JPWO2013191217A1 - コンベア装置及びコンベア装置による重量検知方法 - Google Patents
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Abstract
Description
コンベア装置に関連する先行技術として、駆動モータの電流値を逐一捕らえ、モータの電流値の変化からコンベア装置の故障診断を行うもの(特許文献1)、モータの回転速度の変化からコンベア装置の故障診断を行うもの(特許文献2)、ベルトコンベアにおいて電流値と共にベルトスリップを検出して故障診断を行うもの(特許文献3)等が知られている。
しかしこれらの技術は、電流値または回転速度の変化で故障診断を行うものであったり、重量測定のために重量測定部(秤量部)を設けることを必要とする技術である。
そして重量測定部(秤量部)には、ロードセル等の高価な部品が必要であった。またそれに伴う制御も複雑なものとなっていた。
また本発明でいう、「重量」は、物理的な意味の「重量」とは異なり、概念的なものである。
即ち物理的な意味の「重量」とは、「質量」に重力加速度を掛けたものであるが、本発明で言う「重量」は、「質量」と区別されるものではない。
本発明のコンベア装置では、第1ゾーンに属するモータと、第2ゾーンに属するモータは、共に回転しており、搬送物を搬送することができる。
その一方で、本発明のコンベア装置では、第1ゾーンに属するモータと、第2ゾーンに属するモータは、異なる回転速度に制御されている。
そのため一方のゾーンから他方のゾーンに搬送物が移動すると、移動元(前記他方のゾーンに対する搬送方向上流側)のゾーンの速度によって付された慣性の影響で、移動先(前記一方のゾーンに対する搬送方向下流側)のゾーンのモータの回転速度が変動する。しかしながら、移動先のゾーンのモータについても、一定の回転速度に制御されているから、移動先のモータは、元の回転速度に戻ろうとする。
例えば、移動元のモータが高速回転しており、移動先のモータが低速回転している場合を想定すると、移動先のモータは、搬送物の慣性によって回転速度がオーバーシュートする。続いて移動先のモータは、回転速度を元に戻す様に動作するが、このとき、本来の目標回転速度よりも回転速度が下回る現象が発生する。即ち移動先のモータは、アンダーシュート状態となり、回転速度が一時的に低下することとなる。移動先のモータは、このように、オーバーシュートとアンダーシュートとを繰り返して、次第に本来の目標回転速度に収斂してゆく。
そして本発明者らの研究によると、オーバーシュートとアンダーシュートの大きさ等は、搬送物の重量と相関があり、オーバーシュート等を解析することにより、重量を検知することができることが判った。
本発明は、この知見に基づくものであり、搬送物が一方のゾーンから他方のゾーンへ移動する際における回転速度検知手段の回転変動に基づいて搬送物の重量を検知する重量検知手段を備えている。
この好ましい様相のコンベア装置では、変換関係記憶手段に記憶された関係に基づいて搬送物の重量を検知することとしたので、迅速に重量を検知することができる。これにより、例えば、搬送物の重量に基づいて搬送方向を変更するような制御を行ったとしても、搬送物の重量が迅速且つ的確に得られるため、搬送効率が低減するおそれがない。
本実施形態(第一実施形態)のコンベア装置1は、分散制御と称される制御方式を採用するものであり、複数の制御ゾーンに区分され、搬送物を上流側のゾーンから下流側のゾーンに向かって搬送することができる。即ち本実施形態のコンベア装置1は、分散制御による搬送機能を備えている。
また本実施形態のコンベア装置1は、上記した搬送機能に加えて搬送物の重量を測定する重量測定機能を備えている。
最初に、コンベア装置1の機械的構成と、分散制御による搬送機能について説明する。
本実施形態で採用するモータ内蔵ローラ5aでは、内蔵する駆動用モータ12としてブラシレスモータが採用されている。
即ち本実施形態で採用する駆動用モータ12は、図5の様なブラシレスモータであり、永久磁石を有する回転子21と、その周囲を取り巻く3系統の固定子用コイル(U,V,W)を有している。また回転子21の位置を検知する回転位置検知手段として3個のホール素子P,G,Oを有している。
ホール素子信号入力部24は、駆動用モータ12のホール素子P,G,Oからの信号が入力される回路である。
制御部27は、図示しないCPUとメモリを有し、PWM制御と、回転速度算出と、搬送モード制御を行うものである。
信号入出力部26は、隣接するゾーンコントローラ10a、10cと通信を行うための回路である。
