JP2023541777A - 食品包装装置における切断ユニットの状態監視 - Google Patents
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Abstract
液体食品のパッケージを製造するための装置における切断ユニット(165a、165b)の状態は、個々の食品含有パッケージ(106)に切断するために作動されたときに切断ユニットにおける切断刃(166a、166b)の切断抵抗を測定するセンサ(30)、例えば圧力変換器、からの測定値の時間シーケンスに基づいて監視される。監視は、測定値に対する抵抗時間プロファイルを生成すること、抵抗時間プロファイルにおいて少なくとも1つの予め定められた特徴を検出すること、予め定められた特徴に対するそれぞれの位相値を決定すること、それぞれの位相値を含む入力値のセットの関数として切断ユニット(165a、165b)の状態を決定すること、を含む。状態は、切断刃(166a、166b)の摩耗の程度を表す。
Description
本開示は、一般に、液体食品のパッケージを製造する食品包装機に関し、特に、食品包装機における切断ユニットの状態監視に関する。
液体食品の生産と包装は自動化されており、大量生産を実現するために食品包装機の高度なプロセス制御が必要である。食品包装機の安全で信頼性の高い操作は非常に重要であり、操作不良やそれに伴う生産停止は、生産コストや製品品質に大きな影響を与える可能性がある。操作不良を早期に発見することは、機械の性能低下や人命への影響を回避するために非常に重要である。
食品包装機は通常、液体食品を含むパッケージを生成しながらパッケージ材料を切断するための1つ又は複数のナイフを持つ切断ユニットを備える。ナイフは、時間の経過とともに摩耗するため、交換が必要である。従来は、稼働時間に応じて定期的にナイフを交換していた。しかし、ナイフの交換時期が早すぎて不要な生産停止が生じることや、交換時期が遅すぎて十分な品質が得られないため廃棄されるパッケージが大量に発生することがある。
先行技術としては、圧力センサによってナイフの切断抵抗を測定し、切断ステップ中の最大抵抗圧力と最大抵抗圧力に続く一定の抵抗圧力との間の圧力差を測定し、圧力差を基準値と比較することによって切断刃の状態を監視することを提案するEP1666362が挙げられる。
同様に、WO2017/102864では、切断刃を作動させるための油圧システム内の圧力を検出することを提案している。切断刃が包装材料を切断する際に検出される圧力が所定の閾値を超えると、切断刃の交換の必要性が示される。
これらの技術は,十分に制御された試験環境においてナイフや切断刃の交換の必要性を検出するのには有効であるが,実際の生産環境に設置するには十分な信頼性に欠ける可能性がある。また、切断ユニットで発生する可能性がある故障状態を特定することもできない。
本発明の目的は、上記の従来技術で特定された制限の1つ以上を少なくとも部分的に克服することである。
その目的の一つは、液体食品の包装機における切断ユニットの状態を監視するための代替技術を提供することである。
更なる目的は、生産環境下での高い信頼性を実現する技術を提供することである。
これらの目的の1つ以上、及び以下の説明から明らかになるさらなる目的は、独立請求項による切断刃の状態を監視する方法、コンピュータ読み取り可能な媒体、監視装置、及び液体食品のパッケージを製造するための装置によって少なくとも部分的に達成され、その実施形態は従属請求項によって定義される。
本開示の第1の態様は、液体食品のパッケージを製造する装置における切断ユニットの状態を監視する方法である。装置は、切断ユニットを備え、チューブ形態の包装材料のウェブを垂直方向にシールし、チューブに液体食品を充填し、チューブに横方向のシールを形成し、切断ユニット内の切断刃によって横方向のシールを切断して、個々の食品を含むパッケージを得るよう構成される。この方法は、それぞれの横方向シールを切断するために作動したときの切断刃の切断抵抗を測定するように配置されたセンサから測定値の時間シーケンスを得ること、測定値の時間シーケンスを処理して抵抗時間プロファイルを生成すること、抵抗時間プロファイル内の少なくとも一つの予め定められた特徴を検出すること、抵抗時間プロファイル内の少なくとも一つの予め定められた特徴のそれぞれの位相値を決定すること、それぞれの位相値を含む入力値セットの関数として切断ユニットの状態を決定すること、を含む。
第1の態様は、広範にわたる実験の結果、抵抗時間プロファイルの特徴の位相値(「タイミング」)が、切断刃の摩耗度合いを含む切断ユニットの状態に応答するという発見に基づいている。これにより、第1の態様は、動作中の包装機における切断ユニットの状態を監視するための代替技術を提供する。切断ユニットの状態を決定するために、位相値を使用できるという洞察は、大きさ、時間的変化又は変動性など、位相値以外の他の評価パラメータによって抵抗時間プロファイルを表すことができるさらなる入力値との組み合わせに基づいて状態を決定する可能性を開き、監視の堅牢性をさらに改善し、それによって生産環境における高信頼性を可能にする。また,位相値の利用により,不正確な切断性能やタイミング,切断ユニット内の摩擦の増大など,切断ユニットのさらなる故障状態を検出する可能性が広がる。
本開示の第2の態様は、プロセッサに第1の態様の方法又はその任意の実施形態を実行させるコンピュータ命令を含むコンピュータ読み取り可能な媒体である。
本開示の第3の側面は、監視装置である。監視装置は、液体食品のパッケージを製造する装置において、液体食品で満たされたチューブに形成されたそれぞれのシールを切断するために切断刃が作動している間に、切断刃の切断抵抗を表す測定値の時間シーケンスを測定し、出力するように構成されたセンサに接続するための信号インターフェースと、監視装置を制御して第1の態様又はその任意の実施形態の方法を実行するように構成されたロジックとを備える。
