 설정한 각 값은, 다음의 제어 사이클시에 있어서의 비동기 곡선 개시 위치로서 제어 곡선 작성부(14b)에 건네준다(S6).

처리 스텝 S5를 실행하여 구하여진 캠의 각 값에 의거하여, 서보 드라이버(20)에 대한 지령치를 구하고, 출력한다(S7). 그리고, 계속하는지의 여부를 판단하고(S8), 계속하는 경우에는 처리 스텝 S1로 되돌아와 다음의 제어 사이클로 들어간다. 계속하는지의 여부의 판단은, 예를 들면, 포장 처리의 종료 명령, 정지 명령이 입력되는지의 여부나, 미리 설정한 조건(포장 개수, 종료 시간)을 합치하는지의 여부 등에 의해 구한다.

상기한 비동기 제어 구간 내의 제어 곡선(비동기 곡선)의 한 예를 도시하면, 도 4로부터 도 6에 도시한 바와 같이 된다. 도 4는, 위상(주축 위치)에 대한 변위(종축의 캠 위치)의 상관 관계를 도시하고, 도 5는 위상(주축 위치)에 대한 속도의 상관 관계를 도시하고, 도 6은 위상(주축 위치)에 대한 가속도의 상관 관계를 도시하고 있다. 가령 동기 목표 위치(비동기 제어 구간의 종료 위치나 개시 위치 등의 경계 점)의 변경이 없다고 하면, 비동기 제어 구간 내에서의 캠 위치, 캠 속도, 캠 가속도는, 각 도면에 도시한 곡선에 따라 반복 실행한다. 처리 스텝 S6에서 현재의 주축 위치에 의거하여 설정한 각 값를 다음의 제어 사이클시에 있어서의 비동기 곡 선 개시 위치로 하여 비동기 곡선을 작성한 경우도 마찬가지이다. 그리고, 어느 경우도 경계점에서의 속도 및 가속도가 0(거의 0)으로 되어 있기 때문에, 동기 제어 구간에서의 동기 곡선과 스무스하게 연결할 수 있고, 경계점에서의 진동·충격 등이 생기는 일이 없다.

여기서, 도 7부터 도 9에 도시한 바와 같이, 비동기 곡선 개시 위치의 주축 위치(x_s)=200㎜, 종축 위치(θ_s)=225deg, 속도(ω_s)=0.382deg/㎜, 가속도(α_s)=-0.00599deg/㎟로서 설정한다. 당초 비동기 곡선 종료 위치(동기 곡선 개시 위치)의 주축 위치(x_e)=271㎜, 종축 위치(θ_e)=995deg, 속도(ω_e)=0.267deg/㎜, 가속도(α_e)= 0.00250deg/㎟로서 설정한다.

이 상태에서 주축 위치가 255㎜일 때에, 비동기 곡선 종료 위치(동기 곡선 개시 위치)의 주축 위치(x_e)=271㎜, 종축 위치(θ_e)=600deg, 속도(ω_e)=0.763deg/㎜, 가속도(α_e)=0.02012deg/㎟로 변경한다. 그러면, 그 주축 위치가 255㎜의 직전의 위치, 속도, 가속도와, 변경된 각 값를 연결하는 비동기 곡선이 재설정되기 때문에, 기계의 충격, 진동을 막을 수 있다.

또한, 가령, 주축 위치가 255㎜일 때에 상기한 바와 같이 각 목표치의 변경이 있은 경우에, 금회의 비동기 제어 구간의 개시 위치인 주축 위치(x_s)=200㎜와, 신 목표치를 연결하는 제어 곡선(비동기 곡선)을 재설정하면, 255㎜일 때의 각 값(위치, 속도, 가속도)는 현재의 255㎜일 때의 각 값에 비하여 크게 다른 일이 있고, 그러면, 도시한 바와 같이 연속한 곡선으로 접속되지 않게 되고, 그 비연속점에서 기계의 충격, 진동이 생길 우려가 있다.

이와 같이, 동기 제어 구간 내에서의 속도가 일정하지 않고, 가속도가 양단에서 발생하는, 동기 곡선에 대해서도, 위치, 속도, 가속도를 연결할 수 있음과 함께, 다음의 동기 곡선의 개시 위치, 속도, 가속도가 도중에 변하였다고 하여도, 위치, 속도, 가속도를 연결하여, 서보 시스템을 움직일 수 있다. 이로써, 기계계에 주는 충격, 진동을 적게 K 수 있고, 또한 동기 곡선의 개시 위치, 속도, 가속도의 변경에 대해서도 스무스한 동작이 가능해진다.

다음에, 비동기 제어 구간 내에서의 도중점을 지정한 경우의 대응에 관해 설명한다. 즉, 데이터 설정 컨트롤러 유닛(15)의 조건 설정부(15a)에 의해 비동기 구간 지정 통과점(비동기 제어 구간 내에서의 도중 점)이 설정되어 있는 경우에는, 그 도중점에 관한 정보(x_m=주축 위치, θ_m=캠 위치, ω_m=캠 속도, α_m=캠 가속도)가, 캠 경계점 작성부(15b) 경유로 동기 곡선 작성부(14b)에 주어진다.

