JP2007302341A - 自動包装機におけるシール良否検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】サーボモータで駆動されるシール機構を備えた自動包装機において、シール機構の動作で得られたシールの良否を判定するに際して比較される元となる基準動作データに温度変化を反映させる。
【解決手段】横シール手段１６を駆動するサーボモータ２０の動作データは基準動作データ記憶手段２５ａから読み出される基準動作データと比較されて、シールの良否が判定される。機構部品の温度変化によって機構部品自体の熱変形が生じることに起因して、横シール手段１６の動作データが運転開始後の経過時間に応じて変化するが、正常範囲の当該動作データであれば基準動作データとして更新され、以後、そうした判定と更新が自動的に繰り返され、比較元となる基準動作データに温度変化が反映される。したがって、シール良否の判定に温度変化が反映される。
【選択図】図２

Description

この発明は、自動包装機において包装材のシールが良好になされたか否かを、特にシール機構を駆動するサーボモータの作動データに基づいて判定するシール良否判定方法に関する。

従来、縦型製袋充填包装機や、ピロー包装機においては、ウェブ状の包装材から筒状包装材を成形して、筒状包装材から袋を製造しながらその中に包装物を投入・充填することで、袋包装体を連続的に製造可能である。このような包装機においては、袋底や袋頂部を形成するために筒状包装材を横断的にシールする横シール手段について、光電センサによる距離に基づくシール部の厚みや、シールに要する負荷としてのシールバーを駆動するトルクの大きさ、或いはシーラの回転角の遅れを検出するなどにより、シールバーの動作時にシール部分への物品の噛み込みを検出して、このような噛み込みに起因したシール異常を生じた袋包装品を正常な袋包装品から除外可能とするものが提案されている。

そのようなシール部分への物品の噛み込みを検出可能とした製袋包装機の一例として、一対のシールジョーを対接・離反させるサーボモータの回転量に対応して発生されるパルス値を検出するエンコーダを備え、離反状態のシールジョーが時刻ｔ１で接近を開始した後、時刻ｔ２で対接してトルク制御に移行してから所定時間Ｔｄ後の時刻ｔ３でエンコーダによって検出されたパルス値Ｐを読み込み、該パルス値Ｐと予め設定された閾値Ｐ０との比較結果に基づいて、シール部分への物品の噛み込みを判定するものが提案されている（特許文献１参照）。その場合、パルス値Ｐが閾値Ｐ０より大きければ正常と判定し、小さければ異常と判定される。
特開２００５−１０４５１２号公報（［００３７］〜［００４０］、図７）

また、包装すべき製品のような、包装材のシール部に入り込んだ介在物の有無の判定方法として、包装機の動作を開始した時点で所定時間、包装物を投入することなく包装材を封止し、その際の平均的な封止部の厚みに比例したデータを標準データとして記憶しておき、次いで、包装物を投入しつつ行う通常の包装封止時において封止部の厚みに比例したデータを検出し、このデータを、先に記憶しておいた標準データと比較することによって、包装材の封止部における介在物の有無を判定するものがある（特許文献２参照）。この判定方法によれば、包装材の長手方向の厚みについてのバラつき等に影響されることなく、封止部に入り込んだ包装物や包装材の皺等の有無を検知することを図っている。この判定方法では、包装機の動作を開始した時点で所定時間の間、包装物を投入することなく包装材を封止して空袋を幾つか作成し、その際の平均的な封止部の厚みに比例したデータを標準データとしている。
特許第３４７３８６１号公報（［００１１］〜［００１４］、図１〜図２）

シール部における異物等の噛み込みを検出する方法において、サーボモータの正常動作時にその動作データパターンを基準動作データとして記録しておき、その後のサーボモータの動作データパターンを、記録した基準動作データパターンと比較し、サーボモータの異常動作データを検出することにより、シール部における異物の噛み込みを検出するものがある。

ところで、包装機の各部分、特にヒータによる加熱を伴うシール機構においては、例えば自動包装機の運転開始から運転時間が経過するに伴って、温度上昇が暫く継続する。自動包装機の機構部品自体の熱変形、即ち、温度による膨張・収縮の変化は、ゆっくりと少しずつ変化する。サーボモータの動作においてもこの温度上昇の影響は免れず、充分な動作時間の経過後では、正常な動作データであっても当初に記録した基準動作データの値から離れた値となる。このように、動作データが当初記録した基準動作データから乖離すると、正常な動作データであるにもかかわらず異常と判定される、或いはその逆に異常な動作データが正常な動作データであると判定される誤判定を引き起こす原因となる。

