JP2005156354A - 計量装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 スピード、コストおよび品質のバランスの良い計量装置を提供する。
【解決手段】 設定重量Ｔの１／２を超える重量の物品Ｍを供給する第１供給部１０と、第１供給部１０の下方に固定的に設けられ、第１供給部１０からの物品Ｍを計量する第１計量ホッパ１５と、物品Ｍを供給する第２供給部２０と、第２供給部２０の下方に固定的に設けられ、第２供給部２０からの物品Ｍを計量する第２計量ホッパ２５と、第１および第２計量ホッパ１５，２５の下方に円周上に配置され、水平面に沿って間欠的に旋回されて、各計量ホッパ１５，２５からの物品Ｍを順次受け取る複数の収容ホッパＨi と、設定重量Ｔから第１計量ホッパ１５で計量された計量値Ｗを減算した不足分を第２計量ホッパ２５に供給できるように、第２計量ホッパ２５からの出力に基づき第２供給部２０の供給量を制御する供給制御部４１とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、物品の計量装置に関する。

従来より、複数のホッパを円周上に設け、物品の供給、計量および排出を、前記ホッパを旋回させながら行う計量装置が提案されている。
実開平４−０６９７３１号公報（第４−５頁、図１） 特開２０００−１８５７１９公報（第４頁、図２） 特開平９−００２４０１号公報（第２−３頁、図１）

特許文献１の発明は、供給工程と計量工程と排出工程の３工程を円周上で間欠動作で行わせることで、定量計量の高速化を図っている。しかし、この従来技術では、供給工程の後に計量を行うので、正確に供給を行うのが難しく、そのため、一定計量の品質を担保することが困難である。

特許文献２の発明では、間欠動作でありながら計量工程と供給工程とを各２箇所設けて、大量供給と補正供給を行うことで、高速、かつ、一定計量の品質の向上を図り得る。しかし、この従来技術では、供給工程と計量工程とを円周上の異なる位置で順次行うから、供給量の精度を十分に上げることができないうえ、装置の大型化を招く。

特許文献３の発明にあっては、大量供給と計量とを同時に行い、かつ、その後、微量供給（補正供給）とその計量とを同時に行う。さらに、上記工程を連続的に行っている。これにより、一定計量の品質担保と高速化を実現している。しかし、この装置では高速化のために計量装置および供給装置の双方が多数必要になる。その上、制御対象機器の数が多いので、制御が複雑になる。さらに、計量装置が移動しているため、静止計量よりも正確な計量が困難である。

本発明の目的は、スピード、コストおよび品質のバランスの良い計量装置を提供することである。

前記目的を達成するために、本計量装置は、設定重量の１／２を超える重量の物品を供給する第１供給部と、前記第１供給部の下方に固定的に設けられ、前記第１供給部からの物品を計量する第１計量ホッパと、物品を供給する第２供給部と、前記第２供給部の下方に固定的に設けられ、前記第２供給部からの物品を計量する第２計量ホッパと、前記第１および第２計量ホッパの下方に円周上に配置され、間欠的に旋回されて、前記各計量ホッパからの物品を順次受け取る複数の収容ホッパと、前記設定重量から前記第１計量ホッパで計量された計量値を減算した不足分を前記第２計量ホッパに供給できるように、前記第２計量ホッパからの出力に基づき前記第２供給部の供給量を制御する供給制御部とを備えている。

大量と微量とを異なる個所で行うことで高速化が図られ、かつ、計量しながら供給することで供給精度が向上する。更に、あえて供給部と計量ホッパとを固定設置したので、静止計量による正確さを期待でき、しかも、計量ホッパの数が減るのでコスト削減を図り得ると共に、一箇所で供給および計量を行うので、装置の小型化を図り得る。

本発明においては、前記供給制御部は、前記第１計量部で計量された物品を収納した収容ホッパが、前記第２計量ホッパから排出される物品を受け取ることができる位置に移動するまでに、前記第２計量ホッパでの計量を完了させるようにするのが好ましい。
このように設定することにより、工程をオーバーラップさせることができ、計量の高速化を図り得る。

本発明において、前記供給制御部による前記第２供給部の制御は、第２供給部の単位時間当たりの供給量（供給強度）を制御するのが好ましい。

微量供給制御を供給時間で制御すると、供給時間が長くなって、装置全体の能力（計量のサイクルタイム）を落とすことにもなりかねない。そこで、供給時間（フィーダの場合は振動回数）ではなく、供給強度（フィーダの場合は振幅、コンベヤの場合は速度）を制御対象にするのが好ましい。

