JP3947909B2 - 長手物体の移送装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤや帯状物体等の長手物体を移送するための装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
伸線機、撚り線機等におけるワイヤの巻取り装置は、例えば特公平7−12884号公報に開示されているようにワイヤ供給側回転体(例えばキャプスタン)と、ワイヤ巻取り側回転体(巻枠)と、供給側回転体を駆動する電動機と、巻取り側回転体を駆動するための電動機と、張力調整及び張力検出機能を有するダンサー(dancer)とを備えている。この形式の巻取り装置においては、巻取り側電動機が供給側電動機の回転情報に基づいた速度指令に基づいて制御される。また、ワイヤの張力を一定に保つために、ダンサーから得られた張力検出信号とダンサーの基準位置を示す基準値との誤差信号即ち偏差信号を作成し、これによって、電動機の速度指令を補正する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に開示されている方式を採用すると、理想的には一定張力でワイヤを巻き取ることができる。
しかし、上記公報の方式では供給側電動機から巻取り側電動機に回転速度情報を伝達する必要があり、長手物体移送装置の構成が複雑になる。また、この種の長手物体移送装置では、供給側巻枠からワイヤを送り出すために、供給側巻枠が正方向回転される。ところで、ワイヤに異常なたるみが発生した状態でワイヤの送り出しが継続すると、ワイヤが意図しない所にからみつく恐れがある。また、ワイヤの移送開始前に、ワイヤを供給側巻枠と巻き取り側装置との間に配置する時に、ワイヤに適当な張力を与えることが困難であった。
【0004】
そこで、本発明の目的は、比較的簡単な構成によって比較的安定的にワイヤ等の長手物体を移送することができる移送装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し、上記目的を達成するための本発明は、
線状又は帯状の長手物体を供給するための供給側回転体(20)と、
前記供給側回転体(20)に結合された供給側電動機(21)と、
前記長手物体を巻き取るための巻取り側装置(3)と、
前記供給側回転体(20)と前記巻取り側装置(3)との間において前記長手物体の張力を検出するための張力検出手段(24)と、
前記供給側電動機(21)に接続され且つ前記供給側電動機(21)を制御することが可能なように構成された駆動手段(22)と、
前記駆動手段(22)を制御するために前記張力検出手段(24)と前記駆動手段(22)との間に接続され、且つ張力の基準値を示す信号を発生する張力基準値発生手段(54)、前記張力検出手段(24)で検出された張力の検出値と前記張力の基準値との差を示す偏差信号を形成する偏差信号形成手段(55)、及び前記張力の検出値と前記張力の基準値との差を解消するための張力制御指令信号を作成して前記駆動手段(22)に供給する張力制御指令信号作成手段(56)を有している制御手段(23)とを備え、
前記張力制御指令信号作成手段(56)は、前記張力検出手段(24)から得られた検出張力値と前記基準値との差の大小関係を判定するレベル判定手段(57)と、前記偏差信号に比例処理及び積分処理を施して前記張力制御指令信号を形成する比例積分手段(59)と、不感帯モード制御を選択的に行うための不感帯モード選択スイッチ(Sa)と、前記比例積分手段(59)の出力を選択的に保持する保持回路(60)と、前記比例積分手段(59)の出力と前記保持回路(60)の出力とを切換える切換回路(61)とを有し、
前記レベル判定手段(57)は、前記検出張力値と前記基準値との差の大小関係を複数段階に判定する機能を有し且つ前記検出張力値と前記基準値との差が前記複数段階の内の最低の段階の時に不感帯を示す不感帯判定信号をライン(90)に出力する機能を有し、
前記不感帯モード選択スイッチ(Sa)は前記不感帯判定信号を選択的に伝送するために前記ライン(90)に接続され、
前記比例積分手段(59)は、前記偏差信号形成手段(55)と前記レベル判定手段(57)と前記保持回路(60)と前記切換回路(61)とに接続され且つ前記レベル判定手段(57)から得られた前記検出張力値と前記基準値との差の大小関係を示す信号に応答して前記検出張力値と前記基準値との差が大きくなるに従って時定数が小さくなるように構成され、
前記比例積分手段(59)の前記時定数は、
τ=τ0 {(Ve /K)+1}
ここで、τは求める時定数、
τ0は基準の時定数、
Ve は前記張力検出手段で検出された検出張力値Vtと前記張力検出手段の出力の基準値Vrとの差Vt −Vr の絶対値、
Kは係数、
で示される式に従って決定され、
前記保持回路(60)は前記比例積分手段(59)と前記切換回路(61)と前記不感帯判定信号を伝送するライン(90)とに接続され且つ前記不感帯モード選択スイッチ(Sa)がオンの時に得られる前記不感帯判定信号に応答して前記不感帯判定信号の発生開始時点における前記比例積分手段(59)の出力を保持して出力する機能を有し、
前記切換回路(61)は、前記比例積分手段(59)と前記保持回路(60)と前記不感帯判定信号を伝送するライン(90)とに接続され且つ前記不感帯モード選択スイッチ(Sa)がオンの時に前記ライン(90)に得られた前記不感帯判定信号に応答して前記保持回路(60)の出力を選択し、前記ライン(90)に前記不感帯判定信号が伝送されていないことに応答して前記比例積分手段(59)の出力を選択する機能を有していることを特徴とする長手物体の移送装置に係わるものである。
【0006】
なお、請求項2に示すように、前記供給側電動機は、前記長手物体を前記供給側回転体から送り出す正方向の回転と前記長手物体を前記供給側回転体に巻戻す逆方向の回転との両方が可能なように構成されており、前記駆動手段は、前記張力制御指令信号作成手段から供給された前記張力制御指令信号が前記長手物体の張力を低減させるための指令である時に、前記供給側電動機を正方向回転駆動し、前記張力制御指令信号が前記長手物体の張力を増大させるための指令である時に、前記供給側電動機を逆方向回転駆動する機能を有していることが望ましい。
