JP2020020760A - Food product mixer having rotation control function by torque detection and control system thereof - Google Patents

Food product mixer having rotation control function by torque detection and control system thereof Download PDF

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Abstract

To provide a food product mixer which automatically mixes a food which is required for delicate stirring and mixing processing such as whip cream and an optimum mixing control system.SOLUTION: A mixer which stirs a food with a stirrer includes: a torque sensor which measures rotation torque applied to the stirrer from an electric motor for driving and outputs a torque signal; and an arithmetic control unit which performs prescribed arithmetic processing on the torque signal and outputs a control signal to the electric motor on the basis of the arithmetic result. The arithmetic control unit has a filter section which removes a minute time change component of the torque signal and smooths the torque signal, a differential arithmetic section which differentiates an output signal from the filter section and calculates speed and acceleration of an increase of rotation torque, an inflection point detection section which detects an inflection point of an increase characteristic curve of the rotation torque on the basis of the arithmetic result of the differential arithmetic section, and a rotation control section which outputs a rotation stop signal to the electric motor when the inflection point is detected.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、主に、ホイップクリームなどの乳製品、或いはメレンゲなどの卵食品を撹拌・混練する食品用ミキサー、及びその制御方式に関するものである。   The present invention relates to a food mixer for stirring and kneading dairy products such as whipped cream or egg foods such as meringue, and a control method thereof.

食品製造業界において、ホイップクリームなどの乳製品、或いはメレンゲなどの卵白食品を撹拌・混練する際には、従来から極めてデリケートな撹拌処理が要求されていた。何故なら、撹拌・混練が不十分な場合には、これらの商品独特の味と風味を醸し出すことができず、一方、撹拌・混練が進み過ぎた場合は、被撹拌食品が過度に泡立ってしまい、食材の構成粒子が分離し商品としての体を為さなくなるためである。それ故、このような操作を行うミキサーのオペレーターには、長年に亘る経験と、極めて高度な職人的技量が要求されていた。   In the food manufacturing industry, when dairy products such as whipped cream or egg white foods such as meringue are agitated and kneaded, a very delicate agitation treatment has conventionally been required. This is because if the stirring and kneading are insufficient, the unique taste and flavor of these products cannot be produced, while if the stirring and kneading proceed excessively, the food to be stirred will be excessively foamed. This is because the constituent particles of the food material are separated and do not form a body as a product. Therefore, a mixer operator performing such operations required years of experience and extremely high craftsmanship.

近年、このようなオペレーターの勘と技量に頼った製造上の隘路を打開し、係る食品製造の自動化を促進すべく、例えば、特許文献1に示されるような食材の撹拌制御技術が開示されている。因みに、係る開示技術に係る発明の骨子は、ミキサーによる撹拌を行う際の回転トルクの変化に着目したものである。   In recent years, in order to overcome the bottleneck in manufacturing relying on the intuition and skill of the operator and promote automation of such food manufacturing, for example, a technique for controlling the stirring of foodstuffs as disclosed in Patent Document 1 has been disclosed. I have. Incidentally, the gist of the invention according to the disclosed technology focuses on a change in rotational torque when stirring is performed by a mixer.

すなわち、ミキサーの回転トルクに一定の閾値を設定し、実際の回転トルクが所定閾値Aと所定閾値Bの間に収まったときに、ミキサーにおける駆動電動機の回転を停止するようにしたものである。ここで、閾値A,Bは、ミキサーの回転トルクがこの範囲内に収まれば、最良の状態で食材のミキシングが終了するように、予め研究・検討され選定された値である。   That is, a constant threshold is set for the rotational torque of the mixer, and when the actual rotational torque falls between the predetermined threshold A and the predetermined threshold B, the rotation of the drive motor in the mixer is stopped. Here, the threshold values A and B are values that have been researched and studied in advance so that the mixing of foodstuffs is completed in the best condition if the rotational torque of the mixer falls within this range.

特開2001−275549号公報JP 2001-275549 A

しかしながら、特許文献1に示された従来技術では、食材の撹拌に用いる撹拌子の回転トルクを実際に測定するのではなく、ミキサーの駆動電動機の消費電力からトルクを推定する方法を用いており、制御に用いるトルク推定値と、実際の撹拌子の回転トルクとは乖離した値となるきらいがあった。   However, the conventional technique disclosed in Patent Document 1 uses a method of estimating the torque from the power consumption of the drive motor of the mixer, instead of actually measuring the rotational torque of the stirrer used for stirring the foodstuff, The estimated torque used for the control and the actual rotational torque of the stirrer tended to be different values.

また、ミキシングを行う食材の種類や、その撹拌を行う量によっても、前述の所定閾値A,Bの値は変化することは言うまでもない。それ故、開示された発明による技術によって、被撹拌対象物の種類やその量に影響されることなく、普遍的なミキシングの自動化を図ることは困難とされていた。特に、被撹拌対象物がホイップクリームなどの乳製品、或いはメレンゲなどの卵白食品の場合、ミキシング処理の実施がデリケートであり、特に難しいものとされていた。   Needless to say, the values of the predetermined thresholds A and B also change depending on the type of the ingredients to be mixed and the amount of stirring. Therefore, it has been difficult to achieve universal automation of mixing by the technology according to the disclosed invention without being affected by the type and amount of the object to be stirred. In particular, when the object to be stirred is a dairy product such as whipped cream or an egg white food such as meringue, it is delicate to perform the mixing process, and it has been particularly difficult.