本発明の好ましい実施例では、前記供給制御部は、前記第１計量ホッパに供給される物品の重量が所定の第１目標範囲に近付くように、前記第１計量ホッパからの出力に基づき前記第１供給部の単位時間当たりの供給量または供給時間を制御する。

このように、供給強度および振動回数の双方を用いて制御すれば能力担保でき（サイクルタイムを短くでき）、振動回数で制御すれば計量値が安定する。

以下、本発明の実施例１にかかる計量装置を図面に従って説明する。
図１は本発明にかかる計量装置１を示す斜視図である。

図１に示すように、計量装置１は、たとえば、搬送ライン１００の途中に配置され、所定の設定重量Ｔに計量した物品Ｍを、搬送ライン１００上の容器内に排出する。計量装置１の上部には、チャージホッパ２が設けられている。該チャージホッパ２には、被計量物である物品Ｍが供給されて貯留される。チャージホッパ２の下方には、第１および第２供給部１０，２０が設けられている。第１供給部１０の下流には、第１計量ホッパ１５が装置本体に固定されて設けられ、一方、第２供給部２０の下流には第２計量ホッパ２５が装置本体に固定されて設けられている。前記各供給部１０，２０はそれぞれ各供給部１０，２０上の物品Ｍを、第１および第２計量ホッパ１５，２５に供給する。

前記第１および第２計量ホッパ１５，２５の下方には、複数の収容ホッパＨi が設けられている。該複数の収容ホッパＨi の周囲は、二点鎖線で示すカバー３により覆われている。前記カバー３には、前記各計量ホッパ１５，２５に対応する部位に物品Ｍが通過するための開口３ａが設けられている。

図２に示すように、前記複数の収容ホッパＨi は、たとえば６つの収容ホッパＨ₁ 〜Ｈ₆ が円周上に等間隔で配置されている。各収容ホッパＨi は、連結ロッド８および回転ベース９を介して鉛直な回転軸Ｏに連結されており、旋回駆動モータ６（図３（ｂ）参照：駆動手段の一例）により前記回転軸Ｏのまわりに水平面に沿って間欠的に旋回される。後述するように、これら収容ホッパＨ₁ 〜Ｈ₆ の各々に対して、前記第１計量ホッパ１５に対応する大量供給位置Ｐ_L で、設定重量Ｔよりも若干少なく設定された量の物品Ｍを供給した後、収容ホッパＨi を旋回させて、前記第２計量ホッパ２５に対応する微量供給位置Ｐ_S で設定重量Ｔに不足する量の物品Ｍを補充供給することで、計量の高速化を実現することができる。

図３（ａ）において、第１供給部１０は、設定重量Ｔの１／２を超える重量の物品Ｍを第１計量ホッパ１５に供給するためのものであり、第１上流供給部１１および第１下流供給部１２を備えている。一方、第２供給部２０は、前記設定重量Ｔから前記第１計量ホッパ１５で計量された物品Ｍの計量値を減算した不足分を第２計量ホッパ２５に供給するためのものであり、第２上流供給部２１および第２下流供給部２２を備えている。

図１に示すように、前記第１上流および下流供給部１１，１２は、第２上流および下流供給部２１，２２よりも幅広に形成されている。これにより、チャージホッパ２内の物品Ｍは、第２供給部２０よりも第１供給部１０に多く振り分けられる。

前記第１および第２下流供給部１２，２２は、図５（ａ）に示すように、複数のコイルスプリング３２…を介して支持部３１上に設置されたフィーダベース３３と、該フィーダベース３３に取り付けられた一対の板バネ３４と、これら板バネ３４の上端部を連結する連結部材３５と、前記連結部材３５上に支持されて揺動（振動）可能に構成されたトラフ本体３７と、前記フィーダベース３３上に設置されて、連結部材３５に取り付けられた磁性体３８に電磁力を及ぼす電磁コイル３９とを備えている。

各下流供給部１２，２２は、図示しない励起電源から電磁コイル３９に間欠的に通電されたときに板バネ３４の弾性力に抗して前記磁性体３８が矢印ａ方向に変位した後、トラフ本体３７が上方へ浮き上がりながら矢印ｂ方向に変位して、該トラフ本体３７が図５（ａ）に示す矢印ａ−ｂ方向に繰り返し振動する。前記トラフ本体３７が複数回振動することによって１回の供給動作がなされ、該トラフ本体３７上の物品Ｍが前記計量ホッパ１５，２５に供給される。
なお、前記第１および第２上流供給部１１，２１についても、第１および第２下流供給部１２，２２と同様の構成とされている。

