JPS5830872B2 - 自動テ−プ巻付機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は直線状の長尺な物体はもちろんのこと、曲げ
加工をほどこした長尺の物体にもテープ状の材料を巻付
けることができる新規な自動テープ巻付機に関するもの
である。

従来、全長において大体同−断面を示す長尺の物体を複
雑な形状に曲げ加工をほどこした巻付対象物にテープを
巻付ける作業はその大部分を人力にたよっており、自動
化機械が使われていたのは、はとんど直線部であり、形
状の単純なものに限られていた。

また、一部では巻付対象物にテープ巻付機を取付けて作
業者がその巻付機の方向をコイルの方向と一致するよう
に保ちながら巻付ける形式のものであった。

このように、従来はテープ巻付機に自動テープ巻付機と
いわれるようなものは一般化されていなかった。

しかし、近時数値制御による工作機械制御システムの進
歩により、この制御システムをテープ巻付機に応用する
ことが予想される。

そこで、数値制御式工作機械の運用の手順について簡単
に説明する。

まず、加工対象物の加工指定図面より、その加工機の機
構要素が走行しなければならない軌跡を表現する数式（
例えは直線であれば一次式でよく、曲線であれば高次式
となる）、または座標の点として数点を読取る。

次に、これを大形電子計算機に入力して前記の軌跡を数
分の１間または数量おきの微少間隔おきのプロットの絶
対座標（Ｘ、ＹおよびＺ座標）がそれぞれの位置におけ
る各制御軸ごとの移動速度が計算される。

もしも、加工機がアーム構造を持つ場合には極座標系（
角度と長さで表現する）に変換する方が都合がよい。

なお、この電子計算機による変換作業はこのような作業
のために汎用に作製されているｒＡＰＴＪ（オートマチ
ック・プログラミング・ツールの略）などの自動プログ
ラムを使用して行なわれる。

このようにして、大形電子計算機により作製された微少
プロットごとの制御目標値または移動量は大形電子計算
機から紙テープにパンチされて出力される。

この紙テープを数値制御情報として工作機の数値制御機
構部分の紙テープ読取機にかけて工作機に入力される。

一方、工作機はこの情報をもとに各制御軸が一定時間間
隔ごとに順序よくつぎつぎに微少プロット点に向って制
御されていくことになる。

このようにして、最初に設計図面から読取った軌跡にし
たがって工作機械は走行することになる。

要約すると、設計図面から読取った走行目標の軌跡を示
す数式を大形電子計算機で微少プロットごとに各制御要
素ごとの制御目標または移動量を算出したのちに、数値
制御式１作機にその情報を入力して動作させるシステム
である。

しかしながら、この数値制御による工作機械制御システ
ムをテープ巻付機に応用することに対し種々な欠点があ
る。

その第１の欠点は大形電子計算機により作製した莫大な
量の数値情報をテープ巻付機に移し変えなければならな
い。

その第２の欠点は巻付対象物が曲げ加工されたものであ
ること。

すなわち曲げ加工された巻付対象物が設計図面どうりに
できあがっていないことが多い。

同様に同一図面から作られたものでも個々の巻付対象物
はかなり相違がある。

このことは個々の巻付対象物ごとに制御情報を作製しな
ければならないことにより、曲げ加工が終了したのち形
状を測定し、そのつど、大形電子計算機を運用して制御
情報を作製し、その情報を巻付機に移し変えなければな
らないという繁雑な手続が必要になる。

したがって、この発明の目的は大形電子計算機を使用せ
ず、しかもそれぞれの巻付対象物の微少プロットごとに
各制御要素ごとに莫大な量の制御目標値を作り出すこと
なしにテープ巻取機単独で簡単に運用することができる
自動テープ巻付機を提供するものである。

このような目的を達成するため、この発明は巻付機側に
演算装置として小形電子計算機を設け、巻付対象物の断
面の中心軸の軌跡を示す複数組の座標点Ｘ、ＹおよびＺ
の情報のみから、巻付機に必要なすべての制御情報を計
算しながら走行し、巻付対象物にテープ巻付を行なうも
のである。

