JP2012202905A - コンベヤスケール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】コンベヤ2を支持する2個の荷重センサ6,7からの荷重出力信号に基づいてコンベヤ2上を搬送される被計量物の各荷重センサ毎の輸送量を算出する荷重センサ用輸送量算出手段と、荷重センサ用輸送量算出手段により算出された各荷重センサ毎の輸送量を比較する比較手段と、比較手段による比較結果の変化の大きさに基づいて、2個の荷重センサ6,7のうちのいずれかの荷重センサの出力信号が異常であるかを検出する出力異常検出手段とを備える構成とする。
【選択図】図1
Description
ここで、荷重センサの出力が正常値から変動する要因としては、零点変動量が異常に大きくなることと、スパンの変動量が異常に大きくなることとがある。これら零点変動量およびスパン変動量の異常については、通常の計量作業中に特別な操作を必要とせずに判定し、異常があれば警報または表示することが望まれる。
(1)計量部を支持する荷重センサを、実機において被計量物の荷重を精確に均等に受けるように配置することができない。このため、被計量物の計量において、2個の荷重センサの出力の間には計量装置の構造に特有の固定的な偏差が発生する。
(2)計量物はコンベヤ上に完全に均一な荷重分布で搬送されることはほとんどない。被計量物の見掛け比重の分布も毎回の計量において完全に均一でない。コンベヤも計量ローラの上で蛇行する。したがって、毎回の計量において荷重センサ出力はばらつく。特許文献1,2のものにおいて計量部は計量ホッパであるが、被計量物の収容状態のバラツキによる荷重センサへの荷重分布のバラツキに対処していない。
したがって、バラツキをおおよそに見込んだ境界値でもって異常判定せざるを得ず精確な判定が行えない。言い換えれば異常の程度が大きくなってからでないと警報が発せられず、異常な荷重センサを別の荷重センサと交換するまでの間の一時的な継続使用さえ出来ない状態になった時点でしか故障検出ができない。
コンベヤを支持する2個の荷重センサを備えてなるコンベヤスケールにおいて、
前記2個の荷重センサからの荷重出力信号に基づいて前記コンベヤ上を搬送される被計量物の各荷重センサ毎の輸送量を算出する荷重センサ用輸送量算出手段と、
前記荷重センサ用輸送量算出手段により算出された各荷重センサ毎の輸送量を比較する比較手段と、
前記比較手段による比較結果の変化の大きさに基づいて、前記2個の荷重センサのうちのいずれかの荷重センサの出力信号が異常であるかを検出する出力異常検出手段と、
を備えることを特徴とするものである(第1発明)。
前記荷重センサからの荷重出力信号の零点を個別に手動により調整する零点調整手段が設けられるのが好ましい(第2発明)。
図1に示されるコンベヤスケール本体1は、コンベヤベルト(以下、「コンベヤ」という。)2を支持する複数個の搬送ローラ3,4,5を備え、これら搬送ローラ3,4,5のうち1個の搬送ローラ4が計量ローラ(以下、「計量ローラ4」という。)にて構成されたものである。計量ローラ4は、両端a点,b点がそれぞれ荷重センサ6,7にて支持され、これら荷重センサ6,7によりコンベヤ2上を搬送される被計量物の搬送重量(以下、「輸送量」という。)を測定するようにされている。ここで、荷重センサ6,7としては、ストレインゲージ式や磁歪式、弦振動式など種々のものがあり、いずれの方式のものであっても良い。本実施形態においては、荷重センサ6,7として、金属弾性体に設けた伸縮起歪部にストレインゲージを貼り付けてなるロバーバルロードセル(2本梁に2箇所起歪部が設けられた平行四辺形型ロードセル)が用いられた例を示す。以下、荷重センサ6,7をロードセル6,7(あるいはLC1,LC2)と表記することとする。
