JPS62245115A - 計量充填制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、洗剤などの粉粒対或いは顆粒ベレット、塊状
物、液体等を一定量計量して容器に充填するのに高速、
高精度に充填する計量充填制御方法に関するものである
。

〔従来の技術〕

−Ｓに包装商品では内容物の表示重量つきで販売される
ことが多いが、内容物の量的過不足がある場合、実際の
取引では表示重量の不足の方が問題であり、経験的に販
売者としては常に表示重量より多い目の重量に充填して
その安全度をみているので、この包装傾向は経済的損失
が掻めて太きい、そのため包装の際総重量のバラツキを
可及的に小さくする高精度の計量と計量作業の高速度化
が望まれている。

従来のこの種方法の一例としたは、粉粒体、例えば洗剤
を計量すべきスペース内へ定量以下の量を最初に供給し
、次いで定量不足分を小出しに供給し微量補充を行うと
いう盛込方法が採用されていた。即ち、被計量物（充填
物）を容器に充填した後、ウェイトチェフカによりその
重量（通常あ容器を含む重量）を測定し、重量不足品を
避けるために量目に上乗せする盛込量を定期的に設定し
ながら充填重量の管理を行う方式を採用している。

〔本発明が解決しようとする問題点〕

ところが、盛込量が修正されるまで計量（充填）指定量
（量目＋盛込量）が固定で、一般に重量不足品を避ける
ため盛込量は太き（見る傾向があるので搬入する被計量
物（例えば粉粒体）の流動性、嵩比重等が安定し、盛込
量が少なくてすむ場合でも、安全を見るため盛込量が大
きくなり、その分だけ盛込量が増加し、充填歩留りが悪
化するという精度上の問題があるばかりか、この微量補
充方式は高精度計量をするには投入速度に減速が必要と
なるばかりか計量時間がかかり、充填処理作業としては
実用的ではない。

このため短時間に大量に投入し余剰分を排除する方式が
試みられるようになったが、短時間に大量投入しても、
投入誤差が多くてはあとの終点バランスに時間を要し、
高速充填はできない。この大量投入の際の誤差は、落下
衝撃、投入シャッタ締切後の投入量（投入から粉面まで
の空中通過量、投入シャッタの締切り時間中の落下量）
があり、シャッタ締切後の投入量は低落差、高速遮断で
ある程度対応できるが、実質的には残り落下衝撃は落下
質量速度が大きいほど高くなり、また、粉粒体の嵩比重
、流動性が変化すると衝撃値のバラツキが生じ、オフセ
ット（偏差）、バラツキ誤差とも大きくなるし、投入シ
ャッタの締切時間中の落下量と投入シャッタから粉面ま
での空中通過量が制御できないために衝撃値のバラツキ
を補正してもさらに最終的には誤差が出ることになる。

このため落差補正といって前回充填の遮断設定値と終点
との差をフィードバックして修正する方法が考えられる
が、これでもオフセット修正が基本で、バラツキ誤差は
吸収できず、殊にシャッタ締切後の投入量が制御できな
いので精度的に問題がある。

本発明は、これら従来の欠点を排除するため、高い精度
で短時間大量投入をし終点バランスの負担を軽減させる
ため大量投入中リアルタイムにその時点での落下衝撃値
を刻々計算すると共に、投入速度対盛込量よりシャッタ
締切後の投入量を予測し正味投入量を予測しながら設定
値に予測値が達した時点で投入遮断をすることにより、
即ち投入落下誤差とシャッタ締切後の投入量誤差を予測
して自動修正する予測制御で高速、高精度に充填するこ
とを可能とする有用な計量充填制御方法を提供すること
を目的とするものである。

また、本発明の他の目的は投入速度を減速しない一定速
度投入で計量時間の短縮と、落下衝撃値の変動（速度、
空気との抵抗）があっても影響されず１サイクルのスピ
ードアンプと、投入シャッタ締切後の投入量をも制御し
て計量精度の大幅な向上とを可能にした計量充填方法を
提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、容器に充填すべき定量以上の充填物を計量バ
スケットに投入したのち、この定量を超えた量の充填物
を排除して容器に充填する計量充填制御において、前記
計量バスケット内の計量増加速度を一定周期で検出して
落下衝撃値を刻々計算し正味投入量を予測して求まった
投入速度盛込量より投入シャッタ締切後の投入量をも予
測しながら設定値に予測値が達した時点で投入遮断した
のち、前記投入超過量分を排除することを特徴とする計
量充填方法である。

