JP4101381B2 - 計量装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は計量装置、特にロードセル等の荷重検出器を用いる計量装置に関し、物品計量の技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】
荷重が負荷された際の起歪体の弾性変形に応じた電気的信号を出力するロードセルを荷重検出器として用いる計量装置のひとつに計量チェッカーが知られている。この計量チェッカーは例えば商品の最終生産ラインにおいて出来上がった商品を搬送しながらその重量が適正か否かをチェックするもので、商品を搬送するための搬送ユニットが起歪体の可動剛体部で支持され、この搬送ユニット全体の重量が負荷された状態を計量ゼロ点として商品の計量値を得る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上記搬送ユニットには商品が載置される搬送平ベルトやこれを走行させるための駆動モータの他、ローラやタイミングプーリないしタイミングベルト等の各種の回転駆動部材が備えられる。したがって、これらの駆動部材に破損が生じたり異物が付着したりすると、該部材の質量分布バランスないし回転の動的バランスが崩れ、その結果生じる振動が駆動ノイズとなってロードセルの起歪体に伝達される。それゆえ、弾性変形部材である起歪体が共振してロードセルの出力信号もまた同じ周波数で振動し、計量値が安定するまで長い時間がかかったり、あるいは該ノイズを取り込んで誤った計量値を算出したりする等、計量精度の低下が引き起こされる。さらには、付着した異物を部材同士が噛み込むときのショックによっても振動が発生し、計量精度が低下する。
【0004】
このとき、どの部材が原因で計量精度が低下したのかを特定するには、およそ考えられる駆動部材のひとつひとつを目視確認していくか、あるいは別途FFTアナライザ等の計測器を用いて精査するしかなかった。
【0005】
本発明は、このような現状に鑑み、まず計量装置が現在計量精度が低下するような状況にあるのかどうかを容易に判断することのできる技術の開発、さらにはそのような状況を引き起こす原因となっている部材を容易に特定することのできる技術の開発を目的として鋭意研究を重ねた結果、完成するに至ったものである。以下、本発明が解決しようとするその他の課題を含め、本発明を詳しく説述する。
【0006】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本願の特許請求の範囲の請求項1に記載の発明は、複数の駆動部材の回転により被計量物を搬送する搬送ユニットを支持する弾性部材を荷重検出要素として含む荷重検出器の出力信号に基づいて被計量物の重量を計量すると共に、上記弾性部材に各駆動部材の回転に起因する振動が伝達され、上記荷重検出器の出力信号が上記弾性部材に伝達された振動の重なり合いでなる計量装置であって、上記出力信号を周波数分析する分析手段と、当該計量装置が正常であるときの上記出力信号を上記分析手段で周波数分析した結果を周波数と駆動部材とに対応させて記憶する記憶手段と、現在の出力信号を上記分析手段で周波数分析した結果と上記記憶手段で記憶された正常時の結果とを用いて所定の処理を行なう処理手段とが備えられていることを特徴とする。
【0007】
この発明によれば、荷重検出器の現在の信号状態をモニターしながら、一方で当該計量装置が正常である場合の信号状態を記憶しているから、もし当該計量装置に何らかの異常が発生して上記のモニター信号に異変が生じたときには、これらの両信号状態を用いて所定の処理を行なうことにより、当該計量装置が正常でないことがわかり、計量精度の低下するおそれがあると容易に判断することができる。しかも、計量装置本来の機能である物品の計量に用いる荷重検出器の信号を利用するから計量装置自体が複雑化しない。
【0008】
ここで、例えば計量装置が工場出荷時の検品に合格したときの状態等は計量装置が正常である場合の典型例である。特に、計量装置が上記計量チェッカーのようなものである場合においては搬送ユニットの回転駆動部材に破損や異物付着のない状態等が計量装置が正常である場合の例に含まれる。
【0009】
次に、請求項2に記載の発明は、上記請求項1に記載の発明において、上記処理手段は、正常時の結果と現在の結果とを各周波数毎及び各駆動部材毎に比較のため併せて外部へ情報として提供するものであることを特徴とする。
【0010】
この発明によれば、特に、上記処理の一つの態様として、正常時の信号状態と現在の信号状態とが比較のために併せて外部へ情報提供されるから、例えば計量作業員等の外部のものがこれらの両信号状態を比較することにより当該計量装置が現在正常かどうかを判断することができる。
【0012】
