控制装置、卷绕系统以及控制方法与流程

本发明涉及一种控制装置、卷绕系统以及控制方法。

背景技术：

众所周知，以往用来卷绕材料的卷绕装置中使用着圆形的卷绕旋转轴(例如参照专利文献1)。以往的卷绕装置会一边固定地控制张力，一边将材料卷绕至圆形的卷绕旋转轴上。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本专利特开平7-285717号公报

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

但是，采用以往的卷绕装置时，如果卷绕旋转轴并非圆形，则材料会产生弯曲，因此无法固定地控制张力。

解决技术问题的技术方案

本发明的第一实施方式提供一种控制装置，其用来控制卷绕装置，该卷绕装置具有：传送电机，其用来以预先决定的传送速度送出对象物；卷绕电机，其用来以预先决定的卷绕速度卷绕对象物；以及卷绕旋转轴，其由卷绕电机驱动，卷绕对象物，且并非圆形，该控制装置具备控制部，其控制卷绕电机和传送电机中至少一个的驱动，使传送速度和卷绕速度固定，不受卷绕旋转轴的卷绕角度的影响。

还可具有计算部，其计算有关卷绕旋转轴的形状的信息。控制部可基于计算部的计算结果，控制卷绕电机和传送电机中至少一个的驱动。

计算部可计算与将对象物的至少一部分卷绕至卷绕旋转轴上后卷绕旋转轴的形状有关的信息。

计算部可基于卷绕电机的卷绕角度和对象物的传送量计算卷绕旋转轴的形状。

计算部可计算卷绕旋转轴的外周。

计算部可计算对象物卷绕至卷绕旋转轴上的圈数。

计算部可预先计算卷绕旋转轴的卷绕角度与对象物的传送量的关系。

控制部可以对于卷绕旋转轴的每个卷绕角度，控制卷绕电机和传送电机中至少一个的旋转速度。

控制部可基于计算部预先计算出的计算结果，控制卷绕电机和传送电机中至少一个的驱动。

控制部可基于在卷绕旋转轴的驱动中计算部所计算出的计算结果，控制卷绕电机和传送电机中至少一个的驱动。

卷绕装置还可具有测量对象物的传送量的测长辊。控制部可根据测长辊测量出的传送量，控制卷绕电机和传送电机中至少一个的驱动。

本发明的第二实施方式提供一种卷绕系统，该卷绕系统具备：卷绕装置，该卷绕装置具有用来以预先决定的传送速度送出对象物的传送电机、用来以预先决定的卷绕速度卷绕对象物的卷绕电机、以及由卷绕电机驱动并且卷绕对象物的非圆形的卷绕旋转轴；以及控制部，其控制卷绕电机和传送电机中至少一个的驱动，使传送速度和卷绕速度固定，不受卷绕旋转轴的卷绕角度的影响。

还可具有计算部，其计算有关卷绕旋转轴的形状的信息。控制部可基于计算部的计算结果，控制卷绕电机和传送电机中至少一个的驱动。

卷绕装置还可具有测量对象物的传送量的测长辊。计算部可基于测长辊的测长结果，计算有关卷绕旋转轴的形状的信息。

还可具有浮辊，其固定地保持对象物的卷绕的张力。计算部可基于浮辊的动作，计算有关卷绕旋转轴的形状的信息。

还可具有用来将对象物送出至卷绕旋转轴的送料辊。测长辊可测量送料辊与浮辊之间的对象物的传送量。

本发明的第三实施方式提供一种控制方法，其用来控制卷绕装置，该卷绕装置具有：传送电机，其用来以预先决定的传送速度送出对象物；卷绕电机，其用来以预先决定的卷绕速度卷绕对象物；以及卷绕旋转轴，其由卷绕电机驱动，卷绕对象物，且并非圆形，该控制方法控制卷绕电机和传送电机中至少一个的驱动，使传送速度和卷绕速度固定，不受卷绕旋转轴的卷绕角度的影响。