以下実施例を用いて詳細に説明する。

第１図ａおよび第１図すはこの発明に係る自動テープ巻
付機の一実施例を示す側面図および正面図である。

１はその詳細な横取を第２図ａおよび第２図すに示すテ
ープ巻付ヘッド、２はこの巻付ヘッド１をβ軸のまわり
に回動自在に支持する回動アーム、３はこの回動アーム
２に取付けられ、テープ巻付ヘッド１をβ軸のまわりに
回動するβ軸モータ、４はこの回動アーム２に取付けら
れ、テープ巻付ヘッド１の回転角を検出するβ軸位置検
出器、５はＸ軸方向およびＹ軸方向には拘束されている
がＸ軸方向には移動自在に設けられており、回動アーム
２を回動自在に支持する基台、６はこの基台５に支持さ
れ、その回転軸は回動アーム２に結合し、この回動アー
ム２をα軸のまわりに回動するα軸モータ、７はこのα
軸モータ６の回転軸に取付けられた駆動ギヤ、８はこの
駆動ギヤ７と噛合う従動ギヤ、９はその回転軸がこの従
動ギヤ８に結合し、回動アーム２の回転角を検出するα
軸位置検出器、１０は基台５をＸ軸方向にワイヤ１１ａ
および１１ｂを介して移動させるＺ軸モーク、１２はそ
の回転軸がＺ軸モーク１０の回転軸に結合し、基台５の
Ｘ軸方向の位置を検出するＺ軸位置検出器、１３ａおよ
び１３ｂはＺ軸モーク１０の回転軸に結合し、ワイヤ１
１ａおよび１１ｂの巻取り、あるいは巻戻しのためのホ
イール、１４はＸ軸方向に配置したＸ軸し−ル１５ａ、
１５ｂおよびＸ軸うック１６を支持するベース、１７は
Ｘ軸モーク１８．Ｙ軸方向に配置したＹ軸し−ル１９ａ
、１９ｂ、Ｙ軸うック２０およびＸ軸し−ル１５ａおよ
び１５ｂ上を回転する車輪２１ａ〜２１ｄ（２１ｃは図
示せず）をそれぞれ支持し、Ｘ軸方向に移動するＸ軸移
動台、２２はＸ軸モーク１８の回転軸に結合し、Ｘ軸う
ック１６と噛合うＸ軸ギヤ、２３はその回転軸がＸ軸ギ
ヤ２２に結合し、Ｘ軸移動台１７の移動位置を検出する
Ｘ軸位置検出器、２４はＺ軸モータ１０．Ｙ軸モーク２
５．Ｙ軸し−ル１９ａおよび１９ｄ上を回転する車輪２
６ａ〜２６ｄ（２６Ｃは図示せず）を回転自在にそれぞ
れ支持すると共に基台５をＺ軸方向に移動自在に支持し
、Ｙ軸方向に移動可能なＹ軸りワ−１２７はＹ軸モーク
２５の回転軸に結合すると共にＹ軸うック２０と噛合う
Ｙ軸ギヤ、２８はその回転軸がＹ軸モータ２５の回転軸
に結合し、Ｙ軸タワー２４の移動位置を検出するＹ軸位
置検出器である。

なお、第２図ａおよびｂは第１図ａおよび第１図すにお
けるテープ巻付ヘッド１の詳細な一部断面を示す正面図
および側面図である。

同図において、２９はテープ状の材料（以下単に巻付テ
ープと記す）、３０はこの巻付テープ２９を支持する巻
ホルダ、３１はこの巻付テープ２９を巻く直線状あるい
は曲げ加工をほどこした長尺の物体（以下単に巻付対象
物と云う）、３２はこの巻付対象物３１に巻付テープ２
９を巻くときに、この巻付テープ２９に引張力を加える
テーピング張力発生機構、３３はその外周面に歯３３ａ
が切られており、そして巻ホルダ３０およびテーピング
張力発生機構３２を支持する回転リング、３４および３
５はこの回転リング３３の歯３３ａと噛合う第１ギヤお
よび第２ギヤ、３６はその回転軸が第１ギヤ３４に結合
し、回転駆動するθ軸モータ、３７はその回転軸が第２
ギヤ３５に結合し、回転リング３３の回転位置を検出す
るθ軸位置検出器、３８は回転リング３３を回転自在に
支持すると共にθ軸モータ３６およびθ軸位置検出器３
７を支持するアームである。

また、β軸位置検出器４．α軸位置検出器９゜θ軸位置
検出器３７．Ｘ軸位置検出器２３．Ｙ軸位置検出器２８
およびＸ軸位置検出器１２はシンクロレゾルバ、ポテン
ショメータ、などを用いることができる。

したがって、Ｘ軸方向は巻付対象物３１の中心軸に沿っ
ていると共に、Ｙ軸方向はＸ軸方向と同一平面において
直交し、かつ、Ｚ軸方向は、この平面と直交する関係と
なっており、基台５はＸ。