また、請求項3に示すように、前記供給側電動機は、交流電動機であり、前記駆動手段は直流を交流に変換するインバータであることが望ましい。
また、請求項4に示すように、前記張力検出手段は、前記供給側回転体と前記巻取り側装置との間で前記長手物体に接触して前記長手物体に張力を付与する加圧体と、前記長手物体の張力の変化に対応した前記加圧体の変位を許すように前記加圧体を支持する支持手段と、前記加圧体の位置に対応した張力検出信号を出力する張力センサとから成ることが望ましい。
また、請求項5に示すように、複数の線状又は帯状の長手物体を同期して供給するための複数の供給側回転体と、
前記複数の供給側回転体にそれぞれ結合された複数の供給側電動機と、
前記複数の長手物体を同期して巻き取るための巻取り側装置と、
前記複数の供給側回転体と前記巻取り側装置との間において前記複数の長手物体の張力をそれぞれ検出するための複数の張力検出手段と、
前記複数の供給側電動機にそれぞれ接続され且つ前記複数の供給側電動機のそれぞれの回転を制御することが可能なように構成された複数の駆動手段と、
前記複数の駆動手段を制御するために前記複数の張力検出手段と前記複数の駆動手段との間にそれぞれ接続され、且つ張力の基準値を示す張力基準値発生手段、前記張力検出手段で検出された張力の検出値と前記張力の基準値との差を示す偏差信号を形成する偏差信号形成手段、及び前記張力の検出値と前記張力の基準値との差を解消するための張力制御指令信号を作成して前記駆動手段に供給する張力制御指令信号作成手段をそれぞれ有している複数の制御手段とを備えた長手物体の移送装置を構成することができる。
請求項5の移送装置において、前記複数の供給側電動機のそれぞれは、前記長手物体を前記供給側回転体から送り出す正方向の回転と前記長手物体を前記供給側回転体に巻戻す逆方向の回転との両方が可能なように構成されており、前記複数の駆動手段のそれぞれは、前記張力制御指令信号作成手段から供給された前記張力制御指令信号が前記長手物体の張力を低減させるための指令である時に、前記供給側電動機を正方向回転駆動し、前記張力制御指令信号が前記長手物体の張力を増大させるための指令である時に、前記供給側電動機を逆方向回転駆動する機能を有していることが望ましい。
【0007】
【発明の効果】
各請求項の発明によれば、次の効果が得られる。
(イ)供給側電動機を制御するという簡単な構成によって長手物体の張力を制御できる。
(ロ)検出張力値と基準値との差が大きくなるに従って比例積分手段の時定数が小さくなる。従って、帰還制御ループ即ちサーボループの応答速度が早くなり、検出張力値を迅速に基準値又はこの近くの値に戻すことができ、長手物体の安定的移送が可能になる。
(ハ)比例積分手段の時定数を、τ=τ0 {(Ve /K)+1}で決定するので、時定数を容易に決定できる。
(ニ)不感帯モード制御を選択的に行うための不感帯モード選択スイッチ(Sa)と比例積分手段(59)の出力を選択的に保持する保持回路(60)と比例積分手段(59)の出力と保持回路(60)の出力とを切換える切換回路(61)とを設けたので、不感帯モード選択スイッチ(Sa)がオンの時に不感帯判定信号が得られれば、張力制御指令が一定値となり、張力制御指令の不要な変動がなくなり、制御の安定化を図ることができる。なお、不感帯モード選択スイッチ(Sa)がオフの時でも勿論長手物体の移送制御は可能である。不感帯モード選択スイッチ(Sa)をオンにするか否かは長手物体の種類等を考慮して使用者によって決定される。従って、不感帯モード選択スイッチ(Sa)を設けることによって制御の自由度が大きくなる。
また、請求項2の発明によれば、供給側電動機を正方向と逆の方向との両方向に駆動するので、長手物体に異常なたるみが生じた時に、供給側電動機の逆方向回転によって長手物体を供給側回転体に巻戻してたるみを迅速に除去することができる。
請求項3の発明によれば、インバータを使用することによって電動機の制御及び駆動が容易になる。
請求項4の発明によれば、張力の調整と張力の検出との両方を容易に達成することができる。
請求項5〜6の発明によれば、複数の長手物体を同期して安定的に供給することができる。
【0008】
【実施形態】
次に、図1〜図8を参照して本発明の実施形態に係わる長手物体の移送装置を説明する。
【0009】
図1に示す長手物体としての第1、第2、第3及び第4の金属線即ちワイヤ1a、1b、1c、1dの移送装置は、ワイヤ供給側装置2と、ワイヤ巻取り側装置3とから成る。
【0010】
ワイヤ供給側装置2は、第1、第2、第3及び第4のワイヤ1a、1b、1c、1dを供給するための第1、第2、第3及び第4のワイヤ供給装置2a、2b、2c、2dから成る。第1、第2、第3及び第4のワイヤ供給装置2a、2b、2c、2dは互いに同一に構成され、実質的に同期して第1、第2、第3及び第4のワイヤ1a、1b、1c、1dを送り出す。
【0011】
ワイヤ巻取り側装置3は、第1、第2、第3及び第4のワイヤ1a、1b、1c、1dを一体化してフラットケーブル4を形成し、巻取り側回転体としての巻枠5に巻き取るものであり、巻取り側電動機6、インバータ7、制御回路8、及び直流電源9から成る典型的なワイヤ巻取り手段の他に、ワイヤ整列装置10、絶縁体被覆装置11、及び色付け装置12を有している。
【0012】
第1、第2、第3及び第4のワイヤ1a、1b、c、1dは、整列装置10で互いに平行になるように整列され、次に被覆装置11で例えばゴムから成る絶縁体で被覆され且つ一体化されてフラットケーブル4になる。色付け装置12は所定の塗料をフラットケーブル4に塗布する。巻枠5に結合された交流電動機6は例えば誘導電動機から成る。インバータ7は直流電源8の直流電圧を交流電圧に変換して電動機6に供給する。制御回路8は電動機6及び巻取り側巻枠5が所定の速度で回転するようにインバータ7を制御する。なお、巻枠5に対するフラットケーブル4の巻き取りが進むに従って巻枠5の回転速度が低下するように電動機6を駆動することが望ましい。巻取り側の巻枠5の回転によってフラットケーブル4を巻き取ると、第1、第2、第3及び第4のワイヤ1a、1b、1c、1dが巻取り側装置3の方向に走行する。第1、第2、第3及び第4のワイヤ1a、1b、1c、1dは所定の張力を有していることが望ましい。