本発明は、このような課題を解決することを目的としたものであって、ホイップクリームやメレンゲなどのデリケートな撹拌処理が要求される食材のミキシングを、自動的に行う食品用ミキサー、及び最適なミキシング状態を実現可能な食品用ミキサーの制御方式を提供するものである。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve such problems, and a food mixer for automatically mixing foods requiring delicate agitation such as whipped cream or meringue, and an optimal food mixer. It is an object of the present invention to provide a food mixer control system capable of realizing a proper mixing state.

本発明の第1の観点による食品用ミキサーは、撹拌子を用いて各種の食材を撹拌・混練する食品用ミキサーであって、
回転駆動用の電動機から撹拌子に加わる回転トルクを測定してトルク計測信号を出力するトルク測定ユニットと、
前記トルク計測信号に所定の演算処理を施し、その演算結果に基づいて前記電動機への制御信号を出力する演算制御ユニットと、を含むことを特徴とする。
A food mixer according to the first aspect of the present invention is a food mixer for stirring and kneading various foods using a stirrer,
A torque measurement unit that measures a rotation torque applied to the stirrer from the motor for rotation drive and outputs a torque measurement signal;
An arithmetic control unit that performs a predetermined arithmetic processing on the torque measurement signal and outputs a control signal to the electric motor based on the arithmetic result.

また、本発明の第2の観点による食品用ミキサーは、前記第1の観点において、
前記演算制御ユニットは、
前記トルク計測信号についての微小時間変化成分を除去して、前記トルク計測信号の平滑化を行うフィルタ部と、
前記フィルタ部からの出力信号を微分して前記回転トルクの増加する速度及び加速度を算定する微分演算部と、
前記微分演算部の演算結果に基づいて、前記回転トルクの増加特性曲線の変曲点を検出する変曲点検出部と、
前記変曲点検出部によって前記変曲点が検出された際に、前記電動機への回転停止信号を出力する回転制御部と、を含むことを特徴とする。
Further, the food mixer according to the second aspect of the present invention, in the first aspect,
The arithmetic and control unit,
A filter unit that removes a minute time-varying component of the torque measurement signal and smoothes the torque measurement signal,
A differential operation unit that differentiates an output signal from the filter unit to calculate a speed and an acceleration at which the rotational torque increases,
An inflection point detection unit that detects an inflection point of the rotational torque increase characteristic curve based on a calculation result of the differentiation calculation unit;
A rotation control unit that outputs a rotation stop signal to the electric motor when the inflection point is detected by the inflection point detection unit.

また、本発明の第3の観点による食品用ミキサーの回転駆動用電動機の制御方式は、
撹拌子を用いて各種の食材を撹拌・混練する食品用ミキサーの制御方式であって、
回転駆動用の電動機から撹拌子に加わる回転トルクを測定するトルクセンサーからトルク計測信号を取り込むトルク計測信号取り込みステップと、
前記トルク計測信号についての微小時間変化成分を除いて、前記トルク計測信号の平滑化を図りフィルタ処理後出力信号を生成するフィルタ処理ステップと、
前記フィルタ処理後出力信号を微分して当該信号の増加速度、及び増加加速度を算定する微分演算処理ステップと、
前記微分演算処理ステップの演算結果に基づいて前記回転トルクの特性曲線の変曲点を検出する変曲点検出ステップと、
前記変曲点が検出された際に、前記電動機への回転停止信号を出力する回転制御ステップと、を含むことを特徴とする。
Further, the control method of the electric motor for rotationally driving the food mixer according to the third aspect of the present invention,
A control method of a food mixer that stirs and kneads various ingredients using a stirrer,
A torque measurement signal capturing step of capturing a torque measurement signal from a torque sensor that measures a rotation torque applied to the stirrer from a motor for rotational drive;
Excluding the minute time-varying component of the torque measurement signal, a filter processing step of generating a filtered output signal by smoothing the torque measurement signal,
A differential operation processing step of differentiating the output signal after the filter processing to calculate an increase speed of the signal and an increase acceleration,
An inflection point detecting step of detecting an inflection point of the characteristic curve of the rotational torque based on the operation result of the differential operation processing step,
A rotation control step of outputting a rotation stop signal to the electric motor when the inflection point is detected.

また、本発明の第4の観点による食品用ミキサーは、前記第1又は第2の観点において、前記各種の食材は、主にホイップクリームなどの乳製品、或いはメレンゲなどの卵白・卵黄製品であることを特長とする。   Further, in the food mixer according to the fourth aspect of the present invention, in the first or second aspect, the various ingredients are mainly dairy products such as whipped cream or egg white / yolk products such as meringue. It is characterized by:

また、本発明の第5の観点による食品用ミキサーの回転駆動用電動機の制御方式は、前記第3の観点において、前記各種の食材は、主にホイップクリームなどの乳製品、或いはメレンゲなどの卵白・卵黄製品であることを特長とする。   Further, in the control method of the electric motor for rotationally driving a food mixer according to the fifth aspect of the present invention, in the third aspect, the various ingredients are mainly dairy products such as whipped cream or egg whites such as meringue.・ It is characterized by being an egg yolk product.

