(57)【要約】【課題】  同期制御区間と非同期制御区間の変位点において加速度等がスムーズにつながることができ、振動等が発生しない電子カム制御方法を提供すること【解決手段】    サーボモータを使用した電子カムの制御方法である。制御対象物を一定速度で移動させるための制御を行なう同期制御区間と、その同期制御区間の終了位置から次の同期制御区間の開始位置まで前記制御対象物を移動させるための制御を行なう非同期制御区間とを有し、前記非同期制御区間における制御が、電子カムの位置制御に５次関数を使用し、電子カムの速度制御に４次間数を使用し、電化カムの加速度制御に３次関数を使用することにより、前記非同期制御区間と前記同期制御区間が切り替わる変化点付近の電子カムの動作を滑らかに制御する。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーボモータを使用した電子カムの制御方法であって、
制御対象物である従軸を主軸位置に対して同期して動作させる制御を行なう同期制御区間と、その同期制御区間の終了位置から次の同期制御区間の開始位置まで前記制御対象物である従軸を主軸位置対して同期せずに動作させる制御を行なう非同期制御区間とを有し、
前記非同期制御区間における制御が、
電子カムの位置制御に５次関数を使用し、
電子カムの速度制御に４次関数を使用し、
電化カムの加速度制御に３次関数を使用して前記非同期制御区間と前記同期制御区間が切り替わる変化点付近の電子カムの加速度が０に近づくようにすることにより、前記非同期制御区間と前記同期制御区間が切り替わる変化点付近の電子カムの動作を滑らかに制御することを特徴とする電子カムの制御方法。
【請求項２】
非同期制御区間の終了位置情報として主軸位置、カム位置、カム速度、カム加速度の値を各関数の入力パラメータとして随時受付可能とすることを特徴とする請求項１に記載の電子カムの制御方法。
【請求項３】
前記非同期制御区間の開始位置情報として制御サイクルごとに前回の制御サイクルで求めた主軸位置，カム位置，カム速度，カム加速度の値を各関数の入力パラメータとする請求項１または２に記載の電子カムの制御方法。
【請求項４】
前記非同期制御区間の途中特定通過点として設定された主軸位置に対するカム位置を通るように前記５次関数を求め、その途中特定通過点のカム加速度が０に近づくように前記３次関数を求めるようにしたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電子カムの制御方法。
【請求項５】
制御対象物である従軸を主軸位置に対して同期して動作させる制御を行なう同期制御区間と、その同期制御区間の終了位置から次の同期制御区間の開始位置まで前記制御対象物である従軸を主軸位置対して同期せずに動作させる制御を行なう非同期制御区間とを有するサーボモータ制御システムであって、
非同期制御区間の開始位置および終了位置についての主軸位置、カム位置、カム速度、カム加速度を設定する境界点条件設定手段と、
取得した主軸位置に基づき、同期制御区間内か非同期制御区間内かを判断する判断手段と、
その判断手段の判断結果が、非同期制御区間の場合に前記非同期制御区間の開始位置および終了位置におけるカム位置、カム速度、カム加速度に基づき、５次関数からなる主軸位置に対するカム位置の非同期曲線と、４次関数からなる主軸位置に対するカム速度の非同期曲線と、３次関数による主軸位置に対する加速度の非同期曲線を求める制御曲線作成手段と、
その制御曲線作成手段により求めた各非同期曲線と、前記取得した主軸位置とに基づきサーボモータを動作させるための出力情報を作成し出力する手段を備えたことを特徴とするサーボモータ制御システム。
【請求項６】
非同期制御区間中であってもその非同期制御区間の終了位置の主軸位置、カム位置、カム速度、カム加速度の値の入力を可能とし、前記制御曲線作成手段はその入力された各値に基づいて前記各非同期曲線を逐次作成するようにしたことを特徴とする請求項５に記載のサーボモータ制御システム。
【請求項７】
前記制御曲線作成手段は、非同期制御区間中の制御サイクルごとに前のサイクルの主軸位置、カム位置、カム速度 、カム加速度を非同期曲線の開始位置として今回の制御サイクルにおける非同期曲線を作成する機能を備えたことを特徴とする請求項５または６に記載のサーボモータ制御システム。
【請求項８】
前記非同期制御区間の途中特定通過点を設定する手段を備え、
前記制御曲線作成手段は、非同期制御区間中に非同期曲線を作成するに際し、前記設定された途中特定通過点の主軸位置に対するカム位置を通るように前記５次関数を求め、その途中特定通過点のカム加速度が０になるように前記３次関数を求める処理をすることを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載のサーボモータ制御システム。
【請求項９】
前記制御曲線作成手段は、前記同期制御区間では、ボックスモーション曲線あるいはクランクモーション曲線に基づいて設定される同期曲線を作成する機能を備えたことを特徴とする請求項５から８のいずれか１項に記載のサーボモータ制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電子カムの制御方法およびサーボモータ制御システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
包装機械等の各種の産業機械は、駆動源としてサーボモータ等の速度制御可能なモータが用いられる。包装機械は、包装機本体と、帯状の包装フィルムを連続して引き出して包装機本体に供給するフィルム供給手段と、包装機本体に対して被包装物を所定間隔ごとに供給する被包装物供給手段と、を備えている。包装機本体は、供給された包装フィルムを、被包装物を包み込むことができる形態になるように適宜加工（例えば、筒状に製袋，ポケット成型等）するとともに、その加工された包装フィルム内に被包装物を収納する装置を備える。さらに包装機本体は、包装フィルムに被包装物を収納した状態で搬送し、その搬送途中で包装フィルムの適宜位置をシールしたり、カットしたりすることにより個々の包装体を製造する装置を備える。
【０００３】
包装フィルムに対するシール処理は、進行方向に沿ったフィルム側縁と、進行方向と直交する方向とに対して行なう。各シール部位は、それぞれ異なるタイプのシール装置を用いてシール処理が行なわれる。
【０００４】
包装機械の場合、例えば、フィルム供給手段において帯状のフィルムを連続的に引き出す処理や、被包装物供給手段にて被包装物を搬送するとともに包装機本体に供給する処理や、包装機における各シール装置の駆動源として、それぞれサーボモータやその他のモータが用いられる。
【０００５】
包装フィルムに対して進行方向と直交する方向にシールするためのエンドシール装置は、上下一対のエンドシーラ（ヒータ内蔵）を備え、そのエンドシーラを所定の軌跡で移動させ、エンドシーラの先端のシール面同士で包装フィルムを上下から所定の圧力で挟み込むことで包装フィルムの接触部位を溶融し、熱シールするようになっている。エンドシーラのシール面の移動軌跡は、大別すると円形と、略矩形状に代表される非円形の２種類がある。前者の円形の軌跡を採るエンドシール装置は、ロータリーモーション式とも称され、上下一対の回転軸にそれぞれエンドシーラを取り付け、回転軸を一定方向に回転させることでエンドシーラを回転移動させるように構成される。エンドシーラのシール面は、円弧状に形成しているとともに、その円弧の曲率半径は円形の軌跡曲率半径とほぼ一致させている。これにより、一対のエンドシーラが回転すると、互いのシール面は、進行方向前方側から徐々に線接触し、結果としてシール面の幅に相当するエンドシール部位が形成される。
【０００６】
略矩形状等の非円形の軌跡を採るエンドシール装置は、ボックスモーション式やクランクモーション式がある。いずれの方式も、上下一対のエンドシーラがフィルムを挟み込んだ状態で水平移動することで、シール面が包装フィルムのエンドシール部位と接触している時間を長くする。この方式は、フィルムに対する加熱時間を長くできるので、包装フィルムが溶融・軟化しづらく、熱シールしにくいフィルム材の場合に、適用される。
【０００７】
なお、エンドシール装置では、エンドシーラのシール面にカッターを内蔵させ、包装フィルムを横方向にエンドシールするとともに切断することで、包装フィルムの先頭から順に被包装物を収納した包装体を１つずつ分離製造するようになる。
【０００８】
さらに、エンドシール装置は、エンドシーラが１回転（１公転）移動する都度、包装フィルムの所定部位（前後の被包装物の間のフィルム部位）を横方向にシールする。従って、包装フィルムのエンドシールを施す所定部位がエンドシール装置の設置箇所に来るタイミングに合わせて一対のエンドシーラが包装フィルムを挟み込むように制御する必要がある。つまり、包装フィルムが一定速度で搬送するように制御されている場合、同一の製品を包装する場合には、包装ピッチ（包装フィルムのエンドシールする部位の間隔）も等しいため、一定の時間（搬送速度×包装ピッチ）間隔でエンドシーラ同士がフィルムを挟み込む動作を行なう必要がある。