그러면, 제어 곡선 작성부(14b)는, 현재의 주축 위치가 비동기 제어 구간 내의 경우에는, 비동기 곡선을 작성하지만, 이 때, 현재의 주축의 위치(x)가 x_s≤x≤x_m인 경우에는, 상술한 각 비동기 곡선을 구할 때의 연산식에서, x_e=x_m, θ_e=θ_m로서 설정한다. 그리고, 주축 현재 위치(x)가 x_m를 넘은 시점에서, 상술한 각 비동기 곡선을 구할 때의 연산식에서, x_s=x_m, θ_s=θ_m로서 설정한다.

즉, 지정된 중간점을 통과하도록 하여, 5차 곡선 끼리로 연결한다. 이로써, 중간점에서는, 속도 및 가속도가 0(거의 0)으로 된다.

한 예를 나타내면, 도 10부터 도 12에 도시한 바와 같이, 비동기 곡선의 5차 곡선이, 비동기 곡선 개시 위치(동기 곡선 종료 위치)로부터 도중 특정 통과점을 통과하여, 비동기 곡선 종료 위치(동기 곡선 개시 위치)로 가는 곡선을 도시한 바와 같이 도중점을 지정하고 5차 곡선과 5차 곡선을 연결한다. 비동기 곡선 개시 위치의 주축 위치(x_s)=200㎜, 종축 위치(θ_s)=225deg, 속도(ω_s)=0.382deg/㎜, 가속도(αs)=-0.00599deg/㎟로서 설정한다. 비동기 곡선 종료 위치(동기 곡선 개시 위치)의 주축 위치(x_e)=271㎜, 종축 위치(θ_e)=995deg, 속도(ω_e)=0.267deg/㎜ 가속도(α_e) = 0.00250deg/㎟로서 설정한다. 도중 특정 통과점은 주축 위치： x_m=250㎜, 종축 위치(θ_m)=400deg, 속도(ω_m)=(θ_e-θ_m)/(x_e-x_m)=4.524deg/㎜ 속도(αm)=0(deg/㎟)로 설정한다. 그러면, 위상과 속도의 관계를 나타낸 도 11에 도시된 바와 같이 속도를 정지하는 것으로 되고, 또한, 위상과 가속도의 관계를 나타낸 도 12에 도시된 바와 같이, 가속도를 연결하여 원활한 동작이 가능하다.

다음에, 엔드 실 장치(7)가 박스 모션 타입인 경우에 관해 설명한다. 도 13은, 박스 모션식의 엔드 실 장치를 모식적으로 도시한 도면이다. 이 도 13에 도시한 바와 같이, 서보 모터로 이루어지는 제 3 모터(M3)의 회전력을 벨트, 체인 등의 동력 전달 수단(7a)을 통하여 회전판(7b)에 전달한다. 회전판(7b)에는, 지름 방향에 따라서, 왕복 이동 가능한 슬라이더(7c)를 구비한다. 이 슬라이더(7c)는, 회전 판(7b)의 회전에 추종하여 공전(公轉) 이동함과 함께, 그 공전 이동시에 지름 방향으로 이동 가능하게 된다. 또한, 슬라이더(7c)는, 박스 형상의 가이드(7d)에 연계된다. 이로써, 회전판(7b)의 회전에 수반하여, 슬라이더(7c)는 공전하는데, 그 이동 궤적은 가이드(7d)에 의해 규정된 무단 형상의 궤적에 따르게 된다. 따라서, 가이드(7d)의 포장 필름(1)에 따라 수평에 이동하는 구간(7d')을 만듬으로써, 슬라이더(7c)는, 포장 필름(1)에 따라 일정 기간 동일한 거리를 유지하면서 전진 이동하고, 그 후 상승 이동→후퇴 이동→하강 이동을 경유하여 본래의 수평으로 이동하는 구간(7d)에 이르도록 동작하다. 또한, 도면에서는 편의상, 상측만 기재하고 있지만, 하측에도 같은 기구가 있다.

그리고, 이 슬라이더(7c)를 엔드 실러에 연결하여 일체화함으로써, 엔드 실러도 슬라이드(7c)의 이동 궤적에 따라 이동한다. 이 때, 상기한 수평으로 이동하는 구간(7d')을 이동중의 엔드 실러의 실 면이 포장 필름(1)에 접촉하고, 상하로부터 끼워 넣을 수 있고, 엔드 실러의 이동 속도와 포장 필름(1)의 반송 속도가 일치하도록 회전판(7b)을 회전시킴으로써 동기 제어가 행하여진다. 또한, 그 밖의 구간이 비동기 제어 구간으로 된다.

또한, 도 13에서는 개략 직사각형 형상(각 코너는 원호(圓弧))의 궤적(2점쇄선)을 나타내고 있지만, 비동기 제어 구간의 궤적은 임의이다. 또한, 이러한 소정의 궤적으로 이동시키기 위한 기구도 각종의 형태를 취할 수 있고, 회전판(7b) 등은 없어도 좋고, 엔드 실러 자체가 슬라이더(7c)로 되어 있어도 좋다. 요컨대, 제 3 구동 모터(M3)의 회전에 수반하여, 엔드 실러가 소정의 무단 형상의 궤적으로 이 동하고, 그 이동 도중에 포장 필름(1)과 평행으로 이동(이 때는, 포장 필름을 끼워 넣고 실 하는) 구간을 구비하고 있으면 좋고, 이러한 궤적으로 이동시키기 위한 기구는 임의이다. 또한, 제 3 구동 모터(M3)가 1회전할 때마다, 회전판(7b)이 1회전하도록 하여도 좋고, 달라도 좋다. 상술한 전자 캠의 각도는, 도 13에서 말하면 회전판(7b)의 회전 각도에 대응한다.