また、特に、上記荷重検出器の出力信号が荷重検出要素である弾性部材に伝達された振動波形の合成である場合に、その出力信号が周波数分析されたうえで、各周波数毎及び各駆動部材毎に、正常時の結果と現在の結果とが比較のために併せて外部へ情報提供されるから、例えば計量作業員等の外部のものはどの周波数の振動に異変が生じ、したがってどの周波数の振動発生源が計量装置の異常の原因となっているかまでを特定することができる。
【0013】
一方、請求項3に記載の発明は、上記請求項1に記載の発明において、上記処理手段は、正常時の結果と現在の結果とを各周波数毎及び各駆動部材毎に比較して両者の差異が所定以上に大きい周波数の振動発生源を当該計量装置の異常発生源であると特定するものであることを特徴とする。
【0014】
この発明によれば、特に、上記処理の他の態様として、正常時の信号状態と現在の信号状態とがそのまま処理手段により比較され、その結果、当該計量装置が現在正常かどうかが自己診断されるから、例えば計量作業員等の外部のものが上記両信号状態を比較検討して判断する必要がなくなる。
【0016】
また、特に、請求項2に記載の発明と同様、上記荷重検出器の出力信号が荷重検出要素である弾性部材に伝達された振動波形の合成である場合に、その出力信号が周波数分析されたうえで、各周波数毎及び各駆動部材毎に、正常時の結果と現在の結果とが特定手段により比較され、その結果、両者の差異が所定以上に大きい周波数の振動があったときは、その振動の発生源が当該計量装置の異常発生源であると特定されるから、例えば計量作業員等の外部のものがどの周波数の振動に異変が生じ、したがってどの周波数の振動発生源が計量装置の異常の原因となっているかまでを特定する必要がなくなる。
【0018】
これらの発明によれば、特に、上記荷重検出器の弾性部材が搬送ユニットを支持し、該ユニットの各駆動部材の回転に起因する振動が上記弾性部材に伝達されるように構成されているから、上記計量チェッカーのような計量装置において、どの周波数の振動を発生する回転駆動部材が当該計量装置の異常の原因となっているかが、計量作業員等の外部のもの又は計量装置自体によって特定されることになり、駆動部材のひとつひとつを目視確認したり、FFTアナライザ等の計測器類を別途備える必要がなくなる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を通して本発明をさらに詳しく説述する。
【0020】
図1に示すように、この実施の形態に係る計量装置1は商品を搬送しながらその重量を測定する計量チェッカーである。この計量チェッカー1は商品の最終生産ラインに配置され、上流側の搬入コンベアYから供給された商品Xを矢印A方向に搬送している間にその重量を測定し、下流側の振分装置のコンベアZに排出する。計量の結果重量が適正範囲から逸脱している商品は振分装置によって生産ラインから除外される。
【0021】
計量チェッカー1は商品XをA方向に搬送するための搬送ユニット11を備える。この搬送ユニット11は断面コ字状のフレーム12の両端部に回転自在に支持された従動ローラ13及び駆動ローラ14を有する。これらのローラ13,14間には商品Xが載置される搬送平ベルト15が巻き掛けられ、駆動ローラ14の軸にはタイミングプーリ16が組み付けられている。フレーム12には駆動モータ17が取り付けられ、該モータ17の出力軸に組み付けられたタイミングプーリ18と、上記駆動ローラ14のタイミングプーリ16との間にタイミングベルト19が巻き掛けられて、このタイミングベルト19を介して上記モータ17の駆動により搬送平ベルト15がA方向に走行する。
【0022】
搬送ユニット11は架台21に内装されたロードセル22の起歪体23の可動剛体部23aによって全体が支持されている。起歪体23の固定剛体部23bは架台21に固定されている。搬送ユニット11の背後には操作パネル31が立設され、メインスイッチ32や各種キー操作が行なわれる操作入力部33、あるいは商品の計量値が表示される計量値表示部34、及び当該計量チェッカー1の信号振動情報が表示される分析情報表示部35が配置されている。
【0023】
図2に示すように、ロードセル22は負荷に応じた圧縮及び引張を受ける起歪体23に複数のストレインゲージ24…24が貼着され、これらのゲージ24…24がホイートストンブリッジ回路に接続されたもので、負荷に応じた電気的信号が上記回路から取り出される。そのロードセル22の出力信号は増幅器41で増幅されたのち、A/Dコンバータ51でデジタル信号に変換されて、操作パネル31に内装されたコントロールユニット61に入力される。
【0024】
コントロールユニット61は入力されたロードセル22の出力信号に基づいて重量演算部62で商品Xの重量を演算する。ここでロードセル22の起歪体23には常に搬送ユニット11全体の重量が負荷されている。したがってこの搬送ユニット11全体の重量が負荷された状態での計量値がゼロ点に設定されている。図3のステップS11に示すように、重量演算部62は例えば光電センサでなる計量物検出用センサ71(図1、図2参照)で商品Xを検出した時点から所定の時間が経過したときの計量値を商品Xの重量とする。計量結果は計量値表示部34に例えばグラム単位でディスプレイされる。