【０００９】
一方、エンドシーラが包装フィルムを挟み込んでいる間は、包装フィルムの搬送速度とエンドシーラのシール面の移動速度を等しくする必要がある。そして、多くの場合、エンドシーラが１回転（１公転）する全期間中のエンドシーラのシール面の移動速度を一定にした場合には、所望のエンドシール部位を一対のエンドシーラで挟み込むことができなくなる。
【００１０】
そこで、通常は、エンドシーラのシール面同士が包装フィルムを挟み込んでいる期間は、包装フィルムの搬送速度に同期させてエンドシーラのシール面が搬送速度と同一速度で移動するように制御し、シール面が包装フィルムから離反している期間ではシール面の移動速度を適宜制御し、次にシール面同士が包装フィルムを挟み込む際には、包装フィルムにおける正しいエンドシール部位に接触し、熱シールできるようにする。
【００１１】
エンドシール装置用の駆動源としてサーボモータを用いた場合、サーボモータを用いた電子カム制御により、エンドシーラに上述した動作（速度変化）を行なわせるようにしている。ここで、フィルムの搬送速度に同期している期間を同期制御区間と称し、フィルムの搬送速度に同期しない期間を非同期制御区間と称する。同期制御区間では、電子カム制御はフィルムの搬送速度により一義的に特定されてしまう。具体的には、ロータリーモーション式の場合には、サーボモータの回転速度は等速となり、ボックスモーション式やクランクモーション式の場合には、所定のパターンによりサーボモータの回転速度を加減速制御する。
【００１２】
上述したごとく同期制御区間におけるサーボモータの回転速度は、包装フィルムの搬送速度により一義的に特定されてしまい、エンドシールを施す包装ピッチ（包装間隔）と包装フィルムの搬送速度から、１回の同期制御区間の時間と１回の非同期制御区間の時間がそれぞれ一義的に求められる。従って、単純に考えると、非同期制御区間においてエンドシーラが移動すべき距離（モータの回転角度）を、その非同期制御区間に割り当てられた時間で割ることにより、非同期制御区間を等速運動させることで次の同期制御区間開始位置に所望のタイミングでエンドシーラのシール面を位置させることができる。
【００１３】
この種のサーボモータを用いた電子カム制御として、従来特許文献１に開示された技術がある。この特許文献１に開示された制御方法は、フィルムを横方向にカットするロータリーカッター装置や、フィルムを横方向にシールするシール装置についてのサーボモータを用いた電子カム制御の一例であり、電子カムの位置と速度について、非同期制御区間から同期制御区間への変化点付近の制御を滑らかにすることを目的としている。
【００１４】
具体的には、特許文献１に開示された技術は、ロータリーモーション式に適用したものであるため、同期制御区間では直線（等速度）とし、非同期制御区間では３次曲線となるように電子カムの速度が制御される。
【特許文献１】特開２０００−１９８０９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述した特許文献１に開示された発明では、電子カムの加速度については、非同期制御区間から同期制御区間への変化点付近の制御を滑らかにできなかった。このように加速度波形が非同期制御区間と同期制御区間との間で不連続であると、そこで振動が生じるおそれがある。特に、単位時間当たりの製造個数が増加し、高速動作の要求が高くなるにつれて、非同期制御区間から同期制御区間に切り替わる変化点付近で振動を起こしやすくなり高速制御の障害となっていた。
【００１６】
さらに、オフラインで電子カム制御用のカムテーブルを作成する方法では、オンラインでの同期曲線の同期開始位置、同期範囲、同期比率の変更、また機械干渉を防ぐ為に特定点の通過等の変更指示に関して、リアルタイムに非同期カム曲線を生成して行くことができず、再度カムテーブルの作成が必要で、効率性が低下する。
【００１７】
この発明は、同期制御区間と非同期制御区間の変位点において電子カムの加速度等がスムーズにつながることができ、振動等が発生しない電子カムの制御方法およびサーボモータ制御システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明に係る電子カムの制御方法は、サーボモータを使用した電子カムの制御方法であって、制御対象物である従軸を主軸位置に対して同期して動作させる制御を行なう同期制御区間と、その同期制御区間の終了位置から次の同期制御区間の開始位置まで前記制御対象物である従軸を主軸位置対して同期せずに動作させるための制御を行なう非同期制御区間とを有する。そして、前記非同期制御区間における制御が、
電子カムの位置制御に５次関数を使用し、
電子カムの速度制御に４次関数を使用し、
電化カムの加速度制御に３次関数を使用して前記非同期制御区間と前記同期制御区間が切り替わる変化点付近の電子カムの加速度が０に近づくようにすることにより、前記非同期制御区間と前記同期制御区間が切り替わる変化点付近の電子カムの動作を滑らかに制御するようにした。
【００１９】
また、非同期制御区間の終了位置情報として主軸位置、カム位置、カム速度、カム加速度の値を各関数の入力パラメータとして随時受付可能とするとよい。
【００２０】
さらに、前記非同期制御区間の開始位置情報としてコントローラの制御サイクルごとに前回の制御サイクルで求めた主軸位置，カム位置，カム速度，カム加速度の値を各関数の入力パラメータとするとよい。
【００２１】
さらにまた、前記非同期制御区間の途中特定通過点として設定された主軸位置に対するカム位置を通るように前記５次関数を求め、その途中特定通過点のカム加速度が０になるように前記３次関数を求めるようにするとよい。
【００２２】
一方、本発明に係るサーボモータ制御システムは、制御対象物である従軸を主軸位置に対して同期して動作させる制御を行なう同期制御区間と、その同期制御区間の終了位置から次の同期制御区間の開始位置まで前記制御対象物である従軸を主軸位置対して同期せずに動作させるための制御を行なう非同期制御区間とを有するサーボモータ制御システムであって、非同期制御区間の開始位置および終了位置についての主軸位置、カム位置、カム速度、カム加速度を設定する境界点条件設定手段と、取得した主軸位置に基づき、同期制御区間内か非同期制御区間内かを判断する判断手段と、その判断手段の判断結果が、非同期制御区間の場合に前記非同期制御区間の開始位置および終了位置におけるカム位置、カム速度、カム加速度に基づき、５次関数からなる主軸位置に対するカム位置の非同期曲線と、４次間数からなる主軸位置に対するカム速度の非同期曲線と、３次関数による主軸位置に対する加速度の非同期曲線を求める制御曲線作成手段と、その制御曲線作成手段により求めた各非同期曲線と、前記取得した主軸位置とに基づきサーボモータを動作させるための出力情報を作成し出力する手段とを備えて構成した。
【００２３】
そして、非同期制御区間中であってもその非同期制御区間の終了位置の主軸位置、カム位置、カム速度、カム加速度の値の入力を可能とし、前記制御曲線作成手段はその入力された各値に基づいて前記各非同期曲線を逐次作成するようにするとよい。
【００２４】
前記制御曲線作成手段は、非同期制御区間中の制御サイクルごとに前のサイクルの主軸位置、カム位置、カム速度 、カム加速度を非同期曲線の開始位置として今回の制御サイクルにおける非同期曲線を作成する機能を備えるようにするとよい。
【００２５】
さらにまた、前記非同期制御区間の途中特定通過点を設定する手段を備え、前記制御曲線作成手段は、非同期制御区間中に非同期曲線を作成するに際し、前記設定された途中特定通過点の主軸位置に対するカム位置を通るように前記５次関数を求め、その途中特定通過点のカム加速度が０に近づくように前記３次関数を求める処理をするように構成してもよい。
【００２６】
さらに、前記制御曲線作成手段は、前記同期制御区間では、ボックスモーション曲線あるいはクランクモーション曲線に基づいて設定される同期曲線を作成する機能を備えることができる。
【００２７】
本発明によれば、非同期曲線に主軸位置に対するカム位置の特性を５次曲線を用いることにより、非同期制御区間と同期制御区間での間で過速度等をスムーズにつなげることができる。また、非同期制御区間中にも制御サイクルで非同期曲線を逐次算出することで、目標位置が変更されても対応できる。また、前の制御サイクルで求めた各値を次の制御サイクルの非同期制御区間の開始位置の情報に設定することにより、仮に目標値が変更してもスムーズに対応できる。
【００２８】
［用語の定義］
