JP2013195109A - 組合せ計量装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転条件（振幅）を変更した場合であっても、フィードバック制御を用いることなく、迅速かつ容易に精度よい振動制御が可能な組合せ計量装置を提供する。
【解決手段】組合せ計量装置１は、電磁石１１の電磁力による振動で物品を搬送する電磁フィーダと、振動強度に応じ振動制御を行う制御部３０とを備える。制御部は、電磁石にパルス電圧を印加する電圧供給部３１と、電圧供給部に電圧ＯＮ時間およびパルス間隔を指示する供給指示部３２と、振動動作の開始時の開始時電圧ＯＮ時間Ｔｏｎｉおよび開始時パルス間隔Ｔｐｉを演算する供給演算部３３とを有する。供給演算部は、振動動作が定常状態にある場合の定常電圧ＯＮ時間Ｔｏｎおよび定常パルス間隔Ｔｏｆに対し、Ｔｏｎｉは第１乗数Ｒｏｎｉ×Ｔｏｎで、Ｔｐｉは第２乗数Ｒｐｉ×Ｔｐで算出する。振動強度はＴｏｎの２乗に比例する。ＲｏｎｉおよびＲｐｉは振動強度の１次又は２次関数である。
【選択図】図３

Description

本発明は、電磁フィーダによって被計量物を搬送し、計量機構に供給する組合せ計量装置に関する。

従来、組合せ計量装置には、被計量物を計量機構まで搬送するために、電磁フィーダを用いるものがある。例えば、特許文献１（特開平９−２３５０１６号公報）には、被計量物が供給されるトラフを、電磁石の発生させる電磁力により振動させ、被計量物をプールホッパまで搬送する事例が開示されている。

組合せ計量装置においては、被計量物の搬送速度の精度の高い制御が要求される。特に、短時間に多数回の組合せ計量を精度良く行うためには、頻繁にトラフの振動開始と振動終了とを繰り返す必要があり、振動開始時および振動終了時の振動制御が重要になる。より具体的には、振動開始時にはできるだけ早くトラフの振動を目標振動に到達させ、振動終了時にはできるだけ早くトラフの振動を終了（停止）させる必要がある。

このような制御を実現させるための１つの手段として、フィードバック制御がある。例えば、特許文献２（特開平１０−３５８５０号公報）には、振動部の振動速度を検出するセンサ（振動速度検出器）を設け、フィードバック制御を行う方法が開示されている。

しかし、このような構成を実現するためには、各振動部にセンサを設ける必要があり、組合せ計量装置が高額になるという問題がある。

これに対し、センサを用いずに同様の制御を実現するため、フィードバック制御と同等の特性を持つ開ループ制御を行いる方法が提案されている。例えば、特許文献３（特開２００７−２４６２３６号公報）には、開ループ制御であるノッチモデル制御により、フィードバック制御と同等の制御を実現する事例が開示されている。

ところが、特許文献３は正弦波波形の電流を電磁石のコイルに対して入力して電磁フィーダを制御するものであるが、実際の電磁フィーダでは、例えば特許文献４（特開２００２−６８４５４号公報）のように、電磁石のコイルにパルス電圧が入力される場合が多い。また、特許文献３のノッチモデル制御において算出される加振力には、吸引力に加えて反発力を含むが、実際の電磁フィーダでは、トラフには主に吸引力が作用する。

この場合には、特許文献３の演算結果を、実際の組合せ計量装置の振動制御にそのまま活用できない。そのため、開ループ制御を用いて算出された加振力をパルス電圧で実現するためのパルス電圧のパターンを、個々に導出する必要がある。その結果、運転条件（振幅）を変更するたびに、パルス電圧のパターンを個別に導出する必要がある。

本発明の課題は、運転条件を変更した場合であっても、フィードバック制御を用いることなく、迅速かつ容易に精度よい振動制御が可能な組合せ計量装置を提供することにある。

本発明に係る組合せ計量装置は、分散部と、電磁フィーダと、制御部とを備える。分散部は、物品の供給を受けて分散させる。電磁フィーダは、分散部から物品を受け、振動動作により分散部から遠ざかる方向に物品を搬送する。制御部は、設定された振動強度に応じ、振動動作を制御する。電磁フィーダは、物品を搬送するトラフと、トラフに吸引力を作用させる電磁石と、を有する。制御部は、電圧供給部と、供給指示部と、供給演算部と、を有する。電圧供給部は、電磁石に複数回のパルス電圧を印加し、吸引力を間欠的に発生させることで、トラフに振動動作をさせる。供給指示部は、電圧供給部に、パルス電圧の電圧ＯＮ時間およびパルス間隔を少なくとも第１パターンおよび第２パターンに基づいて指示する。第１パターンは、振動動作が定常状態にある場合に、振動強度に応じた、定常電圧ＯＮ時間（Ｔｏｎ）および定常パルス間隔（Ｔｐ）を指示するものである。第２パターンは、振動動作の開始時における複数回のパルス電圧に関して開始時電圧ＯＮ時間（Ｔｏｎｉ）および開始時パルス間隔（Ｔｐｉ）を指示するものである。供給演算部は、振動強度に応じて開始時電圧ＯＮ時間（Ｔｏｎｉ）および開始時パルス間隔（Ｔｐｉ）を、開始時電圧ＯＮ時間（Ｔｏｎｉ）＝第１乗数（Ｒｏｎｉ）×定常電圧ＯＮ時間（Ｔｏｎ）、開始時パルス間隔（Ｔｐｉ）＝第２乗数（Ｒｐｉ）×定常パルス間隔（Ｔｐ）により算出する。振動強度は、定常電圧ＯＮ時間（Ｔｏｎ）の２乗に比例する。第１乗数（Ｒｏｎｉ）および第２乗数（Ｒｐｉ）は、振動強度の１次関数または２次関数で表される。

ここでは、フィードバック制御を行うことなく、振動開始時に電磁フィーダを迅速に目標振幅に到達させるためのパルス電圧のパターン（開始時電圧ＯＮ時間（Ｔｏｎｉ）および開始時パルス間隔（Ｔｐｉ））を決定できる。フィードバック制御を用いないため、振動の状態を検知するセンサが不要となり、安価な構成で最適な制御を実現できる。

