JP2016084176A - 制御装置、システム、およびライブラリプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
まず、本実施の形態の包装機および包装機を含むシステムの構成について説明する。図1は、本実施の形態の包装機2の構成例を示す模式図である。図2は、包装機2を含むシステム1の構成例を示す模式図である。
次に、制御装置100のハードウェア構成の構成について説明する。図3は、図1に示す制御装置100のハードウェア構成の一例を示す模式図である。図3を参照して、制御装置100は、予めインストールされたプログラムをプロセッサが実行することで、制御対象に対する制御を実現する。より具体的には、制御装置100は、CPU(Central Processing Unit)やMPU(Micro-Processing Unit)などのプロセッサ102と、チップセット104と、メインメモリ106と、フラッシュメモリ108と、外部ネットワークコントローラ116と、メモリカードインターフェイス118と、内部バスコントローラ122と、フィールドバスコントローラ124とを含む。
次に、本実施の形態の制御装置100が提供する、異物の噛み込みを検出するための機能構成について説明する。なお、包装機2におけるシールの良否を判定する機能についても併せて説明する。
次に、本実施の形態の制御装置100が検出対象とする異状およびその検出方法の概要について説明する。
次に、具体的な異状の有無を判断するロジックについて説明する。本願発明者は、テスト用の包装機を用いて、噛み込み状態で各種状態値を測定した。その結果を図8に示す。図8は、テスト用の包装機を用いて測定した回転位置に沿ったローターの速度変化を示す図である。図8には、以下のテスト条件で繰返し測定した結果の統計値を示す。図8では、正常時の測定結果および噛み込み時の測定結果が示されるとともに、異物が噛み込んでいる位置が破線で示される。
・包装体の材質:紙
・包装体の厚み:0.1[mm],0.3[mm],0.5[mm]
・測定方法:包装体の厚みをそれぞれ異ならせて、各厚みについて100回ずつ測定
・噛み込み異物:紙(厚み:0.1[mm])
図8に示すように、ローター10および20の表面にそれぞれ設けられたヒーター15および25が包装体に接触している区間を「ゾーン1」と定義し、ローター10および20の表面にそれぞれ設けられたカッター17および27が包装体に接触している区間を「ゾーン2」と定義し、ローター10および20の表面にそれぞれ設けられたヒーター16および26が包装体に接触している区間を「ゾーン3」と定義する。各ゾーンについて、以下に説明するような値に基づいて、異状の有無を判断することができる。
ゾーン1は、ヒーター15および25が包装体4に接触している区間内にあるときに相当し、制御装置100は、この区間内におけるサーボドライバ19および29の状態値に基づいて、異状の有無を判断する。より具体的には、制御装置100は、ゾーン1での異状発生を検出するための特性値として、「速度偏差の相関係数」を用いる。速度偏差とは、制御装置100からサーボモータ18および28に対して与えられた指令値と、サーボドライバ19および29の速度実績値との差分を意味する。上述したように、制御装置100は、制御周期で指令値およびフィードバック値(実績値)を収集できるので、各制御周期における速度偏差についても算出が可能である。すなわち、制御装置100は、ヒーター15および25が包装体4に接触している区間内にあるときのサーボドライバ19および29の状態値に基づく特性値として、サーボドライバ19および29に対する速度指令とローター10および20の速度実績値との差分についての相関係数を算出する。
上述の(1)式に従って、正常時と噛み込み時とについてそれぞれ算出した速度偏差の相関係数を図9に示す。図9は、図8に示す測定結果を用いて算出したゾーン1についての相関係数を示す図である。図9には、標本全体としての誤差範囲をバー形式で示す。誤差バーは、6σ(標準偏差の6倍)の範囲を示す。
ゾーン2は、カッター17および27が包装体4に接触している区間内にあるときに相当し、制御装置100は、この区間内におけるサーボドライバ19および29の状態値に基づいて、異状の有無を判断する。より具体的には、制御装置100は、ゾーン2での異状発生を検出するための特性値として、「切断処理後の速度偏差の最大値」、「切断処理後のトルク実績値の最小値」、「速度実績値が最大となる回転位置(位相/回転角度)」、および、「トルク実績値が最大となる回転位置(位相/回転角度)」の少なくとも1つを用いる。すなわち、ゾーン2における異状の有無を発生するための判断基準としては、正常時に測定された、上述したような各種パラメータの値から算出される統計値(例えば、平均値や標準値)を用いることができる。
カッター17および27により適切に切断処理がなされると、その後のローター10および20の回転を妨げる負荷は低減することになる。一方で、切断処理がなされる部分に異物が存在している場合には、切断処理後もその異物に応じた付加がローター10および20に生じることになる。そのため、切断処理後のローター10および20の回転状態を示す指標を用いて、異状発生の有無を判断することができる。一例として、(i)切断処理後の速度偏差の最大値、および、(ii)切断処理後のトルク実績値の最小値を用いることができる。
