JP2010537176A - 動的に計量検査を行うための方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、搬送機構（２０ａ−ｃ）を用いて秤量装置（１２）の荷重感知域（１４）を横断するように導かれる対象物（１８ａ−ｃ）を、動的に計量検査するための方法および装置に関する。荷重感知域（１４）は、個々の計測重量値（E₁,…,E_n）を一定間隔で提供し、ディジタル評価ユニット（１６）がそこから平均値を形成することで、結果重量値が導き出される。評価ユニット（１６）は、対象物（１８ａ−ｃ）の範囲に応じた共通のスケーリング値に従って変更される異なるフィルタ長を持つ、複数の平均値化フィルタ（２４ａ−ｃ）カスケードを含む。

Description

本発明は、搬送機構により秤量装置の荷重感知域を横断するように導かれる対象物を、動的に計量検査するための方法および装置に関するもので、荷重感知域は、一定の間隔で個々の計測重量値を供給し、ディジタル評価ユニットがそれから平均値を形成することにより結果重量値が導き出される。
さらに本発明は、荷重感知域を持つ秤量装置、対象物を秤量装置の荷重感知域を横断するように導く搬送機構を含み、荷重感知域（１４）は、個々の計測重量値（E₁,…,E_n）を一定の間隔で供給し、ディジタル評価ユニット（１６）がその平均値を形成することで結果重量値（resultant weight values）が導き出される、対象物を動的に計量検査するための装置に関する。

このような種類の方法および装置は、DE 103 22 504 A1に開示されている。この刊行物は、いわゆるウェイトチェッカー（check weighter）ならびにその設定および操作方法を開示している。“ウェイトチェッカー”は、計量のために搬送装置によりほぼ連続的に対象物が供給される荷重感知域がある秤量装置として理解される。計量された対象物はその後さらに搬送装置により搬送され、場合によってはその計量結果に従って仕分けされる。そのようなウェイトチェッカーの一般的な応用領域は、名目上均一の対象物の最終検査およびテストである。例としては缶または荷物の仕分けシステムの最終密封段階においてである。
このようなシステムの基本的な問題は、一方では計量の正確性、また一方では計量の速度、これら２つの間で十分な妥協を見出すことにある。さらに、この種類のシステムは一般的に、労働環境において大きな障害と共に操業される。一般的な機構は、例えば、秤量装置の荷重感知域に支持される区切られたコンベアベルトに対象物を搬送し、計量後に別のコンベアベルト領域に対象物を搬送する、高速稼動コンベアベルトを用いて対象物を供給するものである。この種類のシステムでは、対象物が秤量装置に支えられるコンベアベルト領域に入ってから離れる際に、前記領域の各部に過重を掛けること、また労働環境におけるその他の振動のため、コンベアベルトの動きによる著しい干渉が起こり、計量信号が重畳される。したがって、単一の計量値を決定するのではなく、１つの対象物のために複数の計測重量値を記憶し、最適な平均値を形成することにより、結果重量値を導き出すことが重要であることが分かる。前記刊行物では、平均値は、連続した計測重量値の特定の区域に対して形成される。平均化区域の最適な位置および平均化時間は、複数の対象物が計量される事前設定手順の一部として、様々な選択が行われながら“自動”試験により見出される。この区域の選択結果は保持され、システムの稼動チェックに継承される。

既知の方法における欠点は、対象物のサイズ変更に対する柔軟性の欠如にある。実際の生産工程においては、対象物のサイズ変更は頻繁に起こる。異なるサイズの荷物を分ける荷物仕分けシステムにおいては、これは一般的なケースである。名目上均一とされる対象物の計量検査をする場合、バッチが変更された時に対象物のサイズ変更が生じる。対象物のサイズ変更、特に搬送方向における長手方向の範囲（Laengsausdehnung）の変更は、システム全体の振動の挙動に強い影響があるので、その補償のためのフィルタ設定が必要になる。したがって既知の装置では、対象物のサイズ変更それぞれのために、かなりの時間が必要な事前設定工程を新たに実行する必要性があり、よって費用面に不利益を与えるため、荷物仕分けのためのシステムとしては不適当である。