さらに、開始時電圧ＯＮ時間（Ｔｏｎｉ）および開始時パルス間隔（Ｔｐｉ）が簡単な式（振動強度の１次又は２次関数と、定常電圧ＯＮ時間（Ｔｏｎ）又は定常パルス間隔（Ｔｐ）との積）で算出されるため、トラフの目標振幅への迅速な到達が容易に実現される。

また、供給演算部において、開始時電圧ＯＮ時間（Ｔｏｎｉ）の算出に用いられる第１乗数（Ｒｏｎｉ）、および／又は、開始時パルス間隔（Ｔｐｉ）の算出に用いられる第２乗数（Ｒｐｉ）は、振動動作の開始からのパルス電圧の供給回数に応じて変化することが望ましい。

これにより、振動開始時のパルス電圧が、パルス電圧毎に最適な開始時電圧ＯＮ時間（Ｔｏｎｉ）および／又は開始時パルス間隔（Ｔｐｉ）で印加されるので、トラフの振幅をより迅速に目標振幅に到達させることができる。

また、供給指示部は、電圧供給部に、パルス電圧の電圧ＯＮ時間およびパルス間隔をさらに第３パターンに基づいて指示することが望ましい。第３パターンは、振動動作の終了時におけるパルス電圧に関して終了時電圧ＯＮ時間（Ｔｏｎｆ）および終了時パルス間隔（Ｔｐｆ）を指示するものである。供給演算部は、振動強度に応じて、終了時電圧ＯＮ時間（Ｔｏｎｆ）および終了時パルス間隔（Ｔｐｆ）を、終了時電圧ＯＮ時間（Ｔｏｎｆ）＝第３乗数（Ｒｏｎｆ）×定常電圧ＯＮ時間（Ｔｏｎ）、終了時パルス間隔（Ｔｐｆ）＝第４乗数（Ｒｐｆ）×定常パルス間隔（Ｔｐ）により算出する。第３乗数（Ｒｏｎｆ）および第４乗数（Ｒｐｆ）は、振動強度の１次関数又は２次関数で表される。

ここでは、振動終了時についても、振動開始時と同様の方法で終了時電圧ＯＮ時間（Ｔｏｎｆ）および終了時パルス間隔（Ｔｐｆ）が算出される。この結果、フィードバック制御を行うことなく、振動動作を迅速に終了させる制御が可能になる。

さらに、制御部は、振動強度を変更する強度変更部を更に有することが望ましい。供給演算部は、強度変更部による振動強度の変更時に再演算を実行することが望ましい。

ここでは、振動強度が変更される場合に、最適な電圧ＯＮ時間およびパルス間隔が簡単な数式に基づいて再演算される。つまり、振動強度が変更されても直ちにその条件に最適な振動制御が可能になる。

本発明に係る組合せ計量装置では、フィードバック制御を行うことなく、振動開始時に電磁フィーダを迅速に目標振幅に到達させるためのパルス電圧のパターン（開始時電圧ＯＮ時間（Ｔｏｎｉ）および開始時パルス間隔（Ｔｐｉ））を決定できる。フィードバック制御を用いないため、振動の状態を検知するセンサが不要となり、安価な構成で最適な制御を実現できる。さらに、開始時電圧ＯＮ時間（Ｔｏｎｉ）および開始時パルス間隔（Ｔｐｉ）が簡単な式（振動強度の１次又は２次関数と、定常電圧ＯＮ時間（Ｔｏｎ）又は定常パルス間隔（Ｔｐ）との積）で算出されるため、トラフの目標振幅への迅速な到達が容易に実現される。

本発明の一実施形態に係る組合せ計量装置の概略縦断面図である。 電磁フィーダの概略側面図である。 制御部の概略ブロック図である。 振動開始時〜定常時のパルス電圧の説明図である。 定常時〜振動終了時のパルス電圧の説明図である。 振動開始時について、ノッチモデル制御の加振力と同等の加振力を得るためのパルス電圧のパターンを決定する方法を説明する説明図である。 振動終了時について、ノッチモデル制御の加振力と同等の加振力を得るためのパルス電圧のパターンを決定する方法を説明する説明図である。

（１）全体構成
本発明の一実施形態に係る組合せ計量装置１を図１に示す。図１に基づき、組合せ計量装置１の全体構成を説明する。

組合せ計量装置１は、１個の分散テーブル２と、１４個の電磁フィーダ３と、１４個のプールホッパ４と、１４個の計量ホッパ５と、１個の集合排出シュート６と、制御部３０とを備えている。

分散部の一例である分散テーブル２は、分散テーブル２の上方にある供給コンベア９０から被計量物である物品を受け、物品を周囲に分散させる。

電磁フィーダ３は、分散テーブル２の周囲に放射状に配置された１４個のトラフ７と、それぞれのトラフ７に設けられた加振器１０とを有する。トラフ７は、それぞれのトラフ７に設けられた加振器１０により振動させられ、分散テーブル２から供給された物品を周縁方向に、つまり分散テーブル２から遠ざかる方向に、振動によりプールホッパ４まで搬送する。電磁フィーダ３については後述する。

プールホッパ４は、各電磁フィーダ３の周縁側下方に１個配置され、トラフ７から供給された物品が一時的に貯留される。プールホッパ４は、その下部に、開閉するゲート４ａを有している。プールホッパ４は、後述する制御部３０の指令によりゲート４ａを開け、プールホッパ４の下方に配置された計量ホッパ５に物品を供給する。

計量ホッパ５は、各プールホッパ４の下方に１個配置される。計量ホッパ５では、プールホッパ４から供給される物品の計量が、図示しない計量器により行われる。計量ホッパ５は、その下部に、開閉するゲート５ａを有している。計量ホッパ５は、制御部３０の指令により、ゲート５ａを開けることにより集合排出シュート６に物品を供給する。

集合排出シュート６は、計量ホッパ５から供給される被計量物を集合させて排出し、その下方に配置される包装機（図示せず）などに供給する。

制御部３０は、電磁フィーダ３の振動制御、計量ホッパ５内の物品の計量結果に基づく組合せ演算、プールホッパ４のゲート４ａおよび計量ホッパ５のゲート５ａの開閉制御などを実行する。電磁フィーダ３の振動制御とは、加振器１０によりトラフ７を振動させ、物品をプールホッパ４に供給する制御である。組合せ演算とは、各計量ホッパ５に保持される物品の量（計測値）を組み合わせた量が、所定の許容範囲になる組合せを選択するための演算である。ゲート４ａおよびゲート５ａの開閉制御は、主に、組合せ演算の結果、組合せに選ばれた計量ホッパ５のゲート５ａを開放して集合排出シュート６に物品を排出させ、空になった計量ホッパ５の直上のプールホッパ４のゲート４ａを開放して計量ホッパ５に物品を供給する制御である。制御部３０による電磁フィーダ３の振動制御については後に詳述する。

