JP4072925B2 - 振動フィーダの制御方法及び制御装置並びに計量装置 - Google Patents

振動フィーダの制御方法及び制御装置並びに計量装置 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物品を搬送するための振動フィーダにおけるストップ時の振幅制御、および振動フィーダを備えた計量装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
物品を計量する計量装置等においては、物品を計量機構に搬送するために振動フィーダが用いられている。この振動フィーダは、交流電源から給電される電磁石,可動体,および板バネ等からなる振動機構と、この振動機構によって振動されるトラフとを備え、交流電源の給電電圧を点弧角制御して電磁石に加えその電圧印加時間の吸引力と、吸引状態での板バネのバネ作用に基づく反発力とによりトラフを振動させ、トラフ上の物品を搬送させるものである。
【0003】
この場合、振動フィーダは、共振現象を利用して、少ないエネルギで大きな振動力を得ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来、計量機構への物品の搬出を停止するために振動フィーダの動作をストップさせた後は、振動フィーダの振動の自然減衰にまかせていた。このため、ストップ後においても、振動フィーダが残存する減衰振動で物品Mを移動させてしまう場合があり、かかる振動フィーダを用いた計量装置等においては、物品の供給量が不正確になるため、計量精度を向上させることが困難であるという問題があった。また、振動が自然減衰する時間をまつことになるため、計量速度の向上を図れないという問題もあった。
【0005】
また、この振動フィーダの振動の減衰を外部機構により強制的に早めることが考えられるが、そのための装置を付加する必要があり、構造が複雑になり、コストが向上するという問題があった。
【0006】
本発明は、上記の問題点を解決して、振動フィーダのストップ時に、振動フィーダの振幅を迅速に減少させて、物品の搬出量を正確に確保できる振動フィーダの制御装置を備えた計量装置を提供することを目的としている。
【0007】
上記目的を達成するために、本発明に係る計量装置は、交流電源から給電される振動機構1aによってトラフ1bを振動させてトラフ上の物品を搬送する振動フィーダ1を有し、物品を計量する計量装置であって、
前記計量装置は、前記振動フィーダ1を制御する制御装置を備えており、
前記制御装置は、交流電源から取り出される駆動信号であって、第1の位相をもつ駆動信号を受けて作動している前記振動フィーダ1のスタート時に、前記駆動信号のレベルを、前記振動フィーダ1の目標振幅付近に対応したレベルまたはそれ以上のレベルに設定したのち、1回以上の所定回数だけこれよりも低いレベルに設定し、かつ、
前記振動フィーダ1のストップ時に、前記駆動信号を前記第1の位相とは逆の位相に切り換え、かつ、前記第1の位相をもつ駆動信号とはレベルの異なるものとして、前記振動機構1aに印加することにより、前記振動フィーダ1の振幅をゼロに収束させる振幅制御手段4,8を備えていることを特徴とする。
【0008】
上記構成によれば、振動フィーダのストップ時に、作動中とは逆位相の駆動信号が振動機構に印加されるので、振動フィーダの振幅を迅速に減少させることができる。
【0009】
前記位相の切換えは、例えば、電源からの給電信号のゼロクロスを検出して、前記駆動信号の位相を前記第1の位相から第2の位相に切り換えることによりなされる。前記第2の位相は、例えば、前記第1の位相と逆の位相である。