Ｙ、Ｚ各軸方向へ移動自在となっているうえ、回転リン
グ３３は、巻付対象物３１の周囲に沿うθ軸方向へ回転
するものとなっている。

また、第３図は第１図ａおよび第１図ｂ１第２図ａおよ
び第２図すにおけるβ軸モータ３とβ軸位置検出器４．
α軸モークロとα軸位置検出器９゜θ軸モータ３６とθ
軸位置検出器３７．Ｘ軸モーク１８とＸ軸位置検出器２
３．Ｙ軸モーク２５とＹ軸位置検出器２８．Ｚ軸モータ
１０とＸ軸位置検出器１２をそれぞれ単独に制御するた
めの制御装置のフロック図である。

同図において、３９は記憶容量２に語程度のマイクロコ
ンピュータが演算装置として用いられ、その内部で計算
される内容、いわゆるプログラムのフローチャートを第
４図に示す小形電子計算機、４０はこの小形電子計算機
３９のディジタル制御出力をアナログ制御出力に変換す
る出力変換器、４１はサーボ増幅器、４２は各位置検出
器の出力を小形電子計算器３９に入力するための入力変
換器である。

なお、第４図に示すプログラムのフローチャートにおい
て、４３は巻付対象物３１の形状を表現するところの巻
付対象物３１の中心軸の座標点の連続を示す多数の数値
が記憶されている記憶装置、４４は巻付き速度を管理す
る管理機構、４５は現在走行中の位置に関連する座標点
を示すＸ、Ｙ。

Ｚの一組を選び出す位置選択機構、４６は巻付速度とＸ
、Ｙ、Ｚの座標点から単位時間の間に進むべき制御目標
値を補間する座標補間機構、４７はα軸、およびβ軸に
関する制御目標を発生する制御目標機構、４８は次の単
位時間の間に変化すべきα軸およびβ軸に関する制御目
標を補間する軸補間機構、４９は発生した制御目標値Ｘ
ｍ ＋ ＹｒｒｂＺｍ、αｍ、βｍ、θｍと各位置検出
器４，９゜３７．２３．２８．１２から発生する現走行
位置信号を比較し、それぞれＸ軸モータ１８．Ｙ軸モー
ク２５．Ｚ軸モーク１０．α軸モータ６、β軸モータ３
およびθ軸モータ３６を駆動する信号を発生する比較機
構である。

なお、記憶装置４３、管理機構４４、位置選択機構４５
、座標補間機構４６、制御目標機構４７、および軸補間
機構４８とにより制御目標値を発生する機構を示し、比
較機構４９はその信号をもとに各モータを１駆動する信
号を発生する機構を示す。

したがって、第４図に示す制御装置はこの制御目標値を
発生する機構と各モータを駆動する信号を発生する機構
の２つの制御ブロックを大きく２分することができる。

次に、上記構成に係る自動テープ巻付機の動作について
第５図〜第８図を参照して説明する。

まず、動作説明に入るまえに、回転リング３３を回転制
御するθ軸制御について説明する。

巻ホルダ３０に例えば数十乱巻かれた巻付テープ２９を
巻付対象物３１の長手方向の中心軸に直角の回転面を探
って回転させなければならない。

このとき、テーピング張力発生機構３２により巻付テー
プ２９にわずかな張力を与えながら巻きつけることによ
り、きれいに巻付けることができる。

このように巻ホルダ３０とテーピング張力発生機構３２
を取付けた回転リング３３を巻付対象物３１の周囲に回
転させ、その巻付対象物３１の長手方向の中心軸に直角
の回転面を保って回転しなければならないため、その回
転リング３３の回転位置制御をθ軸制御と云う。

また、回転リング３３の回転面を巻付対象物３１の中心
軸に直角に維持するための制御について説明する。

巻付対象物３１が一平面内でのみ曲げられている場合に
は曲げられている曲率の軸に平行な一軸のみの制御でよ
い。

例えば巻付対象物３１の中心軸が左右方向に向いている
ときに、前後方向に変形しているとすれば、テープ巻付
ヘッド１の回転軸θの回転面は左右方向に正対して上下
方向を軸として前後方向に向きを変えなければならない
。

巻付対象物３１が前後方向だけでなく、上下方向にも曲
っている場合には上下方向を軸として前後方向に変位す
るだけでなく、水平面の前後方向を回転軸として上下方
向にもむきを変える制御軸が必要になる。