（２）詳細構成
（２−１）電磁フィーダ
電磁フィーダ３の概略側面図を図２に示す。電磁フィーダ３は、トラフ７と加振器１０とを有する。加振器１０は、電磁石１１と、可動鉄心１２と、電磁石１１を挟んでトラフ７の物品の搬送方向Ｄの前部側と後部側とに設けられた一対の板バネ１３と、電磁石１１および板バネ１３が固定されるベース部材１５とを有する。両板バネ１３の上部は、トラフ７のブラケット７ａと、ボルト１４により固定されている。

電磁石１１は、図示しないコイルおよび鉄心を有し、組合せ計量装置１の基台８に設置されたベース部材１５の上方に固定される。電磁石１１のコイルに後述するパルス電圧が供給されると、コイルに電流が流れ、電磁石１１は磁化する。

可動鉄心１２は、主に鉄からなる部材であって、トラフ７のブラケット７ａの電磁石１１と対向する位置に取り付けられる。電磁石１１が磁化すると、可動鉄心１２は電磁力により電磁石１１側に吸引される。その結果、搬送方向Ｄの後方側の板バネ１３は電磁石１１に近づくように（図２では左下方に）変形する。搬送方向Ｄの前方側の対となる板バネ１３も、搬送方向Ｄの後方側の板バネ１３と略同方向に変形する。また、板バネ１３とブラケット７ａを介して連結されたトラフ７は、板バネ１３の変形に伴い、両板バネ１３と略同方向に変位する。つまり、トラフ７は、可動鉄心１２を介して、電磁石１１からの吸引力を受ける。

一方、電磁石１１のコイルに電流が流れていた状態から、電磁石１１のコイルに電流が流れない状態になると、可動鉄心１２に電磁力は作用しなくなる。また、コイルに電流が流れている場合でも、コイルを流れる電流が小さくなると、可動鉄心１２に作用する電磁力は小さくなる。このとき変形していた板バネ１３は、板バネ１３の弾性力により元の位置（電磁力が作用する前の位置）に戻る方向に変形する。また、板バネ１３とブラケット７ａを介して連結されたトラフ７も、板バネ１３と略同方向に変位する。

電磁フィーダ３では、電磁力が適切に制御されることで、トラフ７の振動制御が行われる。より具体的には、後述する制御部３０の供給指示部３２の指示に基づき、電圧供給部３１から電磁石１１のコイルにパルス電圧が印加され、電磁力の大きさや電磁力が作用するタイミングが制御される。その結果、トラフ７の振動制御が行われる。

（２−２）制御部
制御部３０は、主としてＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭから構成されている。制御部３０は、ＲＯＭやＲＡＭなどに記憶されているプログラムを読み出して各種制御を実行する。制御部３０は、図３のように、入出力部２０と、電圧供給部３１と、供給指示部３２と、供給演算部３３と、強度変更部３４として機能する。

なお、制御部３０では、各計量ホッパ５の被計量物の重量値を組み合わせ、所定の許容範囲になるように組合せ計算を行い、組合せ計算の結果に従って選択された計量ホッパ５のゲート５ａ開ける制御も行われるが、ここでは詳細の説明を省略する。

（２−２−１）入出力部
入出力部２０は、ユーザからの各種情報および各種指令が入力され、組合せ計量装置の計量状態等を出力するタッチパネルである。

入出力部２０には、入力情報の１つとして、後述する振動強度Ａがユーザにより入力される。なお、入出力部２０には、振動強度Ａに代えて、後述する、定常パルス電圧Ｖｓによって電磁石１１のコイルに流れる最大電流Ｉｍａｘや、定常パルス電圧ＯＮ時間Ｔｏｎが入力されてもよい。

（２−２−２）電圧供給部
電圧供給部３１は、後述する供給指示部３２からの指示に基づいて、電磁石１１のコイルに一定電圧のパルス電圧を印加する。その結果、電磁石１１のコイルには電流が流れ、電磁石１１が磁化し、電磁力が発生する。

（２−２−３）供給指示部
供給指示部３２は、電圧供給部３１に、第１〜第３期間について、それぞれ第１〜第３パターンに基づいて、振動強度Ａに応じた、パルス電圧の電圧ＯＮ時間（パルス電圧が印加される時間）およびパルス間隔（パルス電圧が印加される間隔）を指示する。

まず、第１〜第３期間について説明する。

都合上、第２期間から説明する。第２期間は、トラフ７の振動開始期間である。具体的には、第２期間は、図４のように振動開始時の最初のパルス電圧の印加開始から、４回目のパルス電圧の印加開始前までの期間である。なお、振動開始時から３回目までのパルス電圧を、開始時パルス電圧Ｖｉと呼ぶ。

次に、第１期間は、同一の電圧ＯＮ時間およびパルス間隔でパルス電圧が印加され、トラフ７が定常状態で振動する期間である。第１期間のパルス電圧を定常パルス電圧Ｖｓと呼ぶ。第１期間は、具体的には、図４および図５のように、振動開始後４回目のパルス電圧の印加開始時点（初めの定常パルス電圧Ｖｓ印加時点）から、最後の定常パルス電圧Ｖｓ印加終了時点までの期間である。

第３期間は、トラフ７の振動終了期間である。第３期間に印加されるパルス電圧を、終了時パルス電圧Ｖｆと呼ぶ。終了時パルス電圧Ｖｆは、振動終了前の最後の３回のパルス電圧である。第３期間は、第２期間終了後、最後の終了時パルス電圧Ｖｆの印加終了までの期間である。

次に、第１〜第３パターンについて説明する。

第１パターンは、第１期間の定常パルス電圧Ｖｓについての指示パターンである。第１パターンは、供給指示部３２が、電圧供給部３１に、振動強度Ａに応じた、定常電圧ＯＮ時間Ｔｏｎおよび定常パルス間隔Ｔｐを指示するものである。

