JP2004077334A - 計量器の寿命検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機械部品の回転数、回数、動作スピード等の条件だけでなく、計量器の重量検出機能を寿命推定計算中に取り入れることによって、より正確に部品の寿命を推定する。
【解決手段】被計量物６の重量を計測するロードセル４ｅと、このロードセル４ｅによる計測値に基づきコンベアプーリ４ｆのベアリングの寿命を演算する演算処理装置１２と、この演算処理装置１２による演算値が寿命設定値に達したときに警報を発する警報器１４を備える構成とする。
【選択図】　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、計量器を構成する機械的構成要素の寿命を検出する計量器の寿命検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、機械部品、特に可動機械部品についてその寿命を推定することは、ユーザーがその機械部品の破損前にその寿命を知って部品交換等を行えることから、極めて意義のあることである。このため、従来から、例えば軸受等の回転部品や、曲げ荷重のかかる部品等においてその寿命を推定することが行われている。この場合、部品メーカが提供するカタログもしくは技術計算書等に基づき、回転部品であればその回転回数により、曲げ荷重のかかる部品であればその繰り返し回数により寿命推定もしくは寿命計算を行うようにされている。
【０００３】
また、計量器の分野における寿命検出装置としては、本出願人の提案になる実開平５−８１６６１号公報に開示されたものがある。この開示技術は、組合わせ秤におけるホッパーの寿命検出装置に係るもので、予めホッパーの寿命をゲート開閉回数によりホッパー毎の寿命設定表示器に設定し、ホッパー毎にゲート開閉回数をゲート開閉カウンターでカウントし、このカウントされるゲート開閉回数が設定値に達すると寿命警報出力装置から警報を発するように構成されたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来技術ではいずれも、基本的には機械部品の回転数、稼動回数等のカウント値に基づいて寿命計算がなされており、またせいぜいその動作スピードを計算中に考慮して寿命計算がなされている程度であって、対象とする機械部品の運転条件が考慮されていないために、寿命推定が正確に行えないという問題点がある。
【０００５】
本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、機械部品の回転数、回数、動作スピード等の条件だけでなく、計量器の重量検出機能を寿命推定計算中に取り入れることによって、より正確に部品の寿命を推定することのできる計量器の寿命検出装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
本発明者らは、計量器が物品を計量する機能を有している点に着目し、計量器に使われている重量計測手段（重量センサ）の荷重情報を機械部品の寿命推定計算の中に取り入れるようにしたものである。
要するに、本発明による計量器の寿命検出装置は、前記目的を達成するために、
計量器を構成する機械的構成要素の寿命を検出する装置であって、
被計量物の重量を計測する重量計測手段と、この重量計測手段による計測値に基づき前記機械的構成要素の寿命を演算する寿命演算手段と、この寿命演算手段による演算値が寿命設定値に達したときに警報を発する警報手段を備えることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明によれば、被計量物の重量を計測する重量計測手段による計測値に基づき機械的構成要素の寿命が演算されるので、機械的構成要素の稼動回数等の条件のみならず、計量器の運転条件としての負荷重量に係る条件が考慮されて寿命推定演算がなされることになる。したがって、機械的構成部品の負荷条件によって変化するその機械的構成部品の寿命が正確に推定されることになり、部品の故障を未然に防ぐことが可能となって、機械の信頼性を格段に向上させることができる。しかも、計量器に本来備わっている重量検出機能を利用するだけで済むので、装置構成も簡易にできるという利点がある。