本発明の好ましい実施形態に係る振動フィーダの制御装置は、電源からの給電信号のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出手段を備え、さらに、前記給電信号をスイッチングして前記駆動信号を生成するスイッチング素子と、前記スイッチング素子の点弧角を制御することにより前記駆動信号のレベルを制御する点弧角制御手段と、前記ゼロクロス点の検出に基づいて前記駆動信号の位相を第2の位相に切り換える位相切換え手段とを有する振幅制御手段を備えている。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1に、本発明の振動フィーダの制御装置を用いた組合せ計量装置の概略側面図を示す。この装置は架台BFの上に支持されている。供給コンベア22から送られて来た物品Mは、供給シュート24を介して振動式の分散フィーダ25の中央に集められる。分散フィーダ25の外周付近には振動フィーダ1(1-1〜1-N)が放射状に多数配置されており、分散フィーダ25の振動により周囲に分散された物品Mを、この振動フィーダ1が受け取る。振動フィーダ1は、所定の振幅および振動回数で振動することにより、物品Mを放射方向へ搬出する。
【0012】
次に、各振動フィーダ1の振動によりその下方のプールホッパ26(26-1〜26-N)へ送られた物品Mは、計量動作に合わせて一時的にプールされた後、プールホッパの排出ゲート27(27-1〜27-N)が開かれて計量ホッパ28(28-1〜28-N)に投入される。ロードセルのような重量検出手段30(30-1〜30-N)は、各計量ホッパ28に投入された物品Mの重量を計測して重量検出信号を出力する。これら重量検出信号に基づいて組合せ演算され、目標重量に近い許容範囲内の組合せ重量となる計量ホッパ28が選択されて、当該計量ホッパの排出ゲート29(29-1〜29-N)が開放され、集合シュート32に集合されて排出シュート34に排出される。排出された物品Mは、包装機36により包装されて目標重量の袋詰め商品となる。
【0013】
図2に、本発明の一実施形態に係る振動フィーダの制御装置の構成図を示す。このシステムは、振動フィーダ1、スイッチング素子4、制御パターン記憶手段12、ゼロクロス検出手段16およびCPU8を備えている。また、CPU8は、サイクルカウンタ6、点弧角制御手段10および位相切換手段18を備えている。前記CPUは、計量装置全体のコントローラ60からスタート信号とストップ信号を受ける。前記スイッチング素子4とCPUとで、本発明の振幅制御手段が形成される。
【0014】
振動フィーダ1は、振動機構1aと、この振動機構1aに固定されているトラフ1bとで構成されている。前記振動機構1aは、計量装置のフレームFに防振用の弾性体Sを介して取り付けられるベースBに、商用の交流電源2からスイッチング素子4を介して給電される電磁石3と前後一対の板バネ7の下端部とを固定し、板バネ7の上端部にブラケットBRを連結し、このブラケットBRに電磁石3に対向する可動鉄心5を固定したものである。振動フィーダ1は、交流電源2の給電信号をスイッチング素子4によりオンオフして点弧角を制御し、離散した電圧信号からなる駆動信号を電磁石3に加え、電磁石3と可動鉄心5との離散した吸引力と板バネ7のバネ定数を利用してトラフ1bを振動させ、トラフ1b上の物品Mを搬送する。振動フィーダ1の固有振動数は電源周波数付近に設定されており、これによって、低い電力でトラフ1bの振幅を大きく稼いでいる。
【0015】
ここで、前記交流電源2からスイッチング素子4に供給される信号を「給電信号」と呼び、スイッチング素子4から出力されて電磁石3に印加される信号を「駆動信号」と呼ぶ。
【0016】
スイッチング素子4は、例えば、ソリッド・ステート・リレー(SSR)であり、振動機構1aへの給電回路15に直列接続されている。ゼロクロス検出手段16は、給電電圧のゼロクロス点を検出する。サイクルカウンタ6は、ゼロクロス検出手段16を介して給電電圧のサイクル回数をカウントする。
【0017】
前記制御パターン記憶手段12は、振動フィーダ1のスタート時に、振動機構1aに印加される駆動信号を、トラフ1bの振幅を目標振幅付近に収束させるように、振動フィーダ1の目標振幅付近に対応したレベルまたはそれ以上の高い第2の所定レベルに設定したのち、1回以上の所定回数だけ、これよりも低いレベルに設定する制御パターンを記憶する。前記点弧角制御手段10は、制御パターン記憶手段12に記憶された制御パターンを読み出し、この制御パターンに基づいて、スイッチング素子4の例えばオン時間を変化させることにより、その導通位相角を制御し、振動機構1aへの駆動信号を変化させて、振動フィーダ1の振幅を制御する。前記位相切換手段18は、振動フィーダ1のストップ時に、ゼロクロスを検出して給電電圧を駆動時と逆位相に切り換えることにより、振動フィーダ1の振幅をゼロに収束させる。
