TW477921B - Electronic cam type rotary cutter control method and electronic cam curve generating method - Google Patents

Electronic cam type rotary cutter control method and electronic cam curve generating method Download PDF

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TW477921B
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Masao Ikeguchi
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Yaskawa Denki Seisakusho Kk
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Description

477921 A7 B7 五、發明說明（1) 【發明之所屬技術領域】 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係關於將不靜止連續地將連續移動之膜狀之紙 ^、鐵板等切斷爲設定長度之旋轉切刀，或與連續移動之薄 膜、紙等同步密封之連續式包裝機械等之1循環內之特定 部份之動作被規定之機械利用伺服馬達，產生包含至下一 循環之預測之電子凸輪曲線加以控制之控制方法者。 【習知技術】 習知之旋轉切刀之切斷控制方法例如有公開揭露於特 開平5 - 3 3 7 7 2 9號公報之運動控制器。僵2 0係習 知之運動控制器之控制方塊圖，將行走之加工物2 1 5之 速度與移動量藉由電子齒輪2 0 3變換爲任意之比率，於 脈衝分配器（1 )中產生指令脈衝。加工物之切斷長度由 設定器2 0 5輸入，在指令資料運算部2 0 6求得旋轉刀 之位置補正量，由脈衝分配器（2 )輸出補正脈衝，在合 成電路2 0 9合成各脈衝，進行伺服控制。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 具體而言，如圖2 1之速度樣式圖所示般地，圖2 1 (A)之加工物215之行走速度爲VI，如圖21(B )所示般地，使旋轉刀2 1 3之周速度與加工物行走速度 V 1成爲相等地，在分配器（1 )調整之情形，加工物 2 1 5之切斷長度與旋轉刀之周長不一致之故，如圖2 1 (C )所示般地，藉由依據旋轉刀之位置補正指令之速度 波形V 2被補正（以分配器2輸出），如圖2 1 ( D )所 示般地，切斷區間由於與加工物2 1 5之線速度爲相同速 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -4 · 477921 A7 B7 五、發明說明（2) 度，非切斷區間（補正區間）速度V 3 = v 2 + V 1被相 加控制。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 又，圖2 1 ( E ) 、（ F )係例如切斷長度比刀周長 還長之長尺寸切斷之情形之補正方向，在減速方向被相減 控制。又，在旋轉刀之外，也可以控制驅動連續式縱型包 裝機械之橫密封機構等。 又，圖2 2係顯示習知之電子凸輪控制之1例，爲特 開平7 — 3 1 1 6 0 9號公開揭露之電子凸輪之控制方塊 圖。在圖2 2之構成中，在運算手段之CPU3 0 1輸入 因應負荷3 1 3之動作特性，預先製作之凸輪曲線3 1 9 ，C P U 3 0 1依據凸輪曲線（例如，梯形速度曲線）， 將位置指令値（S )、速度指令値（V )、加速度指令値 (A )輸出於組合減法器與計數器、V / F轉換器、微分 器之各比較器，藉由檢測負荷3 1 3之變形之PG 3 1 4 之輸出脈衝，進行F · B控制。 【發明欲解決之課題】 經濟部智慧財產局員工消費合作社印5衣 但是，於上述習知例中，在特開平5 — 3 3 7 7 2 9 號之情形，對於與加工線之線速度V 1相同之旋轉刀周速 ，加上相當於周長與切斷長之梯形速度V 2 (短尺寸切斷 時）、或減去（長尺寸切斷時），配合切斷時機之補正方 法並無任何新意，關於控制內容、位置控制也非藉由電子 曲線等製作最適當位置樣式之故，畢竟係以依據補正分速 度之相加或相減之速度控制爲主流。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）-5 - 477921 A7 B7 五、發明説明（3) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 又，此種梯形速度控制之情形，如圖2 4所示般地， 特別是在旋轉切刀之控制中，於短尺寸切斷時，加減速時 需要之轉矩之峰値變高之故，有必要減速線速度之故，會 有降低生產性之問題。 線· 又，特開平7 - 3 1 1 6 0 9號之提案之情形，在依 據預先製成之凸輪曲線3 1 9 (位置樣式）之控制中，係 提案如何減少追從延遲之手法之故，在使用凸輪曲線以外 之構成與習知之線構成並無不同。即圖2 2之構成係··在 使用圖2 3所示之通常的伺服馬達之位置控制加上藉由 C P U之速度前餽（V )、轉矩·補償器（A )之線構成 ，爲通常之控制手法之範圍內者，以位置樣式爲基本，藉 由CPU產生速度指令（V)、加速度指令（A)，成爲 依據掃描週期進行微分處理，如此產生之速度指令（V ) 、加速度指令（A)對於實體速度已經具有延遲之故，只 要沒有預測控制之觀點之考慮，效果減半。 如此在習知之方式中，會有招致追從性不好，控制精 度降低之問題。