特許第5894476号(P5894476)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5894476
(24)【登録日】2016年3月4日
(45)【発行日】2016年3月30日
(54)【発明の名称】組合せ計量装置
(51)【国際特許分類】
   G01G 19/387 20060101AFI20160317BHJP
   B65G 27/24 20060101ALI20160317BHJP
   B65G 27/32 20060101ALI20160317BHJP
【FI】
   G01G19/387 C
   B65G27/24
   B65G27/32
【請求項の数】4
【全頁数】17
(21)【出願番号】特願2012-59927(P2012-59927)
(22)【出願日】2012年3月16日
(65)【公開番号】特開2013-195109(P2013-195109A)
(43)【公開日】2013年9月30日
【審査請求日】2015年1月6日
(73)【特許権者】
【識別番号】000147833
【氏名又は名称】株式会社イシダ
(74)【代理人】
【識別番号】110000202
【氏名又は名称】新樹グローバル・アイピー特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】玉井 裕
【審査官】 森 雅之
(56)【参考文献】
【文献】 特開2006−225152(JP,A)
【文献】 特許第3917700(JP,B2)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G01G19/387
B65G27
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
物品の供給を受けて分散させる分散部と、
前記分散部から前記物品を受け、振動動作により前記分散部から遠ざかる方向に前記物品を搬送する電磁フィーダと、
設定された振動強度に応じ、前記振動動作を制御する制御部と、
を備えた組合せ計量装置であって、
前記電磁フィーダは、前記物品を搬送するトラフと、前記トラフに吸引力を作用させる電磁石と、を有し、
前記制御部は、電圧供給部と、供給指示部と、供給演算部と、を有し、
前記電圧供給部は、前記電磁石に複数回のパルス電圧を印加し、前記吸引力を間欠的に発生させることで、前記トラフに前記振動動作をさせ、
前記供給指示部は、前記電圧供給部に、前記パルス電圧の電圧ON時間およびパルス間隔を少なくとも第1パターンおよび第2パターンに基づいて指示し、
前記第1パターンは、前記振動動作が定常状態にある場合に、前記振動強度に応じた、定常電圧ON時間(Ton)および定常パルス間隔(Tp)を指示するものであって、
前記第2パターンは、前記振動動作の開始時における複数回の前記パルス電圧に関して開始時電圧ON時間(Toni)および開始時パルス間隔(Tpi)を指示するものであって、
前記供給演算部は、前記振動強度に応じて、前記開始時電圧ON時間(Toni)および前記開始時パルス間隔(Tpi)を、
式1:前記開始時電圧ON時間(Toni)=第1乗数(Roni)×前記定常電圧ON時間(Ton)
式2:前記開始時パルス間隔(Tpi)=第2乗数(Rpi)×前記定常パルス間隔(Tp)
により算出し、
前記振動強度は、前記定常電圧ON時間(Ton)の2乗に比例し、
前記第1乗数(Roni)および前記第2乗数(Rpi)は、前記振動強度の1次関数または2次関数で表される、
組合せ計量装置。
【請求項2】
前記供給演算部において、前記開始時電圧ON時間(Toni)の算出に用いられる前記第1乗数(Roni)、および/又は、前記開始時パルス間隔(Tpi)の算出に用いられる前記第2乗数(Rpi)は、前記振動動作の前記開始からの前記パルス電圧の供給回数に応じて変化する、
請求項1に記載の組合せ計量装置。
【請求項3】
前記供給指示部は、前記電圧供給部に、前記パルス電圧の電圧ON時間およびパルス間隔をさらに第3パターンに基づいて指示し、
前記第3パターンは、前記振動動作の終了時における前記パルス電圧に関して終了時電圧ON時間(Tonf)および終了時パルス間隔(Tpf)を指示するものであって、
前記供給演算部は、前記振動強度に応じて、前記終了時電圧ON時間(Tonf)および前記終了時パルス間隔(Tpf)を、
式3:前記終了時電圧ON時間(Tonf)=第3乗数(Ronf)×前記定常電圧ON時間(Ton)
式4:前記終了時パルス間隔(Tpf)=第4乗数(Rpf)×前記定常パルス間隔(Tp)
により算出し、
前記第3乗数(Ronf)および前記第4乗数(Rpf)は、前記振動強度の1次関数又は2次関数で表される、
請求項1又は2に記載の組合せ計量装置。
【請求項4】
前記制御部は、前記振動強度を変更する強度変更部を更に有し、
前記供給演算部は、前記強度変更部による前記振動強度の変更時に再演算を実行する、
請求項1から3のいずれか1項に記載の組合せ計量装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電磁フィーダによって被計量物を搬送し、計量機構に供給する組合せ計量装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、組合せ計量装置には、被計量物を計量機構まで搬送するために、電磁フィーダを用いるものがある。例えば、特許文献1(特開平9−235016号公報)には、被計量物が供給されるトラフを、電磁石の発生させる電磁力により振動させ、被計量物をプールホッパまで搬送する事例が開示されている。