カッター17および27による切断処理が正常であれば、その切断処理の前後において、ローター10および20にかかる負荷は基本的に一定である。これに対して、切断される部分のいずれかに異物が存在していれば、その異物が存在している部分について、ローター10および20にかかる負荷が増加することになる。つまり、異物が存在している部分に応じて、(iii)速度実績値が最大となる回転位置(位相/回転角度)、および、(iv)トルク実績値が最大となる回転位置(位相/回転角度)は変化することになる。これらの速度実績値/トルク実績値が最大となる回転位置を算出することで、特に切断処理における異状の有無の発生を判断することができる。
ゾーン3は、ヒーター16および26が包装体4に接触している区間内にあるときに相当し、制御装置100は、この区間内におけるサーボドライバ19および29の状態値に基づいて、異状の有無を判断する。より具体的には、制御装置100は、ゾーン3での異状発生を検出するための特性値として、上述のゾーン1と同様に、「速度偏差の相関係数」を用いる。速度偏差の相関係数は、上述の(1)式に従って算出できる。但し、上述の(1)式において、0〜Tはゾーン3に対応する時間を示すことになる。
上述したように、本実施の形態の制御装置100は、ゾーン特有の特性値を用いて、ゾーン毎に異状の有無を判断できる。そのため、ゾーン毎の判断結果を用いて、いずれのゾーンで異状が発生しているかを特定するようにしてもよい。すなわち、制御装置100は、ヒーター15および25(あるいは、ヒーター16および26)が包装体4に接触している区間内にあるときのサーボドライバ19および29の状態値に基づく特性値が第1の判断基準を満たしているか否かと、カッター17および27が包装体4に接触している区間内にあるときのサーボドライバ19および29の状態値に基づく特性値が第2の判断基準を満たしているか否かとの組み合わせに基づいて、異状の有無を判断してもよい。
次に、本実施の形態の制御装置100において実行される処理手順について説明する。図15は、本実施の形態の制御装置100において実行される処理手順を示すフローチャートである。図15に示す各ステップは、典型的には、制御装置100のプロセッサ102がシステムプログラム110およびユーザプログラム112(図3)を実行することで、実現される。但し、全ステップまたは一部のステップを別のデバイスを用いて実現してもよい。例えば、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field-Programmable Gate Array)などのハード回路を用いて実現してもよい。
次に、本実施の形態の制御装置100が上述したような異物の噛み込みを検出する処理の一実装例について説明する。一実装例として、制御装置100には、異物の噛み込みを検出する処理に適したライブラリプログラム110Aが予め用意される。包装機2のメーカやベンダーの開発者は、サポート装置200などを用いて、包装機2を制御するためのユーザプログラム112として、ライブラリプログラム110Aを適宜呼び出すようなコード(ラダープログラム)を作成する。制御装置100のメーカやサードパーティなどが、後述するような機能を有するライブラリプログラム110Aを予め提供しておくことで、より短い時間で、異物の噛み込みを検出する処理を含むユーザプログラム112を作成することができる。すなわち、ライブラリプログラム110Aは、ローター10,20を回転駆動するサーボドライバ19,29を制御するための制御装置100でのプログラム実行に用いられる。
ゾーン検出ファンクションブロック160は、ローター10の回転位置から、包装体4のシールされた部分における異状の有無を判断するゾーンを検出する。ローター10の回転位置が予め指定された範囲内にある間、ゾーン中信号(ZS_InZone)1607は「TRUE」に設定される。すなわち、ゾーン検出ファンクションブロック160の入力としては、ローター10の回転位置(MC_Axis000)1601と、ゾーン開始位置(ZS_FirstPos)1603と、ゾーン終了位置(ZS_LastPos)1604とが規定されている。ローター10の回転位置(MC_Axis000)1601として、サーボドライバ19(または、ローター10の回転軸に取付けられたエンコーダ)からの情報が所定のサンプル周期で取込まれて反映される。ゾーン開始位置(ZS_FirstPos)1603およびゾーン終了位置(ZS_LastPos)1604には、予め設定された固定値または変数値が用いられる。これらの値は、異状の有無を判断する対象となるゾーンの範囲を定義する。ローター10の回転位置(MC_Axis000)1601がゾーン開始位置(ZS_FirstPos)1603からゾーン終了位置(ZS_LastPos)1604の範囲内にあれば、ゾーン中信号(ZS_InZone)1607が「TRUE」に遷移され、そうでなければ「FALSE」に維持される。すなわち、ローター10の回転位置が特定の区間内または位置にある間のみ、ゾーン中信号(ZS_InZone)1607が「TRUE」に設定される。