本開示の第4の態様は、液体食品の包装を製造するための装置である。この装置は、切断ユニットを備え、チューブの形態の包装材料のウェブを垂直にシールし、チューブに液体食品を充填し、チューブに横方向のシールを形成し、切断ユニット内の切断刃で横方向のシールを切断して、個々の食品を含むパッケージを得るように構成される。この装置は、さらに、それぞれの横方向シールを切断するために作動したときの切断刃の切断抵抗を表す測定値の時間シーケンスを測定し、出力するように配置されたセンサと、第3の態様又はその任意の実施形態の監視装置と、を備える。
本開示の主題のさらに他の目的、実施形態、特徴、及び態様、並びに技術的効果は、以下の詳細な説明及び図面から明らかになるであろう
以下、本発明の実施形態について、添付の概略図面を参照しながら例示的に説明する。
以下、いくつかの実施形態が示されている添付の図面を参照しながら、実施形態について詳細に説明する。実際、本開示の対象は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、本明細書に示される実施形態に限定されると解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、本開示が適用される法的要件を満たすことができるように提供される。
また、可能な場合、本明細書に記載及び/又は企図された実施形態のいずれかの利点、特徴、機能、装置、及び/又は動作の態様は、本明細書に記載及び/又は企図された他の実施形態のいずれにも含まれ得ること、及び/又はその逆が理解されるであろう。加えて、本明細書において単数形で表される任意の用語は、明示的に別段の記載がない限り、複数形及び/又はその逆も含むことを意図している。本明細書で使用される場合、「少なくとも1つ」は「1つ以上」を意味するものとし、これらの語句は交換可能であることが意図している。したがって、用語「a」及び/又は「an」は、「1つ以上」又は「少なくとも1つ」というフレーズが本明細書でも使用されているにもかかわらず、「少なくとも1つ」又は「1つ以上」を意味するものとする。本明細書で使用される場合、文脈が明示的な言語又は必要な含意により別のものを要求する場合を除き、単語「comprise」又は「comprises」又は「comprising」等の変形は、包括的意味で、すなわち、記載の特徴の存在を特定するが、様々な実施形態におけるさらなる特徴の存在又は追加を排除しない意味で使用される。本明細書で使用される場合、用語「及び/又は」は、関連する記載された要素の1つ以上の任意の及び全ての組み合わせを含んでいる。本明細書で使用される場合、要素の「セット」という用語は、1つ又は複数の要素の提供を意味することが意図される。
本明細書で使用する「液体食品」とは、室温で非固体、半液体、又は注ぎ込み可能なあらゆる食品を指し、フルーツジュース、ワイン、ビール、ソーダ等の飲料の他、乳製品、ソース、オイル、クリーム、カスタード、スープ、ペースト等、及び豆、果物、トマト、シチューなどの液体中の固体食品も含まれる。
本明細書で使用する「パッケージ」とは、液体食品の密封容器に適したあらゆるパッケージ又は容器を指し、厚紙又は包装用ラミネート、例えばセルロース系材料、及びプラスチック材料からなる又はプラスチック材料を含む容器が含まれるが、これらに限定されない。
同様の参照符号は、全体を通して同様の要素を指す。
図1aは、液体食品を包装するための機械又は装置10の側面図である。機械10は、ロール供給式カートンベースの包装システムの一例である。図示の例では、機械10は、1つ以上のリールのカートンベースのシート材料を保持する送り込み部11と、シート材料に射出成形された開封装置を適用するマイクロ射出成形部12と、シート材料を殺菌するバス部13と、無菌室14と、シート材料をチューブに成形するチューブ成形部15と、チューブ状材料を充填、シール及び切断する充填部16と、パッケージを排出する送出部17とを備えている。
図1bは、液体食品の連続包装のために配備される図1aの機械10の動作原理を一般的に示している。包装材料は、シート材のリール100の状態で、包装機が設置されている工場に搬入される。機械10は、包装材料を滅菌するために、例えば過酸化水素を含むバス101に包装材料を引き出して送り込む。あるいは、低電圧電子ビーム(LVEB)技術を使用することによって滅菌を実行してもよい。滅菌後、包装材料は、チューブ104に形成される。より詳細には、長手方向の端部は、しばしば長手方向のシールと呼ばれるプロセスにおいて、連続的に互いに取り付けられる。チューブ104が形成されると、機械はチューブに液体食品を充填する。機械は、チューブ104の端部に横方向のシールを形成し、シールされた部分を形成しながら切り離すことによって、食品を含むチューブ104からパッケージ106を形成する。機械は、パッケージ106を形成するために、横方向シールの間及び/又は後に、異なる成形作業を行うことができる。
機械10の充填部16は、例として図1Cにさらに詳細に図示されている。チューブ104からパッケージ106を製造するために、シールジョー162a、162bと組み合わせた成形フラップ160a、160bが使用されてもよい。各シールジョー162a、162bは、シール装置164a、164bと、形成されたパッケージをチューブ104から分離するためのナイフ166a、166b(ここでは「切断ブレード」とも表記)を有する切断ユニット165a、165bとを備える。形成フラップ160a、160bとシールジョー162a、162bの各組み合わせは、チューブと共に移動されるそれぞれの機械ユニット1a、1bをする。図1Cは、パッケージ形成プロセスの第1段階及び第2段階を示す。第1段階では、成形フラップ160aは、チューブをパッケージの形状に成形するために開始され、例えば、チューブ内に延びるパイプ(図示せず)を介して、チューブ内に液体食品が充填される。また、第1段階において、シール装置164aを使用して横方向のシールを形成するためにシールジョー162aが操作される。第2段階において、成形フラップ160bは、パッケージ形状が形成されるように適切な位置に保持される。また、第2段階において、シール装置164bを使用して横方向シールを形成するために、シールジョー162bが操作される。横方向シールが完了すると、ナイフ166bが操作されて、両端が横方向シールによって閉じられたチューブ104の下部を切り落とす。