【0013】
第1、第2、第3及び第4のワイヤ供給装置2a、2b、2c、2dは互いに同一構成であり、且つ、同様に動作する。従って、第1のワイヤ供給装置2aを図2〜図8を参照して詳しく説明し、第2、第3及び第4のワイヤ供給装置2b、2c、2dの説明を省略する。
【0014】
ワイヤ供給装置2aは、一般に給線機と呼ばれているものであって、ワイヤ1aを供給するための供給側回転体としての巻枠20と、供給側巻枠20に結合された供給側電動機21と、供給側電動機21の駆動手段としてのインバータ22と、供給側制御回路23と、ダンサー兼張力検出器24と、直流電源25とから成る。
【0015】
ワイヤ1aが巻き回された供給側巻枠20は、供給側電動機21の回転子に結合され、回転子と共に回転する。供給側電動機21は交流電動機としての誘導電動機であって、周波数及び電圧の変化によって回転速度を変えることができ、且つ正方向回転と逆方向回転との両方が可能なものである。この実施形態では、ワイヤ1aの正常移送時には、ワイヤ1aの張力を一定に保つように供給側電動機21が駆動される。もし、ワイヤ1aの張力が所定値よりも大きい時には、供給側巻枠20からのワイヤ1aの送り出し速度を早めるように電動機21の正方向回転速度を大きくする。逆に、ワイヤ1aの張力が所定値よりも小さい時には、巻枠20からのワイヤ1aの送り出し速度を下げるように電動機21の回転速度を下げる。ワイヤ1aの張力が大幅に低下した時には、電動機21が逆方向に駆動される。なお、電動機21を逆方向に駆動しても、逆方向の駆動トルクがワイヤ1aの巻き取りのトルクと巻枠20の慣性力との和よりも小さい場合にはワイヤ1aのたるみが生じないので、電動機21及び巻枠20は逆転状態にはならず、巻枠20からのワイヤ1aの送り出しは継続する。しかし、ワイヤ1aにたるみが生じ、ワイヤ1aの張力が大幅に低下すると、電動機21は逆方向に回転し、ワイヤ1aが供給側巻枠20に巻戻される。
【0016】
供給側インバータ22即ち直流−交流変換装置は、直流電源25の直流電圧を3相交流電圧に変換して電動機21に供給するものである。図3は、電動機21と直流電源25との間に接続されたインバータ22を詳しく示す。インバータ22は、変換回路41と、制御信号形成回路42と、回転方向切換回路43とから成る。変換回路41は、トランジスタ等の制御可能な半導体スイッチから成る第1、第2、第3、第4、第5及び第6のスイッチQ1 、Q2 、Q3 、Q4 、Q5 、Q6 をブリッジ接続した回路から成り、直流電源25の直流電圧を3相交流電圧に変換し、これを出力ライン44、45、46によって電動機21に送る。制御信号形成回路42は第1〜第6のスイッチQ1 〜Q6 をオン・オフするための第1〜第6の制御信号Vg1、Vg2、Vg3、Vg4、Vg5、Vg6を形成し、回転方向切換回路43を介して第1〜第6のスイッチQ1 〜Q6 の制御端子に送る。回転方向切換回路43は、電動機21を正転駆動する時には制御信号形成回路42から得られた第1〜第6の制御信号Vg1〜Vg6をそのまま変換回路41に送る機能と、電動機21を逆転駆動する時に第1〜第6の制御信号Vg1〜Vg6の順番を変える機能を有する。インバータ22の制御方法の詳細は追って説明する。
【0017】
図2のダンサー兼張力検出器24は、ダンサー26と張力センサ27とから成る。ダンサー26は、テンション付与装置とも呼ぶことができるものであって、加圧体としての加圧ローラ28と、軸29aによって加圧ローラ28を回転自在に支持するアーム29と、張力付与用バネ30と、固定ローラ31、32とから成る。加圧ローラ28の支持手段としてのアーム29は軸29bに回動自在に支持され、且つバネ30によって図2で時計回り方向に偏倚されている。バネ30の一端30aはアーム29に係止され、バネ30の他端30bは固定部に係止されている。供給側巻枠20から送り出されたワイヤ1aは2つの固定ローラ31、32の間で加圧ローラ28に接触している。加圧ローラ28の中心軸29aは、ワイヤ1aの張力の変化に応じて図2の点線33上を移動する。即ち、ワイヤ1aの張力が基準張力値よりも大きくなると、ローラ28は上方向に移動する。
逆にワイヤ1aの張力が基準張力値よりも小さくなると、ローラ28は下方向に移動する。34は上限ストッパ、35は下限ストッパであり、ローラ28及びアーム29はこの2つのストッパ34、35で制限された範囲で移動する。加圧ローラ28はアーム29に支持され、アーム29の移動範囲はストッパ34、35で決定されているので、アーム29及びストッパ34、35は加圧ローラ28の案内手段として機能する。加圧ローラ28をアーム29で支持する代りに、直線状に延びるスロットを有する支持板によって加圧ローラ28を支持し、加圧ロ−ラ28が直線的に移動するように構成することができる。この場合には、加圧ローラ28の軸29aを支持板のスロットに挿入する。
【0018】
張力センサ27は、位置センサと呼ぶことができるものであって、加圧ローラ28の位置を検出して張力を示す信号Vt を出力するものである。この張力センサ27は、図3に示すように例えば可変抵抗器50と可動接触子51とローパスフィルタ52とから成り、加圧ローラ28の位置に比例した電圧Vt を検出張力値として出力する。可変抵抗器50は電源端子53とグランドとの間に接続され、可動接触子51は加圧ローラ28の位置に比例して変位するようにアーム26に連結されている。従って、可動接触子51とグランドとの間に加圧ローラ28の位置即ちワイヤ1aの張力にほぼ比例した電圧を得ることができる。ローパスフィルタ52は可動接触子51に得られる電圧に含まれている高い周波数成分を除去するものである。
【0019】
ダンサー兼張力検出器24の張力センサ27とインバータ22との間に接続された供給側制御回路23は、張力センサ27から得られた検出張力値Vt に基づく帰還制御によって検出張力値Vt を一定に保つようにインバータ22を制御するものである。この制御回路23は図3に概略的に示すように、張力基準値発生手段としての基準電圧源54と、誤差信号又は偏差信号形成手段としての偏差回路55と、張力制御指令信号作成手段56とから成る。
