WO2023203616A1 - 張力制御装置および張力制御システム - Google Patents

張力制御装置および張力制御システム Download PDF

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winding
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竜也 塚田
隆志 川西
魁人 石田
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三菱電機株式会社
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    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H23/00—Registering, tensioning, smoothing or guiding webs
    • B65H23/04—Registering, tensioning, smoothing or guiding webs longitudinally
    • B65H23/18—Registering, tensioning, smoothing or guiding webs longitudinally by controlling or regulating the web-advancing mechanism, e.g. mechanism acting on the running web
    • B65H23/195—Registering, tensioning, smoothing or guiding webs longitudinally by controlling or regulating the web-advancing mechanism, e.g. mechanism acting on the running web in winding mechanisms or in connection with winding operations
    • B65H23/198—Registering, tensioning, smoothing or guiding webs longitudinally by controlling or regulating the web-advancing mechanism, e.g. mechanism acting on the running web in winding mechanisms or in connection with winding operations motor-controlled (Controlling electrical drive motors therefor)
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present disclosure has been made in view of the above, and an object of the present disclosure is to obtain a tension control device that can estimate a correction value and perform tension control even when the rotational speed of the winding core cannot be controlled. .
  • a tension control device provides a tension control device that is wound around a winding core, which is a rotating body, when the winding core rotates.
  • a first mechanical loss coefficient estimation unit that estimates a mechanical loss coefficient that changes depending on the winding diameter based on the tension of the object to be released and the winding diameter of the object wound around the winding core; and a mechanical loss coefficient that changes depending on the winding diameter.
  • an arithmetic unit that generates a control command for rotating the winding core by performing correction using the .
  • a diagram showing a configuration example of a tension control system according to Embodiment 1. A diagram showing a configuration example of a tension control device according to Embodiment 1.
  • a diagram showing a configuration example of a tension control system according to Embodiment 3 A diagram showing a configuration example of a tension control device according to Embodiment 3
  • a diagram showing a configuration example of a tension control system according to Embodiment 4 A diagram showing a configuration example of a tension control device according to Embodiment 4
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a tension control system according to a first embodiment.
  • the tension control system includes a tension data output device (tension output section) 1 that outputs data corresponding to tension to the tension control device 100, and a winding diameter data output device (winding diameter data output device) that outputs data corresponding to the winding diameter to the tension control device 100.
  • tension data output device tension output section
  • winding diameter data output device winding diameter data output device
  • the apparatus includes an actuator 7 that drives the actuator 7, an actuator control device 8 that controls the actuator 7, and a tension control device 100 that controls the tension of the web material 5 and estimates and corrects a correction value.
  • the tension control system of the first embodiment continuously unwinds (unwinds) the web material 5 from the winding shaft in the case of an unwinding machine, and continuously winds the web material 5 around the winding shaft in the case of a winding machine. take.
  • the web material 5 is a long material that can be freely deformed, and may be a linear material in addition to a band-like sheet material such as paper or film.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the tension control device according to the first embodiment.
  • the tension control device 100 includes a tension data input section 111 that inputs tension data from outside the tension control device 100, and a winding diameter data input section 112 that inputs winding diameter data from outside the tension control device 100.
  • a winding shaft material mechanical loss coefficient estimation unit (first mechanical loss coefficient estimating unit) 121 that estimates the mechanical loss coefficient of the winding shaft material, which is a correction value
  • a winding shaft which stores the mechanical loss coefficient of the winding shaft material, which is the estimated correction value.
  • a mechanical loss coefficient storage unit 131 for the material a mechanical loss coefficient torque conversion unit 141 for the winding shaft material that converts the mechanical loss coefficient of the winding shaft material into torque units, and a mechanical loss coefficient torque conversion unit 141 that actually performs tension control and outputs commands for the actuator 7 to the actuator control device 8.
  • a tension control calculation section 150 is provided.
  • the tension data is output from the tension data output device 1. Since there are a plurality of methods for the tension data output device 1 to obtain tension data and methods for inputting the tension data to the tension control device 100, there are no restrictions on the method as long as data corresponding to tension can be input to the tension control device 100.
  • tension data in addition to directly measuring tension using a tension detector, data other than tension (position of the dancer, slack of the web material 5, frequency, etc.) or signals (of the winding shaft) can be used.
  • data other than tension position of the dancer, slack of the web material 5, frequency, etc.
  • signals of the winding shaft
  • Examples of methods for inputting tension data into the tension control device 100 include a method of directly inputting the tension data from the tension data output device 1 to the tension control device 100, such as converting the tension data into a voltage value and inputting it. There are two methods: manually inputting the tension data value read by a person from the output directly into the tension control device 100, and directly inputting the tension data value into the tension control device 100 from a tension detector or the like without going through the tension data output device 1. When inputting directly from a tension detector or the like, the tension detector becomes the tension output section.
  • the winding diameter data is output from the winding diameter data output device 2. Since there are multiple methods for the winding diameter data output device 2 to obtain the winding diameter data and input it to the tension control device 100, there is no restriction on the method as long as data corresponding to the winding diameter can be input to the tension control device 100.
  • the first condition is that the torque of the actuator 7 is constant.
  • the actuator control device 8 controls the torque output by the actuator 7, thereby making it possible to satisfy the first condition. Furthermore, in the case of the actuator 7 in which the current that drives the actuator 7 and the torque of the actuator 7 are one-to-one, the first condition can be satisfied by keeping the actuator current constant.
  • the second condition is that the angular acceleration of the winding shaft is 0. Furthermore, if the web material 5 is not extremely thick, the same conditions will be met even if the line speed is constant and the line acceleration is zero.
  • the line speed is proportional to the product of the winding diameter and rotation speed. When the web material 5 is not extremely thick, the change in the winding diameter during the period of acquiring data for estimation is approximately 0, that is, the winding diameter can be regarded as a constant. In this case, since the line speed and rotational speed are proportional, when the line acceleration is 0, the angular acceleration of the winding shaft is 0.
  • the mechanical loss torque “T mr ” that changes depending on the winding diameter can be expressed by the mechanical loss coefficient “X mr ” of the winding shaft material, which is a coefficient of mechanical loss that changes depending on the winding diameter, and the winding diameter “D”, as shown in equation (2). I can do it.
  • the mechanical loss coefficient "X mr " of the winding shaft material is a coefficient determined by the mechanical configuration such as the friction of bearings provided in rotating parts such as the winding shaft, the density of the web material 5, and the web width, and the web material 5.
  • the mechanical loss torque “T mo ” which does not change depending on the winding diameter can be expressed as a mechanical loss coefficient “X mo ” of the machine, which is a mechanical loss coefficient which does not change depending on the winding diameter, as shown in equation (3).
  • the mechanical loss coefficient "X mo " of a machine is a coefficient determined by the machine configuration such as gear drive loss and bearing friction.
  • the inertia torque “T lr ” which changes depending on the winding diameter is calculated by the equation (4), where the moment of inertia coefficient “X lr ” of the winding shaft material, which is the moment of inertia coefficient which changes depending on the winding diameter, the winding diameter “D” and the winding shaft. It can be expressed by the angular acceleration " ⁇ ".
  • the moment of inertia coefficient "X lr " of the winding shaft material is a coefficient determined by the web material 5 such as the density of the web material 5 and the web width.
  • the inertia torque “T lo ” which does not change depending on the winding diameter is expressed by the equation (5), which is the moment of inertia coefficient “X lo ” of the winding shaft material, which is a moment of inertia coefficient which does not change depending on the winding diameter, and the angular acceleration “ ⁇ ” of the winding shaft. It can be expressed as The moment of inertia coefficient "X lo " of the material of the winding shaft is a coefficient determined by the mechanical configuration such as the moment of inertia of the gear and actuator 7, and the weight of the core of the winding shaft.
  • equation (6) By substituting equations (2) to (5) into equation (1), it can be expressed as equation (6).
  • the mechanical loss coefficient "X mr " of the winding shaft material is estimated by inputting the mechanical loss coefficient "X mr” of the winding shaft material and calculating the formula (7) in the winding shaft material mechanical loss coefficient estimating unit 121.
  • the estimated mechanical loss coefficient "X mr " of the winding shaft material is stored in the mechanical loss coefficient storage section 131 of the winding shaft material.
  • the tension control calculation unit 150 performs calculations to control the tension of the web material 5, and outputs a corrected actuator control command to the actuator control device 8 by adding or subtracting the torque correction value to the calculated value.
  • the actuator control command may be any command as long as it is possible to correct the torque.
  • the actuator control command may be any command as long as it is possible to correct the torque.
