JP4275766B2 - 液体充填済み容器を搬送するサーボ制御されたコンベヤ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体を充填されて頂部が開口された状態の複数の容器を搬送するコンベヤ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パッケージング機械は容器を充填および密封するのに必要な各種構成要素を単一機械ユニットとして一体化させたものであることは周知である。このパッケージング方法は一般的に言って、パッケージング機械に容器を給送し、そのカートンに所望の内容物を充填し、カートンの頂部を密封した後、その充填済みカートンを出荷のために積載する段階を含む。パッケージング機械の動作および入出力（Ｉ／Ｏ）制御は電子制御装置で行われる。
【０００３】
パッケージング機械の分野においては、非常に多量の同一または同様なパッケージング容器、例えばミルク、ジュースなどの液体内容物を意図した形式の容器を迅速且つ連続的に充填および密封することを意図された高能力機械へますます向かう傾向にある。このような機械の一つは１９９４年２月２日付けで出願された米国特許出願番号第０８／１９０５４６号明細書に開示されており、この内容は参照することで本明細書に組入れられる。同第０８／１９０５４６号明細書に開示された機械は複数の処理ステーションを含み、各ステーションは一つまたはそれ以上の処理を実行して容器を形成し、充填し、そして密封する。処理ステーションの各々は一つ以上のサーボモーターによって駆動され、これらのサーボモーターは処理ステーションの各々の各種構成要素を駆動する。
【０００４】
処理量増大の要求は、パッケージング機械に与えられる要求を増大している。本願発明者はパッケージング機械の処理量の一つの限界がその各種ステーション間で容器を搬送するのに使用されるコンベヤ装置の制御にあると認識している。容器を搬送するのに要する時間は、搬送される充填済み容器で経験される液体の擾乱程度にしたがってしばしば制限される。
【０００５】
従来のパッケージング機械においては、液体を充填された開口頂部を有する横断面が長方形の容器はコンベヤキャリッジで直立状態に保持され、コンベヤにより移動、休止、移動、休止、・・・移動、休止の経過を経て真直な軌道を水平に搬送される。移動／休止の経過は一般的なものである。何故なら、上述した殺菌、充填、密封などの容器に対して実施される作業はしばしば固定配置されている処理ステーションで実行されるからである。容器の二つの側はコンベヤの移動方向に直角となり、また二つの側面はその移動方向に平行となる。加速の経過、または等価的に容器／コンベヤの移動／休止サイクルに使用される速度または位置の経過が、動作プロファイルと称される。一つの移動／休止サイクルはしばしばインデックスサイクルと称される。
【０００６】
数十年間にわたり、コンベヤを（したがって充填済み容器もともに）移動させる動作プロファイルは「急動制限を加えられた（jerk-limited）（以下に「急動制限の」と称する）加速プロファイルを実行するカムで制御されてきた。急動制限の加速プロファイルは、動作プロファイルの加速が実質的に連続するプロファイルの一つである。すなわち、加速プロファイルは或る加速から次の加速へと有限量を実質的に即時にジャンプすることは決してない。これは、加速プロファイルが或る加速から次の加速へと有限量を実質的に即時にジャンプする急動制限されていない（non-jerk limited）（以下に「非急動制限の」と称する）プロファイルと対照的である。相応に、急動制限のプロファイルの加速プロファイルは時間に関して微分されると、全体動作にわたって小さな有限の急動指数を得る。対照的に、非急動制限のプロファイルの加速プロファイルは時間に関して微分されると、動作プロファイルの少なくとも一部にかなり大きな急動指数を得る。
【０００７】
カム、割出し「ギヤボックス」、および他の動作誘導機構の設計者は、その機構を数十年間にわたって急動制限の、すなわち連続の加速プロファイルを実行するように形成してきた。彼らの機構および被作動物体に衝撃損傷（急動損傷）が生じるのを防止するために、このようになされた。（例えばマークス・スタンダード・ハンドブック・フォー・メカニカル・エンジニアズ−９版、アブァロン・アンド・バウメイスター、エディターズ、第８−４、５および６頁のカム設計における急動および加速の論文を参照されたい）。急動制限の加速プロファイルはどこにおいても有限な時間に関する第一導関数を有する。
【０００８】
パッケージング機械のコンベヤを移動させる最も一般的な急動制限の加速プロファイルは、正弦的、一定、および余弦的な加速曲線の組合わせから導かれる。特別な位置取り、速度および（または）加速は、しばしば機械力学の技術者に多項式位置プロファイル（polynominal position profile）、すなわち最も一般的には有限の急動を表す三次多項式位置プロファイル（3rd polynominal position profile）の使用を強要する。高次の多項式位置プロファイルは一般に使用されない。
【０００９】
最も一般的な三角法による加速プロファイルは、修正正弦（Modified Sine ）、修正台形（Modified Trapezoid）および純正弦（Pure Sinuous）（サイクロイド）の動作プロファイルである。修正正弦が遥かに広範に用いられる動作プロファイルと思われる。その理由は多分、（１）ピーク加速がサイクロイドよりも小さく、修正台形よりも格段に大きいわけではなく、それなりに他に比べて小さな電力を要求し、それに報いるという最も一般的な目的のプロファイルである、（２）構成することが容易である、および（３）多数の人および大多数の工業上の論文が伝統的にそれを推奨しているからである。（エマーソン・エレクトリック・カンパニー社の商業カム事業部によって発行されている専門技術者クライデ・エッチ・ムーン氏による技術者、設計者および製図工のためのカム設計、マニュアルを参照されたい）。