特性値算出ファンクションブロック170は、主として、データサンプリング機能および指標演算機能を提供する。すなわち、データサンプリング機能は、サーボドライバ19の状態値を所定周期毎に収集し、指標演算機能は、サーボドライバ19の状態値に基づく1または複数の特性値を算出する。これらの特性値は、各ゾーンでの異状発生を検出するために用いられる。特に、特性値算出ファンクションブロック170は、予め用意された複数の特性値のうち、必要な特性値を任意に選択して算出することができるようになっている。このような選択機能を導入することで、検出対象とする異状および/またはゾーンに応じて、必要な特性値を算出し、必要な判定を行なうというユーザプログラムを容易に作成することができる。
しきい値判断ファンクションブロック180および190は、算出される特性値が予め設定された判断基準が満たされているか否かを判断する機能を提供する。より具体的には、しきい値判断ファンクションブロック180および190は、算出される特性値と予め設定されたしきい値とを比較し、しきい値を超えている、または、しきい値を下回っている場合には、噛み込み検知フラグ(BitingFlag)198を「TRUE」に変化させる。
図17は、図16に示されるユーザプログラム112の実行時のタイムチャートを示す図である。図17を参照して、(a)ゾーン中信号(ZS_InZone)が時刻T1で立ち上がる(「FALSE」から「TRUE」に変化する)と、(b)実行中信号(ZS_Busy)が「TRUE」に変化し、サーボドライバ19の状態値が所定周期毎に収集され始めるとともに、指定された1または複数の指標(特性値)の算出が開始される。このとき、(e)サンプルデータ数(CBIV_DataSize)の値もデータ収集に応じて都度インクリメントされる。
上述したように、特性値算出ファンクションブロック170には、予め複数の指標(特性値)を算出するための機能が用意されており、これらの複数の指標(特性値候補)のうち、指標演算有効信号(CBIV_EnableModes)によって指定される1または複数の指標(特性値)について算出処理が有効化される。
[3]ローター10に発生するトルク実績値の最小値
[6]サーボドライバ19に対する速度指令とローター10の速度実績値との差分(速度偏差)が最大となるローター10の回転位置(位相/回転角度)
[7]ローター10に発生するトルク実績値が最大となるローター10の回転位置(位相/回転角度)
[8]サーボドライバ19に対する速度指令とローター10の速度実績値との差分についての相関係数
(g6:その他の実装形態)
図3に示す構成例においては、ユーザプログラム112が動的にリンクして利用する、いわゆるダイナミックリンクライブラリの形でライブラリプログラム110Aが存在しているが、これに代えて、ユーザプログラム112と静的にリンクする、いわゆるシンボリックリンクライブラリの形として実装してもよい。シンボリックリンクライブラリの場合には、一般的には、ソースコードの形で実現されるので、ユーザプログラム112にソースコードのまま、あるいは、オブジェクトコードに変換した上で、組み込むことになる。そのため、ライブラリプログラムの実体は、制御装置100に存在する場合もあるし、サポート装置200に存在する場合もある。あるいは、両方の装置に存在する場合もあり得る。
上述したような特性値算出ファンクションブロック170およびそれを実現するためのライブラリプログラム110Aが提供されることで、作成工数をかけることなく、ユーザプログラムをより簡単に作成できる。特に、異状の有無を判断するために用いられる指標(特性値)のうち、必要なものを自在に選択して算出できるので、用途に応じて、柔軟にユーザプログラムを作成できる。
本実施の形態の制御装置100は、ローター10および20の回転位置が特定の区間内または位置にあるときサーボドライバ19および29の状態値(典型的には、上述したゾーン毎に算出される特性値)に基づいて、包装体4のシールされた部分における異状(典型的には、異物の噛み込みやシール不良)の有無を判断する。すなわち、異状の発生に対してセンシティブなゾーン毎の特性値を用いることで、包装機における異物の噛み込みやシールの良否の判定をより高い精度で検出できる。
Claims (10)
- 第1の方向に搬送される包装体をローターによりシールおよび切断の少なくとも一方を順次行なう包装機を制御するための制御装置であって、前記ローターは、前記包装体に接する位置での外周の接線方向が前記第1の方向と一致するように配置されるとともに、ドライバにより回転駆動され、前記制御装置は、
前記ローターの回転位置と前記ドライバの状態値とを、所定周期毎に収集する収集手段と、
前記収集手段によって収集される情報のうち、前記ローターの回転位置が特定の区間内または位置にあるときの前記ドライバの状態値に基づいて、前記包装体のシールされた部分における異状の有無を判断する判断手段とを備える、制御装置。 - 前記ローターは、その外周面上に配置された、前記包装体をシールするための少なくとも1つのヒーターを含み、