【０００８】
本発明において、前記計量器は、被計量物を計量コンベアにて搬送しながらその被計量物の重量を計測する計量器であり、前記機械的構成要素は、前記計量コンベアのプーリに付設される転がり軸受であり得る。
【０００９】
また、前記寿命演算手段は、前記転がり軸受に作用する軸受荷重を、前記計量コンベアに被計量物が乗り込む際に発生する平均荷重を加味して演算するとともに、この軸受荷重と基本動定格荷重とによって前記転がり軸受の寿命を演算するものであるのが好ましい。また、前記平均荷重は、前記計量コンベアに被計量物が乗り込む際に発生する変動荷重の最大値と、前記計量コンベアの搬送速度と、この搬送速度と被計量物の長さとにより決定される被計量物作動時間とにより求められ、前記軸受荷重は、前記平均荷重と、前記計量コンベアに被計量物が乗らない無負荷時の軸受荷重とを加算して求められるのが好ましい。さらに、前記寿命設定値は、前記計量コンベアの回転速度とその計量コンベアの稼動時間との積によって得られる計量コンベアの実累積回転数であるのが好ましい。こうすることで、被計量物が計量コンベアに乗り込む際に発生する正弦波状の荷重が平均荷重として演算され、かつその平均荷重が、計量コンベアに被計量物が乗り込む際に発生する変動荷重の最大値と、前記計量コンベアの搬送速度と、この搬送速度と被計量物の長さとにより決定される被計量物作動時間とにより求められるので、計量コンベアに加わる荷重以外に、計量コンベアの搬送速度および被計量物作動時間の変動の要素も反映して軸受荷重が演算されるので、より正確に寿命推定を行うことができる。
【００１０】
本発明においては、前記計量器が、被計量物を計量コンベアにて搬送しながらその被計量物の重量を計測する計量器であり、前記機械的構成要素が、前記計量コンベアに連設される振り分けコンベアに付設されて被計量物を振り分けする振り分け装置であり得る。すなわち、本発明の技術思想は、計量器の周辺部品である振り分け装置の寿命推定にも適用することができ、さらには重量を検出する全ての種類の計量器（はかり）の周辺部品の寿命推定にも適用することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による計量器の寿命検出装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１２】
図１には、自動重量選別機に適用された本発明の一実施形態に係る寿命検出装置の正面図が示され、図２には、同寿命検出装置の平面図が示されている。
【００１３】
本実施形態において、自動重量選別機１は、物品搬送方向の上流側から順に、搬送コンベア２、導入コンベア（送り込みコンベア）３、計量コンベア４および振り分けコンベア５が直列配置されてなり、被計量物（物品）６が計量コンベア４上を通過する際にその重量が計量されるように構成されている。
【００１４】
前記計量コンベア４は、駆動モータ７によって駆動されるとともに、コンベアフレーム４ａを支持する可動部４ｂと、ベース４ｃに支持される固定部４ｄとの間にロードセル（重量計測手段）４ｅが介挿されて構成され、このロードセル４ｅの歪みによってその計量コンベア４上に載置された被計量物の重量が計測されるように構成されている。また、この計量コンベア４の入口部には、投光器８ａと受光器８ｂとよりなる光電子スイッチ８が設けられ、被計量物６がその光電子スイッチ８を横切ることによりその被計量物６の到来（載置）が検知されるようになっている。
