JP3732614B2 - 定量秤 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばコーヒーの粉末、樹脂ペレット、グラニュー糖等の粉、粒、塊体を一定量ずつ秤量する定量秤に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のこの種の秤としては、図5に示すように、大計量ホッパに対して定量値の約95%をねらって被計量物を大投入して安定時間1が経過した後に重量計量し、しかる後に定量値に対する不足重量を演算すると共にその大計量ホッパ内の被計量物を排出する。一方、小計量ホッパに対して被計量物を小投入(定量値の約10%)して安定時間2が経過した後であって、上記不足重量が演算されて大計量ホッパよりの被計量物の排出が開始された以降に不足重量分の被計量物を小計量ホッパから排出するロスインウエイト式計量を行い、これによって定量計量を行う構成のものがある。なお、ロスインウエイト式計量(単に、「ロスイン計量」ともいう。)とは、小計量ホッパ内の被計量物の重量を常時監視しておき、初期重量から丁度設定された重量だけ減少した時に、小計量ホッパからの被計量物の排出を停止させる計量方式である。
【0003】
この定量秤によると、大計量ホッパに投入された大投入量の定量値に対する不足重量を小計量ホッパによって計量しているので、目標とする定量値に近い被計量物の計量を行うことができる。そして、ロスインウエイト式計量を採用しているので、落差誤差を生じず、この点でも計量精度が良いという利点がある。落差誤差とは、計量ホッパに被計量物を充填しながらこの計量ホッパに充填された被計量物の重量を計量する方式において、目標重量を計量した以降における落下途中の被計量物の重量に基づく計量誤差をいう。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の定量秤は、図5に示すように、安定時間1が経過した後に不足重量を求める演算が行われて、この演算によって得られた不足重量に基づいてロスイン計量を行うので、定量秤の計量サイクル時間は、大投入時間、安定時間1、ロスイン計量時間に基づいて決まる。そして、大投入時間、及び安定時間1は、この定量秤の機械的構造によって定まった固定時間であるので、この機械的構造を同一として計量サイクル時間を短縮するにはロスイン計量時間を実質的にいかに短縮させられるかにかかっている。従って、このロスイン計量時間を実質的に短縮することができれば、計量サイクル時間もその分だけ短くすることができ、その結果、計量速度の向上を図ることができる。
【0005】
また、図6に示すように、小計量ホッパから排出された被計量物の重量を正確に知る為には、小計量ホッパによるロスイン計量後に安定時間3が経過した後に再度計量し直す必要がある。しかし、この安定時間3によって計量サイクル時間が更に長くなるという問題が起こる。
なお、小計量ホッパから排出された被計量物の重量を正確に知る必要性は、
第1に、ロスイン計量は、丁度設定された重量(不足重量)だけ被計量物が排出された時に、その排出を停止させるのであるが、この排出の際には小計量ホッパに振動が発生し、この振動によって多少の計量誤差が生じることがある。そして、この計量誤差により排出分の不足が生じないようにするには、ロスイン計量後に安定時間3が経過した後に再度計量して、排出不足となっている場合には追加排出を行うことができるようにする為である。
第2に、大計量ホッパ及び小計量ホッパにより計量された被計量物の正確な合計重量値を印字したり、コンピュータに送信してデータ処理を行う場合、ロスイン計量に基づく計量誤差が問題となるので、これを解消する為である。
【0006】
本発明は、計量サイクル時間を短くして計量速度の向上を図ると共に、計量精度の向上を図ることができる定量秤を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、所望定量値よりやや少ない重量の被計量物を第1の計量ホッパへ投入する第1の投入手段と、第1の計量ホッパを具備し第1の投入手段による投入重量を計量し上記所望定量値に対する不足重量を演算すると共に第1の計量ホッパから被計量物を排出する第1の計量手段と、被計量物を第2の計量ホッパへ投入する第2の投入手段と、第2の計量ホッパを具備し第2の計量ホッパに投入されている被計量物のうちから上記不足重量分の被計量物を排出する第2の計量手段と、を具備する定量秤において、第1の計量ホッパからの被計量物の排出が開始される前に第2の計量ホッパからの上記不足重量分の被計量物の排出が開始し、第1の計量ホッパからの被計量物の排出が開始された後に第2の計量ホッパからの上記不足重量分の被計量物の排出が終了するように構成されたものである。
【0008】
第1の発明の定量秤の動作を図3を参照して説明すると、第1の投入手段が予め設定されている定量値よりもやや少ない重量の被計量物を第1の計量ホッパに投入(大投入)し、第1の計量手段がこの第1の計量ホッパに投入された被計量物の投入重量を計量(安定時間1経過時)して定量値に対する不足重量を演算する。そしてそれと共に、第1の計量ホッパから被計量物を排出する。一方、第2の投入手段は、第1の投入手段による投入と略同じタイミングで第2の計量ホッパに被計量物を投入(小投入)する。第2の計量手段は、第1の計量ホッパからの被計量物の排出が開始される前に、第1の計量ホッパへの投入重量の定量値に対する不足重量分を第2の計量ホッパから排出させ(ロスインウエイト式計量、以下、「ロスイン計量」という。」)、第1の計量ホッパからの被計量物の排出が開始された後に不足重量の演算結果に基づいて第2の計量ホッパからのその不足重量分の被計量物の排出(ロスイン計量)を終了させる。
【0009】