図３（ａ）に示すように、前記第１計量ホッパ１５には、前記第１供給部１０から投入された物品Ｍの重量を検出する第１計量手段５１および第１ゲート１６が設けられている。前記第２計量ホッパ２５には、前記第２供給部２０から投入された物品Ｍの重量を検出する第２計量手段５２および第２ゲート２６が設けられている。第１および第２計量手段５１，５２は、物品Ｍの重量を測定した計量値をマイコン４０に出力する。

図３（ｂ）のマイコン４０には、前記第１供給部１０、第２供給部２０、第１計量手段５１、第２計量手段５２、第１ゲート１６、第２ゲート２６、第３ゲート４i 、旋回駆動モータ６などが図示しないインターフェイスを介して接続されている。
前記第３ゲート４i は、図３（ａ）に示すように、前記各収容ホッパＨi に対応して１つずつ設けられており、互いに独立して開閉される。
前記マイコン４０は、ＣＰＵ（供給制御部）４１およびメモリ４２を備えている。

前記メモリ４２は、図４（ａ）の設定値記憶部４２ａと、図４（ｂ）の履歴記憶部４２ｂとを備えている。

図４（ａ）に示すように、前記設定値記憶部４２ａは、被計量物である商品（物品）Ｍごとに、商品名、商品Ｎｏ．、設定重量Ｔおよび第１目標値Ｔ₁ を記憶する。第１目標値Ｔ₁ は、前記第１供給部１０から第１計量ホッパ１５に供給すべき商品Ｍの目標値であり、前記設定重量Ｔの１／２を超える、たとえば７０％〜９０％程度の値に設定される。

ＣＰＵ４１（図３（ｂ））は、第２供給部２０を制御するための第２目標値Ｔ₂ を算出する。第２目標値Ｔ₂ は、以下の(1) 式のように、前記設定重量Ｔから前記第１計量ホッパ１５（第１計測手段５１）で実際に計量された第１計量値Ｗを減算して求められる。
Ｔ₂ ＝ Ｔ−Ｗ …(1)

図４（ｂ）に示すように、前記履歴記憶部４２ｂには、第１計量手段５１によって実際に計量された第１計量値Ｗ、ならびに、第２計量手段５２により実際に計量された計量値と前記第１計量値Ｗとを加算した第２計量値ΣＷが、各収容ホッパＨ₁ 〜Ｈ₆ に対応して記憶される。

前記ＣＰＵ４１は、メモリ４２に記憶された内容や前記各計量手段５１，５２からの出力に基づいて、マイコン４０に接続されている各機器の動作を制御する。かかる制御および動作について以下に詳しく説明する。なお、以下の説明では、前記設定重量Ｔが１００ｇに設定され、かつ、前記第１目標値Ｔ₁ が８０ｇに設定されている場合を例にとって説明する。

以下に説明するように、各収容ホッパＨi には、第１計量ホッパ１５から物品Ｍが供給された後に、第２計量ホッパ２５からの物品Ｍが供給される。まず、図３（ａ）の第１供給部１０の供給動作により第１計量ホッパ１５に物品Ｍが供給される。第１計量ホッパ１５に供給された物品Ｍの重量は、第１計量手段５１でリアルタイムに計量され、ＣＰＵ４１にフィードバックされる。ＣＰＵ４１は、この第１計量手段５１からの出力に基づき、第１計量ホッパ１５に供給される物品Ｍの重量が所定の第１目標値Ｔ₁ （８０ｇ）に近付くように、前記第１供給部１０の単位時間当たりの供給量（供給強度）または供給時間（振動回数）をフィードバック制御する。

単位時間当たりの供給量を制御する場合は、第１供給部１０の電磁コイル３９（図５（ａ））に電力を供給する励起電源をＯＮ−ＯＦＦ制御することによって、つまり、図５（ｂ）の点弧角αi を制御することによって、図５（ｃ）の斜線部で示した振動エネルギーΔＥｉを制御して、１回の供給動作における各回のトラフ本体３７の振幅を変化させる。１回の供給動作における振動回数を予め設定しておいた上で、上記のように振幅を変化させれば、供給時間（振動回数）は一定のままで単位時間当たりの供給量を制御することができる。したがって、サイクルタイムが安定し、その結果、高速計量が可能となる。

一方、供給時間を制御する場合は、前記トラフ本体３７の振幅は一定のままで変化させず、振動回数を変更するように制御する。かかる制御によれば、サイクルタイムは若干不安定になるが、物品Ｍの供給量が供給時間（振動回数）に対して線形性を有するようになるので、第１計量ホッパ１５による物品Ｍの計量値が安定する。