ここで、主軸とは、システムの全体の時間基準を取る為の軸のことを言う。例えば、この軸にエンコーダをつけてその主軸の信号を取ることで、主軸の位置（主軸位置）を求めることができる。また、時間基準を取る為のものなので、システムを制御するコントローラが生成する内部信号（例えば、内部タイマを用いて生成する信号）を主軸として使うこともできる。また、同期制御中の従軸は、主軸の動きに対して、何かしらの関数，変数，係数，定数を通して、動作する軸である。非同期制御中の従軸は、主軸の動きと関係なく動作する。
【００２９】
同期制御は、例えば、主軸に繋がるワークと、従軸の機構の特定指定部分とが、所定の時期に所定の位置にあるように制御することである。よって、必然的に同期制御時の主軸と従軸の関係を特定する関数が決定される。この関数により表されるのが同期曲線となる。
【００３０】
また、カム位置とは、主軸と従軸の位置関係を表す物をいう。例えば、実施の形態で言うと角度θは従軸の位置で、ｘは主軸の位置であるため、カム位置は
θ＝ｆ(ｘ)
で表現することができる。従って、上記式をｘで微分すると、カム速度（ｄθ／ｄｘ）になる。具体的には、
ｄθ／ｄｘ＝ｄｆ(ｘ)／ｄｘ
となる。さらに、上記式をｘで微分するとカム加速度（ｄ２θ／ｄｘ２）となる。
【００３１】
ｄ２θ／ｄｘ２＝ｄ２ｆ(ｘ)／ｄｘ２
非同期制御は、上述した同期制御を行なわない区間における制御である。つまり、同期制御を終了後、次の同期制御が開始するまで、カム位置，カム速度，カム加速度を制御し、本発明では、非同期制御の終了時、つまり、次の同期制御が開始する時点でカム位置、カム速度、カム加速度を繋ぐ（切れることなく連続する）ように制御する。
【発明の効果】
【００３２】
本発明では、同期制御区間と非同期制御区間の変位点においてカム加速度等をスムーズにつながることができ、振動等が発生しないようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
図１は、本発明が適用される制御システムの一例として、包装機械に対する制御システムを示している。まず、制御対象の包装機械について説明する。包装フィルム１は、一対のフィードローラ２によって挟まれ、そのフィードローラ２の回転に伴い連続して一定速度で引き出される。そのようにして引き出された包装フィルム１は、製袋器３を通過することで筒状に製袋される。また、製袋器３の上流側に設けられた被包装物搬送供給装置（フィンガーコンベア等）４により一定間隔ごとに搬送された被包装物５が、所定のタイミングで製袋器３内に供給される。これにより、筒状に製袋された包装フィルム１内には所定間隔ごとに被包装物５を内包する状態となり、その状態のまま搬送される。製袋器３の下流側には、センターシール装置６，エンドシール装置７が配置される。センターシール装置６は、一対の加熱ローラからなり、筒状に製袋された包装フィルム内の両側縁１ａの重合部位を挟み込み、当該両側縁１ａがセンターシール装置６を通過することにより、熱シールされる。エンドシール装置７は、筒状に製袋された包装フィルム１の所定位置（前後の被包装物の間）を横方向にシールするとともにカットするもので、後述するようにボックスモーション式，クランクモーション式など各種のタイプがある。いずれのタイプのものも、上下一対のエンドシーラを備え、そのエンドシーラの先端対向面がシール面となる。エンドシーラのシール面が無端状の所定の軌跡で移動し、その一対のエンドシーラのシール面は、エンドシーラが１回転するごとに１回包装フィルムを上下から挟み込み、加熱・加圧して熱シールする。また、そのエンドシーラのシール面には、カッターが内蔵されており、包装フィルムを熱シールするとともにカットして包装体８を製造する。
【００３４】
フィードローラ２，センターシール装置６並びにエンドシール装置７は、それぞれ駆動モータＭ１〜Ｍ３に連携される。各駆動モータＭ１〜Ｍ３は、コントローラ１０から指令値を受けて、所定の回転速度で回転駆動する。このコントローラ１０は、包装機械に取り付けられ、この包装機械用のコントローラとして機能する。
【００３５】
本実施の形態では、包装フィルム１は等速度で移動させることから、第１駆動モータＭ１も一定速度で等速回転している。また、第２駆動モータＭ２は、センターシール装置６の加熱ローラの周縁（包装フィルム１の両側縁１ａに接触する部位）の移動速度が包装フィルム１の移動速度と等しいか、若干速い速度で動作するように一定速度で回転駆動する。なお、各種の要因により第１駆動モータＭ１の速度が加減速して包装フィルムの搬送速度が変動した場合には、それに追従して第２駆動モータＭ２の回転速度も加減速制御する。
【００３６】
第３駆動モータＭ３は、サーボモータを用いて構成され、包装フィルム１の搬送状態に応じて回転速度を加減速制御する。すなわち、包装フィルム１は、その一方の側縁に一定間隔ごとにマークが印刷されている。このマークは、エンドシール部位に対して所定距離（０の場合も含む）だけずらした位置に印刷されている。従って、マークセンサＳ１からエンドシール装置７に至るまでの包装フィルム１の移動距離並びに包装フィルム１の搬送速度がわかっているため、マークセンサＳ１によりマークを検知してから、そのマークに対応するエンドシール部位がエンドシール装置７に至るタイミングが求められる。そこで、エンドシーラが包装フィルム１から離反している期間は、包装フィルム１の次のエンドシール部位がエンドシール装置７に来たときに一対のエンドシーラが包装フィルムを挟み込めるように、包装フィルム１の搬送速度，エンドシール部位の現在位置と関係なく第３駆動モータＭ３の回転速度が制御される。よって、この離反している期間の制御は、非同期制御となる。エンドシーラが包装フィルムのエンドシール部位を挟み込んでいる期間は、エンドシーラのシール面の移動速度を包装フィルム１の搬送速度に一致させるように第３駆動モータＭ３が制御される。よって、この挟み込んでいる期間の制御は、同期制御となる。
【００３７】
この包装機械は、コントローラ１０の制御信号に基づき動作する。コントローラ１０は、電源ユニット１１と、モーションコントロールユニット（モーションコントローラ）１４と、そのモーションコントロールユニット１４に対してデータ設定を行なうデータ設定コントロールユニット（データ設定コントローラ）１５とを備えている。これらの各ユニットは、バックプレインバスその他の方式により、電気的、機械的に連結される。もちろん、これ以外のユニットを連結しても良い。なお、本実施形態では、サーボモータを用いた電子カム制御を司る専用のコントローラであるが、モーションコントロールユニット１４とデータ設定コントロールユニット１５を、プログラマブルコントローラ（シーケンス制御を行なう電子装置）を構成するユニットとし、ＣＰＵユニットやＩＯユニット等とともに連結し、プログラマブルコントローラと一体化しても良い。
【００３８】
包装フィルム１の移動に基づきエンドシール装置７の動作を制御しているため、包装フィルムの搬送が主軸となり、エンドシール装置７側の動作（第３駆動モータＭ３）が従軸となる。主軸の動作（包装フィルム１の搬送）は、主軸エンコーダＰＧ１の出力に基づいて求められる。この主軸エンコーダＰＧ１は、例えば、主軸エンコーダＰＧ１の回転軸を包装フィルム１に接触させ、包装フィルム１の移動に伴い主軸エンコーダＰＧ１が回転するようにしても良いし、フィードローラ２の回転軸に連結しても良く、各種の形態がとれる。
【００３９】
この主軸エンコーダＰＧ１の検出信号は、モーションコントロールユニット１４に与えられる。また、このモーションコントロールユニット１４には、マークセンサＳ１の検出信号も入力される。そして、モーションコントロールユニット１４内で演算処理し、その演算結果に基づく指令値（もしくはパルス列）をサーボドライバ２０に向けて出力する。サーボドライバ２０は、モーションコントロールユニット１４から与えられた指令値と、従軸サーボモータである第３駆動モータＭ３に連携された従軸エンコーダＰＧ２の出力信号とに基づき、第３駆動モータＭ３の回転動作を制御（同期制御，非同期制御）する。
【００４０】
次に、本発明の要部となるデータ設定コントロールユニット１５ならびにモーションコントロールユニット１４の内部構成について説明する。図２は、説明の便宜上、包装機械側を模式的に記載している。制御対象となるエンドシール装置７は、従軸となる電子カムを、円を用いて模式的に示している。この電子カムを１周する都度、エンドシーラが所定の軌跡で１サイクル移動し、その途中で１度包装フィルム１を上下から挟み込み、シール・カットするようになる。
【００４１】
主軸エンコーダＰＧ１からの出力に基づき、基準位置からの包装フィルムの移動距離が求められる。本実施形態では、移動距離（変位）を１個の包装体を製造する都度リセットするのではなく、逐次積算していくように処理する。これに伴い、従軸（電子カム）の位相（カム位置：角度θ）も積算していく。つまり、仮に図２中、上側のエンドシーラのシール面が上方を向いている位置を従軸の基準位置とした場合、１回目は０度から３６０度までカム位置が変化していくが、２回目は３６０度からスタートし７２０度までカム位置が変化することになる。以下、リセットされるまで積算が継続する。