図3に示されるように、ロードセル6,7は、取付部13の先端側にロバーバル(平行四辺形)をなす起歪部を有するロバーバルロードセルである。本実施形態では、防水、防塵のため、起歪部を含む起歪体14が金属蛇腹よりなるカバー(図示せず)で覆われたものが使用される。また、起歪体14には以下に述べる測定回路基板(以下、「測定回路」という。)15が一体的に装着されて、デジタルロードセルの構成をなしている。
図5に示されるように、コンベヤスケール本体1の各ロードセル6,7は、表示操作装置40の演算回路とシリアル信号通信用の共通のシリアルラインcを介して接続され、表示操作装置40側がマスターコントローラ、ロードセル6,7側がスレーブコントローラをなし、表示操作装置40側からのポーリングによって双方向にデータが通信される。より具体的には、シリアルラインcは、後述する基本区間の輸送量を表示操作装置40へ出力するとともに、表示操作装置40から零点調整時の零点記憶、初期重量記憶、スパン係数の算出記憶などの操作指令信号(コード)が伝送される。
表示操作装置40はキースイッチ46によって稼働運転ONまたはOFFが設定される。重量測定装置で稼働運転ONがキースイッチ46によって設定されると、表示操作装置40は動的計測モードになり、動的計測モード指令信号がコンベヤスケール本体1のロードセル6,7へ送られる。また、稼働運転OFFがキースイッチ46によって設定されると、表示操作装置40は静止計測モードになり、静止計測モード指令信号がコンベヤスケール本体1のロードセル6,7へ送られる。
ロードセルの異常判定処理に関して、最初に、ロードセル単体でのスパン調整が行われる。各ロードセル6,7の出力は単体で、それぞれ次式により演算される。
W1=K1・(Wa1−Wi1′)
W2=K2・(Wa2−Wi2′)
ここで、K1,K2:スパン係数、Wa1,Wa2:A/D変換器、フィルタを通ったデジタル荷重信号、Wi1′,Wi2′:ロードセルの初期零点量であり、ロードセル6,7において、同じ負荷荷重に対して出力が同じだけ変化するようにスパン係数K1,K2が調整されるものとする。
ロードセル6,7は単体で負荷荷重試験装置にセットされ、ロードセル6,7のシリアルラインcがロードセル調整装置のシリアルラインcと接続され、スパン係数K1,K2が上述のように調整される。また、ロードセル6,7への供給電源はロードセル調整装置から与えられる。
上述したように静止計測モードではWa1がT1時間毎に生成される。静止計測モードにおいてW1は、次式にて算出される。
W1=K1・(Wa1−Wi1′)
次に、既知の基準荷重をロードセル6に掛ける。すると、W1は基準荷重だけ増加変化し、表示値もそれだけ増加する。W1の表示値を観測しながら、作業者がロードセル調整装置にてスパン記憶スイッチを操作すると、スパン係数記憶指令コードがロードセル6へ伝送され、ロードセル6の演算回路にてK1=Ms/(Wa1−Wi1′)と演算され、K1の値がスパン係数として演算される。この算出されたスパン係数K1は当該ロードセルのスパン係数としてロードセル6内のメモリブロック30に登録される。こうして、W1の表示値は、スパン係数が1よりK1に置き換えられ、Msの値となる。
これ以降、ロードセルが調整用静止計測モードに指定されていれば、スパン係数K1の値の定まったW1=K1・(Wa1−Wi1′)の値がロードセルよりWa1の内容が更新され、W1が更新される毎に出力される。
次に、上述のように単体で調整されたデジタルロードセルをコンベヤスケールの計量ローラ4の両端に装着し、図5に示されるように、ロードセル6,7のシリアルラインcを表示操作装置40のシリアルラインcと接続し、ロードセル6,7への供給電源も表示操作装置40の電源44から与える。なお、調整時点でロードセル6,7は正常な出力であるとする。
W1=K1・(Wa1−Wi1)−Wz1
W2=K2・(Wa2−Wi2)−Wz2 ・・・(1)