以上の解決手段を備えた本発明によれば、乳製品や卵白・卵黄食品等のデリケートな撹拌・混練処理が必要とされる食材についても、最適なミキシングをオペレーターの勘と技量に頼ることなく自動的に行うことが可能となる。   According to the present invention having the above solution, even for ingredients requiring delicate stirring and kneading treatment of dairy products, egg whites and yolk foods, etc., without relying on the intuition and skill of the operator for optimal mixing. This can be done automatically.

(1)本発明による食品用ミキサーの構成
本発明による食品用ミキサーを実現するための最良の形態である実施例について、本発明の明細書に添付した各図面を参照しつつ以下に説明を行う。
(1) Configuration of Food Mixer According to the Present Invention An embodiment which is the best mode for realizing a food mixer according to the present invention will be described below with reference to the drawings attached to the specification of the present invention. .

先ず、本発明に基づく食品用ミキサー10(以下、単に「本ミキサー10」という)の外観・構造の概略を図1に示す。因みに、図1は本ミキサー10の正面と側面の概略図を示したものであり、側面概略図に関してはその内部の一部を透視したものとなっている。なお、本ミキサー10の外観や構造は、図1に示された形状に限定されるものではなく、実際の使用形態に即して、任意に変更されるものであることは言うまでもない。   First, FIG. 1 schematically shows the appearance and structure of a food mixer 10 (hereinafter, simply referred to as “the present mixer 10”) based on the present invention. Incidentally, FIG. 1 is a schematic diagram of the front and side surfaces of the present mixer 10, and the schematic side view is a perspective view of a part of the inside. It should be noted that the appearance and structure of the mixer 10 are not limited to the shape shown in FIG. 1 but may be arbitrarily changed according to the actual use form.

図1に示すとおり、本ミキサー10は、主に、回転駆動用の電動機11、トルクセンサー12、演算制御ユニット13、及びトルクセンサー12を介して回転軸が延伸された先に装着された撹拌子14(撹拌用ボウル15の内部に位置するため図示せず。)から構成されている。   As shown in FIG. 1, the present mixer 10 mainly includes an electric motor 11 for rotational drive, a torque sensor 12, an arithmetic and control unit 13, and a stirrer mounted at the end where the rotation axis is extended via the torque sensor 12. 14 (not shown because it is located inside the stirring bowl 15).

電動機11は、通常の業務用の食品用ミキサーに用いられる3相200Vで出力が1〜2kW程度のモーターであれば、どのような物でも使用することが可能である。また、本実施例では電動機11は、汎用的なインバーター制御により駆動制御されるが、他の制御方法によって駆動されるものであっても良い。なお、電動機11の回転出力は、減速歯車機構(図示せず)によって適切な回転数に減速されトルクセンサー12に伝達される。   As the electric motor 11, any motor can be used as long as it is a three-phase 200V motor having an output of about 1 to 2 kW which is used in a usual commercial food mixer. In the present embodiment, the electric motor 11 is driven and controlled by general-purpose inverter control, but may be driven by another control method. The rotation output of the electric motor 11 is transmitted to the torque sensor 12 after being reduced to an appropriate rotation speed by a reduction gear mechanism (not shown).

トルクセンサー12は、強磁性体などの磁歪材料に加わる応力による磁歪効果を利用して、回転軸の回転トルクを測定するセンサーである。本実施例では、その測定レンジが200N・mのものを使用しているが、実際の使用態様に応じて種々の計測レンジのものを使用することが可能であることは言うまでもない。また、本実施例では、前述のように磁歪効果を応用した非接触式のトルクセンサーを用いているが、スリップリングを応用した接触式のトルクセンサーも用いても良い。   The torque sensor 12 is a sensor that measures the rotational torque of a rotating shaft by using a magnetostrictive effect due to a stress applied to a magnetostrictive material such as a ferromagnetic material. In the present embodiment, the measurement range is 200 N · m, but it goes without saying that various measurement ranges can be used according to the actual use mode. Further, in this embodiment, a non-contact type torque sensor applying the magnetostrictive effect is used as described above, but a contact type torque sensor using a slip ring may be used.

電動機の回転軸は、トルクセンサー12を介して更に鉛直下方に延伸され、ボウル15内部に位置する撹拌子14(図示せず)に接続される。撹拌子14は、被撹拌食材の種類に応じて、フック状やその他様々な形状の物が使用可能である。本実施例の場合は、乳製品などの混練・撹拌と泡立てを目的とするので、係る目的に特化したφ3.5mmのステンレス鋼材20本から成るホイッパ―を撹拌子として用いている。   The rotating shaft of the electric motor is further extended vertically downward through the torque sensor 12 and connected to a stirrer 14 (not shown) located inside the bowl 15. As the stirrer 14, hook-shaped or various other shapes can be used depending on the type of the food to be stirred. In the case of this embodiment, the purpose is to knead, stir, and foam the dairy products and the like. Therefore, a whipper made of 20 stainless steel materials of φ3.5 mm specially used for the purpose is used as the stirrer.