〔実施例〕

以下に本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する
と、第１図において、供給ホンパー１から充填すべき定
量以上の充填物Ｉを計量バスケット２に投入してこの投
入中にその落下衝撃値とシャッタ締切後の投入量（投入
シャッタから粉面までの空中通過量、投入シャッタの締
切時間中の落下量）とを計算し、正味投入量予測値に達
した時に制御装置５で投入遮断し、この充填物ｒを計量
装置３で計量して吸引ノズル４を作動させ、続いて計量
バスケット２内に挿入された吸引ノズル４で定量を超え
た量の充填物ｉ′が吸引される。さらに、吸引ノズル４
が作動中の計量バスケット２内の充填物■を計量し、定
量まで減量したときに吸引ノズル４の作動を制御装置５
で停止させ、最後にバスケット２内の計量された充填物
Ｉを容器■に排出し充填する。充填された容器■は移動
され、計量バスケット２の下方に空の容器■が送入され
て次の充填に備えられる。

即ち、第２図に示すように、充填物■が供給ベルトコン
ベア６により移送されてきて供給ホンパー１に供給され
、供給ホンパー１内に貯留される。

このとき、供給ベルトコンベア６から供給ホンパー１へ
の供給量は、レベルゲージ７で計量されて一定のレベル
に保たれる。この供給ホッパー１の下端開口に開閉シャ
ッタ８が取付けられている。

この開閉シャッタ８は、シャッタードライブソレノイド
９に制御装置５から開又は閉の指令が入力されたときに
開閉され、供給ホッパーの開閉シャッタ８が開き、落下
して（る充填物！は、供給ホッパー１の下方に設けられ
た計量バスケット２内に投入貯留されるが、投入中に充
填設定値に投入予測値が達したときに開閉シャッタ８が
閉じ投入遮断が行われ、計量バスケット２に設けた計量
装置３例えばロードセルで計量される。計量バスケット
２内には吸引ノズル４が挿入され、この吸引ノズル４に
排出管１０が連結され、この排出管１０に戻し装置１１
が連結され、この戻し装置１１に吸引装置１２が取付け
られる。また、排出管１０の途中にバルブ１３が取付け
られている。

このバルブ１３は、排出管１０に穿設された孔１０ａを
開閉するためのものであり、この孔１０ａとバルブ１３
の窓１３ａとが合致するとき、エアーは孔を通って外部
に流出し、吸引ノズル４は作動せず、孔１０ａを閉塞す
るとき、吸引ノズル４は作動する。この孔１０ａのバル
ブ１３による開閉は、制御装置５によりパルプドライブ
ソレノイド１３′の作動でおこなわれる。吸引ノズル４
は、２重管構造に構成され、周りの空隙から外気が導入
され、導入された外気と充填物■とが中心の空隙から排
出管１０へと吸引されて戻し装ｆｆ１ｌへ排出される。

この戻し装置１１は、バックフィルター１４を備え、こ
のバックフィルター１４によりエアーのみ吸引装置１２
へ吸引され、超過量分の充填物Ｉ″は戻し装置１１内の
室１５に貯留される。この室１５に貯留された戻り充填
物Ｉ゛は、ロータリーパルプ１６から再び供給ホッパー
１へ排出される。

前記計量バスケット２の下端開口には排出ゲート１７が
取付られ、この排出ゲー）１７にゲートドライブソレノ
イド１８が取付けられ、このソレノイド１Ｂが制御装置
５からの指令により作動し排出ゲート１７の開閉を図る
ようになっていて、排出ゲート１７の開閉は、吸引ノズ
ル４の充填物Ｉの吸引により計量バスケット２内の充填
物Ｉが定量に至ったとき、計量装置３の上方を読み取つ
た制御装置５がパルプ１３を作動させて吸引作動を停止
させ、次いでゲートドライブソレノイド１８を作動させ
て排出ゲート１７を開き、充填物Ｉが全て排出されたか
否かを制御装置５が計量装置３の上方を読み取って判断
し、制御袋Ｗ５が再びゲートドライブソレノイド１８を
作動させて排出ゲート１７を閉塞する。計量バスケット
２内から排出された充填物■は、充填シュート１９を通
過して空の容器■へ充填される。

