JP2012071925A - コンベアのベルトスリップ検出方法、およびコンベアのベルトスリップ検出機構 - Google Patents

Abstract

【課題】可変速コンベアにも適用可能で、かつ運転データの蓄積等を必要とすることなくベルトスリップの検出を行うことのできるベルトスリップ検出方法を提供する。
【解決手段】モータ２２により駆動される駆動プーリー１６と、駆動プーリー１６に掛け回されたベルト２０を介して連れ回りする従動プーリー１８とを有するコンベア１２におけるベルトスリップ検出方法であって、従動プーリー１８の回転数である実機回転数を求める実機回転数算出工程と、モータ２２に対する指令回転数を求める指令回転数算出工程と、前記実機回転数と前記指令回転数との比較値に基づいて、ベルトスリップの有無を判定する判定工程とを有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンベアのベルトスリップを検出する方法、および検出機構に係り、特に可変速コンベアにおけるベルトスリップを検出するのに好適な検出方法、及び検出機構に関する。

コンベアのベルトスリップは、輸送物の定量輸送を妨げ、輸送量の正確な把握管理を困難にさせる。また、スリップが発生すると、供給部分に輸送物が溜まり、コンベア負荷のアンバランスが増大し、スリップの発生を助長させる。また、スリップの発生が頻繁になれば、搬送し得ない輸送物がオーバーフローするトラブルも発生し、当然に輸送効率の低下も招く。さらに、スリップ時に発生する熱などによるベルトの劣化といった問題も生ずる。

このような種々の問題の発生を抑制するために、ベルトコンベアのスリップを検出するための手段は、種々検討されている。例えば特許文献１や特許文献２に開示されている手段は、コンベアベルトが掛け回された駆動プーリーや従動プーリーの回転を近接センサで検出するというものである。この様な手段によれば、近接センサによって検出されるプーリーの回転パルスを検出するタイミングのずれをベルトスリップと認識し、更なるスリップの発生防止や、搬送停止といった対処を行う。

また、特許文献３に開示されている手段は、駆動電動機であるモータの駆動電流と駆動信号を検出し、駆動信号受信時における駆動電流の変化に基づいて、ベルトスリップを検出するというものである。具体的には、検出された駆動電流データを蓄積された測定履歴データと比較し、異常判定を行うというものである。

特開平６−１０７３１６号公報 特開平９−３０１５２０号公報 特開平１１−３２６１４６号公報

上記のような手段において、特許文献１、２に開示されたものは、コンベアの速度が変わった場合であっても、パルスタイミングのずれと認識してしまう可能性がある。このため、可変速コンベアにおける検出手段としては採用することが難しい。さらにこのような構成の場合、機械的異常で、プーリーは回転しているもののベルトは停止しているといった場合には、滑り検出ができない可能性がある。

また、特許文献３に開示された手段は、異常判定のために、予め、測定履歴データを得る必要がある。このため、メンテナンスや修復等により、コンベアの負荷等が変わった場合には、新たに測定履歴データを取り直すまで、異常判定ができなくなってしまう。また、測定履歴データの蓄積量等により、異常判定の精度に誤差が出てしまう。

本発明では、上記問題を解決し、可変速コンベアにも適用可能で、かつ運転データの蓄積等を必要とすることなくベルトスリップの検出を行うことのできるベルトスリップ検出方法、およびベルトスリップ検出機構を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための、本発明に係るコンベアのベルトスリップ検出方法は、モータにより駆動される駆動プーリーと、前記駆動プーリーに掛け回されたベルトを介して連れ回りする従動プーリーとを有するコンベアにおけるベルトスリップ検出方法であって、前記従動プーリーの回転数である実機回転数を求める実機回転数算出工程と、前記モータに対する指令回転数を求める指令回転数算出工程と、前記実機回転数と前記指令回転数との比較値に基づいて、ベルトスリップの有無を判定する判定工程とを有することを特徴とする。