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 因此，本發明係一種藉由伺服馬達被驅動之旋轉刀或 連續式縱型包裝機械等之控制方法，目的在於提供：在全 領域組成位置迴路，構成涵蓋下一循環之連續相關方式之 電子凸輪控制，進行正確之位置控制，對於切斷長度或袋 長之短尺寸、長尺寸可以藉由自動對應之同一算術加以控 制，大幅改善短尺寸切斷時之生產性，追從性良好、控制 精度提升之電子凸輪方式旋轉刀控制方法以及電子凸輪曲 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）-6 - 2 9 7 7 A7 _____B7____ 五、發明說明（4 ) 線產生方法。 【解決課題用之手段】 爲了達成上述目的，申請專利範圍第1項記載之發明 係一種藉由伺服馬達被驅動，在長尺寸切斷時與短尺寸切 斷時，藉由依據電子凸輪曲線之不同速度波形被控制之電 子凸輪方式旋轉刀控制方法，其特徵爲：依據電子凸輪曲 線，在全領域組合位置迴路，藉由利用非切斷區間之位置 樣式成爲3次方函數以及速度樣式成爲2次方函數之電子 凸輪曲線，在上述長尺寸切斷時以及短尺寸切斷時或線速 度變化時，藉由相同算術可以自動對應控制。 依據此構成，預先產生成爲控制對象之正確的位置樣 式，依據該位置樣式，進行涵蓋包含切斷、非切斷區間之 全領域之時時刻刻之位置控制，可以進行依據電子凸輪曲 線之正確的切斷位置控制，電子凸輪曲線在位置樣式係採 用3次方函數、在速度樣式係採用2次方函數，藉由維持 切斷終了時間點之位置·速度與下一循環之切斷開始時間 點之位置·速度之連續相關性之算術之控制內容，可以構 成對於長尺寸切斷、短尺寸切斷以及線速度變化可以自動 地以相同算術對應之追從性高的切斷位置控制。 又，申請專利範圍第2項記載之發明係一種：在長尺 寸切斷時與短尺寸切斷時，藉由依據電子凸輪曲線之不同 的速度波形被控制，在短尺寸切斷時減速控制線速度之電 子凸輪方式旋轉刀控制方法，其特徵爲··依據電子凸輪曲 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）-7 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂·- i線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2 9 7 7 A7 ___B7 _ 五、發明說明（5 ) 線在全領域組成位置迴路，藉由利用非切斷區間之位置樣 式成爲3次方函數，以及速度樣式成爲2次方函數之電子 凸輪曲線，比習知者可以更短尺寸的不須做線速度減速之 必要，在維持線速度1 0 0 %下，可以進行切斷。 依據此構成，依據電子凸輪曲線之速度樣式爲2次方 曲線之故，非切斷區間之加減速時所需要之轉矩被分散於 領域全體，轉矩之平方平均値比加減速時間短之梯形速度 之情形小，特別是在加減速頻率大之短尺寸切斷時，比習 知者.可以更短尺寸地不須減速線速度加以切斷。 又，申請專利範圍第3項記載之發明係如申請專利範 圍第1或第2項記載之電子凸輪式旋轉刀控制方法，其中 螺旋刀之依據凸輪曲線圖之速度樣式，在切斷區間與線速 度相同，非切斷區間在短尺寸切斷時成爲2次方曲線隆起 ，長尺寸切斷時以2次方曲線減少，直刀之速度樣式與上 述螺旋刀比較，成爲只有切斷區間之速度比例於1 / c ◦ s 0之不同的樣式。 依據此構成，螺旋刀、直刀之情形皆相同地可以依據 2次方曲線之速度樣式做控制，直刀之情形係使切斷區間 之速度樣式乘上1/c 〇 s 0，與螺旋刀同樣地，可以將 以線速度連續移動之加工物對於移動方向成直角方向地切 斷。 又，申請專利範圍第4項記載之發明其特徵爲：如藉 由伺服馬達被驅動之連續式縱型包裝機械之橫密封機構， 或將加工物定尺寸切斷之螺旋刀般地，在旋轉機構之1循 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）-8 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) . --線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制取 2 9 7 7 A7 ____Β7____ 五、發明說明（6 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
環中之特定的相位區間與加工物同步，進行密封或切斷之 工作後，在藉由包含下一循環之工作開始爲止之預測之連 續相關控制方式之位置指令使用3次方函數，在速度前餽 使用2次方函數，加工品之袋長或切斷長無關於周長/M (Μ = 1 . 2 ........密封面數或刀刃數）之大小，可以 自動對應獲得最適當之電子凸輪曲線。 --線· 依據此構成，在旋轉機構之1循環中之特定相位區間 (密封區間或切斷區間），在與薄膜、紙、或其它加工物 之線速度同步，進行密封或切斷之工作之情形，可以實現 :滿足特定相位區間之最後位置·速度與下一循環之特定 相位區間之最初位置·速度之4個邊界條件之凸輪曲線（ 位置樣式）係利用3次方函數，速度樣式係使用其微分値 之2次方函數，藉由包含下一循環之預測控制之連續相關 控制，位置樣式使用位置指令、速度樣式使用速度前餽， 在下一循環之特定相位區間之最初時刻，再度使位置·速 度與正確線速度一致之電子凸輪控制。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 又，申請專利範圍第5項記載之發明係如申請專利範 圍第4項記載之電子凸輪曲線產生方法，其中密封區間或 切斷區間之橫密封機構或切斷刀之旋轉速度η 2以及旋轉位 置y 2，在設Ν 1爲開始點之線速度、設Υ 1爲切斷開始點 之旋轉位置、設t 3爲切斷開始點之時刻、設T。爲1循環 時間，則： n2 = Ni (rpm) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐）-9 - 477921 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7____ 五、發明説明（9 ) η 1 = 6 0 (3At2+2Bt+C) η 2 = N 1