即ち駆動用モータ12は、前記した様にブラシレスモータであり、永久磁石を有する回転子21と、その周囲を取り巻く3系統の固定子用コイル(U,V,W)と、回転位置検知手段としてのホール素子P,G,Oを有している。
そしてゾーンコントローラ10bは、回転子21の位置(回転姿勢)に応じて固定子用コイル(U,V,W)に順次通電して回転磁界を発生させ、回転子21を円滑に回転させる。即ちゾーンコントローラ10bは、駆動用モータ12を円滑に回転させる機能を備えている。
即ち本実施形態のゾーンコントローラ10は、ホール素子P,G,Oから出力される信号をカウントすることにより、駆動用モータ12の回転速度を監視している。そのため本実施形態で採用するゾーンコントローラ10では、ホール素子P,G,Oによって駆動用モータ12の回転速度がフィードバックされる。
そして制御目標回転速度と、実際の駆動用モータ12の回転速度との差異に応じて固定子用コイル(U,V,W)に入力される電圧が変更される。
この様に、ゾーンコントローラ10bは、駆動用モータ12を円滑に回転させる機能を備えている。
例えば、上流側のゾーンに搬送物が存在し、自己のゾーンに搬送物が存在しないという様な条件が揃った場合に、自己の駆動用モータ12を起動する。また例えば、自己のゾーンから搬送物が搬出されたことを条件として自己の駆動用モータ12を停止する。
なお、搬送モードには各種あるが、詳細な説明は省略する。
また、ゾーンコントローラ10bから出力される在荷信号および駆動状態信号は、信号入出力部26を介して他のゾーンコントローラ10a,10cに伝送される。
ここで、在荷信号は、各制御ゾーンに設けられた在荷センサSa〜Sc(図1、図4参照)の検知信号である。
また、上位制御装置50からの指令信号は、信号線8を介して所定のゾーンコントローラ10(ゾーンコントローラ10a)に伝送され、さらに、この所定のゾーンコントローラ10(ゾーンコントローラ10a)からコンベア装置1を構成する全てのゾーンコントローラ10に伝送される(図4参照)。
そして、各ゾーンコントローラ10は、隣接するゾーンの在荷センサSのオン・オフ状態や、隣接するゾーンの駆動用モータ12が起動しているか否かの情報が交換される。
そして例えば自己のゾーンに搬送物が存在し、下流側のゾーンに搬送物が存在しないといった所定の条件が揃うと、自己のゾーンの駆動用モータ12を起動し、搬送物を下流側のゾーンに送る。
以下、図6に示す重量検出装置30の構造及び機能について説明する。
重量検出装置30は、ホール素子信号入力回路(回転速度検知手段)33とパルス生成回路(回転速度検知手段)35を有すると共に、図示しないCPUと、メモリを内蔵するものであり、回転速度演算プログラム(回転速度検知手段)36と、フーリエ変換プログラム37と、重量演算プログラム38を備えている。
回転速度演算プログラム36は、ホール素子信号入力回路33から入力されたホール素子P,G,Oの信号に基づいて駆動用モータ12の回転数を演算するものである。
ここで本実施形態では、重量検出装置30の回転速度演算プログラム36は、前記したゾーンコントローラ10bの回転速度算出方法とは別個であり、方式も異なる。
即ち重量検出装置30の回転速度演算プログラム36は、各ホール素子P,G,Oの位置検出信号の時間間隔を検知し、当該時間間隔に基づいてモータの回転速度を演算するものである。
具体的には、検知信号の時間間隔は、回転子21の同一の極によって発生する検知信号の間隔である。そして、本実施形態では、回転子21が2極であるから、極数に合わせて、検知信号2個分の時間間隔を測定する。
そして回転速度演算プログラム36では、図7の様に、各ホール素子P,G,Oの信号に由来するパルス信号の立ち上がり時を基準点とし、各ホール素子P,G,Oの信号の2パルス分の時間間隔を検知する。より具体的には、図7の様に第1パルスの立ち上がり時刻と、第3パルスの立ち上がり時刻との差gを求める。また同様に、第2パルスの立ち上がり時刻と、第4パルスの立ち上がり時刻との差hを求める。
即ち前記した様に、本実施形態では、回転子21はN,Sをそれぞれ一極ずつ備えた2極の回転子であるから、第1パルスと第3パルスあるいは第2パルスと第4パルスは、回転子21の同一の極に由来するものである。そのためホール素子P,G,Oの取り付け位置による誤差や、回転子21の極の位置による誤差が相殺される。
即ち重量演算プログラム38は、特定の演算式又は対象表(データテーブル)に基づいて、前記した振幅に対応する重量値を特定する。