ここで、第2の計量ホッパからの被計量物の排出を、第1の計量ホッパからの被計量物の排出が開始される前に開始させる理由を説明する。第2の計量ホッパからの被計量物のロスイン計量時間は、第1の計量ホッパに投入された被計量物の投入重量のばらつきに基づく不足重量を排出する為の排出時間だけで単純に決定することができない。即ち、第1の計量ホッパへの投入重量のばらつきに基づく不足重量の被計量物を第2の計量ホッパから排出し始める時点で被計量物の排出流量が安定していることが必要であり、従って、ロスイン計量時間(第2の計量ホッパからの被計量物の排出時間)は、そのばらつきに基づく不足重量排出時間と流量安定時間に基づいて決められている。つまり、第1の計量ホッパに投入される被計量物の投入重量は、その投入ばらつきと流量安定時間に基づく重量を見越してその分が不足重量となるように決定される。本発明は、この流量安定時間帯を第1の計量ホッパからの被計量物の排出が開始される前にずらすことによりロスイン計量時間の終了時間をそのずらした分だけ早めることができ、これによって計量サイクル時間の短縮を図っている。なお、ばらつきに基づく不足重量の排出は、第1の計量ホッパから被計量物の排出を開始した以降(第1の計量手段が不足重量を演算した以降)に開始されるので、第1の計量ホッパへの投入重量の定量値に対する不足重量分を正確に排出することができる。
【0010】
第2の発明は、第1の発明の定量秤において、第2の計量手段が、第2の計量ホッパからの上記不足重量分の被計量物の排出が終了した時から所定の安定時間が経過した後に第2の計量ホッパから排出された被計量物の重量を演算することを特徴とするものである。
【0011】
第2の発明によると、第2の計量手段は、第1の計量ホッパへの投入重量の定量値に対する不足重量分についての第2の計量ホッパからの排出が終了した時から所定の安定時間が経過した後に第2の計量ホッパから排出された被計量物の重量を演算することができる。
【0012】
第3の発明は、所望定量値よりやや少ない重量の被計量物を第1の計量ホッパへ投入する第1の投入手段と、第1の計量ホッパを具備し第1の投入手段による投入重量を計量しその計量信号が安定する前にその投入重量を予測する演算を行いその予測投入重量の上記所望定量値に対する不足重量を演算することができ第1の計量ホッパから被計量物を排出する第1の計量手段と、被計量物を第2の計量ホッパへ投入する第2の投入手段と、第2の計量ホッパを具備し第2の計量ホッパに投入されている被計量物のうちから上記不足重量分の被計量物を排出する第2の計量手段と、を具備し、第1の計量ホッパからの被計量物の排出が開始される前に第2の計量ホッパからの上記不足重量分の被計量物の排出が開始されるように構成されたものである。
【0013】
第3の発明によると、第1の投入手段が予め設定されている定量値よりもやや少ない重量の被計量物を第1の計量ホッパに投入(大投入)し、第1の計量手段がこの第1の計量ホッパに投入された被計量物の計量信号が安定する前にその投入重量を予測する演算を行い、その予測投入重量の所望定量値に対する不足重量を演算する。そして、不足重量を演算した以降に第1の計量ホッパから被計量物を排出する。一方、第2の投入手段は、第1の投入手段による投入と略同じタイミングで第2の計量ホッパに被計量物を投入(小投入)する。第2の計量手段は、第1の計量ホッパからの被計量物の排出が開始する前に、上記不足重量分の被計量物の第2の計量ホッパからの排出を開始しさせる。これによって、所望定量値の被計量物の計量、排出が終了する。
【0014】
第4の発明は、所望定量値よりやや少ない重量の被計量物を第1の計量ホッパへ投入する第1の投入手段と、第1の計量ホッパを具備し第1の投入手段による投入重量を計量しその投入重量の上記所望定量値に対する第1の不足重量を演算することができ第1の計量ホッパから被計量物を排出する第1の計量手段と、被計量物を第2の計量ホッパへ投入する第2の投入手段と、第2の計量ホッパを具備し第2の計量ホッパに投入されている被計量物のうちからその第1の不足重量分の被計量物を排出する第2の計量手段と、を具備し、第1の計量ホッパからの被計量物の排出が開始される前に第2の計量ホッパからの第1の不足重量分の被計量物の排出が開始するように構成された定量秤において、第1の計量手段は、第1の計量ホッパに投入された被計量物の計量信号が安定する前にその投入重量を予測する演算を行い、その予測投入重量の上記所望定量値に対する不足重量を第1の不足重量として演算し、第1の計量ホッパに投入されている被計量物の計量信号が安定した時又はそれ以降にその安定投入重量の上記所望定量値に対する第2の不足重量を演算し、第1の不足重量に代えて第2の不足重量分の被計量物を第2の計量ホッパから排出することを特徴とするものである。
【0015】
第4の発明によると、第1の投入手段が予め設定されている定量値よりもやや少ない重量の被計量物を第1の計量ホッパに投入(大投入)し、第1の計量手段がこの第1の計量ホッパに投入された被計量物の計量信号が安定する前にその投入重量を予測する演算を行い、その予測投入重量の所望定量値に対する不足重量を第1の不足重量として演算する。そして、第1の計量ホッパに投入されている被計量物の計量信号が安定した時又はそれ以降(安定時間1経過後)にその安定投入重量を計量してその安定投入重量の所望定量値に対する第2の不足重量を演算し、その安定投入重量を計量した後に第1の計量ホッパから被計量物を排出する。一方、第2の投入手段は、第1の投入手段による投入と略同じタイミングで第2の計量ホッパに被計量物を投入(小投入)する。第2の計量手段は、第1の計量ホッパからの被計量物の排出が開始する前に、第1の不足重量分の被計量物の排出を開始し、第2の不足重量が演算されると、排出目標を第1の不足重量に代えて第2の不足重量とし、第2の不足重量分の被計量物を第2の計量ホッパから排出させる。これによって、所望定量値の被計量物の計量、排出が終了する。