また、上記特徴を有するコンベアのベルトスリップ検出方法において、前記判定工程は、前記実機回転数と前記指令回転数との差分の絶対値と、予め定めた回転数差設定値との比較を行い、前記差分の絶対値が前記回転数差設定値よりも大きい場合に、ベルトスリップ有りと判定し、前記差分の絶対値が前記回転数差設定値よりも小さい場合に、ベルトスリップ無しと判定するようにすると良い。

また、上記目的を達成するための本発明に係るコンベアのベルトスリップ検出機構は、インバータを介して制御されるモータにより駆動される駆動プーリーと、前記駆動プーリーに掛け回されたベルトを介して連れ回りする従動プーリーとを有するコンベアにおけるベルトスリップ検出機構であって、前記従動プーリーの回転数を検出する回転数検出手段と、前記インバータから前記モータへ出力される指令パルスに基づく指令回転数と、前記回転数検出手段により検出された検出パルスに基づく実機回転数とを比較し、ベルトスリップの有無を検出するパルス比較部とを有することを特徴とする。

さらに、上記特徴を有するコンベアのベルトスリップ検出機構において、前記回転数検出手段は、前記従動プーリーの回転軸上に設けられた回転羽根近傍に設けられ、前記回転羽根の回転数を検出し、検出により得られるパルスを前記検出信号として前記パルス比較部に出力する構成とすると良い。

上記のような特徴を有するコンベアのベルトスリップ検出方法、および機構によれば、可変速コンベアにも適用可能で、かつ運転データの蓄積等を必要とすることなくベルトスリップの検出を行うことが可能となる。

実施形態に係るコンベアのベルトスリップ検出機構の構成を示すブロック図である。 指令パルスと検出パルスとの波形、周波数の違いを比較するための図である。 実負荷時における指令回転数と実機回転数との相違を示すグラフである。

以下、本発明のコンベアのベルトスリップ検出方法、およびコンベアのベルトスリップ検出機構に係る実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
ベルトスリップを検出する対象となるコンベア１２には通常、コンベア本体１４を駆動させるためのモータ２２と、このモータ２２に電力を供給するインバータ２４が備えられている。本実施形態に係るコンベア１２のベルトスリップ検出機構（以下、単に検出機構１０と称す）は、前述したようなコンベア１２自体の構成に加え、少なくとも近接センサ３０、およびパルス比較部３２を備えることで構成される。よって、以下の説明ではまず、コンベア１２の基本的な構成を説明し、次いで検出機構１０に関する構成を説明する。

コンベア本体１４は、図１に示すように、駆動プーリー１６と、少なくとも１つの従動プーリー１８、およびベルト２０を基本として構成される。駆動プーリー１６は、自ら回転することで、ベルト２０に駆動力を与えるプーリーである。駆動プーリー１６には、詳細を後述する駆動源であるモータ２２が接続される。駆動プーリー１６とモータ２２との接続形態は、カップリング２６などを介して、回転軸１６ａと回転軸２２ａを直接接続するものであっても良いし、ギアボックスを介して間接的に動力を伝達するようにしても良い。いずれの構成を採った場合であっても、駆動プーリー１６は、モータ２２の回転に連動して回転することとなるからである。

従動プーリー１８は、上述した駆動プーリー１６を介して駆動されるベルト２０に連れ回されるプーリーである。このため、従動プーリー１８の回転軸１８ａは通常、駆動プーリー１６の回転軸１６ａと平行に設けられる。従動プーリー１８は主に、詳細を後述するベルト２０の軌道確保、テンション確保のために設けられる。

ベルト２０は、可撓性部材により構成された帯の両端部を接合されて成る。ベルト２０は、駆動プーリー１６と従動プーリー１８との間に掛け回すように配置されることで、駆動プーリー１６を介して駆動され、従動プーリー１８を回転させることとなる。ベルト２０の具体的構成部材としては、樹脂を挙げることができるが、搬送物の特性により、布や皮、あるいはそれらを結合させたものとしても良い。

