特表 2022-544767 液状食品用の包装機の状態監視

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-10-21

(54)【発明の名称】液状食品用の包装機の状態監視

(51)【国際特許分類】

   G05B 19/418 20060101AFI20221014BHJP

   B65B 57/00 20060101ALI20221014BHJP

【ＦＩ】

G05B19/418 Z

B65B57/00 H

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022508800

(86)(22)【出願日】2020-07-06

(85)【翻訳文提出日】2022-04-11

(86)【国際出願番号】 EP2020068951

(87)【国際公開番号】W WO2021028117

(87)【国際公開日】2021-02-18

(31)【優先権主張番号】19191369.8

(32)【優先日】2019-08-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】391053799

【氏名又は名称】テトラ ラバル ホールディングス アンド ファイナンス エス エイ

【住所又は居所原語表記】７０ Ａｖｅｎｕｅ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｇｕｉｓａｎ，ＣＨ－１００９ Ｐｕｌｌｙ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ

(74)【代理人】

【識別番号】100151105

【弁理士】

【氏名又は名称】井戸川 義信

(72)【発明者】

【氏名】ルカ・カペリ

(72)【発明者】

【氏名】ダヴィデ・ボルギ

(72)【発明者】

【氏名】ジュリア・マサセッシ

(72)【発明者】

【氏名】ラファエル・ディ カノサ

(72)【発明者】

【氏名】ジャコポ・カヴァラグリオ カマルゴ モラノ

(72)【発明者】

【氏名】マルコ・ココンセッリ

【テーマコード（参考）】

3C100

【Ｆターム（参考）】

3C100AA38

3C100AA52

3C100AA56

3C100AA58

3C100BB12

3C100BB13

3C100CC02

(57)【要約】

液状食品のパッケージを生産するための包装機の状態評価用の監視装置は、包装機内の複数の振動センサー（２０）に接続するための信号インターフェース（２００ａ）を含む。監視装置は：振動センサー（２０）から測定信号（ＳＳ１～ＳＳｍ）を受信し、且つ包装機の予め定義された作業イベントを示すイベントタイミング信号ＭＥＳを得るための論理（２０３～２０５）を含み、それぞれの作業イベントは、パッケージを生産するように動作するときの、包装機内のそれぞれの構成要素による機械的作用に対応する。監視装置は、さらに：ＭＥＳを使用することによって、及び測定信号（ＳＳ１～ＳＳｍ）において、それぞれの構成要素に関連付けられる信号値を特定し、且つそれぞれの構成要素の状態評価に関して信号値を評価するための論理（２０３～２０５）を含む。それゆえ、ＭＥＳの提供及び使用は、包装機内の個々の構成要素の状態評価を容易にする。
【選択図】 図２Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

液状食品のパッケージ（１０６）を生産するように動作する包装機（１０）の監視方法であって：
前記包装機（１０）内の複数の振動センサー（２０）から測定信号（ＳＳ１～ＳＳｍ）を受信すること（３０２）、
前記包装機（１０）の予め定義された作業イベントを示すイベントタイミング信号（ＭＥＳ）を得ること（３０１）であって、前記予め定義された作業イベントの中のそれぞれの予め定義された作業イベントは、前記パッケージ（１０６）を生産するように動作するとき、前記包装機（１０）中のそれぞれの構成要素（Ｄ１～Ｄｎ）による機械的作用に対応すること、
前記イベントタイミング信号（ＭＥＳ）を使用することによって、前記測定信号（ＳＳ１～ＳＳｍ）において、前記それぞれの構成要素（Ｄ１～Ｄｎ）に関連付けられる信号値を特定すること（３０３）、及び
前記それぞれの構成要素（Ｄ１～Ｄｎ）の状態評価に関して前記信号値を評価すること（３０４）
を含む、方法。

【請求項2】

前記機械的作用は、前記測定信号（ＳＳ１～ＳＳｍ）のうちの少なくとも１つでの応答を生じる、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記イベントタイミング信号（ＭＥＳ）は、前記包装機（１０）のシミュレーション及び前記パッケージを生産するためのその動作の実行によって発生される、請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

前記イベントタイミング信号（ＭＥＳ）は、ある時点を前記それぞれの予め定義された作業イベントと関連付ける、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。

【請求項5】

前記特定すること（３０３）は：前記測定信号（ＳＳ１～ＳＳｍ）を前記イベントタイミング信号（ＭＥＳ）と同期させること（３０３ａ）を含む、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記特定すること（３０３）は、さらに：前記イベントタイミング信号に関する前記それぞれの予め定義された作業イベントに関する前記時点に基づいて、前記測定信号（ＳＳ１～ＳＳｍ）のうちの１つ以上の対応する時点を前記それぞれの構成要素（Ｄ１～Ｄｎ）と関連付けること（３０３ｂ）
を含み、前記対応する時点は、前記信号値のうちの１つ以上を特定する、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

