WO2019202657A1

WO2019202657A1 - カム曲線の生成方法、カム曲線の生成装置、制御装置、搬送装置、印刷装置、裁断装置および製袋機

Info

Publication number: WO2019202657A1
Application number: PCT/JP2018/015853
Authority: WO
Inventors: 孝公今; 陽太郎藤本
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2018-04-17
Filing date: 2018-04-17
Publication date: 2019-10-24
Also published as: JP6602497B1; CN111971240A; CN111971240B; JPWO2019202657A1

Abstract

電子カム制御における制御の基準となる主軸の回転角度とシート（１）の移動距離との関係を示す電子カム曲線を生成するカム曲線の生成方法において、シート（１）を移動させるとともに、シート（１）の移動中に発生する電子カム制御の割り込み停止処理に基づいてシート（１）を停止させる動作を繰り返し、かつ、繰り返される動作の各ストローク終端における割り込み停止処理が発生する時点を含む定められた期間に、シート（１）を一定の速度で移動させる電子カム曲線を生成する。

Description

カム曲線の生成方法、カム曲線の生成装置、制御装置、搬送装置、印刷装置、裁断装置および製袋機

　本発明は、電子カム曲線を生成するカム曲線の生成方法、カム曲線の生成装置、制御装置、搬送装置、印刷装置、裁断装置および製袋機に関する。

　シャーリング機構を用いたシートの裁断装置といった製袋機または凸版印刷を行う印刷機においては、シート搬送と位置決め動作であるシート停止とを繰り返す必要がある。製袋機または印刷機においては、裁断位置または印刷位置を高精度に制御するために、搬送ローラーをサーボ駆動する。そして、シートに印刷されたマークを基準にしてシート搬送を割込み停止させることで、シートとローラーとの間の滑りによる裁断位置または印刷位置のずれを補正する（例えば、特許文献１参照）。また、シートの搬送ローラーは、電子カム曲線にしたがって電子カム制御により駆動されることも多い。

　裁断中または印刷中はシートを停止させる必要があるため、停止の前後に搬送ローラーは加減速運転を行い、シート上のマークを検出すると、搬送ローラーはシートの搬送を中断して割込み停止させられる。

特開２０１７－２２６１２８号公報

　割込み停止を行うためシート上のマークを検出する場合、シートと搬送ローラーとの間に滑りがあると、マークを検出するまでの搬送ローラーの回転量が変化する。したがって、マークを検出するタイミングがずれることになるので、割込み停止開始時の搬送ローラーの速度がばらついてしまう。この結果、マークの検出タイミングから搬送ローラーが停止するまでのシートの惰走量もばらつくことになるので、最終的な停止位置、すなわち裁断位置または印刷位置にばらつきが発生することになり問題であった。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、割込み停止時のシートの惰走量のばらつきを抑制することができる電子カム曲線を生成するカム曲線の生成方法を得ることを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、電子カム制御における制御の基準となる主軸の回転角度と被加工物の移動距離との関係を示す電子カム曲線を生成するカム曲線の生成方法である。本発明は、被加工物を移動させるとともに、被加工物の移動中に発生する電子カム制御の割り込み停止処理に基づいて被加工物を停止させる動作を繰り返し、かつ、繰り返される動作の各ストローク終端における割り込み停止処理が発生する時点を含む定められた期間に、被加工物を一定の速度で移動させる電子カム曲線を生成する。

　本発明にかかるカム曲線の生成方法は、割込み停止時のシートの惰走量のばらつきを抑制することができる電子カム曲線を生成するという効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかる製袋機の構成を示す図実施の形態１にかかる製袋機の機能構成を示すブロック図実施の形態１にかかる電子カム曲線および速度波形を示す図実施の形態１にかかる製袋機の動作を説明する第１のフローチャート実施の形態１にかかる製袋機の動作を説明する第１のタイミングチャート本発明の実施の形態２にかかる製袋機の動作を説明する第２のフローチャート実施の形態２にかかる製袋機の動作を説明する第２のタイミングチャート実施の形態１および２にかかるカム曲線の生成装置を実現するコンピュータシステムのハードウェア構成を示す図