【0003】
組合せ計量装置においては、被計量物の搬送速度の精度の高い制御が要求される。特に、短時間に多数回の組合せ計量を精度良く行うためには、頻繁にトラフの振動開始と振動終了とを繰り返す必要があり、振動開始時および振動終了時の振動制御が重要になる。より具体的には、振動開始時にはできるだけ早くトラフの振動を目標振動に到達させ、振動終了時にはできるだけ早くトラフの振動を終了(停止)させる必要がある。
【0004】
このような制御を実現させるための1つの手段として、フィードバック制御がある。例えば、特許文献2(特開平10−35850号公報)には、振動部の振動速度を検出するセンサ(振動速度検出器)を設け、フィードバック制御を行う方法が開示されている。
【0005】
しかし、このような構成を実現するためには、各振動部にセンサを設ける必要があり、組合せ計量装置が高額になるという問題がある。
【0006】
これに対し、センサを用いずに同様の制御を実現するため、フィードバック制御と同等の特性を持つ開ループ制御を行いる方法が提案されている。例えば、特許文献3(特開2007−246236号公報)には、開ループ制御であるノッチモデル制御により、フィードバック制御と同等の制御を実現する事例が開示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ところが、特許文献3は正弦波波形の電流を電磁石のコイルに対して入力して電磁フィーダを制御するものであるが、実際の電磁フィーダでは、例えば特許文献4(特開2002−68454号公報)のように、電磁石のコイルにパルス電圧が入力される場合が多い。また、特許文献3のノッチモデル制御において算出される加振力には、吸引力に加えて反発力を含むが、実際の電磁フィーダでは、トラフには主に吸引力が作用する。
【0008】
この場合には、特許文献3の演算結果を、実際の組合せ計量装置の振動制御にそのまま活用できない。そのため、開ループ制御を用いて算出された加振力をパルス電圧で実現するためのパルス電圧のパターンを、個々に導出する必要がある。その結果、運転条件(振幅)を変更するたびに、パルス電圧のパターンを個別に導出する必要がある。
【0009】
本発明の課題は、運転条件を変更した場合であっても、フィードバック制御を用いることなく、迅速かつ容易に精度よい振動制御が可能な組合せ計量装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明に係る組合せ計量装置は、分散部と、電磁フィーダと、制御部とを備える。分散部は、物品の供給を受けて分散させる。電磁フィーダは、分散部から物品を受け、振動動作により分散部から遠ざかる方向に物品を搬送する。制御部は、設定された振動強度に応じ、振動動作を制御する。電磁フィーダは、物品を搬送するトラフと、トラフに吸引力を作用させる電磁石と、を有する。制御部は、電圧供給部と、供給指示部と、供給演算部と、を有する。電圧供給部は、電磁石に複数回のパルス電圧を印加し、吸引力を間欠的に発生させることで、トラフに振動動作をさせる。供給指示部は、電圧供給部に、パルス電圧の電圧ON時間およびパルス間隔を少なくとも第1パターンおよび第2パターンに基づいて指示する。第1パターンは、振動動作が定常状態にある場合に、振動強度に応じた、定常電圧ON時間(Ton)および定常パルス間隔(Tp)を指示するものである。第2パターンは、振動動作の開始時における複数回のパルス電圧に関して開始時電圧ON時間(Toni)および開始時パルス間隔(Tpi)を指示するものである。供給演算部は、振動強度に応じて開始時電圧ON時間(Toni)および開始時パルス間隔(Tpi)を、開始時電圧ON時間(Toni)=第1乗数(Roni)×定常電圧ON時間(Ton)、開始時パルス間隔(Tpi)=第2乗数(Rpi)×定常パルス間隔(Tp)により算出する。振動強度は、定常電圧ON時間(Ton)の2乗に比例する。第1乗数(Roni)および第2乗数(Rpi)は、振動強度の1次関数または2次関数で表される。
【0011】
ここでは、フィードバック制御を行うことなく、振動開始時に電磁フィーダを迅速に目標振幅に到達させるためのパルス電圧のパターン(開始時電圧ON時間(Toni)および開始時パルス間隔(Tpi))を決定できる。フィードバック制御を用いないため、振動の状態を検知するセンサが不要となり、安価な構成で最適な制御を実現できる。
【0012】
さらに、開始時電圧ON時間(Toni)および開始時パルス間隔(Tpi)が簡単な式(振動強度の1次又は2次関数と、定常電圧ON時間(Ton)又は定常パルス間隔(Tp)との積)で算出されるため、トラフの目標振幅への迅速な到達が容易に実現される。
【0013】
また、供給演算部において、開始時電圧ON時間(Toni)の算出に用いられる第1乗数(Roni)、および/又は、開始時パルス間隔(Tpi)の算出に用いられる第2乗数(Rpi)は、振動動作の開始からのパルス電圧の供給回数に応じて変化することが望ましい。
【0014】
これにより、振動開始時のパルス電圧が、パルス電圧毎に最適な開始時電圧ON時間(Toni)および/又は開始時パルス間隔(Tpi)で印加されるので、トラフの振幅をより迅速に目標振幅に到達させることができる。
【0015】
