JP7276270B2

JP7276270B2 - テンション装置

Info

Publication number: JP7276270B2
Application number: JP2020121205A
Authority: JP
Inventors: 昇浅見
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2020-07-15
Filing date: 2020-07-15
Publication date: 2023-05-18
Anticipated expiration: 2040-07-15
Also published as: TWI847029B; CN113948310B; CN113948310A; JP2022018241A; TW202204243A

Description

本発明は、テンション装置に関する。

巻芯に線材を巻回する巻線機であって、線材源から導かれる線材を繰り出すメインドラムと、メインドラムから繰り出された線材が掛止されるテンションバーと、線材源とメインドラムとの間における線材の張力を検出する張力検出部と、を備える巻線機が提案されている（例えば特許文献１参照）。この巻線機は、更に、線材の張力が所望の値となるように、テンションバーにリンク機構を介して回転トルクを伝達するアームモータまたはメインドラムを回転させるドラムモータを制御する制御部と、張力検出部のロードセルによって検出される荷重を基に線材の張力を算出する算出部と、を備える。

特開２０１９－００１６１７号公報

しかしながら、特許文献１に記載された巻線機では、算出部と制御部とが互いに独立しており、算出部で算出された線材の張力に関する情報が制御部へ出力される構成とはなっていない。このため、制御部が、算出部で算出された線材の張力を示す情報を略リアルタイムで取得して、アームモータまたはドラムモータを制御することができない。このため、このため、アームモータまたはドラムモータが的確に制御されず、その結果、線材を巻芯に巻回する際の張力にばらつきが生じてしまう虞がある。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、線材の張力のばらつきを抑制できるテンション装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るテンション装置は、
巻芯に線材を巻回する複数の巻線機それぞれに設けられ前記線材の張力の大きさを反映した物理量を検出する複数の張力検出部と、
前記複数の巻線機それぞれの前記張力検出部により検出される前記線材の張力の大きさに基づいて、前記複数の巻線機それぞれのドラムモータの回転速度を制御する制御ユニットと、
前記張力検出部と前記制御ユニットとを接続する信号線と、を備え、
前記張力検出部は、検出した前記線材の張力を示す情報を、前記信号線を介して直接前記制御ユニットへ送信可能であり、
前記制御ユニットは、
前記複数の張力検出部それぞれで検出された前記物理量を示す物理量情報を一時的に記憶するバッファと、
前記複数の張力検出部それぞれから取得した前記物理量情報を前記バッファに区別して記憶させる物理量情報取得部と、
前記物理量から前記線材の張力を算出する張力算出部と、
前記線材についての張力の規格値の範囲と算出された前記線材の張力と、を比較して、前記ドラムモータの回転速度を制御して前記線材の張力を調整するための張力制御値を算出する張力制御値算出部と、
前記張力制御値を示す張力制御値情報を、前記複数の巻線機それぞれに設けられたドラムモータを駆動するモータ駆動部へ送信する制御値送信部と、を有する。
また、本発明に係るテンション装置は、
前記物理量情報取得部は、前記複数の張力検出部それぞれで検出された張力を示す情報を、０．３ｍｓｅｃ以上５００ｍｓｅｃ以下の時間で取得する、ものであってもよい。

また、本発明に係るテンション装置は、
前記張力検出部が、
前記線材が掛止される一対の第１ローラと、
回転軸が互いに平行な前記一対の第１ローラの間に配置され前記一対の第１ローラの並び方向および前記並び方向に垂直な前記一対のローラの回転軸方向に直交する方向へ移動自在であるとともに、前記線材が掛止される第２ローラと、
前記第２ローラに加わる力を検出するロードセルと、
前記ロードセルから出力される前記第２ローラに加わる力に応じたアナログ信号をディジタル信号へ変換して前記第２ローラに加わる力を反映した物理量として出力するアナログディジタル変換部と、
前記一対の第１ローラ、前記第２ローラ、前記ロードセルおよび前記アナログディジタル変換部を纏めて支持する基台と、を有する、ものであってもよい。

また、本発明に係るテンション装置は、
前記張力検出部が、
前記線材が掛止される一対の第１ローラと、
回転軸が互いに平行な前記一対の第１ローラの間に配置され前記一対の第１ローラの並び方向および前記並び方向に垂直な前記一対のローラの回転軸方向に直交する方向へ移動自在であるとともに、前記線材が掛止される第２ローラと、
前記第２ローラに加わる力を検出するロードセルと、を有し、
前記ロードセルが、
ロバーバル型ロードセルであり、
長尺であり長手方向の一端部に前記第２ローラを支持するローラ支持部が固定され他端部が基台における、前記一対の第１ローラの並び方向および前記一対のローラの回転軸方向に直交する方向において前記第２ローラからずれた位置に固定された起歪部と、
前記起歪部における少なくとも４箇所に配設されたストレインゲージと、を有するものであってもよい。

また、本発明に係るテンション装置は、
前記張力検出部により検出される前記線材の張力の大きさを示す張力値が予め設定された規格範囲内であるか否かを判定する規格判定部と、
前記規格判定部により前記張力値が前記規格範囲外であると判定されると、前記ドラムモータを停止させるための停止指令情報を生成する指令部と、を更に備える、ものであってもよい。

また、本発明に係るテンション装置は、
前記張力検出部により検出される前記線材の張力の大きさを示す張力値が前記規格範囲内における予め設定された管理範囲を外れるか否かを監視する監視部と、
前記監視部により前記張力値が前記管理範囲を外れたと判定すると、前記張力値が前記管理範囲を外れたことを報知する報知情報を生成する報知部と、を更に備える、ものであってもよい。

また、本発明に係るテンション装置は、
表示装置と、
前記張力検出部により検出される前記線材の張力を示す張力値から前記線材の張力を管理するための管理情報を生成する管理情報生成部と、
前記管理情報を前記表示装置に表示させる表示制御部と、を更に備える、ものであってもよい。