  • the torque correction value into a current using the torque vs. current characteristic of the actuator 7 of the winding shaft, and then set the current command. If the tension is controlled by the rotational speed difference between the winding shaft and the drive shaft in the front and rear stages (the rear stage in the case of the unwinding shaft, the front stage in the case of the winding shaft), the torque correction amount is calculated as the rotation speed.
  • Actuator control device 8 controls actuator 7 based on the received actuator control command.
  • the actuator 7 is connected directly to the winding shaft or indirectly through gears, belts, etc., and by driving the winding shaft, it is possible to control the tension of the web material 5 while correcting it.
  • the winding diameter changes, so by inputting the winding diameter data from the winding diameter data output device 2 to the tension control device 100 in accordance with the change in the winding diameter, it is possible to adjust the winding diameter to the tension control device 100. It becomes possible to make corrections.
  • the mechanical loss correction value of the winding shaft material suitable for the unwinding/winding machine can be theoretically calculated from the design drawing, material usage, etc. In order to adjust the deviation from the value, there is no need for the adjuster to repeatedly change the correction value and perform trial runs, and the number of man-hours required for adjustment can be reduced.
  • the calculated correction value may be affected by factors such as manufacturing errors such as deviation from the theoretical value of the device, or by adjustment personnel. Human factors such as individual differences and incorrect settings can be eliminated. Further, by performing the correction based on the estimated mechanical loss coefficient of the winding shaft material, it is possible to suppress tension fluctuations due to mechanical loss of the winding shaft material during actual tension control.
  • the first condition when estimating the mechanical loss coefficient of the winding shaft material is that the torque of the actuator 7 is constant, and it is only necessary that the torque of the actuator 7 can be corrected when correcting the mechanical loss of the winding shaft material. Therefore, tension control can be performed even with the actuator 7 whose rotational speed cannot be controlled.
  • the actuator that can be applied to the first embodiment can be applied not only to the actuator 7 dedicated to rotational speed control but also to the actuator 7 dedicated to torque control, so that it can be applied to various tension control systems. Become.
  • the actuator 7 is capable of switching between rotational speed control and torque control, it is possible to adapt to a wider range of tension control systems by switching the control method of the actuator 7 between estimation and correction.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a tension control system according to the second embodiment.
  • the tension control system of the second embodiment includes, in addition to the first embodiment, an angular acceleration data output device (angular acceleration output unit) 3 that outputs data corresponding to angular acceleration to the tension control device 100.
  • angular acceleration data output device angular acceleration output unit
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of a tension control device according to a second embodiment.
  • the tension control device 100 includes an angular acceleration data input section 114 that inputs angular acceleration data from outside the tension control device 100, and an inertia of the winding shaft material that is a correction value.
  • the method of outputting tension data and winding diameter data is the same as in the first embodiment.
  • the angular acceleration data is output from the angular acceleration data output device 3. Since there are multiple methods for the angular acceleration data output device 3 to obtain angular acceleration data and input it to the tension control device 100, there is no problem with any method as long as data corresponding to the angular acceleration can be input to the tension control device 100.
  • a method of inputting angular acceleration data in addition to a method of directly inputting the angular acceleration data to the tension control device 100 from the angular acceleration data output device 3, such as converting the angular acceleration data into a voltage value and inputting it, there are also methods of inputting the angular acceleration data There are a method in which a person manually inputs the angular acceleration data value read from the output directly into the tension control device 100, a method in which a person directly inputs the angular acceleration data value into the tension control device 100 without going through the angular acceleration data output device 3 from an angular acceleration sensor, etc. .
  • the second condition is that the angular acceleration of the winding shaft is constant other than 0, and the value of the angular acceleration when acquiring the tension data and the winding diameter data for two points is the same. Further, if the web material 5 is not extremely thick, the second condition can be satisfied even if the line acceleration is constant other than 0.
  • the line speed is proportional to the product of the winding diameter and rotation speed. When the web material 5 is not extremely thick, the change in the winding diameter during the period of acquiring data for estimation is approximately 0, that is, the winding diameter can be regarded as a constant. In this case, since the line speed and rotational speed are proportional, the second condition that the angular acceleration of the winding shaft is a constant value other than zero can be satisfied when the line acceleration is constant other than zero.
  • the angular acceleration " ⁇ " of the winding shaft can be expressed as in equation (8) from the line acceleration "a" and the winding diameter "D".
  • the first condition is that the torque of the actuator 7 is constant. This is possible because the actuator control device 8 controls the torque output by the actuator 7. Furthermore, in the case of the actuator 7 in which the current that drives the actuator 7 and the torque of the actuator 7 are one-to-one, the first condition can be satisfied by keeping the actuator current constant.
  • the mechanical loss coefficient torque conversion unit 141 of the winding shaft material calculates the mechanical loss coefficient “X mr '' and the winding diameter data inputted from the winding diameter data input section 112, a correction value for the mechanical loss of the winding shaft material in units of torque is calculated.
  • the actuator control command may be any command as long as it can correct the torque.
  • the first condition when estimating various coefficients is that the torque of the actuator 7 is constant, and it is sufficient that the torque of the actuator 7 can be corrected at the time of correction.
  • Tension control can be performed even with the actuator 7 whose rotational speed cannot be controlled.
  • the actuator that can be applied to the second embodiment can be applied not only to the actuator 7 dedicated to rotational speed control but also to the actuator 7 dedicated to torque control, making it possible to apply it to various tension control systems. Become.
  • the actuator 7 is capable of switching between rotational speed control and torque control, it is possible to adapt to a wider range of tension control systems by switching the control method of the actuator 7 between estimation and correction.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a tension control system according to the third embodiment.
  • the tension control system of the third embodiment includes, in addition to the first embodiment, a torque data output device (torque output unit) 4 that outputs data corresponding to torque to the tension control device 100.
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of a tension control device according to the third embodiment.
  • the tension control device 100 includes a torque data input unit 113 that inputs torque data from outside the tension control device 100, and estimates a mechanical loss coefficient of the machine as a correction value.
  • a mechanical loss coefficient torque conversion unit 142 is provided.
  • the method of inputting torque data in addition to a method of inputting the torque data directly from the torque data output device 4 to the tension control device 100, such as converting the torque data into a voltage value and inputting it, there is also a method of inputting the torque data directly from the torque data output device 4 to the tension control device 100.
  • a method of manually inputting the read torque data value directly into the tension control device 100 a method of directly inputting the read torque data value into the tension control device 100 without going through the torque data output device 4 from a torque sensor, etc.
  • a machine inertia moment coefficient storage unit 134 stores the machine inertia moment coefficient, which is the estimated correction value, and converts the inertia moment coefficient of the winding shaft material into a torque unit. It includes a moment of inertia coefficient/torque conversion unit 143 for the winding shaft material, and a moment of inertia coefficient/torque conversion unit 144 for the winding machine that converts the moment of inertia coefficient of the machine into units of torque.
  • the tension data, winding diameter data, torque data, and angular adjustment data are used until the solutions for the two variables (moment of inertia coefficient X lr of the winding shaft material, moment of inertia coefficient X lo of the machine) are found. Obtain additional values, repeat creating the equation, and find the solution.
  • the estimated moment of inertia coefficient X lr of the winding shaft material is stored in the winding shaft material moment of inertia coefficient storage section 133, and the machine's moment of inertia coefficient X lo is stored in the machine moment of inertia coefficient storage section 134.
  • the machine mechanical loss coefficient torque conversion unit 142 uses equation (3) to calculate the mechanical loss correction value of the machine in torque units using the machine mechanical loss coefficient “X mo ” stored in the machine mechanical loss coefficient storage unit 132. Calculated.
  • the moment of inertia coefficient of the winding shaft material torque conversion unit 143 calculates the moment of inertia coefficient “X lr ” of the winding shaft material stored in the moment of inertia coefficient storage unit 133 of the winding shaft material and the winding diameter using equation (4). Based on the winding diameter data input from the data input section 112 and the angular acceleration data input from the angular acceleration data input section 114, a correction value for the moment of inertia of the winding shaft material in units of torque is calculated.
  • the machine moment of inertia coefficient torque conversion unit 144 inputs the machine inertia moment coefficient “X lo ” stored in the machine inertia coefficient storage unit 134 and the angular acceleration data input unit 114 using equation (5). Based on the angular acceleration data obtained, a correction value for the moment of inertia of the machine in units of torque is calculated.
  • the tension control calculation unit 150 performs calculations to control the tension of the web material 5, and generates a torque correction value that is the calculated value combined with the mechanical loss of the winding shaft material, the mechanical loss of the machine, the moment of inertia of the winding shaft material, and the moment of inertia of the machine.
  • the actuator control command corrected by adding or subtracting the amount is output to the actuator control device 8.
  • the actuator control command may be any command as long as it can correct the torque.
  • Actuator control device 8 controls actuator 7 based on the received actuator control command.