ボウル15は、被撹拌食材を収容するステンレス製のボウル形状容器であり、実際の実施態様に応じて種々の容量のものを用いることができる。なお、ボウル15は、被撹拌食材の出し入れを行うため、前述の回転用の電動機11とは別の補助電動機により鉛直方向に所定の長さに亘って昇降可能な構造となっているが、係る昇降機構(図示せず)については、本発明の骨子とは直接に関係しないためその説明を省略する。   The bowl 15 is a stainless steel bowl-shaped container for storing the food to be stirred, and may have various capacities depending on the actual embodiment. Note that the bowl 15 has a structure that can be moved up and down over a predetermined length in the vertical direction by an auxiliary electric motor different from the above-described electric motor 11 for rotation in order to put and take out the food to be stirred. Since the elevating mechanism (not shown) is not directly related to the gist of the present invention, its description is omitted.

演算制御ユニット13は、本発明の要となる部位であり、その構成概略を図2のブロック図に示す。同図に示すように演算制御ユニット13は、主にフィルタ部131、微分演算部132、変曲点検出部133、回転制御部134、及び監視・制御操作パネル135を含んでいる。なお、演算制御ユニット13には、この他にも、例えば、電源部や補助電動機制御部などの部位(何れも図示せず。)も含まれるが、本発明の骨子とは直接に関係しないためその説明を省略する。   The arithmetic and control unit 13 is a main part of the present invention, and its configuration is schematically shown in the block diagram of FIG. As shown in the figure, the arithmetic and control unit 13 mainly includes a filter unit 131, a differential operation unit 132, an inflection point detection unit 133, a rotation control unit 134, and a monitoring / control operation panel 135. In addition, the arithmetic and control unit 13 also includes, for example, parts such as a power supply unit and an auxiliary motor control unit (neither is shown), but does not directly relate to the gist of the present invention. The description is omitted.

フィルタ部131は、トルクセンサー12からのトルク出力信号に含まれる微小時間変化成分を除去する、つまり出力信号を滑らかにする働きを司る部位である。これによって、トルク出力信号に含まれるノイズ成分や、正・負のピーク成分を取り除くことができるので、トルク出力信号T(t)を時間tの経過に伴って滑らかに変化する時間特性曲線として捉えることが可能となる。   The filter unit 131 is a part that removes a minute time-varying component included in the torque output signal from the torque sensor 12, that is, has a function of smoothing the output signal. As a result, noise components and positive / negative peak components included in the torque output signal can be removed, so that the torque output signal T (t) is captured as a time characteristic curve that smoothly changes with the passage of time t. It becomes possible.

フィルタ部131は、例えば、図3(a)に示すような抵抗RとキャパシタCで構成された低域フィルタ回路(平滑化回路)によって実現することができる。同図に示す低域フィルタ回路では信号に含まれる高周波成分が減衰されるため、その入力信号Viと出力信号Voとの比は、図3(b)に示されるような周波数特性となる。すなわち、入力に含まれる高周波のノイズ成分が除去され、トルク出力信号の平滑化(フィルタリング)が為されることになる。   The filter unit 131 can be realized by, for example, a low-pass filter circuit (smoothing circuit) including a resistor R and a capacitor C as shown in FIG. In the low-pass filter circuit shown in FIG. 3, since the high-frequency component contained in the signal is attenuated, the ratio between the input signal Vi and the output signal Vo has a frequency characteristic as shown in FIG. That is, high-frequency noise components included in the input are removed, and the torque output signal is smoothed (filtered).

微分演算部132は、トルク出力信号T(t)に対して、その一次微分函数T‘(t)
T‘(t)=dT(t)/dt
及び、T(t)の二次微分函数T“(t)
T“(t)=dT(t)/dt
を求めるための微分演算を行う部位である。因みに、トルク出力信号T(t)に対し係る微分演算処理を行うことによって、その特性曲線の増加変化傾向を解析できる。
The differential operation unit 132 calculates a first differential function T ′ (t) of the torque output signal T (t).
T ′ (t) = dT (t) / dt
And the second derivative function T ((t) of T (t)
T "(t) = d 2 T (t) / dt 2
Is a part for performing a differential operation for obtaining. Incidentally, by performing the differential operation process on the torque output signal T (t), it is possible to analyze the increasing change tendency of the characteristic curve.

微分演算部132は、例えば、図3(c)に示すような、オペアンプ(演算増幅器)A、抵抗R、及びキャパシタCによって構成された微分回路によって実現することができる。
同図に示された微分回路では、その入力信号Viと出力信号Voとの関係は、
Vo=−RC・(dVi/dt)
となるため入力信号の微分値が出力として得られることになる。なお、係る微分回路を複数段に亘って縦続接続することにより高次の微分演算を実現することができる。
The differential operation unit 132 can be realized by, for example, a differential circuit including an operational amplifier (operational amplifier) A, a resistor R, and a capacitor C as illustrated in FIG.
In the differentiating circuit shown in the figure, the relationship between the input signal Vi and the output signal Vo is
Vo = −RC · (dVi / dt)
Therefore, the differential value of the input signal is obtained as the output. Note that a higher-order differentiation operation can be realized by cascading the differentiating circuits in a plurality of stages.