도 14는, 박스 모션의 기구를 추상화하여, 전자 캠과 포장 필름(1)을 도시하고 있다. 도 14에 도시한 바와 같이, 주축의 포장 필름(1)이 기준 위치(0㎜)로부터 x₁까지 반송되어 온 때에 동기가 시작하고, 주축 위치가 x₂에 온 때에 동기가 종료한다. 따라서, 동기 제어 구간에서의 포장 필름(1)의 이동 거리는, x₂-x₁로 된다. 한편, 종축에서는 전자 캠의 위치가 0도의 기준 위치로부터 포장 처리가 시작하였다고 하고, 1회째의 포장 처리에서는, θ₁의 때부터 동기가 시작하고, θ₂의 때까지 동기 제어를 행한다. 따라서, 동기 제어 구간은 θ₂-θ₁의 각도 범위로 된다.

그 후, 비동기 제어 구간으로 되고, 그 비동기 제어 구간의 종료 위치(다음의 동기 제어 구간의 개시 위치)는, 주축 위치가 x₃이고, 종축의 캠 위치가 θ₃으로 되고, 그 동기 제어 구간의 종료 위치(다음의 비동기 제어 구간의 개시 위치)는, 주축 위치가 x₄이고, 종축의 캠 위치가 θ₄로 되어 있다.

포장기계에 있어서의 박스 모션의 캠 곡선은 이하와 같다. 주축(x), 종축(θ)이, 각각 x₁≤x≤x₂, θ₁≤θ≤θ₂일 때가 동기 제어 구간으로 된다. 이 동기 제 어 구간에서의 캠 위치(θ), 캠 속도(dθ/dx), 캠 가속도(d²θ/dx²)의 각각의 동기 곡선은, 하기 식[수식 3]과 같이 된다.

[수식 3]

상기한 식에 따라, 이하의 동기 제어 구간중에는, 주축의 위치에 의거하여 이하의 위치, 속도, 가속도에 관해, 컨트롤러의 제어 사이클마다 설정하여 움직인다.

주축의 속도(dx/dt)(㎜/sec)

주축의 가속도 (d²x/dt²)(㎜/sec²)

종축 위치=캠 위치(θ)

종축 속도 dθ/dt(deg/sec)=(dθ/dx)*(dx/dt)

종축 가속도 d²θ/dt²(deg/sec²)=d²θ/dx²)*(dx/dt)²+(dθ/dx)*(d²x/dt²)

그리고, 상술한 식에 의거한 박스 모션의 동기 제어 구간에서의 동작 곡선예는, 도 15부터 도 17에 도시한 바와 같고, 각 도면에서는, 실 단위를 넣어서 도시 하고 있다. x₀=0㎜, x₁=50㎜, x₂=200㎜, θ₀=0deg, θ₁=135deg, θ₂=225deg, R=106㎜, y=75㎜이다.

다음에, 비동기 제어 구간의 제어 곡선의 산출에 관해 설명한다. 우선, 비동기 곡선 개시 위치(박스 모션 캠 동기 곡선 종료 위치)에서는, 주축(x)=x₂(㎜)로 된다. 동기 시작점의 변동이 없다고 하면, 상기한 동기 곡선을 특정하는 각 식은, 이하의 [수식 4]로 나타낸 바와 같이 되고, 그 [수식 4]의 식중에 x=x₂를 대입함으로써, [수식 5]에 나타낸 바와 같이 동기 종료 위치에서의 각 캠 위치, 캠 속도, 캠각 속도의 값을 구할 수 있다.

[수식 4]

[수식 5]

이로써, x_s=x₂, θ_s=θ₂, ω_s=ω₂, α_s=α₂를, 비동기 곡선을 구할 때의 앞의 캠의 값으로서 받아 들인다.

또한, 목표치의 변경이 없는 경우에는, 다음의 동기 제어 구간은, 주축 위치(x)=x₃으로 된 때부터 시작하고, 주축 위치가 x₃≤x≤x₄의 사이, 동기 곡선에 따라 제어한다. 그리고, 이러한 다음의 동기 제어 구간에서의 캠 위치(θ), 캠 속도(dθ/dx), 캠 가속도(d²θ/dx²)는, 각각 하기 식[수식 6]에 나타내는 동기 곡선에 따라 제어된다.

[수식 6]

그리고, 이 동기 제어 구간의 개시 위치(x=x₃)에서의 각 캠 위치, 캠 속도, 캠 가속도의 값은, [수식 7]를 실행하고, 구할 수 있다. 그리고, 그 구한 각 값이, 주축(x)의 위치가, x₂≤x≤x₃까지의 사이의 비동기 제어 구간에서의 종료 위치의 각 값, 즉, 해당 비동기 제어 구간에서의 각각의 목표치로 된다. 환언하면, x_e=x₃, θ_e=θ₃, ω_e=ω₃, α_e=α₃으로서, 비동기 곡선에 수시로 설정된다.