さらに：前記測定信号（ＳＳ１～ＳＳｍ）のうちの１つに対応し且つ前記イベントタイミング信号（ＭＥＳ）に適合する予め定義された基準信号（ＳＳｒ）を検索すること、及び前記予め定義された基準信号（ＳＳｒ）を前記測定信号（ＳＳ１～ＳＳｍ）のうちの前記１つと相関させて、前記測定信号（ＳＳ１～ＳＳｍ）を前記イベントタイミング信号（ＭＥＳ）と同期させることを含む、請求項５又は６に記載の方法。

【請求項8】

さらに：前記包装機（１０）内の基準センサー（２０’）から、前記測定信号（ＳＳ１～ＳＳｍ）と同時であり且つ前記イベントタイミング信号（ＭＥＳ）中の予め定義された時点を示す基準信号（ＳＳｒ）を受信すること、及び前記基準信号（ＳＳｒ）を前記測定信号（ＳＳ１～ＳＳｍ）と比較して、前記予め定義された時点を前記測定信号（ＳＳ１～ＳＳｍ）に割り当てて、前記測定信号（ＳＳ１～ＳＳｍ）を前記イベントタイミング信号（ＭＥＳ）と同期させることを含む、請求項５又は６に記載の方法。

【請求項9】

前記信号値の少なくともサブセットが、前記測定信号（ＳＳ１～ＳＳｍ）における時間的に離れたピークに対応する、請求項１～８のいずれか１項に記載の方法。

【請求項10】

前記評価すること（３０４）は：前記信号値に関する１つ以上のパラメータ値を計算すること（３０４ａ）、及び前記状態評価に関して前記１つ以上のパラメータ値を解析すること（３０４ｂ）を含む、請求項１～９のいずれか１項に記載の方法。

【請求項11】

前記１つ以上のパラメータ値は：分散、平均、ピーク面積、エネルギー、パワー、二乗平均平方根、尖度、波高因子、ひずみ、スペクトル尖度、及び標準偏差のうちの１つ以上を含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記解析することは：前記１つ以上のパラメータ値をそれぞれの閾値と比較すること、及び経時的な前記１つ以上のパラメータ値の変化を解析することのうちの少なくとも一方を含む、請求項１０又は１１に記載の方法。

【請求項13】

さらに：前記評価すること（３０４）が、前記それぞれの構成要素（Ｄ１～Ｄｎ）の現在又は将来の故障状態を示すとき、前記それぞれの構成要素の保守の必要性を合図すること（３０５）を含む、請求項１～１２のいずれか１項に記載の方法。

【請求項14】

プロセッサー（２１０）によって実行されるとき、前記プロセッサー（２１０）に請求項１～１３のいずれか１項に記載の方法を実行させるコンピュータ命令（２１２Ａ）を含む、コンピュータ可読媒体。

【請求項15】

監視装置であって、包装機（１０）内の複数の振動センサー（２０）に接続するための信号インターフェース（２００ａ；２１４）、及び請求項１～１３のいずれか１項に記載の方法を実行するために、前記監視装置を制御するように構成された論理（２０３、２０４、２０５）を含む、監視装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、概して、液状食品のパッケージすなわち包装の生産用に構成され且つそのために動作される包装機のコンディションすなわち状態監視、及び特に、包装機内にある複数の振動センサーからの測定信号に基づいた状態監視のための技術に関する。

【背景技術】

【0002】

液状食品の工業生産及び包装は、自動化されており、且つ大量生産を達成するために食品包装機の高度プロセス制御（ａｄｖａｎｃｅｄ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ）を伴う。動作不良及びその後の生産停止は生産コスト及び製品品質に深刻な影響を及ぼし得るため、食品包装機の安全且つ信頼性の高い動作は意義が大きい。動作不良の早期検出は、性能低下及び機械の損傷又は人の命への損害の回避において重要である。それゆえ、食品包装機の正確な状態監視は、オペレータが、緊急行動及び予防的な保守・点検（ｓｅｒｖｉｃｅ）及び修繕で正しい判断を行うのを助けるために、一般的に必要である。

【0003】

食品包装機の固有の機械的な複雑さゆえに、状態監視を行うタスクはかなり困難である。突然の故障状態及び初期の故障状態を検出するために、食品包装機内のセンサーからの振動データの周波数又は時間－周波数の解析を行う試みが行われてきた。各センサーは、包装機内の複数の異なる機械的構成要素からの振動を拾う傾向があり、これにより、結果として生じる振動データは、食品包装機内で発生した振動が複雑に混じり合っているものを含んでしまうことになる。複数のセンサーからの振動データの周波数又は時間－周波数の解析は、包装機全体としての突然の又は初期の故障状態の存在を示すのに役立ち得るが、解析は、一般的に、包装機にある典型的には数百個の構成要素のうちの、保守・点検が必要である１つを明らかにはできない。換言すると、食品包装機の状態監視用の既存の技術は、現在の又は発展中の故障状態の発生源又は原因に関する特定性に欠けている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来技術の１つ以上の限界を少なくとも部分的に克服することが目的である。