以下では、図1a~1Cの例示的な機械10を参照して、包装機における切断ユニットの状態を監視するための技術の実施形態について説明する。いくつかの実施形態では、監視の目的は、それぞれのナイフがもはや十分に鋭利ではないと判断されたときに、それぞれのナイフを交換する必要性を識別し、信号を送ることである。これらの実施形態において、切断ユニットの状態は、したがって、例えば摩耗の程度という観点から、ナイフの状態を示す。他の実施形態では、切断ユニットの状態は、切断ユニットによってシールが適切に切断されているか、切断ユニットが適切なタイミングで切断を実行しているか、又はナイフがその移動経路において増加した機械的摩擦を受けるか、について示してもよい。別の実施形態では、状態は、切断ユニットが適切に動作しているか否かを示してもよい。
監視は、それぞれのナイフ166a、166bに関連するセンサ30(図1C)からのセンサ信号(「測定信号」)に基づき動作する。センサ30は、ナイフ166a、166bが横方向シールの1つを切断するために操作されるとき、ナイフ166a、166bに及ぼされる切断抵抗を測定するように配置される。いくつかの実施形態では、センサ30は、ナイフ166a、166bに直接又は間接的に取り付けられ、加速度計、振動センサ、トルクセンサ、歪みゲージ、又は薄膜力センサを備える。以下により詳細に示される実施形態では、センサ30は、圧力変換器としても知られる圧力センサであり、機械10によって作動される油圧回路130内の油圧を測定して、それぞれのナイフ166a、166bを作動させて横シールを介して切断動作を実行するように配置されている。現在、このような圧力センサ30を使用することによって、ロバストな監視が容易になると考えられている。
図2Aは、一例として、図1Cの圧力センサ30のうちの1つによって測定された鋭利な切削刃に対する切削抵抗の時間プロファイル301を示す。図2Bは、同様に一例として、摩耗した切削刃に対する対応する時間プロファイル301を示す。これらの代表的な時間プロファイルから分かるように、切削刃の摩耗の増大は、時間プロファイル301に、特に時間プロファイル301の中間部分IPの間に、多大な影響を与える。図2A~2Bに示されている中間部分IPは、中間の第1の(正の)ピーク301Aまで圧力(切削抵抗)の急な上昇を示し、その後に第2の中間(負の)ピーク301Bまで圧力が低下し、そこで圧力が再び急な上昇を示す。第1及び第2のピーク301A、301Bは、ナイフ166a、166bが横方向シールに貫入することに対応することが分かっており、第1のピーク301Aは、ナイフがシールに入るとき、すなわち、シールの切断が始まるときに発生する。第2のピーク301Bは、ナイフがシールを完全に貫通した後、すなわち、シールが切断されたときに発生する弾性エネルギーの戻りによって引き起こされると考えられる。
図2Aから図2Bへの時間プロファイルの最も顕著な変化は、中間部分IPの大きさが増加することである。これは、ナイフの切れ味が低下するにつれて、切削力を増大させる必要があることに起因すると少なくとも考えられる。
異なる設定及び条件で動作する包装機10の膨大な数の時間プロファイルを詳細に分析した結果、中間部分IPにおける様々な特徴、例えばピーク301A、301Bのタイミングにも統計的に有意な変化があることが判明した。タイミングは、本明細書では「位相」とも表記され、既知の基準時点、例えば、図2A~2BにおいてRTで概略的に示される、ナイフ166a、166bを操作するための油圧装置へのトリガー信号の生成に関連するそれぞれの特徴の発生時間である。実質的な実験の後、本出願人は、時間プロファイル301の中間部分IPにおける1つ以上の特徴の位相が、切断ユニット165a、165bの状態のロバストかつ信頼性のある判定に実際に有用であることを発見した。例えば、プロファイル301の特徴の位相は、切断刃の摩耗が増加とともに増加することを発見した。これは、少なくとも部分的には、切断刃が摩耗するにつれて切断刃の移動距離が増加すること、及び/又は、鈍い切断刃がシールに切り込み、シールを通過するために必要な時間が長くなることに起因している可能性がある。さらに、ピーク301A、301Bを含むがこれに限定されないプロファイル301内の特徴の位相は、切断動作のタイミングと共に変化し、したがって位相は、切断ユニットが適切なタイミングで切断を実行するかどうかを決定するのに有用であることが理解される。同様に、ピーク301A、301Bに限定されないプロファイル301内の特徴の位相は、ナイフがその移動経路上で受ける機械的摩擦の量によって変化することが理解される。また、シールの不完全なカットは、プロファイル301における1つ以上の特徴の位相の変化として現れることを理解されたい。決定される状態のタイプに関係なく、監視のロバスト性の向上は、以下にさらに説明される1つ以上の他の評価パラメータと組み合わせて位相を分析することによって達成される。
以下、図3~図6を参照して、切削刃の状態を摩耗の観点から検出するための実施形態の例を示す。