例えば、フーリエ変換後の曲線が、図10の様な曲線であるならば、振幅の最大値から最小値までの振れ幅(全振幅)Vaが演算され、さらにこの全振幅Vaに対応する重量値が特定される。
また重量検出装置30には、表示装置32が接続されており、特定された重量が表示される。
以下、重量を検知する際の動作について説明する。
本実施形態のコンベア装置1では、ゾーンコンベア(Aゾーンのゾーンコンベア)2aを助走用コンベアとして機能させ、ゾーンコンベア(Bゾーンのゾーンコンベア)2bを重量測定用コンベアとして機能させる。以下、Aゾーンのゾーンコンベアを助走用コンベアAと称し、Bゾーンのゾーンコンベアを重量測定用コンベアBと称する(図1)。
本実施形態では、図8に示す様に、助走用コンベアAのモータを高速回転(速度A)し、重量測定用コンベアBを低速回転(速度B)させる。
この回転差は、低速側を基準として、30パーセント以上であることが望ましく、より好ましくは、40パーセント以上である。
本実施形態では、助走用コンベアAのモータの制御目標回転速度を、毎分4556回転とし、重量測定用コンベアBを毎分3106回転とした。両者の差は、1450回転であり、重量測定用コンベアBの回転速度の47パーセントである。
また急激な負荷が掛かったり、負荷変動があった場合には、モータの回転数が変動するが、時間の経過と共に制御目標回転速度に収斂する。
その中途で、搬送物は助走用コンベアAの在荷センサSaで存在を検知され(図9(b))、さらに、図9(c)の様に在荷センサSaで検知され続ける状態を経て、図9(d)の様に在荷センサSaの検知エリアを離れて、重量測定用コンベアB側に移動する。
そして搬送物は図9(e)の様に、重量測定用コンベアB上を移動する。このとき、助走用コンベアAのモータは、毎分4556回転で回転しているから、助走用コンベアAにおいては、搬送物は毎分4556回転に相当する速度で移動する。そして搬送物は、その慣性により、毎分4556回転に相当する速度で下流側の重量測定用コンベアBに突入することとなる。
重量測定用コンベアBの駆動用モータ12の回転数と、搬送物の位置との相関関係を説明すると次の通りである。
回転速度が低下する場合においても、一様に低下するのではなく、図の様に細かな上昇下降を繰り返しつつ、全体的に下降傾向となる。
そして回転速度は、制御目標回転速度たる毎分3106回転を下回る速度まで低下する。
そして、図10に示す様なフーリエ変換後の回転速度変化曲線から、振幅(全振幅)Vaが検出され、この振幅に対応する重量値が特定される。そして具体的な数値が表示装置32に表示される。
即ち、ステップ1では、助走用コンベアAよりも上流側のゾーンコンベア(以下、単に上流側コンベアという)に搬送物が搬送されているか否かが確認される。具体的には、上流側コンベアの駆動用モータ12が駆動(電源オン)されているか否かが確認される。そして、ステップ1で、上流側コンベアの駆動用モータ12の駆動状態が確認されると、ステップ2に移行して、助走用コンベアA及び重量測定用コンベアBの駆動用モータ12のそれぞれが、所定の目標回転速度で駆動される。即ち、ステップ2では、助走用コンベアAの駆動用モータ12aは制御目標回転速度が毎分4556回転とされ、重量測定用コンベアBの駆動用モータ12bは制御目標回転速度が毎分3106回転とされる。
以上のような流れで、搬送物の重量が算出される。
また双方のコンベアに属するモータの回転数をモニターし、この両者の回転速度の変化から搬送物の重量を求めてもよい。
また重量測定用コンベアBに替えて、助走用コンベアAの回転速度をモニターし、当該助走用コンベアAから得られた回転速度の変化から搬送物の重量を求めてもよい。
さらに、面積Eそのものの値のほか、補正された面積Eの値を用いてもよい。例えば、図15に示すように、制御目標回転速度(毎分4556回転)を中心として、制御目標回転速度プラス・マイナスK(例えば、K=毎分170回転)の範囲については回転速度の変化を無視し、図15のハッチングで示した領域の面積を採用することができる。
またモータに流れる電流値等から間接的にモータの回転速度を検知するものであってもよい。
本発明者らが試作したコンベア装置51は、上記したコンベア装置1と同様、搬送路が複数のゾーンコンベアにより構成されているが、助走用コンベアが他のゾーンコンベアの構造と異なるため、その異なる点に注目して説明する。
なお、ここで言う「他のゾーンコンベア」は、上記したゾーンコンベア2の構造と同一であるため、同一の部材には同一の番号を付して説明を省略する。
試作したコンベア装置51の助走用コンベアαの駆動用モータ12aの制御目標回転速度を毎分4556回転(4556rpm)とし、重量測定用コンベアβの駆動用モータ12bの制御目標回転速度を毎分3106回転(3106rpm)とした。