変曲点検出部133は、トルク出力信号T(t)の特性曲線がプラス増加傾向から、マイナス増加傾向に変化する変曲点を検出する部位である。係る変曲点は、前述の一次微分函数T‘(t)、及び二次微分函数T“(t)のそれぞれの極性(プラス、マイナスの極性)を判定することによって検出することができる。なお、プラス増加傾向とは、T(t)の増加率が逐次増加している状態を表すものであり、マイナス増加傾向とは、T(t)のの増加率が逐次減少している状態を表すものである。   The inflection point detection unit 133 is a part that detects an inflection point at which the characteristic curve of the torque output signal T (t) changes from a positive increasing trend to a negative increasing trend. Such inflection points can be detected by determining the respective polarities (plus and minus polarities) of the above-described first derivative function T ′ (t) and second derivative function T ″ (t). , A positive increasing tendency indicates a state in which the rate of increase of T (t) is gradually increasing, and a negative increasing tendency indicates a state in which the rate of increase of T (t) is decreasing gradually. Things.

因みに、トルク出力信号T(t)の特性曲線がプラス増加傾向を示すときは、前記2つの微分函数の極性は下記のようになり、
一次微分函数:T‘(t)>0
二次微分函数:T“(t)>0
Incidentally, when the characteristic curve of the torque output signal T (t) shows a positive increasing tendency, the polarities of the two differential functions are as follows.
First derivative function: T '(t)> 0
Second derivative function: T "(t)> 0

T(t)の特性曲線がマイナス増加傾向を示すときは、前記2つの微分函数の極性は下記のようになる。
一次微分函数:T‘(t)>0
二次微分函数:T“(t)<0
When the characteristic curve of T (t) shows a negative increasing tendency, the polarities of the two differential functions are as follows.
First derivative function: T '(t)> 0
Second derivative function: T "(t) <0

変曲点検出部133は、例えば、図3(d)に示すような論理演算回路によって構成することができる。すなわち、一次微分函数T‘をコンパレータ(比較器)1のプラス入力に接続し、二次微分函数T“の出力を、同じくコンパレータ(比較器)2のマイナス入力に接続する(各コンパレータの比較入力は零(0)電位に接続する)。そして、両コンパレータの論理積(AND)出力を求めることによって、特性曲線が変曲点、すなわち、T‘(t)>0、T“(t)<0の条件に到達したことが検出できる。   The inflection point detection unit 133 can be constituted by, for example, a logical operation circuit as shown in FIG. That is, the primary differential function T 'is connected to the plus input of the comparator (comparator) 1, and the output of the secondary differential function T "is also connected to the minus input of the comparator (comparator) 2 (comparison input of each comparator). Is connected to a zero (0) potential.) Then, by obtaining the logical product (AND) output of both comparators, the characteristic curve becomes an inflection point, that is, T ′ (t)> 0, T ″ (t) < It can be detected that the condition of 0 has been reached.

回転制御部134は、変曲点検出部133がトルク出力信号T(t)の特性曲線の変曲点を検出した際に、係る検出信号に基づいて電動機11の制御インバーターへの停止制御信号を出力する部位である。   When the inflection point detection unit 133 detects the inflection point of the characteristic curve of the torque output signal T (t), the rotation control unit 134 outputs a stop control signal to the control inverter of the electric motor 11 based on the detection signal. This is the part to output.

監視・制御操作パネル135は、本ミキサー10動作状態を表示すると共に、その動きを制御する部位であり、パネル上には、各種の制御スイッチやモニターランプ(何れも図示せず。)などが備えられている。また、監視・制御操作パネル135には、前述のトルク出力信号の値がリアルタイムで表示され、オペレーターが係る表示値をモニターしながら、監視・制御操作パネル135から直接に、マニュアル操作によって電動機11を制御することも可能である。   The monitoring / control operation panel 135 is a part that displays the operation state of the mixer 10 and controls the operation thereof. The panel includes various control switches and monitor lamps (neither is shown). Have been. Further, the value of the above-described torque output signal is displayed in real time on the monitoring / control operation panel 135, and while the operator monitors the display value, the motor 11 is directly operated from the monitoring / control operation panel 135 by manual operation. It is also possible to control.

なお、以上の説明では、演算制御ユニット13内部の、フィルタ部131、微分演算部132、変曲点検出部133、回転制御部134、の各部位をハードウェアによる構成ブロックとして例示したが、本発明の実施は以上示した構成に限定されるものではない。   In the above description, each part of the filter unit 131, the differential operation unit 132, the inflection point detection unit 133, and the rotation control unit 134 inside the operation control unit 13 is illustrated as a hardware configuration block. The embodiment of the invention is not limited to the configuration described above.

例えば、演算制御ユニット13内に、その全体を制御するマイクロプロセッサ(図示せず)を設け、係るマイクロプロセッサを用いてソフトウェア処理により、前述した各部位の動作処理を行うようにしても良い。すなわち、各部位による処理過程を一連の処理プログラムとして構成し、同じく演算制御ユニット13内に設けたメモリー回路(図示せず)に当該プログラムを予め格納し、係るプログラムに応じて時系列的に制御処理を進めても良い。   For example, a microprocessor (not shown) for controlling the whole may be provided in the arithmetic and control unit 13, and the above-described operation processing of each part may be performed by software processing using the microprocessor. That is, the processing process by each part is configured as a series of processing programs, and the programs are stored in advance in a memory circuit (not shown) provided in the arithmetic and control unit 13 and controlled in chronological order according to the programs. The processing may proceed.