本発明の目的は、一般的なウェイトチェッカーおよび様々なサイズの対象物への優れた適応性を保証する、一般的な計量検査を発展させることにある。
この目的は、請求項１の序文にあるように、異なるフィルタ長を持つ複数の平均値化フィルタカスケードを含む評価ユニットであって、フィルタ長は、対象物の範囲の変更、特に搬送方向における長手方向の範囲に基づいた共通のスケーリング値により変更されるという特徴により達成される。
さらに本目的は、請求項９の序文にあるように、異なるフィルタ長を持つ複数の平均値化フィルタカスケード、および対象物の範囲の変更、特に搬送方向における長手方向の範囲に基づいた共通のスケーリング値に従ってフィルタ長を変更する、フィルタ長変更手段を含む評価ユニットという特徴と併せて達成される。
本発明の特に有利な態様は、従属項の主題にある。
本発明による方法の特徴、効果および利点ならびに本発明による装置は以下に述べられる。

本発明は、いわゆる平均値化フィルタカスケードの本質的特徴の認識に基づく。“平均値化フィルタカスケード”は、連続した平均値化フィルタを意味するものとして理解され、それぞれは、フィルタ長により事前に決められる数の連続的な入力値を平均値に変換し、それを後続のフィルタの入力値として出力する。これに関しては、基本的に2つの好ましい改良型があり：1つめの改良型では、連続した個々の計測重量値は、フィルタ長の小区分に分割され、各区分のために平均値が計算され出力される。後続のフィルタに入力される値の数は、先行のフィルタに入力された値の数と比較して、フィルタ長に対応した分だけ大幅に減らされる。２つめ改良型では、平均値はフィルタ長の連続的な窓でそれぞれ計算される。これは、計算された平均値の数が、フィルタに入力された個々の値の数にほぼ相当することを意味する。カスケードにおけるフィルタ長を適切に選択することにより、支配的な干渉周波数を確実に除去することが可能である。これに関連した特別なフィルタ長の選択は、各状況に委ねられる複雑な作業だが、基本的には当業者により知られている。
このようなフィルタカスケードの基本的な特徴のように、パルス応答の基本的な形、すなわちフィルタカスケードの透過関数は、個々のフィルタのフィルタ長の相対比率によってのみ原則的に決まると認識される。相対比率の変化を伴わないフィルタ長の変化は、周波数軸上の透過関数の位置および幅を変化させるが、その基本的な形は変化させない。本発明はこのような特別な特徴を有する。

本発明は、搬送装置の動作によりもたらされる初期の干渉周波数が、対象物のサイズ変化、特に対象物の搬送方向の長さ変化に関連して変化するという考察に由来する。対象物の長さが小さくなった場合は、例えば、干渉周波数は高い周波数にシフトする。対象物の長さが大きくなった場合はその逆が起こる。本発明は、対象物の長さに変化があればカスケードのフィルタをすべて再配置するのではなく、相対比率を変化させずにカスケードのフィルタ長を変化させることを提案する。言い換えれば、カスケードのフィルタ長は、共通のスケーリング値により決められる。特に、対象物の長さにおけるスケーリング値の線形依存性は、最適な依存の形態であると証明される。
この方法の本質的な利点は、たとえば荷物仕分けシステムにおけるいくつかの荷物のように、対象物の長さ変化が一時的に現れる場合でも、それに素早く柔軟に適応できることにある。
この柔軟な適応性は、対象物のサイズへの適応の自動化を可能にする。この目的を達成するために、それぞれの対象物の長手方向の範囲は、長手方向範囲センサーにより計測され、計測された長手方向の範囲の値は、対応するスケーリング値の設定のために評価ユニットへ送られる。この目的のために、評価ユニットの導入に要求される技術として当業者により知られている、例えばデータ処理システムにおけるディジタルフィルタの自動プログラミングを介して達成される、光バリア配置として構築される長手方向範囲センサーをウェイトチェッカーに含むことができる。

本発明による工程順序を準備するための重要なステップは、対象物の初期のサイズに与えられるフィルタ長の初期選択である。一般的にこれは経験的に行われる。何故ならば除去される干渉周波数は、個々の環境、搬送速度、対象物のサイズおよび重量等に大きく依存しているためである。この経験による設定手順を簡略化するために、代表としての対象物の個々の計測重量値をリングバッファ（ring buffer）に格納し、評価ユニットが、結果重量値が実際の対象物の重量値に一致するまで繰り返しフィルタ長を変化させながら、格納された値に対して平均値の形成を繰り返すことで、フィルタ長の初期設定を選択することが提案される。これは言い換えれば、異なるフィルタ設定による複数の対象物の計量が、リングバッファに格納された単一の対象物への個々の計測を繰り返し、多数の対象物の重量値それぞれの新たな受領をシミュレーションすることにより実質的に導かれることを意味する。このフィルタ設定を変化させるシミュレーションは、結果重量値が、（既知の）実際の対象物の重量に一致するまで繰り返される。この場合の“一致”という表現は、個々の状況における各要求に対応する許容範囲規定を持つ“所定の許容範囲規定内”として理解される。