定常電圧ＯＮ時間Ｔｏｎと振動強度Ａの間には、数式１の関係がある。なお、数式１中のＥは定数である。

［数１］Ａ＝Ｅ×Ｔｏｎ²

数式１より、振動強度Ａに応じた定常電圧ＯＮ時間Ｔｏｎを算出できる。

なお、電磁石１１に定格電流が流れる場合の定常電圧ＯＮ時間Ｔｏｎｒａｔｅｄと、振動強度Ａの最大値Ａｍａｘとの間には、数式２の関係がある。

［数２］Ａｍａｘ＝Ｅ×Ｔｏｎｒａｔｅｄ²

振動強度Ａの最大値Ａｍａｘは自由に設定される値で、本実施形態では９９としている。Ｔｏｎｒａｔｅｄは実験で算出できる値である。したがって、数式２より定数Ｅは算出可能である。

定常パルス間隔Ｔｐは数式３により算出される。

［数３］Ｔｐ＝１／ｆ

ここでｆは加振周波数であり、電磁石１１に定格電流が流れる場合に、トラフが定格振幅になるように実験で求められる値である。

第２パターンは、第２期間の開始時パルス電圧Ｖｉについての指示パターンである。第２パターンは、供給指示部３２が、電圧供給部３１に、開始時電圧ＯＮ時間Ｔｏｎｉ_N（Ｎ＝１〜３）および開始時パルス間隔Ｔｐｉ_N（Ｎ＝１〜３）を指示するものである。

第３パターンは、第３期間の終了時パルス電圧Ｖｆについての指示パターンである。第３パターンは、供給指示部３２が、電圧供給部３１に、終了時電圧ＯＮ時間Ｔｏｎｆ_N（Ｎ＝１〜３）および終了時パルス間隔Ｔｐｆ_N（Ｎ＝１〜３）を指示するものである。

開始時電圧ＯＮ時間Ｔｏｎｉ_N、開始時パルス間隔Ｔｐｉ_N、終了時電圧ＯＮ時間Ｔｏｎｆ_N、および終了時パルス間隔Ｔｐｆ_Nの算出は供給演算部３３で実行される。

なお、開始時パルス電圧Ｖｉおよび終了時パルス電圧Ｖｆについては、何回目の開始時パルス電圧Ｖｉか、又は、何回目の終了時パルス電圧Ｖｆかによって、電圧ＯＮ時間とパルス間隔とが変わるため、何回目のパルス電圧かを表す１〜３の添字をつけて表す（上記においては数字の代わりにＮで添字を表現している）。

（２−２−４）供給演算部
供給演算部３３は、開始時パルス電圧Ｖｉおよび終了時パルス電圧Ｖｆについて、電圧ＯＮ時間およびパルス間隔を演算する。供給演算部３３は、後述する強度変更部３４から、振動強度Ａを変更する命令があった時に演算を行う。

開始時パルス電圧Ｖｉの、開始時電圧ＯＮ時間Ｔｏｎｉ_Nおよび開始時パルス間隔Ｔｐｉ_Nは、以下の式で演算される。

［数４］Ｔｏｎｉ_N＝Ｒｏｎｉ_N×Ｔｏｎ（Ｎ＝１〜３）

［数５］Ｔｐｉ_N＝Ｒｐｉ_N×Ｔｐ（Ｎ＝１〜３）

ＴｏｎおよびＴｐは、振動強度Ａに対する、定常電圧ＯＮ時間Ｔｏｎおよび定常パルス間隔Ｔｐである。Ｒｏｎｉ_NおよびＲｐｉ_Nは、第１乗数および第２乗数であり、以下の式で表される。

［数６］Ｒｏｎｉ_N＝αｏｎｉ_N×Ａ²＋βｏｎｉ_N×Ａ＋γｏｎｉ_N（Ｎ＝１〜３）

［数７］Ｒｐｉ_N＝αｐｉ_N×Ａ²＋βｐｉ_N×Ａ＋γｐｉ_N（Ｎ＝１〜３）

ここで、αｏｎｉ_N、βｏｎｉ_N、γｏｎｉ_N，αｐｉ_N、βｐｉ_N、およびγｐi_Nは後述するようにして求められた係数である。Ａは振動強度Ａを表す。

以上のように、第１乗数Ｒｏｎｉ_Nおよび第２乗数Ｒｐｉ_Nは、振動強度Ａの２次関数で表現される。なお、第１乗数Ｒｏｎｉ_Nおよび第２乗数Ｒｐｉ_Nにおいて、定数αｏｎｉ_Nおよびαｐｉ_Nは０であってもよい。すなわち、第１乗数Ｒｏｎｉ_Nおよび第２乗数Ｒｐｉ_Nは振動強度Ａの１次関数で表現されてもよい。

なお、第２期間に定常パルス電圧Ｖｓを作用させることで電磁石１１のコイルに流れる電流の最大値を最大電流Ｉｍａｘとすると、最大電流Ｉｍａｘと定常電圧ＯＮ時間Ｔｏｎとの間にはおおよそ数式８の関係がある。数式１および数式８から、振動強度Ａは数式９のようにも記載できる。なお、数式８中のＧ、数式９中のＨは定数である。

［数８］Ｉｍａｘ＝Ｇ×Ｔｏｎ

［数９］Ａ＝Ｈ×Ｉｍａｘ²

つまり、振動強度Ａは、最大電流Ｉｍａｘの２次又は１次の関数で表現することもできる。

次に、終了時パルス電圧Ｖｆの、終了時電圧ＯＮ時間Ｔｏｎｆ_Nおよび終了時パルス間隔Ｔｐｆ_Nは、以下の式で演算される。

なお、終了時パルス間隔Ｔｐｆ_Nは、開始時パルス間隔Ｔｐｉ_Nおよび定常時パルス間隔Ｔｐとは異なり、図５のように、Ｎ回目の終了時パルス電圧Ｖｆの１回前のパルス電圧（定常パルス電圧Ｖｓ又はＮ−１回目の終了時パルス電圧Ｖｆ）の印加開始時点から、Ｎ回目の終了時パルス電圧Ｖｆの印加開始時点までの時間を示す。