【００１０】
図１は１秒間に１メートルの位置移動を達成する修正正弦加速プロファイルの例である。図示したように、移動時間の最初の１２．５％が正弦的加速で費やされ、次の７５％は余弦的加速で費やされ、移動時間の最後の１２．５％は正弦的加速で費やされる。
【００１１】
図２は修正台形加速プロファイルの例である。図示したように、移動時間の最初の１２．５％は正弦的加速で費やされ、次の２５％は一定加速で費やされ、次の２５％が余弦的加速で費やされ、次の２５％は一定加速で費やされ、移動時間の最後の１２．５％は正弦的加速で費やされる。図３は純正弦加速プロファイルの例である。
【００１２】
十分に強力なプログラム可能で入手可能な動作制御装置が開発されたことにより、「移動、休止」（割り出し）コンベヤの動作をカムのような機械的形状部材によって制御するのに代えて、ソフトウェアプログラムによって制御することが可能になった。パッケージング機械の動作制御装置の一例は「パッケージング機械の制御装置」と題した米国特許出願番号第０８／３１５４１４号に記載されている。
【００１３】
プログラム可能な動作制御装置を備えているパッケージング機械に最も一般的に使用される動作プロファイルの一つは、急動制限の傾斜加速プロファイルである。急動制限の加速プロファイルが図３に示されている。これは三次多項式位置プロファイルに等価である。何故なら、加速プロファイルの二次積分が与えるものだからである。動作制御装置の製造元は、このような傾斜加速プロファイルで与えられる速度プロファイルを「Ｓ曲線」速度プロファイルと呼んでいる。
【００１４】
本願発明者は、液体充填済み容器を搬送するパッケージング機械のコンベヤ装置の駆動に前述した急動制限動作プロファイルを適用するならば、向上をもたらすことができると認識している。このような向上は、本明細書で前述したように機械の処理量を容易に増大させると共に、液体の擾乱を制限する。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題およびそれを解決するための手段】
個々に頂部の開口された複数の液体充填済み容器を搬送するコンベヤ装置が記載される。このコンベヤ装置は複数の液体充填済み容器を支持するコンベヤを含む。このコンベヤはサーボモーターで駆動される。プログラム可能なサーボモーター制御装置が連結され、プログラムされた動作プロファイルにしたがって割り出された段階においてサーボモーターの動作を制御するようになされる。プログラムされた動作プロファイルは移動部分と休止部分とを含み、移動部分は実質的に非急動制限とされる。
【００１６】
非急動制限の動作プロファイルは多くの異なる特性を有している。非急動制限のプロファイルは、開始部分と終了部分余弦的加速遷移を有する非急動制限の一定加速プロファイル、非急動制限の傾斜加速プロファイル、非急動制限の純余弦加速プロファイル、および非急動制限の、余弦加速成分を減じた傾斜加速ハイブリッドプロファイルを含んでなる群から選ばれるのが好ましい。
【００１７】
パッケージング機械に使用される動作プロファイルを選定する方法も本明細書に記載される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明は、頂部を開口（部分的開口または完全開口）された容器が割り出される方法でコンベヤ装置によって搬送されるいずれかのパッケージング機械に使用できる。相応に、本発明は山形頂部の容器、平坦頂部の容器、瓶その他に充填および密封を行う液体パッケージング機械に適用できる。
【００１９】
図４Ａおよび図４Ｂは本発明の教示により構成され得る液体パッケージング機械の一形式の概略図である。この図示され説明される特定機械は山形頂部の容器を充填して密封するようになされる。全体を符号２０で示されたパッケージング装置は無端ベルトの上側コンベヤ２５と無端ベルトの下側コンベヤ３０とを含む。無端ベルトの上側コンベヤ２５は一対のプーリーホイール３５で駆動され、これらのプーリーホイール３５は一以上のサーボモーターで駆動される。無端ベルト下側コンベヤ３０も一対のプーリー４０で駆動され、プーリー４０は例えばサーボモーターで駆動される。コンベヤ２５，３０の各々は複数の容器保持部４２を含んでおり、各々の保持部４２はそれぞれ容器４４を支持する。このコンベヤは米国特許第５４６０２６２号の教示により構成され得るのであり、その特許の内容は参照することで本明細書に組み入れられる。
【００２０】
複数の処理ステーション４５，５０，５５がコンベヤ２５，３０の周囲に配置されている。処理ステーション４５，５０，５５は各々がステーション構成要素の動作プロファイルを制御する一つ以上のサーボモーターで駆動されるそれぞれの機械構成要素を有している。
【００２１】
下側コンベヤ３０は端部６０で直立したカートンブランクを受入れ、そのカートンブランクを処理ステーション４５へ搬送する。処理ステーション４５はリフター機構および底部密封装置を含んでいる。リフター機構は「パッケージング機械のためのベルトで駆動される線形搬送装置」と題する米国特許第５５９９２６８号、および「カートングリッパーを使用したリフター機構およびそのためのカートン底部密封形状」と題する米国特許第５５１７８０１号の教示によって構成され得る。底部密封機構は「超音波カートン密封装置」と題する米国特許第５６０５０２６号の教示によって構成され得る。リフター機構および底部密封機構はそれぞれのサーボモーターで駆動される。