【0020】
基準電圧源54は、加圧ローラ28の中心位置又はホームポジションに一致している基準張力値を示す電圧Vr を発生する。偏差回路55の一方の入力端子は張力センサ27に接続され、他方の入力端子は基準電圧源54に接続されている。従って、偏差回路55は減算器であって、検出張力値Vt と基準電圧Vr との差の信号即ち偏差信号Vp =Vt −Vr を発生する。
【0021】
張力制御指令信号作成手段56は、レベル判定手段57、可変比例積分回路59、保持回路60、及び切換回路61から成り、偏差回路55の出力Vpを補正したものに相当する張力制御指令信号を形成し、インバ−タ22に供給する。
【0022】
張力レベル判定手段57はライン58によって張力センサ27に接続され、図7(A)に示す検出張力値vt と比較基準張力値である第1〜第10の値Vt1〜Vt10 との関係を判定する。この張力レベル判定手段57は図5に示すように第1、第2、第3、第4、第5、第6、第7、第8、第9及び第10のコンパレータCP1 、CP2 、CP3 、CP4 、CP5 、CP6 、CP7 、CP8 、C 91 、CP10と、第1、第2、第3、第4、第5、第6、第7、第8、第9及び第10の基準電圧源E1 、E2 、E3 、E4 、E5 、E6 、E7 、E8 、E9 、E10と、第1、第2、第3、第4、第5、第6、第7、第8、第9及び第10のNOT(否定)回路N1 、N2 、N3 、N4 、N5 、N6 、N7 、N8 、N9 、N10と、第1、第2、第3、第4、第5、第6、第7、第8及び第9のAND(論理積)ゲートA1 、A2 、A3 、A4 、A5 、A6 、A7 、A8 、A9 とから成る。第1〜第10のコンパレータCP1 〜CP10の正入力端子は張力検出信号入力ライン58に接続され、これ等の負入力端子は第1〜第10の基準電圧源E1 〜E10に接続されている。第1〜第10の基準電圧源E1 〜E10は、図7(A)に示す第1〜第10の値Vt1〜Vt10 を基準電圧として発生する。
【0023】
第1〜第10のNOT回路N1 〜N10、及び第1〜第9のANDゲートA1 〜A9 は張力の段階的検出のために設けられている。第1のコンパレータCP1 に接続された第1のNOT回路N1 の出力が高レベル即ち論理の1の時には、検出張力値Vt が第1の値Vt1よりも小さい。
【0024】
一方の入力端子が第1のコンパレータCP1 に接続され、他方の入力端子が第2のNOT回路N2 を介して第2のコンパレータCP2 に接続された第1のANDゲートA1 の出力が高レベルの時には、検出張力値Vt が第1の値Vt1と第2の値Vt2との間の値を有する。
【0025】
一方の入力端子が第2のコンパレータCP2 に接続され、他方の入力端子が第3のNOT回路N3 を介して第3のコンパレータCP3 に接続された第2のANDゲートA2 の出力が高レベルの時には、検出張力値Vt が第2の値Vt2と第3の値Vt3との間の値を有する。
【0026】
一方の入力端子が第3のコンパレータCP3 に接続され、他方の入力端子が第4のNOT回路N4 を介して第4のコンパレータCP4 に接続された第3のANDゲートA3 の出力が高レベルの時には、検出張力値Vt が第3の値Vt3と第4の値Vt4との間の値を有する。
【0027】
一方の入力端子が第4のコンパレータCP4 に接続され、他方の入力端子が第5のNOT回路N5 を介して第4のコンパレータCP5 に接続された第4のANDゲートA4 の出力が高レベルの時には、検出張力値Vt が第4の値Vt4と第5の値Vt5との間の値を有する。
【0028】
一方の入力端子が第5のコンパレータCP5 に接続され、他方の入力端子が第6のNOT回路N6 を介して第6のコンパレータCP6 に接続された第5のANDゲートA5 の出力が高レベルの時には、検出張力値Vt が第5の値Vt5と第6の値Vt6との間の値を有する。
【0029】
一方の入力端子が第6のコンパレータCP6 に接続され、他方の入力端子が第7のNOT回路N7 を介して第7のコンパレータCP7 に接続された第6のANDゲートA6 の出力が高レベルの時には、検出張力値Vt が第6の値Vt6と第7の値Vt7との間の値を有する。
【0030】
一方の入力端子が第7のコンパレータCP7 に接続され、他方の入力端子が第8のNOT回路N8 を介して第8のコンパレータCP8 に接続された第7のANDゲートA7 の出力が高レベルの時には、検出張力値Vt が第7の値Vt7と第8の値Vt8との間の値を有する。
【0031】
一方の入力端子が第8のコンパレータCP8 に接続され、他方の入力端子が第9のNOT回路N9 を介して第9のコンパレータCP9 に接続された第8のANDゲートA8 の出力が高レベルの時には、検出張力値Vt が第8の値Vt8と第9の値Vt9との間の値を有する。
【0032】
一方の入力端子が第9のコンパレータCP9 に接続され、他方の入力端子が第10のNOT回路N10を介して第10のコンパレータCP10に接続された第9のANDゲートA9 の出力が高レベルの時には、検出張力値Vt が第9の値Vt9と第10の値Vt10 との間の値を有する。
【0033】
第10のコンパレータCP10の出力が高レベルの時には、検出張力値Vt が第10の値Vt10 よりも高い値を有する。
【0034】
可変比例積分回路59は、電動機21の速度制御ループの時定数即ち応答速度を調整するものであって、偏差回路55の出力に周知の比例処理を施す比例回路(P回路)と積分処理を施す積分回路(I回路)とから成る。この具体例では、積分回路の時定数τがレベル判定手段56の出力で切換えられる。制御ループ即ちサーボループの時定数は、周知のようにコンデンサ、抵抗、インダクタ等の回路定数を変えること、又は制御ループのゲインを変えることによって達成される。例えば、ゲインを高めると、時定数は小さくなり、応答速度が早くなる。
【0035】
