(57)【要約】【課題】動的連続処理作動における紙、フィルム、複合材等のような連続ウェブの処理装置及び方法を提供する。【解決手段】本発明は、動的連続処理作動における紙、フィルム、複合材等のような連続ウェブ（１８）の処理に関する。より詳細には、本発明は、処理作動中のこのような連続ウェブ（１８）の限定された長さの滞留、及びこのような連続ウェブ（１８）の張力の制御に関する。張力制御及び限定滞留の両方は、対応するフェスツーン（１１０）をアクチュエータ等に連結し、ウェブ（１８）及びフェスツーンに関する位置、張力、速度、及び付勢力パラメータのような変数を感知し、感知した変数に応じて能動的な力指令を供給して上部フェスツーン（１１０）のロール（１２４Ａ、１２４Ｂ、１２４Ｃ）に一般的に目標付勢力を含む並進移動を引き起こし、ウェブ（１８）の長さの限定された滞留をもたらしながらウェブ（１８）の張力外乱を制御することにより、フェスツーンシステム（１１０）において達成される。本発明のいくつかの用途においては、フェスツーン（１１０）制御システムは、張力外乱を弱めるために用いられる。本発明の他の用途においては、フェスツーン（１１０）制御システムは、制御された張力外乱を生じさせるために用いられる。【選択図】図２９
2005506257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工程ラインの所定部分に沿う処理段階を通して材料の連続ウェブを進めるための、工程ラインを形成する処理装置であって、
（ａ）第１のニップを形成する第１及び第２のロールと、
（ｂ）前記第１のニップと協働して集合的にウェブの所定部分を形成する第２のニップを形成する第３及び第４のロールと、
（ｃ）上部及び下部フェスツーンロールを含み、前記工程ラインの前記所定の部分で前記ウェブに作用し、それによって該ウェブの張力を制御し、前記工程ラインの前記所定部分へのウェブ送り、又は前記工程ラインの前記所定の部分からのウェブの取り出しにおける通常の一時的停止の間にウェブに対する処理の作動を維持するのに十分なだけのウェブの限定された長さを滞留させるフェスツーンと、
（ｄ）前記上部フェスツーンロールに正味の並進力を与えるアクチュエータと、
（ｅ）前記フェスツーンを駆動し、該フェスツーンが望まれるレベルの不変性で張力を制御すると共に前記工程ラインの前記部分のそれぞれにおいて前記ウェブを限定された長さだけ滞留させるのに有効なように、前記上部フェスツーンロールの正味の並進付勢力を計算して制御するコントローラと、
を含むことを特徴とする処理装置。
【請求項２】
前記アクチュエータは、第１の値及び方向を有する第１の静的な力成分を前記フェスツーン上部ロールに与え、静的な力と前記ウェブの前記それぞれの部分の平均動的張力とに対して前記フェスツーン上部ロールを均衡させ、
前記コントローラは、前記アクチュエータにより前記上部フェスツーンロールに付与された正味の作動力を制御するのに有効で、かつ第２の可変の力成分の値及び方向を周期的に調節するのに有効な第２の可変の力成分を前記アクチュエータを通じて出力し、
前記第２の可変力成分のこのような値及び方向の各々は、該第２の可変力成分の以前のこのような値及び方向を置換し、前記第１の静的力成分と組み合わされて、目標とする正味の並進付勢力を前記上部フェスツーンロールに付与するように作用し、
第２の値及び方向を有する第２の可変力成分は、前記上部フェスツーンロールの前記正味の並進付勢力が、前記フェスツーンが前記ウェブ張力を制御することを可能にする前記正味の作動力によって制御されるように、前記第１の静的力成分を修正し、
前記フェスツーンロールの付勢力（Ａp）を計算するための装置を更に含み、
前記コントローラは、前記上部フェスツーンロールの計算付勢力に基づいて前記アクチュエータに制御指令を供給するコンピュータコントローラを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
【請求項３】
前記フェスツーン後の前記ウェブの張力を感知するためのセンサを含み、
前記コントローラは、前記第２の可変力成分の値及び方向を計算するのに前記感知した張力を用い、前記計算した値及び方向を前記アクチュエータを通して前記上部フェスツーンロールに付与するようになっている、
ことを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
【請求項４】
前記センサは、張力を少なくとも毎秒１回感知して、前記第２の可変力成分の値及び方向を再計算し、それによって前記計算した第２の可変力成分の値及び方向を少なくとも毎秒１回調節することができることを特徴とする請求項３に記載の処理装置。
【請求項５】
前記センサは、張力を少なくとも毎秒５００回感知することができ、
前記コントローラは、前記第２の可変力成分の値及び方向を再計算し、それによって前記計算した第２の可変力成分の値及び方向を少なくとも毎秒５００回調節することができ、
前記アクチュエータは、前記コントローラにより計算された前記値及び方向に従って、前記再計算した第２の可変力成分を前記上部フェスツーンロールに少なくとも毎秒５００回与え、すなわち、前記正味の並進付勢力を制御することができる、
ことを特徴とする請求項３に記載の処理装置。
【請求項６】
前記センサは、張力を少なくとも毎秒１０００回感知することができ、
前記コントローラは、前記第２の可変力成分の値及び方向を再計算することによって前記計算した第２の可変力成分の値及び方向を少なくとも毎秒１０００回調節することができるコンピュータコントローラを含み、
前記アクチュエータは、前記コンピュータコントローラにより計算された値及び方向に従って、前記再計算した第２の可変力成分を前記上部フェスツーンロールに少なくとも毎秒１０００回与え、すなわち、前記正味の並進付勢力を制御することができる、
ことを特徴とする請求項３に記載の処理装置。
【請求項７】
前記コントローラは、前記第１の静的力成分によって補正されない前記フェスツーンのいかなる慣性不均衡をも補正することを含め、前記上部フェスツーンロールに付与された前記作動力、すなわち、前記上部フェスツーンロールの付勢力を制御することを特徴とする請求項２に記載の処理装置。
【請求項８】
前記上部フェスツーンロールの推定並進付勢力及び推定並進速度を計算する（ｉ）コンピュータプログラム内のサブルーチン、又は（ｉｉ）電気回路の一方を含む、前記上部フェスツーンロールの並進付勢力（Ａp）を計算するためのオブザーバを含むことを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
【請求項９】
（ｆ）前記フェスツーン後の前記ウェブの第１の速度を測定するための第１の装置と、
（ｇ）前記フェスツーンでの前記ウェブの第２の速度を測定するための第２の装置と、
（ｈ）前記上部フェスツーンロールの並進速度を測定するための第３の装置と、
（ｉ）前記上部フェスツーンロールの位置を感知するための第４の装置と、
を更に含むことを特徴とする請求項２に記載の処理装置。
【請求項１０】
（ｊ）前記フェスツーン前のウェブ張力を測定するための第５の装置と、
（ｋ）前記フェスツーン後のウェブ張力を測定するための第６の装置と、
を更に含むことを特徴とする請求項９に記載の処理装置。
【請求項１１】
前記コントローラは、以下の方程式、
Ｆ＊サーボ＝Ｆ＊d静的＋Ｆ＊摩擦符号（Ｖp）＋ｂa（Ｖ＊p−Ｖp）＋ｋa（Ｆ＊c−Ｆc）＋Ｍa（Ａ＊p−Ａp）
を用いて力指令を計算するコンピュータコントローラを含み、
前記上部フェスツーンロールの並進速度設定値Ｖ＊pは、以下の方程式、
Ｖ＊p＝［ＥＡ0／（ＥＡ0−Ｆc）］［Ｖ2（１−Ｆb／ＥＡ0）−Ｖ3（１−Ｆc／ＥＡ0）］
を反映して、このように計算した力に基づいて前記アクチュエータを制御し、
ここで、
Ｆ＊d静的＝Ｍｇ＋２Ｆ＊cに等しい前記上部フェスツーンロール上の静的力成分、
Ｆc＝最終移動可能フェスツーンローラ後のウェブの張力、
Ｆ＊c＝ウェブの張力であり、処理設計パラメータ毎の目標設定値、
Ｆb＝最終移動可能フェスツーンローラ前のウェブの張力、
Ｆ＊摩擦＝前記上部フェスツーンロールの動きに抵抗するいずれかの方向の摩擦力、
Ｆ＊サーボ＝前記アクチュエータによって付加される力、
ｂa＝ニュートン秒／メートルで表されたフェスツーン並進速度に関する制御ゲイン定数、
ｋa＝ウェブ張力に関する制御ゲイン定数、
Ｍｇ＝前記上部フェスツーンロールの質量×重力、
ＭA＝能動質量、
Ｍe＝能動質量及び物理質量、
Ｖp＝前記第２の可変力成分を与える直前の前記上部フェスツーンロールの瞬間並進速度、
符号（Ｖp）＝前記上部フェスツーンロールが移動する方向に依存する正又は負の値、
Ｖ2＝最終移動可能フェスツーンローラでのウェブの速度、
Ｖ3＝前記フェスツーン後のウェブの速度
Ｖ＊p＝前記上部フェスツーンロールの基準並進速度であり、設定値、
ｒ＝前記アクチュエータ上のそれぞれの滑車の半径、
Ｅ＝ウェブの弾性係数、
Ａ0＝緩んだウェブの断面積、
Ａ＊p＝前記上部フェスツーンロールの目標並進付勢力であり、設定値、及び
Ａp＝前記上部フェスツーンロールの並進付勢力、
である、
ことを特徴とする請求項１０に記載の処理装置。
【請求項１２】
前記目標付勢力Ａ＊pは、以下の方程式、
Ａ＊p＝［Ｖ＊p−Ｖp］／ΔＴ
を用いて計算され、
ここで、ΔＴ＝前記コンピュータコントローラに対する走査時間である、
ことを特徴とする請求項１１に記載の処理装置。
【請求項１３】
前記コンピュータコントローラは、前記上部フェスツーンロールの前記感知した位置と、前記測定したウェブ張力、付勢力、及び速度とに基づいて前記アクチュエータに制御指令を提供し、それによって前記アクチュエータにより前記上部フェスツーンロールに付与された前記作動力を制御し、すなわち、実質的に一定のウェブ張力を維持するか、又は該ウェブ張力の所定の変動パターンを提供することを特徴とする請求項１２に記載の処理装置。
【請求項１４】
（ｆ）前記上部フェスツーンロールの並進速度を測定するための第１の装置と、
（ｇ）前記フェスツーン後のウェブ張力を測定するための第２の装置と、
（ｈ）前記アクチュエータの電流を感知するための第３の装置と、
を更に含むことを特徴とする請求項２に記載の処理装置。
【請求項１５】
前記コントローラは、過去の感知間隔に亘るウェブ張力から該ウェブ張力の導関数を計算するコンピュータコントローラを含み、前記上部フェスツーンロールの前記並進速度を計算するオブザーバを含み、
前記コンピュータコントローラは、前記ウェブ張力の導関数を計算する、
ことを特徴とする請求項１４に記載の処理装置。
【請求項１６】
前記コントローラは、コンピュータコントローラを含み、ウェブ張力及び前記上部フェスツーンロールの並進速度から該ウェブ張力の導関数を計算するための該コンピュータコントローラに格納されたファジー論理サブルーチンを含み、
前記ファジー論理サブルーチンは、ウェブ張力誤差、ウェブ張力誤差の導関数、及び付勢力誤差を入力し、また、前記誤差のファジー推論及び推論の脱ファジー化の段階を通って進行して指令出力信号を発生し、更に、前記感知装置の各走査中に実行される、
ことを特徴とする請求項１４に記載の処理装置。
【請求項１７】
（ｆ）前記上部フェスツーンロールの並進速度を測定するための第１の装置と、
（ｇ）前記アクチュエータの電流を感知するための第２の装置と、
を更に含むことを特徴とする請求項２に記載の処理装置。
【請求項１８】
前記コントローラは、以下の方程式、
Ａpe＝［ｋ1（Ｖp−Ｖpe）＋ｋteＩ−Ｆ＊d静的−Ｆ＊摩擦符号（Ｖp）］／Ｍ2e
から前記上部フェスツーンロールの推定並進付勢力を計算し、
ここで、
Ａpe＝前記上部フェスツーンロールの推定並進付勢力、
Ｆ＊d静的＝Ｍｇ＋２Ｆ＊cに等しい前記上部フェスツーンロール上の静的力成分、
Ｆ＊摩擦＝前記上部フェスツーンロールの動きに抵抗するいずれかの方向の摩擦力、
符号（Ｖp）＝前記上部フェスツーンロールが移動する方向に依存する正又は負の値、
ｋ1＝オブザーバゲイン、
Ｖp＝前記上部フェスツーンロールの瞬間並進速度、
Ｖpe＝推定並進速度、
ｋte＝サーボモータ（アクチュエータ）トルク定数推定値、
Ｉ＝アクチュエータ電流、及び
Ｍ2e＝前記上部フェスツーンロールの推定物理質量、
である、
ことを特徴とする請求項１７に記載の処理装置。
【請求項１９】
前記処理装置は、前記上部フェスツーンロールに与えるための力の値を格納するゼロ次ホールドを含むことを特徴とする請求項１８に記載の処理装置。
【請求項２０】
前記処理装置は、質量の影響を能動的に打ち消すために、クーロン及び粘性摩擦と付勢力とを能動的に補正することを特徴とする請求項１８に記載の処理装置。
【請求項２１】
（ｆ）前記上部フェスツーンロールの並進位置を測定するための第１の装置と、
（ｇ）前記フェスツーン後のウェブ張力を測定するための第２の装置と、
（ｈ）前記アクチュエータのモータ電流を感知するための第３の装置と、
を更に含むことを特徴とする請求項２に記載の処理装置。
【請求項２２】
前記上部フェスツーンロールの位置の変化から、該上部フェスツーンロールの推定並進速度及び推定並進付勢力を計算するためのオブザーバを含むことを特徴とする請求項２１に記載の処理装置。
【請求項２３】
（ｆ）前記上部フェスツーンロールの並進位置を測定するための第１の装置と、
（ｇ）前記アクチュエータのモータ電流を感知するための第２の装置と、
（ｈ）前記上部フェスツーンロールの並進付勢力を計算するためのオブザーバと、
を更に含むことを特徴とする請求項２に記載の処理装置。
【請求項２４】
（ｆ）前記フェスツーン後のウェブ張力Ｆcを測定するための第１の装置と、
（ｇ）前記アクチュエータのモータ電流を感知するための第２の装置と、
を更に含むことを特徴とする請求項２に記載の処理装置。
【請求項２５】
システム質量Ｍ2eの推定値と共に、前記モータ電流及び前記ウェブに掛かる力を利用して、前記上部フェスツーンロールの並進付勢力の推定値Ａpeを計算するオブザーバを含むことを特徴とする請求項２４に記載の処理装置。
【請求項２６】
前記オブザーバは、前記並進付勢力を積分して並進速度の推定値Ｖpeを計算し、該推定並進速度を積分して推定ウェブ張力Ｆceを計算し、該推定ウェブ張力が実際のウェブ張力に等しくなるまで値を変化させることを特徴とする請求項２５に記載の処理装置。
【請求項２７】
前記コントローラは、前記アクチュエータに前記制御指令を提供し、それによって該アクチュエータにより前記上部フェスツーンロールに付与された前記作動力を制御し、すなわち、前記アクチュエータが前記フェスツーンシステムに対する慣性補正を維持するように前記上部フェスツーンロールの付勢力を制御することを特徴とする請求項２に記載の処理装置。
【請求項２８】
前記第１のニップは、前記フェスツーンの下流に巻取りロールを含み、
前記第２のニップは、前記フェスツーンの上流に駆動ロールを含み、
前記コントローラは、前記巻取りロール及び前記駆動ロールに制御信号を送る、
ことを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
【請求項２９】
前記フェスツーン後の前記ウェブの第１の速度を測定するための第１の速度装置、及び前記フェスツーンでの前記ウェブの第２の速度を測定するための第２の速度装置を含み、
前記コントローラは、前記第１及び第２の感知速度と前記フェスツーンの前後のウェブ張力とを用いて速度指令Ｖ＊pを計算するコンピュータコントローラを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
【請求項３０】
前記コントローラは、前記上部フェスツーンロールが交互の高レベル及び低レベルの張力を前記ウェブに間欠的に課するように、該上部フェスツーンロールの突然の一時的な交互の上向き及び下向きの移動を引き起こす指令の力を前記アクチュエータを通じて周期的に入力することにより、前記可変力成分を意図的かつ周期的に変化させて前記システムを不均衡にする、すなわち前記ウェブ上の張力を不均衡にするコンピュータコントローラを含むことを特徴とする請求項２に記載の処理装置。
【請求項３１】
前記力の周期的入力は、毎分２００回を超えて繰り返される前記上部フェスツーンロールの前記交互の移動を引き起こすことを特徴とする請求項３０に記載の処理装置。
【請求項３２】
各々が一対のニップロールによって形成された第１及び第２の間隔を置いて配置されたニップにより形成された処理段階を通って材料の連続ウェブが進行する処理作動において、ウェブのそれぞれの部分においてウェブ張力を制御し、かつ該ウェブの限定された長さを滞留する方法であって、
（ａ）上部及び下部フェスツーンロールを有し、ウェブのそれぞれの部分に作用するフェスツーンを設ける段階と、
（ｂ）第１の値及び方向を有する第１のほぼ静的な力成分を前記上部フェスツーンロールに与える段階と、
（ｃ）第２の値及び方向を有し、前記第１のほぼ静的力成分を修正し、それによって（ｉ）前記上部フェスツーンロールに掛かる該第１のほぼ静的力成分の影響と（ｉｉ）該上部フェスツーンロールの対応する並進付勢力とを修正する、第２の可変の力成分を該上部フェスツーンロールに与える段階と、
（ｄ）前記第２の可変力成分の値及び方向を繰り返し調節する段階と、