本発明における前記制御装置５は、前記バスケット２の
計量増加速度をリアルタイムに検出し、その時点での落
下衝撃値と投入シャッタ締切後の投入量を予測し、バス
ケット２内の粉体重量と衝撃値を含んだ重量指示値から
予測衝撃値を差引いてバスケット２内の粉体重量を推定
するために高速Ａ／Ｄコンバータ５３と、高性能コンピ
ュータ５４との組合せで行ない、例えば１．５秒の短時
間投入で１／１００の精度を得ることが可能となり、後
続の吸引抜出工程に移行させる。この場合第５図に示す
ように実際の投入量は自然落下の場合、変動落下衝撃値
は信号加算器５１を経てその数倍に増巾器５２で増巾さ
れ、スケール上に表すが、３／１０００秒の速さでこれ
に追随するようにしである。

また、本発明の場合、予め充填物ｌと同一計量物で落下
速度、落差、充填物の物性、即ち真比重、嵩比重、形状
等の物性の使用変動範囲で落下衝撃値を測定し、前記パ
ラメータとの近似相関式で精度を求めておき、次で実装
置の計量バスケット２をプログラムしたコンピュータ５
４で落下衝撃値を解析し真の重量増加を推定するもので
ある。

例えば洗剤の粉粒体の場合を例にとってみると、一定重
量の測定粉体を仕切板で閉じた供給ホッパーに入れ、仕
切板を抜取り、ホッパー内へ粉体を落下させる。落下し
た粉体は傾斜板（４５度角度）に当り下方に流れる。こ
の時バネ秤の重量を読む。

粉体の落下速度は仕切り板を抜取ったときから全量落下
した時間を計測し算出する。測定回数は同一落下質量速
度、同一落差の条件で５回、落差は１００、２００．３
００ｍ、落下質量速度は０．５．１．０．２．０゜２．
５ｋｇ／ｓｅｃであったが、その測定結果は落差変動（
１００〜３００　ａｍ）を誤差因子として扱い、落下質
量速度と衝撃値の回帰分析を次式で行った。

回帰式　Ｙ＝Ａ−ｘ＋Ｃ 粒状洗剤：嵩比重３３０ｇｒ／　１ ：水分５．５χ ：平均粒径４５０μ Ａ＝０．４２６１．　Ｃ−−０，０３３６Ｙ＝０．４２
６１ｘ　＋　（−０，０３３６）・・・相関係数０．９
８８ Ｙ・・・落下衝撃値（ｋｇ）　　Ａ・・・係数Ｃ・・・
常数、　　Ｘ・・・落下質量速度（ｋｇ／５ｅｃ）この
解析制御プログラムは第３図に示すように重量指示値と
時間との関係で ・ｔｏｒｎ・・・測定点（各測定点間隔は一定時間とす
る。）・−〇　　・・・測定点における重量指示値・ｒ
Ｗｎ　　・・・一測定間隔の投入重量の増加量・ＩＦｎ
　　・・・測定点における落下衝撃値・ＥＷｎ　　・・
・盛込量 ・ＣＷｎ−ＣＷｎ−ｘ・・・投入速度 を示し、その解析手順を示すと ・ＴｎにおけるーｎとＴｒ＋−＋における一ｎ−１の差
を求め、弓−ｎを回帰式を展開したＩＷｎ算出式で求め
・Ｃ−〇−１にＩＷｎを累計してＣＷｎを推定する。

・（Ｊｎが投入設定値に等しくなるまで上記を繰り返す
。

回帰式よりＣＷｎの算出式を展開すると、第３図より、 Ｗｎ−ＣＷｎ−＋−ＩＷＦｌｌ＋　ＩＷｎＷｎ−ＣＷｎ
−＋＝　（ＡｉＷｎ　＋Ｃ）　　＋ＩＷｎＷｎ−ＣＷｎ
、＋　＝　Ｈｌｎ（Ａ　＋　１　）　＋　ＣＩＮ−（Ｗ
ｎ　−ＣＷｎ−＋　　Ｃ）／（Ａ”ｌ）、’、ＣＷｎ　
−（（Ｗｎ　　Ｃ１１ｎ−＋　　Ｃ）／Ａ＋１）　　＋
ＣＷｎ−ｔとなる。従ってこの算出によって求められた
投入速度（ＣＷｎ　−Ｃ−トＸ）対盛込量（Ｅ賀ｎ）よ
り各データから相関係数を求め投入シャッタ締切後の投
入量（シャッタ締切と空間貯留量）を予測して盛込量（
ＨＷｎ）を加えて第４図に示すように投入設定重量ＣＦ
−に予測値Ｃｌ１ｎが達した時点で投入遮断し、後続の
吸引抜出に移行させ制御をするものである。