  • the actuator 7 is connected directly to the winding shaft or indirectly through gears, belts, etc., and by driving the winding shaft, it is possible to control the tension of the web material 5 while correcting it.
  • the winding diameter and angular acceleration change, so the winding diameter data is sent from the winding diameter data output device 2 to the tension control device 100 according to the changes in the winding diameter and angular acceleration.
  • angular acceleration data By inputting angular acceleration data from the data output device, corrections can be made in accordance with the winding diameter and angular acceleration.
  • the tension control system in addition to the mechanical loss of the winding shaft material and the mechanical loss of the machine, the moment of inertia of the winding shaft material and the moment of inertia of the machine can be estimated and corrected. As a result, tension fluctuations can be further suppressed compared to the third embodiment since the number of elements to be estimated and corrected increases.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the tension control device according to the first to fourth embodiments.
  • the tension control device 100 includes a processor 101 that executes various processes, and a memory 102 that stores information. Processor 101 and memory 102 can exchange information with each other via bus 103.
  • the processor 101 reads and executes the program stored in the memory 102, thereby estimating the mechanical loss coefficient of the winding shaft material 121, the mechanical loss coefficient estimation part 122 of the machine, the moment of inertia coefficient estimation part 123 of the winding shaft material, and the mechanical loss coefficient estimation section 122 of the machine.
  • the processor 101 is, for example, an example of a processing circuit, and is one of a CPU (Central Processing Unit), a DSP (Digital Signal Processor), and a system LSI (Large Scale Integration). Including the above.
  • CPU Central Processing Unit
  • DSP Digital Signal Processor
  • LSI Large Scale Integration
  • the memory 102 includes RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), and E One or more of EPROM (registered trademark) (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) include. Furthermore, the memory 102 includes a recording medium in which a computer-readable program is recorded. Such recording media include one or more of nonvolatile or volatile semiconductor memory, magnetic disk, flexible memory, optical disk, compact disk, and DVD (Digital Versatile Disc). Note that the processing units 12 and 43 may include integrated circuits such as ASIC (Application Specific Integrated Circuit) and FPGA (Field Programmable Gate Array).
  • ASIC Application Specific Integrated Circuit
  • FPGA Field Programmable Gate Array

Landscapes

  • Controlling Rewinding, Feeding, Winding, Or Abnormalities Of Webs (AREA)
  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Tension Adjustment In Filamentary Materials (AREA)

Abstract

張力制御装置（１００）は、回転体であるローラーシャフト（６）が回転するときの、ローラーシャフト（６）に巻かれてローラーシャフト（６）の回転によって巻き取りまたは巻き出されるウエブ材料（５）の張力と、ローラーシャフト（６）に巻かれたウエブ材料（５）の巻径とに基づいて、巻径によって変化するメカロス係数を推定する第１のメカロス係数推定部と、巻径によって変化するメカロス係数を用いた補正を行ってローラーシャフト（６）を回転させる制御指令を生成する演算部と、を備える。

Description

張力制御装置および張力制御システム
　本開示は、巻芯に巻きつけられた対象物の巻き取りまたは巻き出し時に対象物の張力変動を補正する張力制御装置および張力制御システムに関する。
　紙、フィルム、糸、ワイヤ、金属箔等のウエブ（対象物）に印刷、成形等の加工を施す際に、巻芯からのウエブの巻き出しまたは巻芯へのウエブの巻き取りが行われる場合がある。対象物の巻き出しまたは巻き取り時には、対象物の変形、破断を防ぐため、ウエブに加わる張力を一定の範囲内となるように制御する必要がある。一方で、機械や巻軸のメカロスと慣性モーメントは張力制御に対する外乱となり、張力変動が生じる。そのため、高精度かつ安定して張力を制御するためには、機械や巻軸のメカロスと慣性モーメントを補正する必要がある。
　実際の現場では、調整員が補正値の変更と試運転を繰り返し行うことで、メカロスおよび慣性モーメントの補正値を決めている。適した補正値でないと、高精度かつ安定した張力制御ができず、適した補正値を求めようとすると、試運転の回数が増え、多くの工数がかかるという問題がある。また、設計図や使用材料などから理論的に補正値を算出する場合では、装置の理論値からのずれといった製造誤差による要因や、調整員による調整の場合では誤設定や個人差等の人的要因により、補正値の最適値からのずれが発生する可能性があるという問題がある。上記問題に対して、特許文献１では巻芯の回転速度を制御し、メカロスと慣性モーメントの補正値を推定し、推定した補正値を元に張力変動を補正している。
特開昭５８－２０２２４３号公報
　特許文献１では、巻芯の回転速度を制御することで補正値を推定しているため、巻芯を駆動するアクチュエータが速度制御に対応している必要がある。しかし、速度を制御できないトルク制御専用のアクチュエータも存在しており、このような場合には補正値を推定することができないという問題があった。