このように、複雑な変形をしている巻付対象物に対して
は回転面を正しく巻付対象物の中心軸に直角に維持する
ために２軸の制御が必要である。

これらの制御のうち、水平方向に回転軸を持ち上下方向
の方向制御をα軸制御とし、上下方向を回転軸とする制
御をβ軸制御と記す。

なお、β軸とα軸をともに同一基台５の上に取付けるこ
とはできず、第１図に示すようにα軸で駆動するアーム
２の上にβ軸駆動機構を取付けるようにどちらかの軸を
取付け、そのアーム上に他の軸を取付けるというような
構造を取らざるを得ず、α軸の制御角の変化にともない
、β軸の回転軸が変化するという複雑な問題が生じ、後
述の制御の事項において相当に煩雑となる。

また、巻付テープ２９は大体において半重ね巻とつき合
せ巻きが一般的である。

このことはθ軸が一回転する間にテープ巻付ヘッド１を
巻付テープ２９の幅の％（半重ね巻のとき）あるいは巻
付テープ２９の幅（つき合せ巻き）だけ、巻付対象物３
１の中心軸にそって進行させる必要がある。

巻付対象物３１が直線状のとき、巻付対象物３１の中心
軸と回転面の移動方向を一致させておけば回転面の移動
は巻付対象物３１に沿った一軸のみを制御すればよい。

しかし、巻付対象物３１が上下方向および前後方向に変
形しているときには回転リング３３を正確に巻付テープ
２９の幅だけ、またはその％だけ、巻付対象物３１の中
心軸にそって左右方向だけではなく、上下方向および前
後方向にも複合させて移動させなければならない。

結局、回転リング３３の回転中心を巻付対象物３１の中
心に常に一致させながら、その中心軸にそってθ軸の回
転と同期させながら移動させる必要がある。

この左右方向の移動をＸ軸制御と記し、前後方向の移動
をＹ軸制御と記し、上下方向の移動をＸ軸制御と記す。

前記のように、回転リング３３を回転させながら、前後
方向、左右方向および上下方向に自由に移動させると共
に回転リング３３の回転面の向きも自由に制御できなけ
ればならないわけであり、Ｚ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、α軸、β
軸、θ軸の６個の制御軸を同時に有効に制御しなければ
ならない。

なお、巻付テープ２９はテープ接触点ア（第２図ａ、ｂ
および第５図参照）において巻付対象物３１へ巻付くが
、テープ接触点アと対応する巻付対象物３１の中心軸イ
（第２図ａ、ｂおよび第５図参照）と回転リング３３の
回転中心とが一致し、かつこの回転中心と交差する関係
としてα軸およびβ軸が設定されている。

次に、テーピング制御について説明する。

まず、巻付対象物３１に対し、巻付位置が決定されると
、そこがテープ接触点アとなる。

この位置に回転リング３３の回転の中心線とα軸、β軸
の軸線の会合点イが一致するようにＺ軸、Ｙ軸およびＺ
軸を制御する。

次に、巻付対象物３１のその点における中心線に回転リ
ング３３の回転面が直角になるようにα軸、β軸を制御
する。

つづいて、実際のテーピング作業を始め、θ軸を駆動す
る。

そして、回転リング３３が１回転する間に、巻付テープ
２９のテープ幅分（つき合せ巻）またはその％幅分（半
重ね巻）が巻付対象物３１の中心線にそって回転リング
３３の中心線とα軸、β軸の会合点イが第５図に示す巻
付物中心慮つまでスムーズに移動するようにＺ軸、Ｙ軸
、Ｚ軸が制御されなければならない。

同時に、新しいテープ接触点工（第５図参照）の巻付物
中心慮つにおいて、その位置で中心線に対し回転リング
３３の回転面が直角になるように、α軸、β軸が制御さ
れる。

なお、第５図において、実線は回転リング３３の位置が
移動前のものであり、点線は移動後の位置を示す。

そして、以上の制御が常に行なわれながら、θ軸の回転
リング３３が回り、テープ巻付が行なわれてゆく。

次に、電子計算機内部で計算され、出力される計算内容
の説明を行なう前に、この発明の基本曲者えにいたる理
論的な背景について説明する。

自動テープ巻付機に要求される必要条件には回転リング
３３の回転面が巻付対象物３１の中心軸に直角でなけれ
ばならない。

そして、ピッチを正確に保つために、回転面の位置が巻
付対象物の中心軸にそって正確に移動しなければならな
いことは前記した通りである。

そして、これらのことが十分に正確に保たれておれば、
回転リング３３の中心軸は巻付対象物３１の中心軸とか
ならずしも一致していなくても、十分に質のよい巻付作
業ができることが、研究の結果判った。