[수식 7]

그리고, 주축 위치가 x=x₂일 때의 목표치(비동기 제어 구간의 종료 위치에서의 주축 위치)(x_e)는 x₃이기 때문에, 양 점을 통과하는 5차 곡선을 작성한다. 그리고, 주축 현재 위치(x)(㎜)가 x_s≤x≤x_e, 즉, x₂≤x≤x₃일 때, 매 제어 사이클마다 5차 곡선을 구하여, 움직인다. 또한, 한번 비동기 제어 구간 내로 들어가고, 각 설정치(캠 위치, 캠 속도, 캠 가속도)를 구하였으면, 도 3의 순서도의 처리 스텝 S6의 실행에 수반하여, 다음의 제어 사이클에서의 비동기 곡선 개시 위치에 설정된다. 이와 같이 비동기 곡선 개시 위치를 순서대로 갱신하면서 주축 위치(x)=x₃이 될 때까지 5차 곡선에 의거한 비동기 제어를 행한다.

이후, 제어 동작 구간과 비제어 동작 구간을 교대로 반복하여 실행하게 되고, 도중에 목표치가 변경된 경우에는, 그때마다 연산 처리를 하고, 비동기 곡선은 5차 곡선으로 동기 곡선과 연결하게 된다.

한 예를 나타내면, 도 18부터 도 21에 도시한 바와 같이 된다. 즉, 도 18에 도시한 바와 같이, 위상과 변위와 같이 박스 곡선의 동기를 시작하는 장소나, 동기 비율을 바꾸어도, 도 19에 도시한 위상과 속도의 특성으로 도시한 바와 같이 경계점에서 스무스하게 속도가 연결된다. 마찬가지로 도 20에 도시한 위상과 가속도의 특성에서도, 도 21의 확대도에서 확인할 수 있는 바와 같이 가속도도 경계점에서 연결되다. 따라서, 충격과 진동이 발생하기 어렵다. 그리고, 제어 사이클마다 종축의 서보의 목표 위치, 목표 속도, 목표 가속도를 설정하고 있기 때문에, 온라인으로 동기를 시작하는 장소, 비율을 바꾸어도 대응이 가능하다.

다음에 엔드 실 장치(7)가, 크랭크 모션 타입인 경우에 관해 설명한다. 도 22는, 크랭크 모션식의 엔드 실 장치를 모식적으로 도시한 도면이다. 이 도 22에 도시한 바와 같이, 서보 모터로 이루어지는 제 3 모터(M3)의 회전력을 벨트, 체인 등의 동력 전달 수단(7a)를 통하여 회전판(크랭크 암과 같은 기능을 갖는)(7b)에 전달한다. 회전판(7b)의 주연 부근에는 크랭크 핀(7f)이 마련되고, 그 크랭크 핀(7f)에 연접봉(7g)의 일단이 회전 가능하게 연결된다. 이 연접봉(g)의 타단에는, 슬라이더(7h)가 연결되고, 이 슬라이더(7h)가 가이드 레일(7i) 내를 왕복 직선 이동 가능하게 된다. 이로써, 제 3 구동 모터(M3)의 회전에 수반하여 회전판(7b)이 회전하면, 그에 수반하여 크랭크 기구에 의해 슬라이더(7h)가 왕복 직선 운동을 반복하여 행한다. 그리고, 이 슬라이더(7h)에 엔드 실러를 상하 이동 가능하게 연결한다.

물론, 도 22에서는 포장 필름(1)의 상측의 기구만 기재하고 있지만, 같은 기구를 하측에도 설치한다. 그리고, 소정 타이밍에서 엔드 실러를 상하 이동시키고, 동기 시작점에 온 때에 포장 필름을 상하로부터 끼워 넣고, 그 상태 그대로 전진 이동시키고, 동기 종료점에 왔으면 엔드 실러가 이반한다. 그 후 소정의 궤적으로 실러가 전후진 이동하고, 본래의 동기 시작점에 이른다.

이와 같이, 엔드 실러가 포장 필름을 끼워 넣고 있는 때는, 엔드 실러 즉 슬라이더(7h)의 전진 이동 속도가, 포장 필름(1)의 반송 속도와 일치하도록 회전판(7b)의 회전 속도를 제어(동기 제어)하고, 그 밖의 비동기 제어 구간에서는, 포장 필름의 다음의 엔드 실 부위가 동기 시작점에 온 때에 엔드 실러가 해당 동기 시작점에 이르도록 제어하게 된다.

도 23은, 크랭크 모션의 기구를 추상화하여, 크랭크 기구와 포장 필름(1)을 도시하고 있다. 도 23에 도시한 바와 같이, 주축의 포장 필름(1)이 기준 위치(0㎜)로부터 x₁까지 반송되어 온 때에 동기가 시작하고, 주축 위치가 x₂에 온 때에 동기가 종료한다. 따라서, 동기 제어 구간에서의 포장 필름(1)의 이동 거리는, x₂-x₁로 된다. 한편, 종축에서는 전자 캠의 위치가 0도의 기준 위치로부터 포장 처리가 시작하였다고 하고, 1회째의 포장 처리에서는, θ₁의 때부터 동기가 시작하고, θ₂의 때까지 동기 제어를 행한다. 따라서, 동기 제어 구간은 θ₂-θ₁의 각도 범위로 된다.