図3Aは、切断抵抗を測定するためのセンサ30に有線又は無線で接続するために構成された第1の信号インターフェース21を備える例示的な監視装置20を示す。図示された実施形態では、監視装置20は、プロセッサ22とコンピュータメモリ23を備えるソフトウェア制御のコンピューティング装置上に実装される。プロセッサ22は、例えば、1つ又は複数の、CPU(Central Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、GPU(Graphics Processing Unit)、ASIC(Application-Specific Integrated Circuit)、ディスクリートアナログ及び/又はデジタル部品の組み合わせ、又はFPGA(Field Programmable Gate Array)等の何らかの他のプログラム可能な論理デバイスを含むことができる。コンピュータ命令を含む制御プログラムは、メモリ23に格納され、プロセッサ22によって実行され、本明細書に記載又は示唆されているような任意の監視方法を実行してもよい。制御プログラムは、有形の(非一時的な)製品(例えば、磁気媒体、光ディスク、読み取り専用メモリ、フラッシュメモリ等)又は伝搬信号のコンピュータ読み取り可能な媒体で監視装置20に供給されてもよい。監視装置20は、第2の信号インターフェース24をさらに備え、このインターフェースは、有線又は無線で、機械10のモジュール18に出力データを提供してもよい。出力データは、モジュール18に、機械10のオペレータに監視結果を表示させること、機械10内の切断ユニットの現在又は初期の故障状態をオペレータに警告するためのインジケータ信号を生成すること、監視結果をデータログに保存すること、等をしてもよい。また、モジュール18は、機械10の制御装置を備え、切削ユニットのサービス又はメンテナンスの差し迫った必要性が検出されたときに、機械10の停止を指令するように動作可能であってもよい。いくつかの実施形態では、監視装置20は、機械10に又はその近くに配置される物理的な装置である。他の実施形態では、監視装置20は、例えばクラウドコンピューティングによるリモートサーバによって実装される。
包装機におけるナイフ又は切断刃の状態を監視する例示的な方法は、図4のフローチャートを参照して説明され、図1A~1Cの機械10に関連して図2Aの監視装置20によって実行される。
図4の例では、ステップ401は、センサ30から測定値の時間シーケンスを取得する。
ステップ402は、測定値の時間シーケンスを処理して、例えば図2A~2Bに例示されるような抵抗時間プロファイルを生成する。抵抗時間プロファイルは、切断刃がシールを切断するために作動している間、切断刃に加えられる力を表し、本明細書では「切断サイクル」と表記される。ステップ402は、例えば、データサンプリング、A/D変換、ベースライン補正、基準時間(図2A~2BのRT参照)に対する時間同期、平均化等のうちの1つ以上を含んでいてもよい。時間同期は、それぞれの測定値を基準時点に関連付けるために実行されてもよい。平均化は、複数の連続する切断サイクルの測定値を時間的に整合させて平均化し、それによって平均時間プロファイルを形成することを含んでもよい。平均化は、監視のロバスト性を向上させることができる。
ステップ403は、少なくとも1つの予め定義された特徴の検出又は識別のために、ステップ402によって生成された抵抗時間プロファイルを処理する。予め定義された特徴の様々な例は、図5A~5Cを参照して以下にさらに示される。
ステップ404Aは、抵抗時間プロファイル内の予め定義された各特徴の位相値を決定する。
ステップ405は、位相値を含む一組の入力値の関数として、切断刃の状態を決定する。いくつかの実施形態では、ステップ405は、状態を決定するために、入力値と対応する閾値とを比較することを含んでいてもよい。条件は、例えば「許容可能」及び「許容不可能」のような少なくとも2つの異なる条件指定の間で決定されてもよい。追加の状態指定は、差し迫っているが即時ではない交換の必要性を示すことができる。いくつかの実施形態では、ステップ405は、例えば、1から10までの連続的又は離散的スケールで、切断刃の品質を示す状態値を生成してよい。
図5A~5Cは、抵抗時間プロファイル301のグラフであり、ステップ405の入力値のセットに含まれ得る、予め定義された特徴及び対応する評価パラメータの例を示している。図5Aは、第1ピーク301Aとその位相値PH1、第2ピーク301Bとその位相値PH2を示している。さらに、位相値PH3は、プロファイル301又は中間部IPについての最大時間微分のタイミングによって与えられる(図2A~図2B参照)。図5Aの下部において、信号301’は、プロファイル301に沿った時間の関数として、時間微分の絶対値を示している。図5Aは、最大時間微分の後の正のピーク301Cによって与えられる位相値PH4も含む。正のピーク301Cは、切削刃の状態と相関があることも分かっている。このピーク301Cに続くうねりは,切削刃がシールを貫通した際に油圧系に生じる「ハンマー効果」によるものであると現在考えられている。ハンマー効果とは、油圧ショックとも呼ばれ、運動中の流体が急に停止したり方向を変えたりするときに生じる圧力サージや波動のことである。それにより、正のピーク301Cは、負のピーク301Bの影響を受けるため、切削刃の状態にも影響を受けやすい。図5Cは、プロファイル301内の最大振幅値の時点によって与えられる位相値PH5の他の例を示す図である。
抵抗時間プロファイルの表現に応じて、ステップ402は、例えば、局所ピーク、最小値又は最大値、あるいは最小時間微分又は最大時間微分として、予め定義された特徴を検出してもよいことが理解されるであろう。
プロファイル301が、例えば図5A~5Cに示されるように高度に構造化されている場合、ステップ403が、プロファイル301内、例えば中間部分IP内でピーク301A~301Cの1つ以上を局所的に検出することが困難である場合がある。いくつかの実施形態では、そのようなピークは、最初にプロファイル301’を処理して最大時間微分を検出し、次にプロファイル301’を処理することによって最大時間微分の時点に関連するピークを検出してもよい。ピーク301A、301Bは最大時間微分の前に発生し、ピーク301Cは最大時間微分の後に発生することが判明している。したがって、いくつかの実施形態では、ステップ403は、最大時間微分のタイミングに関連して設定された時間窓枠のピーク301A~301Cのうちの1つ以上を検索してもよい。