また、本発明に係るテンション装置は、
前記複数の巻線機は、それぞれ、
前記線材を繰り出すドラムと、
前記ドラムを駆動するドラムモータと、
前記ドラムから繰り出される線材を巻芯へ案内するノズルと、
長尺であり長手方向の一端部にプーリが設けられ他端部が回動自在に軸支されるとともに、前記ドラムと前記ノズルとの間において前記線材が前記プーリに掛止された状態で前記プーリが付勢部材により前記線材に押し付けられる方向へ付勢されるテンションバーと、を備える、ものであってもよい。

本発明によれば、張力検出部が、制御ユニットと信号線を介して接続され、検出した線材の張力を示す情報を、信号線を介して直接制御ユニットへ送信する。そして、制御ユニットが、張力検出部により検出される線材の張力の大きさに基づいて、ドラムモータの回転速度を制御する。これにより、制御ユニットは、張力検出部で検出された線材の張力を示す情報を略リアルタイムで取得して、ドラムモータの回転速度を制御することができるので、線材の張力にばらつきを抑制できる。

本発明の実施の形態に係る巻線機の構成を示す図である。実施の形態に係る張力検出部の構成を示す図である。実施の形態に係る制御ユニットのハードウェア構成を示すブロック図である。実施の形態に係る制御ユニットの機能構成を示すブロック図である。実施の形態に係る制御ユニットが実行する巻線機制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。実施の形態に係る制御ユニットが実行する張力監視処理の流れの一例を示すフローチャートである。変形例に係る張力検出部の構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態に係る巻線機は、巻芯に線材を巻回する装置である。この巻線機は、線材を繰り出すドラムと、ドラムを駆動するドラムモータと、ドラムから繰り出される線材を巻芯へ案内するノズルと、テンションバーと、張力検出部と、制御ユニットと、張力検出部と制御ユニットとを接続する信号線と、を備える。テンションバーは、長尺であり長手方向の一端部にプーリが設けられ他端部が回動自在に軸支されるとともに、ドラムとノズルとの間において線材がプーリに掛止された状態でプーリが付勢部材により線材に押し付けられている。張力検出部は、プーリとノズルとの間における線材の張力を検出し、検出した線材の張力を示す情報を、信号線を介して直接制御ユニットへ送信可能である。制御ユニットは、張力検出部により検出される線材の張力の大きさに基づいて、ドラムモータの回転速度を制御する。

図１に示すように、本実施の形態に係る巻線機１は、巻芯Ｃｏ１に線材Ｃ１を巻回してコイルを形成する。巻線機１は、線材Ｃ１を貯留する線材源（図示せず）から巻芯Ｃｏ１に向けて線材Ｃ１を送り出しつつ、巻芯Ｃｏ１に巻回される線材Ｃ１の張力を調整する。また、巻線機１は、ネットワークＮＷ１を介して生産管理用のサーバ２または他の生産用の設備３に接続されている。ネットワークＮＷ１は、例えば工場内に構築されたＬＡＮ（Local Area Network）である。

巻線機１は、図１に示すように、複数の巻線ユニット１００と、複数の巻線ユニット１００を制御する制御ユニット９０と、を備える。巻線ユニット１００は、基体１０と、基体１０に取り付けられ線材源から供給される線材Ｃ１を送り出すドラム２０と、ドラム２０を回転駆動するドラムモータ２１と、モータ駆動部２２と、巻芯支持ユニット４０と、ノズル８０と、を備える。また、巻線ユニット１００は、線材Ｃ１が掛止されるテンションバー３０と、テンションバー３０を付勢する付勢部材３３と、線材Ｃ１に加わる張力を検出する張力検出部７０と、を備える。ここで、張力検出部７０と制御ユニット９０と後述する信号線ＳＬ１とから、線材Ｃ１の張力を制御するテンション装置が構成される。

巻芯支持ユニット４０は、巻芯Ｃｏ１をその線材Ｃ１が巻回される巻回軸周りに回転自在に支持する巻芯支持部４０１と、巻芯支持部を巻回軸周りに回転駆動する巻芯駆動モータ４０２と、巻芯駆動モータ４０２を制御するドライバ４０３と、を有する。ドライバ４０３は、制御ユニット９０から後述する動作開始指令情報を受信すると、予め設定された回転数で巻芯支持４０１部を矢印ＡＲ１で示す方向へ回転駆動するよう巻芯駆動モータ４０２を制御する。また、設備３は、後述する停止指令情報を受信すると、巻芯駆動モータ４０２を停止させる。ノズル８０は、筒状であり、ドラム２０から繰り出される線材Ｃ１を巻芯へ案内する。

ドラム２０の外周には、線材Ｃ１が掛け回される。ドラム２０は、ドラムモータ２１のシャフト（図示せず）に連結され、ドラムモータ２１により矢印ＡＲ２で示す方向へ回転駆動される。ドラムモータ２１は、例えばモータ駆動部２２から供給される電力により回転軸が回転するサーボモータである。モータ駆動部２２は、ドライバ２２２とディジタルアナログ変換器（以下、「ＤＡＣ」と称する。）２２１と、を有する。ＤＡＣ２２１は、制御ユニット９０から後述する初期張力制御値情報または張力制御値情報を受信すると、受信した初期張力制御値情報が示す初期張力制御値または張力制御値情報が示す張力制御値を電圧信号へ変換してドライバ２２２へ出力する。ドライバ２２２は、ＤＡ２２１から入力される電圧信号に応じた回転速度でドラムモータ２１を回転駆動する。

テンションバー３０は、長尺のロッド部３１と、ロッド部３１の長手方向の一端部に設けられたガイド部３２と、を有する。ロッド部３１は、長手方向における他端部が回動ピン３１１により回動自在に軸支されている。これにより、テンションバー３０全体が、回動ピン３１１を中心に旋回自在となっている。ガイド部３２は、ロッド部３１の一端部に設けられた保持部３２１と、保持部３２１に回転自在に連結されるプーリ３２２と、を有する。ここで、線材Ｃ１は、プーリ３２２の外周に掛け回され、プーリ３２２により転向されて巻芯Ｃｏ１へ導かれる。付勢部材３３は、例えば長尺のコイルばねであり、長手方向における一端部が固定部材３１２を介してテンションバー３０のロッド部３１に固定され他端部が基体１０に固定部材３３１を介して固定されている。そして、テンションバー３０は、ドラム２０とノズル８０との間において線材Ｃ１がプーリ３２２に掛止された状態で、プーリ３２２が付勢部材３３により線材Ｃ１に押し付けられる方向へ付勢されている。これにより、線材Ｃ１のたるみの発生が抑制されている。