【００１５】
一方、前記振り分けコンベア５には、前記計量コンベア４にて計量された被計量物６の計量値が、予め設定されている適量、過量および軽量のうちのいずれの重量範囲にあるかを検出する検出信号に基づいてその被計量物６を振り分ける振り分け装置９が付設されている。この振り分け装置９は、図示されない駆動部により揺動軸１０ａ，１０ｂ周りに揺動される一対のフリッパアーム１１ａ，１１ｂを備えている。そして、被計量物６の計量値が軽量範囲にあるときには、一方のフリッパアーム１１ａを二点鎖線で示す位置に揺動させて被計量物６を振り分けコンベア５の左側方へ振り分け、過量範囲にあるときには、他方のフリッパアーム１１ｂを二点鎖線で示す位置に揺動させて被計量物６を振り分けコンベア５の右側方へ振り分け、適量範囲にあるときには、各フリッパアーム１１ａ，１１ｂを実線で示す位置に停止させて被計量物６を振り分けコンベア５の下流側へ搬送するように構成されている。
【００１６】
次に、前述のように構成される自動重量選別機１において、計量コンベア４のコンベアプーリ４ｆに内蔵されるベアリング（転がり軸受）の寿命を推定する寿命検出装置について説明する。
【００１７】
前記ベアリングの寿命検出は、マイクロコンピュータで構成される演算処理装置（寿命演算手段）１２により行われる。この演算処理装置１２は、図示されていないが、所定のプログラムを実行する中央処理装置（ＣＰＵ）と、このプログラムおよび各種マップ等を記憶する読出し専用メモリ（ＲＯＭ）と、このプログラムを実行するに必要なワーキングメモリおよび各種レジスタとしての書込み可能メモリ（ＲＡＭ）と、このプログラム中の時間を計測するタイマを備えるとともに、各種スイッチおよびセンサからの信号に基づいて前記プログラムを実行して所定の演算処理を行うように構成されている。
【００１８】
この演算処理を実行するために、前記演算処理装置１２には、計量コンベア４のベルトスピードを検出するベルトスピード検出センサ１３からのデータ、被計量物６が計量コンベア４上に載置されたことを検出する光電子スイッチ８からのデータ、駆動モータ７からの計量コンベア４の稼動時間に係るデータおよびロードセル４ｅからの被計量物６の重量値に係るデータ等が入力される。前記演算処理装置１２は、これら各入力データに基づいて前記ベアリングの寿命演算を実行して、必要に応じて警報器（警報手段）１４に警報信号を出力する。
【００１９】
次に、図３に示されるフローチャートを参照しつつ、前記ベアリングの寿命判定の処理手順について説明する。なお、記号Ｓはステップを示す。
【００２０】
Ｓ１：ベルトスピード検出センサ１３によって計量コンベア４のベルトスピードｖを検出する。
Ｓ２：検出されたベルトスピード（搬送速度）ｖ（ｖ_１，ｖ_２，ｖ_３，…，ｖ_ｎ）と、予め入力されているコンベアプーリ４ｆのプーリ径ｄとにより式ｎ＝ｖ／πｄを用いて計量コンベア４の回転速度ｎ（ｎ_１，ｎ_２，ｎ_３，…，ｎ_ｎ）を演算する。
Ｓ３：駆動モータ７からのデータに基づき、計量コンベア４をＯＮしてからの稼動時間Ｔと前記回転速度ｎとの積ｎ・Ｔによって計量コンベア４の実累積回転数Ｎを演算する。
【００２１】
Ｓ４：計量コンベア４が被計量物６を載置して搬送している時間、言い換えれば計量コンベア４の作動時間ｔ（ｔ１，ｔ２，ｔ３，…，ｔｎ）を式ｔ＝ｖ／Ｌａによって演算する。ここで、Ｌａは、被計量物６の搬送長さであって、光電子スイッチ８からの入力信号より得られる。