그 후, 비동기 제어 구간이 되고, 그 비동기 제어 구간의 종료 위치(다음의 동기 제어 구간의 개시 위치)는, 주축 위치가 x₃이고, 종축의 캠 위치가 θ₃으로 되고, 그 동기 제어 구간의 종료 위치(다음의 비동기 제어 구간의 개시 위치)는, 주축 위치가 x₄이고, 종축의 캠 위치가 θ₄로 되어 있다.

크랭크 모션의 캠 곡선은, 이하와 같다. 주축(x), 종축(θ)이, 각각 x₁≤x≤x₂, θ₁≤θ≤θ₂일 때가 동기 제어 구간으로 된다. 이 동기 제어 구간에서의 캠 위치(θ), 캠 속도(dθ/dx), 캠 가속도(d²θ/dx²)의 각각의 동기 곡선은, 하기 식[수식 8]와 같이 된다.

[수식 8]

상기한 식에 따라, 이하의 동기 제어 구간중에는, 주축의 위치에 의거하여 이하의 위치, 속도, 가속도에 관해 컨트롤러의 제어 사이클마다 설정하여 움직인다.

주축의 가속도 (d²x/dt²)(㎜/sec2)

종축 위치=캠 위치(θ)

종축 속도 dθ/dt(deg/sec)=(dθ/dx)*(dx/dt)

그리고, 상술한 식에 의거한 크랭크 모션의 동기 제어 구간에서의 동작 곡선예는, 도 24부터 도 26에 도시한 바와 같고, 각 도면에서는, 실 단위를 넣고 나타내고 있다. x₀=44.2㎜, x₁=200㎜, θ₀=135도, θ₁=225도, R=70㎜, y=70㎜, L=200㎜이다.

다음에, 비동기 제어 구간의 제어 곡선의 산출에 관해 설명한다. 우선, 비동기 곡선 개시 위치(크랭크 모션 캠 동기 곡선 종료 위치)에서는, 주축(x)=x₂(㎜)로 된다. 동기 시작점의 변동이 없다고 하면, 상기한 동기 곡선을 특정하는 각 식은, 이하의 [수식 9]로 나타내게 되고, 그 [수식 4]의 식중에 x=x₂를 대입함으로써, [수식 10]에 나타낸 바와 같이 동기 종료 위치에서의 각 캠 위치, 캠 속도, 캠 가속도의 값을 구할 수 있다.

[수식 9]

[수식 10]

이로써, x_s=x₂, θ_s=θ₂, ω_s=ω₂, α_s=α₂를, 비동기 곡선을 구할 때의 앞의 캠의 값으로서 받아 들인다. 또한, 목표치의 변경이 없는 경우에는, 다음의 동기 제어 구간은, 주축 위치(x)=x₃이 된 때부터 시작하고, 주축 위치가 x₃≤x≤x₄의 사이, 동기 곡선에 따라 제어한다. 그리고, 이러한 다음의 동기 제어 구간에서의 캠 위치(θ), 캠 속도(dθ/dx), 캠 가속도(d²θ/dx²)는, 각각 하기 식[수식 11]에 나타내는 동기 곡선에 따라 제어된다.

[수식 11]

그리고, 이 동기 제어 구간의 개시 위치(x=x₃)에서의 각 캠 위치, 캠 속도, 캠 가속도의 값은, [수식 12]를 실행하고, 구할 수 있다. 그리고, 그 구한 각 값이, 주축(x)의 위치가, x₂≤x≤x₃까지의 사이의 비동기 제어 구간에서의 종료 위치의 각 값, 즉, 해당 비동기 제어 구간에서의 각각의 목표치로 된다. 환언하면, x_e=x₃, θ_e=θ₃, ω_e=ω₃, α_e=α₃으로서, 비동기 곡선에 수시로 설정된다.

[수식 12]

그리고, 주축 위치가 x=x₂일 때의 목표치(비동기 제어 구간의 종료 위치에서의 주축 위치)(x_e)는 x₃이기 때문에, 양 점을 통과하는 5차 곡선을 작성한다. 그리고, 주축 현재 위치(x)(㎜)가 x_s≤x≤x_e, 즉, x₂≤x≤x₃일 때, 매 제어 사이클마다 5 차 곡선을 구하고, 움직이다. 또한, 한번 비동기 제어 구간 내로 들어가서, 각 설정치(캠 위치, 캠 속도, 캠 가속도)를 구하였으면, 도 3의 순서도의 처리 스텝 S6의 실행에 수반하여, 다음의 제어 사이클에서의 비동기 곡선 개시 위치에 설정된다. 이와 같이 비동기 곡선 개시 위치를 순서대로 갱신하면서 주축 위치(x)=x₃이 될 때까지 5차 곡선에 의거한 비동기 제어를 행한다.

이후, 제어 동작 구간과 비제어 동작 구간을 교대로 반복하여 실행하게 되고, 도중에서 목표치가 변경된 경우에는, 그때마다 연산 처리를 하고, 비동기 곡선은 5차 곡선으로 동기 곡선과 연결하게 된다.

한 예를 나타내면, 도 27부터 도 19에 도시한 바와 같이 된다. 즉, 도 27에 도시한 바와 같이, 위상과 변위와 같이 박스 곡선의 동기를 시작하는 장소나, 동기 비율을 바꾸어도, 도 28에 도시한 위상과 속도의 특성에 도시한 바와 같이 경계점에서 스무스하게 속도가 연결된다. 마찬가지로 도 19에 도시한 위상과 가속도의 특성에 있어서도, 가속도가 경계점에서 연결된다. 따라서, 충격과 진동이 발생하기 어렵다. 그리고, 제어 사이클마다 종축의 서보의 목표 위치, 목표 속도, 목표 가속도를 설정하고 있기 때문에, 온라인으로 동기를 시작한 장소, 비율을 바꾸어도 대응이 가능하다.