【0005】

１つの目的は、液状食品のパッケージ生産用の機械の特異性を改善した、状態監視用の技術を提供することにある。

【0006】

さらなる目的は、単純で、効率的且つロバストな技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

これらの目的の１つ以上、並びに下記の説明から明らかになり得るさらなる目的は、独立請求項による包装機の監視方法、コンピュータ可読媒体、及び監視装置、従属請求項によって定義されるそれらの実施形態によって、少なくとも部分的に達成される。

【0008】

本開示の第１の態様は、液状食品のパッケージを生産するように動作する包装機の監視方法である。方法は：包装機内にある複数の振動センサーからの測定信号を受信すること；及び包装機の予め定義された作業イベントを示すイベントタイミング信号を得ることを含み、これら予め定義された作業イベントの中のそれぞれの予め定義された作業イベントは、パッケージを生産するように動作するときの包装機内のそれぞれの構成要素による機械的作用に対応する。方法は、さらに：イベントタイミング信号を使用することによって、及び測定信号において、それぞれの構成要素と関連付けられる信号値を特定すること；及びそれぞれの構成要素の状態評価に関して信号値を評価することを含む。

【0009】

第１の態様は、状態監視の特異性が、動作中に包装機によって実施される機械的作用を示し且つそれぞれの機械的作用に関わる機械の構成要素を指すイベントタイミング信号にアクセスすることによって、改善され得るという洞察に基づいている。それにより、イベントタイミング信号は、測定信号における、個々の機械の構成要素に特有であり且つそれゆえ包装機内の個々の機械の構成要素に関する状態評価を行うことができる信号値を特定するための基準として使用され得る。イベントタイミング信号が利用可能であるとき、信号値の特定は、イベントタイミング信号とのそれぞれの測定信号の単純で効率的且つロバストな時間領域適合によって、結果として起こり得る。

【0010】

本開示の第２の態様は、プロセッサーによって実行されるとき、プロセッサーに、第１の態様又はその任意の実施形態の方法を実行させるコンピュータ命令を含む、コンピュータ可読媒体である。

【0011】

本開示の第３の態様は、包装機内の複数の振動センサーに接続するための信号インターフェース、及び第１の態様又はその任意の実施形態の方法を実行するために、監視装置を制御するように構成された論理を含む監視装置である。

【0012】

さらなる他の目的、並びに本発明の実施形態、特徴、態様及び利点は、以下の詳細な説明並びに図面から明らかになる。

【0013】

ここで、実施形態を、例として、添付の概略的な図面を参照して、説明する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1A】ある例による、ロール巻きで供給されるカートンの包装機の側面図である。

【図1B】図１Ａの包装機を通る材料の流れの斜視図を示す。

【図1C】図１Ａの包装機の横断方向封止用の機構の側面図である。

【図2A-2B】いくつかの実施形態による、包装機の状態評価用の監視装置のブロック図である。

【図3】いくつかの実施形態による、包装機の状態評価のための方法のフロー図である。

【図4A】包装機における時間系列の機械的イベントを表すモデルイベント信号のグラフである。

【図4B】包装機内の異なる機械的構成要素によって生じる複数の群の複数のイベントを示す。

【図5】測定信号（上）及びモデルイベント信号（下）の合成グラフである。

【図6A-6B】それぞれ健全な機械的構成要素及び故障した機械的構成要素を含む、包装機で発生した信号に関する、時間に応じた信号の大きさのグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

ここで、実施形態について、全てではないがいくつかの実施形態を示す添付図面を参照して、下記において十分に説明する。実際に、本発明は、多くの異なる形態で供されてもよく、且つ本明細書に記載した実施形態に限定されるとみなされるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が適切な法的必要条件を満たし得るように提供される。

【0016】

また、可能であれば、本明細書で説明及び／又は考慮される実施形態のいずれかの利点、特徴、機能、機器、及び／又は動作態様のいずれかは、本明細書で説明及び／又は考慮される他の実施形態のいずれかに含まれてもよく、及び／又は逆も同様であることが理解される。さらに、可能であれば、特に明記しない限り、本明細書において単数形で表されるいずれの用語も、複数形も含むことを意味する及び／又は逆も同様である。本明細書では、「少なくとも１つ」は、「１つ以上（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ）」を意味し、及びこれらの語句は、置き換え可能であるものとする。それゆえ、用語「ａ（ある）」及び／又は「ａｎ」は、本明細書で語句「１つ以上」又は「少なくとも１つ」も使用されていても、「少なくとも１つ」又は「１つ以上」を意味する。本明細書では、文脈上他の意味に解すべき場合を除き、言語又は必要な暗示を表す語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」又はその変形例「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」若しくは「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」などは、包括的に、すなわち、明記した特徴の存在を特定するが、様々な実施形態においてさらなる特徴の存在又は追加を除外しないために使用される。本明細書では、用語「及び／又は」は、関連のリストしたアイテムのうちの１つ以上のいずれかの及び全ての組み合わせを含む。