を含み、
前記第２の可変力成分のこのように調節した各値及び方向は、（ｉ）該第２の可変力成分の以前のこのような値及び方向を置換し、（ｉｉ）前記第１の静的力成分と共に作用して、前記上部フェスツーンロールに目標とする正味の並進付勢力をもたらす、
ことを特徴とする方法。
【請求項３３】
前記第２の可変力成分の値及び方向を少なくとも毎秒５００回調節する段階を含むことを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記フェスツーン後の前記ウェブの張力を感知する段階と、
前記感知した張力を用いて、前記第２の可変力成分の値及び方向を計算する段階と、
を含むことを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
前記ウェブのそれぞれの部分の張力を少なくとも毎秒１回感知する段階と、
前記第２の可変力成分の値及び方向を再計算し、それによって前記計算した第２の可変力成分の値及び方向を少なくとも毎秒１回調節する段階と、
前記再計算した値及び方向を前記フェスツーンに少なくとも毎秒１回与える段階と、
を含むことを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３６】
システム有効質量が前記上部フェスツーンロールの集合的な極慣性を該ロールの外側半径で割って二乗したものに等しくなるように並進付勢力を制御しながら、前記処理作動を通して前記ウェブの平均動的張力を維持するように、前記力成分と目標とする正味の並進付勢力とを調節する段階を含むことを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３７】
前記上部フェスツーンロールが交互の高レベル及び低レベルの張力を前記ウェブに間欠的に課するように、該上部フェスツーンロールの突然の一時的な交互の上向き及び下向きの移動を引き起こす指令の力を前記アクチュエータを通じて周期的に入力することにより、前記システムを不均衡にする、すなわち前記ウェブ上の張力を不均衡にするために前記可変力成分を周期的かつ意図的に変化させる段階を含むことを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３８】
前記力の周期的入力は、毎分２００回を超えて繰り返される前記上部フェスツーンロールの前記上向きの移動を引き起こすことを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記第１及び第２の力成分は、アクチュエータにより、単一の力として前記上部フェスツーンロールに同時に付加され、
前記上部フェスツーンロールに力を与える段階は、
（ｅ）前記フェスツーン後の前記ウェブの第１の速度を測定する段階と、
（ｆ）前記フェスツーンでの前記ウェブの第２の速度を測定する段階と、
（ｇ）前記上部フェスツーンロールの並進速度を測定する段階と、
（ｈ）前記上部フェスツーンロールの位置を感知する段階と、
（ｉ）前記フェスツーン前のウェブ張力を測定する段階と、
（ｊ）前記フェスツーン後のウェブ張力を測定する段階と、
（ｋ）以下の方程式、
Ｆ＊サーボ＝Ｆ＊d静的＋Ｆ＊摩擦符号（Ｖp）＋ｂa（Ｖ＊p−Ｖp）＋ｋa（Ｆ＊c−Ｆc）＋Ｍa（Ａ＊p−Ａp）
に従って計算した力を前記上部フェスツーンロールに与える段階と、
を含み、
ここで、
Ｆ＊d静的＝Ｍｇ＋２Ｆ＊cに等しい前記上部フェスツーンロール上の静的な力成分、
Ｆ＊摩擦＝前記上部フェスツーンロールの動きに抵抗するいずれかの方向の摩擦力、
Ｆc＝前記上部フェスツーンローラ後のウェブの張力、
Ｆ＊c＝ウェブの張力であり、処理設計パラメータ毎の目標設定値、
Ｆ＊サーボ＝前記アクチュエータにより生じる力、
ｂa＝ニュートン秒／メートルで表された前記上部フェスツーンロールの並進速度に関する制御ゲイン定数、
ｋa＝ウェブ張力に関する制御ゲイン定数、
Ｍｇ＝前記上部フェスツーンロールの質量×重力、
ＭA＝能動質量、
Ｍe＝能動質量及び物理質量、
Ｖp＝前記第２の可変力成分が付加される直前の前記上部フェスツーンロールの瞬間並進速度、
符号（Ｖp）＝前記上部フェスツーンロールが移動する方向に依存する正又は負の値、
Ａ＊p＝前記上部フェスツーンロールの基準並進付勢力であり、設定値、及び
Ａp＝前記上部フェスツーンロールの並進付勢力、
であり、
前記上部フェスツーンロールの前記並進速度設定値Ｖ＊pは、以下の方程式、
Ｖ＊p＝［ＥＡ0／（ＥＡ0−Ｆc）］［Ｖ2（１−Ｆb／ＥＡ0）−Ｖ3（１−Ｆc／ＥＡ0）］
を反映して、このように計算した力に基づいて前記アクチュエータを制御し、
ここで、
Ｆb＝最終移動可能フェスツーンローラ前のウェブの張力、
Ｖ2＝最終移動可能フェスツーンローラでのウェブの速度、
Ｖ3＝前記フェスツーン後のウェブの速度、
Ｖ＊p＝前記上部フェスツーンロールの基準並進速度であり、設定値、
ｒ＝前記アクチュエータ上のそれぞれの滑車の半径、
Ｅ＝ウェブの弾性係数、及び
Ａ0＝緩んだウェブの断面積、
である、
ことを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項４０】
前記目標付勢力Ａ＊pは、以下の方程式、
Ａ＊p＝［Ｖ＊p−Ｖp］／ΔＴ
を用いて計算され、
ここで、ΔＴ＝走査時間であり、前記計算は、繰り返され、前記力は、少なくとも毎秒１回調節される、
ことを特徴とする請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記第１及び第２の力成分は、単一の力として前記上部フェスツーンロールに同時に付加され、
前記上部フェスツーンロールに力を与える段階は、
（ｅ）前記上部フェスツーンロールの並進速度を測定する段階と、
（ｆ）前記フェスツーン後のウェブ張力を測定する段階と、
（ｇ）前記アクチュエータの電流を感知する段階と、
を含み、
このような測定する段階及び感知する段階は、周期的な感知間隔の間に発生し、
（ｈ）現在及び過去の感知間隔に基づく前記ウェブ張力からウェブ張力の導関数を計算する段階と、
（ｉ）前記上部フェスツーンロールの前記並進速度を計算する段階と、
（ｊ）前記ウェブ張力の導関数を計算する段階と、
を更に含む、
ことを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項４２】
前記上部フェスツーンロールに力を与える段階は、ウェブ張力誤差、ウェブ張力誤差の導関数、及び付勢力誤差を入力することによりファジー論理サブルーチンを実行する段階を含み、
前記ファジー論理サブルーチンは、前記誤差をファジー推論する段階、及び推論を脱ファジー化して指令出力信号を生成する段階を通って進行し、かつ、前記測定間隔及び感知間隔の各々の間に実行される、
ことを特徴とする請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記第１及び第２の力成分は、単一の力として前記上部フェスツーンロールに同時に付加され、
前記上部フェスツーンロールに力を与える段階は、
（ｅ）前記上部フェスツーンロールの前記並進速度を測定する段階と、
（ｆ）アクチュエータの電流を感知する段階と、
（ｇ）以下の方程式、
Ａpe＝［Ｆ＊d静的＋Ｆ＊摩擦符号（Ｖp）＋ｋ1（Ｖp−Ｖpe）＋ｋteＩ］／Ｍ2e
から前記上部フェスツーンロールの前記推定並進付勢力を計算する段階と、
を含み、
ここで、
Ａpe＝前記上部フェスツーンロールの推定並進付勢力、
Ｆ＊d静的＝Ｍｇ＋２Ｆ＊cに等しい前記上部フェスツーンロール上の静的な力成分、
Ｆ＊摩擦＝前記上部フェスツーンロールの動きに抵抗するいずれかの方向の摩擦力、
符号（Ｖp）＝前記上部フェスツーンロールが移動する方向に依存する正又は負の値、
ｋ1＝オブザーバゲイン、
Ｖp＝前記上部フェスツーンロールの瞬間並進速度、
Ｖpe＝推定並進速度、
ｋte＝サーボモータ（アクチュエータ）トルク定数推定値、
Ｉ＝アクチュエータ電流、及び
Ｍ2e＝前記上部フェスツーンロールの推定物理質量、
である、
ことを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項４４】
前記第１及び第２の力成分は、単一の力として前記上部フェスツーンロールに同時に付加され、
前記上部フェスツーンロールに力を与える段階は、
（ｅ）前記上部フェスツーンロールの前記並進位置を測定する段階と、
（ｆ）前記フェスツーン後のウェブ張力を測定する段階と、
（ｇ）前記上部フェスツーンロールに前記力を与えるアクチュエータのモータ電流を感知する段階と、
を含み、
前記測定する段階及び感知する段階は、各感知間隔で発生し、
前記現在の測定ウェブ張力及び前記以前の感知間隔において測定された前記ウェブ張力からウェブ張力の導関数を計算する段階、
を更に含むことを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項４５】
上部フェスツーンロールの位置の変化から該上部フェスツーンロールの推定並進速度及び推定並進付勢力を計算する段階を含むことを特徴とする請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記第１及び第２の力成分は、単一の力として前記上部フェスツーンロールに同時に付加され、
前記上部フェスツーンロールに力を与える段階は、
（ｅ）前記上部フェスツーンロールの前記並進位置を測定する段階と、
（ｆ）前記上部フェスツーンロールに前記力を与えるアクチュエータのモータ電流を感知する段階と、
（ｇ）前記並進位置の現在の感知した値から前記並進位置の以前に感知した値を引き、次に前記値の感知と感知との間の時間間隔で割ることにより、前記フェスツーン上部ロールの推定並進速度を計算する段階と、
（ｈ）前記以前に計算した値に応じて前記アクチュエータに与えるための新しい力指令を計算する段階と、
を含む、
ことを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項４７】
前記第１及び第２の力成分は、単一の力として前記上部フェスツーンロールに同時に付加され、
前記上部フェスツーンロールに力を与える段階は、
（ｅ）前記フェスツーン後のウェブ張力Ｆcを測定する段階と、
（ｆ）アクチュエータのモータ電流を感知する段階と、
（ｇ）システム質量Ｍ2eの推定値と共に前記モータ電流及び前記ウェブに掛かる力を利用して、並進付勢力Ａpeの推定値を計算する段階と、
を含む、
ことを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項４８】
前記並進付勢力を積分して並進速度Ｖpeの推定値を計算する段階と、
前記推定並進速度を積分して推定ウェブ張力Ｆceを計算する段階と、
を含むことを特徴とする請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
材料の連続ウェブが処理段階を通って進行する処理作動において、該ウェブのそれぞれの部分の張力を制御する方法であって、
（ａ）上部及び下部フェスツーンロールを有し、ウェブのそれぞれの部分に掛かる張力を制御するように作動するフェスツーンを設ける段階と、
（ｂ）前記上部フェスツーンロールに作動力を与えるためのアクチュエータを設ける段階と、
（ｃ）前記フェスツーン後の前記ウェブの第１の速度を測定する段階と、
（ｄ）前記フェスツーンでの前記ウェブの第２の速度を測定する段階と、
（ｅ）前記アクチュエータのモータ電流を測定する段階と、
（ｆ）前記フェスツーン前のウェブ張力を測定する段階と、
（ｇ）前記フェスツーン後のウェブ張力を測定する段階と、
（ｈ）前記上部フェスツーンロールの並進速度を測定する段階と、
（ｉ）前記上部フェスツーンロールの位置を感知する段階と、
（ｊ）前記上部フェスツーンロールの付勢力を測定する段階と、
（ｋ）前記測定値に基づいて、前記上部フェスツーンロールの計算付勢力Ａ＊pを含む力制御指令を前記アクチュエータに提供し、それによって、前記アクチュエータにより前記ウェブ張力を制御するために前記上部フェスツーンロールに付与される前記作動力を制御する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項５０】
以下の方程式、
Ｆ＊サーボ＝Ｆ＊d静的＋Ｆ＊摩擦符号（Ｖp）＋ｂa（Ｖ＊p−Ｖp）＋ｋa（Ｆ＊c−Ｆc）＋Ｍa（Ａ＊p−Ａp）
に基づいて前記アクチュエータに力制御指令を提供する段階を含み、
前記上部フェスツーンロールの前記並進速度の設定値Ｖ＊pは、以下の方程式、
Ｖ＊p＝［ＥＡ0／（ＥＡ0−Ｆc）］［Ｖ2（１−Ｆb／ＥＡ0）−Ｖ3（１−Ｆc／ＥＡ0）］
を反映して、このように計算した力に基づいて前記アクチュエータを制御し、
ここで、
Ｆ＊d静的＝Ｍｇ＋２Ｆ＊cに等しい前記上部フェスツーンロール上の静的な力成分、
Ｆ＊摩擦＝前記上部フェスツーンロールの動きに抵抗するいずれかの方向の摩擦  力、
Ｆ＊サーボ＝前記アクチュエータにより付加される目標とする力、
Ｆc＝前記フェスツーン後のウェブの張力、
Ｆ＊c＝目標とするウェブ張力であり、設定値、
Ｆb＝最終移動可能フェスツーンローラ前のウェブの張力、
ｂa＝ニュートン秒／メートルで表された前記上部フェスツーンロールの並進速度に関する制御ゲイン定数、
ｋa＝ウェブ張力に関する制御ゲイン定数、
Ｍｇ＝前記上部フェスツーンロールの質量×重力、
ＭA＝能動質量、
Ｍe＝能動質量及び物理質量、
Ｖp＝前記上部フェスツーンロールの瞬間並進速度、
符号（Ｖp）＝前記上部フェスツーンロールが移動する方向に依存する正又は負の値、
Ｖ2＝最終移動可能フェスツーンローラでのウェブの速度、
Ｖ3＝前記フェスツーン後のウェブの速度、
Ｖ＊p＝前記上部フェスツーンロールの目標並進速度であり、設定値、
ｒ＝前記アクチュエータ上のそれぞれの滑車の半径、
Ｅ＝ウェブの弾性係数、
Ａ0＝緩んだウェブの断面積、
Ａ＊p＝前記上部フェスツーンロールの目標並進付勢力であり、設定値、及び
Ａp＝前記上部フェスツーンロールの並進付勢力、
である、
ことを特徴とする請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
以下の方程式、
Ａ＊p＝［Ｖ＊p−Ｖp］／ΔＴ
を用いて前記目標付勢力Ａ＊pを計算する段階を含み、
ここで、ΔＴ＝走査時間又は並進速度の感知と感知との間の間隔である、
ことを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記アクチュエータが前記上部フェスツーンロールに対する慣性補正を維持するように該アクチュエータを使用し、それによって該上部フェスツーンロールの付勢力を制御する段階を含むことを特徴とする請求項４９に記載の方法。
【請求項５３】
工程ラインの所定部分に沿う処理段階を通して材料の連続ウェブを進めるための、工程ラインを形成する処理装置であって、
（ａ）第１のニップを形成する第１及び第２のロールと、
（ｂ）前記第１のニップと協働して集合的にウェブの所定部分を形成する第２のニップを形成する第３及び第４のロールと、
（ｃ）前記工程ラインの前記所定の部分で前記ウェブに作用し、それによって該ウェブの張力を制御し、前記工程ラインの前記所定部分へ供給されるウェブ、又は前記工程ラインの前記所定の部分から取り出されるウェブの定期的な一時的停止の間のウェブの長さに対する処理の作動を維持するのに十分な該ウェブの限定された長さを滞留するウェブ格納バッファと、
（ｄ）前記ウェブ格納バッファに正味の並進力を与えるアクチュエータと、
（ｅ）前記ウェブ格納バッファを駆動し、該ウェブ格納バッファが目標とするレベルの不変性で張力を制御すると共に前記工程ラインのそれぞれの部分において前記ウェブの限定された長さを滞留するのに有効であるように、前記ウェブ格納バッファの正味の並進付勢力を計算して制御するコントローラと、
を含むことを特徴とする処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動的連続処理作動における紙、フィルム、複合材等のような連続ウェブの処理に関する。より詳細には、本発明は、処理作動中にこのような連続ウェブの張力を制御すること、及びこのような連続ウェブの限定された長さを一時的に滞留することに関する。
【背景技術】
【０００２】
紙及びプラスチックフィルム業界においては、加工機械ライン内の第１及び第２の組の駆動ロール間のバッファとしてダンサロールが広く用いられている。第１及び第２の組の駆動ロールは、連続ウェブを移動させる第１及び第２のニップをそれぞれ形成する。ダンサロールは、２つの組の駆動ロール間に配置され、第１及び第２の組の駆動ロール間の速度差を検出するのにも用いられる。
一般的に、ダンサロールの基本的な目的は、ダンサロールを横行することを含め、第１及び第２の組の駆動ロール間の工程ラインのそれぞれの部分を横行する連続ウェブの張力を一定に維持することである。
【０００３】