【0018】
以下、このシステムの動作を説明する。
図4に、振動フィーダ1、プールホッパの排出ゲート27および計量ホッパの排出ゲート29の動作タイミングを示す。まず、図1において、組合せ演算されて計量ホッパの排出ゲート29が開かれ物品Mが排出された後、タイミングαで排出ゲート29が閉められる(図4の(c))。プールホッパ26と計量ホッパ28間には落差があるので、排出ゲート29が閉められるタイミングαより落差分早いタイミングβでプールホッパの排出ゲート27が開かれ、プールホッパ26に収納されていた物品Mがプールホッパ26から排出された後に、タイミングγで排出ゲート29が閉められる(図4の(b))。
【0019】
同様に、振動フィーダ1とプールホッパ26間に落差があるので、タイミングγよりも落差分早いタイミングε(図3のt0 )で振動フィーダ1をスタートさせる(図4の(a))。振動フィーダ1はタイミングλ(図3のt1 )でストップする。このように、計量ホッパの排出ゲート29が開いている動作時間中に、プールホッパの排出ゲート27を開け、さらに、プールホッパの排出ゲート27が開いている動作時間中に、振動フィーダ1が振動を開始しているのは、振動フィーダ1の動作タイミングとプールホッパの排出ゲート27の開閉タイミング間のオーバーラップをできるだけ大きくして、振動フィーダ1の十分な搬送量を得るためである。
【0020】
(1)振動フィーダ1のスタート時
図6は供給電圧の点弧角を制御する場合を示す。図6において、スタート時点εで、コントローラ60が(e)に示すスタート信号を点弧角制御手段10に向けて出力する。このスタート時点εの後に、点弧角制御手段10が、ゼロクロス信号40を受けて、点弧角から決まる一定時間後に、点弧信号42を出力する。これによりSSR4がオンする。点弧角制御手段10は、ゼロクロス信号の1つおきに点弧信号42を出力する。つまり、ゼロクロス信号40,45(符号A)の後で出力し、ゼロクロス信号46,47(符号B)の後では出力しない。
【0021】
なお、図6(a)において、振動フィーダ1の電磁石3(図2)は誘導性負荷であるコイルを含むことから負荷電流が負荷電圧よりも遅れる。一方、この実施形態におけるSSR4は、図6(b)のように点弧信号がオフになってもその時点で電流がゼロでなければ電流がゼロになるまで流れ続ける特性をもっているので、図6(c)のように給電電圧が正の極性から負の極性に反転し電流がゼロになるまでが実際の点弧角オン状態となる。(d)はゼロクロス検出手段16で検出される給電電圧(給電信号)のゼロクロスを示すものである。1サイクル当たりに振動フィーダ1に供給される電力は、SSR4のオン期間の長さにほぼ比例する。
【0022】
図7は、点弧角が図6のそれよりも増大した場合を示す。この場合の点弧信号43は、先の点弧信号42よりも遅れるので、SSR4から供給される電力が減少する。
【0023】
図8は、スタート時点εが、正から負に向かう時点のゼロクロス信号44の前で発生する場合を示す。この場合、電流パルス50が負となるが、電磁石3が発生する磁力は、SSR4のオン期間にわたって、吸引力として作用する。
【0024】
図2の点弧角制御手段10は、前記タイミングεで、計量装置全体のコントローラ60から出力されるスタート信号を受けて、制御パターン記憶手段12から制御パターンを読み出し、サイクルカウンタ6をリセットする。そして、制御パターンにしたがい、SSR4に点弧信号を送るとともに、サイクルカウンタ6からカウント入力を受け、各サイクル回数がそれぞれ設定された制御パターンの切換え時期を監視し、切換え時期になれば、カウンタ6をリセットし、次の制御パターンに切り換えて、その制御パターンにしたがいSSR4に点弧信号を送る。SSR4は、送られてきた点弧信号に基づいて給電電圧をオンオフし、振動機構1aへの給電電力レベルを制御する。
【0025】
この制御パターンの一例を図5に示す。次に、点弧角制御手段10によるパターン制御の動作を図9と図5に基づいて説明する。 以下、点弧角制御手段10のパターン制御の動作について説明する。