例えば４，１００ｇの大投入において標準偏差σｎ−１
＝７〜８ｇの高精度の結果となりバラツキも少ない。

前記計量装置３は応答速度の速い電気的重量検出センサ
例えばロードセル、フォースバランス等が用いられ、信
号加算器５１と該計量センサの出力を増巾する増巾器５
２を経てディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器のコン
バータ５３とを備え、さらに演算指令手段としてのコン
ピュータ５４をもって制御機構が構成されている。この
制御手段のコンピュータ５４は検出手段の検出信号から
の指令により動作する制御機構で計量充填装置（第２図
に示した開閉シャフタ８、パルプ１３、排出ゲート１７
等）の動作を制御する。２０は初期定数設定手段で、例
えば計量時間、計量整定時間、排出時間、量目、サンプ
ルデータ数、規格値、許容率等の設定部とを備えている
。前記演算手段を行うコンピュータ５４では、上記定数
設定手段２０からのデータ及び検出手段からの検出値を
入力として新たな演算手段を行い、その結果を遮断弁の
制御手段に与える。

第４図は上述した各構成要素を備えたコンピュータ５４
の計量解析制御装置を計量充填装置（第１図）に適用し
た場合の具体的実行の一例を示したフローチャートであ
るが、超過分排除工程の吸引計量整定を含む吸引補正工
程のフローにバトンタッチする構成とするのが便利であ
る。

このように前記計量制御装置は、その主要部をマイクロ
コンピュータによって構成するが、上述した計量充填装
置への適用のみに限定されるものではなく、二次制御方
式の計量管理を行う装置に広く応用することができる。

なお、落下衝撃値は落下質量速度、落差、空気抵抗によ
って左右されるが、多くの粉粒体は空気抵抗が大きいた
め質量速度が支配的因子となる。

従ってこの質量速度は計量バスケットの重量増加速度を
知ることによって、推定でき、また重量増加速度は粉粒
体の嵩比重、流動性、落差などの変化を含んだ値として
得られるので粉体特性が変動しても大きな影響を受けな
いで制御することが可能となる。また、投入シャッタ締
切後の投入量は投入シャッタの締切と、粉粒体の空間滞
留量との因子で決められるので粉粒体の種類による係数
Ａ１及び常数Ｃ９を加味しである。

前記高速Ａ／Ｄコンバータとしては分解能１２ビツト、
変換速度２５〜１００μ秒程度の性能を有すると共に、
前記コンビエータとしては１６ビツトのマイクロプロセ
ッサと・演算用プロセッサと組み合せ５　Ｍｔ１２のク
ロックでドライブするシステムを用いれば好適である。

さらに計量装置３は応答速度の速いワイヤーストレンゲ
ージ等の電気的重量検出センサーと組合せることができ
る。このワイヤーストレンゲージとして応答速度の０　
、０１　秒程度のものを使用すれば吸引排出速度の０．
４２秒よりも速いので十分に追従可能である。

本発明に係る計量充填方式は粉粒体に限らず連続重量測
定可能な重量計量器において、落下投入する液体、スラ
リー、砂、造粒物、その他の原料のバッチ計量充填に用
いられ得るものである。

〔発明の効果〕

本発明は、定量以上の量を供給ホッパーから計量バスケ
ットへ供給するので、このときの大出し時間は従来方法
よりも若干多くかかるが、従来のような精確な計量をす
るための小出し工程がなくなり、小出し排出時の落下に
よる慣性と空中移動中の充填物制御が出来ないことによ
る計量精度の狂いは生じないし、短時間大量投入しても
バラツキ誤差を吸収した制御を行って投入誤差が少なく
終点バランスに時間がかからないし負担も軽減できるの
で高速充填が可能であり、しかも充填物の質量速度を計
量バスケットの重量増加速度を検出することで推定でき
ることになり、この重量増加速度には充填物の嵩比重、
流動性、落差などの変化を含んだ値としてとらえられる
ので充填物特性が変動として大きな影響を受けずに追随
できるほか投入シャ７タの締切と空間滞留量をも因子と
した投入シャフタ締切後の投入量誤差をも修正制御でき
るので高精度の充填ができる。