【００２２】
作動において、リフター機構は直立したカートン群を下側コンベヤ３０から上側コンベヤ２５へ搬送する。上側コンベヤ２５上側の無端ベルトコンベヤ２５においてカートンの底部が例えば超音波エネルギーを使用する既に説明した密封装置によって密封される。
【００２３】
上側コンベヤ２５はカートンを矢印６５で示される方向に処理ステーション５０へ搬送する。処理ステーション５０は、充填リフター機構と、カートンが一括充填される用になされる場合には各カートンにそれぞれ組合わされる複数の充填ノズルとを含む。充填リフターは前述の米国特許第５５９９２６８号および米国特許第５５１７８０１号の教示によって構成され得る。処理ステーション５０では、充填リフターがカートンを充填ノズル付近の位置へ持ち上げ、製品が容器内に注入されるにつれて徐々に降下させる。充填後、カートンは端部を開口されたままの状態で、頂部密封装置を含む頂部密封ステーション５２へと矢印６７の方向へ運ばれる。この頂部密封装置は前述の米国特許第５６０５０２６号の教示により構成することができる。
【００２４】
カートンの頂部が密封された後、上側コンベヤ２５はカートンを割り出される方法で処理ステーション５５へと矢印７０の方向へ搬送する。処理ステーション５５は底部成形機構および送り出し機構を含み得る。底部成形機構は、例えば「真空作動底部成形機」と題する米国特許第５５５１２１１号の教示によって構成でき、また送り出し機構は「駆動されたコンベヤに容器を移す装置」と題する米国特許第５５４９９１９号または同様に「駆動されたコンベヤに容器を移す装置」と題する米国特許第５５６０４７１号によって構成できる。処理ステーション５５では、底部成形機構がカートンの底部を成形してそれらを直立状態に適当に置くことができるようにする。底部が形成された後、送り出し機構がカートンを本明細書では二列として示している供給装置へ移す。
【００２５】
本発明を組み入れるために改修できる他の形式の液体パッケージング機械はマルテンソン氏他に付与された米国特許第３７８８０３３号に記載されており、その内容は参照することで本明細書に組み入れられる。この米国特許第３７８８０３３号において、容器ブランクはマンドレル上で直立されて底部を密封され、その後行きブランクは二列のチェーンコンベヤにおける個別のキャリヤへ落下される。このコンベヤはそれらの容器を直線路に沿って割り出される方法で各種処理ステーション間を搬送される。処理ステーションには充填ステーションが含まれ、この充填ステーションの後に（直接に、または一連の中間ステーションを経て）頂部密封ステーションが続く。
【００２６】
前述した形式の機械は、プログラムされた動作プロファイルによるコンベヤの割り出し作動を含めて機械の各種構成要素の動作（motion）および作動（operation ）を制御する制御装置を含むことができ、または含むように改修できる。この制御装置は機械の特定条件に合うように設計され、例えば幾つの動作軸線を制御しなければならないかに応じて、一つまたは多数の処理ユニットを含み得る。
【００２７】
図５は、図４に示したパッケージング機械のような多数の動作軸線を有するパッケージング機械の作動を制御するための制御装置の一つの実施例を示すブロック線図である。しかしながら、要求の厳しくない機械装置に対して図５に記載したものよりもかなり非力な装置を使用して本明細書に記載する改良された動作プロファイルを遂行することができることは認識されよう。
【００２８】
図５の制御装置は、プログラム可能論理制御装置（以下にＰＬＣと記載する）８０、産業用プログラム可能制御装置（以下にＰＣと記載する）８５、プログラム可能制御装置（以下にＰＡＭと記載する）９０および入出力インターフェースユニット（以下にＩ／Ｏインターフェースユニットと記載する）９５を含み、これらのすべては互いに連結するために母線架すなわちバスラック１００に配置されている。バスラック１００はＶＭＥバス（規格）、ＳＩＭＡＴＩＣ Ｓ５バス（規格）、または複数プロセッサを支援できる他のいずれかのバスとされることができる。
【００２９】
図示したように、ＰＬＣ８０は読出し専用記憶素子（以下にＲＯＭと記載する）１０５およびランダムアクセス記憶素子（以下にＲＡＭと記載する）１１０を含む。ＲＯＭ１０５はプロファイルしてＰＬＣ８０を走らせるために必要なソフトウェアを含み、また、例えば、はしご型ロジックプログラミングおよびＰＬＣ交信プログラムを保存するための電気的に消去可能でプログラム可能な読取り専用記憶装置（以下にＥＥＰＲＯＭと記載する）を含み得る。ＰＬＣ８０はＩ／Ｏインターフェースユニット９５と交信状態にあり、このＩ／Ｏインターフェースユニット９５はライン１２０，１２５に沿ってＩ／Ｏセンサー信号および制御信号を受信および送信する。さらにＩ／Ｏインターフェースユニット９５は、キー入力信号のような信号をオペレータ制御パネル１３０から１本以上のライン１３５に沿って入力する。産業用ＰＣ８５もまたオペレータ制御パネル１３０と交信するように連結されており、例えば詳細なグラフィック情報をオペレータ制御パネル１３０のディスプレイへ送って、機械の状況をオペレータに提供することができるようになっている。
【００３０】