また、供給指示部は、電圧供給部に、パルス電圧の電圧ON時間およびパルス間隔をさらに第3パターンに基づいて指示することが望ましい。第3パターンは、振動動作の終了時におけるパルス電圧に関して終了時電圧ON時間(Tonf)および終了時パルス間隔(Tpf)を指示するものである。供給演算部は、振動強度に応じて、終了時電圧ON時間(Tonf)および終了時パルス間隔(Tpf)を、終了時電圧ON時間(Tonf)=第3乗数(Ronf)×定常電圧ON時間(Ton)、終了時パルス間隔(Tpf)=第4乗数(Rpf)×定常パルス間隔(Tp)により算出する。第3乗数(Ronf)および第4乗数(Rpf)は、振動強度の1次関数又は2次関数で表される。
【0016】
ここでは、振動終了時についても、振動開始時と同様の方法で終了時電圧ON時間(Tonf)および終了時パルス間隔(Tpf)が算出される。この結果、フィードバック制御を行うことなく、振動動作を迅速に終了させる制御が可能になる。
【0017】
さらに、制御部は、振動強度を変更する強度変更部を更に有することが望ましい。供給演算部は、強度変更部による振動強度の変更時に再演算を実行することが望ましい。
【0018】
ここでは、振動強度が変更される場合に、最適な電圧ON時間およびパルス間隔が簡単な数式に基づいて再演算される。つまり、振動強度が変更されても直ちにその条件に最適な振動制御が可能になる。
【発明の効果】
【0019】
本発明に係る組合せ計量装置では、フィードバック制御を行うことなく、振動開始時に電磁フィーダを迅速に目標振幅に到達させるためのパルス電圧のパターン(開始時電圧ON時間(Toni)および開始時パルス間隔(Tpi))を決定できる。フィードバック制御を用いないため、振動の状態を検知するセンサが不要となり、安価な構成で最適な制御を実現できる。さらに、開始時電圧ON時間(Toni)および開始時パルス間隔(Tpi)が簡単な式(振動強度の1次又は2次関数と、定常電圧ON時間(Ton)又は定常パルス間隔(Tp)との積)で算出されるため、トラフの目標振幅への迅速な到達が容易に実現される。
【図面の簡単な説明】
【0020】
図1】本発明の一実施形態に係る組合せ計量装置の概略縦断面図である。
図2】電磁フィーダの概略側面図である。
図3】制御部の概略ブロック図である。
図4】振動開始時〜定常時のパルス電圧の説明図である。
図5】定常時〜振動終了時のパルス電圧の説明図である。
図6】振動開始時について、ノッチモデル制御の加振力と同等の加振力を得るためのパルス電圧のパターンを決定する方法を説明する説明図である。
図7】振動終了時について、ノッチモデル制御の加振力と同等の加振力を得るためのパルス電圧のパターンを決定する方法を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
(1)全体構成
本発明の一実施形態に係る組合せ計量装置1を図1に示す。図1に基づき、組合せ計量装置1の全体構成を説明する。
【0022】
組合せ計量装置1は、1個の分散テーブル2と、14個の電磁フィーダ3と、14個のプールホッパ4と、14個の計量ホッパ5と、1個の集合排出シュート6と、制御部30とを備えている。
【0023】
分散部の一例である分散テーブル2は、分散テーブル2の上方にある供給コンベア90から被計量物である物品を受け、物品を周囲に分散させる。
【0024】
電磁フィーダ3は、分散テーブル2の周囲に放射状に配置された14個のトラフ7と、それぞれのトラフ7に設けられた加振器10とを有する。トラフ7は、それぞれのトラフ7に設けられた加振器10により振動させられ、分散テーブル2から供給された物品を周縁方向に、つまり分散テーブル2から遠ざかる方向に、振動によりプールホッパ4まで搬送する。電磁フィーダ3については後述する。
【0025】
プールホッパ4は、各電磁フィーダ3の周縁側下方に1個配置され、トラフ7から供給された物品が一時的に貯留される。プールホッパ4は、その下部に、開閉するゲート4aを有している。プールホッパ4は、後述する制御部30の指令によりゲート4aを開け、プールホッパ4の下方に配置された計量ホッパ5に物品を供給する。
【0026】
計量ホッパ5は、各プールホッパ4の下方に1個配置される。計量ホッパ5では、プールホッパ4から供給される物品の計量が、図示しない計量器により行われる。計量ホッパ5は、その下部に、開閉するゲート5aを有している。計量ホッパ5は、制御部30の指令により、ゲート5aを開けることにより集合排出シュート6に物品を供給する。
【0027】
集合排出シュート6は、計量ホッパ5から供給される被計量物を集合させて排出し、その下方に配置される包装機(図示せず)などに供給する。
【0028】
制御部30は、電磁フィーダ3の振動制御、計量ホッパ5内の物品の計量結果に基づく組合せ演算、プールホッパ4のゲート4aおよび計量ホッパ5のゲート5aの開閉制御などを実行する。電磁フィーダ3の振動制御とは、加振器10によりトラフ7を振動させ、物品をプールホッパ4に供給する制御である。組合せ演算とは、各計量ホッパ5に保持される物品の量(計測値)を組み合わせた量が、所定の許容範囲になる組合せを選択するための演算である。ゲート4aおよびゲート5aの開閉制御は、主に、組合せ演算の結果、組合せに選ばれた計量ホッパ5のゲート5aを開放して集合排出シュート6に物品を排出させ、空になった計量ホッパ5の直上のプールホッパ4のゲート4aを開放して計量ホッパ5に物品を供給する制御である。制御部30による電磁フィーダ3の振動制御については後に詳述する。
【0029】
(2)詳細構成
(2−1)電磁フィーダ