第１計量手段５１の計量値が前記第１目標値Ｔ₁ に近似した値になると、ＣＰＵ４１は、第１供給部１０の供給動作を停止すると共に、最終的に第１計量ホッパ１５に供給された物品Ｍの計量値を、第１計量値Ｗとして前記履歴記憶部４２ｂに記憶させる。この際、図４（ｂ）に示すように、図２の大量供給位置Ｐ_L に位置する収容ホッパＨｉごとに対応して前記第１計量値Ｗが記憶される。そして、ＣＰＵ４１は、図３（ａ）の第１ゲート１６を開いて、第１計量ホッパ１５内の物品Ｍを収容ホッパＨ₁ に排出させる。

続いて、ＣＰＵ４１は、第１ゲート１６を閉じて第１供給部１０の供給動作を再開させると共に、図３（ｂ）の旋回駆動モータ６を駆動させて図２の各収容ホッパＨi を時計まわりに１ピッチ（所定角度）ずつ間欠的に旋回させる。その後、前記計量と旋回を繰り返し、前記第１計量部１５で計量された物品Ｍを収納した収容ホッパＨi が、図３（ａ）の第２計量ホッパ２５の下方の微量供給位置Ｐ_S まで移動すると、当該収容ホッパＨ₄ に対して、第２計量ホッパ２５から不足分の物品Ｍが微量供給される。

ＣＰＵ４１は、前記設定重量Ｔから前記第１計量ホッパ１５で計量された第１計量値Ｗを減算した第２目標値Ｔ₂ （不足分）を算出する。そして、ＣＰＵ４１は、前記第２目標値Ｔ₂ の量の物品Ｍを図３（ａ）の第２計量ホッパ２５に供給できるように、第２計量ホッパ２５からの出力に基づき第２供給部２０の供給動作を制御する。つまり、第２計量ホッパ２５に供給された物品Ｍの重量は、第２計量手段５２でリアルタイムに計量され、ＣＰＵ４１にフィードバックされる。ＣＰＵ４１は、この第２計量手段５２からの出力に基づき前記第２供給部２０の単位時間当たりの供給量（供給強度）をフィードバック制御する。

ここで、微量供給の制御を供給時間（振動回数）で制御してもよいが、こうすると、供給時間が長くなって、装置全体の能力（計量のサイクルタイム）を落とすことにもなりかねない。そこで、本実施例のように、第２供給部２０の制御については、供給時間（振動回数）ではなく、供給強度（振幅）を制御対象とすることで、サイクルタイムを短くすることができる。また、物品Ｍを計量しながら供給するので、供給精度の向上が期待できる。

第２計量ホッパ２５に供給された物品Ｍの量が、次回の振動により第２目標値Ｔ₂ を超えるであろうと予測される値になると、ＣＰＵ４１は、第２供給部２０の供給動作を停止すると共に、最終的に第２計量ホッパ２５に供給された物品Ｍの計量値と、前記第１計量値Ｗとを加算した合計を、第２計量値ΣＷとして前記履歴記憶部４２ｂに記憶させる。この際、図４（ｂ）に示すように、収容ホッパＨｉごとに対応して前記第２計量値ΣＷが記憶される。そして、ＣＰＵ４１は、図３（ａ）の第２ゲート２６を開いて、第２計量ホッパ２５内の物品Ｍを収容ホッパＨ₄ に排出する。

前記構成においては、第１および第２計量ホッパ１５，２５と収容ホッパＨi とを上下２段に設けることで、計量装置１を小型化することができる。また、第１および第２計量ホッパ１５，２５は固定設置されているので、各計量ホッパ１５，２５に供給される物品Ｍを静止計量することができるから、計量精度の向上が期待できる。

本実施例において、ＣＰＵ４１は、前記第１計量ホッパ１５で計量された物品Ｍを収納した収容ホッパＨi が、第２計量ホッパ２５から排出される物品Ｍを受け取ることができる位置に移動するまでの間に、前記第２計量ホッパ２５での計量が完了するように制御する。このように制御することで、工程をオーバーラップさせることができ、計量の高速化を図ることができる。

