JP4101381B2 - 計量装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は計量装置、特にロードセル等の荷重検出器を用いる計量装置に関し、物品計量の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
荷重が負荷された際の起歪体の弾性変形に応じた電気的信号を出力するロードセルを荷重検出器として用いる計量装置のひとつに計量チェッカーが知られている。この計量チェッカーは例えば商品の最終生産ラインにおいて出来上がった商品を搬送しながらその重量が適正か否かをチェックするもので、商品を搬送するための搬送ユニットが起歪体の可動剛体部で支持され、この搬送ユニット全体の重量が負荷された状態を計量ゼロ点として商品の計量値を得る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上記搬送ユニットには商品が載置される搬送平ベルトやこれを走行させるための駆動モータの他、ローラやタイミングプーリないしタイミングベルト等の各種の回転駆動部材が備えられる。したがって、これらの駆動部材に破損が生じたり異物が付着したりすると、該部材の質量分布バランスないし回転の動的バランスが崩れ、その結果生じる振動が駆動ノイズとなってロードセルの起歪体に伝達される。それゆえ、弾性変形部材である起歪体が共振してロードセルの出力信号もまた同じ周波数で振動し、計量値が安定するまで長い時間がかかったり、あるいは該ノイズを取り込んで誤った計量値を算出したりする等、計量精度の低下が引き起こされる。さらには、付着した異物を部材同士が噛み込むときのショックによっても振動が発生し、計量精度が低下する。
【０００４】
このとき、どの部材が原因で計量精度が低下したのかを特定するには、およそ考えられる駆動部材のひとつひとつを目視確認していくか、あるいは別途ＦＦＴアナライザ等の計測器を用いて精査するしかなかった。
【０００５】
本発明は、このような現状に鑑み、まず計量装置が現在計量精度が低下するような状況にあるのかどうかを容易に判断することのできる技術の開発、さらにはそのような状況を引き起こす原因となっている部材を容易に特定することのできる技術の開発を目的として鋭意研究を重ねた結果、完成するに至ったものである。以下、本発明が解決しようとするその他の課題を含め、本発明を詳しく説述する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本願の特許請求の範囲の請求項１に記載の発明は、複数の駆動部材の回転により被計量物を搬送する搬送ユニットを支持する弾性部材を荷重検出要素として含む荷重検出器の出力信号に基づいて被計量物の重量を計量すると共に、上記弾性部材に各駆動部材の回転に起因する振動が伝達され、上記荷重検出器の出力信号が上記弾性部材に伝達された振動の重なり合いでなる計量装置であって、上記出力信号を周波数分析する分析手段と、当該計量装置が正常であるときの上記出力信号を上記分析手段で周波数分析した結果を周波数と駆動部材とに対応させて記憶する記憶手段と、現在の出力信号を上記分析手段で周波数分析した結果と上記記憶手段で記憶された正常時の結果とを用いて所定の処理を行なう処理手段とが備えられていることを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、荷重検出器の現在の信号状態をモニターしながら、一方で当該計量装置が正常である場合の信号状態を記憶しているから、もし当該計量装置に何らかの異常が発生して上記のモニター信号に異変が生じたときには、これらの両信号状態を用いて所定の処理を行なうことにより、当該計量装置が正常でないことがわかり、計量精度の低下するおそれがあると容易に判断することができる。しかも、計量装置本来の機能である物品の計量に用いる荷重検出器の信号を利用するから計量装置自体が複雑化しない。
【０００８】