【0026】
図9において、振動フィーダ1のスタート時点(t0 )から整定時間AT後の(t1 )までの間に、点弧角制御手段10は、まず、図5(a)の制御パターンから第1の点弧角a1 と第1のサイクル回数b1 を読み出し、SSR4の点弧角をこの制御パターンで制御する。すなわち、図9の図示101のように、第1の点弧角a1 で、サイクルカウンタ6からのカウント入力に応じて第1のサイクル回数b1 (例えば4回)にわたって振動機構1aへの給電信号(ここでは給電電圧信号)を制御する。この給電電圧信号の印加時間は、SSR4の点弧角を進角させると大きくなり、遅角させると小さくなる。
【0027】
次に、同様に、図7の図示102のように、給電電圧信号を、第1の点弧角a1 より遅角させた第2の点弧角a2 で、第2のサイクル回数b2 (例えば4回)にわたって制御する。続いて、図示103のように、第2の点弧角a2 よりも進角させた第3の点弧角a3 で、所定サイクル回数b3 にわたって制御する。
【0028】
前記点弧角制御手段10による給電電圧のパターン制御によって、振動フィーダ1は図3(a)のように駆動される。振動フィーダ1は、まず、スタート時点t0 で点弧角a1 (給電信号の第1の所定電力レベル)で、振幅が目標振幅C近辺に達すると予想される振動回数b1 に対応するサイクル回数b1 だけ駆動される。この第1の所定電力レベルは、目標振幅C付近またはそれ以上の定常振幅(定常状態にあると仮定したときの振幅)に対応したレベルであるから、振動フィーダ1の振幅は速やかに増大する。
【0029】
続いて、振動フィーダ1は、振幅が目標振幅C以下の定常振幅に対応する点弧角a2 (第1の所定電力レベルよりも小さい第2の所定電力レベル)で振動回数b2 に対応するサイクル回数b2 だけ駆動される。これにより、振幅のオーバーシュートが抑えられる。これ以後、振動フィーダ1は、目標振幅Cに対応した点弧角a3 (第3の所定電力レベル)で駆動されて、再びオーバーシュートが生じないようにしている。
【0030】
このような制御パターンで制御されることにより、振動フィーダ1の振幅は、従来の図3(b)のようなオーバーシュートが発生せずに、目標振幅C内に抑えられている。なお、給電信号制御時の点弧角a1 〜a3 は、図1のプールホッパ26に投入する物品Mの量に応じて増減される。
【0031】
なお、点弧角制御手段10は、振動フィーダ1の振動状態に応じて、例えば、図5(b)の制御パターンのように、第1の点弧角a1 と第1のサイクル回数b1 で、続いて第2の点弧角a2 と第2のサイクル回数b2 で制御してもよい。また、図5(c)の制御パターンのように、第1の点弧角a1 と第1のサイクル回数b1 で、続いて第2の点弧角a2 と第2のサイクル回数b2 で、続いて第2の点弧角a2 よりも進角させた第4の点弧角a4 と第4のサイクル回数b4 で、最後に第3の点弧角a3 と第3のサイクル回数b3 で制御してもよい。
【0032】
こうして、点弧角制御手段10が、振動フィーダ1のスタート時に、制御パターン記憶手段12に記憶された制御パターンに基づいて、給電電力の点弧角制御を行うので、振動フィーダ1の目標振幅を越えるオーバーシュートを抑えることから、従来のように、振動フィーダ1の機械的強度を大きくする必要がない。なお、分散フィーダ25を振動フィーダ1と同様に制御することにより、その機械的強度を小さくするようにしてもよい。
【0033】
(2)振動フィーダ1のストップ時
次に、振動フィーダ1のストップ時の説明に移る。従来、振動フィーダ1のストップ後は、振動フィーダ1の振動の自然減衰にまかせていた。しかし、図1の組合せ計量装置において、物品Mの供給量を一定にして、計量精度を向上させるためには、振動フィーダ1のストップ後は、振動フィーダ1の振幅を直ちに減少させてプールホッパ26に物品Mを供給させないことが必要になる。そこで、本システムは、振動フィーダ1のストップ時に、振動フィーダ1の振幅を迅速に減少させるように、給電電圧を制御している。以下、この振動フィーダ1のストップ時の動作を図10に従って説明する。