【0017】

本明細書では、「液状食品」は、飲料、例えばフルーツジュース、ワイン、ビール、ソーダ、並びに乳製品、ソース、オイル、クリーム、カスタード、スープ、ペーストなどを含む、室温で非固形、半液体又は流動的（ｐｏｕｒａｂｌｅ）であるいずれの食品も、及びまた、液体中の固形食品、例えば豆類、果物、トマト、シチューなどを指す。

【0018】

本明細書では、「パッケージ」は、限定されるものではないが、厚紙又は包装積層体、例えばセルロースベースの材料で形成された容器、及びプラスチック材料製の又はそれを含む容器を含む、液状食品を密封して閉じ込めるための好適な任意のパッケージ又は容器を指す。

【0019】

同様の参照符号は、全体を通して同様の要素を指す。

【0020】

図１Ａは、液状食品を包装するための機械１０の側面図である。機械１０は、ロール巻きで供給されるカートンベースの包装システムの例である。説明する例では、機械１０は、カートンベースのシート材料の１つ以上のリールを保持する送込みセクション１１、シート材料に、成形された開放機器を付けるためのマイクロ射出成形セクション１２、シート材料を滅菌するための浴セクション１３、無菌室１４、シート材料をチューブに形成するためのチューブ形成セクション１５、チューブ形状の材料を充填、封止及び切断するための充填セクション１６、及びパッケージを出力するための送出（ｏｕｔｆｅｅｄ）セクション１７を含む。

【0021】

図１Ｂは、概して、液状食品を連続包装するように展開され得る、図１Ａの機械１０の動作原理を示す。包装材料は、シート材料のリール１００で、包装機が設置されている工場に届けられる。機械１０は、包装材料の巻きをほどいて、例えば過酸化水素を入れている浴槽１０２へ供給し、包装材料を滅菌する。或いは、滅菌は、低電圧電子ビーム（ＬＶＥＢ：ｌｏｗ－ｖｏｌｔａｇｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ）技術を使用することによって実施され得る。滅菌後、包装材料は、チューブ１０４に形成される。より詳細には、長手方向封止と呼ばれることが多いプロセスにおいて、長手方向端部が互いに連続的に取り付けられる。チューブ１０４が形成されたら、機械は、チューブに液状食品を充填する。機械は、チューブ１０４の端部に横断方向封止を行い、且つ封止された部分が形成されたらそれらを切断することによって、食品が入っているチューブ１０４からパッケージ１０６を形成する。機械は、パッケージ１０６を付形するために、横断方向封止を行っている間及び／又はその後に、異なる付形作業を実施してもよい。

【0022】

ロール巻きで供給される包装システムで並行して実行される重要なプロセスがいくつかあり、これにより、例えばこれらのプロセスが適切に調整されていない場合、又は摩耗した機械の部品がある場合、生産されたパッケージに品質問題を引き起こす可能性がある。機械１０における１つの重要なプロセスは、充填セクション１６であり、これは、図１Ｃに例としてより詳細に説明される。チューブ１０４からパッケージ１０６を生産するために、成形用フラップ（ｆｏｒｍｉｎｇ ｆｌａｐｓ）１６０ａ、１６０ｂが、シーリング用ジョー（ｓｅａｌｉｎｇ ｊａｗｓ）１６２ａ、１６２ｂと組み合わせて、使用され得る。各シーリング用ジョー１６２ａ、１６２ｂは、封止装置１６４ａ、１６４ｂ、及び形成されたパッケージをチューブ１０４から分離するためのナイフ１６６ａ、１６６ｂ又は他の切断要素を含む。成形用フラップ１６０ａ、１６０ｂとシーリング用ジョー１６２ａ、１６２ｂの各組み合わせは、それぞれの機械ユニット１ａ、１ｂを規定し、これは、チューブと一緒に動かされる、例えばチェーン機構（図示せず）によって駆動される。図１Ｃは、パッケージ形成プロセスの第１及び第２の段階を示す。第１の段階では、成形用フラップ１６０ａは、チューブをパッケージの形状に形成し始め、及びチューブには、例えば、チューブ内へと延びるパイプ（図示せず）を経由して、液状食品が充填される。第１の段階ではまた、シーリング用ジョー１６２ａが、封止装置１６４ａを使用することによって、横断方向封止を形成するように動作される。第２の段階では、成形用フラップ１６０ｂが適所に保持されて、パッケージ形状が形成される。第２の段階ではまた、シーリング用ジョー１６２ｂが、封止装置１６４ｂを使用して、横断方向封止を形成するように動作される。横断方向封止が完成したら、ナイフ１６６ｂがチューブ１０４の下方部分を切断するように動作され、その際、両端部は、横断方向封止によって閉鎖されている。

【0023】

図１Ａ～１Ｃの機械１０は、単に、包装機の例として与えられている。別のよく知られているタイプの包装機は、いわゆるブランク供給包装システムを実施し、ここでは、折り畳まれたスリーブを形成するために、２つの端部が溶接された複数の包装材料（「ブランク」）が、包装機に供給され、開放スリーブが作られ、折り畳まれて封止されて、底部が形成されるようにし、液状食品が充填され、及び封止されて折り畳まれて、パッケージを形成する。