［数１０］Ｔｏｎｆ_N＝Ｒｏｎｆ_N×Ｔｏｎ（Ｎ＝１〜３）

［数１１］Ｔｐｆ_N＝Ｒｐｆ_N×Ｔｐ（Ｎ＝１〜３）

ここで、Ｒｏｎｆ_NおよびＲｐｆ_Nは、第３乗数および第４乗数であり、以下の式で表される。

［数１２］Ｒｏｎｆ_N＝αｏｎｆ_N×Ａ²＋βｏｎｆ_N×Ａ＋γｏｎｆ_N（Ｎ＝１〜３）

［数１３］Ｒｐｆ_N＝αｐｆ_N×Ａ²＋βｐｆ_N×Ａ＋γｐｆ_N（Ｎ＝１〜３）

ここで、αｏｎｆ_N，βｏｎｆ_N，γｏｎｆ_N，αｐｆ_N，βｐｆ_N，およびγｐｆ_Nは後述するようにして求められた係数である。

以上のように、第３乗数Ｒｏｎｆ_Nおよび第４乗数Ｒｐｆ_Nは振動強度Ａの２次関数で表現される。なお、第３乗数Ｒｏｎｆ_Nおよび第４乗数Ｒｐｆ_Nにおいて、定数αｏｎｆ_Nおよびαｐｆ_Nは０であってもよい。すなわち、第３乗数Ｒｏｎｆ_Nおよび第４乗数Ｒｐｆ_Nは振動強度Ａの１次関数で表現されてもよい。

（２−２−５）強度変更部
強度変更部３４は、入出力部２０に振動強度Ａの入力があると、供給演算部３３に対し振動強度Ａの変更を命令する。また、入出力部２０が、振動強度Ａに代えて、最大電流Ｉｍａｘや、定常パルス電圧ＯＮ時間Ｔｏｎの入力を受けた場合には、強度変更部３４は、それらの値に基づいて振動強度Ａを算出し、供給演算部３３に対し算出された振動強度Ａへの変更を命令する。

（３）第１〜第４乗数中の係数の算出について
以下に、第１〜第４乗数Ｒｏｎｉ_N，Ｒｐｉ_N,Ｒｏｎｆ_N，Ｒｐｆ_Nの、係数αｏｎｉ_N、βｏｎｉ_N、γｏｎｉ_N，αｐｉ_N、βｐｉ_N、γｐｉ_N、αｏｎｆ_N，βｏｎｆ_N，γｏｎｆ_N，αｐｆ_N，βｐｆ_N，およびγｐｆ_Nの算出について、基本条件の導出と、正弦波加振条件において最適な制御を実現するための開ループ制御系の導出と、導出された開ループ制御系を用いて算出された加振力を実現するためのパルス電圧のパターンの算出と、を含めて説明する。なお、第１〜第４乗数Ｒｏｎｉ_N，Ｒｐｉ_N,Ｒｏｎｆ_N，Ｒｐｆ_Nの係数の算出は、実運転開始前、例えば組合せ計量装置１の導入時等に予め実行されるものである。

（３−１）基本条件の導出
まず、基本条件として、電磁フィーダ３により決まる定数、具体的には、振幅強度Ａに対するトラフ７の定常片振幅Ｂ、固有周波数ｆｏｏ、減衰比ζ等を実験によって導出する。これらの定数は、振幅強度Ａをパラメータとした振動実験、インパルス加振を加えた時の振動実験などから導出できる。

（３−２）正弦波加振条件で最適な制御を実現するための開ループ制御系の導出
次に、正弦波加振条件において、センサを用いることなく最適な振動制御を実現させるための開ループ制御系を導出する。具体的には、特許文献３に記載のように、ノッチモデル制御を用いることで、最適制御を実現するための加振力が算出できることが分かっているため、(３−１)で導出した定数を用いた数値シミュレーションを、振動強度Ａを変えて複数回実施し、適切な全体ゲインＫおよびフィードバックゲインＫｖを導出する。なお、ノッチモデル制御は、特許文献３のように、ラプラス領域下で数式１４により表され、ここで導出される全体ゲインＫおよびフィードバックゲインＫｖは、数式１４中のＫ，Ｋｖである。

［数１４］Ｘ＝１／（ｍｓ²＋ｃｓ＋ｋ）×Ｋ×（ｍｓ²＋ｃｓ＋ｋ）／（ｍｓ²＋（ｃ＋Ｋｖ）ｓ＋ｋ）

（３−３）パルス電圧パターンの算出
全体ゲインＫおよびフィードバックゲインＫｖを用いることで、振動強度Ａ別にトラフ７に対する加振力が算出される。ただし、実際の組合せ計量装置１では、正弦波加振条件ではなく、パルス電圧加振により振動制御が行われるため、ノッチモデル制御により求められた加振力と同等の加振力を実現できるパルス電圧の電圧ＯＮ時間とパルス間隔とを求める必要がある。

まず、振動開始時の開始時パルス電圧Ｖｉの電圧ＯＮ時間とパルス間隔とを算出する方法を、図６に基づき説明する。

パルス電圧を電磁石１１のコイルに印加することで発生する加振力Ｆは、パルス電圧の印加時間Ｔが十分小さい場合には、電磁コイルの理論と、パルスに流れる電流と電圧Ｖのパルス電圧との関係式に基づき、数式１５のように表せる。

［数１５］Ｆ＝（μＡＶ²Ｎ²）／（２×（２ｇａｐ）²）Ｌ²×Ｔ²

μは透磁率である。Ａは磁界断面積、Ｖはパルス電圧により印加される電圧、Ｎはコイル巻数、ｇａｐはコイルと鉄心との空隙距離、Ｌは自己インダクタンスである。

ノッチモデル制御により求められた加振力と同等の加振力をパルス電圧加振により実現する条件の１つは、ノッチモデル制御により算出される加振力による１サイクルあたりの力積と、対応するパルス電圧を印加したときの加振力Ｆによる力積と、を等しくすることである。

パルス電圧加振時の加振力Ｆの経時変化を表す波形は、パルス電圧の印加時間Ｔが短い場合には、図６のように、略二等辺三角形とみなせるので、パルス電圧加振の加振力Ｆによる力積Ｆ_Tは数式１６のように表される。