ウェブがダンサロールの上を通過する工程ラインの部分を横行する時に、ダンサロールは、軌道内で上下に移動し、ウェブの張力を安定させることに関する２つの機能を果たす。第１に、ダンサロールは、ウェブに張力をもたらす。第２に、ダンサロールは、駆動速度を適切に調整することができる時まで、第１及び第２の組の駆動ロール間の駆動速度差を一時的に吸収する。しかし、ダンサロールが吸収することができるウェブの長さは、ダンサロールまでの上向き経路及びダンサロールからの下向き経路を横行するウェブの長さに限定される。
【０００４】
２つの駆動ロール間に延びるウェブは、ウェブスパンを構成する。第１の駆動ロールは、ウェブの質量をスパン内に移動させ、第２の駆動ロールは、ウェブの質量をスパンから移動させる。スパンに入る単位時間当りのウェブの質量の量は、スパンに入る前のウェブの断面積に第１の駆動ロールでのウェブの速度を掛けたものに等しい。スパンを出る単位時間当りのウェブ質量の量は、スパン内のウェブの断面積に第２の駆動ロールでのウェブの速度を掛けたものに等しい。質量保存により、時間が経てば、スパンから出るウェブ質量は、スパンに入る質量に等しくなる必要がある。ウェブの歪みは、張力に比例し、ウェブの断面積を変化させる。
【０００５】
一般的には、ダンサロールは、支持システム上で吊り下げられ、支持システムによって供給されるほぼ静的な力が、ウェブの張力及びダンサロールの重量により加わる反力に対してダンサロールを支える。ダンサシステムにより作り出されたウェブの張力は、ウェブに特定の断面積を生じる特定レベルの歪みを引き起こす。従って、ウェブ張力によりウェブ歪みが確定し、これが次にウェブ断面積を確定するために、スパンから流れ出るウェブ質量は、第２の駆動ロールの速度及びウェブ張力により確立される。スパンを出るウェブの質量がスパンに入るウェブの質量と異なる場合は、ダンサロールは、質量の流れの不均衡を補正するように移動する。
ダンサロールは、一般に、その移動範囲の中心で作動する。ダンサロールに連結された位置検出装置は、ダンサロール位置のあらゆる変化を認識して第１及び／又は第２の対の駆動ロールを加速又は減速するように制御システムに信号を送り、ダンサをその移動範囲の中心に戻して再び質量流れの平衡を確立する。
【０００６】
ダンサロールが静止している場合は、ダンサ支持システムの力、ダンサロールの重量、及びウェブ張力は、静的均衡状態にあり、ウェブ張力は、定常状態値である。ダンサが移動する度に、ウェブ張力は、その定常状態値から変化する。このウェブ張力の変化により、摩擦、粘性抵抗、及び慣性に打ち勝つ作動力が供給され、ダンサの運動を引き起こす。ダンサが非常にゆっくりと移動する時は、粘性抵抗及び慣性力は小さく、従って、ウェブ張力の変化が僅かである。しかし、機械速度が上昇又は下降中の時のように質量の流れが急激に変化する間は、粘性抵抗及び慣性力は、ウェブの定常状態張力値の数倍になることがある。
【０００７】
ダンサロールの利点は、それが機械駆動装置の速度を調整する時間を可能にするウェブ格納バッファを提供し、定常状態作動中又は緩やかに変化する期間中には、ダンサが比較的一定のウェブ張力をもたらすことである。従来から用いられているダンサロールの限界は、より動的な状況下においては、ウェブ張力を一定に維持するダンサの能力が、ダンサシステムの質量、抵抗、及び摩擦に依存することである。
【０００８】
このような連続ウェブを加工するための処理装置においては、張力を制御するためのダンサロールと、連続ウェブの限定された長さであるが実質的にダンサロールの容量を超える長さを滞留して一時的に保持するようにバイアスされたフェスツーンとの両方を用いることが常套手段である。次に、連続ウェブの処理が一時的に中断される時に、ウェブの滞留された限定長さが繰り出されるか、又は追加の長さが滞留される。このような一時的中断は、以下に限定されるものではないが、例えば、送り／供給ロールの交換及び組み継ぎ、又は巻取ロールの交換及び組み継ぎの場合とすることができる。他の一時的中断もまた、ライン停止を必要とすることなくウェブ製造での様々な段階の作動を維持しながら、フェスツーンを滞留装置として用いることにより対応することができる。
【０００９】
このようなフェスツーンは、低質量で低慣性の装置に設計されており、定常状態作動において、一般的にウェブ滞留に対する装置能力の約半分に等しいウェブ材料の滞留を保持するようにバイアスされている。すなわち、定常状態から開始して、フェスツーンは、下流の機能が一時的に中断された場合に更に多くのウェブを滞留するか、又は、上流の機能が一時的に中断された場合にウェブの滞留した長さを繰り出すことができる。フェスツーンに非常に重要なことは、低質量で低慣性に設計することである。
【００１０】
フェスツーンに対する能動駆動装置は知られていないが、ウェブが張力下に保持されるがウェブの長さに沿って移動せず、そのために動的外乱とダンサロール及びウェブの自然共鳴周波数とに対して対処されず、また、得られるダンサロールの振動が不安定になる可能性がある静的システムのダンサロールよりも性能を改善するために、ダンサロールに能動駆動装置を設けることは公知である。クリバヤシ他著「ワイヤ及びシートの張力制御のための能動ダンサローラシステム」、大阪府立大学、大阪、日本、１９８４年を参照することができる。
張力外乱及び応答時間に関する更に別の情報は、本明細書においてその全内容が引用により組み込まれる、１９９７年８月１９日に付与された米国特許第５、６５９、２２９号に示されている。しかし、米国特許第５、６５９、２２９号は、ダンサロールの速度を制御するものであり、ダンサロールの付勢力を直接制御するものではない。
【００１１】
【特許文献１】
米国特許第５、６５９、２２９号
【特許文献２】
米国特許第４、２２７、９５２号
【特許文献３】
米国特許第３、６５９、７６７号
【非特許文献１】
クリバヤシ他著「ワイヤ及びシートの張力制御のための能動ダンサローラシステム」、大阪府立大学、大阪、日本、１９８４年
【非特許文献２】
コンスタンチン・フォン・アルトロック著「解明ファジー論理及びニューロファジー応用」、プレンティスホール出版
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
すなわち、作動パラメータの動的変動を用いて、ダンサロール又はフェスツーンに能動的で可変の付勢力を印加するための可変能作動動力成分を計算し、適切なゲイン定数を用いて、システムを不安定にさせることなく応答時間に影響を及ぼすように、動的システムに能動ダンサロール又は能動フェスツーンを設けることは知られていない。従って、ダンサロール又はフェスツーンの実際の質量及び慣性の物理的影響を無にするようにダンサロール又はフェスツーンを駆動することは知られていない。実際に、フェスツーンに対して可変駆動パラメータは知られていない。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、新規なフェスツーン装置及び方法を提供する。本発明のフェスツーンは、ウェブ処理中の連続ウェブの張力及び張力外乱を制御する。本発明のフェスツーンはまた、フェスツーンの上流又は下流のウェブ処理の短期間の中断の影響を吸収しながら、ウェブ処理の作動の継続を可能にするのに十分なウェブの限定された長さの滞留を保持する。本発明のフェスツーンは、工程ラインの所定の部分を横行するウェブの速度及び張力変化に応答するか、送り込み及び取上げニップでのウェブ速度の差に応答するか、又は、送り込み又は取上げニップでのウェブ速度の大幅な変化に応答するフェスツーンの能力に対する質量及び慣性の影響を無にするように制御される。
【００１４】
本発明は、工程ラインの所定の部分に沿う処理段階を通して材料の連続ウェブを進行させるための工程ラインを形成する処理装置を含む。この処理装置は、第１のニップを形成する第１及び第２のロールと、第１のニップと協働してウェブの所定部分を規定する第２のニップを形成する第３及び第４のロールと、工程ラインの所定部分のウェブに作用することによりウェブの張力を制御し、工程ラインの所定部分へのウェブの送り込み又は工程ラインの所定部分からのウェブの取上げの周期的な一時的停止の間のウェブの長さ上の処理作動を維持するのに十分なウェブの限定された長さを滞留する、上部及び下部フェスツーンロールを含むフェスツーンと、上部フェスツーンロールに正味の並進力を与えるアクチュエータと、フェスツーンを駆動し、フェスツーンが目標とするレベルの不変性で張力を制御して工程ラインのそれぞれの部分でウェブの限定された長さを滞留するのに有効であるように、上部フェスツーンロールの正味の並進付勢力を計算して制御するコントローラとを含む。
【００１５】
いくつかの実施形態においては、アクチュエータは、第１の値及び方向を有する第１の静的な力の成分をフェスツーン上部ロールに与え、フェスツーン上部ロールを静的な力とウェブのそれぞれの部分の平均動的張力とに対して釣り合わせ、コントローラは、アクチュエータにより上部フェスツーンロールに付与される正味の作動力を制御するのに有効で、第２の可変の力成分の値及び方向を周期的に調節するのに有効な第２の可変の力成分をアクチュエータを通して出力し、第２の可変の力成分のこのような各値及び方向は、第２の可変の力成分の以前のこのような値及び方向を置換して、第１の静的な力成分と組み合わされて上部フェスツーンロールに目標とする正味の並進付勢力を付与するように作用し、第２の値及び方向を有する第２の可変の力成分は、上部フェスツーンロールの正味の並進付勢力が正味の作動力によって制御され、フェスツーンのウェブ張力の制御を可能にするように第１の静的な力成分を修正し、アクチュエータは、更に、上部フェスツーンロールの付勢力（Ａp）を計算するための装置を含む。コントローラは、計算した上部フェスツーンロールの付勢力に基づき、アクチュエータに制御指令を与えるコンピュータコントローラを含むことが好ましい。
【００１６】
好ましい実施形態は、フェスツーン後のウェブの張力を感知するセンサを含み、コントローラは、感知した張力を用いて、第２の可変の力成分の値及び方向を計算し、アクチュエータを通して計算値及び方向を上部フェスツーンロールに付与するようになっている。
いくつかの実施形態においては、センサは、少なくとも毎秒１回、好ましくは、少なくとも毎秒５００回、更に好ましくは、少なくとも毎秒１０００回で張力を感知することができ、コントローラは、第２の可変力成分の値及び方向を再計算し、それにより、計算した第２の可変力成分の値及び方向を同じ回数だけ調節することができる。
【００１７】
好ましい実施形態においては、コントローラは、上部フェスツーンロールに付与された作動力を制御し、従って、第１の静的な力成分によって補正されないフェスツーンのいかなる慣性不均衡をも補正することを含め、上部フェスツーンロールの付勢力を制御する。
いくつかの実施形態においては、本装置は、上部フェスツーンロールの並進付勢力（Ａp）を計算するオブザーバを含み、このオブザーバは、上部フェスツーンロールの推定並進付勢力及び推定並進速度を計算する（ｉ）コンピュータプログラム内のサブルーチン、又は（ｉｉ）電気回路のうちの１つを含む。
【００１８】
本発明の処理装置は、フェスツーン後のウェブの第１の速度を測定するための第１の装置、フェスツーンでのウェブの第２の速度を測定するための第２の装置、上部フェスツーンロールの並進速度を測定するための第３の装置、及び上部フェスツーンロールの位置を感知するための第４の装置を含むことが好ましい。
本発明は、フェスツーン前のウェブ張力を測定するための第５の装置、及びフェスツーン後のウェブ張力を測定するための第６の装置を含むことができる。
【００１９】
サーボ力を計算するための方程式の１つは、以下の通りである。
Ｆ＊サーボ＝Ｆ＊d静的＋Ｆ＊摩擦符号（Ｖp）＋ｂa（Ｖ＊p−Ｖp）＋ｋa（Ｆ＊c−Ｆc）＋Ｍa（Ａ＊p−Ａp）
ここで、上部フェスツーンロールの並進速度設定値Ｖ＊pは、以下の方程式を反映し、このように計算された力に基づいてアクチュエータを制御する。
Ｖ＊p＝［ＥＡ0／（ＥＡ0−Ｆc）］［Ｖ2（１−Ｆb／ＥＡ0）−Ｖ3（１−Ｆc／ＥＡ0）］
ここで、記号は以下の通りである。
Ｆ＊d静的＝Ｍｇ＋２Ｆ＊cに等しい上部フェスツーンロール上の静的な力成分、
Ｆc＝最終移動可能フェスツーンローラ後のウェブの張力、
Ｆ＊c＝ウェブの張力、処理設計パラメータ毎の目標設定値、
Ｆb＝最終移動可能フェスツーンローラ前のウェブの張力、
Ｆ＊摩擦＝上部フェスツーンロールの動きに抵抗するいずれかの方向の摩擦力、
Ｆ＊サーボ＝アクチュエータによって付加される力、
ｂa＝ニュートン秒／メートルで表されたフェスツーン並進速度に関する制御ゲイン定数、
ｋa＝ウェブ張力に関する制御ゲイン定数、
Ｍｇ＝上部フェスツーンロールの質量×重力、
ＭA＝能動質量、
Ｍe＝能動質量及び物理質量、
Ｖp＝第２の可変の力成分の付加直前の上部フェスツーンロールの瞬間並進速度、
符号（Ｖp）＝上部フェスツーンロールが移動する方向に依存する正又は負の値、
Ｖ2＝最終移動可能フェスツーンローラでのウェブの速度、
Ｖ3＝フェスツーン後のウェブの速度、
Ｖ＊p＝上部フェスツーンロールの基準並進速度、設定値、
ｒ＝アクチュエータ上のそれぞれの滑車の半径、
Ｅ＝ウェブの弾性係数、
Ａ0＝緩んだウェブの断面積、
Ａ＊p＝上部フェスツーンロールの目標並進付勢力、設定値、及び
Ａp＝上部フェスツーンロールの並進付勢力。
【００２０】
いくつかの実施形態においては、目標付勢力Ａ＊pは、以下の方程式を用いて計算される。
Ａ＊p＝［Ｖ＊p−Ｖp］／ΔＴ
ここで、ΔＴ＝コンピュータコントローラのための走査時間である。
好ましい実施形態においては、コンピュータコントローラは、感知した上部フェスツーンロールの位置と、測定したウェブ張力、付勢力、及び速度とに基づいてアクチュエータに制御指令を与え、それによってアクチュエータにより上部フェスツーンロールに付与された作動力を制御し、従って、実質的に一定のウェブ張力を維持するか、又はウェブ張力に所定の変動パターンをもたらす。
【００２１】
いくつかの実施形態においては、本装置は、上部フェスツーンロールの並進速度を測定するための第１の装置、フェスツーン後のウェブ張力を測定するための第２の装置、及びアクチュエータの電流を感知するための第３の装置を含み、コントローラは、過去の感知間隔に亘るウェブ張力からウェブ張力の導関数を計算するコンピュータコントローラを任意選択的に含み、上部フェスツーンロールの並進速度を計算するオブザーバを含み、このコンピュータコントローラは、ウェブ張力の導関数を計算する。
【００２２】
コントローラは、コンピュータコントローラを含むことができ、コンピュータコントローラ内に格納されたウェブ張力及び上部フェスツーンロールの並進速度からウェブ張力の導関数を計算するためのファジー論理サブルーチンを含み、ファジー論理サブルーチンは、ウェブ張力誤差、ウェブ張力誤差の導関数、及び付勢力誤差を入力し、更に、指令出力信号を生成するために上記誤差のファジー推論段階、及び推論の脱ファジー化段階を通って進み、このファジー論理サブルーチンは、感知装置の各走査中に実行される。
処理装置は、更に、上部フェスツーンロールの並進速度を測定するための第１の装置、及びアクチュエータの電流を感知するための第２の装置を含むことができる。
【００２３】
いくつかの実施形態においては、コントローラは、以下の方程式から上部フェスツーンロールの推定並進付勢力を計算する。
Ａpe＝［ｋ1（Ｖp−Ｖpe）＋ｋteＩ−Ｆ＊d静的−Ｆ＊摩擦符号（Ｖp）］／Ｍ2e
ここで、記号は以下の通りである。
Ａpe＝上部フェスツーンロールの推定並進付勢力、
Ｆ＊d静的＝Ｍｇ＋２Ｆ＊cに等しい上部フェスツーンロール上の静的な力成分、
Ｆ＊摩擦＝上部フェスツーンロールの動きに抵抗するいずれかの方向の摩擦力、
符号（Ｖp）＝上部フェスツーンロールが移動する方向に依存する正又は負の値、
ｋ1＝オブザーバゲイン、
Ｖp＝上部フェスツーンロールの瞬間並進速度、
Ｖpe＝推定並進速度、
ｋte＝サーボモータ（アクチュエータ）トルク定数推定値、
Ｉ＝アクチュエータ電流、及び
Ｍ2e＝上部フェスツーンロールの推定物理質量。
この処理は、任意選択的に、上部フェスツーンロールに与える力の値を保存するためのゼロ次ホールドを含み、更に、任意選択的に、質量の影響を能動的に打ち消すためにクーロン及び粘性摩擦と付勢力とを能動的に補正する。
【００２４】
いくつかの実施形態においては、本発明は、上部フェスツーンロールの並進位置を測定するための第１の装置、フェスツーン後のウェブ張力を測定するための第２の装置、アクチュエータのモータ電流を感知するための第３の装置を更に含み、任意選択的に、上部フェスツーンロールの位置の変化から上部フェスツーンロールの推定並進速度及び推定並進付勢力を計算するためのオブザーバを含む。
いくつかの実施形態においては、本発明は、更に、上部フェスツーンロールの並進位置を測定するための第１の装置、アクチュエータのモータ電流を感知するための第２の装置、及び上部フェスツーンロールの並進付勢力を計算するためのオブザーバを含む。
【００２５】
いくつかの実施形態においては、本発明は、フェスツーン後のウェブ張力Ｆcを測定するための第１の装置、及びアクチュエータのモータ電流を感知するための第２の装置を含み、任意選択的に、システム質量Ｍ2eの推定値と組み合わせてモータ電流及びウェブ上に掛かる力を用い、上部フェスツーンロールの推定並進付勢力Ａpeを計算するオブザーバを含み、このオブザーバは、任意選択的に、並進付勢力を積分して推定並進速度Ｖpeを計算し、推定並進速度を積分して推定ウェブ張力Ｆceを計算し、更に、推定ウェブ張力が実際のウェブ張力に等しくなるまで値を変化させる。