【００４２】
データ設定コントロールユニット１５は、図２に示すように、条件設定部１５ａと、カム境界点作成部１５ｂとを備えている。条件設定部１５ａは、動作開始位置と、同期開始位置と、同期範囲と、同期比率と、非同期区間指定通過点と、動作終了位置との入力を受ける。受け付けた各条件は、カム境界点作成部１５ｂに与えられる。
【００４３】
ここで、動作開始位置，動作終了位置は一連の包装などの動作がどこから始まってどこで終わるかの設定をするものである。一般的に従軸の位相（角度θ）は０度から始まって、３６０度×ｎ（ｎは正の整数）となる。
同期開始位置は、電子カムの同期制御区間の開始位置を指定するもので、従軸の位相（角度θｓ）で設定する。
【００４４】
同期範囲は、同期開始位置から、どのくらいの長さ同期させて、シールなどの動作をさせるかを設定する。同期開始位置＋同期範囲を求めることで、同期終了位置を算出できる。
【００４５】
同期比率は、主軸位置に対して掛け算，割り算することにより、同期しながら従軸の速度比率を変えるための条件を設定するものである。この同期比率により、同期制御区間における主軸の移動距離（位置）に応じた従軸の位置（カム位置：角度θ）が決定され、従軸の角速度等も特定される。つまり、同期制御区間における同期曲線が特定される。
非同期区間指定通過点は、非同期制御区間中で通過すべき位置がある場合に指定する。例えば、主軸位置に対する従軸の位置等を指定することになる。
【００４６】
これらの各条件の設定（データ入力）は、例えば、包装機械に取り付けられた操作パネル（プログラマブル表示器，タッチパネル等）を用いて、操作者が初期入力をする。また、実際の包装処理などの状況を見て人が再設定したり、センサー出力に基づいて自動的に再設定したりする。
【００４７】
カム境界点作成部１５ｂは、条件設定部１５ａで設定される基準となる各条件と、モーションコントロールユニット１４経由で取得した現在の主軸位置ｘに基づき同期曲線と非同期曲線の境界点におけるカム位置，カム速度並びにカム加速度を求める。同期曲線は、制御対象のエンドシール装置の機構並びにフィルム搬送速度から一義的に決定されるもので、具体的には同期比率により決定される。そこで、同期制御区間から非同期制御区間へ切り替わる境界点における主軸位置，カム位置，カム速度並びにカム加速度と、非同期制御区間から同期制御区間へ切り替わる境界点における主軸位置，カム位置，カム速度並びにカム加速度とは、それぞれ同期曲線に基づいて求める。つまり、非同期曲線終了位置は、同期曲線開始位置を意味し、その境界点における４つの値である、
ｘｅ＝主軸位置
θｅ＝カム位置
ωｅ＝カム速度
αｅ＝カム加速度
を求める。
【００４８】
同様に、非同期曲線開始位置は同期曲線終了位置を意味し、その境界点における４つの値である
ｘｓ＝主軸位置
θｓ＝カム位置
ωｓ＝カム速度
αｓ＝カム加速度
を求める。
【００４９】
具体的には、１回目の包装処理における各変位点の主軸位置ｘｅ，ｘｓは、条件設定部１５ａより与えられ、同期曲線も予めカム境界点作成部１５ｂに与えておくことで、各主軸位置におけるカム位置，カム速度，カム加速度を演算により求めることができる。さらに、上述したように、主軸位置やカム位置は積算されていくため、２回目以降の包装処理を行なう際の各境界点における主軸位置ｘｅ，ｘｓは、包装ピッチ（エンドシール間隔）の距離だけ順次加算することで求めることができる。また、各境界点におけるカム位置θｅ，θｓは、３６０度を加算することで求めることができる。なお、条件設定の変更がなければ、各境界点におけるカム速度とカム加速度は、２回目以降の包装処理においても同じ値をとる。現在が何回目の包装処理をしているかは、モーションコントロールユニット１４から主軸位置情報を取得しているため、その値から認識でき、必要に応じて新しい境界点の各値を算出し、モーションコントロールユニット１４に設定する。
【００５０】
一方、非同期区間指定通過点が設定されている場合には、非同期曲線に基づき指定された通過点（特定点）における４つの値
ｘｍ＝主軸位置
θｍ＝カム位置
ωｍ＝カム速度
αｍ＝カム加速度
を非同期曲線に基づいて算出する。
【００５１】
ここで非同期曲線は、カム位置については５次曲線となり、カム速度については４次曲線となり、カム加速度については３次曲線になるようにする。つまり、カム位置は、非同期制御区間中において非同期曲線開始位置（同期曲線終了位置）と非同期曲線終了位置（同期曲線開始位置）を通るような５次曲線が基本的な非同期制御区間における制御曲線となる。そして、この非同期区間指定通過点が指定されている場合には、この指定された通過点（特定点）も通るような５次曲線を求め、それを非同期制御区間の制御曲線（非同期曲線）とする。
【００５２】
図２に示すように、モーションコントロールユニット１４は、主軸の現在の位置情報等を取得する現在情報取得部１４ａと、制御曲線作成部１４ｂと、カム設定部１４ｃと、命令設定部１４ｄと、現在位置リセット部１４ｅとを備えている。
【００５３】
現在情報取得部１４ａは、リングカウンターを備え、主軸エンコーダＰＧ１からのパルス出力をそのリングカウンターにてカウントアップすることで、現在の主軸位置（基準位置からの距離）を求め、さらに、単位時間当たりの主軸位置の移動距離から現在の主軸速度を演算し、さらにその主軸速度の変化分から主軸加速度を演算して求める。算出した現在の主軸位置，主軸速度，主軸加速度は、カム境界点作成部１５ｂと、制御曲線作成部１４ｂと、命令設定部１４ｄに与える。
【００５４】
現在位置リセット部１４ｅは、現在情報取得部１４ａのリングカウンターをリセットし、基準位置を０からリスタートするためのものである。例えば、マークセンサＳ１からの検出信号に基づき、随時発することができる。例えば、別途用意されたリセットスイッチ（機械式のスイッチ，操作パネル（プログラマブル表示器，タッチパネル等）のタッチに基づく電子的のスイッチなど）が押下された後でマークセンサＳ１からマークの検出信号を受けたことを条件に現在情報取得部１４ａに対してリセット命令を発する。このように、ユーザによる入力に限ることはなく、例えば、正常運転開始後にマークセンサＳ１からマーク検出信号を入力したときや、マークセンサＳ１によるマーク検出が一定数に達した時など予め決めた条件に合致した場合に自動的にリングカウンターをリセットするようにしても良い。
【００５５】
制御曲線作成部１４ｂは、同期曲線並びに非同期曲線を作成するものである。すなわち、制御曲線作成部１４ｂは、データ設定コントローラ１５のカム境界点作成部１５ｂから非同期曲線終了位置（同期曲線開始位置）における４つの値（ｘｅ＝主軸位置，θｅ＝カム位置，ωｅ＝カム速度，αｅ＝カム加速度）と、非同期曲線開始位置（同期曲線終了位置）における４つの値（ｘｓ＝主軸位置，θｓ＝カム位置，ωｓ＝カム速度，αｓ＝カム加速度）と、同期比率とを取得する。そして、現在情報取得部１４ａから、現在の主軸位置ｘを受け取る。
【００５６】
そして、取得した現在の主軸位置が同期制御区間内か否かを判断し、同期制御区間内であれば、同期曲線を作成し、非同期制御区間内であれば非同期曲線を作成する。同期曲線は、具体的には、同期比率に基づき、同期位置曲線と、同期速度曲線と、同期加速度曲線とを生成する。
【００５７】
一方、非同期曲線は、取得した主軸位置（ｘ）の値を下記式に代入し、カム位置を規定する５次曲線と、カム速度を規定する４次曲線と、カム加速度を規定する３次曲線とをそれぞれ算出する。
【数１】
2006172438.tif 000002
【００５８】
上述した式において、非同期曲線終了位置に関する４つの値は、データ設定コントローラユニット１５のカム境界点作成部１５ｂから取得したデータを用いる。ただし、非同期曲線開始位置に関しては、非同期制御区間内に入った１回目の非同期曲線作成処理時には、当該カム境界点作成部１５ｂから取得したデータを用いるもののコントローラ１０の次の制御サイクルからは、前回の制御サイクルで求めた主軸位置ｘｓ，カム位置θｓ，カム速度ωｓ，カム加速度αsを非同期曲線開始位置として設定する。これらの各値は、次段のカム設定部１４ｃで算出した値を用いて設定する。コントローラは、設定された演算処理，入出力のリフレッシュ処理，周辺処理等をサイクリックに繰り返し実行する。制御サイクルは、これら一連の処理を一回実行することである。一回の制御サイクルを実行することで、制御曲線を求める演算処理も一回実行され、各設定値が求められる。換言すると、制御サイクルごとに設定値が算出される。
【００５９】