テスト済みのまたは標準のフィルタ長の事前設定から発展して、特別な場合、フィルタ長の変更を設定過程の一部として繰り返す間、フィルタ長の相対比率は一定にしておくだけで十分である。言い換えれば、このような場合に、動作中に導き出される対象物の長さに依存する変更から特に１つを、初期のスケーリング値として導き出すように設定手順が制限されることを意味する。
本発明による方法のさらなる発展では、フィルタ設定を異なる搬送速度に同様に適応させるために同じ基本的原理が利用される。これは、搬送速度に対応した共通のスケーリング値に従ってフィルタ長を変更することで達成される。これに関連した自動化のために、搬送速度が速度センサーにより一定間隔で検知され、それがスケーリング値の設定に対応するために評価ユニットに送られることが望ましい。初期の干渉周波数の位置も基本的に搬送速度次第なので、この本発明のさらなる発展は、搬送速度が人為的な変化および／または製品に左右される技術的な理由のために頻繁に変化する、工業生産環境におけるウェイトチェッカーの無条件の利用を可能にする。

本発明のさらなる特徴および利点は、以下の詳細および図に示される。
図１はウェイトチェッカーの略図である。 図２は本発明によるスケーリング原理の略図である。 図３は望ましいフィルタ設定順序の略図である。

図１は、ウェイトチェッカー１０の略図を示したものである。ウェイトチェッカー１０は、荷重感知域１４を具備する秤量装置１２および接続された評価ユニット１６を含む。評価ユニット１６は特にマイクロプロセッサを基礎にして構築される。
計量検査が実施される異なるサイズの対象物１８ａ−ｃは、複数の区域２０ａ−２０ｃを含むコンベアベルト２０によって秤量装置１２に供給され遠ざけられる。図１の中央コンベアベルト区域２０ｂは、秤量装置１２の荷重感知域１４上に支えられる。これにより、秤量装置１２がコンベアベルト領域２０ｂに位置する対象物（図１の１８ｂ）を計量することができる。
コンベアベルトの区域２０ａに提供される光バリア配置２１は、計量前の対象物１８ａ−ｃのサイズの決定を助ける。示される態様では、光バリア配置２１は、対象物の高さおよび搬送方向における長手方向の範囲が検出できるように設計される。また、それより少ないまたは多いサイズパラメータが検出される他の変異形も考えられる。また、実際のサイズの計測ではなく、場合によっては適切な読み取り手段を利用したデータベースを介して、例えば対象物に添付されたサイズ情報を含むバーコードまたはトランスポンダーのようなマーキングを読み取り、評価することも可能である。

矢印２２に示されるように、対象物１８ｂは、計量中に搬送速度で搬送方向に移動する。対象物１８ｂがコンベアベルト領域２０ｂ上に位置する期間、特にＡ／Ｄコンバータを含むことができる秤量装置１２の荷重感知域１４は、一定間隔、すなわち変換器の周波数で、ｎ配列の個々の計測重量値Ｅ１、Ｅ２、、、Ｅｎを提供する。この個々の計測重量値の配列は、計測値が物体１８ｂの重量に左右される時間変化のある計測信号を表し、先述の量的干渉が原因の信号により重畳される。
これら干渉信号の信号を浄化するために、図２の上部に概略的に示されるような平均値化フィルタカスケードを介して搬送する。図に示される実施例では、フィルタカスケードは、直列につながれたフィルタ長の異なる５つの平均値生成器の配列を含む。各平均値生成器は、フィルタ長に対応した数の複数の入力値のひとつを格納することができるシフトレジスタを含む。レジスタが埋まるとすぐに、格納された個々の値から平均値が生成され、最初の出力値として出力される。シフトレジスタへの新たな入力値は、格納されている一番古い値を置き換え、メモリに含まれる現在の値の新たな平均値の計算を始動し、この値を次の出力値として出力する。第一の平均値生成器から出力された平均値の配列は、同じ原理に従って動作するが異なるフィルタ長を持つことができる、二つめの平均値生成器に読み込まれる。このように値がすべてのカスケードを経由するので、Ｇで示されるフィルタされた結果重量値の配列が、最後に生成される。この代替手段として、単一の結果重量値が生じるように、フィルタカスケードを配置することも可能である。これは、前述の“移動する窓”の原理ではなく、例えば最後のフィルタが出力する配列から単一の値を選ぶこと、またはフィルタカスケードをバッチ毎で動かすことにより、最後のフィルタをそのままにして値配列を平均化し、適切に結合することにより達成され、それによって各フィルタ段階で転送される値の数が減らされる。