yi-At3+Bt2+Ct+D y2 = (1/M— Yi)/ (Tc — t3) x (t 一 Tc) + l/ Mo 【發明之實施形態】 以下參照圖面說明本發明之第1實施形態。 圖1〜圖1 4係本發明之第1實施形態圖。 圖1係藉由本發明之第1實施形態之電子凸輪式之旋 轉刀之控制方塊圖。 圖2係圖1所示之旋轉刀之槪念圖。 圖3係顯示圖2所示之旋轉刀之種類圖。 圖4係顯示圖2所示之旋轉刀之構造圖。 圖5係顯示圖2所示之旋轉刀與加工物之位置關係圖 〇 圖6係顯示圖1所示之旋轉刀之螺旋刀之凸輪曲線圖 〇 圖7係構成圖6所示之凸輪曲線之函數的說明圖。 圖8係顯示圖6所示之凸輪曲線圖之凸輪曲線式圖。 圖9係顯示圖1所示之刀爲直刀之凸輪曲線圖。 圖1 0係顯示圖9所示之凸輪曲線圖之凸輪曲線式圖 〇 圖1 1係顯示圖6所示之速度樣式與轉矩之關係圖。 ^紙張尺度適)¾中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -12 _ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · -線· 2 9 7 7 A7 ____B7___ 五、發明說明（10) 圖1 2係圖6所示之2次方函數型速度樣式與習知之 梯形速度樣式之比較圖。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖1 3係將圖1 2所示之梯形速度樣式一般化之圖。 圖1 4係顯示圖1所示之旋轉刀之L V曲線圖。 圖1中，1爲進行定掃描控制之數位控制器，2爲驅 動伺服馬達3之驅動器，4爲馬達3用之脈衝產生器， 1 1爲將紙、鐵板等定尺寸切斷之旋轉刀、1 2爲檢測加 工品之行走量之測長輪，1 3爲加工品移送用之進給輪， 1 4爲檢測加工品之標記之標記檢測器。 --線- 2 0爲計數器、2 1爲轉換給伺服驅動器2之指令値 之D/A轉換器、22爲微分電路、23爲乘法器。24 爲產生切斷長1循環內之相位之小脈波產生電路、2 5爲 相位、2 6爲電子凸輪曲線之速度樣式產生器、2 7爲相 同之位置樣式產生器、2 8標記補正電路、2 9爲位置指 令、3 0爲位置控制增益。 接著，說明其動作。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第1實施形態係如圖2所示般地，不靜止地將連續移 動之薄片狀之紙、鐵板等連續切斷爲設定之長度之旋轉刀 之控制者，旋轉刀1如圖3所示般地，依據刀之安裝形狀 ，雖有圖3 (a)之直刀與圖3 (b)之螺旋刀，但是， 在直刀之情況，切斷時之必要壓力極爲大之故，不太被使 用，主要以螺旋刀爲對象加以說明。因此，有關直刀僅止 於控制式等做補充添加。又，如圖4 ( a ) 、( b )、( c) 、 （d)所示般地，在1片刀之外，雖也有2、3、 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）-13- 477921 A7 B7 五、發明説明（11) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4片刀（刀刃數以Μ表示）等，.但是只有切斷長1循環變 爲周長/2、周長/3、周長/4而已，動作上基本相同 之故，就1片刀之情形進行說明。 如圖5所示般地，本實施形態係設同步區間（切斷區 間）之終了點爲1循環之起點t = 0，藉由產生包含下一 循環之切斷區間之開始點之預測之凸輪曲線之連續相關控 制，可以實現電子凸輪控制者。 實際上，進行藉由如圖6所示之凸輪曲線之控制。圖 6 (a)爲速度樣式、圖6 (b)爲位置樣式，區間（1 )爲非切斷區間、區間（2 )爲切斷區間。N i爲切斷區間 之旋轉速度、η 2爲非切斷區間之速度、T。爲1循環時間 、t 3爲切斷開始時刻、y i爲非切斷區間之位置樣式、 y 2爲切斷區間之位置樣式、Y i爲切斷開始位置。 於此種凸輪曲線之產生方法中，設如圖5之刀之半徑 二r (mm)、切斷片數=N〇(bpm)、切斷長（長尺 寸、短尺寸）=L〇(mm)、同步角度=0〇(° )，成 爲： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 加工物（紙等）速度 Vl = N〇 X Lo/1000 (m/min) 1 循環時間 Te = 60/N。 （sec) ，切斷開始點之速度N i :
Ni= 1000xVL/27rr ( r p m ) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）-14 - 477921 A7 B7 五、發明說明（12 ) 設切斷區間之時間爲t 〇 ( s e c )，由切斷區間之移動量
Ni/6〇xt〇-0〇/36O .·· t 〇 = 0〇/6Νι 由此，切斷開始時刻成爲t 3 = T。一 t 〇 ( s e c =t 3之旋轉位置爲： Υι=1/Μ-0〇/36Ο rev 因此，圖6所示之切斷區間（2 )之刀之速度與位置爲 (r p m ) 請 先 閱 讀 背 之 注 意 事 項 再 填 頁 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 V 6 以區 Ν 度 , 斷度速 形切速之 情非之 3 。 之於 ο t 式 刀，II 一一線 片面 t t 曲 1 方刻刻之 在一時時} , 另之與 V 是 示 但 所 6 間 Ν Μ 加要 以需 可， 1 中 位m p Γ 6 。 圖 r 得 ：c 求足 G 以滿s 6
