JP2014153234A

JP2014153234A - 計量装置

Info

Publication number: JP2014153234A
Application number: JP2013023974A
Authority: JP
Inventors: Yukihisa Ito; 幸久伊藤; Tatsuya Shimizu; 達也清水
Original assignee: A&D Co Ltd
Current assignee: A&D Holon Holdings Co Ltd
Priority date: 2013-02-12
Filing date: 2013-02-12
Publication date: 2014-08-25
Anticipated expiration: 2033-02-12
Also published as: JP6150379B2

Abstract

【課題】搬送速度や被計量物の変更にも対応でき、且つ、計量しながら異常状態を判定することのできる計量装置を提供する。
【解決手段】本発明の計量装置は、ベルトコンベア２２をモータ２６で駆動することによって被搬送物を搬送する搬送ユニット２０と、搬送ユニット２０を計量して計量信号を出力する計量ユニット３０と、計量信号から被搬送物１２の計量値を演算する計量値演算部４２と、予め設定された倍率を記憶するメモリ４２と、モータ２６の回転数信号と計量信号が入力されることによって、回転数信号から求まる基本周波数に倍率を乗算した特定周波数を求め、特定周波数の振幅を演算し、演算した振幅によって異常状態の発生を判定する異常判定部４４と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は計量装置に係り、特にウェイトチェッカーのように異常振動の原因を複数有する計量装置に関する。

製品の良否を判定する装置としてウェイトチェッカーが知られている。ウェイトチェッカーは、製品を搬送するコンベア等の搬送ユニットと、その搬送ユニットに接続されたロードセル等の計量ユニットを備えており、搬送ユニットで製品を搬送しながら計量ユニットで計量を行うように構成される。

このようなウェイトチェッカーでは、搬送ユニットの構成部品が損傷したり、搬送ユニットに異物が付着したりすると、計量信号が大きく揺れてしまい、計量精度が大きく低下する。しかし、ウェイトチェッカーは、計量信号がもともと振動しているため、異常発生を判定しにくいという問題がある。また、異常発生を判定できても、搬送ユニットのベルト、ローラ、ギア、モータなどの様々な振動発生源が存在しているために原因を特定できず、対策が採れないという問題がある。

そこで、特許文献１は、まず出荷前に空運転を行い、出力信号を周波数分析し、それを正常時のデータとして記憶する。そして、計量測定時に出力信号の振動波形を周波数分析し、それを正常時のものと比較する。その際、ピーク周波数ごとに比較を行い、ピーク値の差異が大きい場合に異常が発生していると判定し、さらに、そのピーク周波数に応じて異常発生源を特定する。

特許４１０１３８１号

しかしながら、特許文献１は、搬送速度を変更したり、重量の異なる被計量物に変更したりした際に、異常の発生を判定できないという問題があった。たとえば搬送速度を変更すると、ピークが現れる周波数も変化するため、正常時のデータと比較できなくなり、異常の発生を判定できなくなる。同様に、重量の異なる被計量物に変更した場合には、コンベアにかかる負荷が変化し、実際の搬送速度が増減するため、異常の発生を判定できなくなる。

また特許文献１は、計量しながらリアルタイムで異常発生源の判定を行うことができないという問題もある。すなわち、特許文献１は、周波数分析した結果同士を比較する構成であるが、周波数分析は周知のように膨大なデータに対して演算処理を行うため、多大な演算処理時間を必要とする。このため、特許文献１は、計量しながらリアルタイムで異常発生源の判定を行うことが困難であり、無理に実施しようとすると搬送速度を低下する必要が生じたり、製品を一つずつ時間間隔をあけて搬送・計量する必要が生じる。特に特許文献１は、空運転時の出力信号を正常値としているため、正確な比較を行うためには計量時にも空運転しなければならず、製品ごとの時間間隔が必要となる。しかし、近年では製品を毎分数十ｍもの高速で連続して搬送することが求められており、特許文献１では、このような要望に対応することができない。

本発明はこのような事情に鑑みて成されたものであり、搬送速度や被計量物の変更にも対応でき、且つ、計量しながら異常状態を判定することのできる計量装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は前記目的を達成するために、モータで駆動することによって被搬送物を搬送する搬送ユニットと、前記搬送ユニットを計量して計量信号を出力する計量ユニットと、前記計量信号から前記被搬送物の計量値を演算する制御ユニットと、を備えた計量装置において、前記制御ユニットは、予め倍率が記憶されるとともに、前記モータの回転数信号と前記計量信号が入力されることによって、前記回転数信号から求まる基本周波数に前記倍率を乗算した特定周波数を求め、該特定周波数の振幅を演算し、該演算した振幅によって異常状態の発生を判定することを特徴とする計量装置を提供する。