(2)食材のミキシング時における回転トルクの時間的特性変化
次に、食材のミキシング時における撹拌用電動機の回転軸ルクの時間的な特性変化について説明を行う。図4に、一般的な食材を撹拌した場合の、時間経過に伴う回転トルクの特性曲線を示す。因みに、図4において、その縦軸は回転トルクの大きさT(t)(N・m)を表し、その横軸は時間t(秒)を表したものである。
(2) Temporal characteristic change of rotational torque at the time of mixing foodstuffs Next, a temporal change of the rotational axis torque of the stirring motor during mixing of foodstuffs will be described. FIG. 4 shows a characteristic curve of rotational torque over time when a general food material is stirred. Incidentally, in FIG. 4, the vertical axis represents the magnitude of the rotational torque T (t) (N · m), and the horizontal axis represents the time t (second).

攪拌が開始されると、図4に示す通り時間tの経過に伴いトルクT(t)は増加する。因みに、トルクT(t)の増加の様子は単調ではなく、時間領域Aでは右肩上がりに増加(つまり、プラス増加傾向を示す。)して行くが、時間t1を経過して時間領域Bに達するとその増加率が鈍化する(つまり、マイナス増加傾向に転じる。)。さらに、時間t2が経過するとトルクT(t)は最大値を示し、その後、時間領域Cに入って減少に転ずる。   When the stirring is started, the torque T (t) increases as the time t elapses as shown in FIG. Incidentally, the state of the increase in the torque T (t) is not monotonous, and increases in the right-hand direction in the time region A (that is, shows a positive increase tendency). When it reaches that rate, the rate of increase slows down (that is, it turns to a negative increasing trend). Further, when the time t2 elapses, the torque T (t) shows the maximum value, and then enters the time region C and starts decreasing.

これは、撹拌処理が進み過ぎたため、被撹拌対象物を構成する粒子が分離してしまい、被撹拌対象物の粘性抵抗が低下し始めたためである。この状態に至っては、撹拌の対象となっている食材の食感と風味が著しく損なわれてしまい、もはや商品としては流通し得ないものとなってしまう。   This is because the particles constituting the object to be stirred were separated due to excessive progress of the stirring process, and the viscosity resistance of the object to be stirred began to decrease. In this state, the texture and flavor of the foodstuff to be agitated are significantly impaired, and can no longer be distributed as a commercial product.

特に、被撹拌対象物がホイップクリームなどの乳製品の場合は、撹拌処理の進め方を注意深く行う必要があり、図4におけるトルクが最大となる時間t2では撹拌が進み過ぎて余分な泡立ち等が生じてしまう。このような食材では、むしろ時間領域AとBとの境界である時間t1付近において理想的なミキシング状態が得られるとされている。すなわち、本発明の骨子は、トルクの特性曲線に所定の演算処理を行うことにより、係る理想的なミキシング時間を求めることにある。   In particular, when the object to be stirred is a dairy product such as whipped cream, it is necessary to carefully proceed with the stirring process. At time t2 when the torque is maximized in FIG. Would. It is said that with such a food material, an ideal mixing state can be obtained near time t1, which is the boundary between the time regions A and B. That is, the gist of the present invention is to obtain such an ideal mixing time by performing a predetermined calculation process on the torque characteristic curve.

(3)本発明に基づく食品用ミキサーの制御方式
次に、図5(a)に示すフローチャートを参照しつつ、本発明に基づくミキサーの制御方式(以下、単に「本方式」という。)を、ソフトウェア処理によって実行した場合の説明を行う。
(3) Control Method of Food Mixer Based on the Present Invention Next, the control method of the mixer based on the present invention (hereinafter, simply referred to as “the present method”) will be described with reference to the flowchart shown in FIG. A description will be given of a case where the processing is executed by software processing.

本方式では、先ずステップS01において、トルクセンサー12からのトルク出力信号の取り込みが行われる。なお、係る信号取り込みの際のサンプリング時間設定や、A/D(アナログ/デジタル)変換時における量子化条件の設定に関しては、本発明の骨子とは直接に関係しないためその説明を省略する。   In this method, first, in step S01, a torque output signal from the torque sensor 12 is captured. Note that the setting of the sampling time at the time of capturing the signal and the setting of the quantization condition at the time of A / D (analog / digital) conversion are not directly related to the gist of the present invention, and thus the description thereof is omitted.

本方式による制御処理は、所定時間毎(例えば、数百m秒毎)の割り込みタイマーにより、ミキサーにおける撹拌処理の開始時からサイクリックに起動されるものとする。但し、
電動機11の起動時において、一時的に回転トルクがスパイク状に急上昇する場合があるため、電動機11の起動から所定時間(例えば、10秒程度)は、トルクセンサー12からのトルク出力信号の取り込みを禁止することが好ましい。
It is assumed that the control process according to the present method is cyclically started from the start of the stirring process in the mixer by an interrupt timer every predetermined time (for example, every several hundred milliseconds). However,
When the electric motor 11 is started, the rotational torque may temporarily spike in a spike-like manner. Therefore, for a predetermined time (for example, about 10 seconds) from the start of the electric motor 11, the capture of the torque output signal from the torque sensor 12 is performed. It is preferable to prohibit.