ＰＡＭ９０はＲＯＭ１４０およびＲＡＭ１４５を含む。ＲＯＭ１４０はＰＡＭ９０を作動し、またプログラミングするのに必要なプログラムを含み、また例えばユーザープログラムを保存するためにＥＥＰＲＯＭを含み得る。ＰＡＭ９０はさらに、本明細書でＤＰＲＡＭ１５０として示されているデュアルポートメモリーを含む。ＰＬＣ８０およびＰＡＭ９０はいずれもＤＰＲＡＭ１５０に位置するメモリーにアクセスでき、ＰＬＣ８０はＶＭＥバスに沿ってＤＰＲＡＭ１５０にアクセスする。このような二重アクセスはＰＡＭ９０とＰＬＣ８０との間の交信を容易にする。使用できる交信プロトコルの一つは１９９４年９月２８日付けで出願された米国特許出願番号第０８／３１５４１４号明細書に記載されており、この内容は参照することで本明細書に組み入れられる。
【００３１】
ＰＡＭ９０は１本以上のライン１６５に沿って複数のサーボ増幅器１６０と交信するように連結され、これらのラインは光学式環状ネットワークを構成している。サーボ増幅器１６０はライン１８０に沿ってそれぞれのサーボモーター１７０に連結され、制御する。サーボモーター１７０は、例えば直接に、またはそれぞれギヤボックス１９０を介して駆動シャフト２００を駆動するように、連結されている。駆動シャフト２００は、例えば処理ステーション４５，５０，５５における一つ以上の構成要素をそれぞれ構成している。
【００３２】
例をあげれば、サーボ増幅器１６０は各々が型式ＳＴ−１のサーボモーターとされ、ＰＡＭ９０はプログラム可能な軸制御装置とされることができ、これらはいずれもソカペル社（Socapel ）で製造されており、入手することができる。同様に例をあげれば、ＰＬＣ８０はＧＥ Ｆａｎｕｃ社から認識できる型式９０７０のプログラム可能論理制御装置とされることができる。
【００３３】
一つ以上の型式ＳＴ−１のサーボモーターが装置を構成するのに使用されるならば、サーボモーター１７０が例えばＩ／Ｏインターフェース回路２１０を経てＩ／Ｏ信号を検出し伝えるために使用される。Ｉ／Ｏインターフェース回路２１０に関するセンサー入力の状態ならびに動作出力の制御は光学式環状ネットワークに沿って交信される。
【００３４】
ＰＡＭ９０の一実施例の概略ブロック線図が図６に記載されている。ＰＡＭ９０の作動の中心は中央プロセッサ２２０であり、これは例えばインテル製８０９６０ＲＩＳＣ型プロセッサとされ得る。中央プロセッサ２２０で使用されるプログラムおよびデータはメインメモリー２３０に保存される。メインメモリー２３０は図示したようにＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＤＲＡＭおよび（または）ＳＲＡＭメモリーを含み得る。
【００３５】
中央プロセッサ２２０は幾つかの異なるインターフェース回路と交信する。中央プロセッサ２２０が光学式環状ネットワークライン１６５を経てサーボ増幅器１６０と交信するために、光学式環状インターフェース回路２４０が使用されている。アプリケーション診断またはデバッギングのためにＰＡＭ９０とターミナルまたはコンピュータとの間の交信を可能にするために、シリアルインターフェース回路２５０が備えられ得る。デジタル／アナログ変換回路２６０はライン２６５，２７０にアナログ信号を与え、これが監視またはデバッギングの目的で使用できる。
【００３６】
中央プロセッサ２２０はＰＡＭ／ＶＭＥインターフェース回路２７５を使用してＶＭＥバス２７０に連結されており、その詳細は図７に概略形で示されている。コネクタブロック２８０はコネクタおよび駆動装置を含み、駆動装置はＶＭＥバスラック１００に対して直接に連結される。このインターフェースはさらに信号制御および待ち状態発生器３００、アドレス検出器３１０およびデュアルポートメモリー１５０を含む。
【００３７】
ＰＡＭ９０はＶＭＥバス２７０の従属装置として機能する。それなりにＰＡＭ９０はＶＭＥバス２７０に対して直接にアクセスすることはしない。むしろ、ＰＡＭ９０とＰＬＣ８０との間のすべての交信は、両者がアクセスすることのできるデュアルポートメモリー１５０を経て行われる。ＶＭＥバス２７０を経てのデュアルポートメモリー１５０に対するアクセスは、信号制御および待ち状態発生器３００およびアドレスデコーダー３１０の助成を得て制御される。デュアルポートメモリー１５０に対する中央プロセッサ２２０のアクセスは信号制御ライン３２０、アドレスライン３３０、およびデータライン３４０の信号によって制御される。
【００３８】
図８は、上述したＰＡＭと使用され得るサーボ増幅器１６０の一実施例の概略ブロック線図である。図示ブロック線図において、サーボ増幅器は３５０で示す側に示されるソフトウェア機能と、３５５で示す側に示されているハードウェア機能とに機能的に分別されている。ハードウェア側３５５において、サーボ増幅器１６０の位置および速度は、サーボモーター１７０のシャフト上に配置された分解器３６０から送られる監視信号によって得られる。これらの信号は分解器ハードウェア／ソフトウェアインターフェース３６５に与えられ、このインターフェースはその信号を位置および角速度の測定値に変換する。これらの測定値は、位置／速度制御装置ソフトウェア３７０および位相制御装置ソフトウェア３７５へ送られる。位置／速度制御装置ソフトウェア３７０は傾斜発生ソフトウェア３８０および中央ユニットソフトウェア３９０とインターフェースを取る。中央ユニットソフトウェア３９０は処理インターフェース４００を経てＰＡＭ９０から動作プロファイル情報を受取る。中央ユニットソフトウェア３９０は傾斜発生ソフトウェア３８０および位置／速度制御装置ソフトウェア３７０に必要な動作プロファイルデータを送る。このデータは最終的にデジタル信号としてデジタル／アナログ変換器４１０へ送られる。デジタル／アナログ変換器４１０の出力は加算回路４２０を経て電流制御装置４３０へ送られ、電流制御装置４３０はインバーターアレー４４０を駆動し、インバーターアレー４４０は必要な電力信号を供給して、プログラムされている動作プロファイルにしたがって所望位置へサーボモーター１７０を移動させる。中央ユニットソフトウェア３９０は、パソコンに必要な接続を与える試験ボード４５０とインターフェースを取り、サーボ増幅器１６０のデバッギングおよび監視を可能にする。障害は、障害検出回路４６０により検出され、中央ユニットソフトウェア３９０および処理インターフェース４００を経てＰＡＭ９０へ交信される。このような障害は、したがってＶＭＥバス２７０を経てＰＬＣ８０へ交信される。