Ｊは２／３×（μＡＶ²Ｎ²）／（２×（２ｇａｐ）²）Ｌ²で表される定数である。

したがって、ノッチモデル制御により求められた加振力から算出される振動開始時から３サイクル目までの力積をＦ_iNT（Ｎ＝１〜３）とし、振動開始時から４サイクル目以降の定常時の加振力の力積をＦ_sTとすれば、Ｆ_iNTおよびＦ_sTと、開始時電圧ＯＮ時間Ｔｏｎｉ_Nおよび定常電圧ＯＮ時間Ｔｏｎとの間に数式１７および１８の関係が成り立つ。なお、Ｆ_iNTおよびＦ_sTは、数値シミュレーションにより容易に算出できる値である。

［数１７］Ｆ_iNT＝Ｊ×Ｔｏｎｉ_N ³（Ｎ＝１〜３）

［数１８］Ｆ_sT＝Ｊ×Ｔｏｎ³

この式から、次式が求められる。

［数１９］Ｔｏｎｉ_N＝（Ｆ_iNT／Ｆ_sT）^1/3×Ｔｏｎ（Ｎ＝１〜３）

次に、開始時パルス電圧Ｖｉの印加タイミングの決定方法について説明する。

ノッチモデル制御により求められた加振力は、反発力（図６の横軸より下方の部分）を含むが、実際の電磁フィーダ３では、電磁力による吸引力しか作用させることができない。そこで、開始時パルス電圧Ｖｉの印加は、ノッチモデル制御により求められた加振力が吸引力をおよぼしているタイミングにあわせるのが合理的である。特に、本実施形態では、ノッチモデル制御により求められた加振力の吸引力が最大となるタイミングと、パルス電圧加振の吸引力Ｆが最大になるタイミングをあわせる。これにより、開始時パルス電圧Ｖｉを印加するタイミングが決定される。さらに算出された開始時電圧ＯＮ時間Ｔｏｎｉ_Nおよび定常電圧ＯＮ時間Ｔｏｎを用いることで、開始時パルス間隔Ｔｐｉ_Nが算出できる。

次に、振動終了時の終了時パルス電圧Ｖｆの電圧ＯＮ時間とパルス間隔とを算出する方法を、図７に基づき説明する。

まず、終了時パルス電圧Ｖｆの印加タイミングの決定方法から説明する。

振動終了時の終了時パルス電圧Ｖｆは、振動開始時の開始時パルス電圧Ｖｉと同様に、ノッチモデル制御により求められた加振力が吸引力をおよぼしているタイミング、特にはノッチモデル制御により求められた加振力の吸引力が最大となるタイミングと、パルス電圧加振の吸引力が最大になるタイミングとをあわせる。さらに、後述するようにして算出された終了時電圧ＯＮ時間Ｔｏｎｆ_Nと、定常電圧ＯＮ時間Ｔｏｎとを用いることで、終了時パルス間隔ｐｆ_Nが算出可能である。なお、図７のように、ノッチモデル制御により求められる加振力は、反発力が最大のタイミング、つまり約１／４周期ずれた状態で、振動終了のための加振力を作用させていることが分かる。

次に、終了時パルス電圧Ｖｆの終了時電圧ＯＮ時間Ｔｏｎｆ_Nの算出方法について説明する。基本的には、開始時パルス電圧Ｖｉの開始時電圧ＯＮ時間Ｔｏｎｉ_Nの算出方法と同様で、ノッチモデル制御により求められた加振力による振動終了時の最後から３サイクルの加振力の力積をそれぞれＦ_fNT（Ｎ＝１〜３）とすれば、次式で表される。

［数２０］Ｔｏｎｆ_N＝（Ｆ_fNT／Ｆ_sT）^1/3×Ｔｏｎ（Ｎ＝１〜３）

ただし、図７のように（仮想の）反発力が最大のタイミングから振動終了時の加振力が作用し始めていると考えられることから、反発力が最大のタイミングから１サイクルが始まるとして（定常状態の時と約１／４周期がずれていると考えて）ノッチモデル制御により求められた加振力による力積を計算する。

（３−４）第１〜第４乗数中の係数の算出
ある振動強度Ａ（＝Ｅ×Ｔｏｎ²）について、すなわち、ある定常電圧ＯＮ時間Ｔｏｎについて実行された（３−３）の算出を、振動強度Ａをパラメータとして複数回実行することで、開始時電圧ＯＮ時間Ｔｏｎｉ_Nおよび終了時電圧ＯＮ時間Ｔｏｎｆ_Nの、定常電圧ＯＮ時間Ｔｏｎに対する倍率が、電圧パルスの印加回数（Ｎ）別、振動強度Ａ別に求められる。また、開始時パルス間隔Ｔｐｉ_Nおよび終了時パルス間隔Ｔｐｆ_Nの、定常時パルス間隔Ｔｐに対する倍率が、電圧パルスの印加回数（Ｎ）別、振動強度Ａ別に求められる。本実施形態では、振動強度Ａを１０段階に変化させて上記の倍率を求めているが、これに限定されるものではない。

そして、上記の倍率を、電圧パルスの印加回数（Ｎ）別に、振動強度Ａに対して最小２乗法を用いて近似すれば、振動強度Ａの２次関数、多くの場合振動強度Ａの１次関数で表現できる。この式で表されるのが、第１〜第４乗数Ｒｏｎｉ_N，Ｒｐｉ_N,Ｒｏｎｆ_N，Ｒｐｆ_Nである。つまり、係数αｏｎｉ_N、βｏｎｉ_N、γｏｎｉ_N，αｐｉ_N、βｐｉ_N、γｐｉ_N、αｏｎｆ_N，βｏｎｆ_N，γｏｎｆ_N，αｐｆ_N，βｐｆ_N，およびγｐｆ_Nが算出される。