ここで、線材Ｃ１の巻芯Ｃｏ１への巻き取り中に線材Ｃ１に生じる張力は、ドラム２０からの線材Ｃ１の送り出し速度と巻芯Ｃｏ１の巻き取り速度との速度差によって生じる張力と、テンションバー３０から付与される張力と、の合力となる。そして、線材Ｃ１の送り出し速度が、巻芯Ｃｏ１の巻き取り速度よりも小さくなるほど線材Ｃ１に生じる張力が増加する。

張力検出部７０は、テンションバー３０のプーリ３２２とノズル８０との間における線材Ｃ１の張力を検出する。即ち、張力検出部７０は、線材Ｃ１の張力の管理が要求される巻芯Ｃｏ１に比較的近いノズル８０の直前の位置における線材Ｃ１の張力を検出する。張力検出部７０は、図２に示すように、線材Ｃ１が掛止される一対の第１ローラ７１Ａ、７１Ｂと、一対の第１ローラ７１Ａ、７１Ｂの間に配置された第２ローラ７２と、第２ローラ７２に加わる力を検出するロードセル７３２と、を有する。ここで、線材Ｃ１は、一方の第１ローラ７１Ａ、第２ローラ７２、他方の第１ローラ７１Ｂの順で交互に掛け回される。また、第２ローラ７２は、回転軸が互いに平行な一対の第１ローラ７１Ａ、７１Ｂの並び方向およびこの並び方向に垂直な一対の第１ローラ７１Ａ、７１Ｂの回転軸方向に直交する方向、即ち、Ｘ軸方向に沿った方向ＡＲ３へ移動自在である。また、張力検出部７０は、アナログディジタル変換部（以下、「ＡＤＣ」と称する。）７４と、一対の第１ローラ７１Ａ、７１Ｂ、第２ローラ７２、ロードセル７３２およびＡＤＣ７４を纏めて支持する基台７９と、を有する。また、張力検出部７０は、ロードセル７３２に接続される検出回路（図示せず）と、検出回路へ電圧を印加する電圧源（図示せず）と、を有する。また、張力検出部７０は、制御ユニット９０と信号線ＳＬ１を介して接続されている。

ロードセル７３２は、ロバーバル型ロードセルである。ロードセル７３２は、長尺の起歪部７３２１と、４つのストレインゲージ７３２２と、を有する。起歪部７３２１は、長尺であり、長手方向の一端部に第２ローラ７２を回転自在に支持するローラ支持部７３３が固定されている。起歪部７３２１は、ニッケルクロムモリブデン鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金等から形成されている。また、起歪部７３２１の他端部は、起歪部支持部７３１により基台７９に固定されている。ここで、起歪部７３２１の他端部は、基台７９における、一対の第１ローラ７１Ａ、７１Ｂの並び方向に平行な方向にずれた位置、即ち、第２ローラ７２から＋Ｚ軸方向側へずれた位置に固定されている。４つのストレインゲージ７３２２は、それぞれ、起歪部７３２１における４箇所に配設されている。ストレインゲージ７３２２は、例えば銅ニッケル合金から形成された抵抗体を有するものである。４つのストレインゲージ７３２２は、検出回路とともにホイートストンブリッジを形成するように接続されている。これにより、ストレインゲージ７３２２の抵抗値の変動を高精度に検出することができる。また、４つのストレインゲージの配置を適宜設定することにより周囲の温度の影響を低減している。

ＡＤＣ７４は、ロードセル７３２の４つのストレインゲージ７３２２それぞれから出力される第２ローラ７２に加わる力に応じた歪み量を示すアナログ信号をディジタル信号へ変換する。そして、ＡＤＣ７４は、この歪み量、即ち、検出した線材Ｃ１の張力を示す情報を含むディジタル信号を、信号線ＳＬ１を介して直接制御ユニット９０へ送信可能である。

制御ユニット９０は、ドラム２０からの線材Ｃ１の送り出し速度、即ち、ドラムモータ２１の回転速度を制御することにより、線材Ｃ１に生じる張力を制御する。制御ユニット９０は、図３に示すように、バッファモジュール９５０と、メインモジュール９１０と、表示装置９０４と、入力装置９０５と、を有する。バッファモジュール９５０は、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）とメモリとを有し、張力検出部７０から出力される歪み量を示すディジタル信号を取り込んで復調することにより歪み量情報を取得し、取得した歪み量情報を一時的に保持する。また、バッファモジュール９５０は、張力検出部７０のＡＤＣ７４とＩ^２Ｃバスのようなシリアルバスを介して接続されている。バッファモジュール９５０は、図４に示すように、張力検出部７０で検出された歪み量を示す歪み量情報を一時的に記憶する歪み量バッファ９３１と、張力検出部７０から歪み量情報を取得する歪み量取得部９１１と、を有する。

歪み量取得部９１１は、張力検出部７０から入力されるディジタル信号を復調することにより歪み量情報を取得し、取得した歪み量情報を歪み量バッファ９３１に記憶させる。ここで、歪み量取得部９１１は、複数の巻線ユニットそれぞれについての歪み量情報を、歪み量バッファ９３１における、複数の巻線ユニット１００それぞれに予め割当てられたアドレスに対応する記憶領域に記憶させる。ここで、歪み量取得部９１１は、複数の巻線ユニット１００それぞれの張力検出部７０により検出される歪み量情報を０．１ｍｓｅｃ以上２５０ｍｓｅｃ以下で取得する。従って、例えば歪み量取得部９１１が、４つの巻線ユニット１００全ての張力検出部７０で検出される歪み量情報を０．３ｍｓｅｃ以上５００ｍｓｅｃ以下の時間で取得する。また、歪み量取得部９１１は、メインモジュール９１０から後述するバッファ情報取得完了通知情報を受信する毎に、複数の巻線ユニット１００それぞれの張力検出部７０により検出される歪み量情報を取得して歪み量バッファ９３１に記憶させることを繰り返す。