また、本発明の装置では、計量時間のスピードアップと
計量精度の向上とが同時に図れるし、超過分の充填物排
除が高速に可能であるため、計量装置に応答速度の速い
電気的重量検出センサを組合せることができ、より一層
計量精度を向上させることができるし、バラツキもなく
大量投入の投入誤差が可及的に小さい範囲中に押えて制
御できるので充填歩留りの大幅の向上が見込めるし、全
充填サイクルの高速、高精度化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の制御原理の説明図、第２図は計量制御
装置の要部構成概略図、第３図は重量指示値と測定点と
の関係線図、第４図は解析・制御プログラムのフローチ
ャート、第５図は洗剤の場合の投入量変化と落下衝撃値
変化動作を時間（Ｔ）と重量指示値（Ｗｎ）の関係とし
て表示させたグラフである。 １・・・供給ホッパー、２・・・計量バスケット、３・
・・計量装置、４・・・吸引ノズル、５・・・制御装置
、８・・・開閉シャッタ、１７・・・排出ゲート、５１
・・・信号加算器、５２・・・増巾器、５３・・・コン
バータ、５４・・・コンピュータ、■・・・充填物、■
・・・容器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、容器に充填すべき定量以上の充填物を計量バスケッ
   トに投入したのち、この定量を超えた量の充填物を排除
   して容器に充填する計量充填制御において、前記計量バ
   スケット内の計量増加速度を一定周期で検出して落下衝
   撃値を刻々計算し正味投入量を予測して求まった投入速
   度対盛込量より投入シャッタ締切後の投入量を予測しな
   がら設定値に予測値が達した時点で投入遮断したのち、
   前記投入超過量分を排除することを特徴とする計量充填
   制御方法。 ２、前記正味投入量を予測するのに予め同一計量物で落
   下速度、落差、計量物の真比重、嵩比重、形状などの物
   性の使用変動範囲で落下衝撃値とシャッタ締切後の投入
   量を測定したものを用いることを特徴とした特許請求の
   範囲第１項記載の計量充填制御方法。 ３、前記正味投入量を予測するのに計量バスケットの重
   量増加を一定周期で測定し、予測された前記落下衝撃値
   及び投入速度対盛込量との相関式をプログラムしたコン
   ピュータで落下衝撃値とシャッタ締切後の投入量を解き
   真の重量増加を推定して用いるものである特許請求の範
   囲第１項又は第２項記載の計量充填制御方法。 ４、前記正味投入量を予測するのにバスケット内の充填
   物重量と衝撃値を含んだ重量指示値から予測衝撃値を差
   引いて処理するものである特許請求の範囲第１〜３項の
   いずれか一つの項記載の計量充填制御方法。 ５、前記落下衝撃値を充填物の落差変動を誤差因子とし
   落下質量速度と衝撃値の回帰分析を回帰式Ｙ＝Ａ・ｘ＋
   Ｃ 但し Ｙ…落下衝撃値、（ｋｇ）Ａ…係数、 Ｃ…常数、ｘ…落下質速度（ｋｇ／ｓｅｃ）で処理して
   制御することを特徴とする特許請求の範囲第１〜４項の
   いずれか一つの項記載の計量充填制御方法。 ６、前記落下衝撃値を充填物の各測定点における重量指
   示値Ｗｎの差を求め、一測定間隔の投入重量ＩＷｎを前
   記回帰式を展開した算出式で求めたのち、累計し重量増
   加の累積値ＣＷｎと盛込量ＥＷｎを推定し、累積値ＣＷ
   ｎ＋盛込量ＥＷｎが投入設定重量に等しくなるまで繰返
   して等しくなった時点で投入遮断処理することを特徴と
   する特許請求の範囲第５項記載の計量充填制御方法。 ７、容器に充填すべき定量以上の充填物を計量バスケッ
   トに投入し計量バスケット内に挿入された吸引ノズルで
   定量を超えた量の充填物を吸引する際、計量バスケット
   内の充填物を計量し、定量まで減量したときに吸引ノズ
   ルの作動を停止して計量バスケット内の充填物を容器に
   充填する工程において、計量バスケットの計量増加速度
   をリアルタイムに検出する手段と、バスケット内の粉体
   重量と衝撃値を含んだ重量指示値から予測衝撃値を差引
   き演算する手段と、該演算手段で求めた正味投入量と投
   入速度対盛込量よりシャッタ締切後の投入量とを予測し
   ながら設定値に予測が達した際に遮断弁に投入遮断信号
   を出す手段とで処理するものである特許請求の範囲第５
   項又は第６項記載の計量充填制御方法。