図4において破線のボックスによって示されるように、この方法は、ステップ405によって使用するために、位相値とともに入力値のセットに含まれるべき追加の入力値を決定するための1つ又は複数のさらなるステップ404B~404Eを含んでもよい。いくつかの実施形態では、追加の入力値は、1つ以上の大きさ値、1つ以上の変化値、1つ以上の内部変動値、1つ以上の相互変動値、又はそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。
いくつかの実施形態では、方法400は、プロファイル301の1つ以上の大きさ値を決定するステップ404Bを含んでもよい。それぞれの大きさ値は、プロファイル301によって与えられる切削抵抗の量を表す。上述したように、プロファイル301の少なくともいくつかの特徴について、切削ブレードの摩耗の増加とともに、大きさが増加する可能性がある。いくつかの実施形態では、ステップ404Bは、ステップ403によって検出された予め定義された特徴に対する選択された時点のプロファイル301の大きさを決定する。例えば、図5Aに示すように、大きさ値M1はピーク301Aにおける切削抵抗を表し、大きさ値M2はピーク301Bにおける切削抵抗を表し、大きさ値M3は最大時間微分の時点における切削抵抗を表し、大きさ値M4はピーク301Cの切削抵抗を表す。それぞれの大きさ値M1~M4は、プロファイル301内の個々の振幅値(切削抵抗)によって与えられてもよく、それぞれの特徴の周りの小さな時間窓内の振幅値の平均値又は中央値によって与えられてもよい。大きさ値の更なる例が図5Bに示されており、プロファイル301内の振幅値の平均値及び中央値をそれぞれ表す大きさ値M5、M6、並びにプロファイル301内の振幅値の第1の四分位数及び第3の四分位数をそれぞれ表す大きさ値Q1、Q3が含まれている。変形例では、中間部分(図2A~2BのIP)内の振幅値に対して、大きさ値M5、M6、Q1、Q3のいずれか1つが算出されてもよい。他の例は、図5Cに示されており、大きさ値MAXは、プロファイル301内の最大振幅値を表している。図示されていない他の大きさ値は、プロファイル301内又はそのサブセット(例えば、IP)内の正又は負の値の合計、インパルス係数、又はクレスト係数を含む。インパルス係数は、例えばRMSとして与えられる、プロファイル301(又はIP)における変動性で割ったピークの大きさを表してもよい。クレスト係数は、プロファイル301(又はIP)における変動性で割った最大振幅を表わしてもよい。多数の代替案が考えられる。大きさ値は、時間領域で決定される必要はなく、周波数領域で決定されてもよいことに留意されたい。例えば、1つ以上の大きさ値は、プロファイル301を表す少なくとも1つの基底関数、例えばプロファイル301のフーリエ解析によって得られる調和周波数、ウェーブレット解析によって得られるウェーブレット、又はプロファイル301の経験的モード分解(EMD)によって得られる固有モード関数(IMF)の振幅によって与えられることができる。
いくつかの実施形態では、方法400は、プロファイル301の1つ以上の変化値を決定するステップ404Cを含んでもよい。それぞれの変化値は、プロファイル301(又はIP、図2A~図2B)内の時間的変化の大きさを表す。いくつかの実施形態では、ステップ404Bは、ステップ403によって検出された予め定義された特徴に対する選択された時点のプロファイルの時間微分を決定する。例えば、変化値は、図5AにおいてC1で示されるような最大時間微分の大きさ、又はピーク301A~301Cのいずれかの両側の傾斜の大きさを表すことができる。変化値の別の例は、プロファイル301内又はそのサブセット内(例えば、IP)の時間微分の合計を表す。
いくつかの実施形態では、方法400は、プロファイル301内又はそのサブセット(例えばIP)内の変動性を表す少なくとも1つの内部変動値を決定するステップ404Dを含んでもよい。変動性は、RMS(二乗平均平方根)、分散、標準偏差、又はそれらの任意の変形を含むがこれらに限定されない、任意の従来の変動性測定によって表されてもよい。内部変動値は、いくつかの実施態様において、切断刃の状態と相関してもよい。例えば、摩耗の増加に伴って増加してもよい。図5Cにおいて、内部変動性の一例は、V1と指定され、プロファイル301における振幅値のRMSを表している。
いくつかの実施形態では、方法400は、包装機10の動作中に異なる切断サイクルに対して生成された複数のプロファイル301の間の変動性を表す少なくとも1つの相互変動値を決定するステップ404Eを含んでもよい。変動性は、RMS、分散、標準偏差、又はそれらの任意の変形を含むがこれらに限定されない、任意の従来の変動性測定によって表されてもよい。いくつかの実施形態では、相互変動値は、位相値、大きさ値、変化値、又は内部変動値における変動を表してもよい。一般に、処理効率を向上させるために、ステップ404Eは、例えばステップ404A、又は方法400に実装されている場合は任意のステップ404B~404Dのいずれかによって、方法によって以前に生成された評価パラメータ値について内部変動値を計算してもよい。変形例では、ステップ404Eは、プロファイル301の時間シーケンスを処理することによって、内部変動値を計算してもよい。
図3Bは、図4の方法400を実行するように構成されたロジックを含む例示的な監視装置20のブロック図である。図示された例では、ロジックは、一組のモジュール又はユニット201、202を含む。それぞれのモジュール201、202は、ハードウェア又はソフトウェアとハードウェアの組み合わせによって実装されてもよい。図3Aについて説明したように、監視装置20は、ソフトウェアで制御されるコンピューティングデバイスに実装されてもよい。図3Bにおいて、前処理モジュール201は、ステップ401~402を実行するように構成されている。モジュール201は、センサ30(図1C、3A)により生成され、測定値の時間シーケンスを含む信号300に対して動作し、抵抗時間プロファイル301を出力するように構成されている。解析モジュール202は、ステップ403、404A及び405、並びに任意でステップ404B~404Eのいずれか1つを実行するように構成されている。モジュール202は、切断刃の状態を決定するために、モジュール201によって生成されたプロファイル301又はプロファイル301の時間シーケンスを処理し、切断刃の現在の状態を示す指標302を出力するように構成されている。