V m ρ Γ γ 置 位 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -15- 477921 A7 B7 五、發明說明（13) 一般如圖7所示般地，滿足時刻t = T i時之速度V i 、位置Xi、與時刻t = T2時之速度V2、位置X2之4個 邊界條件之位置的曲線式爲具有4個係數之3次方函數。 因此，設 位置 x = At3 + Bt2 + Ct + D (rev) (1) ，其微分可以獲得速度v之（2 )式。 速度 v = 3At2 + 2Bt + C (rps) (2) 在上述之（1)式代入（TrXi) 、( T 2 ' X 2 ) ，在（2)式代入（Ti、Vi) 、（T2、V2)之4係數 ，以K除之，求解A、B、C、D，可以獲得下述之（3 )式。 A={2(Xi-X2)-(Ti-T2)(Vi + V2)}/K B = [(Vi-V2)(Ti-T2)(Ti + 2T2)-3(Ti + T2)x{Xi.X2-
V2(Ti-T2)}]/K C={6(Xl-X2)TlT2 + 3(Tl+T2)(VlT22-V2Tl2) +
2(Ti2 + TiT2 + T22)(V2Ti-ViT2) }/K D = -[(Xl-VlTl)T22(3Tl-T2) + (X2-V2T2)Tl2(Tl-3T2) + 2(Vi-V2)T12T22]/K K = -(Ti-T2)3(3) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 16 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) . --線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 477921 Α7 Β7 五、發明説明（15) 反之，長尺寸時，速度以2次方曲線減少之樣式。 即在圖9以及圖1 0顯示直刀之情形的凸輪曲線式與 凸輪曲線樣式。直刀之情形如圖9 ( a )所示般地，切斷 區間（2)之速度成爲比例於1/c 〇 s 0之樣式外，就 非切斷區間（1 )之凸輪曲線，螺旋刀、直刀成爲完全相 同之凸輪曲線。 接著，就使用如此獲得之速度與位置之凸輪曲線式進 行螺旋刀之電子凸輪控制，繼續依據圖1加以說明。 在進行定週期掃描控制之數位控制器取用由檢測紙或 鐵板等之加工物之行走量用之測長輪1 2來之脈衝，藉由 計數器2 0 a進行累算。此係藉由小脈波產生電路2 4， 將相當於切斷長之脈衝量θ Μ設爲最大値之1循環內之相 位W重複而獲得。將其輸入於圖6也顯示之凸輪曲線之1 循環份之位置樣式產生電路2 7、速度樣式產生電路2 6 ，獲得時時刻刻之位置指令Y r e f 2 9與速度指令。 又，位置指令Y r e f如果1循環終了，藉由相加其 之1循環之位置的最大値（相當於切斷長之伺服馬達3之 旋轉脈衝量），旋轉刀1 1被控制爲連續往同方向旋轉。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •線· 如此，對於被產生之位置指令，依據伺服馬達3之脈 衝產生器4來之脈衝計數値，進行回餽控制，使位置偏差 ε接近0地進行位置控制，實現時時刻刻之電子凸輪控制 〇 又，速度樣式係在預先紙等之行走速度1 0 〇 %之狀 態中，求取圖8或圖1 0之凸輪曲線式放置，實際上，將 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）-18 - 477921 A7 B7 五、發明說明（16) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 藉由微分電路2 2求得之速度正規化所獲得之V (p，u )，乘上由速度樣式產生電路26來之輸出，當成因應實 際之紙等之行走速度之前餽使用，提升追從性。 又，在切斷預先被印刷之紙等之情形，將在印刷之每 一片份被同時印刷之標記（對位標記）藉由標記檢測器 1 4加以檢測，藉由標記補正電路2 8以補正其偏差等。 又，圖8、圖1 0所示之凸輪曲線式雖然係相關於時 間t之式而被求得，但是也可以置換爲紙等之行走量，即 相位0 (脈衝）使用於控制。 設紙等之行走量V t ( m m / s ) ，1循環內之時刻t =t η之紙等之行走量爲x n ( m m )，同樣地，1循環內 之同時刻之脈衝計數量Ρ η (脈衝），脈衝份量爲P w ( m m / p )， Ρ η · P w = V L · t ii P n = V L / P w X t ii =K X t n 但是，K = Vl/Pw 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ，時刻t n可以置換爲由測長輪1 2來之脈衝計數量P n ( 即相位0 )。 然而，在習知方式之控制之情形，如顯示圖2 4之習 知方式之速度樣式與轉矩之圖般地，圖24(a)所示之 非切斷區間之速度樣式爲梯形波形，通常爲了使之滿足循 環時間與取得進入切斷動作爲止之速度之安定時間，如圖 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -19 - 477921 A7 B7 五、發明說明（17) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 2 4 ( b )所示般地，加減速時間被設定爲很短。因此’ 加減速時之必要轉矩之峰値大，易使轉矩之平方平均値 T I* m s變大，特別是在短尺寸時，加減速頻率變高之故 ，T r m s成爲超過1 〇 〇 %。爲了防止此，必須降低線 速度之故，生產性大爲劣化。 即旋轉刀之生產性之重要指標之如圖1 4之顯示對於 切斷長之線速度之關係般地，L V曲線之特性如虛線般地 大爲劣化。 .另一方面，圖1 1係顯示本發明之速度樣式與轉矩圖 ，相對於此，本實施形態之情形，在非切斷區間（1 )之 速度樣式如圖1 1 ( a )所示般地，成爲2次方曲線之故 ，加減速所需要之轉矩如圖1 1 ( b )所示般地，分散於 區間（1 )之全體之故，可以加以改善。