【0024】

下記では、包装機の状態監視用の技術の実施形態について、図１Ａ～１Ｃの機械１０を参照して説明する。しかしながら、状態監視用の技術は、限定されるものではないが、包装材料を供給及び／又は操作するための機械、任意のタイプの包装システムを備える充填機、打栓機、アキュムレータ機、ストロー取付機、二次包装機などを含む、液状食品の包装用の生産ラインに展開されるいずれの機械にも応用されてもよい。

【0025】

状態監視は、例えば図１Ｃに示すように、監視されるべき機械１０に取り付けられる、統合される又は他の方法で含まれる複数の振動センサー２０からのセンサー信号（「測定信号」）で動作する。振動センサーは、振動を示す出力信号を発生できる任意のタイプであってもよい。本明細書では、「振動」は、機械１０内の機械的構成要素のいずれの震える又は揺れる動きも指す。振動センサー２０の非限定的な例は、加速度計、方位センサー、位置センサー、力センサー、及びマイクロホンを含む。さらに、回転系内、例えば機械１０の動いている構成要素のための駆動機構内のトルクを測定するために配置されたトルクセンサーが、振動センサーとして使用されてもよい。

【0026】

パッケージを生産するために動作可能であるとき、機械１０は、多くの動いている部分を備え、且つ動いている部分間及び動いている部分と静止部分との間の双方の機械的相互作用が著しい、非常に動的なシステムである。機械１０内の１つ以上の機械的構成要素が正常に動かなくなり始める場合、センサー２０によって検出される振動は、変化する傾向があり、これが、時間及び／又は周波数領域におけるセンサー信号の解析によって検出されてもよい。しかしながら、それぞれの振動センサー２０は、その周囲にある多くの異なる発生源の振動を拾う傾向があることが理解されるべきである。それゆえ、振動センサー２０からのセンサー信号に基づいて、交換する必要のある特定の機械的構成要素を特定することは困難である。それゆえ、保守・点検及び保守の有効性は、オペレータの経験に大きく依存しており、及び生産が長期にわたって停止するという大きなリスクがある。本発明の実施形態は、この問題を軽減しようと努力している。

【0027】

図２Ａは、いくつかの実施形態による状態監視を実施する監視装置２００を示している。監視装置２００は、有線又は無線で、振動センサー２０に接続されるように構成される信号インターフェース２００ａを含む。説明する例では、監視装置２００は、ｍ個の振動センサーから、信号インターフェース２００ａを介して、センサー信号ＳＳ１～ＳＳｍを受信する。振動センサー２０は、単一の包装機、例えば図１Ａ～１Ｃの機械１０内に配置されても、又は工場内にある複数の包装機内に配置されてもよい。監視装置２００は、フィードバック装置２０２用の出力信号を生じるために、メモリ素子２０１から得られるモデル化されたイベント信号ＭＥＳ（ｍｏｄｅｌｅｄ ｅｖｅｎｔ ｓｉｇｎａｌ）を考慮してセンサー信号ＳＳ１～ＳＳｍを処理するように構成されている。出力信号は、交換する必要のある特定の機械的構成要素、及びおそらくは、その構成要素の推定される残存耐用年数（ＲＵＬ：ｒｅｍａｉｎｉｎｇ ｕｓｅｆｕｌ ｌｉｆｅ）を示してもよい。フィードバック装置２０２は、例えば、ディスプレイ、タッチスクリーン、表示ランプ、及び拡声器のうちの１つ以上を含んでもよい。監視装置２０は、さらに、機械１０の制御装置（図示せず）に接続され、且つ緊急の故障状態が検出されるときに緊急停止を命令するように動作可能としてもよい。

【0028】

モデル化されたイベント信号ＭＥＳは、パッケージ１０６の生産中の、機械１０内での予め定義された作業イベントのタイミングを示す、予め定義された又は予め計算された信号である。各作業イベントは、動作中の機械１０内のそれぞれの構成要素による機械的作用に対応する。それゆえ、ＭＥＳは、機械１０及び機械１０の動作設定に特有のイベントタイミング信号である。ＭＥＳは、それぞれの作業イベントの時点に関連付けるために見られてもよい。機械１０が、例えば１つの又は一連のパッケージ１０６を生産するために、繰り返しの生産サイクルで動作する場合、ＭＥＳは、１生産サイクル中に機械によって実施される複数の作業イベントの相対的なタイミングを表してもよい。一実施形態では、ＭＥＳは、機械１０及びその動作、特にパッケージ１０６の生産中に機械１０によって実施される機械的作用を表す数学モデルを使用することによって、シミュレーションによって計算される。別の実施形態では、ＭＥＳは、作業イベントの単独での検出用の特殊センサーを備えてもよく、対応する基準となる機械での測定値に基づいて、少なくとも部分的に決定される。