図３に戻って、メインモジュール９１０は、Raspberry Pi（登録商標）のようなマイクロコンピュータであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）９０１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）９０３と、ＲＡＭ（Random Access Memory）９０２と、ストレージ９０７と、表示インタフェース９４１と、入力インタフェース９５１と、シリアルインタフェース９６１と、出力インタフェース９６２と、ネットワークインタフェース９０８と、各部を接続するバス９０９と、を有する。ＲＯＭ９０３またはストレージ９０７は、ＣＰＵ９０１によりメインモジュール９１０の各種機能を実現するためのプログラムを記憶している。表示インタフェース９４１は、液晶ディスプレイのような表示装置９０４に接続され、ＣＰＵ９０１から入力される各種情報を表示装置９０４へ転送する。入力インタフェース９５１は、キー入力装置、タッチパネル等の入力装置９０５に接続されと、ユーザが入力装置９０５を介して入力する各種操作情報をＣＰＵ９０１へ転送する。ネットワークインタフェース９０８は、例えば無線モジュールであり、サーバ２および他の設備３とネットワークＮＷ１を介して通信する。シリアルインタフェース９６１は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）のようなシリアル通信に適合したインタフェースであり、バッファモジュール９５０とシリアルバスを介して接続される。出力インタフェース９６２は、例えばシリアルインタフェースであり、モータ駆動部２２のＤＡＣ２２１、ドライバ２２２および巻芯支持ユニット４０のドライバ４０３に通信バスを介して接続される。

ＣＰＵ９０１は、ＲＯＭ９０３またはストレージ９０７に記憶されたプログラムをＲＡＭ９０２に読み込んで実行することにより、図４に示すように、張力算出部９１２、張力制御値算出部９１３、制御値送信部９１４、張力制御値取得部９１５、規格判定部９１６、指令部９１７、管理情報生成部９１８、表示制御部９１９、監視部９２０、報知部９２１、圧縮部９２２および送信部９２３として機能する。また、ストレージは、線材Ｃ１の張力ついての規格値を示す張力規格値情報を記憶する規格情報記憶部９３２と、張力記憶部９３３と、校正情報記憶部９３４と、を有する。規格情報記憶部９３２は、張力規格値情報を、対応する線材Ｃ１を巻芯Ｃｏ１に巻き取ることにより製造されるコイル製品を識別する製品識別情報に対応づけて記憶する。また、規格情報記憶部９３２は、コイル製品の製造を開始する際に巻線ユニット１００のモータ駆動部２２へ送信する張力制御値の初期値である初期張力制御値を示す初期張力制御値情報を、製品識別情報に対応づけて記憶する。規格情報記憶部９３２が記憶する張力規格値情報および初期張力制御値情報は、例えばユーザが入力装置９０５を介して入力される。張力記憶部９３３は、張力検出部７０により検出された歪み量情報に基づいて生成された張力情報を記憶する。

校正情報記憶部９３４は、歪み量を校正するための校正情報を記憶する。ここで、校正情報は、張力検出部７０により検出された歪み量情報が示す歪み量を引数として線材Ｃ１に加わる張力を求める一次関数を示す情報である。この校正情報は、例えば、巻線ユニット１００において、ドラム２０を停止させた状態で線材Ｃ１の先端部に予め選択された重さの異なる２種類の分銅を固定した場合のそれぞれの歪み量を取得することにより生成される。

張力算出部９１２は、バッファモジュール９５０の歪み量バッファ９３１が記憶する歪み量情報を取得し、校正情報記憶部９３４が記憶する校正情報が示す一次関数を用いて、取得した歪み量情報が示す歪み量から、それに対応する線材Ｃ１の張力を算出する。そして、張力算出部９１２は、算出した張力を示す張力情報を、張力制御値算出部９１３に通知する。このとき、張力算出部９１２は、前述の張力情報を、対応する巻線ユニット１００を識別する巻線ユニット識別情報に対応づけて時系列で張力記憶部９３３に記憶させていく。また、張力算出部９１２は、歪み量バッファ９３１が記憶する歪み量情報を取得したときに、歪み量情報の取得が完了したことを通知するバッファ情報取得完了通知情報をバッファモジュール９５０へ送信する。更に、張力算出部９１２は、算出した張力を示す張力情報を張力制御値算出部９１３および規格判定部９１６へ通知するとともに、張力記憶部９３３に記憶させる。ここで、張力算出部９１２は、張力情報が線材Ｃ１の張力に応じた電圧値を示す場合、張力情報が示す電圧値を力の単位（例えばＮ）で表される物理量に変換した上で張力記憶部９３３に記憶させてもよい。

張力制御値算出部９１３は、規格情報記憶部９３２が記憶する張力規格値情報が示す張力の規格範囲と、張力算出部９１２から通知される張力情報が示す張力と、を比較して、巻線ユニット１００のモータ駆動部２２へ通知する張力制御値を算出する。ここで、張力制御値は、例えばドラムモータ２１の回転速度を反映した指令値である。また、張力制御値算出部９１３は、例えば、張力算出部９１２から通知される張力情報が示す張力と、張力の規格範囲の中心値と、の差分値を算出し、差分値に応じた速度だけドラムモータ２１の回転速度を増減するような張力制御値を算出する。

張力制御値取得部９１５は、ユーザが入力装置９０５を介して製造しようとするコイル製品の製品識別情報を入力すると、入力した製品識別情報に対応する初期張力制御値を示す情報を規格情報記憶部９３２から取得する。そして、張力制御値取得部９１５は、取得した初期張力制御値を示す初期張力制御値情報を制御値送信部９１４へ通知する。