このことが、この発明の基本となっている。

以上のことはコイル中心軸をプロットした座標点に関し
、Ｚ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各制御軸に関しては曲線的なスム
ーズな走行ではなく、折線的な走行でもよいが、回転リ
ング３３の回転面の角度を規定するα軸およびβ軸の制
御はゆっくりとスムーズに変化すればよいという結論と
なる。

以上述べたことを第６図を参照して、２次元平面の例に
ついて説明する。

まず、曲げ加工された巻付対象物３１は円弧の集まりで
あるといえるので、例えは３つの円弧が集まった場合を
例にして説明する。

この３つの円弧の内、中央の円弧を表現するためには点
イ、口、ハおよび二の４点があればよいといえる。

すなわち、円弧のうち左上りの部分でもつとも傾斜の急
なところを表示するのが、点イおよび口であり、右上り
の部分は点ハおよび二で表現できる。

このカーブに対し、右から左に走行するとすればＺ軸、
Ｙ軸およびＺ軸は点イ、口、ハおよび二にそって走行す
るように制御すれはよいが、α、β軸の角度は、Ｘ、Ｙ
、Ｚ軸の位置が点イから点ロヘ移動を完了した後に、点
イ、日間の線分と直角な角度ａになったのでは、α、β
軸角度の制御がＸ、Ｙ、Ｚ軸位置の制御より遅れるもの
となり、巻付動作上の誤差が生ずる。

このため、α、β軸の角度は、点イ、日間の中点におい
て、点イ、日間の線分と直角な角度ａに保持されると共
に、点ハ、二間の中点においては、点ハ、二間の線分と
直角な角度すに保持されるものとして制御されねばなら
ない。

すなわち、点イと魚目との情報により算出されたα、β
軸の角度ａは、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の位置が点イ、日間の中点
に達したときに保持されると共に、点へと点二との情報
により算出されたα、β軸の角度すは、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の
位置が点ハ、二間の中点に達したときに保持されるもの
として制御されねばならない。

一方、魚目と点ハとの間を回転リング３３が走行中は、
角度ａと角度すとの間を補間した角度により、α、β軸
の角度がスムーズに変化すればよいものとなる。

なお、この考えは回転リング３３の内径が十分に大きく
、魚目と点ハの間を直線走行しても巻付対象物３１の円
弧の部分と接触しないことが必要であることはいうまで
もない。

そして、点本を走行中、巻付テープ２９は巻付対象物３
１に点へで接することになり、また、角度はＣとなって
おり、巻付対象物３１の中心軸と回転リング３３の中心
軸が一致しないという点を除き、角度も、ピッチも大体
正確に保たれる。

なお、このような位置の走行のための計算及び制御の区
間と、角度の変化のための計算及び制御の区間がことな
るということは、実際の電子計算機のプログラム作製に
おいて非常に障害となるので、実際の走行における電子
計算機内部の計算ではその計算を容易にするために、わ
ずかに修正を行なう。

すなわち、巻付対象物３１の中心軸の２つの点から計算
される角度例えば点イと魚目から角度ａを導びいたとき
、角度ａは点イと魚目の中点における角度を表現してい
ることになる。

すなわち、第７図における点トにおいて、角度ａが発生
している。

同様に角度すは点チであり、点二と点への中点りには角
度ｄが発生している。

以上述べたことから、実際の回転リング３３の走行は点
トから点りを通り、点チに至るというように、変更した
方が計算が容易になる。

この間に回転リング３３の角度は角ａから角ｄになり、
そして角ｄから角すにスムーズに変化すればよい。

そして複雑な計算を行い、円弧に忠実に走行した場合と
比較したときの差を第８図に示す。

この第８図において、実線はプロット間を直線で走行す
る方式により、走行した場合であり、点線は円弧に忠実
に走行した場合の単位時間経過ごとの回転リング３３の
位置を示す。

この図で示されるように、角度に関してはまったく差が
みられず、ピッチに関してはわずかな差がみられる。

たマし、実用上は、巻付対象物３１における円弧の曲り
角度が６０度ぐらいまではこの簡略化した方式で十分に
使用できることがわかる。

そして、より精度を要するときは円弧の途中に必要に応
じプロット点を増せばよい。

途中に一点増せば誤差は％以下にできる。次に、実際の
電子計算機内部における計算について説明する。

まず、小形電子計算機３９の記憶装置４３には複雑な形
状の巻付対象物３１の形状を示すデータが格納されてい
る。

すなわち、巻付対象物３１の中心軸を一定の間隔でＺ軸
、Ｙ軸およびＺ軸の座標点として取出して連ねたもので
ある。

これは巻付対象物３１の長手方向をＺ軸、前後方向をＹ
軸、上下方向をＺ軸とし、一定の位置を基点として、そ
れからの距離で表現している。

座標点の間隔は巻付対象物３１の曲り部を円弧の連なり
と表現したとき、１つの円弧につき、その円弧の開始点
と終了点の角度が表現できるようにした上で、回転リン
グ３３の内径側に接しないようにし、また、必要に応じ
巻付精度を上げるための座標点を追加するように選定す
る。

