JP2017138188A

JP2017138188A - 計量装置

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Publication number: JP2017138188A
Application number: JP2016019054A
Authority: JP
Inventors: 寿晴影山; Toshiharu Kageyama
Original assignee: Ishida Co Ltd
Current assignee: Ishida Co Ltd
Priority date: 2016-02-03
Filing date: 2016-02-03
Publication date: 2017-08-10
Anticipated expiration: 2036-02-03
Also published as: JP6616703B2

Abstract

【課題】計量値の時間変化が安定しているか否かを、計量値そのものを判定する場合と比べて短時間で正確に判定できる計量装置を提供する。【解決手段】計量装置は、外部から投入された物品の質量に応じた計量値の時間変化を出力する計量部と、前記計量部により出力された前記計量値の単位時間当たりの変化量である第１変化量、及び、前記第１変化量の単位時間当たりの変化量である第２変化量を少なくとも用いて、前記計量値の時間変化が所定の範囲に収束したか否かを判定する制御部と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、計量装置に関する。

特許文献１には、外部から投入された物品の質量に応じた計量値の時間変化を出力する計量装置が記載される。外部から物品が投入されたときに機械的振動が作用するため、この装置は、計量値の時間変化が安定しているか否かを判定する。具体的には、この装置は、複数の計量値をサンプリングし、サンプリングされた各計量値が基準値内に収束している場合には、計量値の時間変化が安定していると判定する。

特開２０００−３１４６５６号公報

特許文献１記載の装置では、計量値の時間変化の減衰が十分ではない場合において、計量値の時間変化の極大値近傍又は極小値近傍をサンプリングする場合がある。このような場合、特許文献１記載の装置は、実際には計量値が安定していない場合でも、サンプリングされた各計量値が基準値内に収束したと判定することがある。このため、特許文献１記載の装置において、計量値の時間変化が安定しているか否かをより正確に判定するためには、計量値のサンプリング期間をより長く設定する必要がある。

本発明は、計量値の時間変化が安定しているか否かを、計量値そのものを判定する場合と比べて短時間で正確に判定できる計量装置を提供することを目的とする。

本発明に係る計量装置は、外部から投入された物品の質量に応じた計量値の時間変化を出力する計量部と、計量部により出力された計量値の単位時間当たりの変化量である第１変化量、及び、第１変化量の単位時間当たりの変化量である第２変化量を用いて、計量値の時間変化が所定の範囲に収束したか否かを判定する制御部と、を備える。

本発明に係る計量装置では、制御部により、計量値の単位時間当たりの変化量である第１変化量と第１変化量の単位時間当たりの変化量である第２変化量の両方を少なくとも用いて計量値の時間変化が所定の範囲に収束したか否かが判定される。計量値の時間変化の減衰が十分ではない場合には、計量値の時間変化の減衰が十分な場合に比べて第１変化量及び第２変化量の少なくとも一方が大きな値となる。つまり、この計量装置は、第１変化量及び第２変化量を用いることで、計量値の時間変化の減衰が十分ではないときに計量値の時間変化の極大値近傍又は極小値近傍をサンプリングした場合であっても、計量値が所定の範囲に収束していないと判定できる。よって、この計量装置は、計量値の時間変化が安定しているか否かを、計量値そのものを判定する場合と比べて短時間で正確に判定できる。

制御部は、第１変化量の絶対値と第２変化量の絶対値との和が閾値以下となる期間が所定期間以上となったときに計量値の時間変化が所定の範囲に収束したと判定してもよい。このように構成した場合、この計量装置は、計量値そのものを判定する場合と比べてより正確に判定できる。

計量装置は、物品を搬送する搬送部と、搬送部によって搬送された物品を一時的に貯留する複数のホッパと、を備え、計量部は、複数の前記ホッパの少なくとも１つに貯留された物品の質量に応じた計量値の時間変化を出力し、制御部は、ホッパに対応する第１変化量及び第２変化量を少なくとも用いて計量値の時間変化が所定の範囲に収束したか否かをホッパごとに判定し、計量値の時間変化が所定の範囲に収束したと判定され且つ複数のホッパに対応付けられた複数の計量値から、合計値が目標計量値となるように計量値の組合せを選択し、当該組合せに対応するホッパに物品を排出させてもよい。

