TWI555693B - 張力控制裝置 - Google Patents

Description

張力控制裝置

本發明係關於一種張力控制裝置(tension control device)。本案係基於2014年5月28日在日本提出申請之特願2014-110531號而主張優先權，且將其內容援用於此。

在下述專利文獻1中，已揭示一種使呈帶狀之條帶(web)(工件(work))連續性地行進而搬運的搬運裝置。該搬運裝置係具備：浮動件(floater)，在藉由使用空氣而使條帶浮起之狀態(非接觸狀態)下改變移動方向；致動器(actuator)，使該浮動件朝向與條帶之搬運方向垂直的方向移動；以及壓力感測器，用以偵測條帶與浮動件之間的壓力；且根據壓力感測器之檢測結果而控制致動器，藉此對行進狀態之條帶賦予張力。

〔先前技術文獻〕

〔專利文獻〕

專利文獻1：日本特開2001-286809號公報

可是，在上述習知搬運裝置中，對工件賦予張力的張力賦予技術，係根據工件與浮動件之間的壓力而調節位於與工件之搬運方向垂直之方向的浮動件之位置者，而難以進行高精度的張力控制。由於工件薄型化等的理由而不得不使工件變成比較脆弱的情況下，為了不對工件造成損傷而必須進行高精度(精細)的張力控制。

又，在將工件進行間歇進給(intermittent feed)的情況下，當工件從行進狀態變化成停止狀態、或是從停止狀態變化成行進狀態的狀態變化時就容易對工件施加過度的張力。因此，在比較脆弱之工件的情況下，必須在進行間歇進給時實現更高精度的張力控制，並防止對工件賦予過度的張力。如此，在進行比較脆弱的工件之搬運時，在以往的張力賦予技術中，張力控制之精度並不充分，而較期望可實現更高精度的張力控制。

本發明係有鑑於上述情事而開發完成者，其目的在於實現比以往更高精度的張力控制。

為了達成上述目的，在本發明之第1態樣中，張力控制裝置，係具備：按壓構件，將氣體噴吹於要賦予張力的對象物，藉此以非接觸方式來按壓前述對象物；致動器，可改變前述按壓構件之位置；壓力感測器，用以檢測前述氣體之壓力；間隙感測器(gap sensor)，用以檢測前述對象物自前述按壓構件浮起之浮起量；以及控制部，根 據前述壓力感測器之檢測值及前述間隙感測器之檢測值而控制前述致動器。

本發明之第2態樣，係在上述第1態樣之張力控制裝置中，對象物，為呈帶狀且朝向長邊方向行進的構件；按壓構件係具備導引面，且從導引面將氣體朝向對象物噴吹，該導引面係相對於對象物並沿著與行進方向呈正交的軸周圍彎曲，且具有比對象物之寬度更大的寬度。

本發明之第3態樣，係在上述第2態樣之張力控制裝置中，壓力感測器係隔著導引面而設置於對象物之相反側；間隙感測器係以隔著對象物而與導引面對向之方式所設置。

本發明之第4態樣，係在上述第1態樣至第3態樣中任一態樣之張力控制裝置中，控制部係在壓力感測器之檢測值比預定之壓力臨限值更大的情況、或是間隙感測器之檢測值比預定之間隙臨限值更大的情況下，根據壓力感測器之檢測值而控制致動器，而在壓力感測器之檢測值為預定之壓力臨限值以下的情況、或是間隙感測器之檢測值為預定之間隙臨限值以下的情況下，根據間隙感測器之檢測值而控制致動器。

本發明之第5態樣，係在上述第1態樣至第4態樣中任一態樣之張力控制裝置中，致動器，係使按壓構件直線運動的滾珠螺桿(ball screw)、或是使按壓構件轉動的馬達。

依據本發明，係根據用以檢測氣體之壓力的壓力感測器之檢測值、及用以檢測對象物自按壓構件浮起之浮起量的間隙感測器之檢測值而控制致動器。藉此，能夠實現比以往僅檢測壓力的情況更高精度的張力控制。

1‧‧‧氣動轉桿(按壓構件)

1a‧‧‧導引面

2‧‧‧連結構件

3‧‧‧滾珠螺桿(致動器)

3A‧‧‧馬達(致動器)

4‧‧‧壓力感測器

5‧‧‧間隙感測器

6‧‧‧運算器(控制部)

A1、A2‧‧‧致動器指令

d‧‧‧浮起間隙

P‧‧‧空氣壓力

P1、P2‧‧‧PID操作量

T‧‧‧張力

W‧‧‧帶狀構件(對象物)