　以下に、本発明の実施の形態にかかるカム曲線の生成方法、カム曲線の生成装置、制御装置、搬送装置、印刷装置、裁断装置および製袋機を図面に基づいて詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１にかかる製袋機１０の構成を示す図である。製袋機１０は、被加工物であるシート１を搬送する搬送部である搬送ローラー２と、シート１に予め印刷されているマーク４を検出する検出部であるマーク検出器３と、シート１に印刷するスタンプを有する印刷部５と、シート１を裁断する裁断部６と、これらを制御する制御装置１００と、を備える。シート１は袋状のシートが連結部分を介して複数連結された形状である。裁断部６は、シャーリングカッターを用いたシャーリング機構で構成される。搬送ローラー２、マーク検出器３および制御装置１００により搬送装置が構成される。この搬送装置と印刷部５とで印刷装置が構成される。また、この搬送装置と裁断部６とで裁断装置が構成される。印刷部５を含まない裁断装置を製袋機１０とみなしてもかまわない。裁断部６がシート１の連結部分を裁断することにより、複数の袋を製造する。

　制御装置１００は、マーク検出器３がマーク４を検出すると直ちに搬送ローラー２を停止する。そして、シート１が停止した後、制御装置１００は、裁断部６によるシート１の裁断および印刷部５によるシート１の印刷をシート１の停止中に実行する。制御装置１００は、後述する電子カム曲線を用いて電子カム制御によるシート１の移動制御を行う。

　図２は、実施の形態１にかかる製袋機１０の機能構成を示すブロック図である。図２では、制御装置１００の構成を詳細に示すが、シート１は省いてある。制御装置１００は、サーボモータ１２１，１５１，１６１と、サーボアンプ１２２，１５２，１６２と、制御部であるコントローラ２００と、を備える。

　サーボモータ１２１は搬送ローラー２を駆動し、サーボモータ１５１は印刷部５を駆動し、サーボモータ１６１は裁断部６を駆動する。サーボアンプ１２２はサーボモータ１２１を制御し、サーボアンプ１５２はサーボモータ１５１を制御し、サーボアンプ１６２はサーボモータ１６１を制御する。コントローラ２００およびサーボアンプ１２２，１５２，１６２は図２に示すようにデイジーチェーン接続されており、コントローラ２００は、サーボアンプ１２２，１５２，１６２を電子カム制御する。電子カム制御により、搬送ローラー２、印刷部５および裁断部６は、制御の基準となる仮想的な主軸に同期して動作する。電子カム制御において主軸の回転角度と被加工物の移動距離との関係を示しているのが電子カム曲線である。マーク検出器３は、シート１に表示されたマークを検出すると、検出結果をコントローラ２００に出力する。コントローラ２００は、電子カム曲線およびマーク検出器３の検出結果に基づいてサーボアンプ１２２を制御することにより、搬送ローラー２を駆動制御する。同様に、コントローラ２００は、電子カム制御により印刷部５および裁断部６を駆動制御する。コントローラ２００は、カム曲線の生成装置の機能を有しており、コントローラ２００が搬送ローラー２を電子カム制御するための電子カム曲線を生成することができる。また、制御装置１００の外部に存在するパーソナルコンピュータにおいて電子カム曲線が生成されて、コントローラ２００に送られるようにしてもよい。コントローラ２００は、サーボアンプ１２２，１５２，１６２をそれぞれ電子カム制御するモーションコントローラと、モーションコントローラを制御するプログラマブルコントローラとを備えていてもよい。