　本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、巻芯の回転速度を制御できない場合であっても補正値を推定して張力制御することができる張力制御装置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、本開示にかかる張力制御装置は、回転体である巻芯が回転するときの、巻芯に巻かれて巻芯の回転によって巻き取りまたは巻き出される対象物の張力と、巻芯に巻かれた対象物の巻径とに基づいて、巻径によって変化するメカロス係数を推定する第１のメカロス係数推定部と、巻径によって変化するメカロス係数を用いた補正を行って巻芯を回転させる制御指令を生成する演算部と、を備える。
　本開示によれば、巻芯の回転速度を制御できない場合であっても補正値を推定して張力制御することができる張力制御装置を得ることという効果を奏する。
実施の形態１にかかる張力制御システムの構成例を示す図 実施の形態１にかかる張力制御装置の構成例を示す図 実施の形態２にかかる張力制御システムの構成例を示す図 実施の形態２にかかる張力制御装置の構成例を示す図 実施の形態３にかかる張力制御システムの構成例を示す図 実施の形態３にかかる張力制御装置の構成例を示す図 実施の形態４にかかる張力制御システムの構成例を示す図 実施の形態４にかかる張力制御装置の構成例を示す図 実施の形態１から４にかかる張力制御装置のハードウェア構成の一例を示す図
　以下に、本開示の実施の形態にかかる張力制御装置および張力制御システムを図面に基づいて詳細に説明する。
実施の形態１．
＜システムの構成＞
　図１は、実施の形態１にかかる張力制御システムの構成例を示す図である。張力制御システムは、張力制御装置１００に張力に相当するデータを出力する張力データ出力装置（張力出力部）１、張力制御装置１００に巻径に相当するデータを出力する巻径データ出力装置（巻径出力部）２、巻芯であるローラーシャフト６に巻かれ、搬送中の張力を制御する対象物であるウエブ材料５、アクチュエータ７と接続されてウエブ材料５を巻くローラーシャフト６、ローラーシャフト６を駆動するアクチュエータ７、アクチュエータ７を制御するアクチュエータ制御装置８、ウエブ材料５の張力制御及び、補正値の推定と補正をおこなう張力制御装置１００を備える。
　なお、ローラーシャフト６上に巻かれたウエブ材料５を巻軸材料と呼び、ローラーシャフト６とローラーシャフト６に巻きつけられたウエブ材料５とをまとめて巻軸と呼ぶ。本実施の形態１の張力制御システムは、巻出機の場合では巻軸からウエブ材料５を連続的に繰り出し（巻き出し）、巻取機の場合では巻軸にウエブ材料５を連続的に巻き取る。ウエブ材料５は自在に変形可能な長尺の材料であって、紙またはフィルムといった帯状のシート材の他に、線状の材料であっても良い。
＜張力制御装置１００の構成＞
　図２は、実施の形態１にかかる張力制御装置の構成例を示す図である。図２に示すように、張力制御装置１００は、張力制御装置１００の外部から張力データを入力する張力データ入力部１１１、張力制御装置１００の外部から巻径データを入力する巻径データ入力部１１２、補正値である巻軸材料のメカロス係数を推測する巻軸材料のメカロス係数推定部（第１のメカロス係数推定部）１２１、推定した補正値である巻軸材料のメカロス係数を記憶する巻軸材料のメカロス係数記憶部１３１、巻軸材料のメカロス係数をトルク単位に変換する巻軸材料のメカロス係数トルク換算部１４１、実際に張力制御を行い、アクチュエータ制御装置８へアクチュエータ７に対する指令を出力する張力制御演算部１５０を備える。
＜補正値の推定＞
［推定時のシステムの動き］
　巻軸材料のメカロス係数を推定する際には下記の２つの条件を満たす、張力データと巻径データを張力制御装置１００に入力する。推定のためには条件を満たす張力データと巻径データが２点必要となる。より具体的には、ウエブ材料５の巻き取り経過中または巻き出し経過中の異なる時点でのデータである。また、張力データと巻径データは２点同士で異なる必要がある。
　張力データは張力データ出力装置１から出力される。張力データ出力装置１が張力データを求める方法及び、張力制御装置１００に入力する方法は複数あるため、張力に相当するデータが張力制御装置１００に入力できればその方法に制限はない。
　張力データを求める方法の例として、張力検出器を用いて直接張力を測定する方法以外に、張力とは異なるデータ（ダンサーの位置、ウエブ材料５のたるみ、振動数など）または信号（巻軸のパルス信号など）により張力を演算する方法、シミュレータやＡＩ等によって張力に相当する値を推定する方法などがある。
　張力データを張力制御装置１００に入力する方法の例として、張力データを電圧値に変換し入力するなどの張力データ出力装置１から直接張力制御装置１００に入力する方法以外に、張力データ出力装置１の出力から人が読み取った張力データ値を直接張力制御装置１００に手入力する方法、張力データ出力装置１を介さず張力制御装置１００に直接張力検出器などから入力する方法などがある。直接張力検出器などから入力する場合には張力検出器が張力出力部となる。
　巻径データは巻径データ出力装置２から出力される。巻径データ出力装置２が巻径データを求め、張力制御装置１００に入力する方法は複数あるため、巻径に相当するデータが張力制御装置１００に入力できればその方法に制限はない。
　例えば、超音波センサ等を用いて直接巻径を測定する方法以外に、巻径とは異なるデータ（ライン速度、材料厚など）または信号（巻軸のパルス信号、運転の開始信号など）により巻径を演算する方法、シミュレータやＡＩ等によって巻径に相当する値を推定する方法などがある。
　巻径データを入力する方法の例として、巻径データを電圧値に変換し入力するなどの巻径データ出力装置２から直接張力制御装置１００に入力する方法以外に、巻径データ値を人が直接張力制御装置１００に手入力する方法、巻径データ出力装置２を介さず張力制御装置１００に直接超音波センサ等から入力する方法などがある。
　１つ目の条件はアクチュエータ７のトルクが一定となることである。アクチュエータ７が出力するトルクをアクチュエータ制御装置８が制御することで１つ目の条件を満たすことが可能となる。また、アクチュエータ７を駆動する電流とアクチュエータ７のトルクが一対一となるアクチュエータ７の場合、アクチュエータ電流を一定にすることで１つ目の条件を満たすことが可能となる。
　２つ目の条件は巻軸の角加速度が０となることである。また、ウエブ材料５が極端に厚くない場合、ライン速度を一定速度にし、ライン加速度を０にしても同様の条件となる。ライン速度は巻径と回転速度の掛け算に比例する。ウエブ材料５が極端に厚くない場合、推定のためのデータを取得する期間の巻径変化はほぼ０、つまり巻径を定数とみなすことができる。この場合ライン速度と回転速度が比例するため、ライン加速度が０のとき、巻軸の角加速度が０と同じ条件となる。
［推定方法］
　ウエブ材料５にかかる張力を「Ｆ」、巻軸のウエブ材料５の巻き数によって増減する巻径を「Ｄ」、アクチュエータ７から巻軸に加える負荷トルクを「Ｔｂ」、巻径によって変化するメカロストルクを「Ｔｍｒ」、巻径によって変化しないメカロストルクを「Ｔｍｏ」、巻径によって変化する慣性トルクを「Ｔｌｒ」、巻径によって変化しない慣性トルクを「Ｔｌｏ」とすると、張力とトルクと巻径の関係から式（１）の関係が成り立つ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　巻径によって変化するメカロストルク「Ｔｍｒ」は式（２）のように、巻径によって変化するメカロスの係数である巻軸材料のメカロス係数「Ｘｍｒ」と巻径「Ｄ」とにより表すことができる。巻軸材料のメカロス係数「Ｘｍｒ」は巻軸などの回転部分に設けられたベアリングの摩擦、ウエブ材料５の密度、ウエブ幅などの機械構成とウエブ材料５によって決まる係数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　巻径によって変化しないメカロストルク「Ｔｍｏ」は式（３）のように、巻径によって変化しないメカロスの係数である機械のメカロス係数「Ｘｍｏ」として表すことができる。機械のメカロス係数「Ｘｍｏ」はギヤの駆動ロス、ベアリングの摩擦などの機械構成によって決まる係数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　巻径によって変化する慣性トルク「Ｔｌｒ」は式（４）のように、巻径によって変化する慣性モーメント係数である巻軸材料の慣性モーメント係数「Ｘｌｒ」と巻径「Ｄ」と巻軸の角加速度「α」により表すことができる。巻軸材料の慣性モーメント係数「Ｘｌｒ」はウエブ材料５の密度、ウエブ幅などのウエブ材料５によって決まる係数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　巻径によって変化しない慣性トルク「Ｔｌｏ」は式（５）のように、巻径によって変化しない慣性モーメント係数である巻軸材料の慣性モーメント係数「Ｘｌｏ」と巻軸の角加速度「α」により表すことができる。巻軸材料の慣性モーメント係数「Ｘｌｏ」はギヤやアクチュエータ７の慣性モーメント、巻軸の巻芯の重さなどの機械構成によって決まる係数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　式（１）に式（２）～（５）を代入すると、式（６）と表せる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　式（６）より、１点目の張力を「Ｆ１」、１点目の巻径を「Ｄ１」、２点目の張力を「Ｆ２」、２点目の巻径を「Ｄ２」とし、データ取得時の条件から巻軸の角加速度「α」を０とすると、巻軸材料のメカロス係数を「Ｘｍｒ」は式（７）のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