可変比例積分回路59は、張力レベル判定手段57の出力に応答して6段階の時定数τ1〜τ6を設定するために、図5に示すように第1、第2、第3、第4、第5及び第6のスイッチS1 、S2 、S3 、S4 、S5 、S6 と、第1、第2、第3、第4、第5及び第6の比例積分回路59a、59b、59c,59d、59e、59fとを有する。第1〜第6の比例積分回路59a〜59fは、順次に大きくなる第1〜第6の時定数τ1 〜τ6 を有し、第1〜第6のスイッチS1 〜S6 を介して入力信号ライン62と出力信号ライン63との間に接続されている。各比例積分回路59a〜59fは偏差回路55の出力のレベル調整と平滑化とを図る。レベル判定回路56の出力によって可変比例積分回路59を制御するために、第1のNOT回路N1 の出力端子と第10のコンパレータCP10の出力端子とが第1のスイッチS1 の制御端子に接続されている。第1及び第9のANDゲートA1 、A9 の出力端子が第2のスイッチS2 の制御端子に接続されている。第2及び第8のANDゲートA2 、A8 の出力端子が第3のスイッチS3 の制御端子に接続されている。第3及び第7のANDゲートA3 、A7 の出力端子が第4のスイッチS4 の制御端子に接続されている。第4及び第6のANDゲートA4 、A6 の出力端子が第5のスイッチS5 の制御端子に接続されている。第5のANDゲートA5 の出力端子が第6のスイッチS6 の制御端子に接続されている。なお、図示の簡略化のために、図5では、第5〜第9のANDゲートA5 〜A9 の出力端子と第5〜第2のスイッチS5 〜S2 との接続、及び第10のコンパレータCP10の出力端子と第1のスイッチS1 との接続が省略されている。
【0036】
制御回路23は、図5に示すように不感帯モード選択スイッチSa を有する。不感帯モード選択スイッチSa は第5のANDゲートA5と図4の保持回路60の制御端子及び切換回路61の制御端子とを結ぶライン90に直列に接続されている。このスイッチSaは不感帯モード制御を選択する時にオン操作される。
ここで、不感帯モ−ド制御とは、張力センサ27における中心位置即ちホ−ムポジションに対する加圧ロ−ラ28の位置のずれが小さい時の制御を意味する。この不感帯モ−ド制御の選択は使用者にまかされている。不感帯モ−ド選択スイッチSaがオンに操作されている状態で、第5のANDゲ−トA5の出力が不感帯を示す高レベルに転換すると、保持回路60はこの転換時の可変比例積分回路59の出力を保持する。なお、本願において、第5のANDゲ−トA 5 の高レベル出力が不感帯判定信号と呼ばれている。切換回路61は第5のANDゲ−トA5の高レベル出力に応答して可変比例積分回路59の出力の代りに保持回路60の出力をライン67に送出する。このため、不感帯モ−ド選択スイッチSaがオン状態であり且つ第5のANDゲ−トA5の出力が高レベルの時には張力制御指令が一定値になる。ワイヤ1aの種類等によっては、第5のANDゲ−トA 5 の高レベル出力の時即ちVt5〜Vt6区間を不感帯モ−ド制御にした方が良い場合がある。
【0037】
図7(B)は、図7(A)の検出張力値Vt に対する可変比例積分回路59の時定数の変化を示す。これから明らかなように、検出張力値Vt が中心の基準値Vr から離れるに従って時定数τが小さくなる。換言すれば、図2の加圧ローラ28がホームポジション(中心位置)から離れるに従って制御ループの時定数τが小さくなり且つ応答速度が早くなる。
可変比例積分回路59の時定数τは、例えば次式で決定することができる。
τ=τ0 {(Ve /K)+1}
ここで、τ0は元の時定数、
Ve はVt −Vr の絶対値、
Kは係数である。
【0038】
図4に示す保持回路60は、可変比例積分回路59の出力ライン63に接続され、この出力ライン63の張力制御指令信号を選択的に保持して出力する。この保持回路60における選択的保持を制御するために、レベル判定手段56の第1のNOT回路N1 の出力ライン64と第10のコンパレータCP10の出力ライン65とが保持回路60の制御端子に接続されている。従って、保持回路60は、例えば図7のt5 時点及びt11時点の可変比例積分回路59の出力を保持する。なお、前述したように第5のANDゲ−トA5の出力ライン90も不感帯モ−ド選択スイッチSaを介して保持回路60の制御端子に接続されている。
【0039】
図4の切換回路61は、可変比例積分回路59の出力ライン63と保持回路60の出力ライン66と制御回路23の出力ライン67とに接続され、且つこの制御のためにレベル判定手段57の出力ライン64,65,90に接続され、ライン63の信号とライン66の信号とを選択的にライン67に送出する。即ち、不感帯モ−ド選択スイッチSaがオフの時には図7のt0 〜t5 及びt6 〜t11期間にはライン63の信号をライン67に送り、t5 〜t6 期間及びt11以後の期間にはレベル判定手段57の出力ライン64,65の信号に応答してライン66の信号をライン67に送る。既に説明したように保持回路60はt5時点及びt11時点の可変比例積分回路59の出力を保持し、これを出力する。これは制御指令に上限と下限とを設けることを意味する。
また、不感帯モ−ド選択スイッチSaがオン状態に操作され且つ第5のANDゲ−トA5の出力が高レベルの時には、切換回路61はレベル判定手段57の出力ライン90の信号に応答して保持回路60の出力をライン67に送る。既に説明したように不感帯モ−ド選択スイッチSaがオンの時には、保持回路60はANDゲートA5の出力が高レベルに転換した時の可変比例積分回路59の出力を保持して出力する。
【0040】
図7(C)はライン67の偏差回路55の出力Vp の変化を概略的に示す。t0 〜t6 期間は検出張力値Vtが基準値Vrよりも高いことを示し、t6以後は検出張力値Vtが基準値Vrよりも低いことを示す。
【0041】
図3のインバータ22の制御信号形成回路42は、図6に概略的に示すように、周波数及び電圧指令形成回路80と、第1、第2及び第3相制御信号形成回路81、82、83と、正転逆転指令形成回路89とから成る。制御信号形成回路42の多くの部分はディジタル回路で構成されているが、図6では制御信号形成回路42が等価的なアナログ回路で示されている。