　コントローラ２００または外部のパーソナルコンピュータは、カム曲線の生成装置として機能する。カム曲線の生成装置は、以下に説明する定寸送り電子カム曲線を生成する。定寸送り電子カム曲線とは、被加工物であるシート１の移動と位置決め停止とを搬送ローラー２が周期的に繰り返す動作を規定する電子カム曲線である。コントローラ２００は、電子カム曲線を用いて搬送ローラー２を制御する。図３は、実施の形態１にかかる電子カム曲線７１および速度波形７２を示す図である。図３のグラフの横軸は共に主軸角度（ｘ）を示し、下のグラフである電子カム曲線７１の縦軸はシート１の移動距離を示すシート移動量（ｙ）であり、速度波形７２の縦軸はシート１の移動速度であるシート速度である。主軸角度は、電子カム制御における制御の基準となる仮想的な主軸の回転角度であり、主軸角度がカムサイクルだけ変化すると１ストロークの処理が完了する。ここでは、簡単のためにカムサイクル＝３６０°とする。製袋機１０においては、１ストロークの処理で１つの袋が裁断されて完成する。ここでは、電子カム曲線は、主軸角度と、被加工物であるシート１の移動距離との関係を示す。シート１の移動距離は搬送ローラー２の回転量に比例するので、電子カム曲線は、主軸角度と、搬送ローラー２の回転量との関係を示しているとも言える。シート移動量を時間微分した値がシート速度であるが、主軸角度の値が時間に比例するとすれば、シート移動量を主軸角度で微分した値をシート速度としてもよい。以下では、主軸角度の値は時間に比例するとして議論する。そして、搬送ローラー２の回転速度はシート速度に対応しており、シート速度に比例した値になっている。図３のストローク終端７３において、シート１が位置決め停止する時点を含んだ定められた期間においてシート速度、すなわち搬送ローラー２の回転速度は一定値になっている。すなわち、図３の電子カム曲線は、上記定められた期間において被加工物であるシート１を一定の速度で移動させる。上記定められた期間は、マーク検出器３がマーク４を検出して、制御装置１００のコントローラ２００に電子カム制御の割り込み停止処理が発生する時点を含むようにする。後述するように、電子カム制御の割り込み停止処理が発生すると被加工物であるシート１が停止し、以下、シート１の移動および停止の動作が繰り返されることになる。そして、上記定められた期間を設定するために、シート１に予め印刷されているマーク４の位置に基づいてシート１の移動距離の変動幅を見積もることにより、マーク検出器３がマーク４を確実に検出することができる主軸角度の値の範囲を求めておく。そして、当該範囲に対応する期間が含まれるように上記定められた期間を設定すればよい。

　図３において、１ストロークの処理でのシート移動量である搬送ストロークをＳとし、ストローク終端７３で位置決めのために低速になったシート速度であるクリープ速度をＶｃとする。そして、シート速度がクリープ速度Ｖｃになるまでのシート１の移動距離をＳ１とし、シート速度がクリープ速度Ｖｃになったときの主軸角度をＬ１とする。したがって、シート１の移動距離がＳ１を超える範囲、すなわち、主軸角度がＬ１を超える範囲において、電子カム制御の割り込み停止処理が発生するように、Ｌ１およびＳ１は設定される。

　電子カム曲線は、カム出力であるシート移動量（ｙ）をカム入力である主軸角度（ｘ）の多項式で表現した次数ｎの曲線であり、以下の数式（１）で表現される。ここで、Ａ₀，Ａ₁，…，Ａ_nは係数である。

　数式（１）で示された電子カム曲線の傾きは、以下の数式（２）で表現される。

　上で述べたように、シート速度がクリープ速度Ｖｃに切り替わる点の（ｘ,ｙ）座標は（Ｌ１,Ｓ１）になるので、これを境界条件として数式（１）に代入すると、以下の数式（３）を得る。

　また、主軸角度がＬ１のときにシート速度がクリープ速度Ｖｃになるという条件を数式（２）に代入すると、以下の数式（４）を得る。

　コントローラ２００または外部のパーソナルコンピュータは、連立方程式となる数式（３）および（４）に、搬送ストロークがＳになるという条件、さらにはシート速度の初期加速度の条件なども加えて解くことにより、係数Ａ₀，Ａ₁，…，Ａ_nを求めることができる。ここで、係数の数ｎは与えられた条件の数の制約を受ける。このようにして求められた係数Ａ₀，Ａ₁，…，Ａ_nが与えられることより、コントローラ２００は、ストローク終端７３のシート速度が目標値である一定のクリープ速度Ｖｃを維持する数式（１）で示された電子カム曲線を得る。