電磁フィーダ3の概略側面図を図2に示す。電磁フィーダ3は、トラフ7と加振器10とを有する。加振器10は、電磁石11と、可動鉄心12と、電磁石11を挟んでトラフ7の物品の搬送方向Dの前部側と後部側とに設けられた一対の板バネ13と、電磁石11および板バネ13が固定されるベース部材15とを有する。両板バネ13の上部は、トラフ7のブラケット7aと、ボルト14により固定されている。
【0030】
電磁石11は、図示しないコイルおよび鉄心を有し、組合せ計量装置1の基台8に設置されたベース部材15の上方に固定される。電磁石11のコイルに後述するパルス電圧が供給されると、コイルに電流が流れ、電磁石11は磁化する。
【0031】
可動鉄心12は、主に鉄からなる部材であって、トラフ7のブラケット7aの電磁石11と対向する位置に取り付けられる。電磁石11が磁化すると、可動鉄心12は電磁力により電磁石11側に吸引される。その結果、搬送方向Dの後方側の板バネ13は電磁石11に近づくように(図2では左下方に)変形する。搬送方向Dの前方側の対となる板バネ13も、搬送方向Dの後方側の板バネ13と略同方向に変形する。また、板バネ13とブラケット7aを介して連結されたトラフ7は、板バネ13の変形に伴い、両板バネ13と略同方向に変位する。つまり、トラフ7は、可動鉄心12を介して、電磁石11からの吸引力を受ける。
【0032】
一方、電磁石11のコイルに電流が流れていた状態から、電磁石11のコイルに電流が流れない状態になると、可動鉄心12に電磁力は作用しなくなる。また、コイルに電流が流れている場合でも、コイルを流れる電流が小さくなると、可動鉄心12に作用する電磁力は小さくなる。このとき変形していた板バネ13は、板バネ13の弾性力により元の位置(電磁力が作用する前の位置)に戻る方向に変形する。また、板バネ13とブラケット7aを介して連結されたトラフ7も、板バネ13と略同方向に変位する。
【0033】
電磁フィーダ3では、電磁力が適切に制御されることで、トラフ7の振動制御が行われる。より具体的には、後述する制御部30の供給指示部32の指示に基づき、電圧供給部31から電磁石11のコイルにパルス電圧が印加され、電磁力の大きさや電磁力が作用するタイミングが制御される。その結果、トラフ7の振動制御が行われる。
【0034】
(2−2)制御部
制御部30は、主としてCPU、ROMおよびRAMから構成されている。制御部30は、ROMやRAMなどに記憶されているプログラムを読み出して各種制御を実行する。制御部30は、図3のように、入出力部20と、電圧供給部31と、供給指示部32と、供給演算部33と、強度変更部34として機能する。
【0035】
なお、制御部30では、各計量ホッパ5の被計量物の重量値を組み合わせ、所定の許容範囲になるように組合せ計算を行い、組合せ計算の結果に従って選択された計量ホッパ5のゲート5a開ける制御も行われるが、ここでは詳細の説明を省略する。
【0036】
(2−2−1)入出力部
入出力部20は、ユーザからの各種情報および各種指令が入力され、組合せ計量装置の計量状態等を出力するタッチパネルである。
【0037】
入出力部20には、入力情報の1つとして、後述する振動強度Aがユーザにより入力される。なお、入出力部20には、振動強度Aに代えて、後述する、定常パルス電圧Vsによって電磁石11のコイルに流れる最大電流Imaxや、定常パルス電圧ON時間Tonが入力されてもよい。
【0038】
(2−2−2)電圧供給部
電圧供給部31は、後述する供給指示部32からの指示に基づいて、電磁石11のコイルに一定電圧のパルス電圧を印加する。その結果、電磁石11のコイルには電流が流れ、電磁石11が磁化し、電磁力が発生する。
【0039】
(2−2−3)供給指示部
供給指示部32は、電圧供給部31に、第1〜第3期間について、それぞれ第1〜第3パターンに基づいて、振動強度Aに応じた、パルス電圧の電圧ON時間(パルス電圧が印加される時間)およびパルス間隔(パルス電圧が印加される間隔)を指示する。
【0040】
まず、第1〜第3期間について説明する。
【0041】
都合上、第2期間から説明する。第2期間は、トラフ7の振動開始期間である。具体的には、第2期間は、図4のように振動開始時の最初のパルス電圧の印加開始から、4回目のパルス電圧の印加開始前までの期間である。なお、振動開始時から3回目までのパルス電圧を、開始時パルス電圧Viと呼ぶ。
【0042】
次に、第1期間は、同一の電圧ON時間およびパルス間隔でパルス電圧が印加され、トラフ7が定常状態で振動する期間である。第1期間のパルス電圧を定常パルス電圧Vsと呼ぶ。第1期間は、具体的には、図4および図5のように、振動開始後4回目のパルス電圧の印加開始時点(初めの定常パルス電圧Vs印加時点)から、最後の定常パルス電圧Vs印加終了時点までの期間である。
【0043】
第3期間は、トラフ7の振動終了期間である。第3期間に印加されるパルス電圧を、終了時パルス電圧Vfと呼ぶ。終了時パルス電圧Vfは、振動終了前の最後の3回のパルス電圧である。第3期間は、第2期間終了後、最後の終了時パルス電圧Vfの印加終了までの期間である。
【0044】
次に、第1〜第3パターンについて説明する。
【0045】
第1パターンは、第1期間の定常パルス電圧Vsについての指示パターンである。第1パターンは、供給指示部32が、電圧供給部31に、振動強度Aに応じた、定常電圧ON時間Tonおよび定常パルス間隔Tpを指示するものである。
【0046】