【0016】
第5の発明は、第4の発明に係る定量秤において、第2の計量手段は、第2の計量ホッパからの第2の不足重量分の被計量物の排出が終了した時から所定の安定時間が経過した後に第2の計量ホッパから排出された被計量物の重量を演算することを特徴とするものである。
【0017】
第5の発明によると、第2の計量手段は、第2の計量ホッパからの第2の不足重量分の被計量物の排出が終了し、その終了時点から所定の安定時間が経過した後に第2の計量ホッパから排出された被計量物の重量を演算することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
本発明の第1実施形態を図1乃至図3を参照して説明する。各図に示す1は第1の投入手段、2は第1の計量手段、3は第2の投入手段、4は第2の計量手段である。
第1の投入手段1は、粉粒体等の被計量物を略定体積ずつ第1の計量ホッパ5に投入することができる構成のものである。図1において6は投入ホッパであり、粉粒体等の被計量物7を収容しており、その下端には第1の排出口8を開閉する第1のゲート9が設けられている。第1の投入手段1は、所定のタイミングでサーボーモータ10を駆動して第1のゲート9を開閉することができ、この第1のゲート9の開閉によって、例えば計量の目標重量値を所定値とすると、この所定値の約95%の重量分の被計量物7をねらって第1の排出口8より排出して第1の計量ホッパ5に投入するように作動する。
【0019】
第1の計量手段2は、第1の排出口8の下方に設けられた第1の計量ホッパ5と制御部11を有し、第1の投入手段1から投入される被計量物7を計量して所定の定量値に対する不足重量を演算すると共に、第1の計量ホッパ5から被計量物7を排出することができるものである。第1の計量ホッパ5は、図1に示すように、ロードセル12によって支持されており、このロードセル12は、第1の計量ホッパ5に投入された被計量物7の重量と対応する計量信号を図2に示すアナログ/デジタル変換器(A/D変換器)13を介して制御部11に送信する。制御部11は、所定の定量値とこの計量信号との差を演算して定量値に対する不足重量を演算することができる。この制御部11は、例えば中央演算処理装置(CPU)によって構成されており、制御部11にはキー入力部14が接続されていてこのキー入力部14が操作されて上記定量値が設定される。そして、第1の計量ホッパ5の下端には、第2の排出口15を開閉する第2のゲート16が設けられており、制御部11は、不足重量の演算が終了すると、所定のタイミングでエアーシリンダ17を駆動して第2のゲート16を開閉し、第1の計量ホッパ5内の被計量物7を第2の排出口15から排出することができる。この排出された被計量物は、下方に設けられている集合シュート18に投入される。
【0020】
第2の投入手段3は、粉粒体等の被計量物を第2の計量ホッパ19に投入することができる構成のものである。図1において20は投入ホッパ6の側壁に接続する分岐管であり、投入ホッパ6内の被計量物が供給されており、その分岐管20の下端には第3の排出口21を開閉する第3のゲート22が設けられている。第2の投入手段3は、所定のタイミングでエアーシリンダ23を駆動して第3のゲート22を開閉することができ、この第3のゲート22の開閉によって分岐管20内の被計量物7を第3の排出口21より排出させて第2の計量ホッパ19内に投入するように作動する。なお、この投入重量は、第2の計量ホッパ19内に収容されている被計量物7の重量が上記所定値の約10%となるように制御部11により制御されている。
【0021】
第2の計量手段4は、第3の排出口21の下方に設けられた第2の計量ホッパ19と制御部11を有し、第1の計量ホッパ5に投入された被計量物の投入重量の定量値に対する不足重量に基づいて、第2の計量ホッパ19に投入されている被計量物7のうちからその不足重量分の被計量物7を排出することができるものである。第2の計量ホッパ19は、図1に示すように、ロードセル24によって支持されており、このロードセル24は、第2の計量ホッパ19に収容されている被計量物7の重量と対応する計量信号を図2に示すアナログ/デジタル変換器(A/D変換器)25を介して制御部11に逐次送信する。そして、第2の計量ホッパ19の下端には、第4の排出口26を開閉する第4のゲート27が設けられており、制御部11は、第1の計量ホッパ5に投入された被計量物の投入重量の定量値に対する不足重量の演算結果に基づいて、所定のタイミングでエアーシリンダ28を駆動して第4のゲート27を開放し、第2の計量ホッパ19に投入されている被計量物7のうちからその不足重量分の被計量物を第4の排出口26から排出させ、その排出が終了した時点で第4のゲート27を閉塞することができる。この排出された被計量物は、下方に設けられている集合シュート18に投入される。
【0022】
なお、図1に示すように、第1の排出口8の断面積は、第3の排出口21のものよりも大きく形成してあり、第1の計量ホッパ5の計量容量は、第2の計量ホッパ19のものよりも大きく形成してある。そして、投入ホッパ6にはレベルスイッチ(図示せず)を設けてあり、このレベルスイッチは投入ホッパ6内の被計量物7のレベルが適切なレベルとなるように制御している。また、図1に示す二点鎖線は、第1乃至第4の各ゲート9、16、22、27の開状態を示す。
【0023】