【0042】
周波数及び電圧指令形成回路80は、図4の制御回路23の出力ライン67に接続されており、このライン67の張力制御指令信号に応答してインバータ22の出力周波数指令値及び出力電圧指令値を形成する。第1相制御信号形成回路81は、正弦波発生器84と、乗算器85と、鋸波発生器86と、コンパレータ87と、反転回路即ちNOT回路88とから成る。正弦波発生器84は図8(A)に示す正弦波Vs を発生する。正弦波発生器84は周波数及び電圧指令形成回路80の周波数指令ライン80aに接続され、指令された周波数の正弦波を発生する。第2及び第3相制御信号形成回路82、83に設けられている正弦波発生器からは、第1相制御信号形成回路81の正弦波Va に対して順次に120度位相差を有している第2相及び第3相の正弦波が発生する。正弦波Vaの周波数はインバータ22の出力周波数に一致する。インバータ22の出力周波数を変えると、電動機21の回転速度が変化する。乗算器85は、正弦波発生器84から出力された正弦波Vaに周波数及び電圧指令形成回路80の電圧指令ライン80bの電圧指令を乗算して正弦波Va の振幅を調整する。
鋸波発生器86は、図8(A)に示す鋸波Vb を発生する。鋸波Vb は、正弦波Va の周波数よりも十分に高い周波数(例えば20〜100kHz)を有する。
コンパレータ87は、乗算器85の出力と鋸波発生器86の出力とを図8(A)に示すように比較して図8(B)に示すPWM(パルス幅変調)パルスから成る第1の制御信号Vg1を形成する。NOT回路88はコンパレータ87の出力の逆位相信号を図8(C)に示すように形成し、これを第2の制御信号Vg2として出力する。
【0043】
第2及び第3相制御信号形成回路82、83は、第1及び第2の制御信号Vg1、Vg2と異なる位相の制御信号Vg3〜Vg6を形成する点を除いて第1相制御信号形成回路81と同一に構成されている。
【0044】
正転逆転指令形成回路89は、図4の張力制御指令信号形成回路56の出力ライン67に接続されており、ライン67の張力制御指令信号に基づいて電動機21の正方向回転と逆方向回転とを区別する信号をライン76に送出する。即ち、可変比例積分回路59の出力が所定レベル(例えば零レベル)よりも低くなった時に、正転逆転指令回路89から逆転指令が発生する。例えば、ワイヤ1aが大幅にたるみ、張力が大幅に低下した時には、張力制御指令信号が負になり、正転逆転指令形成回路89から逆転指令が発生する。
【0045】
周波数及び電圧指令形成信号回路80は、正転逆転指令形成回路89から逆転指令が発生している期間に周波数指令を例えば10Hz以下に制限する。これにより、供給側電動機21の逆方向の高速回転が阻止される。
【0046】
図3の回転方向切換回路43は、ワイヤ1aの張力を制御するために供給側電動機21の駆動形態の切換えを実行するものである。交流電動機21の回転方向は周知のように3相入力ライン44、45、46の中の2つを切換えることによって逆転する。従って、ライン44、45、46に切換器を設けて、電動機21の正転駆動と逆転駆動との切換えを実行することができる。この実施形態では、電動機21の入力ライン44〜46の切換えと等価の動作を第1〜第6の制御信号Vg1〜Vg6の供給先の変更によって達成している。図6の正転逆転指令形成回路89から正転を示す信号が発生している時には、第1〜第6の制御信号Vg1〜Vg6を第1〜第6のスイッチQ1 〜Q6 にそのまま印加する。電動機21を逆転駆動する時には、第1及び第2の制御信号Vg1、Vg2を第3及び第4のスイッチQ3 、Q4 に供給し、第3及び第4の制御信号Vg3、Vg4を第1及び第2のスイッチQ1 、Q2 に供給する。ワイヤ1aにたるみが無い状態で、供給側電動機21が低いレベルで逆転駆動された時には、供給側電動機21が逆転せずにワイヤ1aに引張られて正転を継続する。この結果、供給側電動機21はワイヤ1aにバックテンションを与える。ワイヤ1aにたるみがある時に、供給側電動機21が逆転駆動されると、巻枠20及び電動機21が逆転してワイヤ1aを巻き戻す。
【0047】
ワイヤ1aを供給側巻枠20と巻取り側装置3との間に張り渡す時には、ワイヤ1aのたるみが生じる。このため、検出張力値Vt が低下し、正転逆転指令形成回路89から逆転指令が発生し、電動機21が逆転する。この結果、ワイヤ1aが供給側巻枠20に巻戻され、ワイヤ1aのたるみが取れる。
【0048】
本実施形態は次の効果を有する。
(1) ワイヤ1aの供給の準備工程においてワイヤ1aを供給側巻枠20と巻取り側装置3との間に配置する時、又はワイヤ1aの供給開始後におけるワイヤ1aの切断等の異常時に、ワイヤ1aにたるみが発生した時には、供給側電動機21が逆転し、ワイヤ1aが供給側巻枠20に巻戻され、たるみが除去される。従って、ワイヤ1aの不要な供給を防止し、ワイヤ1aの意図しない箇所への絡みつき等を防ぐことができる。
(2)第1〜第4のワイヤ供給装置2a〜2dと巻取り側装置3との間の第1〜第4のワイヤ1a〜1dの張力調整を独立に行うことができるので、第1〜第4のワイヤ1a〜1dの同期した供給の準備を容易に行うことができる。即ち、第1〜第4のワイヤ1a〜1dの供給の準備工程においてワイヤ1aを供給側巻枠20と巻取り側装置3との間に配置する時に、第1〜第4のワイヤ1a〜1dの内にたるんでいるものがあっても、自動的に巻き戻し動作が生じ、たるみが除去される。従って、第1〜第4のワイヤ1a〜1dの同期した供給を迅速且つ容易に開始できる。
(3) 供給側電動機21の逆転時の周波数が例えば10Hz以下に制限されているので、供給側電動機21が高速に逆転しない。従って、危険が少ない。
(4) 検出張力値Vtと基準値Vrとの差が大きくなるに従って帰還制御ループの時定数を小さくするので、検出張力値Vtが大きく変化した時の制御ループの応答速度が早くなり、検出張力値Vtを迅速に基準値Vr又はこの近くに戻すことができる。この結果、安定性の高いワイヤ1a〜1dの供給が可能になる。
(5) 供給側電動機21をインバータ22で駆動しているので、供給側電動機21の制御を容易に達成することができる。