【００２６】
いくつかの実施形態においては、コントローラは、アクチュエータに制御指令を与えることにより、アクチュエータが上部フェスツーンロールに付与する作動力を制御し、従って、アクチュエータがフェスツーンシステムに対する慣性補償を維持するように上部フェスツーンロールの付勢力を制御する。
いくつかの実施形態においては、第１のニップは、フェスツーンの下流に巻き取りロールを含み、第２のニップは、フェスツーンの上流に駆動ロールを含み、コントローラは、巻き取りロール及び駆動ロールに制御信号を送る。
【００２７】
いくつかの実施形態においては、本発明は、フェスツーン後のウェブの第１の速度を測定するための第１の速度装置、及びフェスツーンでのウェブの第２の速度を測定するための第２の速度装置を含み、コントローラは、第１及び第２の感知速度及びフェスツーン前後のウェブ張力を用いて速度指令Ｖ＊pを計算するコンピュータコントローラを含む。
いくつかの実施形態においては、コントローラは、可変の力成分を意図的かつ周期的に変化させてシステムを不均衡にし、従って、指令された力をアクチュエータを通じて周期的に入力することにより、上部フェスツーンロールが交互に高レベル及び低レベルの張力をウェブ上に間欠的に課するように、ウェブ上の張力が上部フェスツーンロールの突然の一時的な上向き及び下向きの交互の動きを引き起こすコンピュータコントローラを含み、この力の周期的入力は、任意選択的に、毎分２００回を超えて繰り返される上部フェスツーンロールの交互する動きを引き起こす。
【００２８】
本発明はまた、材料の連続ウェブが、各々が一対のニップロールにより形成された第１及び第２の間隔を置いて配置されたニップによって形成された処理段階を通って進行する処理作動において、ウェブのそれぞれの部分でウェブ張力を制御し、ウェブの限定された長さを滞留する方法を含む。本方法は、上部及び下部フェスツーンロールを有してウェブのそれぞれの部分上で作動するフェスツーンを設ける段階、第１の値及び方向を有する第１のほぼ静的な力成分を上部フェスツーンロールに与える段階、第２の値及び方向を有する第２の可変の力成分を上部フェスツーンロールに与え、第１のほぼ静的な力成分を修正し、これによって（ｉ）上部フェスツーンロールに掛かる第１のほぼ静的な力成分の影響と（ｉｉ）上部フェスツーンロールの対応する並進付勢力とを修正する段階、及び第２の可変の力成分の値及び方向を繰り返し調節する段階を含み、第２の可変の力成分をこのように修正した各値及び方向は、（ｉ）第２の可変の力成分の以前のこのような値及び方向を置換し、（ｉｉ）上部フェスツーンロールに目標とする正味の並進付勢力をもたらすために第１の静的な力成分と組み合わされて作用する。
【００２９】
本方法は、第２の可変の力成分の値及び方向を少なくとも毎秒５００回調節する段階を含むことができる。
本方法は、フェスツーン後のウェブの張力を感知する段階、及びこの感知した張力を用いて第２の可変の力成分の値及び方向を計算する段階を含むことができる。
本方法は、少なくとも毎秒１回、ウェブのそれぞれの部分の張力を感知する段階、第２の可変の力成分の値及び方向を再計算し、それによって少なくとも毎秒１回、計算した第２の可変の力成分の値及び方向を調節する段階、及び少なくとも毎秒１回、再計算した値及び方向をフェスツーンに与える段階を含むことができる。
【００３０】
本発明は、処理作動全体を通してウェブ内の平均動的張力を維持し、同時にシステム有効質量が上部フェスツーンロールの集合的極慣性をロールの外側半径で割って二乗したものに等しくなるように並進付勢力を制御するために、力成分及び目標とする正味の並進付勢力を調節する段階を含むことができる。
本方法は、システムを不均衡にするために可変の力成分を周期的かつ意図的に変化させる段階を含むことができ、従って、指令された力をアクチュエータを通じて周期的に入力することにより、上部フェスツーンロールが交互に高レベル及び低レベルの張力をウェブ上に間欠的に課するように、ウェブ上の張力が、上部フェスツーンロールの突然の一時的な上向き及び下向きの交互の動きを引き起し、任意選択的に、この力の周期的入力は、毎分２００回を超えて繰り返される上部フェスツーンロールの交互する上方への動きを引き起こす。
【００３１】
いくつかの実施形態においては、本方法は、アクチュエータにより単一の力として上部フェスツーンロールに同時に付加される第１及び第２の力成分を含み、上部フェスツーンロールに力を与える段階は、フェスツーン後のウェブの第１の速度を測定する段階、フェスツーンでのウェブの第２の速度を測定する段階、上部フェスツーンロールの並進速度を測定する段階、上部フェスツーンロールの位置を感知する段階、フェスツーン前のウェブ張力を測定する段階、フェスツーン後のウェブ張力を測定する段階、及び次の方程式に従って計算した力を上部フェスツーンロールに与える段階を含む。
Ｆ＊サーボ＝Ｆ＊d静的＋Ｆ＊摩擦符号（Ｖp）＋ｂa（Ｖ＊p−Ｖp）＋ｋa（Ｆ＊c−Ｆc）＋Ｍa（Ａ＊p−Ａp）
ここで、記号は以下の通りである。
Ｆ＊d静的＝Ｍｇ＋２Ｆ＊cに等しい上部フェスツーンロール上の静的な力成分、
Ｆ＊摩擦＝上部フェスツーンロールの動きに抵抗するいずれかの方向の摩擦力、
Ｆc＝上部フェスツーンローラ後のウェブの張力、
Ｆ＊c＝ウェブの張力、処理設計パラメータ毎の目標設定値、
Ｆ＊サーボ＝アクチュエータにより生じる力、
ｂa＝ニュートン秒／メートルで表された上部フェスツーンロールの並進速度に関する制御ゲイン定数、
ｋa＝ウェブ張力に関する制御ゲイン定数、
Ｍｇ＝上部フェスツーンロールの質量×重力、
ＭA＝能動質量、
Ｍe＝能動質量及び物理質量、
Ｖp＝第２の可変の力成分が付加される直前の上部フェスツーンロールの瞬間並進速度、
符号（Ｖp）＝上部フェスツーンロールが移動する方向に依存する正又は負の値、
Ａ＊p＝上部フェスツーンロールの基準並進付勢力、設定値、及び
Ａp＝上部フェスツーンロールの並進付勢力。
更に、上部フェスツーンロールの並進速度設定値Ｖ＊pは、以下の方程式を反映し、このように計算された力に基づいてアクチュエータを制御する。
Ｖ＊p＝［ＥＡ0／（ＥＡ0−Ｆc）］［Ｖ2（１−Ｆb／ＥＡ0）−Ｖ3（１−Ｆc／ＥＡ0）］
ここで、記号は以下の通りである。
Ｆb＝最終移動可能フェスツーンローラ前のウェブの張力、
Ｖ2＝最終移動可能フェスツーンローラでのウェブの速度、
Ｖ3＝フェスツーン後のウェブの速度、
Ｖ＊p＝上部フェスツーンロールの基準並進速度、設定値、
ｒ＝アクチュエータ上のそれぞれの滑車の半径、
Ｅ＝ウェブの弾性係数、及び
Ａ0＝緩んだウェブの断面積。
更に、任意選択的に、目標付勢力Ａ＊pは、以下の方程式を用いて計算される。
Ａ＊p＝［Ｖ＊p−Ｖp］／ΔＴ
ここで、ΔＴ＝走査時間であり、この計算が繰り返されて、力が少なくとも毎秒１回調節される。
【００３２】
他の実施形態においては、第１及び第２の力成分は、単一の力として上部フェスツーンロールに同時に付加され、上部フェスツーンロールに力を与える段階は、上部フェスツーンロールの並進速度を測定する段階、フェスツーン後のウェブ張力を測定する段階、及びアクチュエータの電流を感知する段階を含み、このような測定する段階及び感知する段階は、周期的な感知間隔中に発生し、更に、現在及び過去の感知間隔に基づくウェブ張力からウェブ張力の導関数を計算する段階、上部フェスツーンロールの並進速度を計算する段階、及びウェブ張力の導関数を計算する段階を含み、任意選択的に、上部フェスツーンロールに力を与える段階は、ウェブ張力誤差、ウェブ張力誤差の導関数、及び付勢力誤差を入力することによりファジー論理サブルーチンを実行する段階を含み、ファジー論理サブルーチンは、指令出力信号を生成するために上記誤差のファジー推論、及び推論の脱ファジー化の段階を通って進行し、各測定及び感知間隔中に実行される。
【００３３】
いくつかの実施形態においては、第１及び第２の力成分は、単一の力として上部フェスツーンロールに同時に付加され、上部フェスツーンロールに力を与える段階は、上部フェスツーンロールの並進速度を測定する段階、アクチュエータの電流を感知する段階、及び以下の方程式から上部フェスツーンロールの推定並進付勢力を計算する段階を含む。
Ａpe＝［Ｆ＊d静的＋Ｆ＊摩擦符号（Ｖp）＋ｋ1（Ｖp−Ｖpe）＋ｋteＩ］／Ｍ2e
ここで、記号は以下の通りである。
Ａpe＝上部フェスツーンロールの推定並進付勢力、
Ｆ＊d静的＝Ｍｇ＋２Ｆ＊cに等しい上部フェスツーンロール上の静的な力成分、
Ｆ＊摩擦＝上部フェスツーンロールの動きに抵抗するいずれかの方向の摩擦力、
符号（Ｖp）＝上部フェスツーンロールが移動する方向に依存する正又は負の値、
ｋ1＝オブザーバゲイン、
Ｖp＝上部フェスツーンロールの瞬間並進速度、
Ｖpe＝推定並進速度、
ｋte＝サーボモータ（アクチュエータ）トルク定数推定値、
Ｉ＝アクチュエータ電流、及び
Ｍ2e＝上部フェスツーンロールの推定物理質量。
【００３４】
いくつかの実施形態においては、第１及び第２の力成分は、単一の力として上部フェスツーンロールに同時に付加され、上部フェスツーンロールに力を与える段階は、上部フェスツーンロールの並進位置を測定する段階、フェスツーン後のウェブ張力を測定する段階、及び上部フェスツーンロールに力を与えるアクチュエータのモータ電流を感知する段階を含み、このような測定する段階及び感知する段階は、各感知間隔において発生し、本方法は、更に、現在の測定ウェブ張力及び前の感知間隔で測定されたウェブ張力からウェブ張力の導関数を計算する段階を含み、任意選択的に、上部フェスツーンロールの位置の変化から上部フェスツーンロールの推定並進速度及び推定並進付勢力を計算する段階を含む。
【００３５】
いくつかの実施形態においては、第１及び第２の力成分は、単一の力として上部フェスツーンロールに同時に付加され、上部フェスツーンロールに力を与える段階は、上部フェスツーンロールの並進位置を測定する段階、上部フェスツーンロールに力を与えるアクチュエータのモータ電流を感知する段階、現在の感知並進位置の値から前の感知並進位置を引き、次にそれをその値を感知する段階間の時間間隔で割ることによりフェスツーン上部ロールの推定並進速度を計算する段階、及び先に計算した値に応答してアクチュエータに与える新しい力の指令を計算する段階を含む。
【００３６】
いくつかの実施形態においては、第１及び第２の力成分は、単一の力として上部フェスツーンロールに同時に付加され、上部フェスツーンロールに力を与える段階は、フェスツーン後のウェブ張力Ｆcを測定する段階、（ｂ）アクチュエータのモータ電流を感知する段階、及び、並進付勢力Ａpeの推定値を計算するために、モータ電流及びウェブに掛かる力をシステム質量Ｍ2eの推定値と組み合わせて利用する段階を含み、任意選択的に、並進速度Ｖpeの推定値を計算するために並進付勢力を積分する段階、及び推定ウェブ張力Ｆceを計算するために推定並進速度を積分する段階を含む。
【００３７】
本発明のいくつかの実施形態は、材料の連続ウェブが処理段階を通って進行する処理作動において、ウェブのそれぞれの部分の張力を制御する方法を含む。本方法は、上部及び下部フェスツーンロールを有してウェブのそれぞれの部分上の張力を制御するように作動するフェスツーンを設ける段階、上部フェスツーンロールに作動力を与えるためのアクチュエータを設ける段階、フェスツーン後のウェブの第１の速度を測定する段階、フェスツーンでのウェブの第２の速度を測定する段階、アクチュエータのモータ電流を測定する段階、フェスツーン前のウェブ張力を測定する段階、フェスツーン後のウェブ張力を測定する段階、上部フェスツーンロールの並進速度を測定する段階、上部フェスツーンロールの位置を感知する段階、上部フェスツーンロールの付勢力を測定する段階、及び上部フェスツーンロールの計算付勢力Ａ＊pを含むこのような測定値に基づいてアクチュエータに力制御指令を供給し、これによってアクチュエータにより上部フェスツーンロールに付与される作動力を制御してウェブ張力を制御する段階を含み、任意選択的に、以下の方程式に基づいてアクチュエータに力制御指令を供給する段階を含む。
Ｆ＊サーボ＝Ｆ＊d静的＋Ｆ＊摩擦符号（Ｖp）＋ｂa（Ｖ＊p−Ｖp）＋ｋa（Ｆ＊c−Ｆc）＋Ｍa（Ａ＊p−Ａp）
ここで、上部フェスツーンロールの並進速度設定値Ｖ＊pは、以下の方程式を反映し、このように計算された力に基づいてアクチュエータを制御する。
Ｖ＊p＝［ＥＡ0／（ＥＡ0−Ｆc）］［Ｖ2（１−Ｆb／ＥＡ0）−Ｖ3（１−Ｆc／ＥＡ0）］
ここで、記号は以下の通りである。
Ｆ＊d静的＝Ｍｇ＋２Ｆ＊cに等しい上部フェスツーンロール上の静的な力成分、
Ｆ＊摩擦＝上部フェスツーンロールの動きに抵抗するいずれかの方向の摩擦力、
Ｆ＊サーボ＝アクチュエータにより付加される目標とする力、
Ｆc＝フェスツーン後のウェブの張力、
Ｆ＊c＝ウェブの目標とする張力、設定値、
Ｆb＝最終移動可能フェスツーンローラ前のウェブの張力、
ｂa＝ニュートン秒／メートルで表された上部フェスツーンロールの並進速度に関する制御ゲイン定数、
ｋa＝ウェブ張力に関する制御ゲイン定数、
Ｍｇ＝上部フェスツーンロールの質量×重力、
ＭA＝能動質量、
Ｍe＝能動質量及び物理質量、
Ｖp＝上部フェスツーンロールの瞬間並進速度、
符号（Ｖp）＝上部フェスツーンロールが移動する方向に依存する正又は負の値、
Ｖ2＝最終移動可能なフェスツーンローラでのウェブの速度、
Ｖ3＝フェスツーン後のウェブの速度、
Ｖ＊p＝上部フェスツーンロールの目標並進速度、設定値、
ｒ＝アクチュエータ上のそれぞれの滑車の半径、
Ｅ＝ウェブの弾性係数、
Ａ0＝緩んだウェブの断面積、
Ａ＊p＝上部フェスツーンロールの目標並進付勢力、設定値、及び
Ａp＝上部フェスツーンロールの並進付勢力。
更に、任意選択的に、以下の方程式を用いて目標付勢力Ａ＊pを計算する段階を含む。
Ａ＊p＝［Ｖ＊p−Ｖp］／ΔＴ
ここで、ΔＴ＝走査時間、又は並進速度を感知する段階間の間隔である。
【００３８】
いくつかの実施形態は、アクチュエータを使用する段階と、それにより、アクチュエータが上部フェスツーンロールに対する慣性補正を維持するように、上部フェスツーンロールの付勢力を制御する段階とを含む。
いくつかの実施形態は、工程ラインの所定部分に沿う処理段階を通して材料の連続ウェブを進行させるための工程ラインを形成する処理装置を含む。この処理装置は、第１のニップを形成する第１及び第２のロール、第１のニップと協働して集合的にウェブの所定の部分を形成する第２のニップを形成する第３及び第４のロール、工程ラインの所定の部分のウェブ上で作動し、それによってウェブの張力を制御して、工程ラインの所定部分へのウェブ供給又は工程ラインの所定部分からのウェブの取上げの定期的な一時停止中にウェブの長さ上の処理作動を維持するのに十分なウェブの限定された長さを滞留するウェブ格納バッファ、正味の並進力をウェブ格納バッファに与えるアクチュエータ、及び、ウェブ格納バッファを駆動すると共に、ウェブ格納バッファが目標とするレベルの不変性で張力を制御して工程ラインのそれぞれの部分でウェブの限定された長さを滞留するのに有効であるように、ウェブ格納バッファの正味の並進付勢力を計算して制御するコントローラを含む。
【００３９】
本発明は、以下の本発明の詳細説明及び図面を参照すると更に十分に理解され、更に別の利点も明らかになるであろう。
本発明は、以下の説明に示すか又は図面で解説する構成の詳細又は構成要素の配置にその応用を限定するものではない。本発明は、他の実施形態も可能であり、他の様々な方法で実行又は実施することができる。また、本明細書に用いる用語又は表現は、説明及び例示のためであり、限定的であると見なすべきでないことは理解されるものとする。また、同じ構成要素を示すのに同じ参照番号が用いられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下の詳細な説明は、加工処理に関連して行う。本発明は、他の可撓性ウェブの処理にも適切に応用することができる。
図１は、一般的な従来のダンサロール制御システムを示す。ウェブ材料の進行する速度は、ダンサロールの下流のニップ速度と共に巻出モータ１４により制御される。ダンサシステムには、ダンサロール自体の前後の定位置に固定された下部回転ロールが用いられる。ダンサロールは、無限ケーブルシステム内に固定装着された下部回転ロールと上部回転滑車との間に形成された作動ウィンドウ内を垂直方向に上下に移動する。（ｉ）上部回転滑車に隣接するウィンドウの最上部、及び（ｉｉ）固定装着された回転ロールに隣接するウィンドウの底部に対する作動ウィンドウ内のダンサロールの位置が、位置変換器２により感知される。垂直成分を有するほぼ静的な力が、空気シリンダ３によりダンサロール支持システムにもたらされる。
【００４１】