これらの形状情報は例えば回転リングの内側に十字形に
糸を張り、巻付対象物３１にその糸がわずかに接するよ
うにＺ軸、Ｙ軸およびＺ軸を制御して移動し、そのとき
のＺ軸、Ｙ軸およびＺ軸の位置が巻付対象物３１のその
位置における座標点とすれはよい。

そして、いくらか移動させたのち、上記の方法をくり返
すならば巻付対象物３１の中心軸を示す座標点の連なり
が完成する。

次に、説明を容易にするため、座標点ｎの近くを座標点
ｎから座標点ｎ ＋１の方向に向って走行中の場合につ
いて説明する。

実際は点ｎ−１と点ｎの中点（以下点ヌとする）から点
ｎと点ｎ＋１の中点（以下点ルとする）に向って走行し
ていることになる。

そして、点ヌにさしかかったときには次に示すような計
算が電子計算機内部で実施されて、今まで走行してきた
方向からあらためて点ルに走行するように、走行の目標
が設定される。

すなわち、（４）現在走行中の位置に関係する座標点ｎ
、ｎ＋１゜ｎ−１のＺ軸、Ｙ軸およびＺ軸の値を記憶装
置４３の数々の座標点の数値の中より位置選択機構４５
により選び出す。

（Ｂ） 点チ、すなわち点ｎ＋１と点ｎの中点を作る
。

Ｚ軸は（Ｘｎ＋＋ ＋Ｘｎ ）／２、同様に、Ｙ軸およ
びＺ軸は（Ｙｎ十、＋Ｙｎ）／２．（Ｚｎ＋、＋Ｚｎ）
／２、（位置選択機構４５）。

（Ｃ）点ヌと点ルの間の距離を求める。

Ｚ軸は（Ｘｎ＋１＋Ｘｎ ）／２ （Ｘｎ＋Ｘｎ 、
）／２＝（Ｘｎ＋１−Ｘｎ 、）／２、同様にＹ軸およ
びＺ軸は（Ｙｎ＋１ ）−Ｙｎ−１）／２．（Ｚｎ＋。

Ｚｎ 、）／２そして、ＷＫｎ −ｔ ）”／４＋（Ｙ
ｌ−ｚ Ｙｎ−ｉ ）２／ ４＋（ｚｎ＋１ ｚ、−
１）２Ａこれをｌ（ｎ＋１）−（ｎ−７）とする。

（位置選択機構４５）。

（Ｄ） 点ルにおけるα軸およびβ軸の角度が計算さ
れる。

これは点ｎ＋１と点ｎの間の傾きであるから次式で示さ
れる。

なお、β軸はα軸で制御されたアーム上に取付けられる
ので、α軸の変化、すなわちＺ軸の変化による影響を受
けるので次式のように特別に工夫された計算式を使用し
なければならない。

（制御目標機構４７において計算される）以上が座標点
の中点に達したときに走行方向の新しい目標について計
算される部分である。

引続いて走行目標に向って走行している過程について説
明する。

（Ｅ） 次に単位時間に走行する距離が決定される。

θ軸が１回転すると回転リング３３は巻付テープ２９の
テープ幅またはその％だけ移動しなければならないため
、走行距離が決定されるとθ軸の回転角度は一義的に決
定される。

（管理機構４４で計算する）。

（Ｆ） 単位時間の走行距離が決定されると、前述の
（Ｃ）の区間点ヌと点ルの間の距離に対する比率Ｋが決
定される。

（管理機構４４）。（Ｇ） Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各点
ヌと点ルの区間の移動距離、すなわちＸ軸についていえ
ば点ヌの（Ｘｌ］＋Ｘｎ−１）／２から点ルの（Ｘｎ＋
Ｘｎ）／２まで、すなわち（Ｘｎ＋１−Ｘｎ□）／２
に対して前述の比率Ｋが乗ぜられて、単位時間当りのＸ
軸、Ｙ軸、Ｚ軸の移動距離が求められる。