ここで、例えば計量装置が工場出荷時の検品に合格したときの状態等は計量装置が正常である場合の典型例である。特に、計量装置が上記計量チェッカーのようなものである場合においては搬送ユニットの回転駆動部材に破損や異物付着のない状態等が計量装置が正常である場合の例に含まれる。
【０００９】
次に、請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、上記処理手段は、正常時の結果と現在の結果とを各周波数毎及び各駆動部材毎に比較のため併せて外部へ情報として提供するものであることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、特に、上記処理の一つの態様として、正常時の信号状態と現在の信号状態とが比較のために併せて外部へ情報提供されるから、例えば計量作業員等の外部のものがこれらの両信号状態を比較することにより当該計量装置が現在正常かどうかを判断することができる。
【００１２】
また、特に、上記荷重検出器の出力信号が荷重検出要素である弾性部材に伝達された振動波形の合成である場合に、その出力信号が周波数分析されたうえで、各周波数毎及び各駆動部材毎に、正常時の結果と現在の結果とが比較のために併せて外部へ情報提供されるから、例えば計量作業員等の外部のものはどの周波数の振動に異変が生じ、したがってどの周波数の振動発生源が計量装置の異常の原因となっているかまでを特定することができる。
【００１３】
一方、請求項３に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、上記処理手段は、正常時の結果と現在の結果とを各周波数毎及び各駆動部材毎に比較して両者の差異が所定以上に大きい周波数の振動発生源を当該計量装置の異常発生源であると特定するものであることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、特に、上記処理の他の態様として、正常時の信号状態と現在の信号状態とがそのまま処理手段により比較され、その結果、当該計量装置が現在正常かどうかが自己診断されるから、例えば計量作業員等の外部のものが上記両信号状態を比較検討して判断する必要がなくなる。
【００１６】
また、特に、請求項２に記載の発明と同様、上記荷重検出器の出力信号が荷重検出要素である弾性部材に伝達された振動波形の合成である場合に、その出力信号が周波数分析されたうえで、各周波数毎及び各駆動部材毎に、正常時の結果と現在の結果とが特定手段により比較され、その結果、両者の差異が所定以上に大きい周波数の振動があったときは、その振動の発生源が当該計量装置の異常発生源であると特定されるから、例えば計量作業員等の外部のものがどの周波数の振動に異変が生じ、したがってどの周波数の振動発生源が計量装置の異常の原因となっているかまでを特定する必要がなくなる。
【００１８】
これらの発明によれば、特に、上記荷重検出器の弾性部材が搬送ユニットを支持し、該ユニットの各駆動部材の回転に起因する振動が上記弾性部材に伝達されるように構成されているから、上記計量チェッカーのような計量装置において、どの周波数の振動を発生する回転駆動部材が当該計量装置の異常の原因となっているかが、計量作業員等の外部のもの又は計量装置自体によって特定されることになり、駆動部材のひとつひとつを目視確認したり、ＦＦＴアナライザ等の計測器類を別途備える必要がなくなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を通して本発明をさらに詳しく説述する。
【００２０】
図１に示すように、この実施の形態に係る計量装置１は商品を搬送しながらその重量を測定する計量チェッカーである。この計量チェッカー１は商品の最終生産ラインに配置され、上流側の搬入コンベアＹから供給された商品Ｘを矢印Ａ方向に搬送している間にその重量を測定し、下流側の振分装置のコンベアＺに排出する。計量の結果重量が適正範囲から逸脱している商品は振分装置によって生産ラインから除外される。
【００２１】