モータ２２は、コンベア本体１４における駆動プーリー１６に駆動力を与えるための駆動源であり、例えば工業用の三相交流モータなどであれば良い。詳細を後述するインバータ２４により、供給電力の電圧や電流、および周波数などを変化させることにより、モータ２２のトルクや回転数を制御することが可能となるからである。

インバータ２４は、モータ２２に対して電力を供給し、駆動状態を制御する役割を担う駆動制御部である。インバータ２４には、図示しない電源部（例えば、三相交流電源）が接続されており、この電源部から供給される電流の電流値や電圧、および周波数を制御する。

本実施形態に係るインバータ２４は、出力電流の周波数（出力周波数）を制御することにより、モータ２２の回転数を制御する。このため、インバータ２４からは、周波数指令値に基づく出力周波数（指令パルス）を検出することで、モータ２２に対する指令回転数を認識することができる。

このような基本構成を有する本実施形態に係るコンベア１２は、従動プーリー１８における回転軸１８ａが延設されており、延設部には、回転羽根２８が取り付けられている。回転羽根２８は、図１に示すように、その平面形態を歯車状とした回転体である。回転羽根２８は、従動プーリー１８の回転軸１８ａ上に設けられているという構成上、回転羽根２８の回転数や回転角度は、従動プーリー１８の回転数や回転角度と等しくなる。このため、回転羽根２８に形成された歯車状の凹凸部をセンシングすることで、従動プーリー１８の回転状態を知ることができる。

なお、回転羽根２８を設けない場合であっても、従動プーリー１８にストライカーなどを設け、近接センサ３０等によりこれを検出すれば同様な効果を得ることができる。しかし、従動プーリー１８は、搬送物のカスなどを含む塵埃により汚れ易いといった実状がある。このため、従動プーリー１８を直接センシングする手段を採った場合には、従動プーリー１８の経時汚染により、センシングミスが生ずる虞が高い。これに対し、本実施形態に示す如く回転羽根２８を採用した場合には、検出対象となる回転羽根２８を塵埃の発生源から遠ざけることができるため、汚染（汚れ）に起因したセンシングミスを抑制することが可能となる。

近接センサ３０は、上述した回転羽根２８の近傍に配置され、回転羽根２８の凹部または凸部の通過を検出する。回転羽根２８における凹凸は、歯車状に設けられていることより、計測時間と計測時間内に検出された凹凸の数、および回転羽根２８における凹凸の総数より、回転羽根２８の角速度や回転数を求めることができる。図１に示す例では、回転羽根２８の外周には６つの凸部が設けられている。このため、図１に示す例では、近接センサ３０による検出パルスが６つ出力されることで、回転羽根２８が１回転したものと認識することができる。そして、回転羽根２８が１回転したということは、従動プーリー１８も１回転したとみなすことができる。正常運転状態では、駆動プーリー１６の回転数と従動プーリー１８の回転数は略同一となる。このため、近接センサ３０を介して検出（算出）される従動プーリー１８の回転数と、インバータ２４によるモータ２２の指令回転数（≒駆動プーリー１６の回転数）との間の誤差を求めることで、ベルト２０のスリップを検出することが可能となる。なお、近接センサ３０の固定には、図示しないホルダ（ベース）などを用いれば良い。

パルス比較部３２は、上述したインバータ２４からのモータ２２へ対する出力電流の指令パルスと、上述した近接センサ３０からの検出パルスとに基づいて、ベルトスリップの有無を検出する役割を担う。インバータ２４からの指令パルスと近接センサ３０からの検出パルスはそれぞれ、指令回転数と実機回転数とに変換された上で、比較が成される。図２に示すグラフからも解るように、検出母体が異なるパルス同士の比較では、その差分が何を意味するのか判断することが難しい。これに対し、両パルスを回転数（ｒｐｍ）という単位に変換することで、両者の間のズレ＝スリップと認識することが可能となる。