複数の計量値から合計値が目標計量値となるように計量値の組合せを選択する場合、計量部により計量値の時間変化の出力が開始されたときから計量値の組合せを選択する処理が開始されるまでの間に、計量値の時間変化が所定の範囲に収束したか否かを判定する必要がある。この計量装置は、第１変化量及び第２変化量を用いることで、上述した時間的制約があった場合でも、計量値の時間変化が所定の範囲に収束したか否かを、計量値そのものを判定する場合と比べて正確に判定できる。

本発明によれば、計量値の時間変化が安定しているか否かを、計量値そのものを判定する場合と比べて短時間で正確に判定できる。

一実施形態に係る組合せ計量装置の構成図である。図１に示された組合せ計量装置の計量動作を説明するタイミングチャートの一例である。図１に示された組合せ計量装置の機能ブロック図の一例である。制御部による安定判定処理のフローチャートの一例である。計量値の時間変化及び判定値の時間変化を示すグラフの一例である。計量値そのものを判定する安定判定処理の一例を説明する図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１に示されるように、組合せ計量装置１は、投入シュート２と、分散フィーダ（搬送部）３と、複数の放射フィーダ（搬送部）４と、複数のプールホッパ５と、複数の計量ホッパ（ホッパ）６と、複数のブースタホッパ（ホッパ）７と、集合シュート８と、タイミングホッパ９と、計量部１１と、制御部２０と、を備える。組合せ計量装置１は、搬送コンベア５０によって供給される物品Ａ（農産物、水産物、加工食品等のように、単体質量にばらつきのある物品）を目標計量値となるように計量して製袋包装機６０に供給する。なお、製袋包装機６０は、フィルムを所定容量の袋に成形しつつ、組合せ計量装置１によって計量されて供給された物品Ａを袋詰めする。

投入シュート２は、搬送コンベア５０の搬送端５０ａの下方に配置される。投入シュート２は、搬送コンベア５０の搬送端５０ａから落下した物品Ａを受けて下方に排出する。

分散フィーダ３は、投入シュート２の下方に配置される。分散フィーダ３は、下方に向かって末広がりの円錐状の搬送面３ａを有する。分散フィーダ３は、搬送面３ａを振動させることで、投入シュート２から搬送面３ａの頂部に排出された物品Ａを搬送面３ａの外縁に向かって均一に搬送する。

複数の放射フィーダ４は、分散フィーダ３の搬送面３ａの外縁に沿って放射状に配置される。各放射フィーダ４は、搬送面３ａの外縁の下方から外側に延在するトラフ４ａを有する。各放射フィーダ４は、トラフ４ａを振動させることで、搬送面３ａの外縁から排出された物品Ａをトラフ４ａの先端部に向かって搬送する。

各プールホッパ５は、各放射フィーダ４のトラフ４ａの先端部の下方に配置される。各プールホッパ５は、その底部に対して、開閉可能なゲート５ａを有する。各プールホッパ５は、ゲート５ａを閉じることにより、対応するトラフ４ａの先端部から排出された物品Ａを一時的に貯留する。さらに、各プールホッパ５は、ゲート５ａを開くことにより、一時的に貯留した物品Ａを下方に排出する。

各計量ホッパ６は、各プールホッパ５のゲート５ａの下方に配置される。各計量ホッパ６は、その底部に対して、開閉可能なゲート６ａ及びゲート６ｂを有する。各計量ホッパ６は、ゲート６ａ及びゲート６ｂを閉じることにより、対応するプールホッパ５から排出された物品Ａを一時的に貯留する。さらに、各計量ホッパ６は、ゲート６ａ又はゲート６ｂを開くことにより、一時的に貯留した物品Ａを下方に排出する。