そこで、サーボモータで駆動されるシール機構を備えた自動包装機において、基準動作データと比較してシール機構の動作で得られたシールの良否を判定するに際して、基準動作データにシール機構の温度変化を反映させる点で解決すべき課題がある。

この発明の目的は、サーボモータで駆動されるシール機構を備えた自動包装機において、判定の基準となる基準動作データにシール機構の温度変化を反映させることにより、シールの良否を判定するに際しての誤判定、即ち、正常な動作データが異常と判定される、或いはその逆に異常な動作データが正常と判定されることを無くすことができる自動包装機におけるシール良否判定方法を提供することである。

上記の課題を解決するため、この発明による自動包装機におけるシール良否判定方法は、包装材を挟み込んでシールを施すシール機構を駆動するサーボモータについて、当該サーボモータの動作データを基準動作データと比較し、当該比較結果に基づいて前記動作データが正常か否かに応じてシールの良否を判定するシール良否判定方法において、前記シール機構の運転開始後に前記シール機構の閉じ動作中の前記動作データを前記基準動作データとして更新し記録することを特徴としている。

この自動包装機におけるシール良否判定方法によれば、サーボモータの作動によってシール機構を駆動することで包装材を挟み込んでシールが施されるが、サーボモータの動作データは基準動作データと比較され、当該比較結果に基づいて動作データが正常か否かに応じてシール機構によって包装材に施されたシールの良否が判定される。シール機構部品の温度変化によって、機構部品自体の熱変形、即ち、温度膨張・収縮が生じるが、これらの変化はゆっくりと少しずつ変化していく。サーボモータの動作データの比較基準となる基準動作データは、シール機構の運転開始後に閉じ動作中の動作データによって更新されるので、例えば、自動包装機の運転開始後の経過時間に応じてシール機構に次第に温度上昇が生じて閉じ動作中の動作データが変化しても、当該変化した動作データを基準動作データに置き換えるデータ更新が自動的に行われ、シールの良否について常に正しい判定が可能となる。

この自動包装機におけるシール良否判定方法において、前記基準動作データとの比較に基づく前記動作データの正常・異常の判定は、前記閉じ動作中においても行うことができる。このように閉じ動作中に正常・異常の判定を行うことで、シール動作時に、例えば製品等の異物が包装材のシール予定部分に介在していることを噛み込みの極初期において瞬時に判定することができ、シール機構の損傷の原因にもなりかねない厚みのある製品の深い噛み込みを防止することができる。シール時にサーボモータの動作データが正常な範囲の動作であれば、包装材のシール予定部分に製品等の異物が介在しておらず、シール状態は良と判定することができる。

上記の自動包装機におけるシール良否判定方法において、前記シール機構の閉じ動作中の前記動作データを前記基準動作データとして更新するために、前記基準データに基づいて前記動作データが正常と判定される正常判定範囲が定められている。即ち、その時々の動作データが基準データに基づいて正常と判定される正常判定範囲が定められているので、シール機構の閉じ動作中の動作データがその正常判定範囲内であれば、基準動作データとして更新され、シール機構の閉じ動作中の動作データがその正常判定範囲を逸脱して異常であると判定されるときには基準動作データとして更新されない。

この自動包装機におけるシール良否判定方法において、前記基準動作データとの比較に基づく前記動作データの正常・異常の判定を定める判定範囲については、所定時間までは当該更新からの経過時間に応じて定めることができる。シール機構の温度上昇は、運転中には常にゆっくり生じているので、サーボモータの動作データが正常と判定される範囲は、基準動作データの更新後の経過時間に応じて、温度上昇が飽和する所定時間までは当該経過時間に比例するように定めることができる。

この発明による自動包装機におけるシール良否判定方法は、上記のように構成されているので、サーボモータで駆動されるシール機構を備えた自動包装機において判定の基準となる基準動作データとしてシール機構の温度変化が反映される。即ち、比較判断の基準値となる基準動作データは、動作開始時に以後変わらない固定データとされる場合よりも、より実際の値に定めることができ、自動包装機におけるシールの良否を判定するに際して、正常な動作データが異常と判定される或いは異常な動作データが正常と判定されるという誤判定を無くすことができる。シール機構の動作中も定められた正常範囲内の動作データは、更新・記録されていくので、常に、サーボモータの動作データの比較対象として最新の基準動作データを得ることができる。