［推定時の張力制御装置１００の動き］
　図２に示した張力制御装置１００に対して、条件を満たした２点の張力データを張力データ入力部１１１から入力し、条件を満たした２点の巻径データを巻径データ入力部１１２から入力し、巻軸材料のメカロス係数推定部１２１にて式（７）の計算を行うことで、巻軸材料のメカロス係数「Ｘｍｒ」が推定される。推定された巻軸材料のメカロス係数「Ｘｍｒ」を巻軸材料のメカロス係数記憶部１３１に記憶する。
＜補正＞
［補正時の張力制御装置１００の動き］
　実際に張力制御する時には巻軸材料のメカロス係数トルク換算部１４１にて、式（２）を用いて巻軸材料のメカロス係数記憶部１３１に記憶されている巻軸材料のメカロス係数「Ｘｍｒ」と巻径データ入力部１１２から入力された巻径データにより、トルク単位の巻軸材料のメカロスの補正値が算出される。
　張力制御演算部１５０はウエブ材料５の張力を制御するための演算を行い、演算値にトルク補正値分を加減算することで補正されたアクチュエータ制御指令をアクチュエータ制御装置８へ出力する。
　補正値を加算するか、減算するかは巻出、巻取、制御方法といったシステム構成によって異なる。また、アクチュエータ制御指令はトルクを補正することが可能であれば、どのような指令でもよい。例えば、トルク補正値分を直接巻軸のアクチュエータ７に対するトルク指令を加減算して補正する方法以外に、巻軸のアクチュエータ７のトルク対電流特性を用いてトルク補正分を電流に換算し、電流指令を加減算して補正する方法、巻軸と前後段（巻出軸の場合後段、巻取軸の場合前段）の駆動軸との回転速度差にて張力を制御する場合、トルク補正分を回転速度差に換算し、巻軸のアクチュエータ７に対する回転速度指令を加減算して補正する方法などがある。
［補正時の張力制御システムの動き］
　アクチュエータ制御装置８は受け取ったアクチュエータ制御指令を元に、アクチュエータ７を制御する。アクチュエータ７は巻軸と直接もしくはギヤやベルトなどで間接的に接続され、巻軸を駆動することで、ウエブ材料５の張力を補正しながら制御することができる。実際の巻出・巻取機では巻径が変化していくため、巻径の変化に合わせて巻径データ出力装置２から張力制御装置１００に巻径データを入力することで、巻径に合わせた補正が可能となる。
　以上説明した張力制御システムによれば巻出・巻取機に適した巻軸材料のメカロスの補正値を設計図や材料使用等から理論的に算出したり、補正値の推定や製造誤差による理論値からのずれの合わせこみのため、調整員が補正値の変更と試運転を繰り返ししたりする必要がなくなり、調整に必要な工数が低減できる。
　また、巻出・巻取機に適した巻軸材料のメカロスの補正値を算出することができるため、算出する補正値に対して、装置の理論値からずれといった製造誤差による要因や調整員の個人差や誤設定などの人為的要因を排除できる。また、推定した巻軸材料のメカロス係数をもとに補正を行うことにより、実際の張力制御時の巻軸材料のメカロスによる、張力変動を抑制できるという効果がある。
　また、巻軸材料のメカロス係数の推定時の１つ目の条件がアクチュエータ７のトルクが一定であることであり、巻軸材料のメカロスの補正時にもアクチュエータ７のトルクを補正することができればよいため、回転速度を制御できないアクチュエータ７であっても張力制御を行うことができる。このように、実施の形態１に適応できるアクチュエータは回転速度制御専用のアクチュエータ７だけでなく、トルク制御専用のアクチュエータ７にも適応することができるため様々な張力制御システムに適応することが可能となる。また、回転速度制御とトルク制御を切り替えることができるアクチュエータ７であれば、推定時と補正時でアクチュエータ７の制御方式を切り替えることで、さらに幅広い張力制御システムに適応することが可能となる。
実施の形態２．
＜システムの構成＞
　実施の形態２では、実施の形態１とは異なる構成について主に説明する。図３は、実施の形態２にかかる張力制御システムの構成例を示す図である。実施の形態２の張力制御システムは実施の形態１に追加して、角加速度に相当するデータを張力制御装置１００に出力する角加速度データ出力装置（角加速度出力部）３を備える。
＜張力制御装置１００の構成＞
　図４は、実施の形態２にかかる張力制御装置の構成例を示す図である。図４に示すように、張力制御装置１００は実施の形態１に追加して、張力制御装置１００の外部から角加速度データを入力する角加速度データ入力部１１４、補正値である巻軸材料の慣性モーメント係数を推測する巻軸材料の慣性モーメント係数推定部（第１の慣性モーメント係数推定部）１２３、補正値である機械の慣性モーメント係数を推測する機械の慣性モーメント係数推定部（第２の慣性モーメント係数推定部）１２４、推定した補正値である巻軸材料の慣性モーメント係数を記憶する巻軸材料の慣性モーメント係数記憶部１３３、推定した補正値である機械の慣性モーメント係数を記憶する機械の慣性モーメント係数記憶部１３４、巻軸材料の慣性モーメント係数をトルク単位に変換する巻軸材料の慣性モーメント係数トルク換算部１４３、機械の慣性モーメント係数をトルク単位に変換する巻機械の慣性モーメント係数トルク換算部１４４、を備える。
＜巻軸材料のメカロス係数の推定＞
　巻軸材料のメカロス係数の推定方法は実施の形態１と同様である。
＜巻軸材料の慣性モーメント係数の推定＞
［巻軸材料の慣性モーメント係数の推定時のシステムの動き］
　巻軸材料の慣性モーメント係数を推定する際には下記の２つの条件を満たす、張力データと巻径データと角加速度データを張力制御装置１００に入力する。推定のためには条件を満たす張力データと巻径データが２点と角加速度データが１点と巻軸材料のメカロス係数が必要となる。
　張力データ、巻径データの出力方法は実施の形態１と同様である。角加速度データは角加速度データ出力装置３から出力される。角加速度データ出力装置３が角加速度データを求め、張力制御装置１００に入力する方法は複数あるため、角加速度に相当するデータが張力制御装置１００に入力できればどの方法でも問題ない。例えば、角加速度センサ等を用いて直接角加速度を測定する方法以外に、角加速度とは異なるデータ（ライン速度、ライン加速度、巻径、材料厚、巻軸の位置、巻軸回転速度など）または信号（巻軸回転のパルス信号、ラインのエンコーダ信号など）により角加速度を演算する方法、シミュレータまたはＡＩ等によって角加速度に相当する値を推定する方法などがある。
　角加速度データを入力する方法の例として、角加速度データを電圧値に変換し入力するなどの角加速度データ出力装置３から直接張力制御装置１００に入力する方法以外に、角加速度データ出力装置３の出力から人が読み取った角加速度データ値を人が直接張力制御装置１００に手入力する方法、角加速度データ出力装置３を介さず張力制御装置１００に直接角加速度センサ等から入力する方法などがある。
　１つ目の条件はアクチュエータ７のトルクが一定となることである。アクチュエータ７が出力するトルクをアクチュエータ制御装置８が制御することで１つ目の条件を満たすことが可能となる。また、アクチュエータ７を駆動する電流とアクチュエータ７のトルクが一対一となるアクチュエータ７の場合、アクチュエータ電流を一定にすることで１つ目の条件を満たすことが可能となる。
　２つ目の条件は巻軸の角加速度が０以外の一定となり、２点分の張力データと巻径のデータを取得する際の角加速度の値が同じになることである。また、ウエブ材料５が極端に厚くない場合、ライン加速度を０以外の一定にしても２つ目の条件を満たすことができる。ライン速度は巻径と回転速度の掛け算に比例する。ウエブ材料５が極端に厚くない場合、推定のためのデータを取得する期間の巻径変化はほぼ０、つまり巻径を定数とみなすことができる。この場合ライン速度と回転速度が比例するため、ライン加速度が０以外の一定のとき、巻軸の角加速度が０以外の一定という２つ目の条件を満たすことができる。なお、巻軸の角加速度「α」はライン加速度「ａ」と巻径「Ｄ」から式（８）のように表せる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
［巻軸材料の慣性モーメント係数の推定方法］
　式（６）より、１点目の張力を「Ｆ１」、１点目の巻径を「Ｄ１」、２点目の張力を「Ｆ２」、２点目の巻径を「Ｄ２」とし、巻軸の角加速度を「α」とすると、巻軸材料の慣性モーメント係数を「Ｘｌｒ」は式（９）のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
［巻軸材料の慣性モーメント係数推定時の張力制御装置１００の動き］
　図４に示す張力制御装置１００に、条件を満たす２点の張力データを張力データ入力部１１１から入力し、条件を満たす２点の巻径データを巻径データ入力部１１２から入力し、１点の角加速度データを角加速度データ入力部１１４から入力し、巻軸材料のメカロス係数記憶部１３１に記憶されている巻軸材料のメカロス係数「Ｘｍｒ」を用いて、巻軸材料の慣性モーメント係数推定部１２３にて式（９）の計算を行うことで、巻軸材料の慣性モーメント係数「Ｘｌｒ」が推定される。推定された巻軸材料の慣性モーメント係数「Ｘｌｒ」を巻軸材料の慣性モーメント係数記憶部１３３にて記憶する。
＜機械の慣性モーメント係数の推定＞
［機械の慣性モーメント係数の推定時のシステムの動き］
　機械の慣性モーメント係数を推定する際には下記の２つの条件を満たす、張力データと巻径データと角加速度データを張力制御装置１００に入力する。推定のためには条件を満たす張力データと巻径データが２点と角加速度データが２点と巻軸材料のメカロス係数と機械の慣性モーメント係数が必要となる。張力データ、巻径データ、角加速度データの出力方法は巻軸材料の慣性モーメント係数の推定時と同様である。