【0029】

ＭＥＳの例が図４Ａに示されており、ここでは、各垂直線が、機械１０における作業イベントを表している。説明する例では、それゆえ、ＭＥＳは、一連のイベントインジケータ又はフラグＥを含み、及び複数の作業イベントの相対的なタイミングは、ＭＥＳ中のイベントインジケータＥの箇所によって与えられる。ＭＥＳ中の各イベントインジケータＥは、振動を発生させる機械的作用に対応してもよく、これは、機械１０内のセンサー２０のうちの１つ以上によって検出され、それゆえ、センサー信号ＳＳ１～ＳＳｍの少なくとも１つでの応答を生じる。しかしながら、いくつかのイベントインジケータＥは、必ずしも、そのような応答を生じるわけではないことが考えられる。

【0030】

ＭＥＳでは、複数の群の複数のイベントが、機械１０の異なる機械的構成要素と関連付けられる。これは、機械１０中のｎ個の異なる構成要素Ｄ１～Ｄｎに関連付けられる複数の群の複数のイベントを示す図４Ｂに示されている。図１Ｃの例では、構成要素Ｄ１～Ｄｎのうちの１つ以上は、フラップ１６０ａ、１６０ｂの１つ以上、シーリング用ジョー１６２ａ、１６２ｂの１つ以上、ナイフ１６６ａ、１６６ｂの１つ以上、又はそれぞれの機械ユニット１ａ、１ｂの駆動素子、又はそれらの任意の組み合わせに対応してもよい。

【0031】

図４Ｂの一番下に示されているように、異なる構成要素Ｄ１～Ｄｎの複数の群の複数のイベントの和がＭＥＳを生じる。構成要素Ｄ１～Ｄｎへの複数の群の複数のイベントの関連付けはまた、予め定義されており、且つＭＥＳから分かる。ある構成要素が単一のイベントに関連付けられ、それゆえ、ある群の複数のイベントは、１つ以上のイベントを含み得ることが考えられる。

【0032】

本開示の一態様は、包装機の監視方法に関する。この監視方法について、ここで、図３のフロー図、及び図１Ａ～１Ｃの機械１０に関連する図２Ａの例示的な監視装置２００を参照して例示する。説明する監視方法３００は、予め計算され且つメモリ、例えばメモリ素子２０１（図２Ａ）に記憶されたＭＥＳを獲得するステップ３０１を含む。上述の通り、ＭＥＳは、機械１０の予め定義された作業イベントを示し、及びそれぞれの予め定義された作業イベントは、動作可能であるときは、機械１０中のそれぞれの構成要素Ｄ１～Ｄｎによって、機械的作用に対応する。ステップ３０２は、振動センサー２０からセンサー信号ＳＳ１～ＳＳｍを受信する。一実装例では、ステップ３０２は、例えば上述の生産サイクルに対応する予め定義された期間、センサー信号ＳＳ１～ＳＳｍを得て、その後、それら信号を、後続のステップによる処理に提供する。別の実装例では、ステップ３０２は、振動センサーＳＳ１～ＳＳｍから信号値を連続的に受信し、且つ後続のステップによる処理にほぼリアルタイムで信号値を提供してもよい。

【0033】

ステップ３０３は、ＭＥＳを使用することによって、機械１０中のそれぞれの構成要素Ｄ１～Ｄｎに関連付けられる信号値を特定する。それゆえ、ステップ３０３では、ＭＥＳは、センサー信号ＳＳ１～ＳＳｍにおいて、それぞれの構成要素Ｄ１～Ｄｎの動作を表す信号値を特定するための基準として使用される。ＭＥＳを基準として使用するために、ＭＥＳの時間枠及びそれぞれのセンサー信号ＳＳ１～ＳＳｍは、同期される必要があることが分かる。

【0034】

図３に示す一実施形態では、ステップ３０３は、センサー信号ＳＳ１～ＳＳｍの時点をＭＥＳの時点に適合させるサブステップ３０３ａを含んでもよい。いくつかの実施形態では、この時間領域適合（ｔｉｍｅ－ｄｏｍａｉｎ ｍａｔｃｈｉｎｇ）は、図１Ｃ及び図２Ａに示されるように、機械１０中の基準センサー２０’によって発生されたリアルタイムの信号である基準信号ＳＳｒを使用することによって、実施される。基準センサー２０’は、ＭＥＳ中のイベントとして含まれる特定の機械的作用を合図するように配置された位置センサー又は任意の他のタイプのセンサーとしてもよい。それゆえ、基準信号ＳＳｒは、センサー信号ＳＳ１～ＳＳｍと同時に発生され、且つＭＥＳにおける予め定義された時点を示す。そのような一実施形態では、ステップ３０３ａは、センサー信号ＳＳ１～ＳＳｍに対して基準信号ＳＳｒを比較し、予め定義された時点をセンサー信号ＳＳ１～ＳＳｍ中に割り当て、それにより、ＭＥＳと同期される。いくつかの実施形態では、その代わりに、時間領域適合は、予め定義された基準信号ＳＳｒを使用することによって実施され、これは、メモリ、例えばメモリ素子２０１（図２Ａ）から検索される。予め定義された基準信号ＳＳｒは、センサー信号ＳＳ１～ＳＳｍのうちの１つに対応し得、且つＭＥＳに適合されるため、ＳＳｒの時点とＭＥＳの時点との間には公知の時間的な対応がある。予め定義された基準信号ＳＳｒは、機械１０と実質的に同一である基準となる機械にある１つ又は複数の振動センサーによって生じた１つ以上のセンサー信号から発生され得る。そのような一実施形態では、サブステップ３０３ａは、予め定義された基準信号ＳＳｒを対応するセンサー信号と相関させて、例えば信号間の最適な適合を特定し得る。この相関によって、基準信号ＳＳｒは、ＭＥＳとの公知の時間的な対応を有しているため、センサー信号ＳＳ１～ＳＳｍの時点はＭＥＳの時点と適合される。予め定義された基準信号ＳＳｒを使用する１つの技術的な利点は、監視方法３００が、基準センサー２０’のない機械１０で実施され得ることである。欠点は、１つの基準信号ＳＳｒが機械１０の各設定に対して予め定義される必要があることである。この欠点は、基準センサー２０’を使用することによって除去され、それゆえ、多用途性及びおそらくは精度を高める。