(6) ダンサー兼張力検出器24を使用するので、ワイヤ1a〜1dの張力の調整と、張力の検出との両方を容易に達成することができる。
(7) 不感帯モード選択スイッチSa がオン操作されている状態で、検出張力値Vt が第5の値Vt5と第6の値Vt6の範囲にある時には、保持回路60の出力がライン67に送られる。ワイヤの種類によって不感帯モ−ドを設けた方が良い場合と良くない場合とがあるので、制御の自由度が大きくなる。
【0049】
【変形例】
本発明は上述の実施形態に限定されるものでなく、例えば次の変形が可能なものである。
(1) 供給側装置2を例えば1台のワイヤ供給装置2aのみで構成し、1本のワイヤ1aを供給する場合にも本発明を適用できる。
(2) 図1では供給側装置2から4本のワイヤ1a〜1dが供給されているが、任意の複数本とすることができる。
(3) 図5では6個の比例積分回路59a〜59fが設けられているが、比例積分回路59に時定数切換回路を設け、レベル判定手段57の出力で時定数のみを切り換えることができる。
(4) 比例積分回路59の時定数の可変は、積分回路のゲインのみの可変又は比例回路のゲインのみの可変で行ってもよい。
(5) レベル判定手段57を偏差回路55の出力端子に接続することができる。この場合は第1〜第10の基準電圧源E1 〜E10の電圧値を図5よりもVr だけ低くする。
(6) レベル判定手段57のレベル判定の段数を任意に変えることができる。
(7) 電動機21の回転速度制御方式を、インバータ22の出力電圧を一定に保って出力周波数を制御する方式、又はインバータ22の出力周波数を一定に保って出力電圧を制御する方式、又はインバータ22の出力電圧Vとインバータ22の出力周波数fとの比V/fを一定に保つ制御方式とすることができる。
(8) 電動機21を直流電動機とすることができる。
(9) 供給側巻枠20の代りにワイヤ1aを定速送りするためのキャプスタを本発明に従って制御することができる。この場合には、図2の電動機21に供給側回転体としてのキャプスタを結合させる。
(10) 制御回路23の一部又は全部をディジタル回路で形成することができる。ディジタル回路とする場合には張力センサ27の出力段にアナログ・ディジタル変換器を接続する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に従う実施形態のワイヤ移送装置を示すブロック図である。
【図2】図1の第1のワイヤ供給装置を示すブロック図である。
【図3】図2の供給側インバータを詳しく示す回路図である。
【図4】図2の張力センサ、制御回路、インバータ及び電動機を更に詳しく示すブロック図である。
【図5】図4のレベル判定手段及び可変比例積分回路を示す回路図である。
【図6】供給側インバータの制御信号形成回路を詳しく示すブロック図である。
【図7】図4及び図5の各部の状態を示す図である。
【図8】図3の各部の状態を示す波形図である。
【符号の説明】
1a〜1d ワイヤ
20 巻枠
21 電動機
22 インバータ
23 制御回路
24 ダンサー兼張力検出器
27 張力センサ
56 張力制御指令信号形成回路
57 レベル判定手段
59 可変比例積分回路
Claims (6)
- 線状又は帯状の長手物体を供給するための供給側回転体(20)と、
前記供給側回転体(20)に結合された供給側電動機(21)と、
前記長手物体を巻き取るための巻取り側装置(3)と、
前記供給側回転体(20)と前記巻取り側装置(3)との間において前記長手物体の張力を検出するための張力検出手段(24)と、
前記供給側電動機(21)に接続され且つ前記供給側電動機(21)を制御することが可能なように構成された駆動手段(22)と、
前記駆動手段(22)を制御するために前記張力検出手段(24)と前記駆動手段(22)との間に接続され、且つ張力の基準値を示す信号を発生する張力基準値発生手段(54)、前記張力検出手段(24)で検出された張力の検出値と前記張力の基準値との差を示す偏差信号を形成する偏差信号形成手段(55)、及び前記張力の検出値と前記張力の基準値との差を解消するための張力制御指令信号を作成して前記駆動手段(22)に供給する張力制御指令信号作成手段(56)を有している制御手段(23)とを備え、
前記張力制御指令信号作成手段(56)は、前記張力検出手段(24)から得られた検出張力値と前記基準値との差の大小関係を判定するレベル判定手段(57)と、前記偏差信号に比例処理及び積分処理を施して前記張力制御指令信号を形成する比例積分手段(59)と、不感帯モード制御を選択的に行うための不感帯モード選択スイッチ(Sa)と、前記比例積分手段(59)の出力を選択的に保持する保持回路(60)と、前記比例積分手段(59)の出力と前記保持回路(60)の出力とを切換える切換回路(61)とを有し、
前記レベル判定手段(57)は、前記検出張力値と前記基準値との差の大小関係を複数段階に判定する機能を有し且つ前記検出張力値と前記基準値との差が前記複数段階の内の最低の段階の時に不感帯を示す不感帯判定信号をライン(90)に出力する機能を有し、
前記不感帯モード選択スイッチ(Sa)は前記不感帯判定信号を選択的に伝送するために前記ライン(90)に接続され、
前記比例積分手段(59)は、前記偏差信号形成手段(55)と前記レベル判定手段(57)と前記保持回路(60)と前記切換回路(61)とに接続され且つ前記レベル判定手段(57)から得られた前記検出張力値と前記基準値との差の大小関係を示す信号に応答して前記検出張力値と前記基準値との差が大きくなるに従って時定数が小さくなるように構成され、
前記比例積分手段(59)の前記時定数は、
τ=τ0 {(Ve /K)+1}
ここで、τは求める時定数、
τ0は基準の時定数、
Ve は前記張力検出手段で検出された検出張力値Vtと前記張力検出手段の出力の基準値Vrとの差Vt −Vr の絶対値、
Kは係数、
で示される式に従って決定され、
前記保持回路(60)は前記比例積分手段(59)と前記切換回路(61)と前記不感帯判定信号を伝送するライン(90)とに接続され且つ前記不感帯モード選択スイッチ(Sa)がオンの時に得られる前記不感帯判定信号に応答して前記不感帯判定信号の発生開始時点における前記比例積分手段(59)の出力を保持して出力する機能を有し、