一般に、処理の取上げ速度が原料のウェブがダンサロールに供給される速度を超える限り、ダンサロール上の静的な力により、ダンサロールは、その作動ウィンドウ内で下向きに移動する。ダンサロールが下向きに移動すると、位置の変化が位置変換器２により感知され、この位置変換器２は、巻出モータ１４に補正信号を送信して巻出しの速度を増大させる。巻出装置又は巻出ニップの速度は、ダンサロールをその作動ウィンドウ内の中点に戻すのに十分なほど増大する。
当然のことながら、取上げ速度がウェブ材料がダンサロールに供給される速度に遅れる場合は、ダンサロール上の静的な力により、ダンサロールは、その作動ウィンドウ内で上向きに移動する。ダンサロールが上向きに移動すると、位置の変化が位置変換器２により感知される。ダンサが作動ウィンドウ内の中点よりも上に上がると、位置変換器は、対応する補正信号を巻出モータ１４に送信して巻出装置又は巻出ニップの速度を減少させ、これによってダンサロールを作動ウィンドウの中点に戻す。
【００４２】
上述のいずれの場合でも、補正速度変化は、巻出装置又は巻出ニップにおいてではなく、取上げニップにおいて行うことができる。しかし、巻出しの速度を変化させることの方が一般に簡単であり、従って好まれている。
上述の従来のダンサロールシステムは、応答時間が、ダンサロールの垂直付勢力に対する重力の寄与によって抑制され、また、機器質量、例えば巻出し速度の変化を達成するために速度を変化させる必要がある巻出装置内の機器質量により抑制されるという点で限界がある。
【００４３】
図２を参照すると、本発明の処理システム１０には、巻出モータ１４と原材料のロール１６とを含む巻出装置１２が組み込まれている。原材料のウェブ１８は、ロール１６からダンサシステム２０を通り、ダンサシステム２０の下流にある更に別の加工処理の工程要素まで供給される。
ダンサシステム２０において、材料のウェブ１８は、ダンサロール２４を超える前に固定装着された回転ロール２２の下を通り、ダンサロール２４を超えた後に固定装着された回転ロール２６の下を通る。図示するように、ダンサロール２４は、第１の無限駆動ケーブル２８により担持される。
【００４４】
第１の無限駆動ケーブル２８は、第１の上部回転滑車３０を始点とし、ダンサロール２４の第１の端部３２までセグメント２８Ａとして下向きに通り、第１の端部３２でダンサロールに固着される。ダンサロール２４の第１の端部３２から、駆動ケーブル２８は、第１の下部回転滑車３４までセグメント２８Ｂとして下向きに続き、そこから、第２の下部回転滑車３６までセグメント２９Ｃとして水平に続く。第２の下部回転滑車３６から、駆動ケーブルは、第２の上部回転滑車３８までセグメント２８Ｄとして上向きに通る。第２の上部回転滑車３８から、駆動ケーブルは、ダンサロール２４の第２の端部４０までセグメント２８Ｅとして下向きに延び、第２の端部４０でダンサロールに固着される。ダンサロール２４の第２の端部４０から、駆動ケーブルは、第３の下部回転滑車４２までセグメント２８Ｆとして下向きに続き、そこから、第４の下部回転滑車４４までセグメント２８Ｇとしてウェブ１８の下を戻る。第４の下部回転滑車４４から、駆動ケーブルは、連結ブロック４６までセグメント２８Ｈとして上向きに延び、それに固着される。連結ブロック４６から、駆動ケーブルは、第１の上部回転滑車３０までセグメント２８Ｉとして上向きに続き、このようにして駆動ケーブル２８の無限ループが完成する。
【００４５】
連結ブロック４６は、第１の無限駆動ケーブル２８を第２の無限駆動チェーン４８に連結する。連結ブロック４６から、第２の無限駆動チェーン４８は、セグメント４８Ａとして第３の上部回転滑車５０まで延びる。上部回転滑車５０から、無限駆動チェーンは、セグメント４８Ｂとして第５の下部回転滑車５２まで下向きに延びる。第５の下部回転滑車５２から、駆動チェーンは、セグメント４８Ｃとして連結ブロック４６まで上向きに延びて戻り、このようにして駆動チェーン４８の無限ループが完成する。
【００４６】
シャフト５４は、第５の下部回転滑車５２をアクチュエータ５６の第１の端部に連結する。ダンサローラ位置センサ５８及びダンサロール並進速度センサ６０は、アクチュエータ５６の第２の端部からシャフト６１上に延びる。
負荷センサ６２及び６４は、回転ロール上にそれらの軸線を横断して負荷される応力を感知するために、それぞれ回転ロール２２及び２６の端部に配置され、それぞれの回転ロール上に負荷される応力は、ウェブ１８に働く張力であると解釈される。
速度センサ６６は、回転ロール２６の端部に隣接して配置され、回転ロール２６の回転速度を感知する。速度センサ６８は、ダンサロール２４の第２の端部に隣接して配置されてダンサロールの回転速度を感知し、それぞれのロールの回転速度は、それぞれのロールでのウェブ速度に対応すると解釈される。
【００４７】
付勢力センサ６９は、連結ブロック４６上に配置され、従って、ダンサロール２４と並行して移動する。付勢力センサ６９は、連結ブロック４６の付勢力に即してダンサロール上の付勢力を感知する。勿論、連結ブロック４６の付勢力の方向は、ダンサロール２４の付勢力の方向と正反対である。従って、感知した付勢力の方向には、連結ブロック４６の付勢力の実際の値と反対の値が与えられる。
付勢力センサ６９はまた、ダンサロール２４と同じ方向に移動する駆動ケーブル２８の２８Ａのような選択されたセグメントか、又はダンサロール上に直接、適正な向きに装着することができる。ダンサロール２４の付勢力は、測定してコンピュータコントローラ７０に送信される。
【００４８】
ダンサシステム２０は、コンピュータコントローラ７０により制御される。コンピュータコントローラ７０は、「ベーシック」言語、「パスカル」言語、「Ｃ」言語等のような従来の言語でプログラムすることができる従来のデジタルコンピュータである。このようなコンピュータは、包括的に「パーソナルコンピュータ」として公知であり、コンパック及びアイ・ビー・エムのような製造業者から入手可能である。
【００４９】
位置センサ５８、速度センサ６０、６６、及び６８、負荷センサ６２及び６４、及び、付勢力センサ６９は、全て、コンピュータコントローラ７０にその入力を供給する。コンピュータコントローラ７０は、いくつかの入力を処理して、以下の方程式を用いて速度設定値つまり目標とする速度を計算する。
Ｖ＊p＝［ＥＡ0／（ＥＡ0−Ｆc）］［Ｖ2（１−Ｆb／ＥＡ0）−Ｖ3（１−Ｆc／ＥＡ0）］
ここで、記号は以下の通りである。
Ｖ2＝ダンサロール２４でのウェブ１８の速度、
Ｖ3＝ダンサロール後のウェブの速度、
Ｖ＊p＝設定値Ｖ＊pがその後調節されるか又は変更されない場合に達成されるダンサロール２４の目標並進速度、
Ｅ＝ウェブの実際の弾性係数、
Ａ0＝緩んだウェブの実断面積、
Ｆb＝ダンサロール前のウェブの張力、及び
Ｆc＝ダンサロール後のウェブの張力。
【００５０】
一実施形態においては、目標並進付勢力つまり付勢力設定値は、以下の方程式を用いて計算される。
Ａ＊p＝［Ｖ＊p−Ｖp］／ΔＴ
ここで、記号は以下の通りである。
ΔＴ＝制御システムに対する走査時間、及び
Ａ＊p＝設定値Ａ＊pがその後調節されるか又は変更されない場合に達成されるダンサロール２４の目標並進付勢力指令。
【００５１】
計算目標付勢力Ａ＊pを用いると、目標アクチュエータ力指令は、以下の方程式を用いて発生される。
Ｆ＊サーボ＝Ｆ＊d静的＋Ｆ＊摩擦符号（Ｖp）＋ｂa（Ｖ＊p−Ｖp）＋ｋa（Ｆ＊c−Ｆc）＋Ｍa（Ａ＊p−Ａp）＋Ａ＊pＭe］
ここで、Ｆ＊d静的＝Ｍｇ＋２Ｆ＊cは、Ｆ＊摩擦符号（Ｖp）と共に、上式において静的な力を有する第１の力成分を構成する。上式は、以下の定数及び変数を使用する。
Ｆ＊d静的＝ダンサロール上の静的垂直力成分、
Ｆ＊摩擦＝ダンサロールの動きに抵抗するいずれかの方向の摩擦力、
Ｆ＊c＝処理設計パラメータ毎の目標設定値を含む、ダンサロール２４後のウェブ１８の目標張力、
Ｆ＊サーボ＝好ましくはサーボモータであるアクチュエータ５６により生じる力、
ｂa＝定数としてユーザが予め決める、ダンサ並進速度に関するニュートン秒／メートルで表された力制御ゲイン定数、
ｋa＝力制御ループゲイン＝（Ｐ×ｋf）／（Ｅe×Ａ0e）、
ｋf＝能動バネ定数、
Ｍ2ｇ＝ダンサロールシステムの実際の物理質量×重力、
Ｍ2e＝ダンサロールの推定物理質量、
Ｍa＝ダンサロールの能動質量
Ｍe＝ダンサロールの能動質量＋物理質量（Ｍ2＋Ｍa）で定義される有効質量、
Ｖp＝第２の可変垂直力成分を与える直前のダンサロールの瞬間垂直速度、垂直速度は作動ウィンドウ内のダンサロール２４の並進速度に等しい、
符号（Ｖp）＝ダンサロールの移動する方向に依存する正又は負の値、
Ａp＝第２の可変垂直力成分を与える直前のダンサロールの実際の並進付勢力、
ΔＰ＝並進方向のダンサ位置の変化、
Ｐ＝作動ウィンドウ内の並進方向のダンサ位置、
Ｅe＝ウェブの推定弾性係数、
Ａ0e＝緩んだウェブの推定断面積、及び
ＺＯＨ＝「ゼロ次ホールド」又は「ラッチ」（最終力指令値を保持する）。
【００５２】
アクチュエータ５６により付加される全体のトルクは、以下の方程式によって表すことができる。
Ｔ＊ダンサ＝ｒ［Ｆ＊サーボ］
ここで、以下の変数が用いられる。
Ｔ＊ダンサ＝アクチュエータトルク指令又は力、及び
ｒ＝アクチュエータ上の滑車の半径。
【００５３】
応答時間は、ゲイン定数「ｂa」に選択する値により影響される。ゲイン定数「ｂa」は、応答を与える周波数がウェブ及びダンサロールの固有共鳴周波数に近づくような場合、応答の能動可変成分がダンサロール２４をそれが不安定になるほど能動的にさせないように、特に応答の可変力成分に減衰効果を課するように選択される。従って、ゲイン定数「ｂ0」は、幾分、システム内の粘性抵抗のように働く。例えば、ダンサロール２４の質量が１ｋｇで、毎秒１０００回でサンプリングされて制御されるシステムにおいては、適切な制御ゲイン定数「ｂa」は２である。
同様に、ゲイン定数「ｋa」は、一般に、システムのウェブ張力誤差を補正する。上述の処理システムに対する適切なゲイン定数「ｋa」は２０である。ゲイン定数「ｂa」及び「ｋa」は、システムのサンプリング速度によって変化する。
本発明の作動及び機能は、要素及びその相互関係の以上の説明から十分に明らかになったと思われるが、開示を完結させるために、本発明の利用法を以下に簡単に説明する。
【００５４】
ダンサロール２４が「ダンサ」ロールとして作動するためには、ダンサロールに働くいくつかの力は、一般的に、図３に示すように釣り合うべきである。図３は、アクチュエータ５６によって付加される力を示し、これは、ウェブ１８の張力、ダンサロール２４の重量、任意の存在する粘性抵抗効果×ダンサロールの存在する並進速度Ｖp、任意の存在するバネ効果ｋf×ダンサロールの位置変化ΔＰ、及び、ダンサ質量Ｍ2×任意の時間におけるその垂直付勢力と釣り合う。
【００５５】
この教示内容を通して、「アクチュエータ」、及び、サーボモータ及びＦ＊サーボという表現が用いられる。全てのこのような表現は、ダンサロール２４に力を与える装置を意味する。このようなアクチュエータは、従来のモータ、回転電気モータ、線形電気モータ、空気圧駆動モータ等とすることができる。本出願においては、「Ｆサーボ」という表現は、特定の種類のモータを推察させるものでも暗示するものでもない。
【００５６】
アクチュエータ力Ｆサーボは、一版に、ダンサロール上の負荷の比較的一定の静的成分に応じた比較的一定の値を有する第１のほぼ静的な力成分Ｆ＊d静的を含む。ほぼ静的な力成分Ｆ＊d静的は、回転ロール２２及び２６と上部回転滑車３０及び３８との間で、静的な力＋重力に基づいて応答するダンサロール２４が作動ウィンドウ内で均衡（垂直方向）を保つように全体的な支持を提供する。ダンサロール２４が作動ウィンドウの中心域の外側にある時間が長い限り、コンピュータコントローラ７０は、従来の指令をラインシャフト駆動装置等に送り、例えば巻出装置１２とニップ７２との間の相対速度を従来の方法で調節し、このようにしてダンサロールをその作動ウィンドウのほぼ中心に戻す。
【００５７】
アクチュエータ力Ｆサーボは、任意選択的に、並進方向へのダンサロール２４の移動を開始するか又はダンサロールが移動を継続するために打ち勝つべき摩擦力に関係する力成分Ｆ＊摩擦を含むことができる。力成分Ｆ＊摩擦の値は、ダンサシステム２０の詳細に従って選択される第２の静的な力の値を含むことができる。次に、力成分Ｆ＊摩擦は、ダンサロール２４の移動する方向に応じて、アクチュエータ５６により付加される全体の力に加えられるか又は差し引かれる。
【００５８】
他の実施形態においては、力成分Ｆ＊摩擦は、ダンサロール２４の速度に応じてコンピュータコントローラにより変化させることができる。例えば、ダンサロール２４が静止している（どの方向にも移動しない）場合は、力成分Ｆ＊摩擦は、所定の方向の移動を開始するのにより大きな力を必要とする。同様に、ダンサロール２４が所定の方向に移動を開始した後は、ダンサロールの継続する動きに抵抗する摩擦の量は、ダンサロールの動きに抵抗する静止摩擦よりも小さい。従って、力成分Ｆ＊摩擦の値は、所定の方向に運動する間は減少する。コンピュータコントローラ７０は、感知した速度ＶPに応じて、ダンサロール２４を制御する上述の方程式に用いる力成分Ｆ＊摩擦の値を必要に応じて適切に変えることができる。
【００５９】
他の実施形態においては、力成分Ｆ＊摩擦は、全体的なシステムに必要な精度によっては考慮する必要がない。しかし、コンピュータコントローラ７０は、一般に、少なくとも、サーボモータにより付加される力に加えるか又は差し引くことができる定数値を保存するのに用いることができる。力成分Ｆ＊摩擦を考慮すると、一般に、ダンサシステム２０の作動が向上する。
静的な力成分Ｆ＊d静的及び力成分Ｆ＊摩擦に加えて、アクチュエータ５６は、ウェブ１８の張力外乱に応答する動的に能動的な可変力成分を作用する。可変の力成分は、静的な力成分に加えた時に、コンピュータコントローラ７０によりアクチュエータ５６に出される正味の垂直力指令を表す。アクチュエータ５６は、正味の垂直力指令を、駆動チェーン４８、駆動ケーブル２８、及び連結ブロック４５を通ってダンサロール２４に供給されるトルクＴ＊ダンサとして表す。
【００６０】
従って、ダンサロール２４の通常の受動的応答に加えて、本発明のダンサシステム２０は、質量、重力、及びウェブ張力のような静的な力に基づき、アクチュエータ５６に出力される動的制御成分を付け加える。その結果は、アクチュエータ５６によりダンサロール２４に付加される短期間の垂直力を特徴とする通常のダンサシステム応答の中断であり、これにより、ダンサロールは、受動的にのみ応答する従来のダンサシステムよりも遥かに能動的になり、遥かに頻繁かつ正確に並進速度及び並進付勢力の変化を補正する。勿論、正味の並進速度又は正味の並進付勢力は、コンピュータコントローラ７０からの出力力指令により、任意の時点で正の上向き移動、負の下向き移動、又は、正味の並進速度ゼロ及び／又は正味の並進付勢力ゼロに対応する全く移動無しとすることができる。勿論、コンピュータコントローラ７０は、可変力の値及び方向の両方、及び、正味の力Ｆ＊サーボを計算する。
【００６１】
並進付勢力Ａ＊p又は目標並進付勢力の設定値を間接的に判断するための別のシステムは、図４のブロック図のオブザーバに示されている。
図４のオブザーバ及びそれに続く他の図に示すオブザーバは、全て、ダンサシステム２０の要素の物理特性間の関係をモデル化したものである。いくつかの実施形態においては、オブザーバは、コンピュータコントローラ７０に格納されたコンピュータプログラム又はサブルーチンを含むのみである。他の実施形態においては、それぞれのオブザーバは、コンピュータコントローラ７０から分離した個別の電子回路を含むことができる。本明細書に開示する様々なオブザーバは、全て、様々なダンサシステムの異なる要素の様々な物理特性をモデル化したものである。
【００６２】
図４のオブザーバにおいては、推定付勢力Ａ＊pe（与えた力を質量で割ったもの）の目標設定値に対する方程式は、次のように規定される。
Ａ＊pe＝［ｋ1（Ｖ＊p−Ｖ＊pe）＋ｋteＩ−Ｆ＊d静的＋Ｆ＊摩擦符号（Ｖp）］／Ｍ2e
ここで、記号は以下の通りである。
ｋ1＝オブザーバゲイン、
Ｉ＝アクチュエータ電流、
ｋte＝アクチュエータトルク定数推定値、
Ｍ2e＝ダンサロール２４の推定物理質量、
Ａ＊pe＝付勢力指令推定値、目標とする正味の付勢力（測定値ではない）、
Ｖ＊pe＝ダンサロールの並進速度の推定又は目標値。
従って、推定目標付勢力Ａ＊peは、図４のオブザーバを示す上述のブロック図を用いてシステムの既知のパラメータから計算することができる。
【００６３】
同様に、図５に示すオブザーバの同様のブロック図は、以下の方程式を用いて実際の付勢力Ａpeを以下のように推定することができる。
Ａpe＝［ｋ1（Ｖp−Ｖpe）＋ｋteＩ−Ｆ＊d静的＋Ｆ＊摩擦符号（Ｖp）］／Ｍ2e
ここで、記号は以下の通りである。
Ａpe＝ダンサロールの実際の並進付勢力の推定値（測定値ではない）、及び
Ｖpe＝ダンサロールの実際の並進速度の推定値。
従って、推定実付勢力は、図５のオブザーバを用いて、システムの既知のパラメータから素早く計算することができる。
【００６４】
勿論、ダンサロールの実際の並進付勢力を判断する別の方法においては、次の方程式を用いる。
Ａpe＝［Ｖp（現在）−Ｖp（以前）］／ΔＴ
ここで、ΔＴ＝処理システム１０に対する走査時間である。
このようにして、平均実並進付勢力Ａpeも付勢力を直接測定することなく判断することができる。