【0035】

図３に示すように、ステップ３０３は、図４Ｂに例示されるような、複数の群の複数のイベントと構成要素Ｄ１～Ｄｎとの間の公知の関連付けを使用する、さらなるサブステップ３０３ｂを含み得る。一実施形態では、サブステップ３０３ｂは、ＭＥＳのそれぞれの作業イベントの時点に基づいて、センサー信号ＳＳ１～ＳＳｍのうちの１つ以上の対応する時点をそれぞれの構成要素Ｄ１～Ｄｎと関連付ける。それにより、対応する時点は、それぞれの構成要素Ｄ１～Ｄｎに関する１つ以上の信号値を特定する。

【0036】

ステップ３０３は、センサー信号ＳＳ１～ＳＳｍの全て、又は各構成要素に対する１つ以上の選択したセンサー信号における、それぞれの構成要素に関する信号値を特定し得る。一実施形態では、ステップ３０３は、センサー信号と構成要素との間の予め定義された関連付けを使用することによって、それぞれの構成要素に対して１つ以上のセンサー信号を選択し、且つそれぞれの構成要素と関連付けられる１つ又は複数の選択したセンサー信号の中から、それぞれの構成要素に対する信号値を特定する。

【0037】

ステップ３０３は、さらに、図５のグラフで説明される。図５の上の部分は、ステップ３０２によって得られた、時間に応じたセンサー信号ＳＳ１を示し、及び下の部分は、ステップ３０１によって得られた、時間に応じたＭＥＳを示す。ＳＳ１とＭＥＳを共通の時間枠内に配置することによって、ステップ３０３において、特定の構成要素によって実施された機械的作用に対応するＳＳ１の信号値を特定することが可能になる。一実施形態では、ステップ３０３は、ＭＥＳのそれぞれの作業イベントのタイミングに適合する、ＳＳ１中の信号値を抽出する。別の実施形態では、ステップ３０３は、ＭＥＳでの作業イベントのタイミングに適合する時間窓内のＳＳ１に応じて、信号値を計算し得る。例えば、信号値は、大きさ、例えば平均、和、振幅、ＲＭＳ（二乗平均平方根）などの指標として、計算されてもよい。

【0038】

ステップ３０４は、それぞれの構成要素の状態評価に関して、ステップ３０３によって特定される信号値を評価する。ステップ３０４が、構成要素のうちの１つの現在又は将来の故障状態を特定する場合、方法３００は、例えばフィードバック装置２０２を介して、構成要素の保守の必要性を合図し得るステップ３０５へ進んでもよい。

【0039】

ステップ３０３は、センサー信号ＳＳ１～ＳＳｍの時間的に離れたピークに対応する信号値を特定できることが分かる。各構成要素に対して別々に特定されたそのような信号値は、ステップ３０４において、機械１０中の特定の構成要素の突然の故障状態及び初期の故障状態の特定、並びに機械１０中の個々の構成要素のＲＵＬ推定のために、いずれかの従来の解析技術を応用することができるようにする。突然の故障状態は、保守・点検要員による早急な対応を必要とし、及びおそらくは機械１０が遮断される、構成要素の不良又は故障状態を指す。初期の故障状態は、それぞれの構成要素の状況（ｓｔａｔｅ）又は状態（ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）が不完全であるため、修正措置が取られない場合には、劣化による又は致命的な不良が最終的に予想される結果となる可能性がある（又はその可能性がない）ことを指す。