このようにすることにより、サーボシステムにおける５次曲線による同期曲線に対してのリアルタイム補間制御ができる。つまり、１回の包装処理中に目標値の変更があった場合、常に前回の制御サイクルで求めた各値を非同期曲線開始位置とし、その非同期曲線開始位置と目標値との間を通る５次曲線その他の各曲線を求めることで、指令値が離散的に急激に変化することを抑制できる。もちろん、係るリアルタイム補間制御を必要としない場合には、非同期曲線開始位置もカム境界点作成部１５ｂから取得したデータを用いるようにして良い。
【００６０】
カム設定部１４ｃは、制御曲線作成部１４ｂで作成された各曲線（同期曲線，非同期曲線）を取得するとともに、現在情報取得部１４ａで取得した主軸の現在位置ｘを取得し、現在の主軸位置に対するカム位置，カム速度並びにカム加速度を設定するものである。
【００６１】
すなわち、制御曲線作成部１４ｂが現在の主軸位置に応じて同期曲線か非同期曲線のいずれかを作成し、その作成した曲線をカム設定部１４ｃに与える。従って、カム設定部１４ｃは、与えられた曲線を示す関数中の変数であるｘに現在の主軸位置の値を代入することで、カム位置，カム速度，カム加速度をそれぞれ求める。
【００６２】
そのようにして求めたカム位置θ，カム速度ｄθ／ｄｘ並びにカム加速度ｄ２θ／ｄｘ２は、次の制御サイクルのために制御曲線作成部１４ｂに渡すとともに、命令設定部１４ｄに渡す。命令設定部１４ｄは、現在情報取得部１４ａから主軸速度ｄｘ／ｄｔ（ｍｍ／ｓｅｃ）と、主軸加速度ｄ２ｘ／ｄｔ２（ｍｍ／ｓｅｃ２）も取得する。これらの取得した情報に基づき、下記式に基づき、従軸位置，従軸速度，従軸加速度を求め、サーボドライバ２０に与える。
【数２】
2006172438.tif 000003
【００６３】
図３は、モーションコントローラユニット１４の動作フローチャートを示している。この動作フローチャートが、制御サイクルごとに実行される。すなわち、まず現在情報取得部１４ａが主軸エンコーダＰＧ１より主軸の現在位置ｘを取得する（Ｓ１）。そして、制御曲線作成部１４ｂが、取得した現在位置ｘに基づき、主軸位置が同期制御区内か否かを判断し（Ｓ２）、同期制御区間の場合には、同期曲線を作成し（Ｓ３）、同期制御区内でない（非同期制御区内である）場合には、非同期曲線（５次曲線，４次曲線，３次曲線）を作成する（Ｓ４）。なお、各曲線の具体的な処理は、上述した通りである。
【００６４】
ついで、カム設定部１４ｃが、処理ステップＳ３またはＳ４を実行して作成された曲線（同期曲線／非同期曲線）に基づいて、電子カムの現在の値（カム位置，カム速度，カム加速度）を設定する（Ｓ５）。そして、その設定した各値は、次の制御サイクル時における非同期曲線開始位置として制御曲線作成部１４ｂに渡す（Ｓ６）。
【００６５】
処理ステップＳ５を実行して求められたカムの各値に基づき、サーボドライバ２０に対する指令値を求め、出力する（Ｓ７）。そして、継続するか否かを判断し（Ｓ８）、継続する場合には処理ステップＳ１に戻り次の制御サイクルにはいる。継続するか否かの判断は、例えば、包装処理の終了命令，停止命令が入力されるか否かや、予め設定した条件（包装個数，終了時間）を合致するか否かなどにより求める。
【００６６】
上記した非同期制御区間内の制御曲線（非同期曲線）の一例を示すと、図４から図６に示すようになる。図４は、位相（主軸位置）に対する変位（従軸のカム位置）の相関関係を示し、図５は位相（主軸位置）に対する速度の相関関係を示し、図６は位相（主軸位置）に対する加速度の相関関係を示している。仮に同期目標位置（非同期制御区間の終了位置や開始位置などの境界点）の変更がないとすると、非同期制御区間内におけるカム位置，カム速度，カム加速度は、各図に示した曲線に従って繰り返し実行する。処理ステップＳ６にて現在の主軸位置に基づいて設定した各値を次の制御サイクル時における非同期曲線開始位置として非同期曲線を作成する場合も同様である。そして、いずれの場合も境界点における速度並びに加速度が０（ほぼ０）になっているため、同期制御区間における同期曲線とスムーズにつなげることができ、境界点において振動・衝撃等を生じることが無い。
【００６７】
ここで、図７から図９に示すように、非同期曲線開始位置の主軸位置ｘｓ＝２００ｍｍ、従軸位置θｓ＝２２５ｄｅｇ、速度ωｓ＝０．３８２ｄｅｇ／ｍｍ、加速度αｓ＝−０．００５０９ｄｅｇ／ｍｍ２として設定する。当初非同期曲線終了位置（同期曲線開始位置）の主軸位置ｘｅ＝２７１ｍｍ、従軸位置θｅ＝４９５ｄｅｇ、速度ωｅ＝０．２６７ｄｅｇ／ｍｍ，加速度αｅ＝０．００２５０ｄｅｇ／ｍｍ２として設定する。
【００６８】
この状態において主軸位置が２５５ｍｍの時に、非同期曲線終了位置（同期曲線開始位置）の主軸位置ｘｅ＝２７１ｍｍ、従軸位置θｅ＝６００ｄｅｇ、速度ωｅ＝０．７６３ｄｅｇ／ｍｍ，加速度αｅ＝０．０２０１２ｄｅｇ／ｍｍ２に変更する。すると、その主軸位置が２５５ｍｍの直前の位置、速度、加速度と、変更された各値を結ぶ非同期曲線が再設定されるため、機械の衝撃、振動を防ぐことができる。
【００６９】
なお、仮に、主軸位置が２５５ｍｍの時に上記のように各目標値の変更があった場合に、今回の非同期制御区間の開始位置である主軸位置ｘｓ＝２００ｍｍと、新目標値を結ぶ制御曲線（非同期曲線）を再設定すると、２５５ｍｍの時の各値（位置，速度，加速度）は現在の２５５ｍｍの時の各値に比べ大きく異なることがあり、そうすると、図示したように連続した曲線で接続されなくなり、その非連続点において機械の衝撃、振動を生じるおそれがある。
【００７０】
本実施形態の装置は、制御サイクルごとに制御曲線を算出するため、同期制御区間内での速度が一定でなく、加速度が両端で発生するような同期曲線に対しても、位置，速度，加速度をつなぐことができるとともに、次の同期曲線の開始位置、速度、加速度が途中で変わってとしても、位置、速度、加速度を繋いで、サーボシステムを動かすことができる。よって、本実施形態の装置は、機械系に与える衝撃、振動を少なくすることができ、同期曲線の開始位置、速度、加速度の変更に対してもスムーズな動作が可能となる。
【００７１】
次に、非同期制御区間内における途中特定通過点を指定した場合の対応について説明する。データ設定コントローラユニット１５の条件設定部１５ａにより非同期区間指定通過点（非同期制御区間内における途中特定通過点）が設定されている場合には、その途中特定通過点に関する情報（ｘｍ＝主軸位置，θｍ＝カム位置，ωｍ＝カム速度，αｍ＝カム加速度）が、カム境界点作成部１５ｂ経由で制御曲線作成部１４ｂに与えられる。
【００７２】
制御曲線作成部１４ｂは、現在の主軸位置が非同期制御区間内の場合には、非同期曲線を作成するが、このとき、現在の主軸の位置ｘがｘｓ≦ｘ≦ｘｍの場合には、上述した各非制御曲線を求める際の演算式において、ｘｅ＝ｘｍ、θｅ＝θｍとして設定する。そして、主軸現在位置ｘがｘｍを越えた時点で、上述した各非同期曲線を求める際の演算式において、ｘｓ＝ｘｍ 、θｓ＝θｍとして設定する。つまり、指定された中間点を通るようにして、５次曲線同士で結ぶ。これにより、中間点では、加速度が０（ほぼ０）になる。
【００７３】
図１０から図１２は、主軸位置が非同期制御区間内に存在する場合に生成される非同期曲線の一例を示している。図１０は、主軸位置と従軸位置の関係を示している。図１０においては、非同期曲線開始位置（同期曲線終了位置）から途中特定通過点を通って、非同期曲線終了位置（同期曲線開始位置）に至る５次曲線が示されている。２つの５次曲線が途中特定通過点の付近も滑らかな曲線となっている。
【００７４】
図１１は、主軸位置と従軸速度の関係を示し、図１２は、主軸位置と従軸加速度の関係を示している。図１１及び図１２においても、非同期曲線開始位置（同期曲線終了位置）から途中特定通過点を通って、非同期曲線終了位置（同期曲線開始位置）に至る５次曲線が示されている。そして、図１２においては、途中特定通過点で加速度が０に近づくように非同期曲線が示されている。
【００７５】
非同期曲線開始位置の主軸位置ｘｓ＝２００ｍｍ、従軸位置θｓ＝２２５ｄｅｇ、速度ωｓ＝０．３８２ｄｅｇ／ｍｍ、加速度αｓ＝−０．００５０９ｄｅｇ／ｍｍ２として設定する。非同期曲線終了位置（同期曲線開始位置）の主軸位置ｘｅ＝２７１ｍｍ、従軸位置θｅ＝４９５ｄｅｇ、速度ωｅ＝０．２６７ｄｅｇ／ｍｍ、加速度αe＝０．００２５０ｄｅｇ／ｍｍ２として設定する。途中特定通過点は主軸位置：ｘｍ＝２５０ｍｍ，従軸位置θｍ＝４００ｄｅｇ，速度ωｍ＝（θｅ−θm）／(ｘｅ−ｘｍ)＝４．５２４ｄｅｇ／ｍｍ，速度αｍ＝０（ｄｅｇ／ｍｍ2）と設定する。すると、図１１の位相と速度の特性に示すように速度を停止させることなく、図１２の位相と加速度の特性に示すように、加速度を繋いで滑らかな動作が可能である。
【００７６】