【００３９】
使用された特定形式の制御装置に拘わらずに、本願発明者はパッケージング機械のコンベヤを駆動するのに通常使用される動作プロファイルよりも全体的にかなり向上した性能を示す、コンベヤ装置の駆動に使用される或るプログラム可能な動作プロファイルを開発した。パッケージング機械の工業分野で従来使用されていた急動制限のプロファイルに比べて、本願発明者が開発した新規なプロファイルは、その少なくとも一部において実質的に無限大の急動状態を実行するようにプログラムされる。制御装置に応答してコンベヤを駆動するのに使用される機械構成要素はこのようになされても、プログラムされた動作プロファイルに応答して実際に無限大の急動を示すことはないということを認識することになる。機械的スリップ、サーボモーターの応答時間などの要素は、コンベヤが実際に無限大の急動応答を行うのを防止させるような実世界の要素を介在させる。
【００４０】
従来の、および新規に開発された動作プロファイルの両方に関して、動作プロファイルを説明するために使用され得る一組の変数を有することが有用となる。本発明のこの説明に関連して、多くの動作プロファイルのうちの移動部分、Ｐ、が開始部および終了部において余弦的加速遷移を有する非急動制限の一定加速プロファイルが、変数Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥによって動特性Ｐで記述できる。ここで、
Ａは正弦的（sinusoidal）加速で費やされる加速時間の割合い（百分率）、
Ｂは一定加速で費やされる加速時間の比率、
Ｃは余弦的加速で費やされる加速時間の比率、
Ｄは一定速度で費やされる移動時間の比率、そして
Ｅは全変位の等比率を達成する移動時間の比率である。
【００４１】
最後の変数Ｅは「傾斜（skew）」因子と呼ばれる。５０％に設定されるならば、プロファイルは対称的となる。５０％未満の値では、加速強さは大きくなって短時間の作用となる一方、減速強さは小さくなって長時間の作用となる。５０％を超える値のときには、加速強さは小さくなって長時間の作用となる一方、減速強さは大きくなって短時間の作用となる。
【００４２】
従来の動作プロファイルに関して前述の可変変数を使用すれば、改良された正弦加速プロファイルはＰ：２５、０、７５、０、５０に書き換えられる。この動作プロファイルの移動相においては、加速時間の２５％は正弦的に費やされ、７５％は余弦的に費される。図１に見られるように、この正弦的とは移動相の正加速であり、この正弦的部分に余弦部分が続いて正加速を完成するとともに、７５％の負加速を経て連続されるのであり、この箇所において他の正弦的部分がその余弦部分に続き、負加速を完成させる。修正台形加速プロファイルはＰ：２５、５０、２５、０、５０に書き換えられる。修正台形加速プロファイルのＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの領域が図２にラベル付けされる。図３の純正弦的加速プロファイルはＰ：１００、０、０、０、５０またはＰ：５０、０、５０、０、５０のいずれかで記述できる。
【００４３】
最も重大な性能向上を示す実質的に有限の急動プロファイルは、一般的に四つの範疇に入る。すなわち、（１）余弦的遷移を有する非急動制限の一定加速プロファイル、（２）非急動制限の傾斜加速プロファイル、（３）非急動制限の、純余弦プロファイル、および（４）余弦成分を減じた非急動制限の傾斜ハイブリッドプロファイルである。非急動の一定加速プロファイルもまた使用できる。しかしながら一般にこのプロファイルは他の四つの非急動制限プロファイルほど使用されない。
【００４４】
余弦的遷移を有する代表的な非急動制限の一定加速プロファイルが図９の曲線５００、５０５、５１０で示されている。図示したように、動作プロファイルの各々は移動のまったくの開始時および終了時において実質的に非急動制限とされ、移動における加速部分および減速部分の間は余弦的遷移とされている。この動作プロファイルのための最適動作を確認するためにしばしば変化される余弦的遷移が特徴とされる。相応に、この動作プロファイルはしばしばＰ：０、Ｘ、１００−Ｘ、０、５０の特徴を有する。
【００４５】
このクラスのプロファイルは、休止時に「安静」な液体面を典型的に与え、相当の一定加速プロファイルの場合よりも休止時間の幅を大きくすることができる。またこのクラスの動作プロファイルは、コンベヤの移動方向に沿ってカートンの前部パネルから後部パネルへ至る距離に比較して移動時の移動距離が長いときに、一般に最高性能を表す。例えば、移動距離／前後距離として約１０：１の比率が、７０ｍｍ×７０ｍｍの山形頂部に特に有利であることが見出されている。約３：１の比率もまた同様に有利であると論証される。７０ｍｍ×７０ｍｍのカートンを７２０ｍｍ移送するときに、例えばＰ：０、８０、２０、０、５０程度のプロファイルが最高性能を与える。
【００４６】