計量チェッカー１は商品ＸをＡ方向に搬送するための搬送ユニット１１を備える。この搬送ユニット１１は断面コ字状のフレーム１２の両端部に回転自在に支持された従動ローラ１３及び駆動ローラ１４を有する。これらのローラ１３，１４間には商品Ｘが載置される搬送平ベルト１５が巻き掛けられ、駆動ローラ１４の軸にはタイミングプーリ１６が組み付けられている。フレーム１２には駆動モータ１７が取り付けられ、該モータ１７の出力軸に組み付けられたタイミングプーリ１８と、上記駆動ローラ１４のタイミングプーリ１６との間にタイミングベルト１９が巻き掛けられて、このタイミングベルト１９を介して上記モータ１７の駆動により搬送平ベルト１５がＡ方向に走行する。
【００２２】
搬送ユニット１１は架台２１に内装されたロードセル２２の起歪体２３の可動剛体部２３ａによって全体が支持されている。起歪体２３の固定剛体部２３ｂは架台２１に固定されている。搬送ユニット１１の背後には操作パネル３１が立設され、メインスイッチ３２や各種キー操作が行なわれる操作入力部３３、あるいは商品の計量値が表示される計量値表示部３４、及び当該計量チェッカー１の信号振動情報が表示される分析情報表示部３５が配置されている。
【００２３】
図２に示すように、ロードセル２２は負荷に応じた圧縮及び引張を受ける起歪体２３に複数のストレインゲージ２４…２４が貼着され、これらのゲージ２４…２４がホイートストンブリッジ回路に接続されたもので、負荷に応じた電気的信号が上記回路から取り出される。そのロードセル２２の出力信号は増幅器４１で増幅されたのち、Ａ／Ｄコンバータ５１でデジタル信号に変換されて、操作パネル３１に内装されたコントロールユニット６１に入力される。
【００２４】
コントロールユニット６１は入力されたロードセル２２の出力信号に基づいて重量演算部６２で商品Ｘの重量を演算する。ここでロードセル２２の起歪体２３には常に搬送ユニット１１全体の重量が負荷されている。したがってこの搬送ユニット１１全体の重量が負荷された状態での計量値がゼロ点に設定されている。図３のステップＳ１１に示すように、重量演算部６２は例えば光電センサでなる計量物検出用センサ７１（図１、図２参照）で商品Ｘを検出した時点から所定の時間が経過したときの計量値を商品Ｘの重量とする。計量結果は計量値表示部３４に例えばグラム単位でディスプレイされる。
【００２５】
コントロールユニット６１は本来の機能である上記重量演算を実行する以外に、図３のステップＳ１２に示すように、ロードセル２２の出力信号を信号分析部６４において周波数分析する。つまりロードセル２２の出力信号がどんな周波数の正弦波の重ね合せで構成されているかを例えばフーリエ分解を用いて分析するのである。
【００２６】
前述のようにロードセル２２は搬送ユニット１１全体を支持している。したがって搬送ユニット１１で生じた振動はロードセル２２に入力され、ロードセル２２の出力信号に例えば図４に符号Ｇ１で示すような波形となって表れる。この波形Ｇ１は起歪体２３に伝達された振動が重なり合い合成されたものである。起歪体２３には搬送ユニット１１における駆動モータ１７、駆動プーリ１８、タイミングベルト１９、従動プーリ１６、駆動ローラ１４、搬送平ベルト１５、従動ローラ１３等の各駆動部材の回転から生じる振動が伝達される。したがってロードセル２２の出力信号を周波数分析することにより各回転駆動部材がそれぞれ発している振動が個別に得られる。
【００２７】
搬送ユニット１１の各駆動部材の回転から生じる振動としては、駆動モータ１７自体の回転振動の他、例えばタイミングプーリ１６，１８とタイミングベルト１９との噛み合いのアンバランスに起因する振動や、搬送平ベルト１５のつなぎ目とローラ１３，１４との接触時の衝撃に起因する振動等がある。これらは完全に払拭することが困難なほど微細なものであり、たとえこのような振動が生じていても計量チェッカー１は工場出荷時の検品に正常品として合格する。
【００２８】
これに対し、例えばローラ１３，１４の表面に欠けが生じたり異物が付着したり、あるいはタイミングプーリ１６，１８の歯に異物が挟まったりすると、各駆動部材の質量バランスないし回転バランスが崩れ、また異物噛込みのショックによって計量精度に悪影響を及ぼすほどの振動が発生する。これらは計量チェッカー１としての異常の原因となる。