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖1 2係本發明之2次函數波形之速度樣式與習知之 梯形之速度樣式之比較圖，在將非切斷區間之同一距離以 如圖1 2 ( a )所示之2次方函數之速度樣式移動之情形 ，與以如圖1 2 ( b )所示之習知型的梯形樣式移動之情 形中，爲了簡略化說明，在2次方函數形態之情形，以t =0至1最大値爲1之2次方函數，只移動其面積S 1 ( 相當於非切斷區間），在此情形之2次方函數之速度式以 下式表示之： N = — 4(t — 0.5)2+1 (4) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）-20- 4//921 A7 B7 五、發明說明（18 ) 加速度α可以微分（4)式獲得。 a = dN/dt=-8 (t— 〇 · 5 5 移動量S 1如（6 )所示般地，將（4 )式由t = 〇 至1積分可以獲得。 【數
S 1=="卜 4 = 2/3 =〇 · 6 6 7 〇 · 5 ) + 1 } d (6) 而且，轉矩之平方平均値如適用（5 )式之加速度之 平方平均値arms ，可以獲得（7)式。 【數2】
8 請 先 閱 讀 背 之 注 意 事 項 再 填
訂 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 間 時 3 圖 2 面 =·方 1 另 形 倩 之 加 設 形 情 之 波 形 άρ 梯 之 Ν 爲 値 大 最 之 度 速 設 移 速1 Win 適 度 尺 1張 一紙 本 釐 公 97 2 X 10 2 /(> 格 規 4 )Α S) Ν (C 準 標 家 A7 ------B7____ 五、發明說明（19 ) S2^(〇.8 + l)xNt/2 由 S 1 = S 2， N t - 〇 . 7 4 Ο 7 (8) 加逮度爲： 〇St<0. 1 時，α = 0.7407/0. 1 = 7 · 4 〇 7 〇·1$ΐ<〇·9 時，α=〇 〇.9$t^l 時，α=-7·407 (9) 又，（9)式含有3個之α。 由（9)式，加速度之平方平均値成爲（1 〇)式。 【數3】 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 a rma = ( 7. 4 0 7 ) 2 x 0 . 1 + (- 7 · 4 0 7 )- 1 =3. 3 12 (10) 藉由以上之計算，在依據2次方函數波形之平方平均 値（7 )式與梯形波之情形之（1 〇 )式中，（7 ) < ( 1〇），2次方函數之a r m s比梯形波者小。 又，在此例中，雖然設梯形波形之加速時間t α = 本紙張尺度刺中關家鮮（CNS)A4規格（21Gx2i公g -- 477921 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
477921 A7 ----- B7 五、發明說明（21 ) 爲了求得（1 3 )式之最小値之t α， 設 da rms/d t«=〇 t a = 1 ^ 3 (14) 因此’最小値成爲（1 5 )式 【數 «=1/3 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項 再 填 本 頁 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 由上述 b )所示般 2.45。 因此， 度樣式設定 之轉矩的平 由此， 形爲了短尺 發明之方式 速度1 0 0 ，可以提升 樣式時之加 效果特別大 (15) ，在0<ta<〇 · 5之範圍內，如圖13 ( 地，在梯形波之情形，成爲：a r m s ^ 此也是（7 ) < ( 1 5 )，不管將梯形波之速 爲哪種之加減速時間，2次方函數之速度樣式 方平均値都比較小。 於圖1 4之L V曲線中，在習知方式之梯形波 寸之情況，雖然必須降低線速度，但是依據本 ，被改善爲即使到相當短之短尺寸，仍可在線 %下加以切斷之故，對於習知之梯形波形方式 生產性。如上述般地，習知之梯形波形之速度 減速時間t a通常被設定爲小的數値之故，此 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）-24 · 477921 A7 B7 五、發明說明（22) 接著，參照圖說明本發明之第2實施形態。 圖1 5爲本發明之第2實施形態之連續式包裝機械之 橫密封機構之控制方塊圖。 圖1 6係顯示圖1 5所示之橫密封機構之槪略構造圖 〇 圖1 7係顯示圖1 6所示之兩面加熱器橫密封機構之 位置關係圖。 圖1 8係顯示圖1 5所示之橫密封機構之凸輪曲線圖 〇 圖1 9係顯示圖1 8所示之凸輪曲線圖之凸輪曲線式 圖。 圖1 5中，4 1爲進行定掃描控制之數位控制器、 4 2爲驅動伺服馬達4 3之伺服驅動器、4 4爲馬達4 3 用之脈衝產生器、4 5爲檢測移送紙、薄膜等之加工品之 線速度之線P G、4 6 a、b爲具有加熱器面，密封密封 面之包裝機械之橫密封機構。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --線· 5 0 a、b爲計數器、5 1爲轉換對伺服驅動器2之 指令値之D/A轉換器、5 2爲微分電路、5 3爲除法器 、5 4爲乘法器、5 5爲產生密封1循環內之相位之小脈 波產生電路、5 6爲相位、5 7爲電子凸輪曲線之速度樣 式產生器、5 8爲相同之位置樣式產生器、5 9爲位置指 令、6 0爲位置控制增益。 接著說明動作。 第2實施形態之如圖1 6所示之連續式縱型包裝機械 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）-25 - 477921 A7 B7 五、發明說明（23) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 之橫密封機構具有：圖1 6 ( a.)