　１つ目の条件はアクチュエータ７のトルクが一定となることである。アクチュエータ７が出力するトルクをアクチュエータ制御装置８が制御することで可能となる。また、アクチュエータ７を駆動する電流とアクチュエータ７のトルクが一対一となるアクチュエータ７の場合、アクチュエータ電流を一定にすることでも１つ目の条件を満たすことができる。
　２つ目の条件は巻軸の角加速度が０以外の一定となり、２点分の張力データと巻径のデータを取得する際の角加速度の値が異なることである。また、巻軸材料の慣性モーメント係数の推定時と同様に、角加速度の代わりにライン速度またはライン加速度を用いてもよい。
［機械の慣性モーメント係数の推定方法］
　式（６）より、１点目の張力を「Ｆ１」、１点目の巻径を「Ｄ１」、１点目の角加速度を「α１」、２点目の張力を「Ｆ２」、２点目の巻径を「Ｄ２」、２点目の角加速度を「α２」とすると、機械の慣性モーメント係数を「Ｘｌｏ」は式（１０）のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
［機械の慣性モーメント係数推定時の張力制御装置１００の動き］
　図４に示す張力制御装置１００に、条件を満たす２点の張力データを張力データ入力部１１１から入力し、条件を満たす２点の巻径データを巻径データ入力部１１２から入力し、条件を満たす２点の角加速度データを角加速度データ入力部１１４から入力し、巻軸材料のメカロス係数記憶部１３１に記憶されている巻軸材料のメカロス係数「Ｘｍｒ」と、機械のメカロス係数記憶部１３２に記憶されている巻軸材料の慣性モーメント係数「Ｘｌｒ」とを用いて、機械の慣性モーメント係数推定部１２４にて式（１０）の計算を行うことで、機械の慣性モーメント係数「Ｘｌｏ」が推定される。推定された機械の慣性モーメント係数「Ｘｌｏ」は機械の慣性モーメント係数記憶部１３４に記憶される。
＜補正＞
［補正時の張力制御装置１００の動き］
　実際に張力制御する時には、巻軸材料のメカロス係数トルク換算部１４１にて、式（２）を用いて巻軸材料のメカロス係数記憶部１３１に記憶されている巻軸材料のメカロス係数「Ｘｍｒ」と巻径データ入力部１１２から入力された巻径データにより、トルク単位の巻軸材料のメカロスの補正値が算出される。
　巻軸材料の慣性モーメント係数トルク換算部１４３にて、式（４）を用いて巻軸材料の慣性モーメント係数記憶部１３３に記憶されている巻軸材料の慣性モーメント係数「Ｘｌｒ」と巻径データ入力部１１２から入力された巻径データおよび角加速度データ入力部１１４から入力された角加速度データにより、トルク単位の巻軸材料の慣性モーメントの補正値が算出される。
　機械の慣性モーメント係数トルク換算部１４４にて、式（５）を用いて機械の慣性モーメント係数記憶部１３４に記憶されている機械の慣性モーメント係数「Ｘｌｏ」と角加速度データ入力部１１４から入力された角加速度データにより、トルク単位の機械の慣性モーメントの補正値が算出される。
　張力制御演算部１５０はウエブ材料５の張力を制御するための演算を行い、演算値に巻軸材料のメカロス、巻軸材料の慣性モーメント、機械の慣性モーメントを合わせたトルク補正値分を加減算することで補正されたアクチュエータ制御指令をアクチュエータ制御装置８へ出力する。
　補正値を加算するか、減算するかは巻出、巻取、制御方法といったシステム構成によって異なる。また、実施の形態１と同様にアクチュエータ制御指令はトルクを補正することが可能であれば、どのような指令でもよい。
［補正時の張力制御システムの動き］
　アクチュエータ制御装置８は受け取ったアクチュエータ制御指令を元に、アクチュエータ７を制御する。アクチュエータ７は巻軸と直接接続されるかギヤおよびベルトなどで間接的に接続され、巻軸を駆動することで、ウエブ材料５の張力を補正しながら制御することができる。実際の巻出・巻取機では巻径と角加速度が変化していくため、巻径と角加速度の変化に合わせて張力制御装置１００に巻径データ出力装置２から巻径データを入力し、角加速度データ出力装置３から角加速データを入力することで、巻径と角加速度に合わせた補正が可能となる。
　巻軸材料のメカロス以外に、巻軸材料の慣性モーメント、機械の慣性モーメントを推定、補正することができる。これにより、推定、補正する要素が増えるので、より一層張力変動を抑制することができる。
　また、実施の形態１と同様に、各種係数の推定時の１つ目の条件がアクチュエータ７のトルクが一定であることであり、補正時にもアクチュエータ７のトルクを補正することができればよいため、回転速度を制御できないアクチュエータ７であっても張力制御を行うことができる。このように、実施の形態２に適応できるアクチュエータは回転速度制御専用のアクチュエータ７だけでなく、トルク制御専用のアクチュエータ７にも適応することができるため様々な張力制御システムに適応することが可能となる。また、回転速度制御とトルク制御を切り替えることができるアクチュエータ７であれば、推定時と補正時でアクチュエータ７の制御方式を切り替えることで、さらに幅広い張力制御システムに適応することが可能となる。
実施の形態３．
＜システムの構成＞
　実施の形態３では、実施の形態１とは異なる構成について主に説明する。図５は、実施の形態３にかかる張力制御システムの構成例を示す図である。実施の形態３の張力制御システムは実施の形態１に追加して、張力制御装置１００にトルクに相当するデータを出力するトルクデータ出力装置（トルク出力部）４を備える。
＜張力制御装置１００の構成＞
　図６は、実施の形態３にかかる張力制御装置の構成例を示す図である。図６に示すように、張力制御装置１００は実施の形態１に追加して、張力制御装置１００の外部からトルクデータを入力するトルクデータ入力部１１３、補正値である機械のメカロス係数を推測する機械のメカロス係数推定部（第２のメカロス係数推定部）１２２、推定した補正値である機械のメカロス係数を記憶する機械のメカロス係数記憶部１３２、機械のメカロス係数をトルク単位に変換する機械のメカロス係数トルク換算部１４２を備える。
＜巻軸材料のメカロス係数、機械のメカロス係数の推定＞
［巻軸材料のメカロス係数、機械のメカロス係数の推定時のシステムの動き］
　巻軸材料のメカロス係数、機械のメカロス係数推定を推定する際には下記の１つの条件を満たす、張力データと巻径データとトルクデータを張力制御装置１００に入力する。推定のためには条件を満たす２点以上の張力データ、巻径データ、およびトルクデータが必要となる。
　張力データ、巻径データの出力方法は実施の形態１と同様である。トルクデータはトルクデータ出力装置４から出力される。トルクデータ出力装置４がトルクデータを求め、張力制御装置１００に入力する方法は複数あるため、トルクに相当するデータが張力制御装置１００に入力できればどの方法でも問題ない。例えば、トルクセンサ等を用いて直接トルクを測定する方法以外に、トルクとは異なるデータ（アクチュエータ７の電流、駆動軸の歪量など）または信号（巻軸回転のパルス信号など）によりトルクを演算する方法、シミュレータまたはＡＩ等によってトルクに相当する値を推定する方法などがある。
　トルクデータを入力する方法の例として、トルクデータを電圧値に変換し入力するなどのトルクデータ出力装置４から直接張力制御装置１００に入力する方法以外に、トルクデータ出力装置４の出力から人が読み取ったトルクデータ値を直接張力制御装置１００に手入力する方法、トルクデータ出力装置４を介さず張力制御装置１００に直接トルクセンサ等から入力する方法などがある。
　１つの条件は、巻軸の角加速度が０となることである。また、実施の形態１と同様に、ライン速度を一定速度にし、ライン加速度を０にしてもよい。
［巻軸材料のメカロス係数、機械のメカロス係数の推定方法］
　式（６）より、１点目の張力を「Ｆ１」、１点目の巻径を「Ｄ１」、１点目のトルクを「Ｔｂ１」、２点目の張力を「Ｆ２」、２点目の巻径を「Ｄ２」、２点目のトルクを「Ｔｂ２」とし、データ取得時の条件から巻軸の角加速度「α」を０とすると、２つの２元１次方程式（式（１１）、式（１２））となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　２つの２元１次方程式から２つの変数（巻軸材料のメカロス係数Ｘｍｒ、機械のメカロス係数Ｘｍｏ）を求める。求め方は複数あるため、方法は問わない。しかし、取得したデータによっては変数の解が求まらない場合が存在する。その場合３点目の張力と巻径とトルクデータを取得し、３つ目の２元１次方程式を出すことで、２つの変数（巻軸材料のメカロス係数Ｘｍｒ、機械のメカロス係数Ｘｍｏ）の解を求める。それでも、求まらなければ、２つの変数（巻軸材料のメカロス係数Ｘｍｒ、機械のメカロス係数Ｘｍｏ）の解が求まるまで、張力と巻径とトルクデータを追加取得し、方程式を作ることを繰り返し、解を求める。
［巻軸材料のメカロス係数、機械のメカロス係数推定時の張力制御装置１００の動き］
　図６に示す張力制御装置１００に、条件を満たす２点の張力データを張力データ入力部１１１から入力し、条件を満たす２点の巻径データを巻径データ入力部１１２から入力し、条件を満たす２点のトルクデータをトルクデータ入力部１１３から入力し、巻軸材料のメカロス係数推定部１２１と機械のメカロス係数推定部１２２にて上記の計算を行うことで、２つの変数（巻軸材料のメカロス係数Ｘｍｒ、機械のメカロス係数Ｘｍｏ）が推定される。推定された巻軸材料のメカロス係数「Ｘｍｒ」を巻軸材料のメカロス係数記憶部１３１にて、機械のメカロス係数「Ｘｍｏ」を機械のメカロス係数記憶部１３２にて記憶する。
＜補正＞