まず、静止計測モードに指定されたロードセルにおいて、上述のようにWa1,Wa2がT1時間毎に生成されて表示操作装置40へ伝送され、重量測定装置の中央演算処理装置42でWa1,Wa2の複数個の平均値が算出されて上記式(1)に入れられ、W1,W2の値として、M個の移動平均値またはM個単位毎の平均値が算出され、表示値として表示操作装置40へ伝送され、表示器45に表示される。
パルス発信器8はコンベヤ2がΔL(m)進む毎に1パルスを出力するものとし、働長をL(m)とし、これら1パルス当たりのコンベヤ移動距離ΔLと、働長Lとを表示操作装置40に設定する。コンベヤ重量などを初期荷重として差し引くものとし、L(m)のコンベヤ働長部にW(kg)の負荷が積載されているとき、1本の計量ローラ4を支持するロードセル6の被計量物の負荷荷重による出力をW1、ロードセル7の出力をW2とすると、コンベヤ2の単位長さ当たりのロードセル6,7への負荷荷重はそれぞれW1/L,W2/L(kg/m)である。
Q10=Q10′−W1dz
Q20=Q20′−W2dz ・・・・・(3)
これらQ10,Q20の値はパルス数N0毎にロードセル6,7から表示操作装置40へ伝送される。一方、コンベヤ2としての基本区間輸送量Q120は、表示操作装置40内の演算回路で次式(4)にて演算され、Q10,Q20,Q120の値が表示器45に表示される。
Q120=Q10+Q20 ・・・・・(4)
また、稼働運転中は輸送量を出力するにしても、ロードセル単体での調整やロードセルをコンベヤスケール本体に設置した時点での調整には静止計量値の読み取りが必要であるので、輸送量を測定し出力する計測モードと、静止重量を測定し出力するモードが備えられ、これらモードを容易に切り換えて使用できることがコンベヤスケール用デジタルロードセルに必要要件となる。
次に、稼働運転中に行われるロードセルの出力異常を検出するための演算処理について説明する。この演算処理は表示操作装置40の演算回路における中央演算処理装置42の中の出力異常検出部(本発明における「出力異常検出手段」に対応する。)において実行される。以下、ロードセル6についての基本区間輸送量をQ10=W1mnとし、ロードセル7についての基本区間輸送量をQ20=W2mnとする。これら基本区間輸送量W1mn,W2mnは各ロードセル6,7の中央演算処理装置29の中の荷重センサ用輸送量算出部(本発明における「荷重センサ用輸送量算出手段」に対応する。)において算出され、算出される度にシリアルラインcを通じて表示操作装置40へ伝送される。なお、荷重センサ用輸送量算出部にて算出されて表示操作装置40へ伝送された各輸送量の比較は、表示操作装置40における中央演算処理装置42の中の比較部(本発明における「比較手段」に対応する。)において実行される。
R=W1mn/W2mn ・・・・・(7)
R=k1/k2 ・・・・・(8)
そして、ロードセル6の出力がeだけ変化すると、Rは次式となる。
R=(k1/k2)・(1+e)=(k1/k2)+(k1/k2)・e
・・・・・(9)
E=Rv−Ri=(k1/k2)・e ・・・・・(10)
として変化量(k1/k2)・eを評価するようにすれば、k1/k2≠1であるから、この変化量はeではないが、k1/k2は約1であるのでほぼeに近い変化量を評価することができる。
σai=v1/2・σi ・・・・・(11)
こうして、平均値Raiと標準偏差σaiが記憶されると、これらの値をもってロードセルが正常な状態での基準値とし、これ以降の輸送量によって2個のロードセル6,7の間の変動量を検出するものとする。
σav=v1/2・σv ・・・・・(12)
ここで、平均比率Raの初期値からの変化量Eaは次式(13)で表され、また、変化量Eaの標準偏差σaeは次式(14)で表される。
Ea=Rav−Rai ・・・・・(13)
σae=(σai2+σav2)1/2 ・・・・・(14)
Rav,Raiは基本区間においてパルス数N0個分の測定重量値が加算されたものがv個加算され、平均値で表されたものである。したがって、相対比率Rの変化量Easと、相対比率Rのバラツキの標準偏差σaesは次式にて算出される。