各ブースタホッパ７は、各計量ホッパ６のゲート６ａの下方に配置される。各ブースタホッパ７は、その底部に対して、開閉可能なゲート７ａを有する。各ブースタホッパ７は、ゲート７ａを閉じることにより、対応する計量ホッパ６のゲート６ａ側から排出された物品Ａを一時的に貯留する。さらに、各ブースタホッパ７は、ゲート７ａを開くことにより、一時的に貯留した物品Ａを下方に排出する。

集合シュート８は、下方に向かって先細りの円錐台の内面８ａを有する筒状に形成される。集合シュート８は、内面８ａが全ての計量ホッパ６及び全てのブースタホッパ７の下方に位置するように配置される。集合シュート８は、各計量ホッパ６のゲート６ｂ側から排出された物品Ａ、及び各ブースタホッパ７から排出された物品Ａを内面８ａで受けて下方に排出する。

タイミングホッパ９は、集合シュート８の下方に配置される。タイミングホッパ９は、その底部に対して、開閉可能なゲート９ａを有する。タイミングホッパ９は、ゲート９ａを閉じることにより、集合シュート８から排出された物品Ａを一時的に貯留する。タイミングホッパ９は、ゲート９ａを開くことにより、一時的に貯留した物品Ａを製袋包装機６０に排出する。

計量部１１は、フレーム１２に支持されたケース１３内に配置される。計量部１１は、複数のロードセル１１ａを有する。各ロードセル１１ａは、対応する計量ホッパ６を支持する。計量部１１は、各計量ホッパ６に物品Ａが一時的に貯留されている際に、当該物品Ａの質量に応じた計量値を計量する。

制御部２０は、ケース１３内に配置される。制御部２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を有する。制御部２０は、分散フィーダ３及び放射フィーダ４の搬送動作、各プールホッパ５のゲート５ａの開閉動作、各計量ホッパ６のゲート６ａ及びゲート６ｂの開閉動作、各ブースタホッパ７のゲート７ａ開閉動作、並びに各タイミングホッパ９のゲート９ａ等、組合せ計量装置１の各部の動作を制御する。なお、制御部２０は、製袋包装機６０と通信可能に接続される。

制御部２０は、計量部１１によって計量された計量値と、当該計量値に対応する物品Ａが貯留される計量ホッパ６及び／又はブースタホッパ７とを対応付けて記憶する。具体的には、制御部２０は、計量部１１によって計量された物品Ａが計量ホッパ６に貯留される場合、計量部１１によって計量された計量値と、当該計量値に対応する物品Ａを貯留する計量ホッパ６とを対応付けて記憶する。計量部１１によって計量された物品Ａが当該計量ホッパ６に対応するブースタホッパ７に排出された場合、制御部２０は、計量部１１によって計量された物品Ａの計量値と、当該計量ホッパ６に対応するブースタホッパ７とを対応付けて記憶する。

制御部２０は、計量部１１によって計量され且つ複数の計量ホッパ６及び／又はブースタホッパ７にそれぞれ対応付けられた複数の計量値から、合計値が目標計量値となるように計量値の組合せを選択する。具体的には、制御部２０は、計量部１１によって出力された複数の計量値から、目標計量値を下限値とする所定範囲内に合計値が収まるように計量値の組合せを選択する。そして、制御部２０は、当該組合せに対応する計量ホッパ６及び／又はブースタホッパ７に物品Ａを排出させる。

なお、投入シュート２、分散フィーダ３、複数の放射フィーダ４、複数のプールホッパ５及び複数の計量ホッパ６は、ケース１３に直接的に又は間接的に支持される。複数のブースタホッパ７、集合シュート８及びタイミングホッパ９は、フレーム１２に直接的に又は間接的に支持される。