定常電圧ON時間Tonと振動強度Aの間には、数式1の関係がある。なお、数式1中のEは定数である。
【0047】
[数1]A=E×Ton2
【0048】
数式1より、振動強度Aに応じた定常電圧ON時間Tonを算出できる。
【0049】
なお、電磁石11に定格電流が流れる場合の定常電圧ON時間Tonratedと、振動強度Aの最大値Amaxとの間には、数式2の関係がある。
【0050】
[数2]Amax=E×Tonrated2
【0051】
振動強度Aの最大値Amaxは自由に設定される値で、本実施形態では99としている。Tonratedは実験で算出できる値である。したがって、数式2より定数Eは算出可能である。
【0052】
定常パルス間隔Tpは数式3により算出される。
【0053】
[数3]Tp=1/f
【0054】
ここでfは加振周波数であり、電磁石11に定格電流が流れる場合に、トラフが定格振幅になるように実験で求められる値である。
【0055】
第2パターンは、第2期間の開始時パルス電圧Viについての指示パターンである。第2パターンは、供給指示部32が、電圧供給部31に、開始時電圧ON時間ToniN(N=1〜3)および開始時パルス間隔TpiN(N=1〜3)を指示するものである。
【0056】
第3パターンは、第3期間の終了時パルス電圧Vfについての指示パターンである。第3パターンは、供給指示部32が、電圧供給部31に、終了時電圧ON時間TonfN(N=1〜3)および終了時パルス間隔TpfN(N=1〜3)を指示するものである。
【0057】
開始時電圧ON時間ToniN、開始時パルス間隔TpiN、終了時電圧ON時間TonfN、および終了時パルス間隔TpfNの算出は供給演算部33で実行される。
【0058】
なお、開始時パルス電圧Viおよび終了時パルス電圧Vfについては、何回目の開始時パルス電圧Viか、又は、何回目の終了時パルス電圧Vfかによって、電圧ON時間とパルス間隔とが変わるため、何回目のパルス電圧かを表す1〜3の添字をつけて表す(上記においては数字の代わりにNで添字を表現している)。
【0059】
(2−2−4)供給演算部
供給演算部33は、開始時パルス電圧Viおよび終了時パルス電圧Vfについて、電圧ON時間およびパルス間隔を演算する。供給演算部33は、後述する強度変更部34から、振動強度Aを変更する命令があった時に演算を行う。
【0060】
開始時パルス電圧Viの、開始時電圧ON時間ToniNおよび開始時パルス間隔TpiNは、以下の式で演算される。
【0061】
[数4]ToniN=RoniN×Ton(N=1〜3)
【0062】
[数5]TpiN=RpiN×Tp(N=1〜3)
【0063】
TonおよびTpは、振動強度Aに対する、定常電圧ON時間Tonおよび定常パルス間隔Tpである。RoniNおよびRpiNは、第1乗数および第2乗数であり、以下の式で表される。
【0064】
[数6]RoniN=αoniN×A2+βoniN×A+γoniN(N=1〜3)
【0065】
[数7]RpiN=αpiN×A2+βpiN×A+γpiN(N=1〜3)
【0066】
ここで、αoniN、βoniN、γoniN,αpiN、βpiN、およびγpiNは後述するようにして求められた係数である。Aは振動強度Aを表す。
【0067】
以上のように、第1乗数RoniNおよび第2乗数RpiNは、振動強度Aの2次関数で表現される。なお、第1乗数RoniNおよび第2乗数RpiNにおいて、定数αoniNおよびαpiNは0であってもよい。すなわち、第1乗数RoniNおよび第2乗数RpiNは振動強度Aの1次関数で表現されてもよい。
【0068】
なお、第2期間に定常パルス電圧Vsを作用させることで電磁石11のコイルに流れる電流の最大値を最大電流Imaxとすると、最大電流Imaxと定常電圧ON時間Tonとの間にはおおよそ数式8の関係がある。数式1および数式8から、振動強度Aは数式9のようにも記載できる。なお、数式8中のG、数式9中のHは定数である。
【0069】
[数8]Imax=G×Ton
【0070】
[数9]A=H×Imax2
【0071】
つまり、振動強度Aは、最大電流Imaxの2次又は1次の関数で表現することもできる。
【0072】
次に、終了時パルス電圧Vfの、終了時電圧ON時間TonfNおよび終了時パルス間隔TpfNは、以下の式で演算される。
【0073】
なお、終了時パルス間隔TpfNは、開始時パルス間隔TpiNおよび定常時パルス間隔Tpとは異なり、図5のように、N回目の終了時パルス電圧Vfの1回前のパルス電圧(定常パルス電圧Vs又はN−1回目の終了時パルス電圧Vf)の印加開始時点から、N回目の終了時パルス電圧Vfの印加開始時点までの時間を示す。
【0074】
[数10]TonfN=RonfN×Ton(N=1〜3)
【0075】
[数11]TpfN=RpfN×Tp(N=1〜3)
【0076】
ここで、RonfNおよびRpfNは、第3乗数および第4乗数であり、以下の式で表される。
【0077】
[数12]RonfN=αonfN×A2+βonfN×A+γonfN(N=1〜3)
【0078】
[数13]RpfN=αpfN×A2+βpfN×A+γpfN(N=1〜3)
【0079】
ここで、αonfN,βonfN,γonfN,αpfN,βpfN,およびγpfNは後述するようにして求められた係数である。
【0080】
以上のように、第3乗数RonfNおよび第4乗数RpfNは振動強度Aの2次関数で表現される。なお、第3乗数RonfNおよび第4乗数RpfNにおいて、定数αonfNおよびαpfNは0であってもよい。すなわち、第3乗数RonfNおよび第4乗数RpfNは振動強度Aの1次関数で表現されてもよい。