制御値送信部９１４は、張力制御値取得部９１５から初期張力制御値情報が通知されると、通知された初期張力制御値情報を巻線ユニット１００のモータ駆動部２２へ送信する。また、制御値送信部９１４は、巻線ユニット１００の動作開始後において、張力制御値算出部９１３から張力制御値情報が通知されると、通知された張力制御値情報を巻線ユニット１００のモータ駆動部２２へ送信する。

規格判定部９１６は、規格情報記憶部９３２が記憶する張力規格値情報が示す張力の規格範囲と、張力算出部９１２から通知される張力情報が示す張力の大きさと、を比較して、線材Ｃ１の張力値が前述の規格範囲内であるか否かを判定する。そして、規格判定部９１６は、線材Ｃ１の張力値が前述の規格範囲外であると判定すると、線材Ｃ１の張力値が規格範囲外になったことを通知する規格外通知情報を指令部９１７へ通知する。

指令部９１７は、ユーザが入力装置９０５に対して巻線機１の動作を開始させるための操作を行うと、それに応じて、巻芯支持ユニット４０の巻芯駆動モータ４０２およびドラムモータ２１に対して動作を開始するよう指令する動作開始指令情報を、巻芯支持ユニット４０およびモータ駆動部２２へ送信する。このとき、指令部９１７は、巻芯支持ユニット４０およびモータ駆動部２２へ動作開始指令情報を送信したことを通知する動作開始通知情報を他の設備３へ送信する。また、指令部９１７は、規格判定部９１６から規格外通知情報が通知されると、巻芯支持ユニット４０の巻芯駆動モータ４０２およびドラムモータ２１を停止させるための停止指令情報を生成して、設備３へ送信する。そして、設備３は、指令部９１７から停止指令情報を受信すると、受信した停止指令情報を基にドラムモータ２１および巻芯駆動モータ４０２を停止する。

管理情報生成部９１８は、張力検出部７０により検出される線材Ｃ１の張力を示す張力値から線材Ｃ１の張力を管理するための管理情報を生成する。管理情報生成部９１８は、予め設定された張力監視時期が到来する毎に、張力記憶部９３３が記憶する過去の予め設定された管理値算出対象期間における張力情報を取得し、取得した張力情報が示す張力値の平均値と標準偏差とを算出する。ここで、管理値算出対象期間は、例えば現時点から１週間前の時点から２日前の時点における張力値が規格範囲外となっていない期間に設定される。また、管理情報生成部９１８は、予め設定された管理情報生成時期が到来する毎に、前回の管理情報生成時期から現時点までの張力情報を張力記憶部９３３から取得し、取得した張力情報が示す過去の張力値から線材Ｃ１に加わる張力の平均値、標準偏差を算出する。そして、管理情報生成部９１８は、算出した線材Ｃ１に加わる張力の平均値および標準偏差を示す情報を含む管理情報を張力記憶部９３３に記憶させる。

表示制御部９１９は、張力記憶部９３３が記憶する管理情報を取得し、取得した管理情報に含まれる線材Ｃ１の張力値を表示装置９０４に表示させる。ここで、表示制御部９１９は、規格情報記憶部９３２から規格値情報を取得し、取得した規格値情報が示す規格値とともに管理情報に含まれる線材Ｃ１の張力値を表示装置９０４に表示させる。

監視部９２０は、張力検出部７０により検出される線材Ｃ１の張力を示す張力値が前述の規格範囲内における予め設定された管理範囲を外れるか否かを監視する。ここで、監視部９２０は、例えば張力記憶部９３３が記憶する管理情報に含まれる平均値、標準偏差を示す情報を取得し、平均値よりも標準偏差の３倍に相当する量だけ高い値を管理上限値に設定し、平均値よりも標準偏差の３倍に相当する量だけ低い値を管理下限値に設定する。この場合、監視部９２０は、前述の管理上限値と管理下限値との間の張力値の範囲を管理範囲として監視を実行する。監視部９２０は、線材Ｃ１の張力を示す張力値が管理範囲を外れた場合、張力値が管理範囲外であることを通知する管理範囲外通知情報を報知部９２１に通知する。報知部９２１は、監視部９２０から管理範囲外通知情報が通知されると、線材Ｃ１の張力値が管理範囲を外れたことを報知する報知情報を生成してサーバ２へ送信する。

圧縮部９２２は、張力記憶部９３３が記憶する複数の張力情報を結合して圧縮することによりサーバ２へ送信するための圧縮情報を生成する。圧縮部９２２は、例えば周知の数値情報圧縮技術を利用して、１０乃至１０００の張力情報を結合して圧縮し、圧縮して得られた情報を送信部９２３へ通知する。或いは、圧縮部９２２は、張力記憶部９３３が記憶する張力値の平均値、標準偏差、最大値および最小値を示す情報のみを含む圧縮情報を送信部９２３へ通知してもよい。送信部９２３は、圧縮部９２２から通知される情報をサーバ２へ送信する。

次に、本実施の形態に係る制御ユニット９０のメインモジュール９１０が実行する巻線機制御処理について、図５を参照しながら説明する。この巻線機制御処理は、例えば巻線機１へ電源が投入された後、ユーザが入力装置９０５に対して巻線機１の動作を開始させるための操作を行ったことを契機として開始される。まず、張力制御値取得部９１５が、規格情報記憶部９３２から初期張力制御値情報を取得し（ステップＳ１０１）、制御値送信部９１４が、初期張力制御値情報を巻線ユニット１００のモータ駆動部２２へ送信する（ステップＳ１０２）。次に、指令部９１７は、巻芯支持ユニット４０の巻芯駆動モータ４０２およびドラムモータ２１に対して動作を開始するよう指令する動作開始指令情報を、巻芯支持ユニット４０およびモータ駆動部２２へ送信する。また、指令部９１７は、巻芯支持ユニット４０およびモータ駆動部２２へ動作開始指令情報を送信したことを通知する動作開始通知情報を他の設備３へ送信する（ステップＳ１０３）。

続いて、張力算出部９１２は、バッファモジュール９５０の歪み量バッファ９３１が記憶する歪み量情報を取得する（ステップＳ１０４）。このとき、張力算出部９１２は、前述のバッファ情報取得完了通知情報をバッファモジュール９５０へ送信する。そして、バッファモジュール９５０の歪み量取得部９１１は、バッファ情報取得完了通知情報を受信すると、張力検出部７０から新たに歪み量情報を取得する。