本発明の発明者は、ウェイトチェッカーで発生する振動は、モータの回転数を基本周波数とした際、装置構成により決定する特定の倍率の周波数でピーク値となることに着目した。そして、基本周波数に倍率をかけた特定周波数のみを対象として演算処理を行えば、演算処理量を大幅に減らすことができるという知見を得た。さらに、その方法であれば、モータの回転数に基づいて演算するので、搬送速度や被搬送物の重量に依らず、常に異常状態の判定を確実に行うことができるという知見を得た。本発明はこのような知見に基づいて成されたものであり、基本周波数に倍率を掛けた特定周波数を対象として振幅を演算処理し、異常状態の判定を行うようにしたので、演算処理量を大幅に減らしてリアルタイム処理を可能にするとともに、搬送速度や被搬送物の変更に影響されない精度の高い異常判定を行うことができる。なお、本発明において、倍率は１を含むものとする。

請求項２に記載の発明は請求項１の発明において、前記制御ユニットは、複数の前記倍率と、該複数の倍率のそれぞれに対応する複数の振幅の閾値が記憶されるとともに、前記複数の倍率のそれぞれに対して前記特定周波数の振幅を求めて前記閾値と比較することを特徴とする。本発明によれば、複数の倍率と閾値を記憶しているので、振動原因が複数ある場合に、その振動原因ごとに判定を行うことができる。

請求項３に記載の発明は請求項２の発明において、前記制御ユニットは、前記複数の倍率のそれぞれに対応する異常発生源が記憶されるとともに、前記振幅が前記閾値を超えた際に前記異常発生源を対応付けることを特徴とする。本発明によれば、倍率と異常発生源を対応付けて記憶したので、異常発生源を自動で判定することができる。

請求項４に記載の発明は請求項１〜３のいずれか１において、前記制御ユニットは、前記基本周波数の一周期分の計量信号を用いて前記特定周波数の振幅を演算することを特徴とする。本発明によれば、基本周波数の一周期のデータで演算処理を行うので、演算処理量をさらに減少させることができる。

請求項５に記載の発明は請求項１〜４のいずれか１の発明において、前記制御ユニットは、前記被計量物の計量値の演算処理と並行して、前記異常状態の発生の判定処理を行うことを特徴とする。

本発明によれば、基本周波数に倍率を掛けた特定周波数を対象として振幅を演算処理し、異常状態の判定を行うようにしたので、演算処理量を大幅に減らしてリアルタイム処理を可能にするとともに、搬送速度や被搬送物の変更に影響されない精度の高い異常判定を行うことができる。

本発明が適用された計量装置を示す概略構成図制御ユニットの内部構成を模式的に示すブロック図閾値の例を説明する図本発明の効果を示す図

添付図面に従って本発明に係る計量装置の好ましい実施形態について説明する。図１は本発明が適用されたウェイトチェッカーの構成を模式的に示している。同図に示すウェイトチェッカーは、上流側のコンベア１４から受け渡された被計量物１２を搬送して下流側のコンベア１６に受け渡すとともに、その搬送中に被計量物１２の計量を行う装置であり、主として搬送ユニット２０、計量ユニット３０、制御ユニット４０で構成される。

搬送ユニット２０は、駆動ローラ２２Ａ、従動ローラ２２Ｂ、ベルト２２Ｃから成るコンベア２２を備えており、駆動ローラ２２Ａはギア２４を介してモータ２６に接続されている。したがって、モータ２６を駆動することによって、ギア２４を介して駆動ローラ２２Ａが回転し、無端状のベルト２２Ｃが周回する。これにより、ベルト２２Ｃ上の被計量物１２を上流側から下流側へ搬送することができる。モータ２６は後述の制御ユニット４０に接続されており、モータ２６の回転数を示す回転数信号が制御ユニット４０に出力される。なお、図１ではギア２４やモータ２６をベルト２２Ｃの内側に配置したが、これに限定するものではなく、ベルト２２Ｃの外側でもよい。また、本実施の形態では、下流側のローラを駆動ローラ２２Ａとしたが、上流側のローラを駆動ローラ２２Ａとしてもよい。さらに本実施の形態では駆動力の伝達機構として１個のギア２４を用いたが、ギア２４の数は複数であってもよいし、ギア２４を用いない態様や、ギア２４の代わりにタイミングベルトを用いる態様も可能である。

