JP2021041981A - 製袋充填機の包装異常検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異物の噛み込みの有無をより高精度に検出できる。【解決手段】縦型製袋充填機の包装異常検出装置２は、包装異常に影響する第一記憶手段３５と第二記憶手段３６に予め測定された良品の閉じ位置データと熱流データとをそれぞれ記憶する。第１パラメータ取得手段３０と第２パラメータ取得手段３２では新たな閉じ位置データと熱流データを取得する。特徴量演算手段３７では、良品の閉じ位置データと熱流データと第1パラメータ取得手段３０と第２パラメータ取得手段３２に新たに取得したデータに基づき等マハラノビス距離を算出する。閾値設定手段４０によってマハラノビス距離の閾値を設定する。噛み込み判断手段３９は、マハラノビス距離の閾値から新たな閉じ位置データ及び熱流データの相関データが外れていると加熱シール時のフィルム噛み込みによる異常と判断する。【選択図】図３

Description

本発明は、製袋充填機に設けた横シール装置等において包材のシール異常を検出する包装異常検出装置に関する。

従来、内容物を充填した袋を連続して形成する製袋充填機は、筒状に巻いて縦シールしたフィルムを横シーラで横シールすることで袋の底部をシールし、内容物を充填した後で頂部を横シールして切断している。

例えば特許文献１に記載された製袋充填機は、噛み込み判定手段によって横シーラの閉じ位置と噛み込み判定しきい値により横シール装置による内容物の噛み込みの有無を判定する。そして、横シーラの閉じ位置に関する変動要因に対応して噛み込み判定しきい値補正手段によって噛み込み判定しきい値を補正している。

特開２０１９−１１０９１号公報

しかしながら、上述の特許文献１に記載された製袋充填機では、噛み込みの有無の判断は横シール装置の閉じ位置の検出という、１種のパラメータで行っていた。この場合、包材のシール代に内容物の噛み込みの有無を判断する際に噛み込みの検出精度が十分でないことがあった。また、縦シール部の影響による横シール部の厚みの差等の要因によって噛み込みの有無の検出精度に限界があった。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、異物の噛み込みの有無をより高精度に検出できるようにした製袋充填機の包装異常検出装置を提供することを目的とする。

本発明による製袋充填機の包装異常検出装置は、包装異常に影響する２種以上のパラメータの良品の値を予め記憶する記憶手段と、２種以上のパラメータの新たな値を検出するパラメータ取得手段と、２種以上のパラメータの良品の値と２種以上のパラメータの新たな値とに基づいて特徴量を演算する特徴量演算手段と、特徴量が２種以上のパラメータの良品の値に基づいて規定された閾値を外れる場合に異常と判断する包袋異常判断手段と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、記憶手段に記憶した２種以上のパラメータの良品の値に基づいて閾値を規定でき、パラメータ取得手段で検出した２種以上の新たなパラメータと閾値との関係により包袋異常判断手段で異常の有無を判定できる。

また、包装異常は横シール装置による包材の横シール時の異物噛み込みであり、包袋異常判断手段は異物の噛み込みを判断する噛み込み判断手段であることが好ましい。
包材の横シール時に異物の噛み込みがあった場合、包袋異常判断手段によって包装異常を判定できる。

また、特徴量演算手段における特徴量は、２種以上のパラメータの良品の値と新たに取得したパラメータの値に基づいて算出されるマハラノビス距離であり、包袋異常判断手段は、マハラノビス距離が２種以上のパラメータの良品の値に基づいて規定した閾値から外れる場合に異常と判定することができる。

また、２種以上のパラメータ等から算出された特徴量が閾値を逸脱しないと判断された場合に、記憶手段の２種以上のパラメータの値を更新または追加するようにしてもよい。
記憶手段に記憶された２種以上のパラメータの良品の値を、閾値を逸脱しない２種以上の新たなパラメータに置き換えまたは追加することで、正常の範囲が変化した場合でも噛み込みを高精度に検出できる。

本発明による製袋充填機の包装異常検出装置によれば、２種以上のパラメータの良品の値と２種以上のパラメータの良品の値とに基づいて特徴量演算手段で特徴量を演算し、特徴量が２種以上のパラメータの良品の値に基づいて規定された閾値を外れる場合に異常と判断することで、従来１種のパラメータでは検出できなかった包装異常を高精度に判別することができる。