Eas=Ea
σaes=σae ・・・・・(15)
ここで、上式は、本稼働運転時もロードセルの出力の異常の有無にかかわらず、バラツキ量は初期稼働運転時に等しいとみなし、σai=σavとして、次式となる。
σaes=σae=(2σai2)1/2
Rhe=e+2・σaes ・・・・・(16)
として初期稼働運転の完了時に自動設定し、この自動設定された境界値を表示操作装置40の表示器45に表示する。このように境界値をコンベヤスケール上の物品の搬送状況に合わせて容易に設定できる。なお、上述の標準偏差(バラツキ量)は、中央演算処理装置42の中のバラツキ量決定部(本発明における「バラツキ量決定手段」に対応する。)において算出される。ただし、予め3を設定しておき、3・σaesが自動設定されるようにしても良い。
また、基本的な負荷配分は両ロードセルに均一とみなして異常判定精度の上で無視できる場合には、バラツキを減衰させた相対比率Rの1からの変化量の大きさによって判定するようにする。
R1=k1/k2=ws1/ws2=kws ・・・・・(17)
として、kwsからの変化量を求めるようにしても良い。すなわち、平均相対比率Raのkwsからの変化量Eaを次式(18)にて求める。
Ea=Rav−kws ・・・・・(18)
変化量Eaの標準偏差は、σav,kwsは一定値であるので、異常警報の境界値Rhrを、
Rhr=e+2・σav ・・・・・(19)
として初期稼働運転の完了時に自動設定し、その後の本稼働運転時にEasと境界値Rhrとの大小比較、またはRav−kwsと境界値Rhrとの大小比較を行う。
そして、本稼働運転の継続中に、1)Eas>Rheであれば、ロードセル6の出力が増加方向に異常な大きさで変動しているか、またはロードセル7の出力が減少方向に異常な大きさで変動していると判定する。また、2)Eas<−Rheであれば、ロードセル6の出力が減少方向に異常な大きさで変動しているか、またはロードセル7の出力が増加方向に異常な大きさで変動していると判定する。
いずれかのロードセルが異常であると判定されたときの正常計量作業への復帰は、下記に示すように手動によって実施される。
表示操作装置40の基準重量参照値呼び出しスイッチを押すと、基準重量参照値呼び出し指令がロードセル6,7の演算回路へ出力され、指令を受けた演算回路から基準重量参照値記憶メモリWs1,Ws2に登録された参照用重量値ws1,ws2が呼び出され、表示操作装置40へ伝送され、表示器45に表示される。こうして、表示値と参照値とを比較し、双方のロードセル6,7のスパンが正常であれば、ws1′=ws1,ws2′=ws2が成立するのでスパンの異常が判定できる。
E1=(ws1′/ws1)−1
E2=(ws2′/ws2)−1 ・・・・・(20)
ロードセル6のスパン補正指令であれば、演算回路内でE1の値がスパン変動率メモリMe1に登録されるとともに、この指令を受けて以降はロードセル6の演算回路内では式(1)のW1において、スパン係数K1をE1でもって、次式によって出力が算出される。ロードセル7についても同様に次式にて算出される。
W1=K1(1−Me1)・(Wa1−Wi1)−Wz1
W2=K2(1−Me2)・(Wa2−Wi2)−Wz2 ・・・・・(21)
なお、これら基準重量参照値の呼び出しやスパン補正操作は、異常検出の警報の有無に拘わらず、任意の時点でコンベヤ2の稼働運転を停止させて実施しても良い。
本実施形態では、コンベヤスケール用の専用ロードセルとしてデジタルロードセルを用いたものを説明したが、このデジタルロードセルを用いる代わりに、図6に示されるように、アナログ荷重信号を出力するロードセル6A,7Aを表示操作装置40Aに直接接続するようにし、全てのデジタル演算を表示操作装置40A内の演算回路で行うようにする実施形態も可能である。