次に、組合せ計量装置１の計量動作の詳細を説明する。図２は、組合せ計量装置１の計量動作を説明するタイミングチャートの一例である。図２に示されたタイミングチャートは、１つの計量ホッパに関して、製袋包装機６０からの排出要求信号を制御部２０が受け付けた後における計量動作を示す。

図２に示されるように、制御部２０は、計量ホッパ６に物品Ａを排出させる（ゲート開動作、物品排出動作及びゲート閉動作）。これにより、計量ホッパ６に貯留された物品Ａがブースタホッパ７又はタイミングホッパ９へ排出される。続いて、制御部２０は、計量ホッパ６のゲート閉動作が開始されると、物品Ａを排出した計量ホッパ６に対応するプールホッパ５に物品Ａを排出させる（ゲート開動作、物品排出動作及びゲート閉動作）。これにより、プールホッパ５に貯留された物品Ａが計量ホッパ６へ排出される。つまり、計量ホッパ６の外部から計量ホッパ６へ物品Ａが投入される。

計量部１１は、時々刻々と計量値を計量して計量信号を出力する。つまり、プールホッパ５から計量ホッパ６へ物品Ａが投入された場合、計量部１１は、投入された物品Ａの質量に応じた計量値の時間変化を出力する。プールホッパ５から計量ホッパ６へ物品Ａが投入されたとき、計量ホッパには機械的振動が作用する。そのため、計量値は不安定となる。そして、物品Ａが投入されたときからある程度の時間が経過したときに、計量値は安定する。制御部２０は、計量値が安定したことを判定する安定判定を行い、その後に、上述した組合せ演算を行う。具体的には、制御部２０は、計量値の時間変化が所定の範囲に収束したことを判定する。そして、制御部２０は、その後に、複数の計量ホッパ６及び／又はブースタホッパ７にそれぞれ対応付けられた複数の計量値から、合計値が目標計量値となるように計量値の組合せを選択する。

計量値の安定判定は、時間をかければかけるほど正確に判定できる。しかしながら、製袋包装機６０からの排出要求信号は所定の間隔で出力される。そのため、制御部２０は、製袋包装機６０からの排出要求信号を受け付けてから組合せ演算を開始するまでの限られた時間内に、安定判定を完了させる必要がある。以下説明するように、制御部２０は、計量値の時間変化を用いて、計量サイクルＴに予め設定された期間（安定判定時間ｔｓ）内に安定判定を完了させる。

図３は、組合せ計量装置１の機能ブロック図の一例である。図３では、安定判定に関する構成が示される。図３に示されるように、制御部２０は、複数のロードセル１１ａ、及び記憶部３０に接続される。記憶部３０は、データを記憶する装置であり、例えばＨＤＤ（Hard Disk Drive）等である。制御部２０は、信号処理部２０１、一階微分算出部２０２、二階微分算出部２０３及び安定判定部２０４を備える。

信号処理部２０１は、各ロードセル１１ａから出力されたアナログ信号の計量信号を増幅してデジタル信号に変換する。そして、信号処理部２０１は、デジタル信号に変換後の計量信号をフィルタリングして、フィルタリング後の計量信号を示す計量データ３０１を生成して、記憶部３０に記憶する。従って、計量データ３０１は各計量ホッパ６に投入される物品の質量を示す。信号処理部２０１は、サンプリング周期ごとに予め設定された個数の計量値を計量データ３０１として記憶する。

一階微分算出部２０２は、ロードセル１１ａごとに、計量値の単位時間当たりの変化量である第１変化量を算出する。具体的には、一階微分算出部２０２は、計量データ３０１を参照し、計量値間の差分（第１変化量）を算出してサンプリング周期ごとに一階微分データ３０２として記憶部３０に記憶する。なお、一階微分算出部２０２は、時系列で連続する計量値間の差分を算出してもよいし、計量値を間引いた上で計量値間の差分を算出してもよい。