（４）組合せ計量装置の特徴
（４−１）
本発明に係る組合せ計量装置１は、分散部としての分散テーブル２と、電磁フィーダ３と、制御部３０とを備える。分散テーブル２は、物品の供給を受けて分散させる。電磁フィーダ３は、分散テーブル２から物品を受け、振動動作により分散テーブル２から遠ざかる方向に物品を搬送する。制御部３０は、設定された振動強度Ａに応じ、振動動作を制御する。電磁フィーダ３は、物品を搬送するトラフ７と、トラフ７に吸引力を作用させる電磁石１１と、を有する。制御部３０は、電圧供給部３１と、供給指示部３２と、供給演算部３３と、を有する。電圧供給部３１は、電磁石１１に複数回のパルス電圧を印加し、吸引力を間欠的に発生させることで、トラフ７に振動動作をさせる。供給指示部３２は、電圧供給部３１に、パルス電圧の電圧ＯＮ時間およびパルス間隔を第１パターンおよび第２パターンにより指示する。第１パターンは、振動動作が定常状態にある場合に、振動強度Ａに応じた、定常電圧ＯＮ時間Ｔｏｎおよび定常パルス間隔Ｔｐを指示するものである。第２パターンは、振動動作の開始時における複数回のパルス電圧Ｖｉに関して開始時電圧ＯＮ時間Ｔｏｎｉ_N（Ｎ＝１〜３）および開始時パルス間隔Ｔｐｉ_N（Ｎ＝１〜３）を指示するものである。供給演算部３３は、振動強度Ａに応じた開始時電圧ＯＮ時間Ｔｏｎｉ_Nおよび開始時パルス間隔Ｔｐｉ_Nを、第１乗数Ｒｏｎｉ_Nおよび第２乗数Ｒｐｉ_Nを用いて、［数４］Ｔｏｎｉ_N＝Ｒｏｎｉ_N×Ｔｏｎ（Ｎ＝１〜３）、［数５］Ｔｐｉ_N＝Ｒｐｉ_N×Ｔｐ（Ｎ＝１〜３）により算出する。振動強度Ａは、定常電圧ＯＮ時間Ｔｏｎの２乗に比例する。第１乗数Ｒｏｎｉおよび第２乗数Ｒｐｉは、振動強度Ａの１次関数または２次関数で表される。

これにより、フィードバック制御を行うことなく、振動開始時に電磁フィーダ３を迅速に目標振幅に到達させるための開始時パルス電圧Ｖｉのパターン（開始時電圧ＯＮ時間Ｔｏｎｉ_Nおよび開始時パルス間隔Ｔｐｉ_N）を決定できる。フィードバック制御を用いないため、振動の状態を検知するセンサが不要となり、安価な構成で最適な制御を実現できる。

さらに、開始時電圧ＯＮ時間Ｔｏｎｉ_Nおよび開始時パルス間隔Ｔｐｉ_Nが簡単な式（振動強度Ａの１次又は２次関数と、定常電圧ＯＮ時間Ｔｏｎ又は定常パルス間隔Ｔｐとの積）で算出されるため、トラフ７の目標振幅への迅速な到達が容易に実現される。

（４−２）
また、供給演算部３３において、開始時電圧ＯＮ時間Ｔｏｎｉ_Nの算出に用いられる第１乗数Ｒｏｎｉ_N、および、開始時パルス間隔Ｔｐｉ_Nの算出に用いられる第２乗数Ｒｐｉ_Nは、振動動作の開始からのパルス電圧の供給回数（Ｎ）に応じて変化する。

これにより、振動開始時のパルス電圧が、パルス電圧毎に最適な開始時電圧ＯＮ時間Ｔｏｎｉ_Nおよび開始時パルス間隔Ｔｐｉ_Nで印加されるので、トラフ７の振幅をより迅速に目標振幅に到達させることができる。

（４−３）
さらに、本発明に係る組合せ計量装置１では、供給指示部３２は、電圧供給部３１に、パルス電圧の電圧ＯＮ時間およびパルス間隔をさらに第３パターンに基づいて指示する。第３パターンは、振動動作の終了時におけるパルス電圧に関して終了時電圧ＯＮ時間Ｔｏｎｆ_N（Ｎ＝１〜３）および終了時パルス間隔Ｔｐｆ_N（Ｎ＝１〜３）を指示するものである。供給演算部３３は、振動強度Ａに応じて、終了時電圧ＯＮ時間Ｔｏｎｆ_Nおよび終了時パルス間隔Ｔｐｆ_Nを、第３乗数Ｒｏｎｆ_Nおよび第４乗数Ｒｐｆ_Nを用いて、［数１０］Ｔｏｎｆ_N＝Ｒｏｎｆ_N×Ｔｏｎ（Ｎ＝１〜３）、［数１１］Ｔｐｆ_N＝Ｒｐｆ_N×Ｔｐ（Ｎ＝１〜３）により算出する。第３乗数Ｒｏｎｆおよび第４乗数Ｒｐｆは、振動強度Ａの１次関数又は２次関数で表される。

ここでは、振動終了時についても、振動開始時と同様の方法で終了時電圧ＯＮ時間Ｔｏｎｆ_Nおよび終了時パルス間隔Ｔｐｆ_Nが算出される。これにより、フィードバック制御を行うことなく、振動動作を迅速に終了させる制御が可能になる。

また、第３乗数Ｒｏｎｆ_Nおよび第４乗数Ｒｐｆ_Nは、振動動作の開始からのパルス電圧の供給回数に応じて変化するので、トラフ７の振幅をより迅速に目標振幅に到達させることができる。

（４−４）
本発明に係る組合せ計量装置１では、制御部３０は、振動強度Ａを変更する強度変更部３４を更に備える。供給演算部３３は、強度変更部３４による振動強度Ａの変更時に再演算を実行する。

ここでは、振動強度Ａが変更される場合に、最適な電圧ＯＮ時間およびパルス間隔が簡単な数式に基づいて再演算されるため、振動強度が変更されても直ちにその条件に合わせた運転が可能になる。

＜変形例＞
（Ａ）
上記の実施形態に係る組合せ計量装置１は、開始時パルス電圧Ｖｉおよび終了時パルス電圧Ｖｆとして３回のパルス電圧を印加するものであるが、これに限定されるものではない。

ただし、迅速かつ精度良く振動開始時の制御を実行するためには、開始時パルス電圧Ｖｉは、２回以上のパルス電圧からなることが望ましい。また、迅速に振動が定常状態に達することが望ましいことから、開始時パルス電圧Ｖｉの回数は少ない方が望ましい。

終了時パルス電圧Ｖｆについては、迅速に振動を終了させることが望ましいので、回数は少ない方が望ましい。

（Ｂ）
上記の実施形態に係る組合せ計量装置１では、供給演算部３３は開始時パルス電圧Ｖｉおよび終了時パルス電圧Ｖｆの両方について電圧ＯＮ時間およびパルス間隔を演算するが、これに限定されるものではない。例えば、開始時パルス電圧Ｖｉのみが供給演算部３３により演算され、終了時パルス電圧Ｖｆの電圧ＯＮ時間およびパルス間隔は、予め定められた固定値とするものであっても構わない。