상술한 각 실시 형태에서는, 어느것이나 포장기계의 엔드 실 장치용의 구동 모터(서보 모터)의 제어에 적용한 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것으로 한하는 것이 아니라, 예를 들면, 포장 필름에 피포장물을 공급하는 피포장물 반송 공급 수단 의 구동 모터(서보 모터)에 대한 제어에도 이용할 수 있다. 즉, 피포장물의 반송 속도와 포장 필름의 반송 속도는 통상 다르기 때문에, 예를 들면, 포장 필름을 일정한 속도로 반송하고 있는 경우에, 피포장물을 포장 필름에 공급한 동안만, 피포장물의 반송 속도를 포장 필름의 반송 속도에 동기하여 맞추고, 그 밖의 기간은 포장 필름의 반송 속도와 비동기 제어를 하고, 소정의 비동기 곡선(5차 곡선 등)에 의해 제어할 수 있다.

엔드 실 장치(7)의 한 형태로서, 상술한 박스 모션식이나 크랭크 모션식 이외에, 로터리 모션이라고 칭하여지는 것의 타입도 있다. 이 로터리 모션 타입의 엔드 실 장치(7)는, 상하 한 쌍의 회전축에 각각 엔드 실러를 직접 또는 간접적으로 부착한다. 그리고, 회전축의 회전에 수반하여 엔드 실러도 회전하고, 소정의 타이밍에서 상하의 엔드 실러가 포장 필름을 상하로부터 끼워 넣고 실 하고, 컷트한다.

여기서, 상술한 각 타입의 엔드 실 장치와 마찬가지로, 최초의 동기 제어 구간 개시 위치에서의 주축 위치가 x₁이고 종축 위치가 θ₁로 하고, 동기 제어 구간 종료 위치(비동기 제어 구간 개시 위치)에서의 주축 위치가 x₂이고 종축 위치가 θ₂라고 한다. 그리고, 다음의 동기 제어 구간 개시 위치에서의 주축 위치가 x₃이고 종축 위치가 θ₃이라고 하고, 동기 제어 구간 종료 위치(비동기 제어 구간 내 개시 위치)에서의 주축 위치가 x₄이고 종축 위치가 θ₄라고 한다. 그러면, θ₁≤θ₂≤θ₃≤θ₄, x₁≤x₂≤x₃≤x₄의 관계가 생긴다.

그리고, 동기 곡선은,

(θ-θ₁)=(θ₂-θ₁)/(x₂-x₁)*(x-x₁)

로 표시된다. 여기서, θ는 종축의 위치이고, x는 주축의 위치이다.

상기한 식을 x로 미분하면,

dθ/dx=(θ₂-θ₁)/(x₂-x₁)

로 된다. 즉 캠 속도는,

ω1=ω2=(θ₂-θ₁)/(x₂-x₁)

이다. 다시 상기한 식을 x로 미분하면,

d²θ/dx²=0으로 되고. 캠 가속도는 0이다.

마찬가지로, 다음의 동기 곡선은

(θ-θ₃)=(θ₄-θ₃)/(x₄-x₃)*(x-x₃)

로 표시된다.

상기한 식을 x로 미분하면,

dθ/dx=(θ₄-θ₃)/(x₄-x₃)

로 된다.

캠 속도는

ω₃=ω₄=(θ₄-θ₃)/(x₄-x₃)

이다. 다시 x로 미분하면,

d²θ/dx²=0으로 되고, 캠 가속도는 0이다.

상술한 각 값, 즉, x_s=x₂, x_e=x₃, θ_s=θ₂, θ_e=θ₃을 [수식 12]의 식에 대입하면,

ω_s=ω₂=(θ₂-θ₁)/(x₂-x₁)

ω_e=ω₃=(θ₄-θ₃)/(x₄-x₃)

α_s=0 α_e=0으로 대입하여 동기 곡선 사이를 연결하는 비동기 곡선을 만든다.

이로써, 원활한 파형이 가능하다. 그리고, 상술한 실시 형태에 의하면, x_s, θ_s, ω_s, α_s에 앞의 캠의 값이 들어가기 때문에, 다음의 동기 곡선이 변경되어도 캠 위치, 캠 속도, 캠 가속도를 연결하여 가는 것이 가능하다.

볼 나사, 래크 앤드 피니언에 의한 동기 동작에 적용하는 경우를 생각한다. 종축의 서보 모터를 볼 나사 또는 래크 앤드 피니언의 기계계에 붙인다고 한다. 볼 나사 또는 래크 앤드 피니언은 주축의 워크에 평행하게 놓여져 있다. 이 경우의 동작은 이하와 같이 된다.

y=p×θ

여기서, y는 볼 나사 또는 래크 앤드 피니언의 이동량이고, 일반적으로 ㎜로 표시된다. 그리고, 볼 나사의 경우는,

P=볼 나사의 피치/360(도)

로 되고, 래크 앤드 피니언의 경우는,

P=피니언 지름×π/360(도)

로 된다.

x는 주축의 위치에서

y₂=p×θ₂, y₁=p×θ₁

의 관계가 있기 때문에, 동기 곡선은,

(y-y₁)=(y₂-y₁)/(x₂-x₁)*(x-x₁)

로부터,

(θ-θ₁)=(θ₂-θ₁)/(x₂-x₁)*(x-x₁)

로 표시된다. 여기서, θ은 종축의 위치, x는 주축의 위치, θ₂는 종축의 동기 곡선 종료 위치, θ₁은 종축의 동기 곡선 개시 위치, x₂는 주축의 동기 곡선 종료 위치, x₁은 주축의 동기 곡선 개시 위치이다.