本発明の実施形態による縦型製袋充填機の要部説明図である。 横シール装置の説明図である。 包装異常検出装置のブロック図である。 閉じ位置データ及び熱流データと確率密度を３次元で表示したグラフである。 閉じ位置データ及び熱流データに基づくマハラノビス距離を等高線状に表示した図である。 図５に示すマハラノビス距離を真円に補正した図である。 横シール装置の閉じ位置の時系列データを示すグラフである。 図７に示す閉じ位置データの分布図である。 横シール装置の閉じ位置の時系列及び熱流データと閾値との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態による製袋充填機１の包装異常検出装置２について添付図面により説明する。
図１に示す実施形態による製袋充填機１は、包材としてのフィルムｆを繰り出すフィルム供給装置３と繰り出されたフィルムｆから袋Ｆを製造する縦型製袋充填機４とを備えている。フィルム供給装置３は、シート状のフィルムｆを繰り出すフィルムロール６と、繰り出されたフィルムｆを縦型製袋充填機４に搬送する複数のローラを配設させたローラ機構７とを備えている。

縦型製袋充填機４は、内容物を投入するホッパ９の下部に製袋チューブ１０が上下方向に設置されている。フィルムロール６のローラ機構７から搬送されるフィルムｆはフォーマ１１でガイドされて製袋チューブ１０に供給されて筒状に成形される。製袋チューブ１０の下端部は袋Ｆの水平断面形状に応じた筒状に形成されている。製造された袋Ｆは縦シール部Ｆ１と底部シール部Ｆ２と頂部シール部Ｆ３を有している。製袋チューブ１０で筒状に成形されたフィルムｆは合掌された周方向両端部が縦シーラ１２で上下方向にシールされる。

筒状のフィルムｆは製袋チューブ１０に沿って繰り出しベルト１３で間欠的に下方に搬送される。製袋チューブ１０の下方に搬送される筒状のフィルムｆは、横シール装置１５によって先行する袋Ｆの上端開口である頂部シール部Ｆ３を封止すると共に次の袋Ｆの底部シール部Ｆ２を封止する。底部シール部Ｆ２を封止された袋Ｆはホッパ９から落下する内容物が充填され、その上端開口の頂部シール部Ｆ３と次の袋Ｆの底部シール部Ｆ２が横シール装置１５で同時に封止されてその間が図示しないカッタでカットされる。このようにして、袋Ｆが順次製造される。

次に、縦型製袋充填機４の横シール装置１５について図２により説明する。
図２において、横シール装置１５は製袋チューブ１０の下方で、製袋チューブ１０から繰り出される筒状のフィルムｆに直交する水平面内に配設されている。横シール装置１５には、筒状のフィルムｆを挟んで両側に一対のヒータブロック１６ａ、１６ｂが開閉可能に配設されている。ヒータブロック１６ａ、１６ｂは図示しないカッタを挟んで上側部分に袋Ｆの底部シール部Ｆ２をシールする部分、下側部分に袋Ｆの頂部シール部Ｆ３をシールする部分を有している。横シール装置１５には図３に示す包装異常検出装置２が設けられている。

各ヒータブロック１６ａ、１６ｂには一対の軸部１７、１７がヒータブロック１６ａ、１６ｂに直交する方向に配設されている。軸部１７、１７の両端には横シーラブラケット１８と連結ブラケット１９とが連結されている。横シーラブラケット２０は軸部１７を貫通させてスライド可能に支持されている。軸部１７、１７と横シーラブラケット１８及び連結ブラケット１９は四角形枠状に形成され、図示しない継手に支持されて軸部１７の長手方向に往復移動可能とされている。

横シーラブラケット１８には一方のヒータブロック１６ａが連結されている。横シーラブラケット２０には他方のヒータブロック１６ｂが連結されている。横シーラブラケット２０と連結ブラケット１９との間にはクランク軸状の第一連係部材２２と第二連係部材２３とが配設されている。第一連係部材２２は第一モータＭ１と、その出力軸に長手方向中央で連結されたクランクレバー２４ａと、クランクレバー２４ａの両端にそれぞれ回動可能に支持されたクランクアーム２５ａとを有している。
一方のクランクアーム２５ａの一端は横シーラブラケット２０に支承され、他方のクランクアーム２５ａの端部は連結ブラケット１９に支承されている。第二連係部材２３も第一連係部材２２と同様な構成を有しており、第二モータＭ２と、クランクレバー２４ｂと、その両側のクランクアーム２５ｂとをそれぞれ有している。