次に、エンドシール装置７がボックスモーションタイプの場合について説明する。図１３は、ボックスモーション式のエンドシール装置を模式的に示した図である。この図１３に示すように、サーボモータからなる第３駆動モータＭ３の回転力をベルト，チェーン等の動力伝達手段７ａを介して回転板７ｂに伝達する。回転板７ｂには、径方向に沿って、往復移動可能なスライダ７ｃを備える。このスライダ７ｃは、回転板７ｂの回転に追従して公転移動するとともに、その公転移動時に径方向に移動可能となる。スライダ７ｃは、ボックス状のカイダ７ｄに連係される。これにより、回転板７ｂの回転に伴い、スライダ７ｃは公転するが、その移動軌跡はガイド７ｄにより規定される無端状の軌跡に沿うことになる。よって、ガイド７ｄの包装フィルム１に沿って水平に移動する区間７ｄ′を作ることで、スライダ７ｃは、包装フィルム１に沿って一定期間同一の距離を保ちながら前進移動し、その後上昇移動→後退移動→下降移動を経て基の水平に移動する区間７ｄに至るように動作する。尚、図では便宜上、上側のみ記載しているが、下側にも同様の機構がある。
【００７７】
そして、このスライダ７ｃをエンドシーラに連結して一体化することで、エンドシーラもスライド７ｃの移動軌跡に沿って移動する。このとき、上記の水平に移動する区間７ｄ′を移動中のエンドシーラのシール面が包装フィルム１に接触し、上下から挟み込むことができ、エンドシーラの移動速度と包装フィルム１の搬送速度が一致するように回転板７ｂを回転させることで同期制御が行なえる。また、それ以外の区間が非同期制御区間となる。
【００７８】
なお、図１３ではエンドシーラのシール面の移動軌跡は略矩形状（各コーナは円弧）の軌跡（２点鎖線）を示しているが、非同期制御区間の軌跡は任意である。さらに、係る所定の軌跡で移動させるための機構も各種の形態をとれ、回転板７ｂなど無くても良いし、エンドシーラ自体がスライダ７ｃとなっていても良い。要は、第３駆動モータＭ３の回転に伴い、エンドシーラが所定の無端状の軌跡で移動し、その移動途中に包装フィルム１と平行に移動（このときは、包装フィルムを挟み込んでシールする）する区間を備えていれば良く、係る軌跡で移動させるための機構は任意である。また、第３駆動モータＭ３が１回転するごとに、回転板７ｂが１回転するようにしてもよいし、異なっていても良い。上述した電子カムの角度は、図１３でいうと回転板７ｂの回転角度に対応する。
【００７９】
図１４は、ボックスモーションの機構を抽象化し、電子カムと包装フィルム１を示している。図１４に示すように、主軸の包装フィルム１が基準位置（０ｍｍ）からｘ１まで搬送されてきたときに同期が開始し、主軸位置がｘ２に来たときに同期が終了する。従って、同期制御区間における包装フィルム１の移動距離は、ｘ２−ｘ１となる。一方、従軸では電子カムの位置が０度の基準位置から包装処理が開始したとし、１回目の包装処理では、θ１の時から同期が開始し、θ２の時まで同期制御を行なう。従って、同期制御区間はθ２−θ１の角度範囲となる。
【００８０】
その後、非同期制御区間になり、その非同期制御区間の終了位置（次の同期制御区間の開始位置）は、主軸位置がｘ３で、従軸のカム位置がθ３となり、その同期制御区間の終了位置（次の非同期制御区間の開始位置）は、主軸位置がｘ４で、従軸のカム位置がθ４となっている。
【００８１】
包装機械におけるボックスモーションのカム曲線は以下の通りである。主軸ｘ，従軸θが、それぞれｘ１≦ｘ≦ｘ２，θ１≦θ≦θ２のときが同期制御区間となる。この同期制御区間におけるカム位置θ，カム速度ｄθ／ｄｘ，カム加速度ｄ２θ／ｄｘ2のそれぞれの同期曲線は、下記式［数３］のようになる。
【数３】
2006172438.tif 000004
【００８２】
上記の式に従い、以下の同期制御区間中は、主軸の位置に基づき以下の位置、速度、加速度について、コントローラの制御サイクルごとに設定して動かす。
主軸の速度    ｄｘ／ｄｔ（ｍｍ／ｓｅｃ）
主軸の加速度  ｄ２ｘ／ｄｔ2（ｍｍ／ｓｅｃ２）
従軸位置＝カム位置θ
従軸速度  ｄθ／ｄｔ（ｄｅｇ／ｓｅｃ）＝（ｄθ／ｄｘ）＊（ｄｘ／ｄｔ）
従軸加速度  ｄ２θ／ｄｔ2（ｄｅｇ／ｓｅｃ２）＝
（ｄ２θ／ｄｘ２）＊（ｄｘ／ｄｔ）２＋（ｄθ／ｄｘ）＊（ｄ２ｘ／ｄｔ２）
【００８３】
そして、上述した式に基づくボックスモーションの同期制御区間における動作曲線例は、図１５から図１７に示す通りであり、各図では、実単位を入れて示している。ｘ０＝０ｍｍ，ｘ１＝５０ｍｍ，ｘ２＝２００ｍｍ，θ０＝０ｄｅｇ，θ１＝１３５ｄｅｇ，θ２＝２２５ｄｅｇ，Ｒ＝１０６ｍｍ，ｙ＝７５ｍｍである。
【００８４】
次に、非同期制御区間の制御曲線の算出について説明する。まず、非同期曲線開始位置（ボックスモーションカム同期曲線終了位置）では、主軸ｘ＝ｘ２（ｍｍ）となる。同期開始点の変動がないとすると、上記した同期曲線を特定する各式は、以下の［数４］で示すようになり、その［数４］の式中にｘ＝ｘ２を代入することで、［数５］に示すように同期終了位置における各カム位置，カム速度，カム各速度の値を求めることができる。
【数４】
2006172438.tif 000005
【数５】
2006172438.tif 000006
【００８５】
これにより、ｘｓ＝ｘ２、θｓ＝θ２、ωｓ＝ω２、αｓ＝α２を、非同期曲線を求める際の前のカムの値として取り込む。
【００８６】
また、目標値の変更がない場合には、次の同期制御区間は、主軸位置ｘ＝ｘ３になった時から開始し、主軸位置がｘ３≦ｘ≦ｘ４の間、同期曲線に従って制御する。そして、係る次の同期制御区間におけるカム位置θ，カム速度ｄθ／ｄｘ，カム加速度ｄ２θ／ｄｘ２は、それぞれ下記式［数６］に示す同期曲線にしたがって制御される。
【数６】
2006172438.tif 000007
【００８７】
そして、この同期制御区間の開始位置（ｘ＝ｘ３）における各カム位置，カム速度，カム各速度の値は、［数７］を実行し、求めることができる。そして、その求めた各値が、主軸ｘの位置が、ｘ２≦ｘ≦ｘ３までの間の非同期制御区間における終了位置の各値、つまり、当該非同期制御区間におけるそれぞれの目標値となる。換言すると、ｘｅ＝ｘ３、θｅ＝θ３、ωｅ＝ω３、αｅ＝α３として、非同期曲線に随時設定される。
【数７】
2006172438.tif 000008
【００８８】
そして、主軸位置がｘ＝ｘ２の時の目標値（非同期制御区間の終了位置における主軸位置）ｘｅはｘ３であるため、両点を通るような５次曲線を作成する。そして、主軸現在位置ｘ（ｍｍ）がｘｓ≦ｘ≦ｘｅ、つまり、ｘ２≦ｘ≦ｘ３の時、毎制御サイクルごとに５次曲線を求め、動かす。また、一度非同期制御区間内に入り、各設定値（カム位置，カム速度，カム加速度）を求めたならば、図３のフローチャートの処理ステップＳ６の実行に伴い、次の制御サイクルにおける非同期曲線開始位置に設定される。このように非同期曲線開始位置を逐次更新しながら主軸位置ｘ＝ｘ３になるまで５次曲線に基づく非同期制御を行なう。
【００８９】
以後、制御動作区間と非制御動作区間とを交互に繰り返し実行することになり、途中で目標値が変更された場合には、その都度演算処理をし、非同期曲線は５次曲線で同期曲線とつなぐことになる。
【００９０】
一例を示すと、図１８から図２１に示すようになる。つまり、図１８に示すように、位相と変位のごとくボックス曲線の同期を開始する場所や、同期比率を変えても、図１９に示す位相と速度の特性に示すように境界点でスムーズに速度が繋がる。同様に図２０に示す位相と加速度の特性においても、図２１の拡大図で確認できるように加速度も境界点で繋がる。よって、衝撃と振動が発生しにくい。そして、制御サイクルごとに従軸のサーボの目標位置，目標速度，目標加速度を設定しているので、オンラインで同期を開始する場所、比率を変えても対応が可能である。
【００９１】
次にエンドシール装置７が、クランクモーションタイプの場合について説明する。図２２は、クランクモーション式のエンドシール装置を模式的に示した図である。この図２２に示すように、サーボモータからなる第３駆動モータＭ３の回転力をベルト，チェーン等の動力伝達手段７ａを介して回転板（クランクアームのような機能を有する）７ｂに伝達する。回転板７ｂの周縁付近にはクランクピン７ｆが設けられ、そのクランクピン７ｆに連接棒７ｇの一端が回転可能に連結される。この連接棒７ｇの他端には、スライダ７ｈが連結され、このスライダ７ｈがガイドレール７ｉ内を往復直線移動可能となる。これにより、第３駆動モータＭ３の回転に伴い回転板７ｂが回転すると、それに伴いクランク機構によりスライダ７ｈが往復直線運動を繰り返し行なう。そして、このスライダ７ｈにエンドシーラを上下移動可能に連結する。
【００９２】
図２２では包装フィルム１の上側の機構のみ記載しているが、同様の機構を下側にも設置する。そして、所定タイミングでエンドシーラを上下移動させ、同期開始点に来たときに包装フィルムを上下から挟み込み、その状態のまま前進移動させ、同期終了点に来たならばエンドシーラが離反する。その後所定の軌跡でシーラが前後進移動し、基の同期開始点に至る。