搬送ユニット２０の構成部品は不図示の筐体に支持されており、筐体は計量ユニット３０に連結されている。計量ユニット３０は、被計量物１２を計量して信号を出力する構成であればよく、たとえばロードセルが用いられる。ロードセルは、ロバーバル構造の起歪体３２を備え、起歪体３２には眼鏡状の貫通孔が形成されている。起歪体３２の一方の端部には搬送ユニット２０の筐体が接続され、他方の端部は装置本体３４に固定される。起歪体３２の変形部分には不図示の歪ゲージが貼り付けられており、この歪ゲージが接続されてブリッジ回路が形成される。したがって、搬送ユニット２０上に被計量物１２が載置されると、被計量物１２の重量に応じて起歪体３２が変形し、その変形量に応じた計量信号が出力される。

計量ユニット３０の歪ゲージは制御ユニット４０に接続されており、この制御ユニット４０に、計量ユニット３０からの計量信号と、前述の搬送ユニット２０からの回転数信号が連続的に入力される。制御ユニット４０は各種の演算処理を行う装置であり、モニタなどの表示部３６と、操作ボタンなどの入力部３８を備えている。

図２は、制御ユニット４０の構成を模式的に示しており、主に演算処理の流れを示している。図２の符号４２は計量値演算部であり、符号４４は異常判定部であり、符号４６はメモリである。メモリ４６には予め、倍率情報７４と、閾値情報７６と、異常源情報７８が記憶される。これらの情報は、装置構成によって決定される情報である。これを具体的に説明すると、どの構成部材においてどの周波数で振動が生じるかは装置構成によって決まっており、さらにその振動の周波数はモータ２６の回転数の周波数を基本周波数とした際に特定の倍率で発生することがわかっている。そこで、振動が発生する構成部材を異常源情報７８として記憶するとともに、そこで発生する振動の周波数の倍率を倍率情報７４として異常源情報７８と関連付けて記憶しておく。たとえば、モータ：１．０、ギア：２．０、ローラ：２．５、などのように異常源情報７８と倍率情報７４とを対応付けて記憶しておく。また、各構成部材での振動の振幅は正常運転時の値を予め試験等で求めることができるので、その正常運転時の振幅値を基準として、異常状態と判定すべき閾値を決定しておき、これを閾値情報７６として記憶しておく。その際、閾値情報７６は倍率情報７４や異常源情報７８と関連付けて記憶する。また、閾値が周波数によって異なる場合には、周波数と閾値との関係を示すマップとして記憶してもよい。

図２に示すように、制御ユニット４０に入力された計量信号ｇ(ｔ)は、まずＡＤ変換器５０によってデジタル信号に変換され、次いで増幅部（アンプ）５２によって増幅処理される。増幅処理された計量信号ｇ(ｔ)は、計量値演算部４２と異常判定部４４に入力される。一方、回転数信号ｆ_０(ｔ)は、まずＡＤ変換器５４によってデジタル信号に変換された後、特定周波数演算部５８に出力される。特定周波数演算部５８では、モータ２６の回転数信号ｆ_０(ｔ)を基本周波数として、この基本周波数にメモリ４６の倍率情報７４の倍数を乗算することによって特定周波数ｆ(ｔ)を演算する。この特定周波数ｆ(ｔ)を示す信号は、異常判定部４４に出力される。

計量値演算部４２は、フィルタ部６２を備え、このフィルタ部６２でノイズ周波数の信号が計量信号ｇ(ｔ)から除去される。その際、特定周波数演算部５８で求めた特定周波数の信号に絞ってノイズを除去するようにしてもよい。

ノイズが除去された計量信号ｇ´(ｔ)は計量値演算部６４で計量値に換算される。そして、表示部３６に出力され、表示される。

一方、異常判定部４４は、計量値信号ｇ(ｔ)と特定周波数信号ｆ(ｔ)が入力されると、まず振幅値演算部６８で特定周波数ｆ(ｔ)の振幅Ａを算出する。その際、特定周波数ｆ(ｔ)の１周期Ｔ[s]の計量信号ｇ(ｔ)に対して、予め設定されたサンプル数Ｎを抽出する。すなわち、計量信号ｇ(ｔ)をＴ/Ｎ[s]ごとに抽出し、１周期Ｔ[s]分のＮ個のデータを用いて、下式（１）に基づいて振幅Ａを演算する。なお、周期Ｔはｆ(ｔ)の変化に応じて経時変化するため、振幅Ａも経時変化する値である。