図２において、第一モータＭ１を時計回りに、第二モータＭ２を反時計回りに回転させると第一連係部材２２と第二連係部材２３が収縮して横シーラブラケット２０及びヒータブロック１６ｂが他方のヒータブロック１６ａから離間する方向に移動する。これに連動して連結ブラケット１９がヒータブロック１６ｂ側に近づくため、ヒータブロック１６ａはヒータブロック１６ｂから離間する方向に移動する。
これとは逆に、第一モータＭ１を反時計回り、第二モータＭ２を時計回りに回転させると第一連係部材２２及び第二連係部材２３が伸張して横シーラブラケット２０及びヒータブロック１６ｂが他方のヒータブロック１６ａに近づく方向に移動する。これに連動して連結ブラケット１９がヒータブロック１６ｂから離間する方向に移動するため、ヒータブロック１６ａはヒータブロック１６ｂに接近する方向に移動する。そして、ヒータブロック１６ａ、１６ｂで筒状のフィルムｆを挟んで押圧して加熱シールする。

第一モータＭ１には第一モータＭ１の位置検出手段として例えばエンコーダ２８ａが設置され、第一モータＭ１の回転角度（回転量)を検出する。第二モータＭ２には第二モータＭ２の位置検出手段としてエンコーダ２８ｂが設置され、エンコーダ２８ｂで第二モータＭ２の回転角度（回転量)を検出する。第一モータＭ１の回転角度及び第二モータＭ２の回転角度に基づいて、後述するフィルムｆ（袋Ｆの底部シール部Ｆ２及び頂部シール部Ｆ３）の閉じ位置データに変換可能である。
また、ヒータブロック１６ａ、１６ｂには温度センサ３１ａ、３１ｂが設置され、温度センサ３１ａ、３１ｂによってヒータブロック１６ａ、１６ｂの温度を測定して後述する熱流データに変換可能である。

次に横シール装置１５の包装異常検出装置２について図３により説明する。包装異常検出装置２は横シール装置１５でフィルムｆ(袋Ｆ)の底部シール部Ｆ２及び頂部シール部Ｆ３を加熱シールする際に内容物等の異物の噛み込みによるシール不良（異常）を検出するものである。
包装異常検出装置２は、第１パラメータ取得手段３０と第２パラメータ取得手段３２とを備えている。第１パラメータ取得手段３０は、エンコーダ２８ａ、２８ｂで検出された第一モータＭ１及び第二モータＭ２の回転角度データをそれぞれ演算してフィルムｆ（袋Ｆ）の閉じ位置データに変換する。
閉じ位置データはフィルムｆ（袋Ｆ）の頂部シール部Ｆ３及び／または底部シール部Ｆ２の加熱シール部分での異物の噛み込みの有無によって値が増減される。また、第一モータＭ１及び第二モータＭ２の回転角度データは第１パラメータ取得手段３０によってフィードバック制御して指示トルク値に基づいて第一モータＭ１と第二モータＭ２を出力制御する。

また、第２パラメータ取得手段３２は、温度センサ３１ａ、３１ｂで測定されたヒータブロック１６ａ、１６ｂの温度を熱流のデータに変換する。熱流は熱の時間当たりの移動量と方向を示すものである。熱量は、フィルムｆを挟むヒータブロック１６ａ、１６ｂ間を流れるエネルギー（J＝ジュール）であり、フィルムｆの加熱シールに関係するデータである。フィルムｆの新たに取得した閉じ位置データと熱流データはそれぞれ特徴量演算手段３７へ送信される。
図４は取得した閉じ位置データ及び熱流データの分布を確率密度関数で表したものである。

包装異常検出装置２では、記憶手段３４において、書き換え可能な第一記憶手段３５と第二記憶手段３６を有している。第一記憶手段３５は、予め測定されたフィルム閉じ位置データの正常値(パラメータの良品の値)データ群を第１パラメータとして記憶している。また、第二記憶手段３６は、予め測定されたフィルムｆの熱流データの正常値データ群(パラメータの良品の値)を第２パラメータとして記憶している。
正常値データ群(パラメータの良品の値)とは、袋Ｆ(フィルムｆ)の底部シール部Ｆ２と頂部シール部Ｆ３の加熱シール部分において異物の噛み込みが認められない、または許容範囲内である複数の閉じ位置データ群と熱流データ群を示すものである。
そして、第一記憶手段３５と第二記憶手段３６に記憶されたデータ群の個々のパラメータは互いに対応している。

包装異常検出装置２では、第１パラメータ取得手段３０、第２パラメータ取得手段３２、第一記憶手段３５、第二記憶手段３６にそれぞれ電気的に接続された特徴量演算手段３７が設けられている。特徴量演算手段３７では、第一記憶手段３５からフィルムｆの閉じ位置データの正常値データ群が入力され、第二記憶手段３６から熱流データの正常値データ群が入力される。
これらの正常値データ群によって、特徴量演算手段３７では、図５に示すように、閉じ位置データ及び熱流データの２種のパラメータを縦軸及び横軸としてマハラノビス距離、即ち複数の等高線状の多重楕円からなる等マハラノビス距離線を表示することができる。等マハラノビス距離線は相関係数によって長径と短径の比が規定された楕円である。