【００２９】
各駆動部材から発生する振動の周波数は該駆動部材の回転速度と関連する。例えば従動プーリ１６の歯の一箇所が欠ける等の異常が起こったときは、その部分がタイミングベルト１９と噛み合い始める際に衝撃が出る。その衝撃は該プーリ１６が一回転する間に一回起きるから、次式により、例えば該プーリ１６の回転速度Ｒが６００ｒｐｍであれば、周波数Ｆが１０Ｈｚの振動が生じることになる。
【００３０】
【数１】

各駆動部材の径や長さあるいは部材間のそれらの比は予めわかっているから、そのときの商品搬送速度から全ての駆動部材の回転速度が求められ、各駆動部材に振動が起こったときの該振動の周波数が全て決定する。
【００３１】
コントロールユニット６１のメモリ６３には、上記のように工場出荷時の検品に正常品として合格したときに搬送ユニット１１を空運転し、そのときのロードセル２２の出力信号を周波数分析した結果が格納されている。すなわち、当該計量チェッカー１が正常状態である場合において発生するもともとの各振動の振幅等の振動情報がその周波数と部材とに対応させて記憶されているのである。
【００３２】
今回、図３のステップＳ１２において、例えば図４に示す波形Ｇ１を時刻アにおいて周波数分析した結果、図５に実線で示すような波形Ｇ２に分解されたとする。この波形Ｇ２は搬送平ベルト１５の回転に伴う周波数Ｆ１の振動のピークａと、タイミングベルト１９の回転に伴う周波数Ｆ２の振動のピークｂと、従動プーリ１６又は駆動ローラ１４又は従動ローラ１３の回転に伴う周波数Ｆ３の振動のピークｃと、駆動モータ１７又は駆動プーリ１８の回転に伴う周波数Ｆ４の振動のピークｄとを有する。
【００３３】
コントロールユニット６１は、図３のステップＳ１３に示すように、この現在運転中のロードセル２２の出力信号を周波数分析した結果Ｇ２を当該計量チェッカー１の信号振動情報として分析情報表示部３５に例えば図５に示すようなグラフ形式でディスプレイすると同時に、これと重ねて、メモリ６３に格納されている正常時のロードセル２２の出力信号を周波数分析した結果を同じく当該計量チェッカー１の信号振動情報として分析情報表示部３５にディスプレイする。ここで、正常時にロードセル２２の出力信号を周波数分析した結果、図５に鎖線で示すような波形Ｇ０に分解されたとする。この波形Ｇ０は上記各駆動部材１３〜１９の振動のピークａ〜ｄに対応するするピークを有する。
【００３４】
信号分析部６４は少なくとも搬送ユニット１１が駆動している期間中、周波数分析に必要なデータやプログラムをメモリ６３から読み出して周波数分析を連続して実行する。したがって分析情報表示部３５にディスプレイされる各周波数毎ないし各駆動部材毎の現在の振動波形Ｇ２及び正常時の振動波形Ｇ０は共に経時的に変化し、特にその振幅が上下するように挙動する。
【００３５】
これにより、例えば計量作業員が分析情報表示部３５を観察することによって、正常時の振動状態Ｇ０と現在の振動状態Ｇ２とを比較検討することができ、特に、両振動Ｇ０，Ｇ２の振幅を各周波数毎に比較することが可能となる。図例の場合では、タイミングベルト１９の両振動Ｇ０，Ｇ２の振幅の差異Δが大きいから、該ベルト１９に異物付着等の異常が発生し、それによってノイズが増大したと判定することができる。その結果、タイミングベルト１９が当該計量チェッカー１の異常発生源であると特定することができる。
【００３６】
図６は当該計量チェッカー１の具体的動作の他の例を示す。図中のステップＳ２１及びＳ２２はそれぞれ図３のステップＳ１１及びＳ１２と同じ内容である。この場合は、コントロールユニット６１は、現在のロードセル２２の出力信号の周波数分析を行なった段階では、その結果Ｇ２を正常時の分析結果Ｇ０と併せて分析情報表示部３５にディスプレイせず、ステップＳ２３に示すように、自ら両結果Ｇ０，Ｇ２を比較する。
【００３７】
その結果、前述のように、タイミングベルト１９の現在の振幅が正常時のそれに比べて大きな差異Δだけ増大しているから、ステップＳ２４に示すように、該ベルト１９に異常が発生し、該ベルト１９が当該計量チェッカー１の異常発生源であると特定することができる。