［補正時の張力制御装置１００の動き］
　実際に張力制御する時には、巻軸材料のメカロス係数トルク換算部１４１にて、式（２）を用いて巻軸材料のメカロス係数記憶部１３１に記憶されている巻軸材料のメカロス係数「Ｘｍｒ」と巻径データ入力部１１２から入力された巻径データにより、トルク単位の巻軸材料のメカロスの補正値が算出される。
　機械のメカロス係数トルク換算部１４２にて、式（３）を用いて機械のメカロス係数記憶部１３２に記憶されている機械のメカロス係数「Ｘｍｏ」により、トルク単位の機械のメカロスの補正値が算出される。張力制御演算部１５０はウエブ材料５の張力を制御するための演算を行い、演算値に巻軸材料のメカロス、機械のメカロスを合わせたトルク補正値分を加減算することで補正されたアクチュエータ制御指令をアクチュエータ制御装置８へ出力する。
　補正値を加算するか、減算するかは巻出、巻取、制御方法といったシステム構成によって異なる。また、実施の形態１と同様にアクチュエータ制御指令はトルクを補正することが可能であれば、どのような指令でもよい。
［補正時の張力制御システムの動き］
　アクチュエータ制御装置８は受け取ったアクチュエータ制御指令を元に、アクチュエータ７を制御する。アクチュエータ７は巻軸と直接接続されるか、またはギヤおよびベルトなどで間接的に接続され、巻軸を駆動することで、ウエブ材料５の張力を補正しながら制御することができる。実際の巻出・巻取機では巻径が変化していくため、巻径の変化に合わせて張力制御装置１００に巻径データ出力装置２から巻径データを入力することで、巻径に合わせた補正が可能となる。
　巻軸材料のメカロス以外に、機械のメカロスを推定、補正することができる。これにより、推定、補正する要素が増えるので、より一層張力変動を抑制することができる。また、実施の形態１のように補正値の推定時にアクチュエータ７のトルクを一定に制御する条件がなくなるため、トルクを一定にすることができないアクチュエータ７にも適応することができる。
　実施の形態３では、補正値の推定のための条件は実際の張力制御中に満たすことができる。張力制御中の運転パターンを条件に満たせるようにすれば、補正値を推定するための調整作業は不要にすることが可能であり、調整のための工数を削減することが可能となる。また、巻軸材料のメカロスおよび機械のメカロスは、機械の周囲環境、メンテナンス状況、および経年劣化などによって補正値が変化していく。その変化する補正値を適宜調整することなく、補正することができる。
　また、実施の形態３では、実施の形態１のようにアクチュエータ７のトルクが一定であるとの条件が不要となるため、アクチュエータ７の制御方式の制約が小さくなり、より一層幅広い張力制御システムに適応することが可能となる。
実施の形態４．
＜システムの構成＞
　実施の形態４では、実施の形態３とは異なる構成について主に説明する。図７は、実施の形態４にかかる張力制御システムの構成例を示す図である。実施の形態４の張力制御システムは実施の形態３に追加して、角加速度に相当するデータを張力制御装置１００に出力する角加速度データ出力装置３を備える。
＜張力制御装置１００の構成＞
　図８は、実施の形態４にかかる張力制御装置の構成例を示す図である。図８に示すように、張力制御装置１００は実施の形態３に追加して、張力制御装置１００の外部から角加速度データを入力する角加速度データ入力部１１４、補正値である巻軸材料の慣性モーメント係数を推測する巻軸材料の慣性モーメント係数推定部１２３、補正値である機械の慣性モーメント係数を推測する機械の慣性モーメント係数推定部１２４、推定した補正値である巻軸材料の慣性モーメント係数を記憶する巻軸材料の慣性モーメント係数記憶部１３３、推定した補正値である機械の慣性モーメント係数を記憶する機械の慣性モーメント係数記憶部１３４、巻軸材料の慣性モーメント係数をトルク単位に変換する巻軸材料の慣性モーメント係数トルク換算部１４３、機械の慣性モーメント係数をトルク単位に変換する巻機械の慣性モーメント係数トルク換算部１４４、を備える。
＜巻軸材料のメカロス係数、機械のメカロス係数の推定＞
　巻軸材料のメカロス係数、機械のメカロス係数の推定については実施の形態３と同様である。
＜巻軸材料の慣性モーメント係数、機械の慣性モーメント係数の推定＞
［巻軸材料の慣性モーメント係数、機械の慣性モーメント係数の推定時のシステムの動き］
　巻軸材料の慣性モーメント係数、機械の慣性モーメント係数を推定する際には下記の１つの条件を満たす、張力データと巻径データとトルクデータと角加速度データを張力制御装置１００に入力する。巻軸材料の慣性モーメント係数、機械の慣性モーメント係数を推定するためには条件を満たす張力データと巻径データ、トルクデータ、角加速度データが２点以上と巻軸材料のメカロス係数、機械のメカロス係数が必要となる。
　張力データ、巻径データの出力方法は実施の形態１と同様である。トルクデータの出力方法は実施の形態３と同様である。角加速度データの出力方法は実施の形態２と同様である。
　１つの条件は巻軸の角加速度が０以外の一定となり、点数分の張力データと巻径のデータとトルクデータと角加速度データを取得する際の角加速度の値が異なることである。また、実施の形態２と同様に、角加速度の代わりにライン速度やライン加速度を用いてもよい。
［巻軸材料の慣性モーメント係数、機械の慣性モーメント係数の推定方法］
　式（６）より、１点目の張力を「Ｆ１」、１点目の巻径を「Ｄ１」、１点目のトルクを「Ｔｂ１」、１点目の角加速度を「α１」、２点目の張力を「Ｆ２」、２点目の巻径を「Ｄ２」、２点目のトルクを「Ｔｂ２」、２点目の角加速度を「α２」とすると、２つの２元１次方程式（式（１３）、式（１４））となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
　２つの２元１次方程式から２つの変数（巻軸材料の慣性モーメント係数Ｘｌｒ、機械の慣性モーメント係数Ｘｌｏ）を求める。求め方は複数あるため、方法は問わない。しかし、取得したデータによっては変数の解が求まらない場合が存在する。その場合３点目の張力データと巻径データとトルクデータと加減速データを取得し、３つ目の２元１次方程式を出すことで、２つの変数（巻軸材料の慣性モーメント係数Ｘｌｒ、機械の慣性モーメント係数Ｘｌｏ）の解を求める。それでも、求まらなければ、２つの変数（巻軸材料の慣性モーメント係数Ｘｌｒ、機械の慣性モーメント係数Ｘｌｏ）の解が求まるまで、張力データと巻径データとトルクデータと角加減度データを追加取得し、方程式を作ることを繰り返し、解を求める。
［巻軸材料の慣性モーメント係数、機械の慣性モーメント係数推定時の張力制御装置１００の動き］
　図８に示す張力制御装置１００に、条件を満たす２点以上の張力データを張力データ入力部１１１から入力し、条件を満たす２点以上の巻径データを巻径データ入力部１１２から入力し、条件を満たす２点以上のトルクデータをトルクデータ入力部１１３から入力し、条件を満たす２点以上の角加速度データを角加速度データ入力部１１４から入力し、巻軸材料のメカロス係数記憶部１３１に記憶されている巻軸材料のメカロス係数「Ｘｍｒ」と、機械のメカロス係数記憶部１３２に記憶されている機械のメカロス係数「Ｘｍｏ」を用いて、巻軸材料の慣性モーメント係数推定部１２３と機械の慣性モーメント係数推定部１２４にて上記の計算を行うことで、２つの変数（巻軸材料の慣性モーメント係数Ｘｌｒ、機械の慣性モーメント係数Ｘｌｏ）が推定される。推定された巻軸材料の慣性モーメント係数Ｘｌｒを巻軸材料の慣性モーメント係数記憶部１３３にて、機械の慣性モーメント係数Ｘｌｏを機械の慣性モーメント係数記憶部１３４にて記憶する。
＜補正＞
［補正時の張力制御装置１００の動き］
　実際に張力制御する時には巻軸材料のメカロス係数トルク換算部１４１にて、式（２）を用いて巻軸材料のメカロス係数記憶部１３１に記憶されている巻軸材料のメカロス係数「Ｘｍｒ」と巻径データ入力部１１２から入力された巻径データにより、トルク単位の巻軸材料のメカロスの補正値が算出される。
　機械のメカロス係数トルク換算部１４２にて、式（３）を用いて機械のメカロス係数記憶部１３２に記憶されている機械のメカロス係数「Ｘｍｏ」により、トルク単位の機械のメカロスの補正値が算出される。
　巻軸材料の慣性モーメント係数トルク換算部１４３にて、式（４）を用いて巻軸材料の慣性モーメント係数記憶部１３３に記憶されている巻軸材料の慣性モーメント係数「Ｘｌｒ」と巻径データ入力部１１２から入力された巻径データおよび、角加速度データ入力部１１４から入力された角加速度データにより、トルク単位の巻軸材料の慣性モーメントの補正値が算出される。
　機械の慣性モーメント係数トルク換算部１４４にて、式（５）を用いて機械の慣性モーメント係数記憶部１３４に記憶されている機械の慣性モーメント係数「Ｘｌｏ」と角加速度データ入力部１１４から入力された角加速度データにより、トルク単位の機械の慣性モーメントの補正値が算出される。
　張力制御演算部１５０はウエブ材料５の張力を制御するための演算を行い、演算値に巻軸材料のメカロス、機械のメカロス、巻軸材料の慣性モーメント、機械の慣性モーメントを合わせたトルク補正値分を加減算することで補正されたアクチュエータ制御指令をアクチュエータ制御装置８へ出力する。
　補正値を加算するか、減算するかは巻出、巻取、制御方法といったシステム構成によって異なる。また、実施の形態１と同様にアクチュエータ制御指令はトルクを補正することが可能であれば、どのような指令でもよい。
［補正時の張力制御システムの動き］