前記判断手段は、前記ヒーターが前記包装体に接触している区間内にあるときの前記ドライバの状態値に基づいて、異状の有無を判断する、請求項1に記載の制御装置。 - 前記ローターは、その外周面上に配置された、前記包装体を切断するためのカッターをさらに含み、
前記判断手段は、前記カッターが前記包装体に接触している区間内にあるときの前記ドライバの状態値に基づいて、異状の有無を判断する、請求項1または2に記載の制御装置。 - 前記ローターは、その外周面上に配置された、前記包装体をシールするための少なくとも1つのヒーターと、前記包装体を切断するためのカッターとを含み、
前記判断手段は、前記ヒーターが前記包装体に接触している区間内にあるときの前記ドライバの状態値に基づく特性値が第1の判断基準を満たしているか否かと、前記カッターが前記包装体に接触している区間内にあるときの前記ドライバの状態値に基づく特性値が第2の判断基準を満たしているか否かとの組み合わせに基づいて、異状の有無を判断する、請求項1に記載の制御装置。 - 前記判断手段は、前記第1の判断基準が満たされているか否か、および、前記第2の判断基準が満たされているか否かの判断に基づいて、前記包装体が順次処理されて生成される個別包装体のうち、いずれの個別包装体に異状が発生しているかを特定する、請求項4に記載の制御装置。
- 前記判断手段は、前記ヒーターが前記包装体に接触している区間内にあるときの前記ドライバの状態値に基づく特性値として、前記ドライバに対する速度指令と前記ローターの速度実績値との差分についての相関係数を算出する、請求項2、4、5のいずれか1項に記載の制御装置。
- 前記判断手段は、前記カッターが前記包装体に接触している区間内にあるときの前記ドライバの状態値に基づく特性値として、
前記カッターによる切断処理後の前記ドライバに対する速度指令と前記ローターの速度実績値との差分の最大値、
前記カッターによる切断処理後の前記ローターに発生するトルク実績値の最小値、
前記ローターの速度実績値が最大となる前記ローターの回転位置、および
前記ローターに発生するトルク実績値が最大となる前記カッターの回転位置、
のうち少なくとも1つを算出する、請求項3〜5のいずれか1項に記載の制御装置。 - 第1の方向に搬送される包装体をローターによりシールおよび切断の少なくとも一方を順次行なう包装機と、
前記包装体に接する位置での外周の接線方向が前記第1の方向と一致するように配置される前記ローターを回転駆動するドライバと、
前記ローターの回転位置と前記ドライバの状態値とを、所定周期毎に収集する収集手段と、
前記収集手段によって収集される情報のうち、前記ローターの回転位置が特定の区間内または位置にあるときの前記ドライバの状態値に基づいて、前記包装体の処理された部分における異状の有無を判断する判断手段とを備える、システム。 - ローターを回転駆動するドライバを制御するための制御装置でのプログラム実行に用いられるライブラリプログラムであって、
前記ローターの回転位置が特定の区間内または位置にあることを示す第1の入力情報と、複数の特性値候補のうち算出対象となる1または複数の特性値を指定する第2の入力情報とを受け付ける機能と、
所定周期毎に収集される前記ドライバの状態値に基づいて、前記第1の入力情報により示される前記ローターの回転位置が特定の区間内または位置にあるときの、前記第2の入力情報により指定される1または複数の特性値を算出する機能とを備え、
前記複数の特性値候補は、
前記ドライバに対する速度指令と前記ローターの速度実績値との差分の最大値、
前記ローターに発生するトルク実績値の最小値、
前記ドライバに対する速度指令と前記ローターの速度実績値との差分が最大となる前記ローターの回転位置、
前記ローターに発生するトルク実績値が最大となる前記ローターの回転位置、および
前記ドライバに対する速度指令と前記ローターの速度実績値との差分についての相関係数、
のうち少なくとも2つを含む、ライブラリプログラム。 - ライブラリプログラムを用いてプログラムを実行することで、ローターを回転駆動するドライバを制御する制御装置であって、
前記プログラムには、前記ローターの回転位置が特定の区間内または位置にあることを示す第1の入力情報と、複数の特性値候補のうち算出対象となる1または複数の特性値を指定する第2の入力情報とが定義されており、
前記制御装置は、所定周期毎に前記ドライバの状態値を収集し、前記第1の入力情報により示される前記ローターの回転位置が特定の区間内または位置にあるときの、前記第2の入力情報により指定される1または複数の特性値を算出し、
前記複数の特性値候補は、
前記ドライバに対する速度指令と前記ローターの速度実績値との差分の最大値、
前記ローターに発生するトルク実績値の最小値、
前記ドライバに対する速度指令と前記ローターの速度実績値との差分が最大となる前記ローターの回転位置、
前記ローターに発生するトルク実績値が最大となる前記ローターの回転位置、および
前記ドライバに対する速度指令と前記ローターの速度実績値との差分についての相関係数、
のうち少なくとも2つを含む、制御装置。
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