図3Cは、解析モジュール202の一例を示すブロック図である。解析モジュール202は、計算サブモジュール211~215を含む。図4の方法400との類推により、サブモジュール212~215は任意である。サブモジュール211は、ステップ403及び404Aを実行するように構成され、プロファイル301の1つ以上の位相値を生成することになる。サブモジュール212は、ステップ403及び404Bを実行するように構成され、プロファイル301のための1つ以上の大きさの値を生成することになる。サブモジュール213は、ステップ403及び404Cを実行するように構成され、プロファイル301のための1つ以上の変化値を生成することになる。ステップ403は、異なる予め定義された特徴を検出することによって、サブモジュール211~213間で異なってもよいことに留意されたい。1つ以上のサブモジュール211~213が同じ事前定義された特徴に対して動作する範囲において、そのようなデータは、サブモジュール間で共有されてもよく、及び/又は専用のサブモジュール(図示せず)により生成されてもよい。サブモジュール214は、ステップ404Dを実行するように構成され、プロファイル301の1つ以上の内部変動値を生成することになる。サブモジュール215は、ステップ404Eを実行するように構成され、1つ又は複数の相互変動値を生成する。サブモジュール215は、サブモジュール211~214の少なくとも1つによって経時的に生成される評価パラメータ値に対して動作してもよい。解析モジュール202は、ステップ405を実行するように構成され、サブモジュール211~215によって生成された値に基づいて動作し、指標302を生成して出力する評価モジュール216を更に備える。
いくつかの実施形態では、評価サブモジュール216は、入力値のセットを評価するためのルールベースのアルゴリズムで構成される。そのようなルールベースのアルゴリズムは、対応する閾値に関連してそれぞれの入力値を評価してもよい。例えば図3Cに示すように、複数の評価パラメータの入力値がサブモジュール216に提供される場合、入力値は多次元パラメータ空間にわたると見なしてもよい。さらに、対応する閾値は、切削刃の異なる状態に関連するサブ空間を分離する1つ以上の多次元面を定義すると見なしてもよい。図6において、各データポイントは、それぞれのプロファイルから抽出された3つの入力値によって与えられる。各データ点は、切断刃の既知の状態である「許容可能」又は「許容不可能」に関連付けられる。図示されたパラメータ空間において、許容可能な状態に関連するデータポイントは、第1の部分空間601においてクラスタを形成し、許容不可能な状態に関連するデータポイントは、第2の部分空間602においてクラスタを形成する。示されるように、部分空間601、602は、3次元表面603によって分離される。図6の例は、表面603を定義するための閾値を設定することによって、切削刃の状態を決定することができることを示している。説明のためだけの図6において、入力値は、評価パラメータA6、Q3及びPH4によって与えられ、Q3及びPH4は本明細書で定義されるとおりであり、A6はプロファイル302の第6高調波の周波数の振幅である。
いくつかの実施形態では、評価サブモジュール216は、複数の入力値を含む特徴ベクトルに基づいて切断刃の状態を決定するように訓練された、機械学習ベースのモデルを備える。人工ニューラルネットワーク(ANN)又は畳み込みニューラルネットワーク(CNN)などのニューラルネットワーク、ランダムフォレストなどのアンサンブル学習法、サポートベクターマシン(SVM)、又はそれらの任意の組み合わせを含むがこれらに限定されない、当技術分野で知られている任意の適切な機械学習ベースのモデルが使用されてもよい。しかしながら、入力値は、当該技術分野において周知であるように、例えば正規化又はスケーリングによって、機械学習ベースのモデルに入力される前に、分析モジュール212によって前処理されてもよいことに留意されたい。
例示的な実施形態は、摩耗の観点から切断刃の状態の決定を参照して説明されてきたが、前述の教示は、当業者によって理解されるように、切断刃を含む切断ユニットの別のタイプの状態、例えば本明細書で言及又は示唆されるような切断ユニットの任意の他の状態の決定のために修正されてもよい。例えば、例示的な実施形態の修正は、抵抗時間プロファイルにおいて検出されるべき事前定義された特徴の修正された選択(ステップ403参照)、状態を決定するために分析されるべき入力値の修正されたセット(ステップ405)、又は、修正された閾値、機械学習ベースのモデルの修正された訓練等の使用による、入力値のセットの分析が含まれてもよい。
以下では、前述に開示された複数の態様及び実施形態を要約するために、項目を挙げる。
項目1. 液体食品のパッケージを製造する装置における切断ユニットの状態を監視する方法であって、前記装置は、前記切断ユニットを含み、前記切断ユニットは、チューブ形態の包装材料のウェブを縦にシールし、前記チューブに液体食品を充填し、前記チューブに横方向のシールを形成し、前記切断ユニット内の切断刃によって横方向のシールを切断し、食品を含む個々のパッケージを得るように構成され、前記方法は、それぞれの横方向シールを切断するように作動したときの切断刃の切断抵抗を測定するセンサから測定値の時間シーケンスを取得し(401)、抵抗時間プロファイル(301)を生成するために、前記測定値の時間シーケンスを処理し(402)、前記抵抗時間プロファイルの少なくとも1つの予め定義された特徴を検出し(403)、前記抵抗時間プロファイルの少なくとも1つの予め定義された特徴に対するそれぞれの位相値を決定し(404A)、前記それぞれの位相値を含む入力値のセットの関数として前記切断ユニットの状態を決定する(405)、ことを含む方法。