【００６５】
図４及び図５に示す計算は、図６及び図７の制御プログラム流れ図及び制御ブロック図に示すシステムに組み込まれる場合は、ダンサシステム２０が、付勢力Ａp（任意）を直接測定することなく効果的に機能することを可能にする（任意選択的）。従って、ここに示す実施形態においては、付勢力計６９は、用いる処理システム及びコンピュータプログラムに依存して任意選択的要素とすることができる。
【００６６】
ダンサシステム２０を制御するのに用いられる指令シーケンスにおける情報及び指令の一般的な流れを、図６の制御プログラム流れ図に示す。指令シーケンスの段階１においては、可変パラメータＡp（いくつかの実施形態）、Ｖp、Ｐ、Ｆb、Ｆc、Ｖ2、Ｖ3、及びＩ（いくつかの実施形態）が測定される。付勢力Ａpはまた、上述の方程式に開示したように、測定する代わりにＡpeとして間接的に推定することができる。
【００６７】
段階２においては、これらの変数がコンピュータコントローラ７０内で既知の定数と組合わされ、コントローラが、ダンサロール２４の望ましい又は目標とする並進速度に対する設定値であるＶ＊pを計算する。
段階３においては、Ｖ＊pをＶpと組み合わせて走査時間ΔＴで割り、Ａ＊peの値を計算することができる。図４に示すような別の実施形態においては、オブザーバは、モータ電流Ｉ、設定値Ｖ＊p、及び、示された他の変数又は定数を用いて、上述のように目標並進付勢力を推定することができる。
【００６８】
段階４においては、計算した変数及び定数Ｆ＊d静的、Ｆ＊摩擦、Ｆc、Ｆ＊c、ｂa、ｋa、Ｖp、符号（Ｖp）、Ａp、Ａ＊p、Ｖ＊p、及びＭaを用いて、新しい指令Ｆ＊サーボを計算する。
段階５においては、新しい力指令Ｆ＊サーボがサーボ定数「ｒ」（半径）と組み合わされて、アクチュエータ５６からダンサロール２４まで駆動チェーン４８及び駆動ケーブル２８を通って出力される比例トルク指令Ｔ＊ダンサになる。
段階６においては、このシーケンスは、必要なだけ多く繰り返され、好ましくは、ウェブが受ける動的条件下でウェブ１８に現存する張力外乱を制御する応答をシステムが得るのに必要な所定のサンプリング間隔（走査時間ΔＴ又は計算頻度）で繰り返される。
【００６９】
本発明を用いる方法の第１の実施形態においては、ダンサシステム２０の主な目的は、ウェブ１８の張力外乱を軽減することである。このような張力外乱は、例えば、意図的ではないが普通に起こるダンサロール２４の下流の装置から発する振動により起こる場合がある。軸受け振動、モータ振動、及び他の同様の発生は、システムに影響を及ぼす可能性がある振動源の例である。代替的に、ウェブが処理される時に、このような張力外乱を意図的にウェブ１８上に課すことができる。このような意図的な張力外乱の例は、処理される材料ウェブ内の各タック又はひだの形成と共に生じる張力外乱を示すために本明細書において引用により組み込まれる、サビーに付与された米国特許第４、２２７、９５２号に示されている。
【００７０】
張力外乱が意図的に課されても意図せずに課されても、ウェブ１８への影響はほぼ同じである。ウェブ１８が処理システムを横行すると、ウェブは、例えば原料のロール１６とダンサシステム２０の下流の次のニップ７２との間のようなウェブのスパンに亘って測定された時に通常の張力範囲を表す平均動的張力を受ける。
張力及び他の条件は、少なくとも毎秒１回、好ましくは、少なくとも毎秒５回、更に好ましくは、少なくとも毎秒５００回、最も好ましくは、毎秒少なくとも１０００回の走査時間で感知すべきである。同様に、コンピュータコントローラ７０は、少なくとも毎秒１回、好ましくは、少なくとも毎秒５回、更に好ましくは、少なくとも毎秒５００回、最も好ましくは、毎秒１０００回、ダンサロール２４に付加される正味の力Ｆサーボを再計算することが好ましい。走査時間及び計算速度が速くなると、ダンサシステム２０のウェブ張力制御及び処理システム１０の全体的な作動特性が改善される。
【００７１】
上述のように、制御サイクルの第１の段階は、応答の可変力成分を計算するのに用いられるいくつかの変数を感知／測定するので、センサは、張力外乱に応答してそれを抑制するために、十分早期に制御すべき任意の張力外乱を感知するのに十分な頻度で変数を測定することが非常に重要である。従って、走査時間が短い（高頻度）ことは、処理システム１０の全体的な作動に重要である。
ダンサシステム２０を適切に制御するために、計算された応答は、ダンサシステムを制御するのに十分な頻度でダンサロール２４に付加されることが重要である。従って、任意の張力外乱の期間中の少なくとも５回の応答が好ましい。応答の付加を十分な頻度でもたらすために、特に、張力外乱の発生頻度にばらつきがある場合は、複数の予想外乱頻度で変数を測定して応答を与えることが好ましい。
全体として、最も重要な頻度は、図６の流れ図で段階１から段階６までが実行される頻度である。
【００７２】
本発明のダンサシステム２０は、工程ラインの任意の位置で任意のダンサロールと共に有利に用いることができる。ウェブ１８に急激な外乱がない場合は、ダンサロール２４は、従来のダンサロールのように作動することになる。その後、急激な外乱が起これば、制御システム２０が自動的に応答し、得られる張力外乱を軽減する。
第１の実施形態の制御ブロック図を示す図７を参照すると、破線の輪郭は、コンピュータコントローラ７０の内部で行われる計算を表し、得られる力出力Ｆ＊サーボは、ゼロ次ホールド（ＺＯＨ）を通してアクチュエータ５５に付加される出力である。図７は、ダンサロール付勢力Ａp、ダンサロール速度Ｖp、位置変化ΔＰ、及びダンサロール２４の下流のウェブ張力Ｆcとの間の関係を示している。ボックスの中の積分記号は、様々な感知要素間の関係を示しているだけである。
【００７３】
いくつかの実施形態においては、図７におけるようなブロック内に含まれる積分記号は、物理的積分を示す。図７及び他の図における積分ブロックは、演算増幅器又は他の別個の物理的回路、及び、入力値を積分するコンピュータコントローラ７０内のコンピュータソフトウエアルーチンを含むことができる。図７の制御ブロック図の作動は、一般的に、図６の制御プログラム流れ図、及び、図４及び図５のオブザーバにおける上述の関係に対応する。
実施形態の全てに見られるゼロ次ホールド（ＺＯＨ）は、Ｆ＊サーボの計算値を格納し、その後適切に出力するラッチを含む。同等の機能を有する他の要素で、ゼロ次ホールド要素を置換することができる。
【００７４】
能動質量ゲインと実システム質量との関係
能動質量ゲインと実質量ゲインとの間の関係は、システムが処理システム１０に慣性補正をもたらす時に役立つ。
ブロック図代数を用いてゼロ次ホールド力学を無視すると、加速ループに対する閉ループシステム方程式は、以下のようになる。
Ａp／Ａ＊p＝Ｍb／（Ｍ2＋Ｍa）
上式から、ダンサシステム２０に対する有効システム質量は、以下のようになる。
Ｍe＝Ｍ2＋Ｍa
ダンサシステム２０に対する慣性補正は、Ｍaを以下のように調節することによって得ることができる。
Ｍa＝［Ｊ2／（Ｒ2）2］−Ｍ2
ここで、記号は以下の通りである。
Ｊ2＝ダンサロールの極慣性、
Ｒ2＝ダンサロールの外側半径、及び
Ｍ2＝システム質量。
慣性補正に関して上式を解くと、ダンサシステム２０は、有効慣性補正システムとして作動することができる。本明細書においてその全内容が引用により組み込まれる、マーチンに付与された米国特許第３、６５９、７６７号は、はずみ車を用いて慣性補正を有する装置を物理的に生成する張力制御装置を開示している。
【００７５】
コンピュータコントローラ７０を用いて、本発明は、物理重量を用いることなく、ダンサシステム２０が慣性的に釣り合うようにＭaをコンピュータ制御及び調節することを可能にする。従って、本明細書に開示したシステムは、上式を用いて、コンピュータコントローラが極慣性、システム質量、又は他の条件の変化に対して調節することを可能にし、同時にダンサシステム２０を慣性補正された状態に維持する。
【００７６】
図６の制御プログラム流れ図のボックス１に示す値の全てを測定することにより、極めて正確な結果を得ることができる。しかし、以下の実施形態においては、感知することが必要な条件がより少なくて、適度に同様の結果が得られる。すなわち、他の実施形態には、破損してコンピュータコントローラ７０の出力結果を使用不能にしたり歪曲する可能性があるセンサが少ないという利点がある。従って、実施形態の全ては、感知することが必要な条件に依存して固有の利点を有する。
【００７７】
本明細書を通して、下付きの記号「ｅ」は、値が推定である場合、又は正確で精密な値が一般に得られないような方法で計算される場合を示すのに用いる。例えば、付勢力値「Ａpe」及び「Ａp」は、使用時に交換可能であると考えることができる。いくつかの実施形態においては、付勢力計センサ６９などにより値を直接測定することができ、他の実施形態においては、その値を推定することができる。説明の目的で、特許請求の範囲中のどの「Ｖpe」の出現も、そうでない旨がそこに示されない限り、「Ｖp」を含み、その逆も成り立つと考えることができる。実値及び推定値の互換性は、上述の並進速度の例に限定されない。
【００７８】
第２の実施形態
図８は、本発明の第２の実施形態のための制御プログラム流れ図を示す。この実施形態においては、段階１において、感知される変数は、ダンサ並進速度Ｖp、及びダンサロール２４後のウェブ張力Ｆｃであり、アクチュエータ又はサーボモータ電流Ｉは測定される。
段階２において、ウェブ張力導関数ｄＦce／ｄｔを計算する。１つの方法においては、平均の力の導関数は、以下の方程式を用いて推定される。
ｄＦce／ｄｔ＝［Ｆc（現在）−Ｆc（以前）］／ΔＴ
ここで、記号は以下の通りである。
ΔＴ＝走査時間、
Ｆc＝測定ウェブ張力（最も最近の以前の走査）、及び
ｄＦce／ｄｔ＝ウェブ張力の導関数。
すなわち、ウェブ張力の導関数は、システムの時間間隔又は走査時間に亘るウェブ張力の変化から単純に計算される。
【００７９】
段階３においては、上述のように、並進速度を用いて推定ダンサ付勢力Ａpeを計算することができる。同様に、モータ電流Ｉを段階１で感知した他の値と組み合わせて用い、ダンサ付勢力Ａpeを計算することができる。
段階４において、計算した変数値及び格納した定数Ｆ＊d静的、Ｆ＊摩擦、ｄＦc／ｄｔ、ｄＦ＊c／ｄｔ、Ｆc、Ｆ＊c、ｋa、Ｖp、符号（Ｖp）、Ａp、Ａ＊p、ｂa、及びＭaをそれぞれ用いて、新しいアクチュエータ力指令Ｆ＊サーボを計算する。
【００８０】
段階５において、新しい力指令Ｆ＊サーボがサーボ定数「ｒ」半径と組み合わされて、アクチュエータ５６からダンサロール２４まで駆動チェーン４８及び駆動ケーブル２８を通じて出力される比例トルク指令Ｔ＊ダンサになる。
段階６において、ウェブが受ける動的条件下でウェブ１８に現存する張力外乱を制御する応答をダンサシステム２０が得ることができる望ましいサンプリング間隔（走査時間ΔＴ又は計算頻度）で、ほぼ周期的に必要なだけ多くこのシーケンスを繰り返す。
【００８１】
第２の実施形態は、コンピュータコントローラ７０がダンサシステム２０を能動モードで作動させることを可能にし、付勢力特性を考慮しない受動システム又はダンサシステムよりも良好な結果が得られる。理解を容易にするために、図９は、図８の制御プログラム流れ図を説明する制御ブロック図を示す。
図１０は、ウェブ張力の導関数を推定するためのオブザーバを図示する。このようなオブザーバは、計算を行う別個の電子回路、又はコンピュータコントローラ７０内のサブルーチンを含むことができる。図１０のオブザーバは、オブザーバの物理的結果を示す制御ブロック図を含む。図１０の積分ブロックは、力推定値の導関数を積分し、推定ウェブ張力値を出力する演算増幅装置又はコンピュータソフトウエアルーチンを含むことができる。従って、図１０に示すオブザーバを用いて、段階２に示すウェブ張力の導関数を計算することができる。
【００８２】
図１０のオブザーバにおいては、ウェブ張力の導関数は、以下の閉ループ方程式を用いて計算される。
ｄＦce／ｄｔ＝ｋ2（Ｆc−Ｆce）＋Ｖp（ＥeＡ0e／Ｐe）
ここで、記号は以下の通りである。
ｋ2＝オブザーバゲイン、
Ｆc＝ウェブ張力、
Ｆce＝推定ウェブ張力、
Ｖp＝ダンサロールの並進速度、
Ｅe＝ウェブの弾性係数の推定値、
Ａ0e＝ウェブの断面積の推定値、及び
Ｐe＝ダンサロールの位置の推定値。
図１０のオブザーバは、ダンサシステム２０の物理特性をモデル化したものであり、ウェブ１８の正確な制御を助ける。
【００８３】
第３の実施形態
図１１は、本発明の第３の実施形態のための制御プログラム流れ図を示す。この実施形態においては、段階１において、変数であるダンサ並進速度Ｖｐ、ダンサロール２４後のウェブ張力Ｆｃ、及び、アクチュエータ又はモータ電流Ｉを測定する。
段階２において、ウェブ張力導関数ｄＦce／ｄｔを計算する。１つの方法においては、平均力導関数は、第２の実施形態で上述の方程式を用いて推定される。勿論、ウェブ張力の導関数は、第２の実施形態の図１０で上述のオブザーバを用いて推定することもできる。
【００８４】
段階３において、上述の並進速度を用いて推定ダンサ付勢力Ａpeを計算することができる。段階３の別の方法においては、段階１の他の感知した値と共にアクチュエータ電流Ｉ
を用いて、ダンサ並進付勢力Ａpeを計算することができる。勿論、いくつかの実施形態においては、付勢力計６９を用いて並進付勢力を直接測定することができる。図１２に示す付加的な要素７４は力導関数を計算するが、このような付加的な要素は、上述のオブザーバと同等と考えることができる。同様に、図１２に示す付勢力を計算するための付加的な要素７６は、上述のオブザーバ、又は、付勢力を計算又は推定するための他の手段を含むことができる。
【００８５】
段階４において、図１２の制御ブロック図に示すように、ウェブ張力誤差、ウェブ張力誤差の導関数、及びダンサ付勢力誤差は、ファジー論理制御７８に入る。ファジー論理制御７８は、図１３に示すファジー論理サブルーチンを作動させる。
ファジー論理サブルーチンは、好ましくは、コンピュータコントローラ７０に格納されて適切な時間に図１１の段階４において適切な誤差値で実行されるコンピュータソフトウエアプログラムを含む。図１３の段階１に示すように、３つの変数が、ファジー論理サブルーチンに入力される。ファジー推論は、サブルーチン段階２で発生する。サブルーチン段階３において、出力が脱ファジー化され、３つの入力信号に応答して出力指令が計算される。サブルーチン段階４において、ファジー論理サブルーチンの出力指令は、主制御プログラムに送られる。サブルーチン段階５において、サブルーチンは、主プログラムに戻る。
【００８６】
適切なサブルーチンは、信号処理技術の分野では一般に公知である。ファジー論理サブルーチンは、米国イリノイ州オークブルック所在のインフォーム・ソフトウエア・コーポレーション又は他の会社から入手可能である。
ファジー論理制御回路は、電気技術の分野では公知であり、プレンティスホール出版のコンスタンチン・フォン・アルトロック著「解明ファジー論理及びニューロファジー応用」という教科書に詳細に説明されている。しかし、本出願人の知る限り、本出願は、ダンサシステムにおけるファジー論理の唯一の開示を含むものである。
【００８７】
図１１の主制御プログラム流れ図の段階５において、ファジー論理サブルーチンからの出力を用いて、アクチュエータ５６に対する目標力指令Ｆ＊サーボが計算される。
段階６において、Ｆ＊サーボに比例するトルク指令がアクチュエータ５６に送られ、ダンサロール２４を駆動する。段階７において、図１１の制御プログラム流れ図が繰り返され、ファジー論理サブルーチンがもう一度実行されて出力指令を発生する。
ダンサシステム２０でのファジー論理のこの新しい用法は、同じ変数を感知する他のダンサシステムに比較すると、結果及び性能に優れている。従って、ファジー論理サブルーチンは、ダンサロール制御システム技術の分野でこれまで未知で認識されていなかった利点をもたらす。
【００８８】
第４の実施形態
図１４は、本発明の第４の実施形態のための制御流れ図を示す。この実施形態においては、段階１において測定又は感知される変数は、ダンサ並進速度Ｖp、及び、アクチュエータ又はサーボモータ電流Ｉのみである。
段階２において、ダンサ付勢力Ａpeは、上述の以下の方程式を用いて、オブザーバにより計算又は推定することができる。
Ａpe＝［ｋ1（Ｖp−Ｖpe）＋ｋteＩ−Ｆ＊d静的−Ｆ＊摩擦符号（Ｖp）］／Ｍ2e
このように推定したダンサ付勢力は、上述のように、測定入力値としてダンサ並進速度Ｖp及びサーボモータ電流Ｉのみを用いて、オブザーバにより計算される。他の要素の全ては、定数又は並進速度Ｖpから計算した値である。
【００８９】
段階３において、本明細書に示す方程式を用いて、新しい力成分Ｆ＊サーボを推定する
。段階４において、ゼロ次ホールド（ＺＯＨ）を通じて、Ｆ＊サーボに比例する新しい出力トルク指令をアクチュエータ５６に出力する。アクチュエータ５６は、ほとんどの実施形態においては、サーボモータ制御信号を受け取り、ダンサロール２４に付加される力を制御するためのサーボモータを含む。