ただし、精度のよい振動制御を行うためには、振動強度Ａに応じて、開始時パルス電圧Ｖｉおよび終了時パルス電圧Ｖｆの両方について、電圧ＯＮ時間およびパルス間隔を演算することが望ましい。

（Ｃ）
上記の実施形態に係る組合せ計量装置１では、供給演算部３３は開始時パルス電圧Ｖｉおよび終了時パルス電圧Ｖｆの電圧ＯＮ時間およびパルス間隔を、それぞれのパルス電圧の供給回数別に（何回目のパルス電圧であるかに応じ）演算しているが、これに限定されるものではない。

例えば、１回目と２回目は電圧ＯＮ時間および／又はパルス間隔を演算により求めるが、３回目の電圧ＯＮ時間および／又はパルス間隔は固定値とするというような方法が用いられてもよい。

ただし、精度のよい振動制御を行うためには、パルス電圧の供給回数別に、開始時パルス電圧Ｖｉおよび終了時パルス電圧Ｖｆの電圧ＯＮ時間およびパルス間隔を演算することが望ましい。

１ 組合せ計量装置
２ 分散テーブル（分散部）
３ 電磁フィーダ
７ トラフ
１１ 電磁石
３０ 制御部
３１ 電圧供給部
３２ 供給支持部
３３ 供給演算部
３４ 強度変更部
Ｔｏｎ 定常電圧ＯＮ時間
Ｔｐ 定常パルス間隔
Ｔｏｎｉ_N（Ｎ＝１〜３） 開始時電圧ＯＮ時間
Ｔｐｉ_N（Ｎ＝１〜３） 開始時パルス間隔
Ｔｏｎｆ_N（Ｎ＝１〜３） 終了時電圧ＯＮ時間
Ｔｐｆ_N（Ｎ＝１〜３） 終了時パルス間隔

特開平９−２３５０１６号公報 特開平１０−３５８５０号公報 特開２００７−２４６２３６号公報 特開２００２−６８４５４号公報

Claims (4)

1. 物品の供給を受けて分散させる分散部と、
   前記分散部から前記物品を受け、振動動作により前記分散部から遠ざかる方向に前記物品を搬送する電磁フィーダと、
   設定された振動強度に応じ、前記振動動作を制御する制御部と、
   を備えた組合せ計量装置であって、
   前記電磁フィーダは、前記物品を搬送するトラフと、前記トラフに吸引力を作用させる電磁石と、を有し、
   前記制御部は、電圧供給部と、供給指示部と、供給演算部と、を有し、
   前記電圧供給部は、前記電磁石に複数回のパルス電圧を印加し、前記吸引力を間欠的に発生させることで、前記トラフに前記振動動作をさせ、
   前記供給指示部は、前記電圧供給部に、前記パルス電圧の電圧ＯＮ時間およびパルス間隔を少なくとも第１パターンおよび第２パターンに基づいて指示し、
   前記第１パターンは、前記振動動作が定常状態にある場合に、前記振動強度に応じた、定常電圧ＯＮ時間（Ｔｏｎ）および定常パルス間隔（Ｔｐ）を指示するものであって、
   前記第２パターンは、前記振動動作の開始時における複数回の前記パルス電圧に関して開始時電圧ＯＮ時間（Ｔｏｎｉ）および開始時パルス間隔（Ｔｐｉ）を指示するものであって、
   前記供給演算部は、前記振動強度に応じて、前記開始時電圧ＯＮ時間（Ｔｏｎｉ）および前記開始時パルス間隔（Ｔｐｉ）を、
   式１：前記開始時電圧ＯＮ時間（Ｔｏｎｉ）＝第１乗数（Ｒｏｎｉ）×前記定常電圧ＯＮ時間（Ｔｏｎ）
   式２：前記開始時パルス間隔（Ｔｐｉ）＝第２乗数（Ｒｐｉ）×前記定常パルス間隔（Ｔｐ）
   により算出し、
   前記振動強度は、前記定常電圧ＯＮ時間（Ｔｏｎ）の２乗に比例し、
   前記第１乗数（Ｒｏｎｉ）および前記第２乗数（Ｒｐｉ）は、前記振動強度の１次関数または２次関数で表される、
   組合せ計量装置。
2. 前記供給演算部において、前記開始時電圧ＯＮ時間（Ｔｏｎｉ）の算出に用いられる前記第１乗数（Ｒｏｎｉ）、および／又は、前記開始時パルス間隔（Ｔｐｉ）の算出に用いられる前記第２乗数（Ｒｐｉ）は、前記振動動作の前記開始からの前記パルス電圧の供給回数に応じて変化する、
   請求項１に記載の組合せ計量装置。
3. 前記供給指示部は、前記電圧供給部に、前記パルス電圧の電圧ＯＮ時間およびパルス間隔をさらに第３パターンに基づいて指示し、
   前記第３パターンは、前記振動動作の終了時における前記パルス電圧に関して終了時電圧ＯＮ時間（Ｔｏｎｆ）および終了時パルス間隔（Ｔｐｆ）を指示するものであって、
   前記供給演算部は、前記振動強度に応じて、前記終了時電圧ＯＮ時間（Ｔｏｎｆ）および前記終了時パルス間隔（Ｔｐｆ）を、
   式３：前記終了時電圧ＯＮ時間（Ｔｏｎｆ）＝第３乗数（Ｒｏｎｆ）×前記定常電圧ＯＮ時間（Ｔｏｎ）
   式４：前記終了時パルス間隔（Ｔｐｆ）＝第４乗数（Ｒｐｆ）×前記定常パルス間隔（Ｔｐ）
   により算出し、
   前記第３乗数（Ｒｏｎｆ）および前記第４乗数（Ｒｐｆ）は、前記振動強度の１次関数又は２次関数で表される、
   請求項１又は２に記載の組合せ計量装置。
4. 前記制御部は、前記振動強度を変更する強度変更部を更に有し、
   前記供給演算部は、前記強度変更部による前記振動強度の変更時に再演算を実行する、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の組合せ計量装置。

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