その後、張力算出部９１２は、校正情報記憶部９３４が記憶する校正情報が示す一次関数を用いて、取得した歪み量情報が示す歪み量から、それに対応する線材Ｃ１の張力を算出する（ステップＳ１０５）。このとき、張力算出部９１２は、算出した張力を示す張力情報を張力制御値算出部９１３および規格判定部９１６へ通知するとともに、張力記憶部９３３に記憶させる。

次に、規格判定部９１６は、規格情報記憶部９３２が記憶する張力規格値情報が示す張力の規格範囲と、張力算出部９１２から通知される張力情報が示す張力の大きさと、を比較して、線材Ｃ１の張力値が前述の規格範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。ここで、規格判定部９１６が、線材Ｃ１の張力値が規格範囲内であると判定したとする（ステップＳ１０６：Ｎｏ）。この場合、張力制御値算出部９１３は、規格情報記憶部９３２が記憶する張力規格値情報が示す張力の規格範囲と、張力算出部９１２から通知される張力情報が示す張力と、を比較して、前述の張力制御値を算出する（ステップＳ１０７）。そして、制御値送信部９１４が、張力制御値算出部９１３が算出した張力制御値を示す張力制御値情報を巻線ユニット１００のモータ駆動部２２へ送信する（ステップＳ１０８）。続いて、再びステップＳ１０４の処理が実行される。

一方、規格判定部９１６が、線材Ｃ１の張力値が規格範囲外であると判定したとする（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）。この場合、規格判定部９１６は、線材Ｃ１の張力値が規格範囲外になったことを通知する規格外通知情報を指令部９１７へ通知する。そして、指令部９１７は、巻芯支持ユニット４０の巻芯駆動モータ４０２およびドラムモータ２１を停止させるための停止指令情報を生成して、設備３へ送信する（ステップＳ１０９）。その後、制御値送信部９１４は、張力制御値情報のモータ駆動部２２への送信を停止し（ステップＳ１１０）、巻線機制御処理が終了する。

次に、本実施の形態に係る制御ユニット９０のメインモジュール９１０が実行する張力監視処理について、図６を参照しながら説明する。この張力監視処理は、前述の巻線機制御処理と並行して実行される。この張力管理処理も、巻線機１へ電源が投入された後、ユーザが入力装置９０５に対して巻線機１の動作を開始させるための操作を行ったことを契機として開始される。まず、管理情報生成部９１８が、予め設定された張力監視時期が到来したか否かを判定する（ステップＳ２０１）。ここで、管理情報生成部９１８が、未だ張力監視時期が到来していないと判定すると（ステップＳ２０１：Ｎｏ）、後述するステップＳ２０７の処理が実行される。一方、管理情報生成部９１８は、張力監視時期が到来したと判定すると（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）、張力記憶部９３３が記憶する過去の予め設定された管理値算出対象期間における張力情報を取得し（ステップＳ２０２）、取得した張力情報が示す張力値の平均値と標準偏差とを算出する（ステップＳ２０３）。

次に、監視部９２０が、過去の予め設定された管理値算出対象期間における張力情報が示す張力値の平均値と標準偏差とに基づいて管理範囲を特定する（ステップＳ２０４）。続いて、監視部９２０は、張力記憶部９３３が記憶する直近の線材Ｃ１の張力値が管理範囲外であるか否かを判定する（ステップＳ２０５）。監視部９２０が、直近の線材Ｃ１の張力値が管理範囲内であると判定すると（ステップＳ２０５：Ｎｏ）、後述するステップＳ２０７の処理が実行される。一方、監視部９２０が、直近の線材Ｃ１の張力値が管理範囲外であると判定すると（ステップＳ２０５：Ｙｅｓ）、報知部９２１が、線材Ｃ１の張力値が管理範囲を外れたことを報知する報知情報を生成してサーバ２へ送信する（ステップＳ２０６）。

その後、管理情報生成部９１８は、予め設定された管理情報生成時期が到来したか否かを判定する（ステップＳ２０７）。ここで、管理情報生成部９１８が、未だ管理情報生成時期が到来していないと判定すると（ステップＳ２０７：Ｎｏ）、再びステップＳ２０１の処理が実行される。一方、管理情報生成部９１８は、管理情報生成時期が到来したと判定すると（ステップＳ２０７：Ｙｅｓ）、前回の管理情報生成時期から現時点までの張力情報を張力記憶部９３３から取得し、取得した張力情報が示す過去の張力値から線材Ｃ１に加わる張力の平均値、標準偏差、最大値および最小値を算出する。そして、管理情報生成部９１８は、算出した平均値、標準偏差、最大値および最小値を示す情報を含む管理情報を生成して張力記憶部９３３に記憶させる（ステップＳ２０８）。次に、圧縮部９２２は、張力記憶部９３３が記憶する張力情報から圧縮情報を生成し（ステップＳ２０９）、送信部９２３が、生成された圧縮情報をサーバ２へ送信する（ステップＳ２１０）。続いて、再びステップＳ２０１の処理が実行される。

以上説明したように、本実施の形態に係る巻線機１によれば、張力検出部７０が、制御ユニット９０と信号線ＳＬ１を介して接続され、検出した線材Ｃ１の張力を示す情報を、信号線ＳＬ１を介して直接制御ユニット９０へ送信する。そして、制御ユニット９０が、張力検出部７０により検出される線材Ｃ１の張力の大きさに基づいて、ドラムモータ２１の回転速度を制御する。これにより、制御ユニット９０は、張力検出部７０で検出された線材Ｃ１の張力を示す情報を略リアルタイムで取得して、ドラムモータ２１の回転速度を制御することができるので、線材Ｃ１の張力にばらつきを抑制できる。