図２の参照文字２４ａ−ｅで示されている個々のフィルタ段階は、異なる長さのブロックとして概略的に示されていて、これは異なるフィルタ長を象徴する意図がある。図２の例では、個々のフィルタ段階２４ａ−ｅは具体的に相互比率３：２：４：５：１で並んでいると仮定され、図２における比率は、記号Σ３、Σ２、Σ４、Σ５、Σ１で示される。絶対数で表現されるフィルタ長の比率１２：８：１６：２０：４は実際には平均化されることが望ましい。
結果重量値または値Ｇのさらなる具体的な利用は、個々の状況における要求に適応されなければならない。例えば、対象物１８ｂの望ましい重量は、結果重量値Ｇの配列が、特定の回数だけ所定の重量しきい値を越えて下回った場合、獲得されたものとしてみなされる。単一の結果重量値Ｇが計算された場合、この値は１つまたは複数の所定の重量しきい値と比較することができ、それに応じて図示されていない後続の区分けシステムを切り替える。結果重量値または値Ｇの特別な利用法は本発明の主題ではない。

対象物の長さ変化への適応機構は、図２の下部に概略的に示される。示された例では、対象物１８ｂと対象物１８ａの間のバッチ変更において、対象物の長さＬは最初の対象物の長さＬ0の０．８倍、L=0.8*L0だけ短くなると仮定する。光バリア配置２１は、この変化を検知してそれを評価ユニット１６に送る。このユニットはフィルタ段階２４ａ−ｅのフィルタ長を順に変更する。この変更はすべてのフィルタ段階２４ａ−ｅに、同じ望ましい線形依存関係で同程度に行われるが、これに非線形依存関係を与えることも可能である。図２に示される例では、長さ変化を表現する係数におけるスケーリング値の特に有利な依存関係が、すなわち比例依存関係として実現される。図２の下部領域に示されるように、個々のフィルタ段階２４ａ−ｅのフィルタ長は、結果的にそれぞれ正確に長くされるが、これらの相対比率は保持される。これは、結果重量値Ｇで象徴されるように、同一の対象物１８ａ−ｃに基本的に同一の計量結果を導きながら、フィルタ長はそれでも相対比率３：２：４：５：１で並ぶことを意味する。これは、カスケードにおけるフィルタ長の線形スケーリングが、フィルタカスケードの透過関数の基本的な形を原則的には変えないという事実の結果である。
図３は、カスケードにおけるフィルタ長の初期設定を決めるための好ましい方法を概略的に示したものである。この説明のために、対象物１８ｂの個々の計測重量値E1, E2, … Enが前述の方法で生成され、ｎ個の記憶場所を備えるリングバッファに格納される。そして、格納された値の配列は、異なる結果重量値または値の配列G, G’, G’’, G’’’…を導きながら、各繰り返し段階において変更される個々のフィルタ段階２４ａ−ｅのフィルタ長と共にフィルタカスケードに繰り返し供給される。言い換えれば、複数の対象物１８ａ, １８ｂ, １８ｃ, …の実際の計量では、一度計量された対象物１８ｂの値の配列は繰り返しフィルタリングされ置き換えられる。結果重量値または値が、（既知の）対象物１８ｂの期待される所望の特徴を示し次第、設定過程が完了し、獲得されたフィルタ設定は後続の工程のために説明された方法で引き継がれる。

言うまでもなく、特別な詳細で議論され図に示された態様は、本発明の実例となる態様の例を示すものでしかない。部分的な開示を考慮することで、可能性のある広い範囲での変異形が当業者にとって利用可能である。特に、カスケードのフィルタ段階の数および配置は、それぞれの状況に適応させることができる。また、搬送速度または対象物のサイズとは無関係に、１つまたは少数の区域が前述の説明にある変化方法に従い、１つまたは複数の他の区域は一定のままである、異なる区域を備えるカスケードを利用することも可能である。特に後者は、速度およびサイズに無関係に計測を重ね合わせる干渉が分かる場合に特に有意義である。