なお、上式においてサンプル数Ｎは、処理前に適宜選択する値であり、たとえば１０が選択される。

式１は、ｇ(ｔ)波のなかの周期Ｔ波だけの振幅を算出する計算式であり、簡素なフーリエ変換を利用したものであり、演算処理量が少ない。特に本実施の形態では、Ｎ個というデータ数に限定して演算処理を行っているので、演算処理量を非常に少なくすることができ、リアルタイムでの処理が可能となる。このように振幅値演算部６８で算出された振幅Ａは、比較判定部７０に出力される。

比較判定部７０は、特定周波数の振幅Ａと、メモリ４６に記憶された特定周波数の値によって決まるよう予め定められた閾値Ｂとを比較する。そして、特定周波数の振幅値Ａが閾値Ｂよりも小さい場合には正常運転であると判断し、次の演算処理まで待機する。逆に、特定周波数の振幅値Ａが閾値Ｂを超えた場合には、異常状態が発生していると判断し、異常判定信号を異常個所特定部７８に出力する。異常個所特定部７８は、異常判断信号が入力されると、その際の特定周波数に対応する異常振動源の情報をメモリ４６から読み取り、異常振動源を特定する。そして、それを示す異常特定信号を表示部３６に出力し、表示部３６に異常状態の発生を示す表示と、異常個所を示す表示が行われる。これにより、作業者は、異常状態の発生と振動源を作業者に認識することができる。なお、表示部３６の代わりに不図示のスピーカに異常特定信号を出力し、作業者に報知してもよい。

上述した異常判定部４４による異常判定処理は、前述の計量値演算部４２による計量値演算処理と同時に行われる。すなわち、計量値演算部４２で計量値を演算しながら、同じ信号を用いて異常判定が行われる。

このように本実施の形態によれば、計量信号に含まれる特定周波数の振幅だけを算出し、これを正常時に基づく閾値と比較して異常判定を行うようにしたので、演算処理量を非常に少なくすることができる。したがって、計量しながら異常状態を判定し、且つ、その異常原因を求めることができる。

また、本実施の形態によれば、モータ２６の回転数を基本周波数として異常状態を判定するので、搬送速度を変更した場合であっても異常状態を正しく判定することができる。さらに、モータ２６の回転数、すなわち実際の搬送速度を基準として演算を行うようにしたので、被搬送物１２の重量に依らず、常に正しい判定を行うことができる。

なお、メモリ４６に記憶された倍率情報７４、閾値情報７６、異常源情報７８が複数の組み合わせで記憶されている場合は、複数の倍率（特定周波数）に対して同時に異常判定処理を行うとよい。すなわち、複数の倍率を用いて複数の特定周波数を算出した後、各特定周波数に対して式１を用いて振幅値Ａを求め、その振幅値Ａをそれぞれ、対応する閾値Ｂと比較し、異常発生の有無を判定する。そして、異常発生を判定した場合には、対応する異常源の情報を異常が発生した分だけ表示部３６に表示する。これにより、異常が発生した箇所を特定することができる。

なお、本実施の形態では異常状態の発生を判定した後に異常個所を特定したが、これに限定するものではなく、異常状態の発生のみを判定して報知するようにしてもよい。

制御ユニット４０のメモリ４６には次の情報を入力した。まず、モータ２６と、その０．４倍（減速比２．５）で回転するローラ２２Ａ（または２２Ｂ）を異常源情報７８として入力し、さらにそれぞれ１倍、０．４倍を倍率情報７４として異常源情報７８に関連付けて入力した。ここで、モータ２６を異常源とする場合の閾値をＢ１、ローラ２２Ａを異常源とする場合の閾値をＢ２とする。異常のない状態で各回転数における振幅をとり、それを基準として警報レベル（倍率）、すなわち閾値Ｂ１、Ｂ２を設定した。この警報レベルは、被測定物１２の種類や環境に応じて適宜設定することができ、今回は基準の３倍程度を目安として設定した。また、警報レベルは回転周波数に応じて適宜設定することが好ましく、今回は図３に示す如くマップ形式で設定した。図３(ａ）、図３(ｂ)はそれぞれ閾値Ｂ１、Ｂ２のマップであり、横軸は回転周波数を示し、縦軸は警報を出力する振幅の閾値を示している。なお、この閾値は基準値からの倍率のマップとしてもよい。これらの図に示すように、閾値Ｂ１、閾値Ｂ２の警報レベルを回転周波数ごとにマップ形式で設定した。