【0025】
コントロールユニット61は本来の機能である上記重量演算を実行する以外に、図3のステップS12に示すように、ロードセル22の出力信号を信号分析部64において周波数分析する。つまりロードセル22の出力信号がどんな周波数の正弦波の重ね合せで構成されているかを例えばフーリエ分解を用いて分析するのである。
【0026】
前述のようにロードセル22は搬送ユニット11全体を支持している。したがって搬送ユニット11で生じた振動はロードセル22に入力され、ロードセル22の出力信号に例えば図4に符号G1で示すような波形となって表れる。この波形G1は起歪体23に伝達された振動が重なり合い合成されたものである。起歪体23には搬送ユニット11における駆動モータ17、駆動プーリ18、タイミングベルト19、従動プーリ16、駆動ローラ14、搬送平ベルト15、従動ローラ13等の各駆動部材の回転から生じる振動が伝達される。したがってロードセル22の出力信号を周波数分析することにより各回転駆動部材がそれぞれ発している振動が個別に得られる。
【0027】
搬送ユニット11の各駆動部材の回転から生じる振動としては、駆動モータ17自体の回転振動の他、例えばタイミングプーリ16,18とタイミングベルト19との噛み合いのアンバランスに起因する振動や、搬送平ベルト15のつなぎ目とローラ13,14との接触時の衝撃に起因する振動等がある。これらは完全に払拭することが困難なほど微細なものであり、たとえこのような振動が生じていても計量チェッカー1は工場出荷時の検品に正常品として合格する。
【0028】
これに対し、例えばローラ13,14の表面に欠けが生じたり異物が付着したり、あるいはタイミングプーリ16,18の歯に異物が挟まったりすると、各駆動部材の質量バランスないし回転バランスが崩れ、また異物噛込みのショックによって計量精度に悪影響を及ぼすほどの振動が発生する。これらは計量チェッカー1としての異常の原因となる。
【0029】
各駆動部材から発生する振動の周波数は該駆動部材の回転速度と関連する。例えば従動プーリ16の歯の一箇所が欠ける等の異常が起こったときは、その部分がタイミングベルト19と噛み合い始める際に衝撃が出る。その衝撃は該プーリ16が一回転する間に一回起きるから、次式により、例えば該プーリ16の回転速度Rが600rpmであれば、周波数Fが10Hzの振動が生じることになる。
【0030】
【数1】
各駆動部材の径や長さあるいは部材間のそれらの比は予めわかっているから、そのときの商品搬送速度から全ての駆動部材の回転速度が求められ、各駆動部材に振動が起こったときの該振動の周波数が全て決定する。
【0031】
コントロールユニット61のメモリ63には、上記のように工場出荷時の検品に正常品として合格したときに搬送ユニット11を空運転し、そのときのロードセル22の出力信号を周波数分析した結果が格納されている。すなわち、当該計量チェッカー1が正常状態である場合において発生するもともとの各振動の振幅等の振動情報がその周波数と部材とに対応させて記憶されているのである。
【0032】
今回、図3のステップS12において、例えば図4に示す波形G1を時刻アにおいて周波数分析した結果、図5に実線で示すような波形G2に分解されたとする。この波形G2は搬送平ベルト15の回転に伴う周波数F1の振動のピークaと、タイミングベルト19の回転に伴う周波数F2の振動のピークbと、従動プーリ16又は駆動ローラ14又は従動ローラ13の回転に伴う周波数F3の振動のピークcと、駆動モータ17又は駆動プーリ18の回転に伴う周波数F4の振動のピークdとを有する。
【0033】
コントロールユニット61は、図3のステップS13に示すように、この現在運転中のロードセル22の出力信号を周波数分析した結果G2を当該計量チェッカー1の信号振動情報として分析情報表示部35に例えば図5に示すようなグラフ形式でディスプレイすると同時に、これと重ねて、メモリ63に格納されている正常時のロードセル22の出力信号を周波数分析した結果を同じく当該計量チェッカー1の信号振動情報として分析情報表示部35にディスプレイする。ここで、正常時にロードセル22の出力信号を周波数分析した結果、図5に鎖線で示すような波形G0に分解されたとする。この波形G0は上記各駆動部材13〜19の振動のピークa〜dに対応するするピークを有する。
【0034】
信号分析部64は少なくとも搬送ユニット11が駆動している期間中、周波数分析に必要なデータやプログラムをメモリ63から読み出して周波数分析を連続して実行する。したがって分析情報表示部35にディスプレイされる各周波数毎ないし各駆動部材毎の現在の振動波形G2及び正常時の振動波形G0は共に経時的に変化し、特にその振幅が上下するように挙動する。
【0035】