ここで、２種のパラメータ（ 閉じ位置データ、熱流データ）を２変量とし、それぞれが正規化されたデータの場合、そのマハラノビス距離Ｄは公知の次式で表すことができる。正規化は第一記憶手段３５、第二記憶手段３６に記憶された正常値データ群によりそれぞれ行う。

なお、Ｘは閉じ位置データ
Ｙは熱流データ、
ｋはパラメータの種類の数であり、この場合は２である。
ｒはＸ，Ｙの相関係数で、次式で表すことができる。

また、第１パラメータ取得手段３０と第２パラメータ取得手段３２から入力される新たに取得した閉じ位置データ及び熱流データ(パラメータの新たな値)の相関データを、図５に示す等マハラノビス距離線を示す閾値Ｓに重ねて、マハラノビス距離即ち特徴量としてプロットすることができる。
特徴量演算手段３７には、等マハラノビス距離線と新たに取得した閉じ位置データ及び熱流データの相関データのマハラノビス距離との関係から異物の噛み込みの有無を判断する噛み込み判断手段３９が接続されている。噛み込み判断手段３９にはマハラノビス距離の閾値Ｓを決定する閾値設定手段４０が接続されている。

閾値設定手段４０では、第１パラメータ取得手段３０と第２パラメータ取得手段３２から入力される新たに取得した閉じ位置データと熱流データとの関係でその分散の度合いから、例えば標準偏差が３σの距離にある最も外側の等マハラノビス距離線を選択して閾値Ｓを設定する。そして、噛み込み判断手段３９によって、プロットした全ての新たな閉じ位置データ及び熱流データの相関データについて閾値Ｓの範囲内であれば正常値と判断し、範囲外であれば異常値と判断する。図５によれば、ｑ１、ｑ２の閉じ位置データ及び熱流データが閾値Ｓの範囲を外れた異常値と認定される。
なお、閉じ位置データ及び熱流データの相関のない真円のものが図６に示されている。この場合、中心(平均値)からの距離がマハラノビス距離である。

なお、第１パラメータ取得手段３０と第２パラメータ取得手段３２から入力される新たな閉じ位置データと熱流データが全て正常値(良品の値)と認定された場合、これらの閉じ位置データと熱流データの正常値データ群を第一記憶手段３５及び第二記憶手段３６に書き換えて記憶する。これによって、第一記憶手段３５及び第二記憶手段３６の正常値データ群を随時書き換えて更新できるため、正常値の範囲が時間等の経過と共に変化する場合でも噛み込みを高精度に検出できる。
特徴量演算手段３７のマハラノビス距離によって製造される袋Ｆの底部シール部Ｆ２や頂部シール部Ｆ３の横シール部分が噛み込みによって異常と判断された場合、縦型製袋充填機４の作動を停止させて外筒する袋Ｆを取り除く。或いは、縦型製袋充填機４を停止させることなく袋Ｆを順次製造して、異常と判断された袋Ｆを製造ラインから外すことができる。

次に、比較例として、エンコーダ２８ａ、２８ｂで測定した新たな閉じ位置データを１種のパラメータとして取得した場合における縦型製袋充填機４の包装異常検出方法について説明する。
図７において、走行するフィルムｆを横シール装置１５で加熱シールしてフィルムｆから袋Ｆを順次製造する場合、閉じ位置データを順次取得してプロットしたグラフである。図において、縦軸が閉じ位置データ、横軸が測定回数である。図８は、このグラフを正規分布図に表示したものである。この場合、標準偏差をσとして±３σの範囲内に９９．７％の閉じ位置データが含まれ、これらを正常値として判断することができる。

図９は、この閉じ位置データを熱流データとの相関関係で横軸と縦軸にプロットしたものである。図９において、閉じ位置データだけでなく熱流データの標準偏差もσとして±３σの範囲内に９９．７％の熱流データが含まれる。比較例で判断した閉じ位置データと熱流データをそれぞれ±３σの範囲を閾値として仕切ると、上限の+３σを外れる閉じ位置データｐ１と下限−３σを外れる閉じ位置データｐ２が噛み込みの異常値であり、不良品と認定される。
しかしながら、閉じ位置データ及び熱流データの±３σの範囲内であっても、正常値の多数の閉じ位置データ群、熱流データ群から離れたデータｑ１とｑ２は異常値の可能性が高い。しかし、１種のパラメータによる包装異常検出方法では、これらのデータｑ１、ｑ２は閉じ位置データ及び熱流データのいずれであっても正常値の範囲内と判定されてしまう。
この点を考慮して、上述した本発明の実施形態のように、２種のパラメータを用いてマハラノビス距離によって正常値と異常値を判別することで、より高精度な判断を行うことができる。