以下、添付した図面に基づいて、この発明による自動包装機におけるシール良否判定方法の実施例を説明する。図１は自動包装機におけるシール機構を作動させるサーボモータの出力電流の時間変化の一例を示すグラフ、図２はこの発明による自動包装機におけるシール良否判定方法のためのブロック図、図３は自動包装機の作動を開始したときの、横シール動作の際における駆動電流値の時間変化の一例を示すグラフ、図４は本発明によるシール良否判定方法における基準動作データの更新と、閾値との比較によるシール不良判定との一例を説明するグラフである。図５は本発明によるシール良否判定方法による判定フローチャートの一例を示す図、図６は本発明によるシール良否判定方法が適用され得る縦型製袋充填包装機の一例を示す斜視図である。

図６に示す縦型製袋充填包装機１は、公知の構造であるが、概説すると、ウェブ状包装材が巻き取られている包装材ロールＲから繰り出されるウェブ状包装材Ｆｗは幾つかのガイドローラ９や張力付与機構１０を経て、製袋充填包装機のフォーマ１１に供給される。供給途上のウェブ状包装材には、必要な印字が施される。また、包装材上のマークがセンサで読み取られており、袋の形成及び袋内部への製品の充填とのタイミングを計って、包装材がフォーマ１１に供給される。

製袋充填包装供給１０においては、フォーマ１１内に製品を投入案内するための投入筒１２が貫通配置されており、投入筒１２の上部は断面が拡大したホッパ１３とされている。フォーマ１１によってその内部に筒状に曲成された包装材は、投入筒１２の周囲を取り巻くように案内され、包装材送り用の左右一対の同期して作動するベルト送り機構１４，１４によって、下方へ間欠的に紙送りされる。筒状に曲成された包装材は、投入筒１２の周囲を下方に走行される間、間欠動作の停止中に縦ヒートシーラ１５によって端縁同士がヒートシールされる。縦ヒートシーラ１５は、包装材の端縁同士を挟んでヒートシールを施す一対のヒートシールバーを備えている。筒状に曲成された包装材は、縦ヒートシーラ１５によって熱溶着されて筒状包装材Ｆｔに成形される。

筒状包装材Ｆｔは、投入筒１２の下端から下方へ送り出される。製品が投入・充填された筒状包装材は、ヒートシーラから成る横シール手段１６によって、袋の天シール部と次の袋の底シール部Ｓとが形成される。包装材は間欠ながら順次供給されて、製品を包装した袋包装体Ｐが連続して製造される。

図１に示すように、横ヒートシール機構の動作は、大きく３つのステージに分けられ、閉じ動作期間と、その直後からのシール区間、及びその後の開き動作期間とから成っている。図１の（イ）がモータ速度のグラフであり、（ロ）が出力電流値のグラフである。出力電流値は、開き動作時や閉じ動作時のようにモータの速度が加減速する時に大きな変化をし、シール区間では大きな値を示す。出力電流値は、サーボモータを動作させるためにモータに供給される電流であって、モータに出力させる動作や掛かる負荷等によって変化する。

図２は、自動包装機におけるシール良否判定を行うためのブロック図である。図２に示すように、制御手段に関連して、横シール手段１６を駆動するサーボモータ２０と、その駆動電流を検出する検出手段２１が設けられている。検出手段２１は、サーボモータ２０の駆動電流を検出することで横シール手段１６による横シール動作の際に生じる包装材の挟み込み抵抗を検出する。また、ディスプレイ等の表示手段２２との関連を持って、初期の動作データの良否を判断すべき基準となる初期基準動作データと、駆動電流を基準駆動電流と対比して異物噛み込みと判定するための閾値と、詳細を後述する正常判定範囲とをそれぞれ判定データとして設定するための設定手段２３が設けられている。制御手段２４においては、設定手段２３で設定された判定データを記憶する判定データ記憶手段２５が設けられており、判定データ記憶手段２５は、初期基準動作データ、正常判定範囲及び閾値をそれぞれ記憶する、基準動作データ記憶手段２５ａ、正常判定範囲記憶手段２５ｂ及び閾値記憶手段２５ｃから成っている。特に、初期基準動作データは、時間変化する駆動電流のためにテーブル、マップ、式等のデータとして記憶される。