二階微分算出部２０３は、ロードセル１１ａごとに、第１変化量の単位時間当たりの変化量である第２変化量を算出する。具体的には、二階微分算出部２０３は、一階微分データ３０２を参照し、第１変化量の差分を算出してサンプリング周期ごとに二階微分データ３０３として記憶部３０に記憶する。なお、二階微分算出部２０３は、時系列で連続する第１変化量間の差分を算出してもよいし、第１変化量を間引いた上で第１変化量間の差分を算出してもよい。

安定判定部２０４は、ロードセル１１ａごとに、第１変化量及び第２変化量を用いて、計量値の時間変化が所定の範囲に収束したか否かを判定する。安定判定部２０４は、第１変化量の絶対値と第２変化量の絶対値との和（判定値）が閾値以下となったときに、計量値の時間変化が所定の範囲に収束したと判定する。

次に、制御部２０による安定判定処理を説明する。図４は、制御部２０による安定判定処理のフローチャートの一例である。図４に示されたフローチャートは、図２に示された安定判定時間ｔｓの間に実行される。

図４に示されるように、制御部２０は、計量データ入力処理（Ｓ１０）として、記憶部３０に記憶された計量データ３０１を入力する。次に、一階微分算出部２０２は、一階微分データ算出処理（Ｓ１２）として、計量データ３０１から一階微分データ３０２を算出する。次に、二階微分算出部２０３は、二階微分データ算出処理（Ｓ１４）として、一階微分データ３０２から二階微分データ３０３を算出する。

次に、安定判定部２０４は、判定値算出処理（Ｓ１６）として、第１変化量の絶対値と第２変化量の絶対値とを加算して判定値を得る。次に、安定判定部２０４は、判定処理（Ｓ１８）として、判定値が閾値以下であるか否かを判定する。判定値が閾値以下であると判定された場合、安定判定部２０４は、計量値の時間変化が所定の範囲に収束したと判定する（安定判定：Ｓ２０）。そして、図４に示されたフローチャートが終了する。判定値が閾値以下でないと判定された場合、安定判定部２０４は、計量値の時間変化が所定の範囲に収束していないと判定する（不安定判定：Ｓ２２）。そして、図４に示されたフローチャートが終了する。

図５は、計量値ｗの時間変化及び判定値の時間変化を示すグラフの一例である。図５では、横軸が時間ｔであり、計量データ３０１である計量値ｗ、一階微分データ３０２である一階微分値ｄｗ／ｄｔ、及び、二階微分データ３０３である二階微分値ｄ^２ｗ／ｄｔ^２を示している。判定値は、一例として、一階微分値ｄｗ／ｄｔの絶対値及び二階微分値ｄ^２ｗ／ｄｔ^２の絶対値の和である。安定判定閾値ｋは、判定値と比較される閾値である。図４に示されたフローチャートを実行することで、図５に示されるグラフが生成され、一階微分値ｄｗ／ｄｔの絶対値及び二階微分値ｄ^２ｗ／ｄｔ^２の絶対値の和が安定判定閾値ｋ以下となったタイミングで、計量値ｗの時間変化が所定の範囲に収束したと判定される。

以上、本実施形態に係る組合せ計量装置１では、制御部２０により、計量値ｗの単位時間当たりの変化量である第１変化量と第１変化量の単位時間当たりの変化量である第２変化量の両方を少なくとも用いて計量値ｗの時間変化が所定の範囲に収束したか否かが判定される。

図６は、計量値そのものを判定する安定判定処理の一例を説明する図である。図６の（Ａ）は、計量値の時間変化を示すグラフであり、縦軸が計量値ｗ、横軸が時間ｔである。グラフＧ１は大きく振動しており、計量値ｗが不安定であることを示す。グラフＧ２は小さく変動しており、計量値ｗが安定であることを示す。図６の（Ｂ）は、図６の（Ａ）のＰで示す部分の拡大図である。図６に示されるように、計量値ｗそのものを判定する安定判定処理の場合、判定対象のデータが計量値ｗの極値に該当するときには、不安定なグラフＧ１であっても、安定判定範囲の上限及び下限の間に含まれることがある。このため、計量値ｗが不安定であるにも拘わらず安定であると判定するおそれがある。