상기한 식을 x로 미분하면,

dθ/dx=(θ₂-θ₁)/(x₂-x₁)

로 된다. 즉 캠 속도는

ω₁=(θ₂-θ₁)/(x₂-x₁)

이다.

다시 x로 미분하면,

d²θ/dx²=0으로 되고, 캠 가속도는 0이다.

종축이 움직이기 시작한 위치 즉 비동기 곡선 개시 위치는, 주축의 위치가 x₀, 종축의 위치가 θ₀, 캠 속도(ω₀(=0, 캠 가속도(α₀)=0, 비동기 곡선 종료 위치(동기 곡선 개시 위치)는 주축의 위치가 x₁, 종축의 위치는 θ₁로 된다.

그리고, 캠 속도는,

ω₁=(θ₂-θ₁)/(x₂-x₁)

캠 가속도는,

α₁=0

로 된다.

그리고, 상술한 [수식 12]의 식에 x_s=x₀, x_e=x₁, θ_s=θ₀, θ_e=θ₁, ω_s=ω₀=0, ω_e=ω₁=(θ₂-θ₁)/(x₂-x₁), α_s=0, α_e=0을 대입함으로써 동기 곡선 사이를 연결하는 비동기 곡선을 만든다.

동기 곡선 종료 위치(비동기 곡선 개시 위치)는, 주축의 위치는 x₂, 종축의 위치는θ₂로 된다. 캠 속도는 ω₂=(θ₂-θ₁)/(x₂-x₁), 캠 가속도는 0이다. 종축이 정지하는 위치 즉 비동기 곡선 종료 위치는, 주축의 위치가 x₃, 종축의 위치가 θ₃이다. 그리고, 캠 속도, 캠 가속도(α₀)는 0으로 된다.

마찬가지로 x_s=x₂, x_e=x₃, θ_s=θ₂, θ_e=θ₃, ω_s=ω₂=(θ₂-θ₁)/(x₂-x₁), ω_e= 0, α_s=0, α_e=0으로서 [수식 12]에 대입하여 동기 곡선 사이를 연결하는 비동기 곡선을 만들 수 있다.

포장기 이외의 동기 제어의 적응으로서, 인쇄기계도 유효하다. 인쇄기계는 종이 등의 피인쇄물과, 인쇄면이 있는 롤 부분이 동기하여 동작한다. 이 동작 중에서 인쇄를 시작하는 장소를 전후로 보정하고 싶은 경우가 있다. 이 보정 동작에 본 발명의 5차 곡선에 의한 비동기 제어를 사용함에 의해, 원활하게 보정 동작을 행하는 것이 가능해진다.

볼 나사나 래크 앤드 피니언은 양단에는 한계가 있기 때문에 정지가 필요하다. 그래서, 본 발명을 이용함에 의해, 원활한 파형이 가능해진다. 또한, 상술한 실시 형태를 적용함에 의하여 x_s, θ_s, ω_s, α_s에는 앞의 캠의 값이 들어가기 때문에, 동기 곡선이 변경되어도 캠 위치, 캠 속도, 캠 가속도를 연결하여 가는 것이 가능하다.

또한, 실 장치가 아니라, 단독의 커터 장치에도 적용할 수 있다. 또한, 실이나 컷트의 대상물은, 포장 필름로 한하지 않고, 각종의 시트 형상의 것에 적용할 수 있다. 또한, 이와 같이 실 장치나 커터 장치에 한하지 않고, 서보 모터를 이용한 전자 캠의 제어 방법·제어 시스템에 적용할 수 있음은 물론이다.

예를 들면, 건축 재료의 동기 절단, 동기에 의해 흘러 오는 전자 부품이나 기반(基盤)에 대한 가공이나 부품의 삽입, 유리에의 동기 절단이나 가공, 라인을 흐르고 있는 자동차에 동기하여 가공이나 부품의 삽입 등의 동기 제어에 관해, 비동기 구간을 본 발명의 비동기 제어를 사용함에 의해, 원활한 파형이 가능해진다. 또한, 상술한 실시 형태를 적용함에 의해 동기 곡선이 변경되어도 캠 위치, 캠 속도, 캠 가속도를 연결하여 가는 것이 가능하다.

또한, 직행계(直行系)의 로봇, 수평, 원통, 수직 로봇의 복수축의 동기 제어에 관해서도, 비동기 구간에 있어서의, 로봇 각 축의 동작에 당 발명의 비동기 제어를 사용함에 의해, 원활한 파형이 가능해진다. 또한, 상술한 실시 형태를 적용함에 의해 동기 곡선이 변경되어도 캠 위치, 캠 속도, 캠 가속도를 연결하여 가는 것이 가능하다.