検出手段２１によって検出した駆動電流の電流値からなる動作データが各種の判定データと比較して正常か否かの判定を行うための判定手段２６が設けられている。判定手段２６においては、動作データと初期基準動作データとが比較される。この比較は、例えば、時間経過で変化する動作データと初期基準動作データとの瞬間的な差（絶対値）の最大値が、正常判定範囲記憶手段２５ｂに記憶され且つそこから読み出された正常判定範囲を越えるか否かで行うことができる。また、別の例としては、動作データと初期基準動作データとの差（絶対値）を積算した面積に相当する値が正常判定範囲を越えるか否かで行うこともできる。動作データと初期基準動作データとの差が正常判定範囲内であれば、この動作データが基準動作データ記憶手段２５ａに更新して記憶される。なお、正常判定範囲内とされた連続する複数の動作データを平均した平均動作データを基準動作データとして更新してもよい。正常判定範囲を超える動作データは、基準動作データ記憶手段２５ａに更新して記憶されることはない。更新された基準動作データが、次の動作データの正常・異常判定の際に読み出される。

動作データの各瞬間値は、その時々に記憶されている基準動作データ記憶手段２５ａから読みだされた基準動作データと比較され、その偏差が閾値記憶手段２５ｃに記憶されている閾値と比較され、横シール手段１６におけるシール不良が判定される。横シール手段１６が閉じ動作をしている中で異物が横ヒートシーラ間に挟まれると、サーボモータ２０の負荷が増大して駆動電流値が上昇し、基準動作データの値との偏差が大きくなってその偏差が閾値を超えるので、そのときに異物噛み込みと判定される。判定手段２６の異物噛み込みとの判定結果が横シール駆動制御手段２７に出力され、横シール駆動制御手段２７は、その判定結果に応じて横シール手段１６を駆動するサーボモータ２０を停止させる等の制御を行う。

図３には、自動包装機１の電源投入後、横シーラ手段１６の開状態から閉じ状態までの時間を置いて行われる３回の閉じ動作（ａ）（ｂ）（ｃ）のそれぞれで費やされる電流値の例が示されている。図３に示す例においては、（ａ）（ｂ）（ｃ）の順に電源再投入後から再開するまでの経過時間が長い。横シーラ手段の閉じ動作で費やされる電流値のうち最終段階で費やされる電流値は、電源再投入後から経過した時間が長いほど低下していることが解る。これは、シール機構におけるヒータによる継続的な加熱によって横シーラとその周辺の構成部品が徐々に温度上昇し、熱変形が生じたことによる。

正常なシール動作の動作データ（基準駆動電流）に対して、異物の噛み込んだとしたときのシール動作の動作データ、即ち、駆動電流の変化が想像線で示されている。異物の噛み込みに起因して、横シーラ手段によるシール動作中には、横シーラの閉じ動作の終点近くにおいて、範囲Ａで示すように駆動電流（シーラ駆動電流）が瞬間的に上昇している。この動作データの瞬間的な上昇は、正常な範囲を超えた変動であり、基準動作データとして更新されることはない。また、異常値が生じた段階で、包装材や横シーラの点検が行われ、異物の排除等の処置が採られる。更に、シール機構の保護のため、異常作動データを検出した時に、横シールの動作を停止させることが可能となり、冷凍食品のような硬い製品の噛み込みに起因したシール機構の損傷を回避することができる。なお、噛み込んだ異物の大きさや姿勢によっては、範囲Ｂで示すように、閉じ動作の時点で異常な駆動電流を検出することがある。

図４には、基準動作データの更新と、閾値との比較によるシール不良判定とを説明するグラフの一例が示されている。図４（ａ）に示すように、横シール手段１６の動作に要するサーボモータ２０の駆動電流（動作データ）Ｃは、横シール手段１６の電源投入後において、稼働時間の経過に従って変化していく。この変化が、基準駆動電流（基準動作データ）Ｄから、正常判定範囲記憶手段２５ｂに記憶され且つそこから読み出された正常判定範囲Ｅ内であれば、横ヒートシーラの閉じ動作中駆動電流Ｃを基準駆動電流Ｄとして更新し記録する。なお、電源投入時に用いられる初期駆動電流（初期基準動作データ）Ｄ０については、製品が封入されない空き袋を幾つか製造するときの平均的な駆動電流として記録することができるが、これに限ることはなく適宜の方法を採用することができる。変動した駆動電流Ｃは、それ自体正常であっても初期駆動電流Ｄ０からすればエラーとなってしまうことがあるが、基準駆動電流Ｄを更新することにより、その更新した基準駆動電流Ｄに基づく閾値Ｆで定められる正常な範囲内の駆動電流であればエラーとなるのが回避される。