これにより、例えば計量作業員が分析情報表示部35を観察することによって、正常時の振動状態G0と現在の振動状態G2とを比較検討することができ、特に、両振動G0,G2の振幅を各周波数毎に比較することが可能となる。図例の場合では、タイミングベルト19の両振動G0,G2の振幅の差異Δが大きいから、該ベルト19に異物付着等の異常が発生し、それによってノイズが増大したと判定することができる。その結果、タイミングベルト19が当該計量チェッカー1の異常発生源であると特定することができる。
【0036】
図6は当該計量チェッカー1の具体的動作の他の例を示す。図中のステップS21及びS22はそれぞれ図3のステップS11及びS12と同じ内容である。この場合は、コントロールユニット61は、現在のロードセル22の出力信号の周波数分析を行なった段階では、その結果G2を正常時の分析結果G0と併せて分析情報表示部35にディスプレイせず、ステップS23に示すように、自ら両結果G0,G2を比較する。
【0037】
その結果、前述のように、タイミングベルト19の現在の振幅が正常時のそれに比べて大きな差異Δだけ増大しているから、ステップS24に示すように、該ベルト19に異常が発生し、該ベルト19が当該計量チェッカー1の異常発生源であると特定することができる。
【0038】
そして、コントロールユニット61は、ステップS25に示すように、この判定結果を分析情報表示部35に例えば図7に示すような態様でディスプレイする。
【0039】
このように、計量チェッカー1自らが異常発生を自己診断し、また異常発生原因の特定を行なうから、例えば計量作業員が分析情報表示部35をのぞき込んで比較検討する必要がなくなる。
【0040】
また、いずれの動作の場合においても、当該計量チェッカー1が現在異常で計量精度が低下するような状況にあるのかどうかを容易に判断することができる。さらには、駆動部材のひとつひとつを目視確認したり、FFTアナライザ等の計測器類を別途備えることなく、計量精度が低下するような状況を引き起こす原因となっている駆動部材を容易に特定することができる。
【0041】
そして、計量チェッカー1本来の機能である物品の計量に用いるロードセル22の出力信号をそのまま利用するから、ハード面でもソフト面でも当該計量チェッカー1が過剰に複雑化することがない。
【0046】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、計量装置が現在正常な状態で運転しているのかあるいは計量精度が低下するような不具合を有したまま運転しているのかが計量装置自体が計量値信号を処理することによって容易に判定できる。さらには、計量精度が低下するような不具合を有したまま現在運転していると判定した場合に、その不具合の原因となっている構成部材を同じく計量装置自体が計量値信号を処理することによって容易に特定できる。それゆえ、計量精度の低下及び計量誤差を未然に防止できる。
【0047】
本発明は、搬送ユニットを備える計量チェッカーのような計量装置を含む重量計測産業、秤産業一般に広く好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態に係る計量装置の正面図である。
【図2】 同計量装置のシステム構成図である。
【図3】 同計量装置の一具体的動作の流れ図である。
【図4】 同計量装置の荷重検出器の出力信号の波形図である。
【図5】 同出力信号を周波数分析した結果の波形図である。
【図6】 同計量装置の他の具体的動作の流れ図である。
【図7】 同計量装置の自己診断結果が表示された表示部の拡大図である。
【符号の説明】
1 計量チェッカー(計量装置)
11 搬送ユニット
13〜19 駆動部材
22 ロードセル(荷重検出器)
23 起歪体(弾性部材)
34,35 表示部
61 コントロールユニット(処理手段)
62 重量演算部
63 メモリ(記憶手段)
64 信号分析部(分析手段)
Claims (3)
- 複数の駆動部材の回転により被計量物を搬送する搬送ユニットを支持する弾性部材を荷重検出要素として含む荷重検出器の出力信号に基づいて被計量物の重量を計量すると共に、上記弾性部材に各駆動部材の回転に起因する振動が伝達され、上記荷重検出器の出力信号が上記弾性部材に伝達された振動の重なり合いでなる計量装置であって、
上記出力信号を周波数分析する分析手段と、
当該計量装置が正常であるときの上記出力信号を上記分析手段で周波数分析した結果を周波数と駆動部材とに対応させて記憶する記憶手段と、
現在の出力信号を上記分析手段で周波数分析した結果と上記記憶手段で記憶された正常時の結果とを用いて所定の処理を行なう処理手段とが備えられていることを特徴とする計量装置。 - 処理手段は、正常時の結果と現在の結果とを各周波数毎及び各駆動部材毎に比較のため併せて外部へ情報として提供するものであることを特徴とする請求項1に記載の計量装置。
- 処理手段は、正常時の結果と現在の結果とを各周波数毎及び各駆動部材毎に比較して両者の差異が所定以上に大きい周波数の振動発生源を当該計量装置の異常発生源であると特定するものであることを特徴とする請求項1に記載の計量装置。
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