上述の値、Ａpe及びＶpから計算したＡ＊pe及びＶ＊pe、及び、図１５の制御ブロック図に示す他の定数又は値を用いて、図１４及び図１５の実施形態は、ダンサシステム２０を作動させる。このようなシステムは、クーロン及び粘性摩擦、更に付勢力も能動的に補正し、質量の影響を能動的に打ち消す。その結果は、質量及び抵抗からの動的影響のない実質的に純粋なウェブ張力である。ダンサロール２０は、依然として極慣性を有し、それは、補正されてはいないが最小限にすることができる。例えば、極慣性は、ダンサロール２４の質量及び／又は半径を低減することにより最小限にすることができる。
【００９０】
第５の実施形態
本発明の第５の実施形態は、ダンサ並進位置Ｐを用いてアクチュエータ５６に対する力指令を発生するのを助ける実施形態を含む。図１６の制御プログラム流れ図の段階１に示すように、ダンサ並進位置Ｐ、ダンサロール２４後のウェブ張力Ｆc、及び、アクチュエータ又はサーボモータ電流Ｉが、周期的に測定又は走査される。測定値は、コンピュータコントローラ７０に入力される。
図１６の図式の段階２においては、測定値を用いて、ウェブ張力の導関数ｄＦc／ｄｔを次に計算する。ウェブ張力ｄＦc／ｄｔの導関数は、先に第２の実施形態で示した現在及び以前のウェブ張力を用いて計算又は推定することができる。
【００９１】
段階３においては、ダンサ速度Ｖpを計算する。このような計算には、位置センサの各走査間の時間中の位置Ｐの変化を用いることができる。また、ダンサ速度Ｖpeは、図１７に示すオブザーバを用いて計算することもできる。図１７のオブザーバは、別個の物理回路とすることができ、又は、コンピュータコントローラ７０において示したコンピュータプログラムのモデルとすることもできる。オブザーバは、位置誤差にオブザーバゲインｋ3を掛けることを除いて本明細書に開示した先のオブザーバと同様に機能する。方程式の他の項及びそれらの関係は、本明細書に示す上述の説明から既知である。段階４の推定並進付勢力Ａpeの積分は、推定並進速度Ｖpeを計算する。同様に、推定並進速度Ｖpeを積分して、推定並進位置Ｐを生成する。
【００９２】
段階５において、アクチュエータ５６に対する力指令は、本明細書に列挙された上述の方程式を用いて計算する。
段階６において、Ｆ＊サーボに比例するトルク指令をアクチュエータ５６に出力する。
段階７において、所定の頻度又は走査時間で、上述の段階ルーチンを再び繰り返す。
【００９３】
図１６のボックス５内の力指令方程式に用いるために、Ａ＊pの値をゼロに等しくすることができ、本明細書に開示したようなオブザーバを用いて値を計算することもできる。
図１８は、図１６の制御プログラム流れ図に対応する制御ブロック図を示す。この制御ブロック図は、制御システム及びセンサの作動を示す。この第５の実施形態は、コンピュータコントローラ７０が能動モードでダンサシステム２０を作動させて、受動ダンサシステム又は付勢力特性を考慮しない能動ダンサシステムよりも良好な結果を得ることを可能にする。
【００９４】
第６の実施形態
図１９は、本発明の第６の実施形態のための制御流れプログラムを示す。この実施形態の段階１において、測定又は感知した変数は、ダンサ並進位置Ｐ、及び、アクチュエータ又はサーボモータ電流Ｉである。
段階２において、上述の方程式又は以下の方程式を用いて、ダンサ並進速度Ｖpeを計算又は推定する。
Ｖpe＝［Ｐ（最新）−Ｐ（以前）］／ΔＴ
同様に、ダンサ並進速度Ｖ＊peに対する目標設定値も、アクチュエータ又はサーボモータ電流Ｉ、及び位置Ｐに応じて、先に図１７で示したオブザーバを用いて計算することができる。
【００９５】
段階３において、先に計算した値であるＶ＊pe及びＶpeを用いるか、又は、アクチュエータ又はサーボモータ電流Ｉを用いるオブザーバを含む他の方法を用いて、ダンサ並進付勢力Ａpを計算することができる。
段階４においては、図に示す方程式を用いて、新しい目標力指令Ｆ＊サーボを推定する。段階５において、ゼロ次ホールド（ＺＯＨ）を通じて、Ｆ＊サーボに比例する新しい指令をアクチュエータ５６に出力する。アクチュエータ５６は、力信号を受け取り、ダンサロール２４に付加される力を制御する。段階６においては、次のサンプリング間隔で前の段階を繰り返す。
【００９６】
段階４の力指令方程式で用いるために、Ａ＊p及びＶ＊pの値は、本明細書に開示したようなオブザーバにより計算することができる。
本実施形態は、アクチュエータ電流Ｉ及びダンサ並進位置Ｐのみを感知すればよいという利点を有する。従って、本実施形態は、より多くのセンサを有する他の実施形態よりも作動及び保守が簡単である。しかも、本実施形態は、速度及び付勢力を用いて、他の能動ダンサシステム２０よりも改善された結果をもたらす。
【００９７】
第７の実施形態
第７の実施形態は、図２１の制御プログラム流れ図に示されている。この実施形態においては、ウェブ張力Ｆc、及び、アクチュエータ又はサーボモータ電流Ｉのみが測定された変数である。この手法は、測定したウェブ張力が制御の必要がある変数であり、従って、好ましくは感知すべき変数であるために魅力的である。
図２２のオブザーバは、ウェブ力が、実際に位置の変化ΔＰであるウェブ撓みに関係するという認識に由来する。オブザーバは、本明細書で説明する全ての場合におけるように、物理的システムのモデルであると考えることができる。従って、ウェブ力の導関数は、速度Ｖpに関係し、力の二次導関数は、付勢力Ａpに関係する。
【００９８】
オブザーバ出力Ｆceは、実際の物理的に測定した状態、この場合はウェブ張力Ｆcに対応し、これが、オブザーバの閉ループコントローラに入力される。物理的に測定した状態の値は、推定値と比較され、その誤差にコントローラゲインｋ3が掛けられる。コントローラゲインは、何ら直接的な物理的意味を持たない。しかし、コントローラゲインは、力／誤差単位の単位を有する。全体の力である静的及び可変力成分の両方は（先の実施形態のように）、システム質量Ｍ2eの推定値で割算される。その結果は、付勢力Ａ＊peの推定値である。推定付勢力を積分して、速度の推定値を得る。速度の推定値を積分して、ウェブ撓みの推定値を得る。推定ウェブ撓みにウェブ特性推定値を掛けて、推定張力Ｆceを得る。
【００９９】
この処理は、閉ループ制御が推定ウェブ張力Ｆceを実際に測定したウェブ張力Ｆcに強制的に収斂させるまで継続される。アクチュエータ電流Ｉは、付勢力に正比例するモータ作動力に直接関係するので、オブザーバの指令フィードフォワード部分は、非定常状態で作動中のオブザーバの精度を改善する。このオブザーバにおいては、アクチュエータ電流Ｉの測定値にモータトルク定数Ｋteの推定値を掛け、力に比例する値が得られる。この値をオブザーバの誤差部分で計算した力に直接加える。すなわち、誤差が蓄積するのを待つのとは対照的に、作動力の変化がウェブ張力の推定値を直ちに変化させるために動的精度が改善する。
【０１００】
段階１において、ウェブ張力Ｆc及びサーボモータ電流Ｉは、上述のように測定される。
段階２において、ウェブ張力の導関数ｄＦce／ｄｔを先に第２の実施形態で開示したように計算することができる。それ以外に、ウェブ張力の導関数は、図２２に示すオブザーバを用いて計算することもできる。オブザーバは、コンピュータ７０内のソフトウエアで実行することができ、又は演算増幅器を用いることにより実行することもできる。図２２に示すように、出力する力をシステムの推定物理質量Ｍ2eで割り、段階４で必要なダンサ付勢力Ａpeを計算する。同様に、図２２の記号「∫」によって指定されたソフトウエア又は演算増幅器で付勢力値を積分し、段階３で示したように推定速度を得る。最後に、以下の方程式を使用する。
ｄＦce／ｄｔ＝Ｖpe［（ＥeＡ0e）／Ｐe］
このようにして、オブザーバは、図２２に示すようにＦceを含む必要な値の全てを計算することができる。
【０１０１】
段階５において、方程式をＦ＊サーボについて解き、段階６において、この力の値は、アクチュエータ５６により駆動ダンサロール２４に付加される。必要に応じて、上述の方法で付加的な変数を計算する。図２３は、図２１の制御プログラム流れ図のための制御ブロック図を示しており、これは、Ａpc及びＦceのような多くの計算値をより良く説明している。
段階５の力指令方程式に用いるために、Ａ＊p及びＶ＊pの値は、先に本明細書で開示したようにオブザーバによって計算することができ、又は、必要に応じてゼロに事前設定することもできる。
段階６において、Ｆ＊サーボに比例する新しいトルク指令は、ゼロ次ホールド（ＺＯＨ）を通してアクチュエータ５６に出力される。
【０１０２】
段階７において、図２１の流れ図を繰り返し、ウェブ張力Ｆc及びサーボモータ電流Ｉのサンプリングが再び行われる。ここでもまた、アクチュエータ５６は、ダンサロール２４に付加される力Ｆ＊サーボを再調節して、ウェブ張力Ｆcを一定の値に維持する。
結論として、第７の実施形態は、ウェブ張力及びサーボ電流のみを感知する一方で、速度及び付勢力の変化を考慮して改善されたウェブ張力を維持するダンサシステム２０を開示する。２つの変数のみを感知することにより、例えば第１の実施形態よりも配線及び他の構成を遥かに単純にすることができる。
【０１０３】
第８の実施形態
第８の実施形態においては、第７の実施形態におけるように、測定する必要がある変数は、ダンサロール２４後のウェブ張力Ｆc及びサーボモータ電流Ｉのみである。しかし、第７の実施形態と異なり、力指令Ｆ＊cの導関数を計算する必要がない。図２４の制御プログラム流れ図は、第８の実施形態におけるダンサシステム２０の作動を示す。
段階１において、ダンサロール２４後のウェブ張力Ｆc及びサーボモータ電流Ｉの値を測定する。
段階２において、図２５に示すオブザーバは、並進速度Ｖpeを計算する。
【０１０４】
段階３において、オブザーバは、ダンサロール２４の並進付勢力Ａpeを計算する。勿論、第３及び第２の段階を逆の順序で計算することもできる。図２５のオブザーバは、上述のオブザーバと同様の方法で機能する。
段階４において、新しい力指令Ｆ＊サーボは、先に計算した値、及び、先にアクチュエータ５６により付加されてモータ電流Ｉから導かれた力を用いて計算される。力を計算する方程式を第４段階のブロックに示す。更に、図２６の制御ブロック図はまた、ダンサシステム２０に付加される力の全てを示している。
【０１０５】
段階４の力指令方程式に用いるために、Ａ＊p、Ｆ＊c、及びＶ＊pの値は、先に本明細書に開示したようにオブザーバによって計算することができ、又は、必要に応じてゼロ又は別の予め選択した値に事前設定することもできる。
段階５において、新しいトルク指令がアクチュエータ５６に出力される。段階６において、次の走査時間又は間隔で処理が反復される。
第８の実施形態は、ウェブ力が、実際に位置の変化ΔＰであるウェブ撓みに関係することを認識している。ΔＰは、ウェブの伸長によるダンサ位置の変化を表す。従って、力の導関数は、ウェブ伸長速度に関係する。
【０１０６】
オブザーバは、閉ループコントローラに連結したダンサシステム２０のモデルとして作動する。ダンサロール２４の作動点の位置Ｐが本質的に一定であり、ウェブが決して弛まないと仮定すれば、Ｖp＝ΔＶp（ウェブの伸長による速度）であり、Ａp＝ΔＡp（ウェブの伸長速度の変化率）であると仮定することができる。このモデルの出力であるＦceは、ウェブ張力に対して実際に物理的に測定された状態に対応し、これは、図２５に示すようにオブザーバの閉ループコントローラに入力される。物理的に測定された状態の値Ｆcは、推定値と比較され、その誤差にコントローラゲインｋ3が掛けられる。コントローラゲインｋ3は、直接的な物理的意味は持たないが、力／誤差単位の単位を表す。図２５のオブザーバに示すように、推定速度Ｖpeを積分して、ウェブ撓みΔＰの推定値を得る。次に、ΔＰに図２５に示すウェブ特性を掛けて、推定ウェブ張力Ｆceを計算する。上述の段階は、閉ループ制御が推定ウェブ張力を強制的に測定ウェブ張力に収斂させるまで継続される。オブザーバの指令フィードフォワード部分により、非定常状態で作動中のオブザーバの精度が向上する。
【０１０７】
アクチュエータ又はモータ電流Ｉは、ダンサロール２４に付加されるモータ作動力又は力に直接関係する。図２４〜図２６の実施形態においては、モータ電流の測定値にモータトルク定数Ｋteの推定値を掛けて力に比例する値を得る。この値は、オブザーバの誤差駆動部分で計算された力に直接加えられる。指令フィードフォワードは、誤差が蓄積されて推定値を変化させるのを待つのとは対照的に、作動力又は力の変化がウェブ張力推定値Ｆceを直ちに変化させるので動的精度を改善する。従って、指令フィードフォワードは、オブザーバシステムが速く収斂することができるように、検出した変数を直ちに関連の制御変数（Ｆce）に供給することであると定義することができる。
【０１０８】
第９の実施形態
第９の実施形態においては、第８の実施形態よりも多くの変数を測定する。しかし、この実施形態は、第１の実施形態の全ての利点を有し、しかも測定変数は３つ少ない。第８の実施形態に用いてこの第９の実施形態でも用いる図２５の専用の状態オブザーバを加えると、ΔＰ、Ｖpe、及びＡpeを正確に推定することができる。従って、センサ及びハードウエア要件が少ないシステムで、第１の実施形態の精度を実質的に維持することができる。
【０１０９】
図２７の制御プログラム流れ図に示す段階１において、ダンサロール２４前のウェブ張力Ｆb、ダンサロール２４後のウェブ張力Ｆc、ウェブ速度Ｖ2、ウェブ速度Ｖ3、及び、アクチュエータ又はサーボモータ電流Ｉの値を測定する。
段階２において、図２５に示すオブザーバは、並進付勢力Ａpeを計算する。
段階３において、オブザーバは、先に計算した並進付勢力の値を積分することによって並進速度Ｖpeを計算する。
段階４において、図２７に示す変数Ｖ2、Ｖ3、及びＦcを含む方程式を用いて望ましい目標並進速度Ｖ＊peの設定値を計算する。
【０１１０】
段階５において、オブザーバは、設定値として作用する望ましい目標並進付勢力Ａ＊peを計算する。
段階６において、先に計算した値、及び、アクチュエータ５６により付加されてモータ電流Ｉから導かれた力を用いて、新しい力指令Ｆ＊サーボを計算する。力を計算するための方程式は、段階６のブロック内に示されている。図２８は、図２７のブロック６内の方程式を基本的に表す制御ブロック図を示している。
段階７において、新しいトルク指令がアクチュエータ５６に出力される。段階８において、次の走査時間又は間隔で処理が反復される。
【０１１１】
変動張力実施形態
上述の実施形態は、ウェブの張力外乱の軽減に関するダンサシステム２０の使用を説明している。その結果生じる使用法として、ダンサシステム２０は、一時的な制御張力外乱を意図的に作り出すのに用いることができる。例えば、「ＬＹＣＲＡ（登録商標）」ストランド又はスレッド（米国デラウェア州所在のデュポン・コーポレーション）を、例えば下のウェブと上のウェブとの間のニップで衣類に組み込む工程においては、「ＬＹＣＲＡ」を各衣類に組み込む時にその張力を増大又は減少させることが有利になる可能性がある。本発明のダンサシステム２０は、「ＬＹＣＲＡ」の張力のこのような短期間の変動を達成することができる。
【０１１２】
図２を参照して、「ＬＹＣＲＡ」（図示せず）がニップ７２で加えられると仮定すると、アクチュエータ５６からの力を入力することにより、ウェブの張力を一時的に減少又は消失させて、ダンサロール２４の急激かつ一時的な下向き移動を引き起こすことができ、続いて、張力を増大させるダンサロールの対応する上向き移動が引き起こされる。同様に、アクチュエータ５６からの力を入力することにより、張力を一時的に増大させて、ダンサロール２４の急激かつ一時的な上向き移動を引き起こすことができ、続いて、張力を減少させる対応するその下向き移動が引き起こされる。このような張力を増大及び減少させるサイクルは、本発明のダンサシステム２０を用いて、２００回を超えて、例えば毎分３００回まで又はそれ以上繰り返すことができる。
【０１１３】
例えば、張力を急速かつ一時的にゼロに減少させるためには、コンピュータコントローラ７０が指令を送り、アクチュエータ５６は、張力を減少又は消失させるべき短期間の間にダンサロール２４に一時的な並進運動を課すように作用する。突然の並進移動の距離は、張力弛緩の量、及び弛緩の持続時間に対応する。適切な時間に、ダンサロール２４をアクチュエータ５６により再び確実に上昇させて、ウェブ張力を相応に増大させる。このような周期的な作動により、ダンサロール２４は、定期的かつ間欠的に高レベル及び低レベル（例えば、実質的にゼロ）の張力を交互にウェブ１８に課すことができる。
【０１１４】
先に開示した実施形態の全ては、ウェブ張力の変動を意図的に引き起こす効果をもたらすのに利用することができる。しかし、安定で一定の目標ウェブ張力Ｆ＊c又は設定値を有する実施形態が最も効果的である。ウェブ張力Ｆ＊cに望ましい値は、好ましくは時限式設定パターンの一部として周期的に変動させて、サビーに付与された米国特許で以前に開示されたひだを形成することができ、又は、ウェブ１８の特定位置で「ＬＹＣＲＡ」の張力を変動させることもできる。
【０１１５】