また、図４（ｂ）に示すように、駆動電流Ｃは本来異常な部分を含むにも関わらず、初期駆動電流Ｄ０からすれば正常と判定されてしまうことがあるが、基準駆動電流Ｄを更新することにより、その更新した基準駆動電流Ｄに基づく閾値Ｆを逸脱するので、正常な範囲内の駆動電流でなくエラーと判定することができる。なお、基準動作データを固定（Ｄ０に固定）したとき、変動した動作データが正常となるように、正常と判定する許容幅を広げることも考えられるが、この場合には、シールで噛み込む異物が細かいときには異常と判定できなくなるので、対策として充分とは言えない。

図５は、本発明によるシール良否判定方法による判定フローチャートの一例を示す図である。図５に示す判定フローチャートに従えば、先ず、更新するか否かの正常判定範囲及び異物の噛み込みを判定する閾値を設定し、記憶する（ステップ１、「Ｓ１」と略す。以下同じ）。次に、基準動作データを読み込む（幾つかの空袋を製造する際のデータを利用するのが好ましい。Ｓ２）。動作データが読み込まれ（Ｓ３）、動作データ（駆動電流値）の瞬間値が基準駆動電流と比較したときの偏差が閾値を超えたか否かを判定する（Ｓ４）。もし、この偏差が閾値を超えていれば、自動包装機の停止に移行する（Ｓ５）。動作データは逐次蓄積される（Ｓ６）。この偏差が閾値を超えないときは１回の横シール動作が完了するか否かを判定し（Ｓ７）、１回の横シール動作が完了していなければＳ３に戻って動作データの読み込みを継続する。Ｓ７の判定で１回の横シール動作が完了すれば、１回の横シール動作中のデータが基準動作データと比較され（Ｓ８）、正常判定範囲内であれば、このときの動作データが基準動作データとして更新・記憶される（Ｓ９）。Ｓ８の判定で正常判定範囲を逸脱しているときには、更新・記憶されず、包装動作の停止命令があるか否かの判定（Ｓ９）で、停止命令があれば停止し（Ｓ１０）、そうでなければ、Ｓ３に戻って次の回の横シール動作について動作データの読み込みが開始される。

シール機構を作動させるサーボモータの速度と出力電流の時間変化の一例を示すグラフである。 本発明によるシール良否判定方法におけるシール良否判定を行うためのブロック図である。 自動包装機の電源投入後における、横シーラ手段の開状態から閉じ状態までの時間を置いて行われる３回の閉じ動作のそれぞれで費やされる電流値の例を示すグラフである。 本発明によるシール良否判定方法における基準動作データの更新と、閾値との比較によるシール不良判定との一例を説明するグラフである。 本発明によるシール良否判定方法による判定フローチャートである。 本発明によるシール良否判定方法が適用され得る縦型製袋充填包装機の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１ 縦型製袋充填包装機
９ ガイドローラ １０ 張力付与機構
１１ フォーマ １２ 投入筒
１３ ホッパ １４，１４ ベルト送り機構
１５ 縦ヒートシーラ １６ 横ヒートシール機構
Ｒ 包装材ロール Ｆｗ ウェブ状包装材
Ｆ 筒状包装材 Ｓ 袋の天シール部と次の袋の底シール部
Ｐ 袋包装体

Claims (4)

1. 包装材を挟み込んでシールを施すシール機構を駆動するサーボモータについて、当該サーボモータの動作データを基準動作データと比較し、当該比較結果に基づいて前記動作データが正常か否かに応じてシールの良否を判定するシール良否判定方法において、前記シール機構の運転開始後に前記シール機構の閉じ動作中の前記動作データを前記基準動作データとして更新し記録することを特徴とする自動包装機におけるシール良否判定方法。
2. 前記基準動作データとの比較に基づく前記動作データの正常・異常の判定は、前記閉じ動作中においても行うことを特徴とする請求項１に記載の自動包装機におけるシール良否判定方法。
3. 前記シール機構の閉じ動作中の前記動作データを前記基準動作データとして更新するために、前記基準データに基づいて前記動作データが正常と判定される正常判定範囲が定められていることを特徴とする請求項１又は２に記載の自動包装機におけるシール良否判定方法。
4. 前記基準動作データとの比較に基づく前記動作データの正常・異常の判定を定める判定範囲は、所定時間までは当該更新からの経過時間に応じて定められることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の自動包装機におけるシール良否判定方法。
   

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