図2は、この定量秤の電気回路を示すブロック図である。同図に示すように、29は駆動回路である。この駆動回路29はサーボモータ10及びエアーシリンダ17と接続しており、制御部11からの信号に基づいてこれらを駆動する。30も駆動回路である。この駆動回路30はエアーシリンダ23、28と接続しており、制御部11からの信号に基づいてこれらを駆動する。31は表示部である。この表示部31は、第1及び第2の計量ホッパ5、19により計量された各被計量物の重量や、これら第1及び第2の計量ホッパ5、19により計量された被計量物の合計重量、即ち、定量値を目標として計量されて集合シュート18に排出された被計量物7の重量を表示することができるものである。
【0024】
次に、この定量秤の動作を図3を参照して説明する。まず、適当な始動信号により第1の投入手段1が第1のゲート9を所定時間T1 だけ開放して予め設定されている定量値の約95%重量の被計量物をねらって第1の計量ホッパ5に大投入する。すると、第1の計量手段2が第1の計量ホッパ5に投入された被計量物7の投入重量を安定時間1T2 が経過した時に計量して定量値に対する不足重量を演算する。そして、この計量が終了した後に第2のゲート16を所定時間T3 だけ開放して第1の計量ホッパ5から被計量物7を排出する。
【0025】
一方、第2の投入手段3は、第1の投入手段1による投入と略同じタイミングで第3のゲート22を所定時間t1 だけ開放して定量値の約10%重量の被計量物をねらって第2の計量ホッパ19に小投入する。ただし、第2の計量ホッパ19内に被計量物7が残っている場合は、第2の計量ホッパ19内の被計量物の重量が定量値の約10%となるようにその満たない分を投入する。すると、第2の計量手段4は、安定時間2t2 の経過後であって、第1の計量ホッパ5からの被計量物の排出が開始される前に、第4のゲート27を開放して第1の計量ホッパ5への投入重量の定量値に対する不足重量分の排出(ロスイン計量)を開始し、第1の計量ホッパ5からの被計量物の排出が開始された後に第1の計量手段2による不足重量の演算結果に基づいて第2の計量ホッパ19からのその不足重量分の被計量物のロスイン計量を終了させる。このロスイン計量時間をt3 とする。
【0026】
なお、ロスイン計量とは、従来の技術の欄で説明したように、ロスインウエイト式計量のことであり、第2の計量ホッパ19内の被計量物の重量を常時監視しておき、初期重量から丁度設定された重量(上記不足重量)だけ減少した時に、第4のゲート27を閉じて第2の計量ホッパ19からの被計量物7の排出を停止させる計量方式である。
【0027】
これで1回の計量サイクルが終了して目標とする定量値の被計量物7が集合シュート18を介して包装機(図示せず)に供給される。このとき、包装機に供給された被計量物7の重量が表示部31に表示される。
【0028】
また、図3に示すように、第2の計量ホッパ19からの被計量物の排出(ロスイン計量)を、第1の計量ホッパ5からの被計量物の排出が開始される前に開始させて、安定時間1とロスイン計量とのオーバーラップ時間t5 を確保し、このオーバーラップ時間t5 の間に第2の計量ホッパ19からの被計量物の排出流量が安定するのを待つようにしたので、この流量安定時間t5 だけ計量サイクル時間を図5に示す従来の計量サイクル時間よりも短くすることができる。これによって、計量速度の向上を図ることができる。そして、課題を解決するための手段の欄で説明したように、ロスイン計量を、第1の計量ホッパ5から被計量物の排出(排出時間T3 )が開始した以降も継続して行っているので、第1の計量手段2により演算して得られた不足重量に基づいてその不足重量分の排出を行うことができ、これによって、目標とする定量値の被計量物7を排出することができる。
【0029】
本発明の第2実施形態を図7及び図8を参照して説明する。第1実施形態と第2実施形態の定量秤が相違するところは、第1実施形態では、図3に示すように、第1の計量手段2が第1の計量ホッパ5に投入された被計量物7の投入重量を安定時間1T2 が経過した時に計量してその投入重量の定量値に対する不足重量を演算したが、第2実施形態では、図8に示すように、第1の計量手段2が第1の計量ホッパ5に投入された被計量物7の投入重量を安定時間1T2 が経過する前であって、大投入終了後の(T21+T22)時間経過後に予測投入重量の演算を終了して、その予測投入重量の定量値に対する第1の不足重量を演算し、更に、大投入終了後から安定時間1T2 が経過した時に第1の計量ホッパ5に投入されている被計量物7の安定投入重量を計量してその安定投入重量の定量値に対する第2の不足重量を演算するところと、第2の計量ホッパ19によるロスイン計量の開始時間を、第1実施形態では、第2の計量ホッパ19から排出される被計量物の排出流量が略安定するに要する時間をオーバーラップ時間t5 として得ることができるように決定したのに対して、第2実施形態では、第1の不足重量を演算により得られた時としたところである。
【0030】
そして、第2実施形態では、第1実施形態の第1の計量ホッパ5に対して、図7に示すように、変位検出器34と速度検出器35と加速度検出器38を追加して設けてある。ただし、図7では、図2に示す駆動回路29等の他の回路等を示すブロックを省略してある。この変位検出器34と速度検出器35と加速度検出器38は、投入された被計量物の衝撃を受けて振動する第1の計量ホッパ5の変位と速度と加速度を検出するためのものであり、各検出器34、35、38は、それぞれA/D変換器36、37、39を介して制御部11と接続している。また、制御部11は、予め記憶部(図示せず)に記憶されている予測演算手段のプログラム(図示せず)に従って、各サンプリング時刻に変位検出器34が検出した変位信号、速度検出器35が検出した速度信号、及び加速度検出器38が検出した加速度信号に基づいて、上記予測投入重量を演算することができるように構成されている。これ以外の構成及び作用は第1実施形態と同等であり、同等部分は同一の図面符号で示し詳細な説明を省略する。