これは現在の位置が加算されて単位時間後の各Ｘ軸、Ｚ
軸の目標位置が求められる。

（座標補間機構４６で実施される）。

（２）同様にα軸の角度およびβ軸の角度についても、
点ヌにおける角度と前記（Ｄ）で示した点ルにおける角
度の差について比率Ｋが乗ぜられて単位時間に変化する
べき角度が求められ、つづいて現在の角度にそれが加算
されて、単位時間後の目標角度が求められる。

（軸補間機構４８で計算する）。

以上で単位時間後の各制御軸の座標に対する移動目標お
よび角度の変化目標が与えられたことになる。

つづいて、サーボループに関する計算が行なわれる。

すなわち、（■）位置検出器４，９，１２，２３．２８
および３７のそれぞれより発信する現在位置に関する信
号は人力変換器４２において、小形電子計算機３９の信
号に変換され、この小形電子計算機３９に入力する。

この現在位置の情報は前記（０および■により求められ
た単位時間後の制御目標値と比較されて、その差の積分
値がサーボモーフ３，６，１０，１８．２５および３６
のそれぞれの回転スピードとして小形電子計算機３９か
ら出力する。

（比較機構４９で計算される）。

（Ｊ）この出力はディジクル制御出力をアナログ制御出
力に変換する出力変換器４０により直流電圧信号として
変換されたのち、サーボ増幅器４１により増幅し、各軸
のモーフ３，６，１０゜１８．２５および３６が７駆動
される。

なお、以上の小形電子計算機３９内部の計算は位置選択
機構４５および制御目標機構４７を第１グループとし、
管理機構４４、座標補間機構４６および軸補間機構４８
を第２グループとし、比較機構４９を第３グループとし
て、それぞれはタイムシアリングの手法でそれぞれ有効
に切目なく計算される。

そして、このときの計算のタイミングの周期は第３グル
ープ、第２グループ、第１グルールの順に長くなってい
る。

計算の優先順位も第１グループ、第２グループ、第３グ
ループの順に強くなっている。

なお、以上、回転リング３３そのものが目標とする座標
点に向って直線的に走行する方法について述べたが、こ
の方法は最も電子計算機に負担をかけないで最少限度の
機能を発揮するものである。

したがつと、少し高級な電子計算機（計算速度が早く、
記憶容量の大きい）が使用できるならばより精度の高い
制御を行なうことは容易である。

また、座標点から座標点に向って回転リングが直線的に
走行することによって生ずる誤差を少なくするためには
巻付対象物の形状情報としての座標点の間隔を短縮する
ことが有効であり、巻付対象物３１の中心軸に対する座
標点のプロット数を増加すれはよいが、例えは、ベッセ
ル補間法等を用い、電子計算機により不足している座標
点を求めれば容易である。

これは走行過程において計算してもよいし、タイムシア
リング手法によりリアルタイムで行なってもよいし、巻
付は停止中に計算して記憶しておいてもよい。

同様に、α軸およびβ軸の角度の変化目標を定めたのち
、走行過程において、単位時間後の角度の制御目標を求
め、その角度をもとにＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の制御目標
を求めることが可能である。

例えば△Ｚ＝△Ｘ−ｔａｎα。△ｙ＝Ｖ］１ツ巳ｌ””
’ 、ｔａｎβ。

このような方法は巻付対象物の中心軸の顆路を示す座標
点Ｘ、ＹおよびＺの連なりのみから自動テープ巻付機に
必要なすべての制御情報を得ることのできる方法であり
、以上はその一実施例であるにすぎない。

なお、巻付対象物３１が直線状の場合は、例えば、α、
β軸の角度およびＹ、Ｚ軸の位置を巻付対象物３１に応
じて固定のうえ、Ｘ軸方向およびθ軸方向の制御のみを
行なえばよいものとなる。

以上、詳細に説明したように、この発明に係る自動テー
プ巻付方式によれば巻付対象物の形状情報として最少量
として、中心軸の顆路を示す座標点の連なりから、テー
プ巻付機を制御するに十分なる制御情報を得ることがで
きるので、電子計算機の記憶容量が少なくてもよい。