【００３８】
そして、コントロールユニット６１は、ステップＳ２５に示すように、この判定結果を分析情報表示部３５に例えば図７に示すような態様でディスプレイする。
【００３９】
このように、計量チェッカー１自らが異常発生を自己診断し、また異常発生原因の特定を行なうから、例えば計量作業員が分析情報表示部３５をのぞき込んで比較検討する必要がなくなる。
【００４０】
また、いずれの動作の場合においても、当該計量チェッカー１が現在異常で計量精度が低下するような状況にあるのかどうかを容易に判断することができる。さらには、駆動部材のひとつひとつを目視確認したり、ＦＦＴアナライザ等の計測器類を別途備えることなく、計量精度が低下するような状況を引き起こす原因となっている駆動部材を容易に特定することができる。
【００４１】
そして、計量チェッカー１本来の機能である物品の計量に用いるロードセル２２の出力信号をそのまま利用するから、ハード面でもソフト面でも当該計量チェッカー１が過剰に複雑化することがない。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、計量装置が現在正常な状態で運転しているのかあるいは計量精度が低下するような不具合を有したまま運転しているのかが計量装置自体が計量値信号を処理することによって容易に判定できる。さらには、計量精度が低下するような不具合を有したまま現在運転していると判定した場合に、その不具合の原因となっている構成部材を同じく計量装置自体が計量値信号を処理することによって容易に特定できる。それゆえ、計量精度の低下及び計量誤差を未然に防止できる。
【００４７】
本発明は、搬送ユニットを備える計量チェッカーのような計量装置を含む重量計測産業、秤産業一般に広く好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る計量装置の正面図である。
【図２】 同計量装置のシステム構成図である。
【図３】 同計量装置の一具体的動作の流れ図である。
【図４】 同計量装置の荷重検出器の出力信号の波形図である。
【図５】 同出力信号を周波数分析した結果の波形図である。
【図６】 同計量装置の他の具体的動作の流れ図である。
【図７】 同計量装置の自己診断結果が表示された表示部の拡大図である。
【符号の説明】
１ 計量チェッカー（計量装置）
１１ 搬送ユニット
１３〜１９ 駆動部材
２２ ロードセル（荷重検出器）
２３ 起歪体（弾性部材）
３４，３５ 表示部
６１ コントロールユニット（処理手段）
６２ 重量演算部
６３ メモリ（記憶手段）
６４ 信号分析部（分析手段）

Claims (3)

1. 複数の駆動部材の回転により被計量物を搬送する搬送ユニットを支持する弾性部材を荷重検出要素として含む荷重検出器の出力信号に基づいて被計量物の重量を計量すると共に、上記弾性部材に各駆動部材の回転に起因する振動が伝達され、上記荷重検出器の出力信号が上記弾性部材に伝達された振動の重なり合いでなる計量装置であって、
   上記出力信号を周波数分析する分析手段と、
   当該計量装置が正常であるときの上記出力信号を上記分析手段で周波数分析した結果を周波数と駆動部材とに対応させて記憶する記憶手段と、
   現在の出力信号を上記分析手段で周波数分析した結果と上記記憶手段で記憶された正常時の結果とを用いて所定の処理を行なう処理手段とが備えられていることを特徴とする計量装置。
2. 処理手段は、正常時の結果と現在の結果とを各周波数毎及び各駆動部材毎に比較のため併せて外部へ情報として提供するものであることを特徴とする請求項１に記載の計量装置。
3. 処理手段は、正常時の結果と現在の結果とを各周波数毎及び各駆動部材毎に比較して両者の差異が所定以上に大きい周波数の振動発生源を当該計量装置の異常発生源であると特定するものであることを特徴とする請求項１に記載の計量装置。

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