【0031】
次に、第2実施形態の定量秤の動作を図8〜図10を参照して説明する。図9及び図10は、定量秤の動作手順を示すフローチャートであり、このフローチャートで表されるプログラムが記憶部(図示せず)に記憶されており、このプログラムに従って制御部11が各回路等を制御する。まず、制御部11は、適当な始動信号により第1の投入手段1の第1のゲート9を開放して予め設定されている定量値TW の約95%重量TB の被計量物をねらって第1の計量ホッパ5に大投入する(S100)。そして、第1の計量ホッパ5に重量TB の被計量物が投入されるまで投入を続け(S106)、第1の計量ホッパ5に重量TB の被計量物が投入されたときに、第1のゲート9を閉じて大投入を停止する。この大投入時間をT1 とする。この大投入停止時に、安定時間1T2 を計時するタイマ2と安定時間T21を計時するタイマ3をスタートさせる(S108)。そして、安定時間1T2 が経過する前であって、計量信号中の大投入による衝撃成分がある程度収束する安定時間T21が経過した時に、第1の計量ホッパ5に投入された被計量物7の投入重量を予測する予測演算を開始すると共に、演算時間T22を計時するタイマ4をスタートさせる(S110、S112)。この演算時間T22の間に変位信号、速度信号、及び加速度信号をサンプリングして後述する予測演算により予測投入重量M’gを求め、予測投入重量M’gの定量値TW に対する第1の不足重量TL1を演算する(S114、S116)。そして、大投入の終了後、タイマ2が安定時間1T2 を計時して、制御部11がYESと判定した時に(S204)、第1の計量ホッパ5に投入されている被計量物の安定投入重量Mgを演算し、この演算により得られた安定投入重量Mgの定量値TW に対する第2の不足重量TL2を演算する。そして、第2のゲート16を開放して第1の計量ホッパ5から被計量物の排出を開始して、この排出時間を計時するタイマ5をスタートさせる(S210)。タイマ5が排出時間T3 を計時した時は(S216)、第1の計量ホッパ5から被計量物の排出が終了しているので第2のゲート16を閉鎖する(S218)。
【0032】
一方、第2の投入手段3は、第1の投入手段1による投入と略同じタイミングで第3のゲート22を開放して定量値TW の約10%重量TS の被計量物をねらって第2の計量ホッパ19に被計量物7を小投入する(S100)。ただし、第2の計量ホッパ19内に被計量物7が残っている場合は、第2の計量ホッパ19内の被計量物の重量が定量値TW の約10%重量TS となるようにその満たない分を投入する。そして、第2の計量ホッパ19に重量TS の被計量物が投入されるまで投入を続け(S102)、第2の計量ホッパ19に重量TS の被計量物が投入されたときに、第3のゲート22を閉じて小投入を停止する。この小投入時間をt1 とする。この小投入停止時に、安定時間2t2 ’を計時するタイマ1をスタートさせる(S104)。そして、タイマ1が安定時間2t2 ’を計時して、制御部11がYESと判定した時であって(S200)、第1の計量ホッパ5からの被計量物の排出が開始される前に、第2の計量ホッパ19の第4のゲート27を開放してステップS116で演算された第1の不足重量TL1分の被計量物の排出(ロスイン計量)を開始する(S202)。そして、第2の計量ホッパ19から第1の不足重量TL1分の被計量物が排出された時に、第4のゲート27を閉鎖してこのロスイン計量を停止させる(S206、S208)。そして、ステップS210で第2の不足重量TL2が演算され、第1の計量ホッパ5からの被計量物の排出が開始された後に、第2の計量ホッパ19からの被計量物の排出を、第1の不足重量TL1に代えて第2の不足重量TL2分を目標とする排出を開始し(S210)、第2の計量ホッパ19から第2の不足重量TL2分の被計量物の排出が終了したときに、そのロスイン計量を終了させる(S212、S214)。このロスイン計量時間がt3 であり、オーバーラップ時間がt5 ’である。
ただし、ステップS210において第2の不足重量TL2が演算された時に、第2の計量ホッパ19から第1の不足重量TL1分の被計量物の排出が続いている場合は、第1の不足重量TL1分の被計量物の排出が停止されずにそのまま第2の不足重量TL2分の被計量物の排出が開始される。
【0033】
第2実施形態の定量秤によると、第1の実施形態と同様に計量サイクル時間の短縮と計量精度の向上を図ることができると共に、第1の計量ホッパ5からの被計量物7の排出に先立って行う第2の計量ホッパ19からの被計量物7の排出の際の目標排出重量を、予測投入重量M’gの定量値TW に対する第1の不足重量TL1としているので、第2の計量ホッパ19から被計量物7を排出し過ぎることによる定量計量誤差の発生を防止することができるし、その低減を図ることができる。そして、第1の計量ホッパ5に投入されている被計量物7の計量信号が安定した時に(安定時間1T2 経過時に)その安定投入重量を計量してその安定投入重量Mgの定量値TW に対する第2の不足重量TL2を演算し、最終的にその第2の不足重量TL2の被計量物7を第2の計量ホッパ19から排出しているので、比較的高い計量精度で定量計量を行うことができる。ただし、第1の不足重量TL1は、第2の不足重量TL2よりも重くならないように少ない目に設定することにより、第2の計量ホッパ19から被計量物の排出のし過ぎを防止することができる。
【0034】
次に、第1の計量ホッパ5に投入された被計量物の質量Mを予測(推定)して予測投入質量M’及び予測投入重量M’gを演算する理論の一例を図7を参照して説明する。勿論、予測投入重量M’gは、以下に示す演算により求めることに限定するものではなく、これ以外の演算により求める構成としてもよい。