また、本実施の形態に係る巻線機１によれば、張力検出部７０が、テンションバー３０のプーリ３２２とノズル８０との間における線材Ｃ１の張力を検出する。そして、制御ユニット９０が、張力検出部７０により検出される線材Ｃ１の張力の大きさに基づいて、ドラムモータ２１の回転速度を制御する。これにより、実際に巻芯Ｃｏ１に巻回される際に線材Ｃ１に加わっている張力を精度良く検出することができるので、ドラムモータ２１を的確に制御できる。従って、線材Ｃ１を巻芯Ｃｏ１に巻回する際の張力にばらつきを抑制できる。

特に、巻芯Ｃｏ１が角柱形状であり、線材Ｃ１の張力が変動し易い場合であっても、線材Ｃ１に加わる張力をリアルタイムで検出することができるので、巻芯Ｃｏ１が角柱状のコイル製品の製造時において線材Ｃ１の張力のばらつきを抑制することができ、コイル製品の品質を高めることができる。

ところで、張力検出部７０のロードセル７３２とＡＤＣ７４との間の距離が長くなると、ロードセル７３２から出力されるアナログ信号に重畳するノイズ成分が大きくなる虞がある。ここで、ノイズ成分を低減するためにロードセル７３２とＡＤＣとの間にローバスフィルタを設けて周波数が比較的高いノイズ成分を除去することが考えられる。ところが、この場合、線材Ｃ１の張力が比較的短い周期で変動する場合に線材Ｃ１の張力変動を精度良く検出することができなくなる虞がある。これに対して、本実施の形態に係る張力検出部７０では、第２ローラ７２に加わる力を検出するロードセル７３２と、ロードセル７３２から出力される第２ローラ７２に加わる力に応じたアナログ信号をディジタル信号へ変換するＡＤＣ７４と、が、１つの基台７９に纏めて支持されている。これにより、ロードセル７３２とＡＤＣ７４との間の距離を短縮することができるので、ロードセル７３２から出力されるアナログ信号に重畳するノイズ成分を低減することができる。

また、本実施の形態に係るロードセル７３２は、ロバーバル型ロードセルであり、長尺であり長手方向の一端部に第２ローラ７２を支持するローラ支持部が固定され他端部が基台７９における第２ローラ７２から＋Ｚ方向にずれた位置に固定された起歪部７３２１を有する。これにより、第２ローラ７２に加わる力を精度良く検出することができるので、ドラムモータ２１を的確に制御できる。

更に、本実施の形態に係る制御ユニット９０では、規格判定部９１６が、張力検出部７０により検出される線材Ｃ１の張力の大きさを示す張力値が前述の規格範囲内であるか否かを判定し、指令部９１７が、線材Ｃ１の張力値が規格範囲外であると判定されると、ドラムモータ２１を停止させるための停止指令情報を生成して、設備３へ送信する。これにより、設備３側において、巻線機１に異常が発生したことを認識することができる。

また、本実施の形態に係る管理情報生成部９１８は、張力検出部７０により検出される線材Ｃ１の張力を示す張力値から線材Ｃ１の張力を管理するための管理情報を生成する。そして、表示制御部９１９が、生成された管理情報を表示装置９０４に表示させる。

更に、本実施の形態に係る監視部９２０は、張力情報が示す線材Ｃ１の張力値が前述の管理範囲を外れるか否かを監視し、報知部９２１が、線材Ｃ１の張力値が管理範囲を外れたと判定すると、線材Ｃ１の張力値が管理範囲を外れたことを報知する報知情報を生成する。これにより、線材Ｃ１の張力値の挙動から巻線機１の異常の予兆となる現象の発生をユーザに通知することができるので、巻線機１のいわゆる予知保全が可能となる。

また、本実施の形態に係る制御ユニット９０は、１つで複数の巻線ユニット１００を制御する。これにより、制御ユニット９０単独で複数の巻線ユニット１００の集中管理が可能となるので、複数の巻線ユニット１００の管理負荷を軽減できる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前述の実施の形態の構成に限定されるものではない。例えば図７に示すように、ロードセル７３２の起歪部７３２１が、長尺であり第１ローラ７１Ａ、７１Ｂの並び方向に沿って巻芯支持ユニット４０から第１ローラ７１Ａ、７１Ｂに向かう方向側、即ち、＋Ｚ方向側の一端部にローラ支持部７３３が固定され、－Ｚ方向側の他端部が基台７９における第２ローラ７２から第１ローラ７１Ａ、７１Ｂの並び方向に沿って巻芯支持ユニット４０に向かう方向、即ち、－Ｚ方向にずれた位置に固定されているものであってもよい。

実施の形態では、ユーザが入力装置９０５を介して張力規格値情報および初期張力制御値情報を規格情報記憶部９３２に登録する例について説明した。但し、これに限らず、例えば制御ユニット９０が、サーバ２から転送される規格値情報を取得し、取得した規格値情報を規格情報記憶部９３２に記憶させる規格値情報取得部（図示せず）を有するものであってもよい。

実施の形態では、監視部９２０が、線材Ｃ１の張力値の平均値よりもその標準偏差の３倍に相当する量だけ高い値を管理上限値に設定し、平均値よりも標準偏差の３倍に相当する量だけ低い値を管理下限値に設定する例について説明した。但し、これに限らず、例えば監視部９２０が、線材Ｃ１の張力値の平均値よりもその標準偏差または標準偏差の２倍に相当する量だけ高い値を管理上限値に設定し、平均値よりも標準偏差または標準偏差の２倍に相当する量だけ低い値を管理下限値に設定してもよい。

以上、本発明の実施の形態および変形例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明は、実施の形態および変形例が適宜組み合わされたもの、それに適宜変更が加えられたものを含む。