　アクチュエータ制御装置８は受け取ったアクチュエータ制御指令を元に、アクチュエータ７を制御する。アクチュエータ７は巻軸と直接もしくはギヤやベルトなどで間接的に接続され、巻軸を駆動することで、ウエブ材料５の張力を補正しながら制御することができる。実際の巻出・巻取機では巻径と角加速度が変化していくため、巻径と角加速度の変化に合わせて張力制御装置１００に巻径データ出力装置２から巻径データを、角加速データ出力装置から角加速データを入力することで、巻径と角加速度に合わせた補正が可能となる。
　実施の形態４にかかる張力制御システムによれば、巻軸材料のメカロスと機械のメカロス以外に、巻軸材料の慣性モーメント、機械の慣性モーメントを推定、補正することができる。これにより、実施の形態３に対して、推定、補正する要素が増える分より一層張力変動を抑制することができる。
　また、実施の形態４では、実施の形態３と同様に、実施の形態１のようにアクチュエータ７のトルクが一定であるとの条件が不要となるため、アクチュエータ７の制御方式の制約が小さくなり、より一層幅広い張力制御システムに適応することが可能となる。
　図９は、実施の形態１から４にかかる張力制御装置のハードウェア構成の一例を示す図である。張力制御装置１００は、各種処理を実行するプロセッサ１０１と、情報を記憶するメモリ１０２と、を備える。プロセッサ１０１およびメモリ１０２は、バス１０３によって互いに情報の送受信が可能である。
　巻軸材料のメカロス係数記憶部１３１、機械のメカロス係数記憶部１３２、巻軸材料の慣性モーメント係数記憶部１３３、および機械の慣性モーメント係数記憶部１３４はメモリ１０２によって実現される。
　プロセッサ１０１は、メモリ１０２に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、巻軸材料のメカロス係数推定部１２１、機械のメカロス係数推定部１２２、巻軸材料の慣性モーメント係数推定部１２３、機械の慣性モーメント係数推定部１２４、巻軸材料のメカロス係数トルク換算部１４１、機械のメカロス係数トルク換算部１４２、巻軸材料の慣性モーメント係数トルク換算部１４３、機械の慣性モーメント係数トルク換算部１４４、および張力制御演算部１５０として機能する。
　プロセッサ１０１は、例えば、処理回路の一例であり、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、およびシステムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）のうち一つ以上を含む。
　メモリ１０２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、およびＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ　Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）のうち一つ以上を含む。また、メモリ１０２は、コンピュータが読み取り可能なプログラムが記録された記録媒体を含む。かかる記録媒体は、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルメモリ、光ディスク、コンパクトディスク、およびＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｃ）のうち一つ以上を含む。なお、処理部１２，４３は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）およびＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）などの集積回路を含んでいてもよい。
　以上の実施の形態に示した構成は、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、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、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　張力データ出力装置、２　巻径データ出力装置、３　角加速度データ出力装置、４　トルクデータ出力装置、５　ウエブ材料、６　ローラーシャフト、７　アクチュエータ、８　アクチュエータ制御装置、１００　張力制御装置、１０１　プロセッサ、１０２　メモリ、１０３　バス、１１１　張力データ入力部、１１２　巻径データ入力部、１１３　トルクデータ入力部、１１４　角加速度データ入力部、１２１　巻軸材料のメカロス係数推定部、１２２　機械のメカロス係数推定部、１２３　巻軸材料の慣性モーメント係数推定部、１２４　機械の慣性モーメント係数推定部、１３１　巻軸材料のメカロス係数記憶部、１３２　機械のメカロス係数記憶部、１３３　巻軸材料の慣性モーメント係数記憶部、１３４　機械の慣性モーメント係数記憶部、１４１　巻軸材料のメカロス係数トルク換算部、１４２　機械のメカロス係数トルク換算部、１４３　巻軸材料の慣性モーメント係数トルク換算部、１４４　機械の慣性モーメント係数トルク換算部、１５０　張力制御演算部。

Claims (8)

  1. 　回転体である巻芯が回転するときの、前記巻芯に巻かれて前記巻芯の回転によって巻き取りまたは巻き出される対象物の張力と、前記巻芯に巻かれた前記対象物の巻径とに基づいて、巻径によって変化するメカロス係数を推定する第１のメカロス係数推定部と、
    　前記巻径によって変化するメカロス係数を用いた補正を行って前記巻芯を回転させる制御指令を生成する演算部と、を備えることを特徴とする張力制御装置。
  2. 　前記巻芯が回転するときの、前記張力と前記巻径と前記巻芯の角加速度とに基づいて、巻径によって変化する慣性モーメント係数を推定する第１の慣性モーメント係数推定部と、
    　前記巻芯が回転するときの、前記張力と前記角加速度に基づいて、巻径によって変化しない慣性モーメント係数を推定する第２の慣性モーメント係数推定部と、をさらに備え、
    　前記演算部は、前記巻径によって変化するメカロス係数と、前記巻径によって変化する慣性モーメント係数と、前記巻径によって変化しない慣性モーメント係数と、を用いた補正を行って前記巻芯を回転させる制御指令を生成することを特徴とする請求項１に記載の張力制御装置。
  3. 　前記第１のメカロス係数推定部は、前記巻芯が回転するときの、前記張力と前記巻径と前記巻芯が前記巻芯のトルクに基づいて前記巻径によって変化するメカロス係数を推定し、
    　前記巻芯が回転するときの、前記張力と前記巻径と前記トルクとに基づいて巻径によって変化しないメカロス係数を推定する第２のメカロス係数推定部をさらに備え、
    　前記演算部は、前記巻径によって変化するメカロス係数と、前記巻径によって変化しないメカロス係数とを用いた補正を行って前記巻芯を回転させる制御指令を生成することを特徴とする請求項１に記載の張力制御装置。
  4. 　前記第１のメカロス係数推定部は、前記巻芯が回転するときの、前記張力と前記巻径と前記トルクと前記巻芯の角加速度とに基づいて前記巻径によって変化するメカロス係数を推定し、
    　前記第２のメカロス係数推定部は、前記巻芯が回転するときの、前記張力と前記巻径と前記トルクと前記角加速度とに基づいて前記巻径によって変化しないメカロス係数を推定し、
    　前記巻芯が回転するときの、前記張力と前記巻径と前記トルクと前記角加速度とに基づいて、巻径によって変化する慣性モーメント係数を推定する第１の慣性モーメント係数推定部と、
    　前記巻芯が回転するときの、前記張力と前記巻径と前記トルクと前記角加速度とに基づいて、巻径によって変化しない慣性モーメント係数を推定する第２の慣性モーメント係数推定部と、をさらに備え、
    　前記演算部は、前記巻径によって変化するメカロス係数と、前記巻径によって変化しないメカロス係数と、前記巻径によって変化する慣性モーメント係数と、前記巻径によって変化しない慣性モーメント係数とを用いた補正を行って前記巻芯を回転させる制御指令を生成することを特徴とする請求項３に記載の張力制御装置。
  5. 　請求項１に記載の張力制御装置と、
    　前記張力制御装置に向けて前記張力を示す情報を出力する張力出力部と、
    　前記張力制御装置に向けて前記巻径を示す情報を出力する巻径出力部と、を備えることを特徴とする張力制御システム。
  6. 　請求項２に記載の張力制御装置と、
    　前記張力制御装置に向けて前記張力を示す情報を出力する張力出力部と、
    　前記張力制御装置に向けて前記巻径を示す情報を出力する巻径出力部と、
    　前記張力制御装置に向けて前記角加速度を示す情報を出力する角加速度出力部と、を備えることを特徴とする張力制御システム。
  7. 　請求項３に記載の張力制御装置と、
    　前記張力制御装置に向けて前記張力を示す情報を出力する張力出力部と、
    　前記張力制御装置に向けて前記巻径を示す情報を出力する巻径出力部と、
    　前記張力制御装置に向けて前記トルクを示す情報を出力するトルク出力部と、を備えることを特徴とする張力制御システム。
  8. 　請求項４に記載の張力制御装置と、
    　前記張力制御装置に向けて前記張力を示す情報を出力する張力出力部と、
    　前記張力制御装置に向けて前記巻径を示す情報を出力する巻径出力部と、
    　前記張力制御装置に向けて前記角加速度を示す情報を出力する角加速度出力部と、
    　前記張力制御装置に向けて前記トルクを示す情報を出力するトルク出力部と、を備えることを特徴とする張力制御システム。
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