Ｓ５：ロードセル４ｅからの被計量物６の重量値に係るデータから、変動荷重の最大値Ｆｍａｘ（Ｆｍａｘ_１，Ｆｍａｘ_２，Ｆｍａｘ_３，…，Ｆｍａｘｎ）を検出する。ところで、この種の自動重量選別機１において、コンベアプーリ４ｆに内蔵されるベアリングに加わる荷重（軸受荷重）は、通常のコンベア自身の自重による負荷および伝導力による負荷以外に、コンベア上へ被計量物６が乗り移る際に発生する負荷を含んでおり、この荷重Ｆは図４に示されるように正弦波的に変化する。なお、図４において記号Ｆｍは被計量物６の乗り込みによる平均荷重であって、式Ｆｍ≒０．６５Ｆｍａｘによって近似される。
【００２２】
Ｓ６：被計量物６は計量コンベア４上に順次載置されるので、コンベアプーリ４ｆのベアリングには繰り返し荷重が作用する。この場合のｎ回の乗り込みによる平均荷重Ｆｍを数１によって演算する。
【数１】

Ｓ７：軸受荷重Ｐを次式によって演算する。
Ｐ＝Ｆ＋Ｆｍ
ここで、Ｆは被計量物６の乗り込み以外の通常の軸受荷重である。
【００２３】
Ｓ８：転がり軸受の基本動定格荷重Ｃ、軸受荷重Ｐおよび定格疲れ寿命Ｌ（１０^６回転単位）との間には次式の関係がある。
Ｌ＝（Ｃ／Ｐ）^３
したがって、この式に前ステップＳ７にて得られた軸受荷重Ｐを代入すると、自動重量選別機１において荷重が変動した場合のベアリングの推定寿命Ｌを得ることができる。こうして得られた推定寿命Ｌの値は、荷重データのほか、コンベアの回転速度ｎおよび作動時間ｔの変動の要素も反映されているので、より正確な推定値である。
【００２４】
Ｓ９〜Ｓ１０：得られた推定寿命Ｌを、当該自動重量選別機１の納入時からのベアリング回転の積算回数、すなわちステップＳ３にて演算された実累積回転数Ｎと比較し、この実累積回転数Ｎが推定寿命Ｌを越えた（Ｎ＞Ｌ）とき、警報器１４に信号を出力して警報（表示もしくは音声）を発してユーザに部品の交換時期を知らせる。なお、実累積回転数Ｎが推定寿命Ｌ以下の場合にはステップＳ１に戻る。
【００２５】
本実施形態の寿命検出装置によれば、自動重量選別機１が本来持っている重量検出機能を利用して、計量コンベア４の稼動回数の条件のみならず、負荷重量に係る条件が考慮されて寿命推定演算がなされるので、負荷条件によって変化する計量コンベア４のベアリング寿命を正確に推定することができ、部品の故障を未然に防ぐことが可能となって、機械の信頼性を格段に向上させることができる。
【００２６】
本実施形態では、計量コンベア４のコンベアプーリ４ｆに内蔵されるベアリング寿命を推定するものについて説明したが、前記ロードセル４ｅからの被計量物６の重量値に係るデータを利用して振り分け装置９のフリッパアーム１１ａ，１１ｂの寿命の推定を行うこともできる。
【００２７】
図５には、この振り分け装置のフリッパアームの寿命判定における処理手順が示されている。なお、記号Ｔはステップを示す。以下、このフローについて説明する。
【００２８】
Ｔ１：フリッパアーム１１ａ，１１ｂの累積作動回数Ｎを検出する。
Ｔ２：ロードセル４ｅからの被計量物６の重量値に係るデータから、フリッパアーム１１ａ，１１ｂの作動時毎の被計量物６の最大重量値Ｆを検出する。
Ｔ３：作動回数ｎ回における平均重量値Ｆｍを数２によって演算する。
【数２】

【００２９】
Ｔ４：フリッパアーム１１ａ，１１ｂに加わる荷重Ｐｕを次式によって演算する。
Ｐｕ＝Ｆ＋Ｆｍ
【００３０】
Ｔ５：フリッパアーム１１ａ，１１ｂの基本動定格荷重Ｃ、荷重Ｐｕおよび定格疲れ寿命Ｌｕ（１０^６回転単位）との間には次式の関係がある。
Ｌｕ＝（Ｃ／Ｐｕ）^３
したがって、この式に前ステップＴ４にて得られた荷重Ｐｕを代入すると、荷重が変動した場合のフリッパアーム１１ａ，１１ｂの推定寿命Ｌｕを得ることができる。
【００３１】
Ｔ６〜Ｔ７：得られた推定寿命Ｌｕを、ステップＴ１にて検出された累積作動回数Ｎと比較し、この累積作動回数Ｎが推定寿命Ｌｕを越えた（Ｎ＞Ｌｕ）とき、警報器１４に信号を出力して警報（表示もしくは音声）を発してユーザに部品の交換時期を知らせる。なお、累積作動回数Ｎが推定寿命Ｌｕ以下の場合にはステップＴ１に戻る。
【００３２】