本発明は、線材を巻芯に巻回することによりコイル部品を製造する巻線機に好適である。

１：巻線機、２：サーバ、３：設備、１０：基体、２０：ドラム、２１：ドラムモータ、２２：モータ駆動部、３０：テンションバー、３１：ロッド部、３２：ガイド部、３３：付勢部材、４０：巻芯支持ユニット、７０：張力検出部、７１Ａ、７１Ｂ：第１ローラ、７２：第２ローラ、７４：ＡＤＣ、７９：基台、９０：制御ユニット、２２２，４０３：ドライバ、２２１：ＤＡＣ、３１１：回動ピン、３１２，３３１：固定部材、３２１：保持部、３２２：プーリ、４０１：巻芯支持部、４０２：巻芯駆動モータ、７３２：ロードセル、７３３：ローラ支持部、９０１：ＣＰＵ、９０２：ＲＡＭ、９０３：ＲＯＭ、９０４：表示装置、９０５：入力装置、９０７：ストレージ、９０８：ネットワークインタフェース、９０９：バス、９１０：メインモジュール、９１１：歪み量取得部、９１２：張力算出部、９１３：張力制御値算出部、９１４：制御値送信部、９１５：張力制御値取得部、９１６：規格判定部、９１７：指令部、９１８：管理情報生成部、９１９：表示制御部、９２０：監視部、９２１：報知部、９２２：圧縮部、９２３：送信部、９３１：歪み量バッファ、９３２：規格情報記憶部、９３３：張力記憶部、９３４：校正情報記憶部、９４１：表示インタフェース、９５０：バッファモジュール、９５１：入力インタフェース、９６１：シリアルインタフェース、９６２：出力インタフェース、７３２１：起歪部、７３２２：ストレインゲージ、Ｃ１：線材、Ｃｏ１：巻芯、ＮＷ１：ネットワーク、ＳＬ１：信号線

Claims

巻芯に線材を巻回する複数の巻線機それぞれに設けられ前記線材の張力の大きさを反映した物理量を検出する複数の張力検出部と、
前記複数の巻線機それぞれの前記張力検出部により検出される前記線材の張力の大きさに基づいて、前記複数の巻線機それぞれのドラムモータの回転速度を制御する制御ユニットと、
前記張力検出部と前記制御ユニットとを接続する信号線と、を備え、
前記張力検出部は、検出した前記線材の張力を示す情報を、前記信号線を介して直接前記制御ユニットへ送信可能であり、
前記制御ユニットは、
前記複数の張力検出部それぞれで検出された前記物理量を示す物理量情報を一時的に記憶するバッファと、
前記複数の張力検出部それぞれから取得した前記物理量情報を前記バッファに区別して記憶させる物理量情報取得部と、
前記物理量から前記線材の張力を算出する張力算出部と、
前記線材についての張力の規格値の範囲と算出された前記線材の張力と、を比較して、前記ドラムモータの回転速度を制御して前記線材の張力を調整するための張力制御値を算出する張力制御値算出部と、
前記張力制御値を示す張力制御値情報を、前記複数の巻線機それぞれに設けられたドラムモータを駆動するモータ駆動部へ送信する制御値送信部と、を有する、
テンション装置。
前記物理量情報取得部は、前記複数の張力検出部それぞれで検出された張力を示す情報を、０．３ｍｓｅｃ以上５００ｍｓｅｃ以下の時間で取得する、
請求項１に記載のテンション装置。
前記張力検出部は、
前記線材が掛止される一対の第１ローラと、
回転軸が互いに平行な前記一対の第１ローラの間に配置され前記一対の第１ローラの並び方向および前記並び方向に垂直な前記一対のローラの回転軸方向に直交する方向へ移動自在であるとともに、前記線材が掛止される第２ローラと、
前記第２ローラに加わる力を検出するロードセルと、
前記ロードセルから出力される前記第２ローラに加わる力に応じたアナログ信号をディジタル信号へ変換して前記第２ローラに加わる力を反映した物理量として出力するアナログディジタル変換部と、
前記一対の第１ローラ、前記第２ローラ、前記ロードセルおよび前記アナログディジタル変換部を纏めて支持する基台と、を有する、
請求項１または２に記載のテンション装置。
前記張力検出部は、
前記線材が掛止される一対の第１ローラと、
回転軸が互いに平行な前記一対の第１ローラの間に配置され前記一対の第１ローラの並び方向および前記並び方向に垂直な前記一対のローラの回転軸方向に直交する方向へ移動自在であるとともに、前記線材が掛止される第２ローラと、
前記第２ローラに加わる力を検出するロードセルと、を有し、
前記ロードセルは、
ロバーバル型ロードセルであり、
長尺であり長手方向の一端部に前記第２ローラを支持するローラ支持部が固定され他端部が基台における、前記一対の第１ローラの並び方向および前記一対のローラの回転軸方向に直交する方向において前記第２ローラからずれた位置に固定された起歪部と、
前記起歪部における少なくとも４箇所に配設されたストレインゲージと、を有する、
請求項１から３のいずれか１項に記載のテンション装置。
前記張力検出部により検出される前記線材の張力の大きさを示す張力値が予め設定された規格範囲内であるか否かを判定する規格判定部と、
前記規格判定部により前記張力値が前記規格範囲外であると判定されると、前記ドラムモータを停止させるための停止指令情報を生成する指令部と、を更に備える、
請求項１から４のいずれか１項に記載のテンション装置。
前記張力検出部により検出される前記線材の張力の大きさを示す張力値が前記規格範囲内における予め設定された管理範囲を外れるか否かを監視する監視部と、
前記監視部により前記張力値が前記管理範囲を外れたと判定すると、前記張力値が前記管理範囲を外れたことを報知する報知情報を生成する報知部と、を更に備える、
請求項５に記載のテンション装置。
表示装置と、
前記張力検出部により検出される前記線材の張力を示す張力値から前記線材の張力を管理するための管理情報を生成する管理情報生成部と、
前記管理情報を前記表示装置に表示させる表示制御部と、を更に備える、
請求項１から６のいずれか１項に記載のテンション装置。
前記複数の巻線機は、それぞれ、
前記線材を繰り出すドラムと、
前記ドラムを駆動するドラムモータと、
前記ドラムから繰り出される線材を巻芯へ案内するノズルと、
長尺であり長手方向の一端部にプーリが設けられ他端部が回動自在に軸支されるとともに、前記ドラムと前記ノズルとの間において前記線材が前記プーリに掛止された状態で前記プーリが付勢部材により前記線材に押し付けられる方向へ付勢されるテンションバーと、を備える、
請求項１から７のいずれか１項に記載のテンション装置。