可预先计算卷绕旋转轴的卷绕角度与对象物的传送量的关系，并基于该关系，控制卷绕电机和传送电机中至少一个的驱动。

另外，上述发明的概要并非列举本发明的所有特征。此外，这些特征组的子组合也可成为发明。

附图说明

图1示出卷绕系统200的结构的一个示例。

图2示出卷绕系统200的更具体的结构的一个示例。

图3a示出卷绕角度为θ1时卷绕旋转轴52的驱动状态。

图3b示出卷绕角度为0°时卷绕旋转轴52的驱动状态。

图4是卷绕系统200的控制框图的一个示例。

图5示出更具体的卷绕旋转轴52的结构例。

图6示出测长辊传送量、卷绕角度以及它们与基准的偏移量。

具体实施方式

以下，通过发明的实施方式说明本发明，但以下实施方式并不限定权利要求范围所涉及的发明。此外，实施方式中说明的特征的组合并非都是发明的解决方法所必需的。

图1示出卷绕系统200的结构的一个示例。卷绕系统200具备传送部40、卷绕部50以及控制装置100。传送部40具备卷材11、送料辊44、卷材电机m1以及进给电机m2。控制装置100具备计算部20和控制部30。卷绕部50具备卷绕电机m4和卷绕旋转轴52。

卷材11是对对象物10进行加工前的辊状的对象物10。卷材11以与卷材电机m1的动作相应的速度供给对象物10。本例的卷绕系统200具备1个卷材11，但也可具备多个卷材11。卷材11连接至卷材电机m1，由卷材电机m1进行驱动。因此，会以与卷材电机m1的动作相应的速度供给对象物10。

送料辊44以预先决定的传送速度将对象物10送出至卷绕部50。本例的送料辊44连接至进给电机m2，由进给电机m2进行驱动。因此，送料辊44会以与进给电机m2的动作相应的速度将对象物10送出至卷绕部50。

控制部30进行控制，使对象物10的传送速度和卷绕速度为固定，不受卷绕旋转轴52的卷绕角度的影响。本说明书中，对象物10的传送速度是指送至送料辊44的对象物10的速度。此外，对象物10的卷绕速度是指从送料辊44卷绕的对象物10的速度。控制部30通过控制卷绕电机m4和传送电机mf中至少一个的驱动来进行控制，使传送速度和卷绕速度固定。本例的控制部30将传送速度和卷绕速度控制为相同的速度。本说明书中，传送电机mf是指以预先决定的传送速度送出对象物10的电机。例如，传送电机mf是卷材电机m1和进给电机m2中的任一种。另一方面，卷绕电机m4会进行动作，以预先决定的卷绕速度卷绕对象物10。

对象物10只要能够利用卷绕旋转轴52进行卷绕即可，并无特别限定。一个示例中，对象物10具有纸或薄膜等带状形状。例如，对象物10为锂离子二维电池的电极材料。此外，卷绕系统200可以在具有多个对象物10时，将各个对象物10重叠卷绕至卷绕旋转轴52。另外，对象物10也可以是线状的。

卷绕旋转轴52由卷绕电机m4进行驱动，以预先决定的卷绕速度卷绕对象物10。本例的卷绕旋转轴52的形状并非圆形。卷绕旋转轴52并非圆形时，对象物10的卷绕速度会根据卷绕旋转轴52的旋转发生变化。卷绕旋转轴52并非圆形的情况是指可以包含以下情况：卷绕旋转轴52为圆形，但由于卷绕对象物10，最终卷绕旋转轴52成为非圆形。另外，卷绕旋转轴52的形状是指，卷绕旋转轴52在卷绕对象物10时与对象物10接触的外周的形状。也就是说，卷绕旋转轴52的形状是与卷绕旋转轴52的旋转轴垂直的面的剖面形状。

计算部20计算有关卷绕旋转轴52的形状的信息。此外，计算部20也可以计算与将对象物10的至少一部分卷绕至卷绕旋转轴52上后卷绕旋转轴52的形状有关的信息。有关卷绕旋转轴52的形状的信息是指，能够控制卷绕电机和传送电机mf中至少一个的驱动，使传送速度和卷绕速度固定，不受卷绕旋转轴52的卷绕角度的影响即可。例如，有关卷绕旋转轴52的形状的信息中，包含对象物10的传送量、对象物10的卷绕量、卷绕旋转轴52的卷绕角度以及对象物10的圈数等。