前記切換回路(61)は、前記比例積分手段(59)と前記保持回路(60)と前記不感帯判定信号を伝送するライン(90)とに接続され且つ前記不感帯モード選択スイッチ(Sa)がオンの時に前記ライン(90)に得られた前記不感帯判定信号に応答して前記保持回路(60)の出力を選択し、前記ライン(90)に前記不感帯判定信号が伝送されていないことに応答して前記比例積分手段(59)の出力を選択する機能を有していることを特徴とする長手物体の移送装置。 - 前記供給側電動機は、前記長手物体を前記供給側回転体から送り出す正方向の回転と前記長手物体を前記供給側回転体に巻戻す逆方向の回転との両方が可能なように構成されており、
前記駆動手段は、前記張力制御指令信号作成手段から供給された前記張力制御指令信号が前記長手物体の張力を低減させるための指令である時に、前記供給側電動機を正方向回転駆動し、前記張力制御指令信号が前記長手物体の張力を増大させるための指令である時に、前記供給側電動機を逆方向回転駆動する機能を有していることを特徴とする請求項1記載の長手物体の移送装置。 - 前記供給側電動機は、交流電動機であり、前記駆動手段は直流を交流に変換するインバータであることを特徴とする請求項1又は2記載の長手物体の移送装置。
- 前記張力検出手段は、前記供給側回転体と前記巻取り側装置との間で前記長手物体に接触して前記長手物体に張力を付与する加圧体と、前記長手物体の張力の変化に対応した前記加圧体の変位を許すように前記加圧体を支持する支持手段と、前記加圧体の位置に対応した張力検出信号を出力する張力センサとから成ることを特徴とする請求項1又は2又は3記載の長手物体の移送装置。
- 複数の線状又は帯状の長手物体を同期して供給するための複数の供給側回転体と、
前記複数の供給側回転体にそれぞれ結合された複数の供給側電動機と、
前記複数の長手物体を同期して巻き取るための巻取り側装置と、
前記複数の供給側回転体と前記巻取り側装置との間において前記複数の長手物体の張力をそれぞれ検出するための複数の張力検出手段と、
前記複数の供給側電動機にそれぞれ接続され且つ前記複数の供給側電動機のそれぞれの回転を制御することが可能なように構成された複数の駆動手段と
前記複数の駆動手段を制御するために前記複数の張力検出手段と前記複数の駆動手段との間にそれぞれ接続され、且つ張力の基準値を示す信号を発生する張力基準値発生手段、
前記張力検出手段で検出された張力の検出値と前記張力の基準値との差を示す偏差信号を形成する偏差信号形成手段、及び前記張力の検出値と前記張力の基準値との差を解消するための張力制御指令信号を作成して前記駆動手段に供給する張力制御指令信号作成手段(56)をそれぞれ有している複数の制御手段とを備え、
前記張力制御指令信号作成手段(56)は、前記張力検出手段(24)から得られた検出張力値と前記基準値との差の大小関係を判定するレベル判定手段(57)と、前記偏差信号に比例処理及び積分処理を施して前記張力制御指令信号を形成する比例積分手段(59)と、不感帯モード制御を選択的に行うための不感帯モード選択スイッチ(Sa)と、前記比例積分手段(59)の出力を選択的に保持する保持回路(60)と、前記比例積分手段(59)の出力と前記保持回路(60)の出力とを切換える切換回路(61)とを有し、
前記レベル判定手段(57)は、前記検出張力値と前記基準値との差の大小関係を複数段階に判定する機能を有し且つ前記検出張力値と前記基準値との差が前記複数段階の内の最低の段階の時に不感帯を示す不感帯判定信号をライン(90)に出力する機能を有し、
前記不感帯モード選択スイッチ(Sa)は前記不感帯判定信号を選択的に伝送するために前記ライン(90)に接続され、
前記比例積分手段(59)は、前記偏差信号形成手段(55)と前記レベル判定手段(57)と前記保持回路(60)と前記切換回路(61)とに接続され且つ前記レベル判定手段(57)から得られた前記検出張力値と前記基準値との差の大小関係を示す信号に応答して前記検出張力値と前記基準値との差が大きくなるに従って時定数が小さくなるように構成され、
前記比例積分手段(59)の前記時定数は、
τ=τ0 {(Ve /K)+1}
ここで、τは求める時定数、
τ0は基準の時定数、
Ve は前記張力検出手段で検出された検出張力値Vtと前記張力検出手段の出力の基準値Vrとの差Vt −Vr の絶対値、
Kは係数、
で示される式に従って決定され、
前記保持回路(60)は前記比例積分手段(59)と前記切換回路(61)と前記不感帯判定信号を伝送するライン(90)とに接続され且つ前記不感帯モード選択スイッチ(Sa)がオンの時に得られる前記不感帯判定信号に応答して前記不感帯判定信号の発生開始時点における前記比例積分手段(59)の出力を保持して出力する機能を有し、
前記切換回路(61)は、前記比例積分手段(59)と前記保持回路(60)と前記不感帯判定信号を伝送するライン(90)とに接続され且つ前記不感帯モード選択スイッチ(Sa)がオンの時に前記ライン(90)に得られた前記不感帯判定信号に応答して前記保持回路(60)の出力を選択し、前記ライン(90)に前記不感帯判定信号が伝送されていないことに応答して前記比例積分手段(59)の出力を選択する機能を有していることを特徴とする長手物体の移送装置。 - 前記複数の供給側電動機のそれぞれは、前記長手物体を前記供給側回転体から送り出す正方向の回転と前記長手物体を前記供給側回転体に巻戻す逆方向の回転との両方が可能なように構成されており、
前記複数の駆動手段のそれぞれは、前記張力制御指令信号作成手段から供給された前記張力制御指令信号が前記長手物体の張力を低減させるための指令である時に、前記供給側電動機を正方向回転駆動し、前記張力制御指令信号が前記長手物体の張力を増大させるための指令である時に、前記供給側電動機を逆方向回転駆動する機能を有していることを特徴とする請求項5記載の長手物体の移送装置。
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