そして試作したコンベア装置51に異なる重量(重量x、重量y、重量z)の搬送物を搬送した。なお搬送物は、同一形状のパレットに乗せた上でコンベア上に載置した。
そして重量測定用コンベアβの駆動用モータ12bの回転速度をモニターしたところ、図16に示す様なグラフ(変化量が大きいものから重量x、重量y、重量z)が得られた。
また実験によると、搬送物の重量に係わらず、上昇傾向と下降傾向の周期は同一であった。本実施形態では、上昇傾向と下降傾向の周波数は、概ね1Hzであった。
そこで、回転速度変化をフーリエ変換し、低周波成分を抽出した。より具体的には、1Hzの成分を抽出した。続いて、抽出した駆動用モータ12bの回転速度変化曲線の振幅を計算した。その結果、駆動用モータ12bの回転速度の振幅の大小と、搬送物の重量とは、図17の様に直線的な相関関係があることが判明した。
M=0.0544A−0.0946・・・(1)
そして続いて重量が既知の搬送物を多数搬送し、表示装置32に重量を表示させたところ、表示装置32は正確な重量を示した。
実施例1と同じ条件で、搬送物質量ごとに、モータの回転速度の変化曲線を取得した。この際、高周波ノイズを除去するために、測定した回転速度データに対してローパスフィルタをかけて、150Hz以上のデータを除去した。図14に示すように基準線を設定し、変化曲線と基準線に囲まれた各領域の面積の総和(面積E)を算出した。この際、K=170rpmとして面積値を補正した(図14のハッチング部分参照)。搬送物質量は、1kg刻みで1〜20kgの範囲とした(20点)。
M=0.0201E+0.8341・・・(2)
M=0.0279E−2.4237・・・(3)
M=0.0546E−15.577・・・(4)
本実施例では、助走用コンベアαの駆動用モータ12aの制御目標回転速度を、重量測定用コンベアβの駆動用モータ12bの制御目標回転速度よりも小さくした。具体的には、助走用コンベアαの駆動用モータ12aの制御目標回転速度を毎分1657回転(1657rpm)、重量測定用コンベアβの駆動用モータ12bの制御目標回転速度を毎分4556回転(4556rpm)に設定し、実施例1と同様の実験を行った。搬送物質量は、1kg刻みで1〜20kgの範囲とした(20点)。また、全てのローラに滑り止め用のラバーを巻いた。
M=0.0581A−0.7159・・・(5)
M=0.6201A−98.649・・・(6)
M=0.3791A−55.47 ・・・(7)
本実施例では、実施例3と同じ条件で、搬送物質量ごとに、モータの回転速度の変化曲線を取得した。図15に示すように基準線を設定し、変化曲線と基準線に囲まれた各領域の面積の総和(面積E)を算出した。この際、K=170rpmとして面積値を補正した(図15のハッチング部分参照)。搬送物質量は、1kg刻みで1〜20kgの範囲とした(20点)。
M=0.0226A−0.5779・・・(8)
M=0.1023A−30.582・・・(9)
M=0.0471A−7.8504・・・(10)
2 ゾーンコンベア
5 搬送ローラ
10 ゾーンコントローラ
12 駆動用モータ
30 重量検出装置
32 表示装置
33 ホール素子信号入力回路
35 パルス生成回路
36 回転速度演算プログラム
37 フーリエ変換プログラム
38 重量演算プログラム
A,α 助走用コンベア
B,β 重量測定用コンベア
G,O,P ホール素子
Va 全振幅
E 面積
Claims (17)
- 一連の搬送路を形成するコンベア装置であって、モータによって駆動される第1ゾーンと、当該第1ゾーンに隣接し他のモータによって駆動される第2ゾーンとを有し、
第1ゾーンに属するモータは回転速度が一定回転速度となる様に制御されており、第2ゾーンに属するモータは回転速度が第1ゾーンとは異なる一定回転速度となる様に制御されており、
少なくともいずれか一方のゾーンに属するモータ又はモータと共に回転する部材の回転速度を直接的または間接的にモニターする回転速度検知手段を備え、
搬送物が一方のゾーンから他方のゾーンの移動する際におけるモータの回転速度の変動に基づいて搬送物の重量を検知する重量検知手段を備えたことを特徴とするコンベア装置。 - 前記回転速度の変動の振幅に基づいて搬送物の重量を検知することを特徴とする請求項1に記載のコンベア装置。
- 前記回転速度の低周波の変動を検知し、当該低周波の変動における振幅に基づいて搬送物の重量を検知することを特徴とする請求項1又は2に記載のコンベア装置。