本実施形態における寿命検出装置は、計量器が被計量物の重量を検出するという基本機能を利用したものである。したがって、本発明の寿命検出の概念は、前述のようにコンベアプーリ４ｆのベアリング寿命や、振り分け装置９のフリッパアーム１１ａ，１１ｂの寿命以外に、重量を検出している全ての種類の計量器（はかり）の周辺部品の寿命推定に適用することができる。例えば前記自動重量選別機１の消耗部品としてのベルトのほか、組合わせ秤における計量ホッパーの開閉動作による寿命推定、供給ホッパーの寿命推定、更にはその上流の直進フィーダの寿命推定等といった、計量器を構成する機械的構成要素の寿命推定を、計量ホッパーで計量した重量の情報に基づいて行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、自動重量選別機に適用された本発明の一実施形態に係る寿命検出装置の正面図である。
【図２】図２は、本実施形態の寿命検出装置の平面図である。
【図３】図３は、ベアリングの寿命判定の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】図４は、被計量物が計量コンベアに乗り移る際の荷重の変化する様子を示すグラフである。
【図５】図５は、振り分け装置のフリッパアームの寿命判定の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１　　　　　　　自動重量選別機
４　　　　　　　計量コンベア
４ｅ　　　　　　ロードセル
５　　　　　　　振り分けコンベア
６　　　　　　　被計量物
７　　　　　　　駆動モータ
８　　　　　　　光電子スイッチ
９　　　　　　　振り分け装置
１１ａ，１１ｂ　フリッパアーム
１２　　　　　　演算処理装置
１３　　　　　　ベルトスピード検出センサ
１４　　　　　　警報器

Claims (6)

1. 計量器を構成する機械的構成要素の寿命を検出する装置であって、
   被計量物の重量を計測する重量計測手段と、この重量計測手段による計測値に基づき前記機械的構成要素の寿命を演算する寿命演算手段と、この寿命演算手段による演算値が寿命設定値に達したときに警報を発する警報手段を備えることを特徴とする計量器の寿命検出装置。
2. 前記計量器が、被計量物を計量コンベアにて搬送しながらその被計量物の重量を計測する計量器であり、前記機械的構成要素が、前記計量コンベアのプーリに付設される転がり軸受である請求項１に記載の計量器の寿命検出装置。
3. 前記寿命演算手段は、前記転がり軸受に作用する軸受荷重を、前記計量コンベアに被計量物が乗り込む際に発生する平均荷重を加味して演算するとともに、この軸受荷重と基本動定格荷重とによって前記転がり軸受の寿命を演算するものである請求項２に記載の計量器の寿命検出装置。
4. 前記平均荷重は、前記計量コンベアに被計量物が乗り込む際に発生する変動荷重の最大値と、前記計量コンベアの搬送速度と、この搬送速度と被計量物の長さとにより決定される被計量物作動時間とにより求められ、前記軸受荷重は、前記平均荷重と、前記計量コンベアに被計量物が乗らない無負荷時の軸受荷重とを加算して求められる請求項３に記載の計量器の寿命検出装置。
5. 前記寿命設定値は、前記計量コンベアの回転速度とその計量コンベアの稼動時間との積によって得られる計量コンベアの実累積回転数である請求項１〜４のいずれかに記載の計量器の寿命検出装置。
6. 前記計量器が、被計量物を計量コンベアにて搬送しながらその被計量物の重量を計測する計量器であり、前記機械的構成要素が、前記計量コンベアに連設される振り分けコンベアに付設されて被計量物を振り分けする振り分け装置である請求項１に記載の計量器の寿命検出装置。

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