之1面加熱器橫密封機 構，與圖1 6 ( b )之兩面加熱器橫密封機構4 6 a、b ，將其以伺服馬達4 3驅動，爲了不停止地將袋狀之薄膜 等進行連續橫密封，將先前之加熱器面成爲圓周之一部份 之橫密封機構左右對稱地配置，周速在與薄膜速度同速之 狀態，左右之加熱器壓住薄膜，實現了規定時間（密封時 間）之橫密封。 又，圖1 7係顯示橫密封機構之兩面加熱器4 6之情 形的.位置關係者，加熱器數原理上被考慮爲3、4 ....... 之複數的情形之故，面數Μ ( Μ = 1、2 .......)考慮爲 一般化者。 --線- 如圖1 7所示般地，在本實施形態係設密封區間之終 了點爲1循環之起點t=〇，產生包含下一循環之密封區 間之開始點之預測之凸輪曲線之連續相關控制之電子凸輪 控制者。 實際上，進行藉由如圖1 8所示之凸輪曲線之控制。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖18 (a)爲速度樣式、圖18 (b)爲位置樣式，區 間（1 )爲非密封區間、區間（2 )爲密封區間。N i爲密 封區間之旋轉速度、n i爲非密封區間之速度、T。爲1循 環時間、t 3爲密封開始時刻、y i爲非密封區間之位置樣 式、y 2爲密封區間之位置樣式、Y i爲密封開始位置。 於此種凸輪曲線之產生方法中，設如圖1 7所示般地 ，橫密封機構之半徑=r ( m m )、製袋數目=N 〇 ( bpm)、袋長=L〇(mm)、同步角度=0〇(° )， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -26 - 477921 p m A7 _____B7 _ 五、發明說明（24) 成爲· 薄膜等之速度 Vl = Nq X L〇/1000 (m/min) 1 循環時間 Te = 60/N。 （sec)
密封開始點之速度N N 1 - 1 Ο 〇 〇 X V l / 設密封區間之時間爲t ο ( s e c )，由密封區間之移動量
N t X 〇 6 0Ν II 6 ο 1 ο 6 3 爲 成 刻 時 始 開 封 密 匕 由 Τ C e s 爲 置 位 轉 旋 之 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Υ 1± Μ ο 6 3 \)/ V 6 Γ 2 /IV 間 區 封 密 之 示 所 8 1-- 圖爲 , 置 此位 因與 ， 度 速 之 構 機 封 密 橫 之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -27 - 477921 A7 B7 ___ 五、發明說明（25) 旋轉速度 112= N 1 (rpm) 旋轉位置 yzMl/M-YO/d-ts) X (t-T〇+l/M (rev) 另一方面，於非密封區間（1 )中，需要滿足：圖 18所示之時刻t=〇之速度Nx (rpm)、位置0 ( rev)、與時刻t = t3之速度Ni(rpm)、位置 Y 1 ( r e v )之曲線式。 劈寸於此，以與第1實施形態相同之順序，如上述實施 形態之圖7所示般地，滿足時刻t二T i時之速度V :、位 置Χι、與時刻t = T2時之速度V2、位置X2之4個邊界 條件之位置的曲線式爲具有4個係數之3次方函數。 因此，同樣設 位置 x = At3 + Bt2 + Ct + D (rev) (1) ，其微分可以獲得速度v之（2 )式。 速度 v 二 3At2 + 2Bt + C (rps) (2) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在上述之（1)式代入（Ti'Xd 、( T 2 ' X 2 ) ，在（2)式代入（Τι、Vi) 、（T2、V2)之4係數 ，以K除之，求解A、B、C、D，可以獲得下述之（3 )式（A、B、C、D)。 28 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 477921 Α7 Β7 五、發明說明（27) 成爲Νι ( —*定）， 袋長 <(周長/M)時，速度以2次方曲線隆起， 袋長 >(周長/Μ )時，速度以2次方曲線減少。 此在本實施形態中可以自動地實現，即使在製袋長條 件變化之情形，也可以藉由控制器4 1求解4元連立方程 式，瞬間獲得新的凸輪曲線（位置樣式、速度樣式），可 以實現追從性高的控制。 接著，就使用如此獲得之速度與位置之凸輪曲線式進 行橫密封機構4 6之電子凸輪控制，繼續依據圖1 5加以 說明。 在進行定週期掃描控制之數位控制器4 1取用由檢測 薄膜、紙等之行走量用之線P G 4 5來之脈衝，藉由計數 器5 0 a進行累算。此係藉由小脈波產生電路5 5，將相 當於袋長之脈衝量0 Μ設爲最大値之1循環內之相位0重 複而獲得。將其輸入於先前之1循環份之位置樣式產生電 路5 8、速度樣式產生電路5 7，獲得時時刻刻之位置指 令Yref59與速度指令。 又，位置指令Y r e f如果1循環終了，藉由相加其 之1循環之位置的最大値（相當於橫密封機構之1 / M r e v之伺服馬達4 3之旋轉脈衝量），橫密封機構 4 6被控制爲連續往同方向旋轉。 如此，對於被產生之位置指令，依據伺服馬達4 3之 脈衝產生器4 4來之脈衝計數値，進行回餽控制，使位置 偏差ε接近0地進行位置控制，實現時時刻刻之電子凸輪 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）-3〇 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂·- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 477921 A7 B7 五、發明說明（28) 控制。