代表的な非急動制限の傾斜加速プロファイルが図１０に曲線５２０で示されている。図示したように、動作プロファイルは再び述べるが移動のまったくの開始時および終了時において実質的に非急動制限とされ、移動における加速部分および減速部分の間は余弦的遷移とされている。この動作プロファイルのための最適動作を確認するためにしばしば変化される余弦的遷移が特徴とされる。非急動制限の傾斜加速プロファイルは、移動時間に関して傾斜加速プロファイルを積分して得られる放物線状の速度プロファイルを表す。
【００４７】
代表的な非急動制限の純余弦加速プロファイルが図１０の曲線５２５で示されている。図示したように、この動作プロファイルは再び述べるが移動のまったくの開始時および終了時において実質的に非急動制限とされ、移動における加速部分および減速部分の間は一定傾斜遷移とされる。この動作プロファイルのための最適動作を確認するために、しばしば変化される余弦関数の増幅が特徴とされる。
【００４８】
代表的な非急動制限の、実質的に余弦成分を有する傾斜ハイブリッド加速プロファイルが図１１の曲線５３０で示されている。図示したように、この動作プロファイルは再び述べるが移動のまったくの開始時および終了時において実質的に非急動制限とされ、移動における加速部分および減速部分の間は滑らかな遷移とされている。この非急動制限の傾斜加速プロファイルは、移動時間に関して傾斜加速プロファイルを積分して得られる放物線状の速度プロファイルを表す。
【００４９】
このハイブリッドのクラスの使用は、二つの因子、すなわち（１）放物線状の速度プロファイルの傾斜加速が従来の動作プロファイルを超えて向上した性能をしばしば与えるということの発見、および（２）液体に対して小さなピークエネルギーを与える動作プロファイルが、液体に対してより大きなピークエネルギーを与える動作プロファイルよりもしばしば良好な性能を発揮することの実現、によって動機付けされた。
【００５０】
このために、本願発明者は、移動の加速部分において上方へ凹状、また移動の減速部分において下方へ凹状の加速パターンを作り出せるならば小さなピークエネルギープロファイルを得られると判断した。本発明の教示に鑑みて、このような加速パターンを達成するために多くの方法がある、すなわち傾斜急動、指数関数などのあることは認識されよう。しかしながら放物線状の速度プロファイルの傾斜加速から余弦加速を減じることでこのようなプロファイルを生じることが決定された。試験によれば、このようなハイブリッドは幾つかの場合において純放物線の速度プロファイルよりも良好な性能を与えることが示された。
【００５１】
このハイブリッドクラスの動作プロファイルは多くの方法で作り出され得る。一つの代表的な方法は、プロファイルが放物線状の速度プロファイルを示すという事実を考慮する。このために、スプレッドシート、アプリケーションに特有のコンピュータプログラムなどが、時間Ｔｍａｘの間の或る距離Ｘの移動を達成する放物線状の速度プロファイルを作り出すために使用できる。したがって、正弦的速度プロファイルは受信器によって作られた。
【数１】
−ｋ×ｓｉｎ（ｐｉ×ｔ／Ｔｍａｘ）
ここでｋ＝放物線状の速度プロファイルの最高速度０〜９０％である。この正弦速度プロファイルは次ぎに放物線状の速度プロファイルを減じられる。こうして作られたプロファイルは次ぎに数値積分されてハイブリッド速度プロファイルにより達成される距離を見出すようになされる。結果的に得たハイブリッド速度プロファイルは次ぎに所望のＸｍａｘを所望のＴｍａｘ内で達成できるようにする規模因子によって乗算される。得られた動作プロファイルはコンベヤを制御する制御装置によって実行できる動作プロファイルに対応する。留意すべきは、得られたデータは対応する加速プロファイルを生じるために微分されるということである。
【００５２】
予め定めた休止時間を有する割り出しサイクルにおいて予め定めた液体を有する特定容器を予め定めた距離にわたって移動させるための最適動作プロファイルが、本明細書で同様に熟慮された実験法を使用して決定され得る。このために、割り出しサイクルでの移動距離および必要とされる休止時間が決定される。さらに、液体充填済みの頂部開口容器で幾つの割り出しサイクルが実行されねばならないかの決定がなされる。一般にこれは、各容器が充填処理ステーションと頂部密封処理ステーションとの間を移動しなければならない割り出された移動数である。本願の発明者によれば、一つの特定休止時間に関して最高に作用する動作プロファイルは、異なる休止時間に関して必然的に最高に作用しないということが見出された。
【００５３】
上述した基本的な変数が一旦確認されたならば、必要な水平横断面および長さ（製品または製品に似た容器）を有する容器が、製造コンベヤで経験するのと実質的に同じ方法でコンベヤ装置のサーボ駆動キャリッジに設定される。容器は必要高さまで必要液体（製品または製品に似た液体）を充填される。動作制御装置は試験動作プロファイルを実行するようにプログラムされる。特定の動作プロファイルの移動部分の変数は続く試験時に変更され、割り出しサイクルの必要とされる休止時間を一定に維持しつつ高速走行するようになされる。選択的に、最速で達成された移動時間が一定に保持され、休止時間が変化されて許容できる性能を与える休止時間範囲を決定するようになされる。これらの試験サイクルは、許容できる擾乱を生じる最短移動時間が明白となるまで実行される。特定動作プロファイルに関する最適変数が決定された後、他の動作プロファイルを使用して試験サイクルが実行される。実際的な範囲の可能とされる動作プロファイルが完了するまで、広い範囲で動作プロファイルの形式が試験される。
【００５４】