Claims (16)

1. 搬送機構（２０ａ−ｃ）によって秤量装置（１２）の荷重感知域（１４）を横断するように導かれる対象物（１８ａ−ｃ）を動的に計量検査するための方法であって、
   荷重感知域（１４）は、一定の間隔で個々の計測重量値（E₁,…,E_n）を提供し、ディジタル評価ユニット（１６）がその平均値を形成することで結果重量値が導き出され、
   評価ユニット（１６）は、異なるフィルタ長を持つ複数の平均値化フィルタ（２４ａ−ｅ）カスケードを含み、フィルタ長は、対象物（１８ａ−ｃ）の範囲に応じた共通のスケーリング値により変更されることを特徴とする、前記方法。
2. フィルタ長の変更が、搬送方向における対象物（１８ａ−ｃ）の長手方向の範囲に応じて起こることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. スケーリング値が、対象物（１８ａ−ｃ）の範囲によって比例的に決まることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 各対象物の範囲が、範囲センサーにより計測され、計測された範囲の値が、スケーリング値の設定に対応するために評価ユニット（１６）に送られることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. フィルタ長の初期設定を決定するために、代表となる対象物（１８ｂ）の個々の計測重量値（E₁,…,E_n）がリングバッファに格納され、格納された値に対して評価ユニット（１６）が平均値の形成を繰り返し、結果重量値（G, G’, G’’, G’’’）が実際の対象物（１８ｂ）の重量値に一致するまで繰り返してフィルタ長を変化させることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. フィルタ長が繰り返し変更される間、これらの相対比率は一定に保たれることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. フィルタ長が、搬送機構の搬送速度に対応する共通のスケーリング値に従って変更されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
8. 搬送速度が速度センサーにより一定間隔で検出され、スケーリング値の設定に対応するために評価ユニット（１６）に送られることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 対象物（１８ａ−ｃ）の計量検査を動的に行うための装置であって、
   荷重感知域（１４）を備えた秤量装置（１２）、および、
   秤量装置（１２）の荷重感知域（１４）を横断するように対象物（１８ａ−ｃ）を導く搬送機構（２０ａ−ｃ）を含み、
   荷重感知域（１４）は、個々の計測重量値（E₁,…,E_n）を一定間隔で提供し、ディジタル評価ユニット（１６）がその平均値を形成することで結果重量値（Ｇ）が導き出され、
   評価ユニット（１６）が、異なるフィルタ長を持つ複数の平均値化フィルタ（２４ａ−ｅ）カスケードおよび、対象物（１８ａ−ｃ）の範囲に対応した共通のスケーリング値によりフィルタ長を変更する変更手段を含むことを特徴とする、前記装置。
10. フィルタ長変更手段が、対象物（１８ａ−ｃ）の搬送方向における長手方向の範囲に応じてフィルタ長を変更するように配置されることを特徴とする、請求項９に記載の装置。
11. スケーリング値が、対象物（１８ａ−ｃ）の長手方向の範囲により比例的に決まることを特徴とする、請求項９または１０に記載の方法。
12. 各対象物（１８ａ−ｃ）の範囲の値を検出し、それを評価ユニットに送る、範囲センサー（１６）を含み、評価ユニット（１６）が、最新の範囲の値を送った後に対応してスケーリング値を変更するように配置されることを特徴とする、請求項９に記載の装置。
13. 評価ユニット（１６）が、代表としての対象物（１８ｂ）の個々の計測重量値（E₁,…,E_n）を格納することができるリングバッファを含み、フィルタ長の初期設定を決定するために、格納された値に対して評価ユニット（１６）が平均値の形成を繰り返し、結果重量値（G, G’, G’’, G’’’）が実際の対象物（１８ｂ）の重量値に一致するまで繰り返してフィルタ長を変化させることを特徴とする、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の方法。
14. フィルタ長が繰り返し変更される間、これらの相対比率は一定に保たれることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
15. フィルタ長変更手段により、搬送機構の搬送速度に応じた共通のスケーリング値に従ってフィルタ長が変更されることを特徴とする、請求項９〜１４のいずれか一項に記載の装置。
16. 評価ユニット（１６）に送られる搬送速度の値を一定間隔で検出する速度センサーを含み、該評価ユニット（１６）が、最新の搬送速度の値が送られた後に対応してスケーリング値を変更するように配置されることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。

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