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 又，速度樣式係在預先薄膜、紙等之行走速度1 〇 〇 %之狀態中，求取圖1 9之凸輪曲線式放置，實際上，將 藉由微分電路5 2求得之速度V以1 〇 〇%速度V ( 100%)除之所獲得之V (P，U)，乘上由速度樣式 產生電路5 7來之輸出，當成因應實際之薄膜、紙等之行 走速度之前餽使用，提升追從性。 又，圖1 9所示之凸輪曲線式雖然係相關於時間t之 式而被求得，但是也可以置換爲薄膜、紙等之行走量，即 相位0 (脈衝）使用於控制。 設薄膜等之行走量VECmm/s) ，1循環內之時刻 t=tn之薄膜等之行走量爲xn(mm)，同樣地，1循 環內之同時刻之脈衝計數量Ρ η (脈衝），脈衝份量爲 Pw(mm/p)， Ρ η · P w = V L * t η P n = V L / P w X t n —K X t n 但是 ’K==Vl/Pw 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ，時刻t n可以置換爲由測長輪1 2來之脈衝計數量Ρ n ( 即相位19 )。 如此，本實施形態追從性非常高，對於條件變化可以 完全自動對應之故，在習知方式中，將橫密封機構與供給 薄膜等之加工品之驅動軸連結，以一定旋轉速度驅動之故 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -31 - 477921 A7 B7 五、發明說明（29) ，在1面加熱器型中，只可密封相當於圓周長之袋，又， 在1 8 0°對稱型之兩面加熱器之橫密封機構中，只可製 作相當於一半圓周長之袋。在密封其之外之長度的袋上， 必須置換爲半徑不同之橫密封機構之故，在密封圓周或圓 周之1 / 2之長度以外之袋之情形，調整置換時間多，作 業效率降低，在本實施形態中，藉由電子凸輪可以自動迅 速對應全部之袋長之故，大幅降低成本，可以提升生產性 【發明之效果】 如以上說明般地，本發明係一種電子凸輪旋轉刀控制 方法：依據電子凸輪曲線，在全領域組合位置迴路，藉由 利用非切斷區間之位置樣式成爲3次方函數以及速度樣式 成爲2次方函數之電子凸輪曲線，在上述長尺寸切斷時以 及短尺寸切斷時或線速度變化時，藉由相同算術可以自動 對應控制，具有大幅提高其之追從性、提升旋轉刀之控制 效率之效果。 又，本發明係一種旋轉刀控制方法：依據電子凸輪曲 線在全領域組成位置迴路，利用非切斷區間之位置樣式成 爲3次方函數，以及速度樣式成爲2次方函數之電子凸輪 曲線，在短尺寸切斷時比習知者可以更短尺寸的不須做線 速度減速之必要，在維持線速度1 〇 〇 %下，可以進行切 斷之故，成爲在短尺寸切斷時不須減速可以進行切斷，具 有大幅提升生產性之效果。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）-32 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 入一ό. .線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印剩衣 477921 A7 B7 五、發明說明（30) 又，藉由伺服馬達被驅動，在旋轉機構之1循環中之 特定的相位區間，與薄膜、紙等之加工品同步，進行密封 或切斷之工作後，在藉由包含下一循環之工作開始爲止之 預測之連續相關控制方式之位置指令使用3次方函數，在 速度前餽使用2次方函數，加工品之袋長或切斷長無關於 周長/M之大小，可以自動對應獲得最適當之電子凸輪曲 線地構成之故，進行密封、切斷等之工作後，包含下一循 環之密封或切斷開始位置爲止之預測之位置、速度樣式可 以一義地獲得，具有袋長或切斷長不管對於周長/M之大 小關係，皆可以對應之最適當凸輪曲線可以自動獲得之效 果。 【圖面之簡單說明】 圖1係藉由本發明之第1實施形態之電子凸輪式之旋 轉刀之控制方塊圖。 圖2係圖1所示之旋轉刀之槪念圖。 圖3係顯示圖2所示之旋轉刀之種類圖。 圖4係顯示圖2所示之旋轉刀之構造圖。 圖5係顯示圖2所示之旋轉刀與加工物之位置關係圖 〇 圖6係顯示圖1所示之旋轉刀之螺旋刀之凸輪曲線圖 〇 圖7係構成圖6所示之凸輪曲線之函數的說明圖。 圖8係顯示圖6所示之凸輪曲線圖之凸輪曲線式圖。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）-33 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) #: 477921 A7 B7 五、發明說明（31) 圖9係顯示圖1所示之刀爲直刀之凸輪曲線圖。 圖1 0係顯示圖9所示之凸輪曲線圖之凸輪曲線式圖 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 〇 圖1 1係顯示圖6所示之速度樣式與轉矩之關係圖。 圖1 2係圖6所示之2次方函數型速度樣式與習知之 梯形速度樣式之比較圖。 圖1 3係將圖1 2所示之梯形速度樣式一般化之圖。 圖1 4係顯示圖1所示之旋轉刀之LV曲線圖。 圖1 5爲本發明之第2實施形態之連續式包裝機械之 橫密封機構之控制方塊圖。 圖1 6係顯示圖1 5所示之橫密封機構之槪略構造圖 〇 圖1 7係顯示圖1 6所示之兩面加熱器橫密封機構之 位置關係圖。 ;線· 圖1 8係顯示圖1 5所示之橫密封機構之凸輪曲線圖 〇 圖1 9係顯示圖1 8所示之凸輪曲線圖之凸輪曲線式 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖。 圖2 0係習知之運動控制器之控制方塊圖。 圖2 1係圖2 0所示之控制器之速度樣式圖。 圖2 2係習知之電子凸輪控制之方塊圖。 圖2 3係習知之伺服馬達之控制方塊圖。 圖2 4係顯示習知之梯形波速度樣式與轉矩圖。