続くステップS02において、取り込んだトルク出力信号についてのフィルタ(平滑化)処理が行われる。係る平滑化処理は、複数の処理サイクルに亘って取り込んだトルク出力信号の値をメモリ(図示せず)などにストアして置き、その平均値を取ってフィルタ処理後出力としても良いし、或いは、取り込んだトルク出力信号の移動平均値を取りつつ、その値をフィルタ処理後出力としても良い。   In the following step S02, a filter (smoothing) process is performed on the taken torque output signal. In such smoothing processing, the value of the torque output signal captured over a plurality of processing cycles may be stored in a memory (not shown) or the like, and the average value thereof may be used as an output after filtering, or Alternatively, while taking the moving average value of the fetched torque output signal, the value may be used as the output after filtering.

次のステップS03において、フィルタ処理後出力の時系列T(t)について微分演算処理を行い、前述した一次微分函数T‘、及び二次微分函数T“を算出する。   In the next step S03, a differential operation process is performed on the time series T (t) of the output after the filter processing, and the above-described first differential function T ‘and second differential function T ″ are calculated.

さらに、続くステップS04において、前ステップで算出した一次微分函数T‘、及び二次微分函数T“それぞれの極性をチェックしてトルク特性曲線の変曲点を検出する。なお、前述の図4に示したトルク特性曲線を例に取って、一次微分函数T‘、及び二次微分函数T“それぞれの極性変化の様子、ならびに特性曲線の変化の様子を図5(b)の表に示す。   Further, in the following step S04, the polarity of each of the primary differential function T 'and the secondary differential function T "calculated in the previous step is checked to detect the inflection point of the torque characteristic curve. Taking the shown torque characteristic curve as an example, the state of the polarity change of the primary differential function T 'and the secondary differential function T "and the state of the characteristic curve change are shown in the table of FIG.

そして、次のステップS05において、変曲点に到ったと判定された場合(YESの場合、すなわち、T‘>0,T“<0のとき)は、ステップS06に移行して、電動機11への停止信号を出力して処理を終了させる。一方、ステップS05において、変曲点に到達していないと判定された場合(NOの場合、すなわち、T‘>0,T“>0のとき)は、本方式の処理を休止させ次の割り込み信号によって処理サイクルが起動されるまで、一旦、マイクロプロセッサの状態をWAIT(待ち)状態に移行させる。   Then, in the next step S05, when it is determined that the inflection point has been reached (in the case of YES, that is, when T '> 0, T "<0), the process proceeds to step S06, and the process proceeds to the electric motor 11. On the other hand, if it is determined in step S05 that the inflection point has not been reached (NO, that is, T ′> 0, T ″> 0) Suspends the processing of this method and temporarily shifts the state of the microprocessor to the WAIT (wait) state until the processing cycle is started by the next interrupt signal.

以上に説明したように、本発明による食品用ミキサー、或いは食品用ミキサーの制御方式を用いれば、ホイップクリームやメレンゲなどのソフトでデリケートなミキシングが要求される食材の撹拌・混練或いは泡立てを、ミキサーのオペレーターの勘と技量に左右されることなく自動的に行うことが可能となる。それ故、撹拌不足或いは撹拌過多などによる不良品の発生を効果的に低減させることができる。 As described above, if the food mixer according to the present invention or the control method of the food mixer is used, the mixing, kneading or frothing of the ingredients required for soft and delicate mixing such as whipped cream and meringue is performed by the mixer. Can be performed automatically without being affected by the intuition and skill of the operator. Therefore, the occurrence of defective products due to insufficient stirring or excessive stirring can be effectively reduced.

なお、本発明の実施形態は、以上に説明した実施例に限定されるものではなく、例えば、各々の実施例を構成する各部位の形状や配置或いはその素材等は、本発明の趣旨を逸脱することなく、現実の実施態様に即して適宜変更ができるものであることは言うまでもない。   The embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments. For example, the shape and arrangement of each part constituting each embodiment or the material thereof deviate from the gist of the present invention. It goes without saying that changes can be made as appropriate in accordance with the actual embodiment without doing so.

以上に説明した本発明の構成は、乳製品業界や製菓業界をはじめとして、食材の撹拌・混練、或いは泡立てを必要とする各種の食品業界においてもその利用が可能である。
The configuration of the present invention described above can be used in various food industries that require stirring, kneading, or whipping of ingredients, including the dairy and confectionery industries.

本発明による食品用ミキサーの外観概略図である。1 is a schematic view of the appearance of a food mixer according to the present invention. 本発明による食品用ミキサーの演算制御ユニットの構成ブロック図である。FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of an arithmetic and control unit of the food mixer according to the present invention. 演算制御ユニット内における各部回路の構成等を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of each circuit in the arithmetic and control unit, and the like. 食品のミキシング時におけるトルクの時間経過に伴う変化を説明するである。7 is a diagram illustrating a change in torque over time during mixing of food. 本発明による食品用ミキサーの制御方式を説明するフローチャートである。4 is a flowchart illustrating a control method of the food mixer according to the present invention.