第1圖係顯示本發明之一實施形態的張力控制裝置之功能構成的方塊圖。

第2圖係顯示在本發明之一實施形態的張力控制裝置中的帶狀薄片之張力T與空氣壓力及浮起間隙之關係的特性圖。

第3圖係顯示本發明之一實施形態的張力控制裝置之控制動作的第1流程圖。

第4圖係顯示本發明之一實施形態的張力控制裝置之控制動作的第2流程圖。

第5圖係顯示本發明之一實施形態的張力控制裝置之控制動作的第3流程圖。

第6圖係顯示本發明之一實施形態的張力控制裝置之控制動作的第4流程圖。

第7圖係顯示在本發明之一實施形態的張力控制裝置中的致動器之變化例的示意圖。

以下，參照圖式，就本發明之一實施形態加以說明。

如第1圖所示，本實施形態的張力控裝置係具備氣動轉桿(air turn bar)1(按壓構件)、連結構件2、滾珠螺桿3(致動器)、壓力感測器4、間隙感測器5及運算器6(控制部)。

該張力控制裝置，係將呈帶狀且朝向長邊方向行進的構件(帶狀構件W)作為張力賦予的對象物。該帶狀構件W，係由例如樹脂或是玻璃所構成之具有預定寬度的薄型薄片(sheet)，且以朝向與寬度方向正交之長邊方向行進的方式來搬運。

氣動轉桿1係以非接觸方式來按壓如上述之帶狀構件W，藉此將所期望之張力賦予帶狀構件W的按壓構件。亦即，該氣動轉桿1係從對於朝向長邊方向行進的帶狀構件W中部分經彎曲呈圓弧狀的導引面1a噴吹空氣，藉此以非接觸方式來按壓帶狀構件W。上述導引面1a為圓弧面(圓柱面(cylindrical surface))，其係沿著與帶狀構件W之行進方向呈正交的軸周圍彎曲，且具備比帶狀構件W之寬度更大的寬度。

如上述的氣動轉桿1係如圖所示利用導引面1a使帶狀構件W保持為彎曲並折返的狀態。另外，有關氣動轉桿1，亦可將其他氣體(例如氮等的惰性氣體)取代上述空氣而噴吹於帶狀構件W。

連結構件2，係與上述氣動轉桿1連結的預定形狀之構件，且用以將氣動轉桿1連結於滾珠螺桿3。滾珠螺桿3，係可改變氣動轉桿1之位置的致動器。亦即，該滾珠螺桿3係使透過上述連結構件2而連結的氣動轉桿 1直線地移動(直線運動)。一般而言，由於滾珠螺桿係作為致動器已為人所週知所以省略詳細構成，但是滾珠螺桿3係藉由棒狀之公螺紋部轉動，來使透過連結構件2而連結於與公螺紋部嚙合之母螺紋部後的氣動轉桿1予以朝向箭頭所示之方向往復移動(上下移動)。

壓力感測器4係設置於上述氣動轉桿1內、換句話說隔著導引面1a而設置於帶狀構件W之相反側，用以檢測從氣動轉桿1之導引面1a朝向帶狀構件W噴吹的空氣之壓力以作為空氣壓力P。該壓力感測器4係將顯示空氣壓力P的檢測值輸出至運算器6。間隙感測器5係以隔著帶狀構件W而與導引面1a對向之方式所設置，用以檢測帶狀構件W自氣動轉桿1浮起之浮起量、換句話說導引面1a與帶狀構件W之間隙寬度以作為浮起間隙d。該間隙感測器5係將顯示浮起間隙d的檢測值輸出至運算器6。

運算器6，係根據上述顯示空氣壓力P的檢測值及顯示浮起間隙d的檢測值而回授控制(feedback control)滾珠螺桿3的控制部。該運算器6，係根據事先記憶的控制程式而將屬於控制量的空氣壓力P及浮起間隙d進行資訊處理，藉此運算滾珠螺桿3之操作量的軟體控制裝置。

該運算器6係根據例如PID(Proportional Integral Derivative Controller：比例積分微分控制器)控制演算法(control algorithm)而將空氣壓力P及浮起間隙d進行資訊處理，藉此運算PID操作量。又，該運算器6係將上 述PID操作量供應至滾珠螺桿3且調整滾珠螺桿3之位置，藉此回授控制氣動轉桿1賦予帶狀構件W的張力。