　図４は、実施の形態１にかかる製袋機１０の動作を説明する第１のフローチャートである。図５は、実施の形態１にかかる製袋機１０の動作を説明する第１のタイミングチャートである。図５の横軸は主軸角度であり、縦軸は搬送ローラー速度になっている。搬送ローラー速度は、シート速度に比例する搬送ローラー２の回転速度である。

　制御装置１００のコントローラ２００は、上記のようにして得られた電子カム曲線に従って、搬送ローラー２を制御して駆動させて、シート１の搬送を開始する（ステップＳ１１）。そして、マーク検出器３がマーク４を検出する（ステップＳ１２）と、コントローラ２００に割り込み停止処理が発生する（ステップＳ１３）。コントローラ２００に割り込み停止処理が発生すると、一定の惰走時間Ｔを経た後に搬送ローラー２が停止してシート１の搬送が停止する（ステップＳ１４）。ここで、上記電子カム曲線に従えば、ストローク終端７３の搬送ローラー速度は、シート速度がクリープ速度Ｖｃとなるように惰走時間Ｔにおいて一定値となるようにコントローラ２００に制御される。その結果、マーク４の検出タイミングがばらついたとしても、割り込み停止処理後の惰走時間Ｔの間のシート１の惰走量は一定量となりばらつかない。

　ステップＳ１４でシート１の搬送が停止した後、コントローラ２００は、定められた主軸角度において裁断部６にカッター動作を開始させる（ステップＳ１５）。なお、マーク４の検出が無くても搬送ローラー２は予め定められた主軸角度の値で停止するように定められている。したがって、シート１の搬送が確実に停止した後に裁断部６のカッター動作が開始するような主軸角度を予め定めておくことが可能であり、ステップＳ１５では、当該主軸角度でカッター動作が開始する。裁断部６のシャーリングカッターのカッター位置がカッター閉鎖位置以下に下がっている状態が、シャーリングカッターが閉鎖した状態である。裁断部６のシャーリングカッターが閉鎖すると（ステップＳ１６）、シート１に切り込みが発生し、図５の矩形波形で示した予め定められた期間がカッター閉鎖期間となる。カッター閉鎖期間が終了するとシャーリングカッターは上昇し、サーボモータ１６１のエンコーダの値からコントローラ２００はシャーリングカッターの開放を確認する（ステップＳ１７）。シャーリングカッターが全開の状態から閉鎖するまでには時間を要するので、ステップＳ１４で搬送ローラー２が停止してシート１の搬送が停止してからステップＳ１６でシャーリングカッターが閉鎖するまでは、シート搬送も裁断も行われていないデッドタイムになる。また、印刷部５によるシート１の印刷は、上記カッター閉鎖期間に行われればよいので、印刷部５の動作の説明は省いた。

実施の形態２．
　本発明の実施の形態２にかかる製袋機１０の構成は図１と同じであり、製袋機１０の機能構成も図２と同じである。

　図６は、本発明の実施の形態２にかかる製袋機１０の動作を説明する第２のフローチャートである。図７は、実施の形態２にかかる製袋機１０の動作を説明する第２のタイミングチャートである。図７の横軸は主軸角度であり、縦軸は搬送ローラー速度になっている。

　製袋機１０のようなシャーリングカッターを持つ裁断部６では、カッターが閉じるまでに、シート１の搬送が完了してカッターが閉じる時点でシート１が停止していればよい。したがって、シャーリングカッターの動作を実施の形態１よりも早めれば、デッドタイムをさらに短縮することが可能である。実施の形態２でコントローラ２００が搬送ローラー２を制御するために使用する電子カム曲線は実施の形態１の電子カム曲線と同じであるが、裁断部６の動作タイミングを実施の形態１より早める。