计算部20计算有关将对象物10的至少一部分卷绕至卷绕旋转轴52上后卷绕旋转轴52的形状的信息。有关将对象物10的至少一部分卷绕至卷绕旋转轴52上后卷绕旋转轴52的形状的信息，可基于卷绕旋转轴52的卷绕角度和对象物10的传送量进行计算。例如，根据卷绕旋转轴52的卷绕角度与对象物10的传送量的关系，计算每个卷绕角度的对象物10的传送速度。因此，计算部20能够计算使传送速度和卷绕速度固定所需的控制量。

一个示例中，计算部20计算卷绕旋转轴52的外周。例如，计算部20计算从任意的卷绕角度至下一个相同卷绕角度的传送量。换言之，计算部20计算卷绕旋转轴52旋转一周的传送量。此外，计算部20也可计算对象物10卷绕至卷绕旋转轴52的圈数。一个示例中，计算部20对于每个对象物10的圈数预先获得有关卷绕旋转轴52的形状的信息。因此，控制部30能够根据对象物10的圈数，控制传送部40和卷绕部50。

此外，一个示例中计算部20预先计算有关卷绕旋转轴52的形状的数据。计算部20预先计算卷绕旋转轴52的卷绕角度与对象物10的传送量的关系。卷绕旋转轴52的卷绕角度与对象物10的传送量的关系可以是：示出卷绕旋转轴52的卷绕角度与对象物10的传送量的对应关系的表格。但是，只要能够获得卷绕旋转轴52的卷绕角度与对象物10的传送量的对应关系，则并无特别限定。

控制部30基于计算部20的计算结果，控制传送部40或卷绕部50中至少一个的驱动。一个示例中，控制部30基于计算部20的计算结果，控制卷绕电机m4和传送电机mf中至少一个的驱动。因此，控制部30进行控制，使传送速度和卷绕速度为固定，而不受卷绕旋转轴52的卷绕角度的影响。另外，作为传送电机mf具有卷材电机m1和进给电机m2时，控制部30控制卷材电机m1和进给电机m2中至少一个电机即可。

本例的控制部30对于卷绕旋转轴52的每个卷绕角度，控制卷绕电机m4和传送电机mf中至少一个的旋转速度。也就是说，控制部30在卷绕旋转轴52并非圆形时，也能够对于与卷绕旋转轴52的形状对应的卷绕旋转轴的每个卷绕角度，控制卷绕电机m4和传送电机mf中至少一个的旋转速度。

一个示例中，控制部30基于计算部20预先取得的信息，控制卷绕电机m4和传送电机mf中至少一个的驱动。控制部30通过基于计算部20预先取得的信息进行控制，能够使卷绕系统200的驱动变得均匀。另一方面，控制部30可以基于在卷绕旋转轴52的驱动中计算部20计算出的计算结果，控制卷绕电机m4和传送电机mf中至少一个的驱动。此时，控制部30能够对于每个产品实时控制卷绕旋转轴52的动作，因此能够更严密地进行控制，使传送速度和卷绕速度固定。例如，控制部30基于与卷绕旋转轴52的上一周的动作相应的计算部20的计算结果，控制下一周的动作。

图2示出卷绕系统200的更具体的结构的一个示例。该图中省略了控制装置100。本例的卷绕系统200具备进给旋转轴42、测长辊48以及浮辊46。以与图1所涉及的卷绕系统200共用的标号表示的构成可以与图1时进行相同的动作。

测长辊48测量对象物10的传送量。本例的测长辊48设置在浮辊46与送料辊44之间。但是，测长辊48的位置在卷材11与送料辊44之间即可，并不限定于本例。一个示例中，测长辊48设置在卷材11与浮辊46之间。此外，测长辊48可以设置在送料辊44之前。

计算部20基于测长辊48的测长结果，计算有关卷绕旋转轴52的形状的信息。而且，控制部30基于计算部20的计算结果，控制卷绕电机m4和传送电机mf中至少一个的驱动。例如，控制部30针对传送电机mf，控制卷材电机m1、进给电机m2以及进给电机m5中至少1个的动作。