前記第２計量値ΣＷが算出されると、ＣＰＵ４１は収容ホッパＨi ごとに第２計量値ΣＷと設定値Ｔとを比較して、各収容ホッパＨi に収納されている物品Ｍの量が適正であるか否かを判断する。図４（ｂ）の収容ホッパＨ₅ のように第２計量値ΣＷが適正（第２計量値ΣＷ≧設定値Ｔ）である場合には、収容ホッパＨ₅ が図２の正量排出位置Ｐ_E に移動したときに、収容ホッパＨ₅ の第３ゲート４₅ を開いて、収容ホッパＨ₅ に収納されている物品Ｍを搬送ライン１００の容器内に排出する。一方、図４（ｂ）の収容ホッパＨ₄ のように第２計量値ΣＷが不良（第２計量値ΣＷ＜設定値Ｔ）である場合には、図２の正量排出位置Ｐ_E では物品Ｍを排出せずに、収容ホッパＨ₄ が不良排出位置Ｐ_F に移動したときに、収容ホッパＨ₄ の第３ゲート４₄ を開いて、収容ホッパＨ₄ に収納されている物品Ｍをラインアウトする。

以上のように、本計量装置１は、収容ホッパＨi を間欠的に旋回させながら上記各工程を順次行うことで、高速に物品Ｍの計量を行うことができる。

ところで、前記構成において、複数の収容ホッパＨi は、水平ではなく傾斜した面に沿って間欠的に旋回するようにしてもよい。
また、複数の収容ホッパＨi は、水平ではなく鉛直な面に沿って間欠的に旋回するようにしてもよい。たとえば、固定的に設けられた各計量ホッパ１５，２５から収容ホッパＨi へ物品Ｍを移送するための傾斜シュートを設けることにより、鉛直な面に沿って収容ホッパＨi を観覧車のように旋回移動させることが可能となる。

以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施例を説明したが、当業者であれば、本明細書を見て、自明な範囲で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。
たとえば、収容ホッパの数は前記実施例の６個に限定されず、複数の収容ホッパを備えていれば、収容ホッパの数は適宜変更し得る。
また、第１および第２供給部として、電磁フィーダでなく、コンベヤを採用してもよい。この場合、供給強度の制御は、コンベヤの速度を変化させることで制御してもよい。
また、第２供給部の制御は、供給時間により制御してもよい。
したがって、そのような変更および修正は、請求の範囲から定まる本発明の範囲内のものと解釈される。

本発明は、物品を設定重量に計量する計量装置に適用することができる。

本発明にかかる計量装置を示す概略斜視図である。 収容ホッパの配置を示す概略平面図である。 （ａ）は計量装置の概念図、（ｂ）は計量装置の制御構成図である。 メモリの記憶内容を示す図表である。 （ａ）は供給部の構成を示す側面図、（ｂ），（ｃ）は供給部の制御方法の一例を示す特性図である。

符号の説明

１：計量装置
１０，２０：供給部
１５，２５：計量ホッパ
Ｈi ：収容ホッパ
Ｍ：物品
Ｔ：設定重量

Claims (5)

1. 物品を設定重量に計量する計量装置であって、
   前記設定重量の１／２を超える重量の物品を供給する第１供給部と、
   前記第１供給部の下方に固定的に設けられ、前記第１供給部からの物品を計量する第１計量ホッパと、
   物品を供給する第２供給部と、
   前記第２供給部の下方に固定的に設けられ、前記第２供給部からの物品を計量する第２計量ホッパと、
   前記第１および第２計量ホッパの下方に円周上に配置され、間欠的に旋回されて、前記各計量ホッパからの物品を順次受け取る複数の収容ホッパと、
   前記設定重量から前記第１計量ホッパで計量された計量値を減算した不足分を前記第２計量ホッパに供給できるように、前記第２計量ホッパからの出力に基づき前記第２供給部の供給量を制御する供給制御部と、
   を備える計量装置。
2. 請求項１に記載の計量装置であって、前記供給制御部は、前記第１計量部で計量された物品を収納した収容ホッパが、前記第２計量ホッパから排出される物品を受け取ることができる位置に移動するまでに、前記第２計量ホッパでの計量を完了させるようにした計量装置。
3. 請求項１もしくは２に記載の計量装置であって、
   前記供給制御部による前記第２供給部の制御は、第２供給部の単位時間当たりの供給量を制御することを特徴とする計量装置。
4. 請求項１、２もしくは３に記載の計量装置であって、
   前記供給制御部は、前記第１計量ホッパに供給される物品の重量が所定の第１目標範囲に近付くように、前記第１計量ホッパからの出力に基づき前記第１供給部の単位時間当たりの供給量または供給時間を制御する計量装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の計量装置であって、
   前記複数の収容ホッパは、概ね水平な面に沿って間欠的に旋回される計量装置。

Images