　制御装置１００のコントローラ２００は、実施の形態１で説明したようにして得られた電子カム曲線に従って、搬送ローラー２を制御して駆動させて、シート１の搬送を開始する（ステップＳ１１）。そして、コントローラ２００は、定められた主軸角度において裁断部６にカッター動作を開始させる（ステップＳ１５）。実施の形態１でも述べたように、マーク４の検出が無くても搬送ローラー２は予め定められた主軸角度の値で停止するように定められている。そして、カッター動作が開始してから閉鎖した状態になるまでにかかる時間も予めわかっている。したがって、カッターが閉じる時点でシート１が確実に停止している範囲ならば、カッター動作の開始を実施の形態１よりも前倒ししてシート１の搬送が停止する前にすることができる。具体的には、ステップＳ１５でカッター動作が開始する主軸角度を、搬送ローラー２が停止する主軸角度からカッターの動作開始から閉鎖までに要する主軸角度の変化を引いた角度より大きい角度に設定すればよい。

　そして、マーク検出器３がマーク４を検出する（ステップＳ１２）と、コントローラ２００に割り込み停止処理が発生する（ステップＳ１３）。コントローラ２００に割り込み停止処理が発生すると、一定の惰走時間Ｔを経た後に搬送ローラー２が停止してシート１の搬送が停止する（ステップＳ１４）。ここで、上記電子カム曲線に従えば、ストローク終端７３の搬送ローラー速度は、シート速度がクリープ速度Ｖｃとなるように惰走時間Ｔにおいて一定値となるようにコントローラ２００に制御される。その結果、惰走時間Ｔの間のシート１の惰走量は一定量となりばらつかない。

　ステップＳ１４でシート１の搬送が停止した後、シート１の停止中に裁断部６のシャーリングカッターが閉鎖し（ステップＳ１６）、シート１に切り込みが発生して裁断が行われ、図７の矩形波形で示した予め定められた期間がカッター閉鎖期間となる。カッター閉鎖期間が終了するとシャーリングカッターは上昇し、サーボモータ１６１のエンコーダの値からコントローラ２００はシャーリングカッターの開放を確認する（ステップＳ１７）。なお、状況によりステップＳ１５とＳ１２の順番は入れ替わってもかまわない。

　実施の形態２においては、カッター動作の開始を実施の形態１よりも前倒しすることにより、ステップＳ１４でシート１の搬送が停止してからステップＳ１６でシャーリングカッターが閉鎖するまでのデッドタイムを、実施の形態１より短縮することができる。これにより、１ストロークの処理にかかる時間、すなわちタクトタイムの短縮が可能となる。

　上記のようにしてタクトタイムを短縮する場合であっても、コントローラ２００または外部のパーソナルコンピュータは、ストローク終端７３の搬送ローラー速度が一定速度となる定寸送り電子カムパターンを生成すればよい。したがって、袋の生産速度を高めるために裁断または印刷等の加工周期であるタクトタイムを短縮した場合であっても、シート１の惰走量をばらつかせないで一定量に維持することができるので、高い寸法精度で袋を生産することが可能となる。

　なお、印刷部５は被加工物であるシート１の停止中にシート１にシール動作を行うシール部に置き換えられてもかまわない。この場合、搬送ローラー２、マーク検出器３、制御装置１００およびシール部により印刷装置が構成される。また、上記説明では、搬送部を搬送ローラー２で説明したが、搬送部が被加工物をつまんで引っ張るクリップ搬送を搬送形態として採用してもかまわない。

　実施の形態１および２において電子カム曲線を生成するカム曲線の生成装置として機能するコントローラ２００またはパーソナルコンピュータはコンピュータシステムにより実現される。図８は、実施の形態１および２にかかるカム曲線の生成装置を実現するコンピュータシステムのハードウェア構成を示す図である。図８のコンピュータシステムは、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）２０１、メモリ２０２、記憶装置２０３、表示装置２０４、入力装置２０５および通信インタフェース２０６などがバス３００を介して接続された構成を有する。コントローラ２００またはパーソナルコンピュータが行うカム曲線の生成方法の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアは、プログラムとして記述されて記憶装置２０３に格納される。ＣＰＵ２０１は、記憶装置２０３に記憶されたソフトウェアまたはファームウェアをメモリ２０２に読み出して実行することにより、カム曲線の生成装置の機能を実現する。すなわち、コンピュータシステムは、カム曲線の生成装置の機能がＣＰＵ２０１により実行されるときに、実施の形態１および２にかかるカム曲線の生成方法を実施するステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するための記憶装置２０３を備える。また、これらのプログラムは、カム曲線の生成装置の機能が実現する処理をコンピュータに実行させるものであるともいえる。メモリ２０２は、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）といった揮発性の記憶領域が該当する。記憶装置２０３は、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、フラッシュメモリといった不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスクが該当する。表示装置２０４の具体例は、モニタ、ディスプレイである。入力装置２０５の具体例は、キーボード、マウス、タッチパネルである。通信インタフェース２０６は、外部機器との間で通信を行う。