上述したように本実施形態による製袋充填機１の包装異常検出装置２によれば、２種のパラメータに基づいてマハラノビス距離により横シール装置１５の異物の噛み込みの有無によるシール異常の有無を判断できる。そのため、製造される袋Ｆについて横シール部分の包装異常の有無を高精度に検出できる。
しかも、第一記憶手段３５及び第二記憶手段３６の正常値データ群が随時更新可能であるので、正常値の範囲が経時的に変化する場合でもこれに応じて噛み込みによる包装異常の検出精度を高精度に維持できる。

以上、本発明の実施形態による製袋充填機１の包装異常検出装置２について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜の変更や置換等が可能であり、これらはいずれも本発明に含まれる。以下に、本発明の変形例等について説明するが、上述した実施形態と同一または同様な部分、部材には同一の符号を用いて説明を省略する。

上述した実施形態による包装異常検出装置２では、パラメータとして閉じ位置データ及び熱流データからなる２種のデータ（２次元のデータ）を用いて横シール装置１５の噛み込みの有無による包装異常を判断している。しかし、本発明では、選択するパラメータは上記の２種類のパラメータに限定されるものではなく、種々のパラメータを採用できる。例えば、横シーラの速度、加速度、熱流積分値、熱流微分値、駆動用モータの電流値、力、力積、力微分値等、各種のパラメータを適宜採用することができる。

また、採用するパラメータは２種に限定されるものではなく、製袋充填機１で用いる３種以上のパラメータを採用して、各パラメータの正常値データ群からマハラノビス距離またはパラメータの関係性の式を予め求めて、新たに取得するパラメータとの関係を噛み込みの有無による包装異常として判断してもよい。そのため、特徴量演算手段３７はマハラノビス距離に限定されるものではなく、主成分分析やニューラルネットワークを利用して算出することもできる。

なお、第１パラメータ取得手段３０と第２パラメータ取得手段３２はパラメータ取得手段に含まれる。
また、上述した実施形態では、縦型製袋充填機４の横シール装置１５について説明したが、本発明は製袋充填機１として横型製袋充填機に横シール装置や縦シール装置等のシール装置を取り付ける場合にも適用することができる。

１ 製袋充填機
２ 包装異常判断装置
４ 縦型製袋充填機
１５ 横シール装置
１６ａ、１６ｂ ヒータブロック
２８ａ、２８ｂ エンコーダ
３０ 第１パラメータ取得手段
３１ａ、３１ｂ 温度センサ
３２ 第２パラメータ取得手段
３４ 記憶手段
３５ 第一記憶手段
３６ 第二記憶手段
３７ 特徴量演算手段
３９ 噛み込み判断手段
４０ 閾値設定手段
Ｍ１ 第一モータ
Ｍ２ 第二モータ
ｆ フィルム
Ｆ 袋

Claims (4)

1. 包装異常に影響する２種以上のパラメータの良品の値を予め記憶する記憶手段と、
   前記２種以上のパラメータの新たな値を検出するパラメータ取得手段と、
   前記２種以上のパラメータの良品の値と前記２種以上のパラメータの新たな値とに基づいて特徴量を演算する特徴量演算手段と、
   前記特徴量が２種以上のパラメータの良品の値に基づいて規定された閾値を外れる場合に異常と判断する異常判断手段と、
   を備えたことを特徴とする製袋充填機の包装異常検出装置。
2. 前記包装異常は横シール装置による包材の横シール時の異物噛み込みであり、
   前記異常判断手段は異物の噛み込みを判断する噛み込み判断手段である請求項1に記載された製袋充填機の包装異常検出装置。
3. 前記特徴量演算手段における特徴量は、前記２種以上のパラメータの良品の値と新たに取得したパラメータの値に基づいて算出されるマハラノビス距離であり、
   前記異常判断手段は、前記マハラノビス距離が前記２種以上のパラメータの良品の値に基づいて規定した前記閾値から外れる場合に異常と判定する請求項1または２に記載された製袋充填機の包装異常検出装置。
4. 前記２種以上の新たなパラメータ等から算出された特徴量が前記閾値を逸脱しないと判断された場合に、前記記憶手段の２種以上のパラメータの良品を更新または追加するようにした請求項１から３のいずれか１項に記載された製袋充填機の包装異常検出装置。

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