接著，參照第2圖及第3圖，針對如上述所構成的張力控制裝置之動作加以詳細說明。

首先，參照第2圖，就氣動轉桿1賦予帶狀構件W的張力T、與空氣壓力P及浮起間隙d之關係加以說明。如該第2圖所示，空氣壓力P係對張力T成正比關係。亦即，空氣壓力P係隨著張力T增大而直線地增大。

相對於此，浮起間隙d係顯示與空氣壓力P相反的變化。亦即，浮起間隙d係隨著張力T增大而非線性地減少。此外，就浮起間隙d之變化的傾向而言，張力T在比較小的區域中變化率(斜率)變大，而張力T在比較大的區域中變化率(斜率)變小。

本實施形態之張力控制裝置，係利用如上述之與張力T相對的空氣壓力P及浮起間隙d之關係來調節滾珠螺桿3之位置，藉此回授控制賦予帶狀構件W的張力。亦即，張力控制裝置係將按照第3圖之流程圖所示之順序而產生的致動器指令A1或是致動器指令A2輸出至滾珠螺桿3，藉此控制帶狀構件W之張力俾以維持所期望之目標張力(目標值)。

張力控制裝置之運算器6，係以預定之時間間隔(time interval)定期地擷取：壓力感測器4所輸出的空氣壓力P之檢測值(壓力檢測值)、以及間隙感測器5所輸出的浮起間隙d之檢測值(間隙檢測值)。更具體而言，運 算器6係當擷取壓力檢測值時(步驟S1)，就運算根據該壓力檢測值所得的PID操作量P1(步驟S2)。於是，運算器6係當擷取上述間隙檢測值時(步驟S3)，就運算根據該間隙檢測值所得的PID操作量P2(步驟S4)。

並且，運算器6係判斷壓力檢測值是大於預先記憶於內部的壓力臨限值(步驟S5)。然後，在該判斷之結果為「是」的情況下，就將根據PID操作量P1所得的致動器指令A1輸出至滾珠螺桿3，而在上述判斷之結果為「否」的情況下，就將根據PID操作量P2所得的致動器指令A2輸出至滾珠螺桿3。

在此，如第2圖所示，雖然空氣壓力P之變化率為固定，但是浮起間隙d之變化率將隨著張力增大而變小，且空氣壓力P之變化率和浮起間隙d之變化率，係在特定的空氣壓力P或是浮起間隙d之情形下，大小關係呈反轉。壓力臨限值係相當於空氣壓力P之變化率與浮起間隙d之變化率之大小關係呈反轉的空氣壓力P。

亦即，在壓力檢測值大於壓力臨限值的情況、換句話說空氣壓力P之變化率比浮起間隙d之變化率更大的情況下，PID操作量P1之控制靈敏度係比PID操作量P2之控制靈敏度更高。相對於此，在壓力檢測值為壓力臨限值以下的情況、換句話說浮起間隙d之變化率為空氣壓力P之變化率以上的情況下，PID操作量P2之控制靈敏度係比PID操作量P1之控制靈敏度更高。

因而，依據本實施形態之張力控制裝置，則 是將根據PID操作量所得的致動器指令輸出至滾珠螺桿3，該PID操作量係根據PID操作量P1所得的致動器指令A1及根據PID操作量P2所得的致動器指令A2當中控制靈敏度較高者。藉此，可以實現比以往更高精度的張力控制。

又，依據本實施形態之張力控制裝置，則由於是藉由以擇一之方式選擇預先運算的PID操作量P1及PID操作量P2來產生致動器指令A1或是致動器指令A2並輸出至滾珠螺桿3，所以能夠迅速地控制滾珠螺桿3。藉此，可以實現比以往更高精度的張力控制。

又，依據本實施形態之張力控制裝置，則具備具有導引面1a的氣動轉桿1，該導引面1a係沿著與帶狀構件W之行進方向呈正交的軸周圍彎曲，且具有比帶狀構件W之寬度更大寬度。藉此，能夠對帶狀構件W賦予穩定的張力。

又，依據本實施形態之張力控制裝置，則具備有：壓力感測器4，係隔著導引面1a而設置於帶狀構件W之相反側；以及間隙感測器5，係以隔著帶狀構件W而與導引面1a對向之方式所設置。藉此，能夠正確地檢測空氣壓力P及浮起間隙d。

又，依據本實施形態之張力控制裝置，則是採用滾珠螺桿3作為致動器。藉此，可以提高耐久性優異的張力控制裝置。

另外，本發明並非被限定於上述實施形態，而可考慮例如如下的變化例。

(1)在上述實施形態中，雖然已說明第3圖之流程圖所示的順序作為運算器6之控制處理之一例，但是本發明並未被限定於此。例如運算器6亦可執行第4圖之流程圖所示的步驟S5a來取代第3圖之步驟S5。亦即，亦可將間隙檢測值與間隙臨限值做比較，取代將壓力檢測值與壓力臨限值做比較。