본 발명에서는, 동기 제어 구간과 비동기 제어 구간의 변위점에 있어서 캠 가속도 등을 순조롭게 연결될 수 있고, 진동 등이 발생하지 않도록 된다.

Claims

서보 모터를 사용한 전자 캠의 제어 방법으로서,

주축 위치에 대해, 제어 대상물인 종축을 동기하여 동작시키는 제어를 행하는 동기 제어 구간과, 그 동기 제어 구간의 종료 위치로부터 다음의 동기 제어 구간의 개시 위치까지 상기 제어 대상물을 이동시키기 위한 제어를 행하는 비동기 제어 구간을 가지며,

상기 비동기 제어 구간에서의 제어가,

전자 캠의 위치 제어에 5차 함수를 사용하고,

전자 캠의 속도 제어에 4차 함수를 사용하고,

전화 캠의 가속도 제어에 3차 함수를 사용함에 의해, 상기 비동기 제어 구간과 상기 동기 제어 구간이 전환되는 변화점 부근의 전자 캠의 동작을 원활하게 제어하는 것을 특징으로 하는 전자 캠의 제어 방법.
제 1항에 있어서,

비동기 제어 구간의 종료 위치 정보로서 주축 위치, 캠 위치, 캠 속도, 캠 가속도의 값을 각 함수의 입력 파라미터로서 수시로 접수 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 전자 캠의 제어 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 비동기 제어 구간의 개시 위치 정보로서 제어 사이클마다 전회의 제어 사이클에서 구한 주축 위치, 캠 위치, 캠 속도, 캠 가속도의 값을 각 함수의 입력 파라미터로 하는 것을 특징으로 하는 전자 캠의 제어 방법.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 비동기 제어 구간의 도중 특정 통과점으로서 설정된 주축 위치에 대한 캠 위치를 통과하도록 상기 5차 함수를 구하고, 그 도중 특정 통과점의 캠 가속도가 0에 가까워지도록 상기 3차 함수를 구하도록 한 것을 특징으로 하는 전자 캠의 제어 방법.
주축 위치에 대해, 제어 대상물인 종축을 동기하여 동작시키는 제어를 행하는 동기 제어 구간과, 그 동기 제어 구간의 종료 위치로부터 다음의 동기 제어 구간의 개시 위치까지 상기 제어 대상물을 이동시키기 위한 제어를 행하는 비동기 제어 구간을 갖는 서보 모터 제어 시스템으로서,

비동기 제어 구간의 개시 위치 및 종료 위치에 관한 주축 위치, 캠 위치, 캠 속도, 캠 가속도를 설정하는 경계점 조건 설정 수단과,

취득한 주축 위치에 의거하여, 동기 제어 구간 내인지 비동기 제어 구간 내인지를 판단하는 판단 수단과,

그 판단 수단의 판단 결과가, 비동기 제어 구간인 경우에 상기 비동기 제어 구간의 개시 위치 및 종료 위치에서의 캠 위치, 캠 속도, 캠 가속도에 의거하여, 5 차 함수로 되는 주축 위치에 대한 캠 위치의 비동기 곡선과, 4차 함수로 되는 주축 위치에 대한 캠 속도의 비동기 곡선과, 3차 함수에 의한 주축 위치에 대한 가속도의 비동기 곡선을 구하는 제어 곡선 작성 수단과,

그 제어 곡선 작성 수단에 의해 구한 각 비동기 곡선과, 상기 취득한 주축 위치에 의거하여 서보 모터를 동작시키기 위한 출력 정보를 작성하고 출력하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 서보 모터 제어 시스템.
제 5항에 있어서,

비동기 제어 구간중에라도 그 비동기 제어 구간의 종료 위치의 주축 위치, 캠 위치, 캠 속도, 캠 가속도의 값의 입력을 가능하게 하고, 상기 제어 곡선 작성 수단은 그 입력된 각 값에 의거하여 상기 각 비동기 곡선을 순서대로 작성하도록 한 것을 특징으로 하는 서보 모터 제어 시스템.
제 5항 또는 제 6항에 있어서,

상기 제어 곡선 작성 수단은, 비동기 제어 구간중의 제어 사이클마다 앞의 사이클의 주축 위치, 캠 위치, 캠 속도, 캠 가속도를 비동기 곡선의 개시 위치로 하여 금회의 제어 사이클에서의 비동기 곡선을 작성하는 기능을 구비한 것을 특징으로 하는 서보 모터 제어 시스템.
제 5항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 비동기 제어 구간의 도중 특정 통과점을 설정하는 수단을 구비하고,

상기 제어 곡선 작성 수단은, 비동기 제어 구간중에 비동기 곡선을 작성함에 있어서, 상기 설정된 도중 특정 통과점의 주축 위치에 대한 캠 위치를 통과하도록 상기 5차 함수를 구하고, 그 도중 특정 통과점의 캠 가속도가 0으로 되도록 상기 3차 함수를 구하는 처리를 하는 것을 특징으로 하는 서보 모터 제어 시스템.
제 5항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제어 곡선 작성 수단은, 상기 동기 제어 구간에서는, 박스 모션 곡선 또는 크랭크 모션 곡선에 의거하여 설정되는 동기 곡선을 작성하는 기능을 구비한 것을 특징으로 하는 서보 모터 제어 시스템.