項目2. 前記測定値の時間シーケンスが、前記横方向シールを切断するために切断刃を作動させる油圧回路における油圧を表すために得られる、項目1に記載の方法。
項目3. 前記少なくとも1つの予め定義された特徴は、前記抵抗時間プロファイル(301)のピーク(301A、301B、301C)、前記抵抗時間プロファイル(301)の最小値又は最大値、又は前記抵抗時間プロファイル(301)の最小時間微分又は最大時間微分を含む、項目1又は2に記載の方法。
項目4. 前記ピーク(301A、301B)が、切断刃(166a、166b)が前記横方向シールに入ること、又は前記切断刃(166a、166b)が前記横方向シールを貫通すること、の1つに対応する、項目3に記載の方法。
項目5. 前記検出すること(403)は、前記抵抗時間プロファイル(301)の前記最大時間微分の時点を検出するために前記抵抗時間プロファイル(301)を処理すること、前記時点の前の負のピーク(301B)、前記時点の前の第1の正のピーク(301A)及び前記負のピーク(301B)、又は前記時点の後の第2の正のピーク(301C)の1つ以上の検出のために前記抵抗時間プロファイル(301)を処理すること、を含む、項目2又は3に記載の方法。
項目6. 前記抵抗時間プロファイル(301)の少なくとも1つの大きさ値を決定する(404B)ことをさらに含み、前記少なくとも1つの大きさ値は、前記入力値のセットに含まれる、項目1~5のいずれか一項に記載の方法。
項目7. 前記少なくとも1つの大きさ値が、前記少なくとも1つの予め定義された特徴に対して選択された時点における前記抵抗時間プロファイルの大きさを備える、項目6に記載の方法。
項目8. 前記少なくとも1つの大きさ値が、前記少なくとも1つの予め定義された特徴の振幅、前記抵抗時間プロファイル(301)の少なくともサブセット内の平均値又は中央値、前記抵抗時間プロファイル(301)の少なくともサブセット内の正又は負の値の合計、インパルス係数、頂上係数、抵抗時間プロファイル(301)を表す少なくとも1つの基底関数の振幅、の一つ以上を含む、項目6又は7に記載の方法。
項目9. 前記抵抗時間プロファイル(301)の時間的変化の大きさを表す少なくとも1つの変化値を決定する(404C)ことをさらに含み、前記少なくとも1つの変化値は、前記入力値のセットに含まれる、項目1~8のいずれか一項に記載の方法。
項目10. 前記少なくとも1つの変化値が、前記少なくとも1つの予め定義された特徴に対する選択された時点における前記抵抗時間プロファイル(301)の時間微分、又は前記抵抗時間プロファイル(301)の少なくともサブセットの時間微分の合計、のうちの1つ以上を備える、項目9に記載の方法。
項目11. 前記抵抗時間プロファイル(301)の少なくともサブセット内の変動を表す少なくとも1つの内部変動値を決定する(404D)ことをさらに含み、前記少なくとも1つの内部変動値は、前記入力値のセットに含まれる、項目1~10のいずれか一項に記載の方法。
項目12. 前記少なくとも1つの内部変動値が、標準偏差、分散、又はRMSのうちの1つ以上を備える、項目11に記載の方法。
項目13. 複数の抵抗時間プロファイル(301)間の変動を表す少なくとも1つの相互変動値を決定する(404E)ことをさらに含み、前記少なくとも1つの相互変動値は、前記入力値のセットに含まれる、項目1~12のいずれか一項に記載の方法。
項目14. 前記少なくとも1つの相互変動値は、前記複数の抵抗時間プロファイル(301)の間の、それぞれの位相値、少なくとも1つの大きさ値、少なくとも1つの変化値、又は少なくとも1つの内部変動値のうちの1つ以上の変動を示す、項目13に記載の方法。
項目15. 前記少なくとも1つの相互変動値が、標準偏差、分散、又はRMSのうちの1つ以上を含む、項目13又は14に記載の方法。
項目16. 前記処理(402)が、時間の関数として測定された切削抵抗を表すために、前記抵抗時間プロファイル(301)を生成するために測定値の時間シーケンスを処理することを備える、項目1~15のいずれか一項に記載の方法。
項目17. 前記状態を決定する(405)ことが、前記入力値のセットを対応する閾値のセットと比較することを備える、項目1~16のいずれか一項に記載の方法。
項目18. 前記状態を決定する(405)ことが、前記入力値のセットを、訓練された機械学習モデル(216)に提供することを備える、項目1~16のいずれか一項に記載の方法。
項目19. プロセッサ(22)によって実行されると、前記プロセッサ(22)に項目1~18のいずれか一項に記載の方法を実行させるコンピュータ命令を含む、コンピュータ読み取り可能な媒体。
項目20. 監視装置であって、液体食品のパッケージ(106)を製造するための装置(10)において、前記液体食品で満たされたチューブ(104)内に形成されたそれぞれのシールを切断するために切断刃(166a、166b)が作動している間に、切断刃に対する切断抵抗を表す測定値の時間シーケンスを測定して出力するように配置されたセンサ(30)に接続するための信号インターフェース(21)と、項目1~18のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成されているロジック(201、202)と、を備える、監視装置。
項目21. 液体食品のパッケージ(106)を製造するための装置であって、前記装置は、切断ユニット(165a、165b)を含み、前記切断ユニットは、チューブ(104)の形態の包装材料のウェブを縦方向にシールし、前記チューブ(104)に液体食品を充填し、前記チューブ(104)に横方向シールを形成し、前記切断ユニット(165a、165b)の切断刃(166a、166b)を用いて前記横方向シールを切断して個々の食品含有パッケージ(106)を得るように構成され、前記装置はさらに、それぞれの横方向シールを切断するために作動されたときの前記切断刃(166a、166b)の切断抵抗を表す測定値の時間シーケンスを測定して出力するセンサ(30)と、項目20に記載の監視装置(20)と、を備える装置。
Claims (15)