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）· 34 - 477921 A7 __ B7 五、發明說明（32) 【標號之說明】 1、41 :控制器，2、42 :伺服驅動器，3、 43 :伺服馬達，4、44 : PG，1 1 :旋轉刀，12 :測長輪，1 3 :進給輪，1 4 :標記檢測器，2 0、 50 :計數器，21、51 :D/A轉換器，22、52 :微分電路，2 3、5 4 ·•乘法電路，2 4、5 5 :小脈 波產生電路，2 5、5 6 ··相位，2 6、5 7 ··速度樣式 產生器，2 7、5 8 ··位置樣式產生電路，2 8 ··標記補 正電路，2 9、5 9 :位置指令，3 0、6 0 ··位置控制 增益，4 5 ··線P G，4 6 :橫密封機構，5 3 :除法電 路 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 祕· 訂_ · --線_ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）-35 -

Claims (1)

  1. 477921 90.U.20 修正 § 補充 Α8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍+ 第88 1 228 1 0號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 民國90年1 1月修正 1 · 一種電子凸輪式旋轉切刀控制方法，其係一種藉 由伺服馬達被驅動，在長尺寸切斷時與短尺寸切斷時，藉 由依據電子凸輪曲線之不同速度波形被控制之電子凸輪方 式旋轉刀控制方法，其特徵爲： 依據電子凸輪曲線，在全領域組合位置迴路，藉由利 用非切斷區間之位置樣式成爲3次方函數以及速度樣式成 爲2次方函數之電子凸輪曲線，在上述長尺寸切斷時以及 短尺寸切斷時或線速度變化時，藉由相同算術可以自動對 應控制。 2 · —種電子凸輪式旋轉切刀控制方法，其係一種在 長尺寸切斷時與短尺寸切斷時，藉由依據電子凸輪曲線之 不同的速度波形被控制，在短尺寸切斷時減速控制線速度 之電子凸輪方式旋轉刀控制方法，其特徵爲： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 依據電子凸輪曲線在全領域組成位置迴路，藉由利用. 非切斷區間之位置樣式成爲3次方函數，以及速度樣式成 爲2次方函數之電子凸輪曲線，比習知者可以更短尺寸的 不須做線速度減速之必要，在維持線速度1 0 Q %下，可 以進行切斷。 3 ·如申請專利範圍第1項或第2項記載之電子凸輪 式旋轉切刀控制方法，其中螺旋刀之依據凸輪曲線圖之速 度樣式，在切斷區間與線速度相同，非切斷區間在短尺寸 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 477921 脈 11.20 :>ri!韶 .¾ Η i C8 •ΐ' >-.1 D8 六、申請專利範圍 切斷時成爲2次方曲線隆起，長尺寸切斷時以2次方曲線 減少，直刀之速度樣式與上述螺旋刀比較，成爲只有切斷 區間之速度比例於1 / c ◦ s 0之不同的樣式。 4 · 一種電子凸輪曲線產生方法，其特徵爲： 如藉由伺服馬達被驅動之連續式縱型包裝機械之橫密 封機構，或將加工物定尺寸切斷之螺旋刀般地，在旋轉機 構之1循環中之特定的相位區間與加工物同步，進行密封 或切斷之工作後，在藉由包含下一循環之工作開始爲止之 預測之連續相關控制方式之位置指令使用3次方函數，在 速度前餽使用2次方函數，加工品之袋長或切斷長無關於 周長/Μ ( Μ = 1 . 2 .……、密封面數或刀刃數）之大 小，可以自動對應獲得最適當之電子凸輪曲線。 5 .如申請專利範圍第4項記載之電子凸輪曲線產生 方法，其中密封區間或切斷區間之橫密封機構或切斷刀之 旋轉速度η 2以及旋轉位置y 2，在設N i爲開始點之線速 度、設Y i爲切斷開始點之旋轉位置、設t 3爲切斷開始點 之時刻、設T。爲1循環時間，則： n2 = N I (rpm) y2 = (l/M-Y 丨）/(Tc-t3) X (t-Tc)+l/M (rev)，. 非密封區間或非切斷區間之曲線式係成爲具有滿足時 刻Ti、T2時之速度乂！、V2，位置Xi、X2之4個邊 界條件之4個係數之3次方函數，位置X以及微分位置X 本紙張尺度適用中國國家操準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -2 - 477921 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 之速度V係以下式表示 ：AtVBt2 + Ct-fD v二3At2 + 2Bt + C (rev) (rps) 將上述（T i、X i ) 、（ T 2、X 2 )代入式x， 將上述（T^Vi) 、（T2、V2)代入式v，求解 A、B、C、D ’ 將丁卜。、T2 二 t 3、ΧρΟ、X2 =Υι、、V2 = Ni/60 代入，求解 A 、B、C、D， 非密封區間或切斷區間之旋轉速度=n i、旋轉位置= !、密封區間或非切斷區間之旋轉速度=η 2、旋轉位置 y y 2之凸輪曲線式可以獲得如下： Πι= 60(3At +2Bt + C) η 2 = N I (—定） y I二 At3 + Bt2 + Ct + D y2 = (l/M-Y.)/(Tc-t3)X(t-Tc)+l/M (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (rpm) (rpm) (rev) (rev) ° -3- 本紙張尺度適用中國國家棋準（CNS ) A4規格（21 OX297公嫠）
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