【００９３】
このように、エンドシーラが包装フィルムを挟み込んでいるときは、エンドシーラつまりスライダ７ｈ野前進移動速度が、包装フィルム１の搬送速度と一致するように回転板７ｂの回転速度を制御（同期制御）し、それ以外の非同期制御区間では、包装フィルムの次のエンドシール部位が同期開始点に来たときにエンドシーラが当該同期開始点に至るように制御することになる。
【００９４】
図２３は、クランクモーションの機構を抽象化し、クランク機構と包装フィルム１を示している。図２３に示すように、主軸の包装フィルム１が基準位置（０ｍｍ）からｘ１まで搬送されてきたときに同期が開始し、主軸位置がｘ２に来たときに同期が終了する。従って、同期制御区間における包装フィルム１の移動距離は、ｘ２−ｘ１となる。一方、従軸では電子カムの位置が０度の基準位置から包装処理が開始したとし、１回目の包装処理では、θ１の時から同期が開始し、θ２の時まで同期制御を行なう。従って、同期制御区間はθ２−θ１の角度範囲となる。
【００９５】
その後、非同期制御区間になり、その非同期制御区間の終了位置（次の同期制御区間の開始位置）は、主軸位置がｘ３で、従軸のカム位置がθ３となり、その同期制御区間の終了位置（次の非同期制御区間の開始位置）は、主軸位置がｘ４で、従軸のカム位置がθ４となっている。
【００９６】
クランクモーションのカム曲線は、以下の通りである。主軸ｘ，従軸θが、それぞれｘ１≦ｘ≦ｘ２，θ１≦θ≦θ２のときが同期制御区間となる。この同期制御区間におけるカム位置θ，カム速度ｄθ／ｄｘ，カム加速度ｄ２θ／ｄｘ2のそれぞれの同期曲線は、下記式［数８］のようになる。
【数８】
2006172438.tif 000009
【００９７】
上記の式に従い、以下の同期制御区間中は、主軸の位置に基づき以下の位置、速度、加速度についてコントローラの制御サイクルごとに設定して動かす。
主軸の加速度  ｄ２ｘ／ｄｔ2（ｍｍ／ｓｅｃ２）
従軸位置＝カム位置θ
従軸速度  ｄθ／ｄｔ（ｄｅｇ／ｓｅｃ）＝（ｄθ／ｄｘ）＊（ｄｘ／ｄｔ）
従軸加速度  ｄ２θ／ｄｔ2（ｄｅｇ／ｓｅｃ２）＝
（ｄ２θ／ｄｘ２）＊（ｄｘ／ｄｔ）２＋（ｄθ／ｄｘ）＊（ｄ２ｘ／ｄｔ２）
【００９８】
上述した式に基づくクランクモーションの同期制御区間における動作曲線例は、図２４から図２６に示す通りであり、各図では、実単位を入れて示している。ｘ０＝４４．２ｍｍ，ｘ１＝２００ｍｍ，θ０＝１３５度，θ１＝２２５度，Ｒ＝７０ｍｍ，ｙ＝７０ｍｍ，Ｌ＝２００ｍｍである。
【００９９】
次に、非同期制御区間の制御曲線の算出について説明する。まず、非同期曲線開始位置（クランクモーションカム同期曲線終了位置）では、主軸ｘ＝ｘ２（ｍｍ）となる。同期開始点の変動がないとすると、上述した同期曲線を特定する各式は、以下の［数９］で示すようになり、その［数４］の式中にｘ＝ｘ２を代入することで、［数１０］に示すように同期終了位置における各カム位置，カム速度，カム各速度の値を求めることができる。
【数９】
2006172438.tif 000010
【数１０】
2006172438.tif 000011
【０１００】
これにより、ｘｓ＝ｘ２、θｓ＝θ２、ωｓ＝ω２、αｓ＝α２を、非同期曲線を求める際の前のカムの値として取り込む。また、目標値の変更がない場合には、次の同期制御区間は、主軸位置ｘ＝ｘ３になった時から開始し、主軸位置がｘ３≦ｘ≦ｘ４の間、同期曲線に従って制御する。そして、係る次の同期制御区間におけるカム位置θ，カム速度ｄθ／ｄｘ，カム加速度ｄ２θ／ｄｘ２は、それぞれ下記式［数１１］に示す同期曲線にしたがって制御される。
【数１１】
2006172438.tif 000012
【０１０１】
そして、この同期制御区間の開始位置（ｘ＝ｘ３）における各カム位置，カム速度，カム各速度の値は、［数１２］を実行し、求めることができる。そして、その求めた各値が、主軸ｘの位置が、ｘ２≦ｘ≦ｘ３までの間の非同期制御区間における終了位置の各値、つまり、当該非同期制御区間におけるそれぞれの目標値となる。換言すると、ｘｅ＝ｘ３、θｅ＝θ３、ωｅ＝ω３、αｅ＝α３として、非同期曲線に随時設定される。
【数１２】
2006172438.tif 000013
【０１０２】
そして、主軸位置がｘ＝ｘ２の時の目標値（非同期制御区間の終了位置における主軸位置）ｘｅはｘ３であるため、両点を通るような５次曲線を作成する。そして、主軸現在位置ｘ（ｍｍ）がｘｓ≦ｘ≦ｘｅ、つまり、ｘ２≦ｘ≦ｘ３の時、毎制御サイクルごとに５次曲線を求め、動かす。また、一度非同期制御区間内に入り、各設定値（カム位置，カム速度，カム加速度）を求めたならば、図３のフローチャートの処理ステップＳ６の実行に伴い、次の制御サイクルにおける非同期曲線開始位置に設定される。このように非同期曲線開始位置を逐次更新しながら主軸位置ｘ＝ｘ３になるまで５次曲線に基づく非同期制御を行なう。
【０１０３】
以後、同期制御区間と非同期制御区間とを交互に繰り返し実行することになり、途中で目標値が変更された場合には、その都度演算処理をし、非同期曲線は５次曲線で同期曲線とつなぐことになる。
【０１０４】
一例を示すと、図２７から図２９に示すようになる。つまり、図２７に示すように、位相と変位のごとくボックス曲線の同期を開始する場所や、同期比率を変えても、図２８に示す位相と速度の特性に示すように境界点でスムーズに速度が繋がる。同様に図２９に示す位相と加速度の特性においても、加速度が境界点で繋がる。よって、衝撃と振動が発生しにくい。そして、制御サイクルごとに従軸のサーボの目標位置，目標速度，目標加速度を設定しているので、オンラインで同期を開始する場所、比率を変えても対応が可能である。
【０１０５】
上述した各実施形態では、いずれも包装機械のエンドシール装置用の駆動モータ（サーボモータ）の制御に適用した例を示したが、本発明はこれに限ることはなく、例えば、包装フィルムに被包装物を供給する被包装物搬送供給手段の駆動モータ（サーボモータ）に対する制御にも利用できる。すなわち、被包装物の搬送速度と包装フィルムの搬送速度は通常異なるので、例えば、包装フィルムを一定の速度で搬送している場合に、被包装物を包装フィルムに供給する間だけ、被包装物の搬送速度を包装フィルムの搬送速度に同期してあわせ、それ以外の期間は包装フィルムの搬送速度と非同期制御をし、所定の非同期曲線（５次曲線等）により制御することができる。
【０１０６】
エンドシール装置７の一形態として、上述のボックスモーション式やクランクモーション式以外に、ロータリーモーションと称されるものタイプもある。このロータリーモーションタイプのエンドシール装置７は、上下一対の回転軸にそれぞれエンドシーラを直接または間接的に取り付ける。そして、回転軸の回転に伴いエンドシーラも回転し、所定のタイミングで上下のエンドシーラが包装フィルムを上下から挟み込んでシールし、カットする。
【０１０７】
ここで、上述した各タイプのエンドシール装置と同様に、最初の同期制御区間開始位置における主軸位置がｘ１で従軸位置がθ１とし、同期制御区間終了位置（非同期制御区間開始位置）における主軸位置がｘ２で従軸位置がθ２とする。そして、次の同期制御区間開始位置における主軸位置がｘ３で従軸位置がθ３とし、同期制御区間終了位置（非同期制御区間開始位置）における主軸位置がｘ４で従軸位置がθ４とする。すると、θ１≦θ２≦θ３≦θ４，ｘ１≦ｘ２≦ｘ３≦ｘ４なる関係が生じる。
【０１０８】
そして、同期曲線は、
（θ−θ１）＝（θ２−θ１）／（ｘ２−ｘ１）＊（ｘ−ｘ１）
で表される。ここで、θは従軸の位置であり、ｘは主軸の位置である。
上記の式をｘで微分すると、
ｄθ／ｄｘ＝（θ２−θ１）／（ｘ２−ｘ１）
となる。つまりカム速度は、
ω１＝ω２＝（θ２−θ１）／（ｘ２−ｘ１）
である。更に上記の式をｘで微分すると、
ｄ２θ／ｄｘ２＝０となり。カム加速度は０である。
【０１０９】
同様に、次の同期曲線は
（θ−θ３）＝（θ４−θ３）／（ｘ４−ｘ３）＊（ｘ−ｘ３）
で表される。
上記の式をｘで微分すると、
ｄθ／ｄｘ＝（θ４−θ３）／（ｘ４−ｘ３）
となる。
【０１１０】
カム速度は
ω３＝ω４＝（θ４−θ３）／（ｘ４−ｘ３）
である。更にｘで微分すると、
ｄ2θ／ｄｘ2＝０となり、カム加速度は０である。
【０１１１】
上述の各値、つまり、ｘｓ＝ｘ２，ｘｅ＝ｘ３，θｓ＝θ２，θｅ＝θ３を［数１２］の式に代入すると、
ωｓ＝ω２＝（θ２−θ１）／（ｘ２−ｘ１）
ωｅ＝ω３＝（θ４−θ３）／（ｘ４−ｘ３）
αｓ＝０  αｅ＝０  として代入して同期曲線間を繋ぐ非同期曲線を作る。
【０１１２】
これにより、滑らかな波形が可能である。そして、上述した実施形態によれば、ｘｓ、θｓ、ωｓ、αｓに前のカムの値が入るため、次の同期曲線が変更されてもカム位置、カム速度、カム加速度を繋いでいくことが可能である。