- 液体食品のパッケージを製造する装置における切断ユニットの状態を監視する方法であって、
前記装置は、前記切断ユニットを含み、前記切断ユニットは、チューブ形態の包装材料のウェブを縦にシールし、前記チューブに液体食品を充填し、前記チューブに横方向のシールを形成し、前記切断ユニット内の切断刃によって横方向のシールを切断し、食品を含む個々のパッケージを得るように構成され、
前記方法は、
それぞれの横方向シールを切断するように作動したときの切断刃の切断抵抗を測定するセンサから測定値の時間シーケンスを取得し(401)、
抵抗時間プロファイル(301)を生成するために、前記測定値の時間シーケンスを処理し(402)、
前記抵抗時間プロファイルの少なくとも1つの予め定義された特徴を検出し(403)、
前記抵抗時間プロファイルの少なくとも1つの予め定義された特徴に対するそれぞれの位相値を決定し(404A)、
前記それぞれの位相値を含む入力値のセットの関数として前記切断ユニットの状態を決定する(405)、
ことを含む方法。 - 前記測定値の時間シーケンスが、前記横方向シールを切断するために切断刃を作動させる油圧回路における油圧を表すために得られる、請求項1に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの予め定義された特徴は、前記抵抗時間プロファイル(301)のピーク(301A、301B、301C)、前記抵抗時間プロファイル(301)の最小値又は最大値、又は前記抵抗時間プロファイル(301)の最小時間微分又は最大時間微分を含む、
請求項1又は2に記載の方法。 - 前記ピーク(301A、301B)が、切断刃(166a、166b)が前記横方向シールに入ること、又は前記切断刃(166a、166b)が前記横方向シールを貫通すること、の1つに対応する、
請求項3に記載の方法。 - 前記検出すること(403)は、前記抵抗時間プロファイル(301)の前記最大時間微分の時点を検出するために前記抵抗時間プロファイル(301)を処理すること、前記時点の前の負のピーク(301B)、前記時点の前の第1の正のピーク(301A)及び前記負のピーク(301B)、又は前記時点の後の第2の正のピーク(301C)の1つ以上の検出のために前記抵抗時間プロファイル(301)を処理すること、を含む、請求項2又は3に記載の方法。
- 前記抵抗時間プロファイル(301)の少なくとも1つの大きさ値を決定する(404B)ことをさらに含み、前記少なくとも1つの大きさ値は、前記入力値のセットに含まれる、請求項1~5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの大きさ値が、前記少なくとも1つの予め定義された特徴に対する選択された時点における前記抵抗時間プロファイルの大きさを含んでいる、請求項6に記載の方法。
- 前記抵抗時間プロファイル(301)の時間的変化の大きさを表す少なくとも1つの変化値を決定する(404C)ことをさらに含み、前記少なくとも1つの変化値は入力値のセットに含まれる、請求項1~7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの変化値は、前記少なくとも1つの予め定義された特徴に対する選択された時点における前記抵抗時間プロファイル(301)の時間微分、又は前記抵抗時間プロファイル(301)の少なくともサブセットの時間微分の合計、のうちの1つ以上を含む、請求項8に記載の方法。
- 前記抵抗時間プロファイル(301)の少なくともサブセット内の変動を表す少なくとも1つの内部変動値を決定する(404D)ことをさらに含み、前記少なくとも1つの内部変動値は、前記入力値のセットに含まれる、請求項1~9のいずれか一項に記載の方法。
- 複数の抵抗時間プロファイル(301)間の変動を表す少なくとも1つの相互変動値を決定する(404E)ことをさらに含み、前記少なくとも1つの相互変動値は、前記入力値のセットに含まれる、請求項1~10のいずれか一項に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの相互変動値は、前記複数の抵抗時間プロファイル(301)間の、それぞれの位相値、少なくとも1つの大きさ値、少なくとも1つの変化値、又は少なくとも1つの内部変動値のうちの1つ以上の変動を表す、請求項11に記載の方法。
- プロセッサ(22)によって実行されると、前記プロセッサ(22)に請求項1~12のいずれか一項に記載の方法を実行させるコンピュータ命令を含む、コンピュータ読み取り可能な媒体。
- 監視装置であって、
液体食品のパッケージ(106)を製造するための装置(10)において、前記液体食品で満たされたチューブ(104)内に形成されたそれぞれのシールを切断するために切断刃(166a、166b)が作動している間に、切断刃に対する切断抵抗を表す測定値の時間シーケンスを測定して出力するように配置されたセンサ(30)に接続するための信号インターフェース(21)と、
請求項1~12のいずれか一項に記載の方法を実行するために前記監視装置を制御するように構成されているロジック(201、202)と、
を備える、監視装置。 - 液体食品のパッケージ(106)を製造するための装置であって、前記装置は、切断ユニット(165a、165b)を含み、前記切断ユニットは、チューブ(104)の形態の包装材料のウェブを縦方向にシールし、前記チューブ(104)に液体食品を充填し、前記チューブ(104)に横方向シールを形成し、前記切断ユニット(165a、165b)の切断刃(166a、166b)を用いて前記横方向シールを切断して個々の食品含有パッケージ(106)を得るように構成され、
前記装置はさらに、
それぞれの横方向シールを切断するために作動されたときの前記切断刃(166a、166b)の切断抵抗を表す測定値の時間シーケンスを測定して出力するセンサ(30)と、
請求項14に記載の監視装置(20)と、
を備える装置。
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