したがって、小形電子計算機でも十分に計算ができるの
で、数値制御方式における大形電子計算機を運用して制
御情報を作る手間かはふける。

また、走行中にオフラインで計算するので、必要に応じ
そのつど形状情報や巻付性に影響を及ぼす係数などを手
直しすることができるので、非常に微妙な調整を行った
質のよい巻付を行なうことができるなどの効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ａおよび第１図すはこの発明に係る自動テープ巻
付機の一実施例を示す側面図および正面図、第２図ａお
よび第２図すは第１図ａおよび第１図すにおけるテープ
巻付ヘッドの詳細な断面を示す正面図および側面図、第
３図は第１図ａ１第１図すおよび第２図ａ１第２図すに
おける各軸のモータを制御するための制御装置を示すブ
ロック図、第４図は第３図における小形電子計算機の詳
細なブロック図、第５図は第１図ａおよび第１図すにお
ける巻付テープと巻付対象物との関係を示す説明図、第
６図〜第８図は第１図ａおよび第１図すの動作を説明す
るため、最も簡略化したときの巻付制御動作を説明する
ための図である。 １・・・・・・テープ巻付ヘッド、２・・・・・・回動
アーム、３・・・・・・β軸モータ、４・・・・・・β
軸位置検出器、５・・・・・・基台、６・・・・・・α
軸モータ、７・・・・・・駆動ギヤ、８・・・・・・従
動ギヤ、９・・・・・・α軸位置検出器、１０・・・・
・・Ｚ軸モーク、１１ａ、１１ｂ・・・・・・ワイヤ、
１２・・・・・・Ｘ軸位置検出器、１３ａ、１３ｂ・・
・・・・ホイール、１４・・・・・・ベース、１５ａ、
１５ｂ・・・・・・Ｘ軸し−ル、１６・・・・・・Ｘ軸
うック、１７・・・・・・Ｘ軸移動台、１８・・・・・
・Ｘ軸上−タ、１９．ａ 、 １９ｂ・・・・・・Ｙ軸
し−ル、２０・・・・・・Ｙ軸うック、２１ａ〜２１ｄ
・・・・・・車輪、２２・・・・・・Ｘ軸ギヤ、２３・
・・・・・Ｘ軸位置検出器、２４・・・・・・Ｙ軸りワ
−１２５・・・・・・Ｙ軸モーク、２６ａ〜２６ｄ・・
・・・・車輪、２７・・・・・・Ｙ軸ギヤ、２８・・・
・・・Ｙ軸位置検出器、２９・・・・・・巻付テープ、
３０・・・・・・巻ホルダ、３１・・・・・・巻付対象
物、３２・・・・・・テーピング張力発生機構、３３・
・・・・・回転リング、３３ａ・・・・・・歯、３４．
３５・・・・・・第１ギヤおよび第２ギヤ、３６・・・
・・・θ軸モータ、３７・・・・・・θ軸位置検出器、
３８・・・・・・アーム、３９・・・・・・小形電子計
算機、４０・・・・・・出力変換器、４１・・・・・・
サーボ増幅器、４２・・・・・・入力変換器、４３・・
・・・・記憶装置、４４・・・・・・管理機構、４５・
・・・・・位置選択機構、４６・・・・・・座標補間機
構、４７・・・・・・制御目標機構、４８・・・・・、
軸補間機構、４９・・・・・・比較機構。 なお、図中、同一符号は同一あるいは相当する部分を示
す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 巻付対象物の中心軸に沿ったＸ軸方向ならびにこの
   Ｘ軸方向と同一平面において直交するＹ軸方向および前
   記Ｘ軸およびＹ軸面と直交するＸ軸方向に移動自在な基
   台と、この基台により前記Ｙ軸方向に沿ったα軸のまわ
   りに回動自在として支持された回動アームと、この回動
   アームにより前記α軸と直交するβ軸のまわりに回動自
   在として支持されかつ前記巻付対象物の周囲に沿うθ軸
   方向へ回転する回転リングと、曲線を持つ前記巻付対象
   物の断面の中心点の連なりを三次元座標による３組の数
   値により表現する座標点Ｘ、・・・・・・Ｘｎ・・・・
   ・・、Ｙ・・・・・・Ｙｎ・・・・・・、Ｚｌ・・・・
   ・・Ｚｎ・・・・・・を記憶し、この記憶内容から現在
   走行中の位置に関連する座標点の一組を選び出したうえ
   この座標点の情報と巻付速度から単位時間の間に進むべ
   き制御目標値Ｘｍ＋Ｙｍ、Ｚｍ、αｍ、βｍ、θｍを算
   出し前記各軸の制御を行なう演算装置とを有する自動テ
   ープ巻付機において、走行過程における現在の座標点と
   つぎの座標点との前記Ｘ、Ｙ、Ｚ各軸方向の数値の差を
   各々、（Ｘ、ＪＹ、ＪＺとしたとき前記走行過程におけ
   る前記α、β各軸の制御目標角度を なる式により算出する前記演算装置を設けたことを特徴
   とする自動テープ巻付機。