一方、本実施形態に係る組合せ計量装置１では、第１変化量及び第２変化量を用いて安定判定を行う。計量値ｗの時間変化の減衰が十分ではない場合には、計量値ｗの時間変化の減衰が十分な場合に比べて第１変化量及び第２変化量の少なくとも一方が大きな値となる。つまり、組合せ計量装置１は、第１変化量及び第２変化量を用いることで、計量値ｗの時間変化の減衰が十分ではないときに計量値ｗの時間変化の極大値近傍又は極小値近傍をサンプリングした場合であっても、計量値ｗが所定の範囲に収束していないと判定できる。つまり、第１変化量及び第２変化量を用いて安定判定を行うことで、極値付近の安定判定の誤判定を回避できる。よって、組合せ計量装置１は、計量値ｗの時間変化が安定しているか否かを、計量値ｗそのものを判定する場合と比べて短時間で正確に判定できる。

また、本実施形態に係る組合せ計量装置１では、安定判定時間ｔｓという時間的な制約があった場合でも、計量値ｗの時間変化が所定の範囲に収束したか否かを、計量値ｗそのものを判定する場合と比べて正確に判定できる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明の搬送部は、上述した分散フィーダ３及び複数の放射フィーダ４に限定されず、物品を搬送できる構成を有するものであればよい。また、本発明の複数のホッパは、上述した複数の計量ホッパ６及び複数のブースタホッパ７のように環状に配置されたものに限定されず、マトリックス状に配置されたものであってもよい。また、本発明の組合せ計量装置は、複数のブースタホッパ７を備えなくてもよい。

また、上述した実施形態において、安定判定部２０４は、判定値が閾値以下となる期間が所定期間以上となったか否かを判定してもよい。この場合、閾値のみを判定する場合と比べて、より正確に安定か否かを判定できる。

また、上述した実施形態において、安定判定部２０４は、判定値として一階微分値ｄｗ／ｄｔの絶対値及び二階微分値ｄ^２ｗ／ｄｔ^２の絶対値の和を用いたが、一階微分値ｄｗ／ｄｔの大きさ及び二階微分値ｄ^２ｗ／ｄｔ^２の大きさをそれぞれ判定値として安定判定をしてもよい。

１…組合せ計量装置、３…分散フィーダ（搬送部）、４…放射フィーダ（搬送部）、６…計量ホッパ（ホッパ）、７…ブースタホッパ（ホッパ）、１１…計量部、２０…制御部。

Claims

外部から投入された物品の質量に応じた計量値の時間変化を出力する計量部と、
前記計量部により出力された前記計量値の単位時間当たりの変化量である第１変化量、及び、前記第１変化量の単位時間当たりの変化量である第２変化量を用いて、前記計量値の時間変化が所定の範囲に収束したか否かを判定する制御部と、
を備える計量装置。
前記制御部は、前記第１変化量の絶対値と前記第２変化量の絶対値との和が閾値以下となる期間が所定期間以上となったときに前記計量値の時間変化が所定の範囲に収束したと判定する請求項１に記載の計量装置。
物品を搬送する搬送部と、
前記搬送部によって搬送された前記物品を一時的に貯留する複数のホッパと、
を備え、
前記計量部は、前記ホッパに貯留された前記物品の質量に応じた計量値の時間変化を出力し、
前記制御部は、
前記ホッパに対応する前記第１変化量及び前記第２変化量を用いて前記計量値の時間変化が所定の範囲に収束したか否かを判定し、
前記計量値の時間変化が所定の範囲に収束したと判定され且つ前記複数のホッパにそれぞれ対応付けられた複数の前記計量値から、合計値が目標計量値となるように前記計量値の組合せを選択し、当該組合せに対応する前記ホッパに前記物品を排出させる、
請求項１又は２に記載の計量装置。