【0081】
(2−2−5)強度変更部
強度変更部34は、入出力部20に振動強度Aの入力があると、供給演算部33に対し振動強度Aの変更を命令する。また、入出力部20が、振動強度Aに代えて、最大電流Imaxや、定常パルス電圧ON時間Tonの入力を受けた場合には、強度変更部34は、それらの値に基づいて振動強度Aを算出し、供給演算部33に対し算出された振動強度Aへの変更を命令する。
【0082】
(3)第1〜第4乗数中の係数の算出について
以下に、第1〜第4乗数RoniN,RpiN,RonfN,RpfNの、係数αoniN、βoniN、γoniN,αpiN、βpiN、γpiN、αonfN,βonfN,γonfN,αpfN,βpfN,およびγpfNの算出について、基本条件の導出と、正弦波加振条件において最適な制御を実現するための開ループ制御系の導出と、導出された開ループ制御系を用いて算出された加振力を実現するためのパルス電圧のパターンの算出と、を含めて説明する。なお、第1〜第4乗数RoniN,RpiN,RonfN,RpfNの係数の算出は、実運転開始前、例えば組合せ計量装置1の導入時等に予め実行されるものである。
【0083】
(3−1)基本条件の導出
まず、基本条件として、電磁フィーダ3により決まる定数、具体的には、振幅強度Aに対するトラフ7の定常振幅B、固有周波数foo、減衰比ζ等を実験によって導出する。これらの定数は、振幅強度Aをパラメータとした振動実験、インパルス加振を加えた時の振動実験などから導出できる。
【0084】
(3−2)正弦波加振条件で最適な制御を実現するための開ループ制御系の導出
次に、正弦波加振条件において、センサを用いることなく最適な振動制御を実現させるための開ループ制御系を導出する。具体的には、特許文献3に記載のように、ノッチモデル制御を用いることで、最適制御を実現するための加振力が算出できることが分かっているため、(3−1)で導出した定数を用いた数値シミュレーションを、振動強度Aを変えて複数回実施し、適切な全体ゲインKおよびフィードバックゲインKvを導出する。なお、ノッチモデル制御は、特許文献3のように、ラプラス領域下で数式14により表され、ここで導出される全体ゲインKおよびフィードバックゲインKvは、数式14中のK,Kvである。
【0085】
[数14]X=1/(ms2+cs+k)×K×(ms2+cs+k)/(ms2+(c+Kv)s+k)
【0086】
(3−3)パルス電圧パターンの算出
全体ゲインKおよびフィードバックゲインKvを用いることで、振動強度A別にトラフ7に対する加振力が算出される。ただし、実際の組合せ計量装置1では、正弦波加振条件ではなく、パルス電圧加振により振動制御が行われるため、ノッチモデル制御により求められた加振力と同等の加振力を実現できるパルス電圧の電圧ON時間とパルス間隔とを求める必要がある。
【0087】
まず、振動開始時の開始時パルス電圧Viの電圧ON時間とパルス間隔とを算出する方法を、図6に基づき説明する。
【0088】
パルス電圧を電磁石11のコイルに印加することで発生する加振力Fは、パルス電圧の印加時間Tが十分小さい場合には、電磁コイルの理論と、パルスに流れる電流と電圧Vのパルス電圧との関係式に基づき、数式15のように表せる。
【0089】
[数15]F=(μAV22)/(2×(2gap)2)L2×T2
【0090】
μは透磁率である。Aは磁界断面積、Vはパルス電圧により印加される電圧、Nはコイル巻数、gapはコイルと鉄心との空隙距離、Lは自己インダクタンスである。
【0091】
ノッチモデル制御により求められた加振力と同等の加振力をパルス電圧加振により実現する条件の1つは、ノッチモデル制御により算出される加振力による1サイクルあたりの力積と、対応するパルス電圧を印加したときの加振力Fによる力積と、を等しくすることである。
【0092】
パルス電圧加振時の加振力Fの経時変化を表す波形は、パルス電圧の印加時間Tが短い場合には、図6のように、略二等辺三角形とみなせるので、パルス電圧加振の加振力Fによる力積FTは数式16のように表される。
【0093】
【数16】
【0094】
Jは2/3×(μAV22)/(2×(2gap)2)L2で表される定数である。
【0095】
したがって、ノッチモデル制御により求められた加振力から算出される振動開始時から3サイクル目までの力積をFiNT(N=1〜3)とし、振動開始時から4サイクル目以降の定常時の加振力の力積をFsTとすれば、FiNTおよびFsTと、開始時電圧ON時間ToniNおよび定常電圧ON時間Tonとの間に数式17および18の関係が成り立つ。なお、FiNTおよびFsTは、数値シミュレーションにより容易に算出できる値である。
【0096】
[数17]FiNT=J×ToniN3(N=1〜3)
【0097】
[数18]FsT=J×Ton3
【0098】
この式から、次式が求められる。
【0099】
[数19]ToniN=(FiNT/FsT1/3×Ton(N=1〜3)
【0100】
次に、開始時パルス電圧Viの印加タイミングの決定方法について説明する。
【0101】