【0034】
振動フィーダ1が所定量の物品Mをプールホッパ26に供給し終えると、コントローラ60が点弧角制御手段10にストップ信号を送り、その振動動作が図4のタイミングλ(図3(a)のt1 )でストップする。このストップ信号を受けて点弧角制御手段10が、位相切換手段18に信号S1を送る。この信号S1を受けて位相切換手段18が、例えばAからBの間に、サイクルカウンタ6を制御して逆位相信号をカウントさせる。こうして、時点t2から、サイクルカウンタ6および点弧角制御手段10が逆位相に切り換えられる。つまり、サイクルカウンタ6が正から負に向かうゼロクロス信号6のすべてをカウントし、点弧角制御手段10が、そのゼロクロス信号Bの後で点弧信号を出力する。
【0035】
その結果、時点t2以後、駆動信号の位相は、整定時間AT中と逆の位相になる。この逆位相サイクルが制御パターン記憶手段12に記憶された所定回数(例えば、2〜3回)実行されたのち、点弧角制御手段10が点弧信号の出力を停止する。SSR4からの駆動信号は時点t1以後に逆となっているから、振動フィーダ1には、作動中とは逆の位相で振動させようとする電力が供給される。これにより、図3(a)の106で示すように、整定時間中はCであった振動フィーダ1の振幅が、ストップ直後にC/4に減少する。従って、振動フィーダ1は、時点t1後に残存する減衰振動によってプールホッパ26に物品Mを供給するおそれがなくなり、計量精度が向上る。さらに、従来は自然減衰させていた振動フィーダ1が、急速に減衰するので、計量速度が向上する。
【0036】
(3)振動フィーダ1の他のスタート方法
上記ストップ時の位相逆転方法は、振動フィーダ1のスタート時の振幅制御にも利用できる。すなわち、制御パターン記憶手段12で記憶された制御パターンにしたがって、SSR4が、まず、図11に示す第1の点弧角a1と第1のサイクル回数b1で駆動信号を生成する。そののち、半サイクル待機して、次の正から負に向かうゼロクロス信号がゼロクロス検出手段16で時点t3で検出されたとき、位相切換手段18がサイクルカウンタ6を制御して逆位相信号をカウントさせる。こうして、時点t3からサイクルカウンタ6および点弧角制御手段10が逆位相に切り換えられ、最初の逆位相信号がカウントされた(検出された)時点t3から所定のサイクル回数(例えば1〜2回)にわたって、点弧角a1で点弧信号が点弧角制御手段10から出力され、この点弧信号を受けたSSR4によって、逆位相の駆動信号が振動フィーダ1に供給される。
【0037】
これによってもやはり、振動フィーダ1のスタート時に、比較的高い第1の所定電力レベルで振動フィーダ1を駆動できるから、スタート時の応答性が向上する。また、続いて、その逆位相の第2の所定電力で振動フィーダ1を駆動するから、振動フィーダ1の振幅が減少するので、目標振幅を越えるオーバーシュートを抑制できる。
【0038】
ここで、上記位相の切換えと同時に、点弧角もa2に変更し、第2の所定電力レベルを第1の所定電力レベルよりも低くしてもよい。
【0039】
(4)振動フィーダの他のストップ方法
図10の時点t2以降に発生する逆位相の駆動信号は、振動フィーダ1の作動中の駆動信号と異なるレベルとしてもよい。その場合、図2の制御パターン記憶手段12に、図5に示したのと同様に、サイクル回数と点弧角をもつ制御パターンを記憶させておき、所定レベルの逆位相の駆動信号を所定サイクルだけ振動機構1aに供給する。
【0040】
なお、前記振動フィーダ1はフィードバック制御することも可能であるが、振動フィーダ1の応答性は低いので、前記実施形態のようなオープンループ制御、すなわち、振動フィーダに供給される駆動信号のレベルを振動フィーダ1の応答と無関係に決定する制御とするのが、迅速な制御を実現するために好ましい。
【0041】
また、前記実施形態では、本装置を組合せ計量装置に用いているが、秤量装置等の振動フィーダに用いてもよい。特に、図9に示すように、振動フィーダ1に固定されたトラフ1bから計量台Dに供給された物品Mの重量を、重量検出手段30により検出して、一定量の物品Mを得る秤量装置に用いた場合、振動フィーダ1から一定量の物品Mを計量台Dに正確に供給できるので、精度のよい秤量装置が得られるという効果を有する。