パルス比較部３２には、少なくとも２つの信号入力ポートが備えられ、例えばＡポートには、インバータ２４からの指令パルス、Ｂポートには近接センサ３０からの検出パルスがそれぞれ入力される構成とする。パルスの変換には、予め定められた変換式が必要となる。例えば、Ａポートに入力される指令パルスは、Ｆ_０（Ｈｚ）の場合に、モータの回転数がＮ（ｒｐｍ）となるように設定されているとすると、指令回転数Ｎ_１（ｒｐｍ）は、

として示すことができる。ここで、Ｆ_１は、Ａポートからパルス比較部３２へ入力される実際の指令パルス（Ｈｚ）である。

これに対し、Ｂポートに入力される近接センサ３０からの検出パルスは、カウント形態を異ならせることとなる。すなわち、回転羽根２８における凸部の検出数＝パルス数（回）であるため、パルス数Ｓ_０（回）で回転羽根２８が１回転したことをカウントすることとなる。ここで、ベルト２０にスリップが生じておらず、従属プーリー１８と駆動プーリー１６との半径が等しい場合には、モータ２２に対する指令回転数Ｎ_１≒従属プーリー１８の回転数（実機回転数Ｍ_１（ｒｐｍ））である（ただし、モータ２２の回転数＝駆動プーリー１６の回転数である場合）。このため、Ａポートに入力されるパルスが基準値であるＦ_０（Ｈｚ）の場合、従属プーリー１８は１分間でＮ回回転することとなると考えられる。従って、数式（１）に対して実機回転数Ｍ_１（ｒｐｍ）を求める場合には、数式（２）に示す計算により求めることとなる。

ここで、Ｓ_１は、単位時間（１秒間）に、Ｂポートからパルス比較部３２へ入力される実際の検出パルス数（回）である。

パルス比較部３２では、上記のようにして求められる指令回転数Ｎ_１と実機回転数Ｍ_１とを比較する。実機におけるベルト２０には、実負荷時においては図３に示すように、正常運転状態で微小なスリップが生じている。ここで、Ｎ_１とＭ_１との比較は、Ｎ_１とＭ_１の差分をとることにより行えば良い。そして、スリップの有無に関する判定は、差分をとることにより求められた値の絶対値が、予め定めた回転数差設定値Ｐよりも大きいか否かにより成される。すなわち、

で示される数式の結果が「真」であった場合には、「スリップ有り」との判定を出力し、数式の結果が「偽」であった場合には、「スリップ無し」との判定を出力する。ここで、回転数差設定値Ｐは、図３に示すような実負荷運転時における正常運転状態での回転数差Ｐ_０に対し、許容値Ｐ_１を加えた値である。なお、許容値Ｐ_１については、負荷状態やスリップの検出精度等に基づいて、適宜定めるようにすれば良い。なお、数式（３）においては、｜Ｎ_１−Ｍ_１｜を｜Ｍ_１−Ｎ_１｜とした場合であっても、同様の結果を得ることができる。

このような構成の検出機構１０では、まず、近接センサ３０を介して従動プーリー１８の回転状態を示すパルス（検出パルス）を検出し、検出された検出パルスをパルス比較部３２へ入力する。入力された検出パルスは、数式（２）に基づいて、毎分の実機回転数（ｒｐｍ）が求められる（実機回転数算出工程）。実機回転数算出工程と同時、または前後して、インバータ２４からの出力周波数（指令パルス）がパルス比較部３２へ入力される。入力された指令パルスは、数式（１）に基づいて、毎分の指令回転数（ｒｐｍ）が求められる（指令回転数算出工程）。