山形頂部の容器のように直方体容器の場合は、それらの容器はこれらの試験中に二つのパネルが移動方向に対して直角に、また二つのパネルが移動方向と平行となるように配向されるのが好ましい。これは、コヒーレント擾乱を可能にするためである。パネルが加速された反射擾乱波の方向に対して直角でないと、波は側方へ、また前後方向へ揺れる。横に並んだ波が前後方向の波と重なると、最終的には許容できないほど高さが高い擾乱（あるいは遅い移送速度）を生じる。また、液面を横断する幾つかの波の伝播路が他の伝播路よりも長ければ、多重擾乱時間を生じることになり、伝播路が長ければ長い時間、短い伝播路では短い時間となる。このような多重擾乱時間は幾つかの液面部分をその液面の他の部分と異なる位相にしてしまう。こうして秩序のない液面が生じることになる。
【００５５】
カートンが正方形でなく長方形の横断面であれば、二つの長辺パネルがコンベヤの移動方向に対して直角に配向され、二つの短辺パネルが移動方向に平行に配向されるならば、短い移動およびサイクル時間が得られる。同じ加速を与えられると、短い反応伝播路は小さい最大擾乱振幅を発生する。また休止時の擾乱時間は短くなり、これは次の移動開始のために擾乱が良好状態である回数を増す。
【００５６】
特定された時間よりも長い休止時間は全サイクル時間の短縮が可能である。例えば、動作プロファイルが後ろ側の容器パネルに許容できる擾乱を与えるような十分に小さい加速パターンで開始されると仮定する。次の移動が前側パネルでの擾乱が高い状態で休止時間の終了時に開始されるならば、擾乱の潜在エネルギーは圧力エネルギーがこの移動によって液体に伝えられるのを助成する。この結果、後ろ側での擾乱は許容不可のレベルにまで上昇する。このために、後ろ側パネルでの擾乱が高くなり、次の移動開始次に降下するように、１／２の擾乱時間だけ余分に休止させることが有益である。この１／２擾乱時間は移動時間に比べれば小さく、休止時間を長くすることで短いサイクル時間を達成することが可能である。
【００５７】
ジュースやミルクカートンのように小さな容器では、製造時に容器に詰められる液体を使用して試験を実施することが特に価値がある。水による擾乱試験は間違った結果を招くことになりかねない。例えば、ジュースは表面張力が水よりも小さく、水よりも高い擾乱を生じる。他の例としては、冷えた蜜は水よりも粘度が大きく、恐らく許容不可の擾乱を生じることなく水よりも速い速度で移動させることができる。
【００５８】
以下の動作プロファイルの経過は前述した方法において使用でき、最適動作プロファイルを求めることができる（他の手順も使用できることは認識されようとも）。第一に従来の正弦加速プロファイル、修正正弦加速プロファイル、修正台形加速プロファイルが試験されてベンチマークを確定し、これに対して非急動制限のプロファイルが比較され得る。次ぎに非急動制限の動作プロファイルが試験される。
【００５９】
最適動作プロファイルの形式および可変特性を求めるにおいて、従来の修正正弦加速プロファイル、修正台形加速プロファイル、および正弦加速プロファイルで開始するのが好ましい。従来の動作プロファイルのうちの最速のものがベンチマークを確定し、これに対して非急動制限のプロファイルが比較される。これは、サーボ駆動装置によって可能とされるプロファイルが生産速度を向上させないならば、一層高価なサーボ駆動装置を有する割り出しカムボックスを配置することを一般に勧められないからである。
【００６０】
典型的に試験された一定加速プロファイルは以下の変数を有する動作プロファイルを含む。すなわち、Ｐ：０、１００、０、０、５０；Ｐ：０、１００、０、１０、５０；Ｐ：０、１００、０、２０、５０；Ｐ：０、１００、０、３０、５０；Ｐ：０、１００、０、４０、５０；Ｐ：０、１００、０、５０、５０；Ｐ：０、１００、０、６０、５０；Ｐ：０、１００、０、７０、５０；Ｐ：０、１００、０、８０、５０；Ｐ：０、１００、０、９０、５０である。
【００６１】
上述のプロファイルのいずれか一つの性能が他のものより良ければ、変数間に僅かな勾配を有する動作プロファイルが試験される。例えば、Ｐ：０、１００、０、２０、５０が最良の擾乱特性を示すならば、Ｐ：０、１００、０、２０、５０に近いプロファイルの間に相当し、一定速度の制約を有するＰ：０、１００、０、２５、５０およびＰ：０、１００、０、１５、５０が試験される。前側パネルよりも後ろ側パネルでの擾乱が高いことを最速プロファイルが示すならば、Ｅ値、すなわち傾斜制約が変化されて、擾乱レベルが実質的に等しくなるまで正の加速を減少し、複数の加速を増大させるような値になされる。
【００６２】
このクラスのプロファイルは上述した一定加速プロファイルと同じ方法で試験される。試験される最初の動作プロファイルの値は、以下を含む。すなわち、Ｐ：０、０、１００、０、５０（純余弦）；Ｐ：０、１０、９０、０、５０；Ｐ：０、２０、８０、０、５０；Ｐ：０、３０、７０、０、５０；Ｐ：０、４０、６０、０、５０；Ｐ：０、５０、５０、０、５０；Ｐ：０、６０、４０、０、５０；Ｐ：０、７０、３０、０、５０；Ｐ：０、８０、２０、０、５０；Ｐ：０、９０、１０、０、５０である。
【００６３】
このクラスのプロファイルは以下のＰ変数を使用して説明するようには一般に修正できない。したがって別の命名法が、試験されるこのクラスの様々なプロファイルを微分するのに使用される。この命名法はＰＶ＃ＳＩＮにしたがい、ここでＰＶは放物線状の速度プロファイルであるという事実を表し、また＃ＳＩＮは最高速度が放物線状の速度プロファイルの最高速度の＃％であるというサイン速度プロファイルを表している。
【００６４】