しかし、コンベヤスケール用のデジタルロードセルとして、出力にシリアルラインを設け、特に複数個のロードセルからのシリアルラインを共通化するとすれば、配線本数は減少するが、通信遅れが問題となる。また、コンベヤ上を輸送される被計量物の分布変化に応じて精確に輸送量を算出するには、短い距離毎に重量を測定するとともに、短い距離毎にパルスを発信させ、できるだけ短い距離毎の重量を積算する必要がある。
2 コンベヤ(ベルト)
4 計量ローラ
6,7 荷重センサ(ロードセル)
8 パルス発信器
9,10 基準重量支持金具
11 基準重量ローラ
12 位置決め機構
14 起歪体
16〜19 ストレインゲージ
20 荷重支持部
21 ホイートストーンブリッジ回路
28 入出力回路
29 中央演算処理装置
30 メモリブロック
40 表示操作装置
41 入出力回路
42 中央演算処理装置
43 メモリブロック
45 表示器
46 キースイッチ
Claims (11)
- コンベヤを支持する2個の荷重センサを備えてなるコンベヤスケールにおいて、
前記2個の荷重センサからの荷重出力信号に基づいて前記コンベヤ上を搬送される被計量物の各荷重センサ毎の輸送量を算出する荷重センサ用輸送量算出手段と、
前記荷重センサ用輸送量算出手段により算出された各荷重センサ毎の輸送量を比較する比較手段と、
前記比較手段による比較結果の変化の大きさに基づいて、前記2個の荷重センサのうちのいずれかの荷重センサの出力信号が異常であるかを検出する出力異常検出手段と、
を備えることを特徴とするコンベヤスケール。 - 前記荷重センサからの荷重出力信号の零点を個別に手動により調整する零点調整手段が設けられる請求項1に記載のコンベヤスケール。
- 前記荷重センサからの荷重出力信号のうちの少なくとも1個の荷重出力信号が前記零点調整手段によって個別に設定された零点から変動しているのを識別する零点変動識別手段が設けられる請求項2に記載のコンベヤスケール。
- 前記荷重センサ用輸送量算出手段により算出される各荷重センサ毎の輸送量は、予め定められた前記コンベヤの移動区間での輸送量である請求項1に記載のコンベヤスケール。
- 前記荷重センサ用輸送量算出手段により算出される各荷重センサ毎の輸送量は、予め定められる前記コンベヤの移動区間より短い移動区間での輸送量である請求項1に記載のコンベヤスケール。
- 前記出力異常検出手段は、2個の荷重センサが正常な時点での前記比較手段による比較結果と、前記正常な時点での比較結果が得られた後に前記比較手段が算出する比較結果との間の変化の大きさに基づいて、いずれの荷重センサの出力信号が異常であるかを検出する請求項1に記載のコンベヤスケール。
- 前記比較手段による比較結果は、予め定められた2個の荷重センサの出力信号の比率である請求項6に記載のコンベヤスケール。
- 前記出力異常検出手段により出力信号の異常を判定する境界値は、予め定められた許容値に、前記比較結果の変化の大きさのバラツキ量を決定するバラツキ量決定手段により決定されるバラツキ量を加算した値に設定される請求項1に記載のコンベヤスケール。
- 前記出力異常検出手段により出力信号の異常を判定する境界値は、2個の荷重センサが正常な時点においてバラツキ量決定手段により決定されるバラツキ量に応じて自動設定される請求項8に記載のコンベヤスケール。
- 前記2個の荷重センサに対して、基準重量物品の荷重が一定の比率に配分されるように前記基準重量物品を積載する積載機構と、前記2個の荷重センサに一定比率配分された基準重量物品の荷重に基づく荷重信号を基準重量参照値として記憶する基準重量参照値記憶手段とを備える請求項1に記載のコンベヤスケール。
- 前記積載機構に前記基準重量物品を積載することによって前記2個の荷重センサに一定比率配分された基準重量物品の荷重信号と、前記2個の荷重センサの基準重量参照値とに基づいて、前記荷重センサのスパン補正操作が実施される請求項10に記載のコンベヤスケール。
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