まず、ロードセル12に支持されている第1の計量ホッパ5は、図7に示すように、互いに並列するばね定数kのばねと減衰係数cのダンパを介して固定部に支持されている振動系モデルとする。
図7における可動部である第1の計量ホッパ5の風袋質量mと第1の計量ホッパ5に投入された被計量物7の質量Mの運動方程式は、次のように表現できる。
【0035】
【数1】
【0036】
ただし、xは第1の計量ホッパ5の平衡点からの変位、cは減衰係数、kはばね定数、gは重力加速度、t0 は第1の計量ホッパ5が被計量物と共に振動を開始した時刻である。(1)式をMに関して解くと、
【0037】
【数2】
【0038】
となる。ここで、被計量物の質量MをM’としたのは、(2)式によって計算された数値は、被計量物の質量Mの真値ではなく、推定値だからである。
(2)式から明らかなように、被計量物7が投入されて振動する第1の計量ホッパ5の加速度、速度、及び変位を観測することによって、被計量物の質量Mを推定することができる。
加速度、速度、及び変位の検出と信号の変換に際しては、何らかの雑音が伴うが、この雑音は、推定精度に対して無視できるものとする。
この(2)式により、予測投入質量M’を得ることができるのでこのM’に重力加速度gを乗算することにより予測投入重量M’gを得ることができる。
【0039】
そして、この定量秤では、(2)式を演算するための予測演算手段のプログラムは、予め記憶部に記憶されており、制御部11は、この予測演算手段のプログラムに従って、サンプリング開始時刻t0 (図8に示す安定時間T21経過時)における変位検出器34が検出した変位信号ydd、速度検出器35が検出した速度信号yvd、及び加速度検出器38が検出した加速度信号yad、各サンプリング時刻tにおける変位信号yd (t)、速度信号yv (t)、及び加速度信号ya (t)に基づいて、サンプリング開始時刻t0 、及び各サンプリング時刻tにおける予測投入重量M’gの平均値として予測投入重量(M’g)’を演算することができる。
【0040】
なお、第1及び第2実施形態によると、計量サイクル時間を従来よりもオーバーラップ時間t5 又はt5 ’だけ短縮することができるので、その短縮した時間内に例えば包装用袋に投入された被計量物内に存在する空気等の気体を脱気したり、包装用袋内に存在する空気等の気体を被計量物の酸化防止作用等を有する不活性ガスに置換する工程を入れることができ、これによって、計量サイクル時間を従来よりも長引かせずに上記工程を行わせることができる。
【0041】
ただし、上記第1及び第2実施形態において、図4に示すように、第2の計量手段4が、ロスイン計量を終了して安定時間3t4 が経過した後に、今回の計量サイクルにおいて第2の計量ホッパ19から排出された被計量物7の排出重量を演算して求める構成としてもよい。このように、安定時間3t4 が経過した後に第2の計量ホッパ19から排出された被計量物を演算して求めることによりこの排出重量を正確に計量することができる。従って、第2の計量ホッパ19から排出された被計量物の排出重量と第1の計量ホッパ5より排出された被計量物の重量との合計重量は、包装機に供給された被計量物の正確な重量を表しており、この合計重量を表示部31に表示したり、印字部(図示せず)に印字させて重量表示として使用することができる。
【0042】
更に、第2の計量手段4が安定時間3t4 の経過時に、演算により得られたロスイン計量の排出重量が、第1の計量手段2により演算して得られた第1実施形態の上記不足重量未満、又は第2実施形態の第2の不足重量未満であるか否かを判定し、不足重量未満であると判定したときには、その不足重量に満たない重量分、又はそれよりも少し多い目の重量の被計量物を第2の計量ホッパ19から排出させる構成としてもよい。これにより、ロスイン計量による計量誤差を解消することができ、計量精度の向上を図ることができる。なお、表示部31及び印字部には、第2の計量ホッパ19から排出された被計量物の合計重量と第1の計量ホッパ5より排出された被計量物の重量との合計重量を表示及び印字することとする。
【0043】
なお、図4において、第1の計量ホッパ5に被計量物を投入する次回の大投入を、第1の計量ホッパ5からの被計量物の排出が終了した直後に行わず、第2の計量ホッパ19に被計量物を投入する次回の小投入と略同じタイミングで行ったのは、大投入を安定時間3t4 の時間帯に行うと、大投入による振動が第2の計量手段4の計量誤差の原因となるからであり、これを避けるためである。
【0044】
そして、上記第1及び第2実施形態において、第1及び第3のゲート9、22を開閉することにより被計量物7を自重により対応する各第1、第3の排出口8、21から排出する構成としたが、投入ホッパ6内の被計量物7を各第1、第3の排出口8、21から定体積ずつ強制的に排出する構成としてもよい。例えばオーガー式、又はスクリュー式等の排出装置を採用することができる。
【0045】
また、定量値の約95%重量の被計量物7を第1の計量ホッパ5に大投入したが、これ以外の例えば定量値の約90%重量の被計量物7を第1の計量ホッパ5に大投入してもよい。この場合、第2の計量ホッパ19に収容されている被計量物の重量が定量値の約15%重量となるように制御する。
【0046】