【０１１３】
ボールネジ、ラックアンドピニオンによる同期動作に適用する場合を考える。従軸のサーボモータをボールネジ或いはラックアンドピニオンの機械系につけるとする。ボールネジ或いはラックアンドピニオンは主軸のワークに平行に置かれている。この場合の動作は以下のようになる。
ｙ＝ｐ×θ
ここで、ｙはボールネジあるいはラックアンドピニオンの移動量であり、一般的にｍｍで示される。そして、ボールネジの場合は、
Ｐ＝ボールネジのピッチ／３６０（度）
となり、ラックアンドピニオンの場合は、
Ｐ＝ピニオン径×π／３６０（度）
となる。
【０１１４】
ｘは主軸の位置で
ｙ２＝ｐ×θ２、ｙ１＝ｐ×θ１
の関係があるので、同期曲線は、
（ｙ−ｙ１）＝（ｙ２−ｙ１）／（ｘ２−Ｘ１）＊（ｘ−ｘ１）
から、
（θ−θ１）＝（θ２−θ１）／（ｘ２−Ｘ１）＊（ｘ−ｘ１）
で表される。ここで、θは従軸の位置、ｘは主軸の位置、θ２は従軸の同期曲線終了位置、θ１は従軸の同期曲線開始位置、ｘ２は主軸の同期曲線終了位置、ｘ１は主軸の同期曲線開始位置である。
【０１１５】
上記の式をｘで微分すると、
ｄθ／ｄｘ＝（θ２−θ１）／（ｘ２−ｘ１）
となる。つまりカム速度は
ω１＝（θ２−θ１）／（ｘ２−ｘ１）
である。
更にｘで微分すると、
ｄ２θ／ｄｘ２＝０となり、カム加速度は０である。
【０１１６】
従軸が動き出す位置つまり非同期曲線開始位置は、主軸の位置がｘ０，従軸の位置がθ０，カム速度ω０＝０，カム加速度α０＝０、非同期曲線終了位置（同期曲線開始位置）は主軸の位置がｘ１、従軸の位置はθ１となる。
【０１１７】
そして、カム速度は、
ω１＝（θ２−θ１）／（ｘ２−ｘ１）
カム加速度は、
α１＝０
となる。
【０１１８】
そして、上述した［数１２］の式にｘｓ＝ｘ０，ｘｅ＝ｘ１，θｓ＝θ０，θｅ＝θ１，ωｓ＝ω０＝０、ωｅ＝ω１＝（θ２−θ１）／（ｘ２−ｘ１），αｓ＝０，αｅ＝０を代入することで同期曲線間を繋ぐ非同期曲線を作る。
【０１１９】
同期曲線終了位置（非同期曲線開始位置）は、主軸の位置ｘ２，従軸の位置はθ２となる。カム速度はω２＝（θ２−θ１）／（ｘ２−ｘ１）、カム加速度は０である。従軸が停止する位置つまり非同期曲線終了位置は、主軸の位置がｘ３，従軸の位置がθ３である。そして、カム速度，カム加速度α０は０となる。
【０１２０】
同様にｘｓ＝ｘ２，ｘｅ＝ｘ３，θｓ＝θ２，θｅ＝θ３，ωｓ＝ω２＝（θ２−θ１）／（ｘ２−ｘ１）、ωｅ＝０，αｓ＝０，αｅ＝０として［数１２］に代入して同期曲線間を繋ぐ非同期曲線を作ることができる。
【０１２１】
ボールネジやラックアンドピニオンは両端には限界があるため停止が必要である。そこで、本発明を用いることにより、滑らかな波形が可能となる。さらに、上述した実施形態を適用することによりｘｓ、θｓ、ωｓ、αｓには前のカムの値が入るため、同期曲線が変更されてもカム位置、カム速度、カム加速度を繋いでいくことが可能である。
【０１２２】
さらに、シール装置ではなく、単独のカッター装置にも適用できる。また、シールやカットの対象物は、包装フィルムに限らず、各種のシート状のものに適用できる。
【０１２３】
上述した実施形態では、包装機械に適用した例を示したが、本発明これに限ることはなく、各種の装置に対する制御に適用できる。一例を示すと、印刷機械に有効である。印刷機械は紙等の被印刷物と、印刷面があるロール部分が同期して動作する。この動作の中で印刷を開始する場所を前後に補正したい場合がある。この補正動作に本発明の５次曲線による非同期制御を使うことによって、滑らかに補正動作を行うことが可能となる。
【０１２４】
また、建材の同期切断、同期により流れてくる電子部品や基盤に対しての加工や部品の挿入、ガラスへの同期切断や加工、ラインを流れている自動車へ同期して加工や部品の挿入等の同期制御に関して、非同期区間を本発明の非同期制御を使うことによって、滑らかな波形が可能となる。さらに、上述した実施形態を適用することにより同期曲線が変更されてもカム位置、カム速度、カム加速度を繋いでいくことが可能である。
【０１２５】
さらにまた、直交系のロボット、水平、円筒、垂直ロボットの複数軸の同期制御に関しても、非同期区間における、ロボット各軸の動作に本発明の非同期制御を使うことによって、滑らかな波形が可能となる。さらに、上述した実施形態を適用することにより同期曲線が変更されてもカム位置、カム速度、カム加速度を繋いでいくことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】本発明の好適な一実施形態が適用される包装システムの一例を示す図である。
【図２】本発明に係る制御システムの一実施形態を示す図である。
【図３】モーションコントロールユニットの機能を示すフローチャートである。
【図４】非同期制御区間内における非同期曲線（位相−位置特性）を示す図である。
【図５】非同期制御区間内における非同期曲線（位相−速度特性）を示す図である。
【図６】非同期制御区間内における非同期曲線（位相−加速度特性）を示す図である。
【図７】非同期制御区間内における目標値を変更した場合の非同期曲線（位相−位置特性）を示す図である。
【図８】非同期制御区間内における目標値を変更した場合の非同期曲線（位相−速度特性）を示す図である。
【図９】非同期制御区間内における目標値を変更した場合の非同期曲線（位相−加速度特性）を示す図である。
【図１０】非同期制御区間内における通過すべき特定点を指定した場合の非同期曲線（位相−位置特性）を示す図である。
【図１１】非同期制御区間内における通過すべき特定点を指定した場合の非同期曲線（位相−速度特性）を示す図である。
【図１２】非同期制御区間内における通過すべき特定点を指定した場合の非同期曲線（位相−加速度特性）を示す図である。
【図１３】ボックスモーション式のエンドシール装置の一例を示す模式図である。
【図１４】ボックスモーションの機構を抽象化し、電子カムと包装フィルムの関係を示した図である。
【図１５】ボックスモーション式の同期制御区間内における同期曲線（位相−位置特性）を示す図である。
【図１６】ボックスモーション式の同期制御区間内における同期曲線（位相−速度特性）を示す図である。
【図１７】ボックスモーション式の同期制御区間内における同期曲線（位相−加速度特性）を示す図である。
【図１８】ボックスモーション式のエンドシール装置における位相−位置特性における同期曲線と非同期曲線を示す図である。
【図１９】ボックスモーション式のエンドシール装置における位相−速度特性における同期曲線と非同期曲線を示す図である。
【図２０】ボックスモーション式のエンドシール装置における位相−加速度特性における同期曲線と非同期曲線を示す図である。
【図２１】ボックスモーション式のエンドシール装置における位相−加速度特性における同期曲線と非同期曲線を示す拡大図である。
【図２２】クランクモーション式のエンドシール装置の一例を示す模式図である。
【図２３】クランクモーションの機構を抽象化し、電子カムと包装フィルムの関係を示した図である。
【図２４】クランクモーション式の同期制御区間内における同期曲線（位相−位置特性）を示す図である。
【図２５】クランクモーション式の同期制御区間内における同期曲線（位相−速度特性）を示す図である。
【図２６】クランクモーション式の同期制御区間内における同期曲線（位相−加速度特性）を示す図である。
【図２７】クランクモーション式のエンドシール装置における位相−位置特性における同期曲線と非同期曲線を示す図である。
【図２８】クランクモーション式のエンドシール装置における位相−速度特性における同期曲線と非同期曲線を示す図である。
【図２９】クランクモーション式のエンドシール装置における位相−加速度特性における同期曲線と非同期曲線を示す図である。
【符号の説明】
【０１２７】
１０  コントローラ
１４  モーションコントロールユニット
１４ａ  現在情報取得部
１４ｂ  制御曲線作成部
１４ｃ  カム設定部
１４ｄ  命令設定部
１４ｅ  現在位置リセット部
１５  データ設定コントローラユニット
１５ａ  条件設定部
１５ｂ  カム境界点作成部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2006172438.tif 000032
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
2006172438.tif 000038
【図２６】
2006172438.tif 000039
【図２７】
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【図２８】
2006172438.tif 000041
【図２９】
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