- 回転速度の変動を一定周波数の振幅波に近似してその振幅を演算することを特徴とする請求項2又は3に記載のコンベア装置。
- フーリエ変換により前記近似を行うことを特徴とする請求項4に記載のコンベア装置。
- 前記回転速度の経時変化を表す曲線と、前記回転速度の制御目標回転速度又はそれに相関する速度を表す線とで囲まれた領域の面積に基づいて、搬送物の重量を検知することを特徴とする請求項1に記載のコンベア装置。
- さらに、前記回転速度の経時変化を表す曲線と、前記回転速度の制御目標回転速度又はそれに相関する速度を表す線とで囲まれた領域の面積に基づいて、搬送物の重量を検知することを特徴とする請求項2乃至5のいずれかに記載のコンベア装置。
- 搬送される搬送物の重量と、前記回転速度の変動の振幅又は前記領域の面積との関係を記憶する変換関係記憶手段を備え、一方のゾーンから他方のゾーンに移動する際に回転速度検知手段がモニターした実際の検出値と、変換関係記憶手段に記憶された関係に基づいて搬送物の重量を検知することを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載のコンベア装置。
- 搬送物が一方のゾーンから他方のゾーンに移動するタイミングを検知するタイミング検知手段を備えていることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載のコンベア装置。
- モータは回転子の位置を検知する回転位置検知手段を有するブラシレスモータであり、回転速度検知手段は、前記回転位置検知手段の検知信号に基づいてモータの回転速度をモニターすることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載のコンベア装置。
- 回転位置検知手段はホール素子であり、モータには複数のホール素子があり、個々のホール素子の位置検出信号の時間間隔を検知し、当該時間間隔に基づいてモータの回転速度をモニターすることを特徴とする請求項10に記載のコンベア装置。
- 第1ゾーンの回転速度の制御目標回転速度と、第2ゾーンの回転速度の制御目標回転速度の差は、低い側の制御目標回転速度の30パーセント以上であることを特徴とすることを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載のコンベア装置。
- コンベア装置に載置された搬送物の重量を検知する重量検知方法であって、コンベア装置をモータによって駆動される第1ゾーンと、当該第1ゾーンに隣接し他のモータによって駆動される第2ゾーンとに区分し、
第1ゾーンに属するモータをその回転速度が一定回転速度となる様に制御し、第2ゾーンに属するモータは回転速度が第1ゾーンとは異なる一定回転速度となる様に制御し、
搬送物を一方のゾーンから他方のゾーンへ移動させ、その際における少なくともいずれか一方に属するモータの回転速度の変動をモニターし、回転速度の低周波の変動を検知し、当該低周波の変動における振幅に基づいて搬送物の重量を検知することを特徴とするコンベア装置による重量検知方法。 - 回転速度の変動を一定周波数の振幅波に近似してその振幅を演算することを特徴とする請求項13に記載のコンベア装置による重量検知方法。
- フーリエ変換により前記近似を行うことを特徴とする請求項14に記載のコンベア装置による重量検知方法。
- さらに、前記モータの回転速度の変動をモニターして当該回転速度の経時変化を表す曲線を取得し、当該曲線と、前記回転速度の制御目標回転速度又はそれに相関する速度を表す線とで囲まれた領域の面積に基づいて、搬送物の重量を検知することを特徴とするコンベア装置による請求項13乃至15のいずれかに記載の重量検知方法。
- コンベア装置に載置された搬送物の重量を検知する重量検知方法であって、コンベア装置をモータによって駆動される第1ゾーンと、当該第1ゾーンに隣接し他のモータによって駆動される第2ゾーンとに区分し、
第1ゾーンに属するモータをその回転速度が一定回転速度となる様に制御し、第2ゾーンに属するモータは回転速度が第1ゾーンとは異なる一定回転速度となる様に制御し、
搬送物を一方のゾーンから他方のゾーンへ移動させ、その際における少なくともいずれか一方に属するモータの回転速度の変動をモニターして当該回転速度の経時変化を表す曲線を取得し、
当該曲線と、前記回転速度の制御目標回転速度又はそれに相関する速度を表す線とで囲まれた領域の面積に基づいて、搬送物の重量を検知することを特徴とするコンベア装置による重量検知方法。
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