浮辊46固定地保持对象物10的卷绕的张力。本例的浮辊46具备两端设有辊子的旋转轴。对浮辊46的旋转轴施加固定的转矩，浮辊46进行动作以保持施加至旋转轴的转矩。因此，浮辊46会大致固定地保持对象物10的张力。考虑到稳定性的观点，优选浮辊46的动作保持为固定。本例的计算部20可以基于浮辊46的动作，计算有关卷绕旋转轴52的形状的信息。

例如，计算部20基于浮辊46的位置，计算对象物10的传送量。浮辊46的位置除了浮辊46的旋转轴的位置以外，可以是浮辊46的旋转轴的旋转角度。如果知晓浮辊46的旋转轴的旋转角度，则可知晓利用浮辊46调整后的对象物10的弯曲量，因此能够正确计算对象物10的传送量。此时，控制部30也会基于计算部20的计算结果，控制卷绕电机m4和传送电机mf中至少一个的驱动。另外，浮辊46的结构并不限定于本例。

进给旋转轴42以预先决定的传送速度传送对象物10。进给旋转轴42连接至进给电机m2，由进给电机m5进行驱动。因此，进给旋转轴42以与进给电机m5的动作相应的速度，将对象物10送出至卷绕部50。本例的卷绕系统200具有1个进给旋转轴42，也可具有多个进给旋转轴42。

此处，卷绕旋转轴52为圆形时，通过使用浮辊46，能够消除对象物10的松弛，固定地控制对象物10的张力。另一方面，卷绕旋转轴52并非圆形时，通过浮辊46发生变动，对象物10的传送速度会发生加减速，因此难以对对象物10施加固定的张力。但是，控制装置100对于卷绕旋转轴52的每个卷绕角度控制卷绕电机m4和传送电机mf中至少一个的驱动，因此即使卷绕旋转轴52并非圆形，也能够固定保持对象物10的张力。

图3a示出卷绕角度为θ1时卷绕旋转轴52的驱动状态。图3b示出卷绕角度为0°时卷绕旋转轴52的驱动状态。另外，卷绕旋转轴52的卷绕角度θ为，以与y轴平行时为0°且以顺时针旋转为卷绕角度的正方向时的角度。

卷绕旋转轴52并非圆形形状，因此对象物10的路径长度l会根据卷绕旋转轴52的卷绕角度发生变化。对象物10的路径长度l是指，进给接触点与卷绕旋转轴接触点的距离。例如，卷绕角度θ1时的路径长度表示为l1，卷绕角度为0°时的路径长度表示为l0。本例的路径长度l0小于路径长度l1。此外，卷绕旋转轴52并非圆形形状，因此卷绕速度会根据卷绕旋转轴52的卷绕角度发生变化。也就是说，为了使对象物10的传送速度与卷绕速度固定，卷绕系统200必须根据卷绕旋转轴52的卷绕角度，控制传送速度和卷绕速度中至少一个。

图4是卷绕系统200的控制框图的一个示例。卷绕系统200会根据要制造的物品或要求的卷绕速度，输入用来设定卷绕长度和对象物10的速度的设定值。

卷绕系统200基于启动指令、卷绕长度设定值以及速度设定值设定虚拟主轴。卷绕长度设定值是用来决定对象物10的速度的设定值。速度设定值是用来决定对象物10的传送量的设定值。虚拟主轴是根据卷绕长度设定值的移动量和速度设定值的速度计算出的虚拟的位置指令。卷材电机m1、卷绕电机m4和进给电机m5与虚拟主轴相对应地进行驱动。

卷材电机m1以与卷绕长度设定值和速度设定值相应的速度驱动卷材11。卷材电机m1可根据浮辊46的位置、卷绕旋转轴52的周长测定结果控制驱动。例如，输入至卷材电机m1的速度指令可通过基于浮辊46的位置设定的pi控制来生成。

卷绕旋转轴52的周长根据来自卷材电机m1、进给电机m5以及浮辊控制m3的脉冲发生器pg中至少1个脉冲发生器pg的信号来进行测量。本例的卷绕系统200将周长测量结果用于控制卷材电机m1的传送速度，但也可用于控制卷绕电机m4和传送电机mf。