10 … 本発明による食品用ミキサー
11 … 回転駆動用電動機
12 … トルクセンサー
13 … 演算制御ユニット
131… フィルタ部
132… 微分演算部
133… 変曲点検出部
134… 回転制御部
135… 監視・制御操作パネル
15 … 食材収容ボウル
R … 抵抗
C … キャパシタ
A … オペアンプ(演算増幅器)
CMP… コンパレータ(比較器)
AND… 論理積ゲート回路

10 Food mixer 11 according to the present invention Rotary drive motor 12 Torque sensor 13 Operation control unit 131 Filter unit 132 Differential operation unit 133 Inflection point detection unit 134 Rotation control unit 135 Monitoring / control operation Panel 15: Food storage bowl R: Resistance C: Capacitor A: Operational amplifier (operational amplifier)
CMP ... Comparator
AND… AND gate circuit

Claims (5)

撹拌子を用いて各種の食材を撹拌・混練する食品用ミキサーであって、
回転駆動用の電動機から撹拌子に加わる回転トルクを測定してトルク計測信号を出力するトルク測定ユニットと、
前記トルク計測信号に所定の演算処理を施し、その演算結果に基づいて前記電動機への制御信号を出力する演算制御ユニットと、を含むことを特徴とする食品用ミキサー。
A food mixer for stirring and kneading various ingredients using a stirrer,
A torque measurement unit that measures a rotation torque applied to the stirrer from the motor for rotation drive and outputs a torque measurement signal;
A mixer for performing a predetermined calculation process on the torque measurement signal and outputting a control signal to the electric motor based on the calculation result.
前記演算制御ユニットは、
前記トルク計測信号についての微小時間変化成分を除去して、前記トルク計測信号の平滑化を行うフィルタ部と、
前記フィルタ部からの出力信号を微分して前記回転トルクの増加する速度及び加速度を算定する微分演算部と、
前記微分演算部の演算結果に基づいて、前記回転トルクの増加特性曲線の変曲点を検出する変曲点検出部と、
前記変曲点検出部によって前記変曲点が検出された際に、前記電動機への回転停止信号を出力する回転制御部と、を含むことを特徴とする請求項1に記載の食品用ミキサー。
The arithmetic and control unit,
A filter unit that removes a minute time-varying component of the torque measurement signal and smoothes the torque measurement signal,
A differential operation unit that differentiates an output signal from the filter unit to calculate a speed and an acceleration at which the rotational torque increases,
An inflection point detection unit that detects an inflection point of the rotational torque increase characteristic curve based on a calculation result of the differentiation calculation unit;
The food mixer according to claim 1, further comprising: a rotation control unit that outputs a rotation stop signal to the electric motor when the inflection point is detected by the inflection point detection unit.
撹拌子を用いて各種の食材を撹拌・混練する食品用ミキサーの制御方式であって、
回転駆動用の電動機から撹拌子に加わる回転トルクを測定するトルクセンサーからトルク計測信号を取り込むトルク計測信号取り込みステップと、
前記トルク計測信号についての微小時間変化成分を除いて、前記トルク計測信号の平滑化を図りフィルタ処理後出力信号を生成するフィルタ処理ステップと、
前記フィルタ処理後出力信号を微分して当該信号の増加速度、及び増加加速度を算定する微分演算処理ステップと、
前記微分演算処理ステップの演算結果に基づいて前記回転トルクの特性曲線の変曲点を検出する変曲点検出ステップと、
前記変曲点が検出された際に、前記電動機への回転停止信号を出力する回転制御ステップと、を含むことを特徴とする食品用ミキサーの制御方式。
A control method of a food mixer that stirs and kneads various ingredients using a stirrer,
A torque measurement signal capturing step of capturing a torque measurement signal from a torque sensor that measures a rotation torque applied to the stirrer from a motor for rotational drive;
Excluding the minute time-varying component of the torque measurement signal, a filter processing step of generating a filtered output signal by smoothing the torque measurement signal,
A differential operation processing step of differentiating the output signal after the filter processing to calculate an increase speed of the signal and an increase acceleration,
An inflection point detecting step of detecting an inflection point of the characteristic curve of the rotational torque based on the operation result of the differential operation processing step,
A rotation control step of outputting a rotation stop signal to the electric motor when the inflection point is detected, the control method for a food mixer.
前記各種の食材は、主にホイップクリームなどの乳製品、或いはメレンゲなどの卵白・卵黄製品であることを特長とする請求項1又は2に記載の食品用ミキサー。   3. The food mixer according to claim 1, wherein the various ingredients are mainly dairy products such as whipped cream or egg white / yolk products such as meringue. 前記各種の食材は、主にホイップクリームなどの乳製品、或いはメレンゲなどの卵白・卵黄製品であることを特長とする請求項3に記載の食品用ミキサーの制御方式。
4. The food mixer control method according to claim 3, wherein the various ingredients are mainly dairy products such as whipped cream or egg white / yolk products such as meringue.
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