更に、上記第2実施形態では、制御部11が、第1の計量ホッパ5に被計量物7が投入されて、図8に示す(T21+T22)時間が経過した時に(安定時間T2 が経過する前)、第1の計量ホッパ5に投入された被計量物7の投入重量の予測演算を終了し、その予測投入重量の所望定量値に対する不足重量を第1の不足重量として演算し、第1の計量ホッパに投入されている被計量物の計量信号が安定した時に(安定時間T2 が経過した時に)、その安定投入重量の上記所望定量値に対する第2の不足重量を演算し、第1の不足重量に代えて第2の不足重量分の被計量物を第2の計量ホッパ19から排出する構成としたが、制御部11が、第1の計量ホッパ5に被計量物7が投入されて、図8に示す(T21+T22)時間が経過した時に(安定時間T2 が経過する前)、第1の計量ホッパ5に投入された被計量物7の投入重量の予測演算を行い、その予測投入重量の所望定量値に対する不足重量を第1の不足重量として演算し、その第1の不足重量分の被計量物を第2の計量ホッパ19から排出する構成としてもよい。
【0047】
つまり、この定量秤によると、第2の計量ホッパ19から最終的に第2の不足重量分の被計量物を排出するのではなく、最終的に第1の不足重量分の被計量物を排出するものとしたから、安定時間T2 が経過した時に安定投入重量を計量する必要がなく、従って、第1の計量ホッパ5に被計量物7が投入されて、図8に示す(T21+T22)時間が経過した時から第1の計量ホッパ5内の被計量物の排出を開始することができる。これにより、第1の計量ホッパ5の計量サイクル時間を、第2実施形態よりも〔T2 −(T21+T22)〕時間だけ短縮することができる。そして、図8に示す小投入時間t1 は、空の第2の計量ホッパ19に定量値の約10%重量の被計量物を投入するための投入時間であるが、計量運転中は、第2の計量ホッパ19に定量値の約5%重量の被計量物を投入する投入時間で済むので(約5%重量の被計量物がロスイン計量により排出される)、この小投入時間が約t1 /2となり、これによってこの定量秤の計量サイクル時間を、第2実施形態よりも〔T2 −(T21+T22)〕時間又はt1 /2時間だけ短縮することができる。なお、(6)〜(8)式に基づく予測投入重量の演算の重量誤差は、約1/1000であり、この程度の計量精度が要求される定量秤に適用することができる。
【0048】
次に、上記第1及び第2実施形態における定量値や図3、図4、及び図8に示す大投入、小投入等の各時間の具体例を示す。
定量値=25kg、大投入T1 =0.82sec、安定時間1T2 =1.1sec、排出T3 =0.5sec、小投入t1 =0.6sec、安定時間2t2 =0.9sec、ロスイン排出t3 =0.92sec、オーバーラップ時間t5 =0.42sec、安定時間3t4 =0.9secである。
従って、図3及び図4に示す各計量サイクル時間(2.42sec、3.32sec)は、図5及び図6に示す各サイクル時間(2.84sec、3.74sec)よりもオーバーラップ時間t5 =0.42secの分だけ短くなっており、これにより、計量速度の向上を図ることができる。なお、安定時間2t2 ’≒t2 、オーバーラップ時間t5 ’≒t5 である。
【0049】
【発明の効果】
第1の発明によると、第1の計量ホッパからの被計量物の排出が開始される前に、第2の計量ホッパからの第1の計量ホッパへの投入重量の不足重量分の排出(ロスイン計量)を開始する構成としたので、そのロスイン計量時間の開始時間を前にずらした分だけ終了時間を早めることができ、これによって計量サイクル時間の短縮を図り、計量速度を向上させることができる。
【0050】
そして、ロスイン計量時間のうち、第1の計量ホッパからの被計量物の排出が開始される前における時間帯(オーバーラップ時間)は、計量サイクル時間に計算されないので、ロスイン計量流量を安定させる時間として比較的長時間を要する被計量物を計量する場合には、この時間帯を利用することにより計量サイクル時間を長びかさずにロスイン計量流量を安定させることができる。これによって、計量精度の向上を図ることができる。
【0051】
第2の発明は、第2の計量ホッパからの排出が終了した時から所定の安定時間が経過した後に、第2の計量ホッパから排出された被計量物の重量を演算する構成である。従って、第2の計量ホッパから排出された被計量物の重量を正確に知ることができる。これによって、例えば第2の計量ホッパからの排出が排出不足となっている場合には追加排出を行えるようにすることができる。そして、第2の計量ホッパから排出された被計量物の排出重量を正確に演算することができるので(ロスイン計量による計量誤差を解消することができるので)、第1及び第2の計量ホッパにより計量された被計量物の正確な合計重量値を、例えば重量表示の為に印字したり、コンピュータに送信してデータ処理を行う場合に有効に利用することができる。
【0052】
第3の発明によると、第1の発明と同様に、第1の計量ホッパからの被計量物の排出を開始する前に第2の計量ホッパからの被計量物の排出を開始させているので、計量サイクル時間の短縮を図ることができる。そして、第1の計量ホッパからの被計量物の排出に先立って行う第2の計量ホッパからの被計量物の排出の際の目標排出重量を、予測投入重量の所望定量値に対する不足重量としているので、第2の計量ホッパから被計量物を排出し過ぎることによる定量計量誤差の発生を防止することができるし、その低減を図ることができる。
【0053】
第4の発明によると、第1の発明と同様に計量サイクル時間の短縮と計量精度の向上を図ることができると共に、第1の計量ホッパからの被計量物の排出に先立って行う第2の計量ホッパからの被計量物の排出の際の目標排出重量を、予測投入重量の所望定量値に対する不足重量、即ち、第1の不足重量としているので、第2の計量ホッパから被計量物を排出し過ぎることによる定量計量誤差の発生を防止することができるし、その低減を図ることができる。そして、第1の計量ホッパに投入されている被計量物の計量信号が安定した時又はそれ以降にその安定投入重量を計量してその安定投入重量の所望定量値に対する第2の不足重量を演算し、最終的にその第2の不足重量の被計量物を第2の計量ホッパから排出しているので、定量計量の計量精度の向上の維持を図ることができる。