ノッチモデル制御により求められた加振力は、反発力(図6の横軸より下方の部分)を含むが、実際の電磁フィーダ3では、電磁力による吸引力しか作用させることができない。そこで、開始時パルス電圧Viの印加は、ノッチモデル制御により求められた加振力が吸引力をおよぼしているタイミングにあわせるのが合理的である。特に、本実施形態では、ノッチモデル制御により求められた加振力の吸引力が最大となるタイミングと、パルス電圧加振の吸引力Fが最大になるタイミングをあわせる。これにより、開始時パルス電圧Viを印加するタイミングが決定される。さらに算出された開始時電圧ON時間ToniNおよび定常電圧ON時間Tonを用いることで、開始時パルス間隔TpiNが算出できる。
【0102】
次に、振動終了時の終了時パルス電圧Vfの電圧ON時間とパルス間隔とを算出する方法を、図7に基づき説明する。
【0103】
まず、終了時パルス電圧Vfの印加タイミングの決定方法から説明する。
【0104】
振動終了時の終了時パルス電圧Vfは、振動開始時の開始時パルス電圧Viと同様に、ノッチモデル制御により求められた加振力が吸引力をおよぼしているタイミング、特にはノッチモデル制御により求められた加振力の吸引力が最大となるタイミングと、パルス電圧加振の吸引力が最大になるタイミングとをあわせる。さらに、後述するようにして算出された終了時電圧ON時間TonfNと、定常電圧ON時間Tonとを用いることで、終了時パルス間隔pfNが算出可能である。なお、図7のように、ノッチモデル制御により求められる加振力は、反発力が最大のタイミング、つまり約1/4周期ずれた状態で、振動終了のための加振力を作用させていることが分かる。
【0105】
次に、終了時パルス電圧Vfの終了時電圧ON時間TonfNの算出方法について説明する。基本的には、開始時パルス電圧Viの開始時電圧ON時間ToniNの算出方法と同様で、ノッチモデル制御により求められた加振力による振動終了時の最後から3サイクルの加振力の力積をそれぞれFfNT(N=1〜3)とすれば、次式で表される。
【0106】
[数20]TonfN=(FfNT/FsT1/3×Ton(N=1〜3)
【0107】
ただし、図7のように(仮想の)反発力が最大のタイミングから振動終了時の加振力が作用し始めていると考えられることから、反発力が最大のタイミングから1サイクルが始まるとして(定常状態の時と約1/4周期がずれていると考えて)ノッチモデル制御により求められた加振力による力積を計算する。
【0108】
(3−4)第1〜第4乗数中の係数の算出
ある振動強度A(=E×Ton2)について、すなわち、ある定常電圧ON時間Tonについて実行された(3−3)の算出を、振動強度Aをパラメータとして複数回実行することで、開始時電圧ON時間ToniNおよび終了時電圧ON時間TonfNの、定常電圧ON時間Tonに対する倍率が、電圧パルスの印加回数(N)別、振動強度A別に求められる。また、開始時パルス間隔TpiNおよび終了時パルス間隔TpfNの、定常時パルス間隔Tpに対する倍率が、電圧パルスの印加回数(N)別、振動強度A別に求められる。本実施形態では、振動強度Aを10段階に変化させて上記の倍率を求めているが、これに限定されるものではない。
【0109】
そして、上記の倍率を、電圧パルスの印加回数(N)別に、振動強度Aに対して最小2乗法を用いて近似すれば、振動強度Aの2次関数、多くの場合振動強度Aの1次関数で表現できる。この式で表されるのが、第1〜第4乗数RoniN,RpiN,RonfN,RpfNである。つまり、係数αoniN、βoniN、γoniN,αpiN、βpiN、γpiN、αonfN,βonfN,γonfN,αpfN,βpfN,およびγpfNが算出される。
【0110】
(4)組合せ計量装置の特徴
(4−1)
本発明に係る組合せ計量装置1は、分散部としての分散テーブル2と、電磁フィーダ3と、制御部30とを備える。分散テーブル2は、物品の供給を受けて分散させる。電磁フィーダ3は、分散テーブル2から物品を受け、振動動作により分散テーブル2から遠ざかる方向に物品を搬送する。制御部30は、設定された振動強度Aに応じ、振動動作を制御する。電磁フィーダ3は、物品を搬送するトラフ7と、トラフ7に吸引力を作用させる電磁石11と、を有する。制御部30は、電圧供給部31と、供給指示部32と、供給演算部33と、を有する。電圧供給部31は、電磁石11に複数回のパルス電圧を印加し、吸引力を間欠的に発生させることで、トラフ7に振動動作をさせる。供給指示部32は、電圧供給部31に、パルス電圧の電圧ON時間およびパルス間隔を第1パターンおよび第2パターンにより指示する。第1パターンは、振動動作が定常状態にある場合に、振動強度Aに応じた、定常電圧ON時間Tonおよび定常パルス間隔Tpを指示するものである。第2パターンは、振動動作の開始時における複数回のパルス電圧Viに関して開始時電圧ON時間ToniN(N=1〜3)および開始時パルス間隔TpiN(N=1〜3)を指示するものである。供給演算部33は、振動強度Aに応じた開始時電圧ON時間ToniNおよび開始時パルス間隔TpiNを、第1乗数RoniNおよび第2乗数RpiNを用いて、[数4]ToniN=RoniN×Ton(N=1〜3)、[数5]TpiN=RpiN×Tp(N=1〜3)により算出する。振動強度Aは、定常電圧ON時間Tonの2乗に比例する。第1乗数Roniおよび第2乗数Rpiは、振動強度Aの1次関数または2次関数で表される。
【0111】
これにより、フィードバック制御を行うことなく、振動開始時に電磁フィーダ3を迅速に目標振幅に到達させるための開始時パルス電圧Viのパターン(開始時電圧ON時間ToniNおよび開始時パルス間隔TpiN)を決定できる。フィードバック制御を用いないため、振動の状態を検知するセンサが不要となり、安価な構成で最適な制御を実現できる。