実機回転数算出工程、および指令回転数算出工程を経た後、各工程にて算出された実機回転数と指令回転数との差分を求め、この差分の絶対値と、予め定められた回転数差設定値とを比較する。比較の結果、差分の絶対値が回転数差設定値よりも大きい場合には、ベルトスリップ有りと判定し、判定結果をモニタ３４等に出力する。一方、差分の絶対値が回転数差設定値よりも小さい場合には、ベルトスリップ無しと判定し、判定結果を出力する。なお、判定結果の出力媒体は、モニタ３４に限らず警告灯や警報等、作業者が知覚可能なものであれば、具体的構成は問わない（判定工程）。

このような検出機構１０、および検出方法によれば、可変速コンベアにも適用することができる。また、リアルタイムで信号検出から比較、判定までを行うため、運転データの蓄積等を必要とすることなく、精度の高いベルトスリップの検出が可能となる。

なお、ベルトスリップが検出された場合には、コンベア１２の運転を停止したり、負荷の軽減や、送り速度の低下を図るなどして、更なるスリップの発生を防止すると良い。このような措置を採ることにより、輸送物の停滞や、負荷のアンバランス、輸送物のオーバーフローなどを防ぐことが可能となるからである。

また、上記実施形態では、モータ２２の回転軸２２ａと、駆動プーリー１６の回転軸１６ａとの接続には、カップリング２６を用いた直接接続の場合の例を示し、モータ２２の回転数≒駆動プーリー１６の回転数≒従動プーリー１８の回転数として説明を行った。これに対し、モータ２２の回転軸２２ａと駆動プーリー１６の回転軸１６ａとの接続（駆動力伝達）に、ギア駆動方式やベルト駆動方式、チェーン駆動方式などを採用する場合には、モータ２２の回転数と駆動プーリー１６の回転数との間の回転比率を考慮する必要がある。例えばモータ２２の回転数と駆動プーリー１６の回転数との比率が３：２であった場合には、数式（１）で算出される指令回転数Ｎ_１に、２／３を乗ずればよい。

１０………コンベアのベルトスリップ検出機構（検出機構）、１２………コンベア、１４………コンベア本体、１６………駆動プーリー、１８………従動プーリー、２０………ベルト、２２………モータ、２４………インバータ、２８………回転羽根、３０………近接センサ、３２………パルス比較部。

Claims (4)

1. モータにより駆動される駆動プーリーと、前記駆動プーリーに掛け回されたベルトを介して連れ回りする従動プーリーとを有するコンベアにおけるベルトスリップ検出方法であって、
   前記従動プーリーの回転数である実機回転数を求める実機回転数算出工程と、
   前記モータに対する指令回転数を求める指令回転数算出工程と、
   前記実機回転数と前記指令回転数との比較値に基づいて、ベルトスリップの有無を判定する判定工程とを有することを特徴とするコンベアのベルトスリップ検出方法。
2. 前記判定工程は、前記実機回転数と前記指令回転数との差分の絶対値と、予め定めた回転数差設定値との比較を行い、
   前記差分の絶対値が前記回転数差設定値よりも大きい場合に、ベルトスリップ有りと判定し、
   前記差分の絶対値が前記回転数差設定値よりも小さい場合に、ベルトスリップ無しと判定することを特徴とする請求項１に記載のコンベアのベルトスリップ検出方法。
3. インバータを介して制御されるモータにより駆動される駆動プーリーと、前記駆動プーリーに掛け回されたベルトを介して連れ回りする従動プーリーとを有するコンベアにおけるベルトスリップ検出機構であって、
   前記従動プーリーの回転数を検出する回転数検出手段と、
   前記インバータから前記モータへ出力される指令パルスに基づく指令回転数と、前記回転数検出手段により検出された検出パルスに基づく実機回転数とを比較し、ベルトスリップの有無を検出するパルス比較部とを有することを特徴とするコンベアのベルトスリップ検出機構。
4. 前記回転数検出手段は、前記従動プーリーの回転軸上に設けられた回転羽根近傍に設けられ、前記回転羽根の回転数を検出し、検出により得られるパルスを前記検出信号として前記パルス比較部に出力する構成としたことを特徴とする請求項３に記載のコンベアのベルトスリップ検出機構。

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