【0054】
そして、第1、第3、及び第4の各発明によると、計量サイクル時間を従来よりもオーバーラップ時間t5 又はt5 ’だけ短縮することができるので、その短縮した時間内に例えば被計量物内に存在する空気等の気体を脱気したり、被計量物の酸化防止作用を有する不活性ガスに置換する工程を入れることができ、これによって、計量サイクル時間を従来よりも長引かせずに上記工程を行わせることができる。
【0055】
第5の発明によると、第2の計量ホッパからの第2の不足重量分の被計量物の排出が終了し、その終了時点から所定の安定時間が経過した後に第2の計量ホッパから排出された被計量物の重量を演算する構成であるので、第2の計量ホッパから排出された被計量物の重量を正確に知ることができる。これによって、第2の発明と同様に、第2の計量ホッパからの被計量物の排出が不足している場合にはその不足分を追加して排出することができ、その結果、所望の定量値の被計量物を精度良く計量することができるし、第1及び第2の計量ホッパから排出された被計量物の正確な合計重量を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1実施形態に係る定量秤の概略構成図である。
【図2】同第1実施形態に係る定量秤の電気回路を示すブロック図である。
【図3】同第1実施形態に係る定量秤の計量手順を示すタイムチャートである。
【図4】同発明の他の実施形態に係る定量秤の計量手順を示すタイムチャートである。
【図5】従来の定量秤の計量手順を示すタイムチャートである。
【図6】従来の他の定量秤の計量手順を示すタイムチャートである。
【図7】同発明の第2実施形態に設けられている第1の計量ホッパの振動系モデルを示す図である。
【図8】同第2実施形態の定量秤の計量手順を示すタイムチャートである。
【図9】同第2実施形態の定量秤の計量制御手順を示すフローチャートである。
【図10】同第2実施形態の定量秤の計量制御手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1 第1の投入手段
2 第1の計量手段
3 第2の投入手段
4 第2の計量手段
5 第1の計量ホッパ
19 第2の計量ホッパ
34 変位検出器
35 速度検出器
Claims (5)
- 所望定量値よりやや少ない重量の被計量物を第1の計量ホッパへ投入する第1の投入手段と、第1の計量ホッパを具備し第1の投入手段による投入重量を計量し上記所望定量値に対する不足重量を演算すると共に第1の計量ホッパから被計量物を排出する第1の計量手段と、被計量物を第2の計量ホッパへ投入する第2の投入手段と、第2の計量ホッパを具備し第2の計量ホッパに投入されている被計量物のうちから上記不足重量分の被計量物を排出する第2の計量手段と、を具備する定量秤において、
第1の計量ホッパからの被計量物の排出が開始される前に第2の計量ホッパからの上記不足重量分の被計量物の排出が開始し、第1の計量ホッパからの被計量物の排出が開始された後に第2の計量ホッパからの上記不足重量分の被計量物の排出が終了するように構成された定量秤。 - 請求項1に記載の定量秤において、第2の計量手段は、第2の計量ホッパからの上記不足重量分の被計量物の排出が終了した時から所定の安定時間が経過した後に第2の計量ホッパから排出された被計量物の重量を演算することを特徴とする定量秤。
- 所望定量値よりやや少ない重量の被計量物を第1の計量ホッパへ投入する第1の投入手段と、第1の計量ホッパを具備し第1の投入手段による投入重量を計量しその計量信号が安定する前にその投入重量を予測する演算を行いその予測投入重量の上記所望定量値に対する不足重量を演算することができ第1の計量ホッパから被計量物を排出する第1の計量手段と、被計量物を第2の計量ホッパへ投入する第2の投入手段と、第2の計量ホッパを具備し第2の計量ホッパに投入されている被計量物のうちから上記不足重量分の被計量物を排出する第2の計量手段と、を具備し、第1の計量ホッパからの被計量物の排出が開始される前に第2の計量ホッパからの上記不足重量分の被計量物の排出が開始されるように構成された定量秤。
- 所望定量値よりやや少ない重量の被計量物を第1の計量ホッパへ投入する第1の投入手段と、第1の計量ホッパを具備し第1の投入手段による投入重量を計量しその投入重量の上記所望定量値に対する第1の不足重量を演算することができ第1の計量ホッパから被計量物を排出する第1の計量手段と、被計量物を第2の計量ホッパへ投入する第2の投入手段と、第2の計量ホッパを具備し第2の計量ホッパに投入されている被計量物のうちからその第1の不足重量分の被計量物を排出する第2の計量手段と、を具備し、第1の計量ホッパからの被計量物の排出が開始される前に第2の計量ホッパからの第1の不足重量分の被計量物の排出が開始するように構成された定量秤において、
第1の計量手段は、第1の計量ホッパに投入された被計量物の計量信号が安定する前にその投入重量を予測する演算を行い、その予測投入重量の上記所望定量値に対する不足重量を第1の不足重量として演算し、第1の計量ホッパに投入されている被計量物の計量信号が安定した時又はそれ以降にその安定投入重量の上記所望定量値に対する第2の不足重量を演算し、第1の不足重量に代えて第2の不足重量分の被計量物を第2の計量ホッパから排出することを特徴とする定量秤。 - 請求項4に記載の定量秤において、第2の計量手段は、第2の計量ホッパからの第2の不足重量分の被計量物の排出が終了した時から所定の安定時間が経過した後に第2の計量ホッパから排出された被計量物の重量を演算することを特徴とする定量秤。
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