　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

　１　シート、２　搬送ローラー、３　マーク検出器、４　マーク、５　印刷部、６　裁断部、１０　製袋機、７１　電子カム曲線、７２　速度波形、７３　ストローク終端、１００　制御装置、１２１，１５１，１６１　サーボモータ、１２２，１５２，１６２　サーボアンプ、２０１　ＣＰＵ、２０２　メモリ、２０３　記憶装置、２０４　表示装置、２０５　入力装置、２０６　通信インタフェース。

Claims

　電子カム制御における制御の基準となる主軸の回転角度と被加工物の移動距離との関係を示す電子カム曲線を生成するカム曲線の生成方法において、
　前記被加工物を移動させるとともに、前記被加工物の移動中に発生する電子カム制御の割り込み停止処理に基づいて前記被加工物を停止させる動作を繰り返し、かつ、繰り返される前記動作の各ストローク終端における前記割り込み停止処理が発生する時点を含む定められた期間に、前記被加工物を一定の速度で移動させる前記電子カム曲線を生成することを特徴とするカム曲線の生成方法。
　電子カム制御における制御の基準となる主軸の回転角度と被加工物の移動距離との関係を示す電子カム曲線を生成するカム曲線の生成装置において、
　前記被加工物を移動させるとともに、前記被加工物の移動中に発生する電子カム制御の割り込み停止処理に基づいて前記被加工物を停止させる動作を繰り返し、かつ、繰り返される前記動作の各ストローク終端における前記割り込み停止処理が発生する時点を含む定められた期間に、前記被加工物を一定の速度で移動させる前記電子カム曲線を生成することを特徴とするカム曲線の生成装置。
　基準となる主軸の回転角度と被加工物の移動距離との関係を示す電子カム曲線を用いて前記被加工物の移動制御を行う制御装置において、
　前記被加工物を移動させるとともに、前記被加工物の移動中に発生する電子カム制御の割り込み停止処理に基づいて前記被加工物を停止させる動作を繰り返し、かつ、繰り返される前記動作の各ストローク終端における前記割り込み停止処理が発生する時点を含む定められた期間に、前記被加工物を一定の速度で移動させる移動制御を行うことを特徴とする制御装置。
　請求項３に記載の制御装置と、
　前記制御装置により前記電子カム曲線に基づいて駆動制御され、前記被加工物を搬送する搬送部と、
　前記被加工物に表示されたマークを検出すると、検出結果を前記制御装置に出力する検出部とを備え、
　前記制御装置は、前記検出結果に基づいて、前記割り込み停止処理を発生することを特徴とする搬送装置。
　請求項４に記載の搬送装置と、
　前記制御装置により、前記電子カム曲線に基づいて駆動制御され、前記被加工物の停止中に当該被加工物に印刷を行なう印刷部と、
　を備えることを特徴とする印刷装置。
　請求項４に記載の搬送装置と、
　前記制御装置により、前記電子カム曲線に基づいて駆動制御され、前記被加工物の停止前に動作を開始するとともに、前記被加工物の停止中に当該被加工物を裁断する裁断部と、
　を備えることを特徴とする裁断装置。
　請求項６に記載の裁断装置を備え、
　前記被加工物は、袋状のシートが連結部分を介して複数連結された形状であり、
　前記裁断部は、前記連結部分を裁断することで、複数の袋を製造することを特徴とする製袋機。