ここで図２９〜図３１を参照すると、上述のように単一ダンサロールの速度及び付勢力の両方を制御する能動駆動装置をフェスツーンにも応用することができ、このフェスツーンが、協働する関係で連結することにより互いにまとめられた複数のこのようなダンサロールを実質的に表す。すなわち、図２９を参照すると、フェスツーンシステム１１０は、フェスツーンの前後にそれぞれ固定装着された下部取入れ及び取出しロール１２２及び１２６を用いる。フェスツーン自体は、連結装置１２７によって互いにまとめられた複数の上部フェスツーンロール１２４Ａ、１２４Ｂ、及び１２４Ｃ（少なくとも２つのロール）、及び少なくとも１つの固定装着された下部フェスツーンロール１２５を含む。上部フェスツーンロールは、１つ又は複数の下部フェスツーンロール１２５と対応する上部回転滑車との間に形成された作動ウィンドウ内で、滑車３０及び３８として図２に示す無限ケーブルシステムに沿って垂直方向に上下に移動する。
【０１１６】
実際に、このフェスツーンシステムは、図２のダンサロールシステムに類似しており、図２のダンサロールシステムと図２９〜図３１のフェスツーンシステムとの間の主な違いは、ウェブ制御システムとしてのフェスツーンを横切る際にウェブが通るロールの数である。従って、例えば、図２９〜図３０に示すフェスツーンは、３つの上部フェスツーンロール１２４Ａ、１２４Ｂ、及び１２４Ｃと、２つの下部フェスツーンロール１２５Ａ及び１２５Ｂとを含む。従って。フェスツーン１１０を横行するウェブは、ウェブがロール１２２でフェスツーンに入り、ロール１２６でフェスツーンを出る間に６つの垂直経路を横切る。これと対照的に、ダンサロールは、その定義から、２つの垂直経路のみに沿ってウェブを横行するように制限されている。フェスツーンシステムを用いると、垂直経路の数は、単にこのような長さが従来のフェスツーンシステムにおいて制限されたであろう範囲まで制限される。このような長さは、（ｉ）フェスツーンロールの数を変化させること、又は（ｉｉ）作動ウィンドウの高さを変化させることのいずれか又は両方により変化させることができる。
【０１１７】
図２９を参照すると、全ての上部フェスツーンロールは、図２の駆動チェーン２８に対応する駆動チェーンによって駆動される時に垂直経路に沿って共に移動するために連結装置１２７によって互いにまとめられ、一方、下部フェスツーンロール１２５は、ウェブ１８がこのような下部ロールの上を容易に通過するように自由に回転するが、垂直方向には静止したままである。従って、ここで図２及び図２９を共に参照すると、図２においてケーブル２８によってダンサロール２４に作用する揚力又は下向きの力は、図２９及び図３０において、連結装置１２７により上部フェスツーンロール１２４Ａ、１２４Ｂ，及び１２４Ｃ間に等しく分割される。図２に関連して詳細に示すサーボ力の残り全ての成分は、フェスツーンシステムに付加され、同時に、全ての外部の力を上部フェスツーンロールに等しく分割し、それぞれの上部フェスツーンロールのそれぞれの質量及び摩擦の寄与、及び、下部フェスツーンロールの摩擦成分が追加される。
それに加えて、ダンサロールに対して示した上述の方程式の全ては、フェスツーンに掛かる垂直力をそれぞれの上部フェスツーンロールに分割することにより、フェスツーンシステムに適用することができる。
【０１１８】
上部回転滑車に隣接するウィンドウの最上部と１つ又は複数の下部回転ロールに隣接するウィンドウの底部とに対する作動ウィンドウ内の上部フェスツーンロールの位置は、図２のようなそれぞれの位置変換器により感知される。垂直成分を有するほぼ静的な力が、図３の空気シリンダに対応する空気シリンダにより、上部フェスツーンロールのためのフェスツーン支持システムにもたらされる。ダンサロールに対して上述のように、連結装置１２７には、コントローラ７０によって可変力が付加される。
【０１１９】
処理取上げ速度が、原材料のウェブがフェスツーンに供給される速度を超える限り、フェスツーンに掛かる静的な力により、上部フェスツーンロールは、作動ウィンドウ内で共に下向きに移動する。フェスツーンロールが下向きに移動すると、位置の変化が位置変換器により感知され、これが、巻出モータに補正信号を送り、巻出しの速度を増大させる。巻出し速度は、フェスツーンロールをその作動ウィンドウ内の中点に戻すのに十分なほど増大される。
【０１２０】
同様に、取上げ速度が、ウェブ材料がフェスツーンに供給される速度に遅れると、フェスツーンに掛かる静的な力により、上部フェスツーンロールが作動ウィンドウ内で上向きに移動する。フェスツーンロールが上向きに移動すると、位置の変化が位置変換器により感知される。フェスツーンロールが作動ウィンドウの中点よりも上に上がると、位置変換器は、対応する補正信号を巻出モータに送り、巻出しの速度を減少させて、それによって上部フェスツーンロールを作動ウィンドウ内の中点に戻す。
いずれの場合も、補正速度変化は、巻出し部ではなく取上げニップで起こすこともできる。しかし、巻出し部での速度変化の方が一般的には簡単なために好ましい。
【０１２１】
次に、図２のダンサシステムと図２９のフェスツーンシステムとの違いを示すために、図２９も共に参照しながら、作動制御システムの全体的な構成を見るために図２を参照する。図２は、全体的なシステムを示す。図２９は、図２のダンサロールをフェスツーンで置換したものを示している。このように交換は、本明細書に説明した駆動システムに関連して正常に機能する。このような駆動システムにおいては、速度及び付勢力を能動的に制御することにより、ウェブ制御システム／フェスツーンシステム１１０は、ウェブ張力の制御に対する影響に関して、フェスツーンシステム／ウェブ制御システムの質量が存在しないかのように作動する。
フェスツーンのための制御システムは、複数のフェスツーンロール間で、すなわち、ウェブの垂直ストランドの数に従って外部力を分割することを考慮するように適切に修正した、ダンサシステムに対して示された全ての方程式を含む。
【０１２２】
図２９を参照すると、フェスツーンシステムにおいて、ウェブ材料は、例えば巻出し部１２Ａで親ロールから巻き出される。ウェブ１８は、ニップロール１３２及び１３４間に形成される第１のニップを通過する。ウェブ１８は、全て、ウェブ１８を裁断するために必要に応じて起動することができるナイフステーション１３６を矢印１４２で示す方向に通過し、ウェブのそれぞれの長さを互いにテープで止めるために必要に応じて起動することができるテーピングステーション１３８を通過し、回転ロール１４０を通過する。次に、ウェブは、回転ロール１２２でフェスツーンシステムに入り、回転ロール１２２を通過し、そこからフェスツーン自体に入る。フェスツーン１１０は、上部フェスツーンロール１２４Ａ、１２４Ｂ、及び１２４Ｃ、下部フェスツーンロール１２５Ａ及び１２５Ｂ、及び連結装置１２７を含む。ウェブ１８は、回転ロール１２２でフェスツーンに入り、回転ロール１２６でフェスツーンを離れ、回転ロール１２６を離れる時にフェスツーンシステムから出て行く。フェスツーンは、ロール１２２及び１２６間で、コントローラ７０と共にウェブ張力及びフェスツーン内に滞留したウェブの長さの両方を制御する。フェスツーンシステムを出ると、ウェブは、第２のニップ１５６を形成する第２の組のニップロール１５２及び１５４を通過する。第２のニップ又はその均等物は、フェスツーンが作動可能であるウェブの部分及び工程ラインの部分を形成するために必要である。
【０１２３】
複数の上部フェスツーンロールを用いることにより、フェスツーンは、対応するダンサロールの複数倍の滞留容量を形成する。ダンサロールに関して上述したのと同じやり方でフェスツーンを制御することにより、このフェスツーンは、ダンサロールの張力制御機能及びフェスツーンの滞留機能の両方を得るために用いることができる。
フェスツーンは、通常、所定の垂直経路に沿う上部フェスツーンロールの垂直移動に対してフェスツーンをバイアスさせるのに一定の静的な力のみを用いるが、フェスツーンは、ダンサロールに関して上述したような能動的力成分を用いることにより、付加的な滞留容量にも関わらず、上述の能動ダンサのような機能で応答する。
【０１２４】
フェスツーン連結装置１２７は、図２のダンサロールの端部３２及び４０の装着のように、上部フェスツーンロールの相対する端部上のケーブル２８に装着される。駆動ケーブル２８は、回転滑車の周りに同じように装着され、アクチュエータ５６に連結され、コントローラ７０により同様にモニタされて制御される。しかし、サーボの力Ｆサーボは、付加的な回転ロールを反映するように修正される。これに関して図３０を参照することができる。すなわち、方程式は以下のようになる。
Ｆサーボ＝Ｆb＋Ｆi＋Ｆii＋Ｆiii＋Ｆiv＋Ｆc＋Ｖpｂt＋Ｍg＋ＫtΔP＋ＭＶp
ここで、ＭＶp＝システム質量×速度変化である。
【０１２５】
図２９は、作動ウィンドウの最上部での上部フェスツーンロールを示しており、破線でウィンドウの中点を示している。一般的な定常状態作動においては、上部フェスツーンロールは、作動ウィンドウの中点付近に配置される。小さな外乱が起こると、フェスツーンは、ダンサロールのように機能し、これによって上部フェスツーンロールの垂直方向位置が小さく変化し、位置センサが、位置変化のコントローラに信号を送る。コントローラは、上部フェスツーンロールを中点位置に戻すために、適切な駆動速度変更を信号で送る。
【０１２６】
大きいが一時的な外乱が起こると、それが予測されるか否かに関わらず、フェスツーンは、更にフェスツーンのように作動し、それにより、ウェブの入出速度が再び均衡する時まで、上部フェスツーンロールが作動ウィンドウ内で大きく動いて、滞留されたウェブ材料を繰り出すか又は更にウェブ材料を滞留させる。このような大きいが一時的な外乱の例は、巻出し部での新しいウェブ供給ロールと空のウェブ供給ロールとの交換である。すなわち、図２９のように、空の供給ロール巻出し部１２Ａは、充填された供給ロール巻出し部１２Ｂの側に示されている。
【０１２７】
使用済みロールと新しいロールのウェブ材料間で組み継ぎする場合は、ニップ１３０を通してナイフ１３６及びテープアプリケータ１５０まで両方のウェブを送る。組み継ぎされるウェブ部分が共にナイフ及びテープアプリケータに近づくと、巻出し駆動速度は、停止するようになっている。ウェブが停止するとすぐに、ナイフが作動されて消耗されたウェブが巻出しスタンドから裁断され、テープアプリケータが、消耗ウェブの末端を巻出し部１２Ｂから供給される新しいウェブの先端にテープで添付する。裁断及びテープ付け作動が完了するとすぐに、巻出しアクチュエータが再始動され、それによって処理作動が再開される。この間、滞留されたウェブ材料は、組み継ぎが行われている間も下流側作動の継続を維持するために、フェスツーン１１０から第２のニップの下流にある工程ラインの下流側作動に供給される。
【０１２８】
ウェブを停止させ、消耗ウェブを裁断し、２つのウェブをテープで付けるのに掛かる合計時間は、数秒以内とすることができる。既知の停止速度及び時間、通常の作動速度を再開するための始動速度及び時間、及び停止中の時間を適用することにより、組み継ぎ実行中に工程ラインの残りに沿ってウェブ材料の処理を継続することができるように、フェスツーン内に滞留されるべきウェブ材料の長さを計算することができる。図３１は、このような計算を示しており、図中の記号は以下の通りである。
ｔd＝減速時間、
ｔs＝停止中の時間、及び
ｔa＝加速時間。
図３１の曲線で影をつけた面積は、このような停止が為される間に処理作動の作動を継続するためにフェスツーン内に滞留されるべきウェブ１８の長さを規定する。他の工程を設けることもでき、それによってフェスツーンの大きさは、フェスツーンを用いることが期待される最も過酷な外乱に従って設計される。
【０１２９】
速度及び付勢力の両方を能動的に制御するために、本明細書で教示したように駆動及び制御されるフェスツーンをこのように用いることにより、フェスツーンを張力制御及び滞留機能の両方をもたらすように作動させることができる。従って、フェスツーンは、ダンサロールを用いることなくウェブ部分に用いることができるが、このような付勢力及び速度制御なしにおいては、張力を制御するのにダンサロールが必要であり、滞留機能をもたらすのに別々の個別フェスツーンが必要である。
【０１３０】
ここで、当業者には、図示の実施形態に関して本明細書で開示した本発明に対して、本発明の精神から逸脱することなくいくつかの変更を行うことができることが分るであろう。また、本発明は、好ましい実施形態に関して説明したが、本発明が多くの再構成、修正、及び変更に適応し、全てのこのような構成、修正、及び変更は、特許請求の範囲に含まれるものとすることが理解されるであろう。
特許請求の範囲が手段及び機能的用語を用いる範囲において、本明細書に開示された実施形態に示すものと構造的に同等でないいかなるものも特許請求の範囲又は本明細書に含まないものとする。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】巻出ステーションに隣接する従来のダンサロールを示す従来の処理作動の一部の描写図である。
【図２】巻出ステーションに隣接する能動ダンサロールの第１の実施形態の描写図である。
【図３】ダンサロールに作用する力を示す自由物体示力図である。
【図４】ダンサロールの目標とする並進付勢力の設定値を計算するオブザーバのための制御ブロック図である。
【図５】ダンサ並進速度指令からダンサロールの並進付勢力を計算するオブザーバのための制御ブロック図である。
【図６】能動ダンサシステムの第１の実施形態のための制御システムを表すプログラム制御流れ図である。
【図７】図６の制御流れ図のための制御ブロック図である。
【図８】能動ダンサシステムの第２の実施形態のための制御プログラム流れ図である。
【図９】図８の制御流れ図のための制御システムブロック図である。
【図１０】図８〜図９の実施形態に対するウェブ張力の導関数を計算するオブザーバの制御ブロック図である。
【図１１】能動ダンサシステムの第３の実施形態のための制御プログラム流れ図である。
【図１２】図１１の制御流れ図のための制御システムブロック図である。
【図１３】図１１の制御プログラム流れ図に用いるためのファジー論理サブルーチンを示す図である。
【図１４】能動ダンサシステムの第４の実施形態のための制御プログラム流れ図である。
【図１５】図１４の制御流れ図のための制御ブロック図である。
【図１６】能動ダンサシステムの第５の実施形態のための制御プログラム流れ図である。
【図１７】図１６の実施形態に対する感知位置から並進速度及び付勢力を計算するオブザーバのための制御ブロック図である。
【図１８】図１６の制御プログラム流れ図のための制御ブロック図である。
【図１９】能動ダンサシステムの第６の実施形態のための制御プログラム流れ図である。
【図２０】図１９の制御プログラム流れ図のための制御ブロック図である。
【図２１】能動ダンサシステムの第７の実施形態のための制御プログラム流れ図である。
【図２２】図２１の実施形態に対するウェブ張力導関数、並進速度、及び並進付勢力を計算するオブザーバのための制御ブロック図である。
【図２３】図２１の制御プログラム流れ図のための制御ブロック図である。
【図２４】能動ダンサシステムの第８の実施形態のための制御プログラム流れ図である。
【図２５】ウェブ張力からダンサ並進速度及び付勢力を計算するオブザーバのための制御ブロック図である。
【図２６】図２４の制御プログラム流れ図のための制御ブロック図である。
【図２７】能動ダンサシステムの第９の実施形態のための制御プログラム流れ図である。
【図２８】図２７の制御プログラム流れ図のための制御ブロック図である。
【図２９】張力の制御及び連続ウェブの長さの滞留の両方に用いられるフェスツーンを示す、巻出ステーションに隣接した例示的側面図である。
【図３０】図２９のようなフェスツーンに作用する代表的な力を示す、図３と同様の例示的な自由物体示力図である。
【図３１】下流側外乱の間にフェスツーンから引き出され、その後補充されるウェブの長さを示すグラフである。
【符号の説明】
【０１３２】
１８  連続ウェブ
１１０  フェスツーンシステム
１２２  下部取入れロール
１２４Ａ、１２４Ｂ、１２４Ｃ  上部フェスツーンロール
１２５  下部フェスツーンロール
１２６  下部取出しロール
１２７  連結装置
１３２、１３４、１５２、１５４  ニップロール
【図１】
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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】
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【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】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図３０】
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【図３１】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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