【0042】
なお、この実施形態では、商用の交流電源を用いているが、インバータにより発生させた所定周波数の電源を用いてもよい。
【0043】
【発明の効果】
本発明によれば、振動フィーダのストップ時に、作動中と異なる位相の駆動信号が振動機構に印加されるので、振動フィーダの振幅を迅速に減少させることができる。従って、振動フィーダはストップ後に残存する減衰振動で物品を搬送することがないので、物品の搬送量を正確に確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る振動フィーダの制御装置を用いた組合せ計量装置を示す側面図である。
【図2】本発明の一実施形態に係る振動フィーダの制御装置を示す構成図である。
【図3】振動フィーダの振幅状態を示す図である。
【図4】振動フィーダの動作タイミングを示す図である。
【図5】振動フィーダのスタート時における点弧角制御パターンを示す図である。
【図6】振動フィーダのスタート時における給電信号、点弧信号、ゼロクロス信号およびスタート信号の一例を示す信号波形図である。
【図7】同給電信号、点弧信号、ゼロクロス信号およびスタート信号の他の例を示す信号波形図である。
【図8】同給電信号、点弧信号、ゼロクロス信号およびスタート信号の更に他の例を示す信号波形図である。
【図9】同給電信号の点弧角制御の状態を示す図である。
【図10】振動フィーダのストップ時におけるスイッチング信号、給電信号およびゼロクロス信号を示す信号波形図である。
【図11】振動フィーダのスタート時の別の制御方法による信号波形図である。
【図12】本発明の実施形態に係る振動フィーダの制御装置を用いた計量装置を示す側面図である。
【符号の説明】
1…振動フィーダ、1a…振動機構、1b…トラフ、4…スイッチング素子(SSR)、6…サイクルカウンタ、8…CPU、10…点弧角制御手段、12…制御パターン記憶手段、16…ゼロクロス検出手段、18…位相切換手段、26…プールホッパ、28…計量ホッパ、30…重量検出手段(ロードセル)、60…コントローラ、M…物品。

Claims (4)

  1. 交流電源から給電される振動機構1aによってトラフ1bを振動させてトラフ上の物品を搬送する振動フィーダ1を有し、物品を計量する計量装置であって
    前記計量装置は、前記振動フィーダ1を制御する制御装置を備えており
    前記制御装置は、交流電源から取り出される駆動信号であって、第1の位相をもつ駆動信号を受けて作動している前記振動フィーダ1のスタート時に、前記駆動信号のレベルを、前記振動フィーダ1の目標振幅付近に対応したレベルまたはそれ以上のレベルに設定したのち、1回以上の所定回数だけこれよりも低いレベルに設定し、かつ、
    前記振動フィーダ1のストップ時に、前記駆動信号を前記第1の位相とは逆の位相に切り換え、かつ、前記第1の位相をもつ駆動信号とはレベルの異なるものとして、前記振動機構1aに印加することにより、前記振動フィーダ1の振幅をゼロに収束させる振幅制御手段4,8を備えてなる計量装置
  2. 請求項1において、前記振幅制御手段が、さらに、電源からの給電信号のゼロクロス点t2を検出するゼロクロス検出手段16を備え、
    前記振幅制御手段4,8は、前記給電信号をスイッチングして前記駆動信号を生成するスイッチング素子4と、前記スイッチング素子4の点弧角を制御することにより前記駆動信号のレベルを制御する点弧角制御手段10と、前記ゼロクロス点t2の検出に基づいて前記駆動信号の位相を切り換える位相切換え手段18とを有している、計量装置。
  3. 請求項1において、前記振動フィーダ1が1つ以上設けられ、さらに、前記振動フィーダ1によって物品が供給される1つ以上のプールホッパ26と、前記プールホッパ26から物品が供給される計量ホッパ28と、前記計量ホッパ28内の物品の重量を検出する重量検出手段30とを備えている計量装置。
  4. 請求項1において、さらに、前記振動フィーダ1によって物品が供給される計量台Dを備えている計量装置。
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