このように倍率情報７４、閾値情報７６、異常源情報７８を設定した後、ウェイトチェッカーを稼動した。稼動時、制御ユニット４０の特定周波数演算部５８は、モータ２６に関しては回転数信号ｆ_０(ｔ)を特定周波数信号ｆ(ｔ)として出力し、ローラ２２Ａに関しては回転数信号ｆ_０(ｔ)を０．４倍したものを特定周波数信号ｆ(ｔ)として振幅値演算部６８に出力する。振幅値演算部６８は、特定周波数信号ｆ(ｔ)から瞬間の周波数を取得し、その１周期Ｔの間は周波数が一定であるとみなして、１周期ごとに振幅Ａの演算処理を行う。すなわち、１周期Ｔの間にＮ個のデータを計量信号ｇ(ｔ)から抽出し、式（１）に基づいて振幅Ａを算出し、これを１周期Ｔごとに繰り返す。そして、異常源判定部７２は、振幅Ａと、図３のマップから得られる瞬間の回転周波数の閾値Ｂ１、Ｂ２とを比較し、閾値Ｂ１、Ｂ２を超えた場合に警告を行う。

図４は上記の実施例における出力値の経時変化（一例）を示している。図４(ａ)はモータ２６とローラ２２の回転数の経時変化を示している。図４(ｂ)は、モータ２６の周波数に関して、振幅Ａ（点線）と閾値Ｂ１（実線）の経時変化を示している。図４(ｃ)は、ローラ２２の周波数に関して、振幅Ａ（点線）と閾値Ｂ２（実線）の経時変化を示している。

これらの図に示した例では、時刻７において、図４(ｂ)の振幅Ａが閾値Ｂ１を超えており、異常状態が発生したことを把握することができる。また、図４(ｂ)の振幅Ａが閾値Ｂ１を超えたのに対して、図４(ｃ)の振幅Ａは閾値Ｂ２を下回っている。したがって、異常状態が発生したのはモータ２６だけであり、ローラ２２は正常であることが分かる。このように本発明によれば、異常状態の発生をリアルタイムで把握できるとともに、その異常発生源をすぐに特定することができる。

１２…被計量物、１４…上流側のコンベア、１６…下流側のコンベア、２０…搬送ユニット、２２…コンベア、２４…ギア、２６…モータ、３０…計量ユニット、３２…ロードセル、３４…装置本体、４０…制御ユニット、４２…計量値演算部、４４…異常判定部、４６…メモリ

Claims

モータで駆動することによって被搬送物を搬送する搬送ユニットと、前記搬送ユニットを計量して計量信号を出力する計量ユニットと、前記計量信号から前記被搬送物の計量値を演算する制御ユニットと、を備えた計量装置において、
前記制御ユニットは、予め倍率が記憶されるとともに、
前記モータの回転数信号と前記計量信号が入力されることによって、前記回転数信号を基本周波数として前記倍率を乗算した特定周波数を求め、該特定周波数の振幅を演算し、該演算した振幅によって異常状態の発生を判定することを特徴とする計量装置。
前記制御ユニットは、複数の前記倍率と、該複数の倍率のそれぞれに対応する複数の振幅の閾値が記憶されるとともに、
前記複数の倍率のそれぞれに対して前記特定周波数の振幅を求めて前記閾値と比較することを特徴とする請求項１に記載の計量装置。
前記制御ユニットは、前記複数の倍率のそれぞれに対応する異常発生源が記憶されるとともに、
前記振幅が前記閾値を超えた際に前記異常発生源を対応付けることを特徴とする請求項２に記載の計量装置。
前記制御ユニットは、前記基本周波数の一周期分の計量信号を用いて前記特定周波数の振幅を演算することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の計量装置。
前記制御ユニットは、前記被計量物の計量値の演算処理と並行して、前記異常状態の発生の判定処理を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の計量装置。