【0112】
さらに、開始時電圧ON時間ToniNおよび開始時パルス間隔TpiNが簡単な式(振動強度Aの1次又は2次関数と、定常電圧ON時間Ton又は定常パルス間隔Tpとの積)で算出されるため、トラフ7の目標振幅への迅速な到達が容易に実現される。
【0113】
(4−2)
また、供給演算部33において、開始時電圧ON時間ToniNの算出に用いられる第1乗数RoniN、および、開始時パルス間隔TpiNの算出に用いられる第2乗数RpiNは、振動動作の開始からのパルス電圧の供給回数(N)に応じて変化する。
【0114】
これにより、振動開始時のパルス電圧が、パルス電圧毎に最適な開始時電圧ON時間ToniNおよび開始時パルス間隔TpiNで印加されるので、トラフ7の振幅をより迅速に目標振幅に到達させることができる。
【0115】
(4−3)
さらに、本発明に係る組合せ計量装置1では、供給指示部32は、電圧供給部31に、パルス電圧の電圧ON時間およびパルス間隔をさらに第3パターンに基づいて指示する。第3パターンは、振動動作の終了時におけるパルス電圧に関して終了時電圧ON時間TonfN(N=1〜3)および終了時パルス間隔TpfN(N=1〜3)を指示するものである。供給演算部33は、振動強度Aに応じて、終了時電圧ON時間TonfNおよび終了時パルス間隔TpfNを、第3乗数RonfNおよび第4乗数RpfNを用いて、[数10]TonfN=RonfN×Ton(N=1〜3)、[数11]TpfN=RpfN×Tp(N=1〜3)により算出する。第3乗数Ronfおよび第4乗数Rpfは、振動強度Aの1次関数又は2次関数で表される。
【0116】
ここでは、振動終了時についても、振動開始時と同様の方法で終了時電圧ON時間TonfNおよび終了時パルス間隔TpfNが算出される。これにより、フィードバック制御を行うことなく、振動動作を迅速に終了させる制御が可能になる。
【0117】
また、第3乗数RonfNおよび第4乗数RpfNは、振動動作の開始からのパルス電圧の供給回数に応じて変化するので、トラフ7の振幅をより迅速に目標振幅に到達させることができる。
【0118】
(4−4)
本発明に係る組合せ計量装置1では、制御部30は、振動強度Aを変更する強度変更部34を更に備える。供給演算部33は、強度変更部34による振動強度Aの変更時に再演算を実行する。
【0119】
ここでは、振動強度Aが変更される場合に、最適な電圧ON時間およびパルス間隔が簡単な数式に基づいて再演算されるため、振動強度が変更されても直ちにその条件に合わせた運転が可能になる。
【0120】
<変形例>
(A)
上記の実施形態に係る組合せ計量装置1は、開始時パルス電圧Viおよび終了時パルス電圧Vfとして3回のパルス電圧を印加するものであるが、これに限定されるものではない。
【0121】
ただし、迅速かつ精度良く振動開始時の制御を実行するためには、開始時パルス電圧Viは、2回以上のパルス電圧からなることが望ましい。また、迅速に振動が定常状態に達することが望ましいことから、開始時パルス電圧Viの回数は少ない方が望ましい。
【0122】
終了時パルス電圧Vfについては、迅速に振動を終了させることが望ましいので、回数は少ない方が望ましい。
【0123】
(B)
上記の実施形態に係る組合せ計量装置1では、供給演算部33は開始時パルス電圧Viおよび終了時パルス電圧Vfの両方について電圧ON時間およびパルス間隔を演算するが、これに限定されるものではない。例えば、開始時パルス電圧Viのみが供給演算部33により演算され、終了時パルス電圧Vfの電圧ON時間およびパルス間隔は、予め定められた固定値とするものであっても構わない。
【0124】
ただし、精度のよい振動制御を行うためには、振動強度Aに応じて、開始時パルス電圧Viおよび終了時パルス電圧Vfの両方について、電圧ON時間およびパルス間隔を演算することが望ましい。
【0125】
(C)
上記の実施形態に係る組合せ計量装置1では、供給演算部33は開始時パルス電圧Viおよび終了時パルス電圧Vfの電圧ON時間およびパルス間隔を、それぞれのパルス電圧の供給回数別に(何回目のパルス電圧であるかに応じ)演算しているが、これに限定されるものではない。
【0126】
例えば、1回目と2回目は電圧ON時間および/又はパルス間隔を演算により求めるが、3回目の電圧ON時間および/又はパルス間隔は固定値とするというような方法が用いられてもよい。
【0127】
ただし、精度のよい振動制御を行うためには、パルス電圧の供給回数別に、開始時パルス電圧Viおよび終了時パルス電圧Vfの電圧ON時間およびパルス間隔を演算することが望ましい。
【符号の説明】
【0128】
1 組合せ計量装置
2 分散テーブル(分散部)
3 電磁フィーダ
7 トラフ
11 電磁石
30 制御部
31 電圧供給部
32 供給支持部
33 供給演算部
34 強度変更部
Ton 定常電圧ON時間
Tp 定常パルス間隔
ToniN(N=1〜3) 開始時電圧ON時間
TpiN(N=1〜3) 開始時パルス間隔
TonfN(N=1〜3) 終了時電圧ON時間
TpfN(N=1〜3) 終了時パルス間隔
【先行技術文献】
【特許文献】
【0129】
【特許文献1】特開平9−235016号公報
【特許文献2】特開平10−35850号公報
【特許文献3】特開2007−246236号公報
【特許文献4】特開2002−68454号公報
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7