【0040】

図３に示す一実施形態では、ステップ３０４は、それぞれの構成要素に関してステップ３０３によって特定された信号値に基づいて、それぞれの構成要素に関する１つ以上のパラメータ値を計算するサブステップ３０４ａ、及びそれぞれの構成要素の状態評価に関する１つ以上のパラメータ値を解析するサブステップ３０４ｂを含んでもよい。いくつかの実施形態では、１つ以上のパラメータ値は：分散、平均、ピーク面積、エネルギー、パワー、ＲＭＳ、尖度、波高因子、ひずみ、スペクトル尖度、及び標準偏差のうちの１つ以上を含んでもよい。サブステップ３０４ｂは、１つ以上のパラメータ値を、それぞれの閾値と比較することを含んでもよい。閾値は、それぞれの構成要素の突然の故障状態を検出するように設定され得る。その代わりに又はそれに加えて、サブステップ３０４ｂは、それぞれの構成要素の初期の故障状態の検出に関する経時的な１つ又は複数のパラメータ値のトレンド及び予測を含んでもよい。図３に示すように、方法３００は、ステップ３０４ｂによる解析のための時間系列のパラメータ値、例えばトレンド及び予測を生じるために、ステップ３０２～３０４ａを繰り返してもよい。例えば、ステップ３０４ｂは、初期の故障状態の検出のために、時間毎又は日毎のパラメータ値を比較してもよい。

【0041】

構成要素が劣化すると発生し得る振動の変化を例示するために、図６Ａ～６Ｂはパワー信号を示し、このパワー信号は、振動信号の振幅の二乗を表し、且つ特定の構成要素によって実施された機械的作用に起因する２つの時間的に離れたピーク（円で囲まれている）を含む。図６Ａでは、構成要素は健全である。図６Ｂでは、構成要素は故障しており、及び２つのピークの大きさは著しく増大している。

【0042】

ステップ３０４における解析は、利用可能なセンサーデータ及び所望の出力に依存して、異なるレベルの複雑さで実施され得ることが分かる。当業者は、状態評価に対して、限定されるものではないが、統計的手法、例えば回帰に基づく手法、ウィーナー過程（Ｗｉｅｎｅｒ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）、ガンマプロセス（Ｗｉｅｎｅｒ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）、マルコフ（Ｍａｒｋｏｖｉａｎ）ベースの手法、確率的フィルタリング（ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）ベースの手法、共変量ベースのハザード手法、隠れマルコフモデル（Ｈｉｄｄｅｎ Ｍａｒｋｏｖ Ｍｏｄｅｌ）ベースの手法などを含む、大量のよく知られている解析技術の中から選択し得る。ステップ３０４は、故障状態の検出及び／又はＲＵＬ推定のために機械学習（ＭＬ）又は深層学習（ＤＬ）を含むことも考えられる。

【0043】

図２Ａに戻ると、監視装置２００は、図３の方法３００を実施するように構成されている論理を含んでもよい。説明する例では、論理は、１組のモジュール又はユニット２０３～２０５を含む。信号適合器２０３は、センサー信号ＳＳ１～ＳＳｍをＭＥＳと同期させるために、ステップ３０１、３０２及び３０３ａを実行するように構成されている。信号値抽出器２０４は、同期したＭＥＳを使用することによって、センサー信号ＳＳ１～ＳＳｍからそれぞれの構成要素に関する１つ以上の信号値を抽出するために、ステップ３０３ｂを実行するように構成されている。解析器２０５は、それぞれの構成要素の状態評価に関する信号値を評価するためにステップ３０４を実行するように構成されている。

【0044】

それぞれのモジュール２０３～２０５は、ハードウェア、又はソフトウェアとハードウェアの組み合わせによって実装されてもよい。いくつかの実施形態では、監視装置２００は、例えば図２Ｂに示すような、ソフトウェア制御計算装置に実装されてもよい。図２Ｂの例では、監視装置２００は、プロセッサー２１０及びコンピュータメモリ２１２を含む。プロセッサー２１０は、例えばＣＰＵ（「中央処理装置（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）」）、ＤＳＰ（「デジタル信号プロセッサー（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）」）、マイクロプロセッサー、マイクロコントローラ、ＡＳＩＣ（「特定用途向け集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ－Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）」）、個別のアナログコンポーネント及び／又はデジタルコンポーネントの組み合わせ、又は何らかの他のプログラム可能な論理デバイス、例えばＦＰＧＡ（「フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）」）のうちの１つ以上を含んでもよい。コンピュータ命令を含む制御プログラム２１２Ａが、メモリ２１２に記憶されており、且つプロセッサー２１０によって実行されて、上記で例示したような監視方法を実行するようにする。有形の（持続性の）製品（例えば磁気媒体、光ディスク、リードオンリーメモリ、フラッシュメモリなど）とし得るコンピュータ可読媒体２０又は伝搬信号で、制御プログラム２１２Ａは、監視装置２００に供給されてもよい。図２Ｂに示すように、メモリ２１２はまた、プロセッサー２１０によって使用するためのデータ２１２Ｂ、例えばＭＥＳ、予め定義された基準信号ＳＳｒなどを記憶してもよい。監視装置２００は、さらに、信号インターフェース２００ａ（図２Ａ）を含み得る通信インターフェース２１４、並びにフィードバック装置２０２及び／又は機械１０の制御装置、及び／又は存在する場合には外部メモリ素子２０１と通信するためのさらなる信号インターフェースを含む。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4A-4B】

【図5】

【図6A-6B】

【国際調査報告】