該情況下的間隙臨限值，係相當於空氣壓力P之變化率與浮起間隙d之變化率之大小關係呈反轉的浮起間隙d。即便是藉由如上述之第4圖之控制處理，亦能與第3圖之控制處理同樣，將根據PID操作量所得的致動器指令輸出至滾珠螺桿3，該PID操作量係根據PID操作量P1所得的致動器指令A1及根據PID操作量P2所得的致動器指令A2當中控制靈敏度較高者。藉此，可以實現比以往更高精度的張力控制。

(2)又，有關運算器6之控制處理，亦可將第3圖之流程圖所示的步驟S1至S7之順序替換成如第5圖之流程圖所示之方式。亦即，亦可不將步驟S2、S4當作步驟S5之前處理來執行，而是當作步驟S5之後處理來執行。

(3)又，有關運算器6之控制處理，亦可將第3圖之流程圖所示的步驟S1至S7之順序替換成如第6圖之流程圖所示之方式。亦即，亦可不將步驟S3、S4當作步驟S5之前處理來執行，而是當作步驟S5之後處理來執行。

另外，本發明除了使用習知以來所使用的壓力感測器以外，也還使用間隙感測器來控制致動器，藉此 高精度地調整按壓構件賦予對象物的張力。因而，壓力感測器之檢測值和間隙感測器之檢測值的利用形態，並非被限定於第3圖至第6圖之流程圖。

(4)雖然在上述實施形態中已使用滾珠螺桿3作為致動器，但是本發明並非被限定於此。例如第7圖所示，亦可使用使氣動轉桿1繞旋轉軸周圍轉動(旋轉運動)的馬達3A作為致動器。就該馬達3A而言，較佳為能夠高精度地設定氣動轉桿1之位置的伺服馬達。另外，有關致動器，並未被限定於滾珠螺桿3或馬達3A，而是能夠採用既有的各種致動器。

〔產業上之可利用性〕

依據本發明，係根據用以檢測氣體之壓力的壓力感測器之檢測值、及用以檢測對象物自按壓構件浮起之浮起量的間隙感測器之檢測值而控制致動器。藉此，能夠實現比以往僅檢測壓力的情況更高精度之張力控制。

1‧‧‧氣動轉桿(按壓構件)

1a‧‧‧導引面

2‧‧‧連結構件

3‧‧‧滾珠螺桿(致動器)

4‧‧‧壓力感測器

5‧‧‧間隙感測器

6‧‧‧運算器(控制部)

W‧‧‧帶狀構件(對象物)

Claims (4)

1. 一種張力控制裝置，係具備：按壓構件，將氣體噴吹於賦予張力的對象物，藉此以非接觸方式來按壓前述對象物；致動器，可改變前述按壓構件之位置；壓力感測器，用以檢測前述氣體之壓力；間隙感測器，用以檢測前述對象物自前述按壓構件浮起之浮起量；以及控制部，根據前述壓力感測器之檢測值及前述間隙感測器之檢測值而控制前述致動器；前述控制部係在前述壓力感測器之檢測值比預定之壓力臨限值更大的情況、或是前述間隙感測器之檢測值比預定之間隙臨限值更大的情況下，根據前述壓力感測器之檢測值而控制前述致動器，而在前述壓力感測器之檢測值為預定之壓力臨限值以下的情況、或是前述間隙感測器之檢測值為預定之間隙臨限值以下的情況下，根據前述間隙感測器之檢測值而控制前述致動器。
2. 如申請專利範圍第1項所述之張力控制裝置，其中，前述對象物，為呈帶狀且朝向長邊方向行進的構件；前述按壓構件係具備導引面，且從前述導引面將前述氣體朝向前述對象物噴吹，該導引面係相對於前述對象物並沿著與行進方向呈正交的軸周圍彎曲，且具有比前述對象物之寬度更大的寬度。
3. 如申請專利範圍第2項所述之張力控制裝置，其中，前述壓力感測器係隔著前述導引面而設置於前述對象物之相反側；前述間隙感測器係以隔著前述對象物而與前述導引面對向之方式所設置。
4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之張力控制裝置，其中，前述致動器，係使前述按壓構件直線運動的滾珠螺桿、或是使前述按壓構件轉動的馬達。