进给电机m5以与卷绕长度设定值和速度设定值相应的速度驱动进给旋转轴42。本例的进给电机m5根据所生成的速度指令进行动作，但也可根据位置指令进行动作。另外，进给电机m5也可基于与来自浮辊控制m3的位置信息相应的速度指令进行动作。

浮辊控制m3使浮辊46进行动作，使其保持与预先决定的转矩指令相应的转矩。转矩指令可基于从外部输入的张力设定值来生成。转矩指令优选为固定。

卷绕电机m4根据位置指令和卷绕旋转轴52的形状进行动作。位置指令基于虚拟主轴来生成。卷绕旋转轴52的形状根据卷绕电机m4的卷绕速度以及来自测长辊48的脉冲发生器pg的输出进行测量。

图5示出更具体的卷绕旋转轴52的结构例。该图示出将卷绕旋转轴52的旋转轴设为原点(0，0)的xy平面。送料辊44的进给接触点配置成：x分量与卷绕旋转轴52的旋转轴的x分量相同时，y分量是与卷绕旋转轴52的旋转轴的距离为y0。因此，送料辊44的进给接触点示出为(0.y0)。另外，本例中，说明了送料辊44的进给接触点与卷绕旋转轴52的旋转轴的x分量一致的情况，但并不限定于此。

此外，卷绕旋转轴52与对象物10在卷绕时的接触点表示为(x，y)。接触点(x，y)会根据卷绕角度θ的变化而发生变化。本例的卷绕旋转轴52的长度为l52，且具有以旋转轴(0，0)为中心的对称的形状。因此，卷绕角度θ为0°～180°时与180°～360°时，接触点(x，y)的变化相等。换言之，卷绕角度θ为0°～180°时与180°～360°时，路径长度l的变化相等。

图6示出测长辊传送量、卷绕角度以及它们与基准的偏移量。纵轴表示卷绕旋转轴52的卷绕角度θ[°]，横轴表示测长辊48的传送量[mm]。曲线a是假设卷绕旋转轴52为圆形时的基准线。曲线b是使用非圆形状的卷绕旋转轴52时的曲线。曲线c示出基准与实际控制量的偏移。也就是说，曲线c示出曲线a与曲线b的差分。

曲线b示出了计算部20计算出的测长辊48的传送量与卷绕角度θ的关系的一个示例。也就是说，曲线b是有关计算部20计算的卷绕旋转轴52的形状的信息的一个示例。但是，计算部20无需将测长辊48的传送量与卷绕角度θ的关系制成图表，只要计算表示测长辊48的传送量与卷绕角度θ的关系的数据即可。因此，控制部30能够控制卷绕电机m4和传送电机mf中至少一个，使传送量与卷绕旋转轴52的卷绕角度θ相对应。因此，本例的控制装置100即使在卷绕旋转轴52并非圆形时，也能够仅以曲线c所示的量，控制对象物10在卷绕旋转轴52上的卷绕。

如上所述，本说明书中公开的控制装置100在卷绕旋转轴52并非圆形时，也能够固定保持对象物10的张力。因此，卷绕系统200能够将对象物10均匀地卷绕至卷绕旋转轴52上。如此，卷绕系统200通过将传送速度和卷绕速度设为固定，能够抑制以卷绕旋转轴52的形状为主要原因的张力变动，并实现稳定的卷绕。

以上使用实施方式对本发明进行了说明，但是本发明的技术范围并不限定于上述实施方式所述的范围。本领域的技术人员应知晓，可在上述实施方式中加入多种变更或改良。根据权利要求范围的记载可知，进行各种变更或改良的方式也包含在本发明的技术范围内。

应注意，关于权利要求范围、说明书以及附图中示出的装置、系统、程序以及方法的动作、工序、步骤、以及阶段等各处理的进行顺序，只要是未特别说明“之前”、“先”等语句且并非将前一处理的输出用于后一处理，则可按照每个任意顺序来实现。关于权利要求范围、说明书以及附图中的动作流程，虽然为方便说明使用了“首先”、“接着”等，但并不表示必须按照每个该顺序来进行。

标号说明

10对象物

11卷材

20计算部

30控制部

40传送部

42进给旋转轴

44送料辊

46浮辊

48测长辊

50卷绕部

52卷绕旋转轴

100控制装置

200卷绕系统。