放物線状の速度と正弦速度のハイブリッドが、他のプロファイルのクラスに関して先に説明したのと同じ方法で試験される。以下のプロファイルは典型的に試験される。すなわち、ＰＶ０ＳＩＮ（純放物線状の速度プロファイル）；ＰＶ１０ＳＩＮ；ＰＶ２０ＳＩＮ；ＰＶ３０ＳＩＮ；ＰＶ４０ＳＩＮ；ＰＶ５０ＳＩＮ；ＰＶ６０ＳＩＮ；ＰＶ７０ＳＩＮおよびＰＶ８０ＳＩＮが試験される。
【００６５】
頂部の開口された液体充填済み容器の移動・休止搬送を非急動制限のプロファイルが向上させることのできる程度の例として、以下のデータが与えられる。
容器−７０×７０ｍｍ² の横断面を有する１リットルカートンが１７７．８ｍｍ移動される。
休止時間−５３０ミリ秒
必要な割り出しサイクル−許容可能な擾乱で少なくとも３回
【表１】
プロファイル変数 プロファイル形式 移動時間
P:100,0,0,0,50 正弦加速 580 ms
P:25,50,25,0,50 修正台形加速 560 ms
P:25,0,75,0,50 修正正弦加速 550 ms
P:0,50,50,0,50 一定加速、余弦加速ハイブリッド 540 ms
P:0,0,100,0,50 純余弦加速 500 ms
PV0SIN 純放物線加速 480 ms
P:0,100,0,50,50 一定加速、50％一定速度 450 ms
PV60SIN 放物線速度（60％） 440 ms
【００６６】
前述の結果から求められるように、ＰＶ６０ＳＩＮは必要な移動時間を従来の正弦加速に比べて１４０ミリ秒短縮し、また従来の作動流体の急動制限の動作プロファイルより１１０ミリ秒短縮する。
【００６７】
基本的な技術から外れることなく数値的な向上がこれまでの装置に対してなされた。本発明は一つ以上の特定の実施例を参照してかなり詳細に説明したが、当業者は特許請求の範囲に記載した本発明の範囲および精神から逸脱せずにそれらを変化させ得ることを認識されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】パッケージング機械のコンベヤを移動させるのに従来使用されている急動制限のプロファイルの修正正弦角速度のグラフ。
【図２】パッケージング機械のコンベヤを移動させるのに従来使用されている急動制限のプロファイルの修正台形角速度のグラフ。
【図３】パッケージング機械のコンベヤを移動させるのに従来使用されている急動制限のプロファイルの正弦角速度のグラフ。
【図４】液体パッケージング機械および改良された動作プロファイルを実行する制御装置の一実施例を示し、図４Ａは立面図、図４ｂは平面図。
【図５】図４に示したパッケージング機械のような多数の動作軸線を有するパッケージング機械の作動を制御するための制御装置の一実施例を示すブロック線図。
【図６】図５に示されたＰＡＭ９０の一実施例の概略ブロック線図。
【図７】ＶＭＥバス用コネクタを備えた論理回路の概略的な配線図。
【図８】サーボ増幅器の概略ブロック線図。
【図９】余弦遷移を有する一定加速で構成されたハイブリッド加速プロファイルのグラフ。
【図１０】傾斜加速および余弦加速のグラフ。
【図１１】傾斜加速−余弦加速のグラフ。
【符号の説明】
２０ パッケージング機械
２５ 上側コンベヤ
３０ 下側コンベヤ
４５，５０，５５ 処理ステーション
５２ 頂部密封ステーション
１００ バスラック

Claims (2)

1. 頂部の開口された複数の液体充填済み容器を搬送するコンベヤ装置であって、
   複数の液体充填済み容器を支持するコンベヤと、
   コンベヤを駆動するために連結されたサーボモーターと、
   移動部分と休止部分とを含み、その移動部分は実質的に非急動制限（non-jerklimited）のプログラムされた動作プロファイルにしたがって、移動する段階においてサーボモーターの動作を制御するために連結されたプログラム可能サーボモーター制御装置とを含み、動作プロファイルの移動部分が、移動における加速部分と減速部分の間における開始部および終了部において余弦的（cosinuous）加速遷移を有する非急動制限の一定加速プロファイルを有しており、加速部分および減速部分の間において余弦的加速遷移を有する非急動制限の一定加速プロファイルが、変数Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥによって動特性Ｐで記述でき、ここで、
   Ａは正弦的（sinusoidal）加速で費やされる加速時間の割合い（百分率）、
   Ｂは一定加速で費やされる加速時間の比率、
   Ｃは余弦的加速で費やされる加速時間の比率、
   Ｄは一定速度で費やされる移動時間の比率、そして
   Ｅは全変位の等比率を達成する移動時間の比率、すなわち傾斜因子であり、また、
   この動特性はＰ：Ａ＝０、Ｂ＝Ｆ、Ｃ＝１００−Ｆ、Ｄ＝０、Ｅ＝Ｇで記述され、これにおいてＦ，Ｇは、０≦Ｆ＜１００、１０＜Ｇ＜９０なる数値である液体充填済み容器を搬送するサーボ制御されたコンベヤ装置。
2. 容器に液体を充填して、その容器を密封する液体パッケージング機械であって、
   容器が頂部を開口された状態のときにその容器に液体を充填する充填ステーションと、
   頂部の開口された液体充填済み容器をその後密封する密封ステーションと、
   頂部の開口された液体充填済み容器が充填ステーションから密封ステーションへ運ばれるとき、その容器を支持するコンベヤと、
   コンベヤを駆動するために連結されたサーボモーターと、
   容器が充填ステーションと密封ステーションとの間を移送されるときに、移動部分と休止部分とを含み、その移動部分が実質的に非急動制限のプログラムされた動作プロファイルにしたがって、移動する段階においてサーボモーターの動作を制御するために連結されたプログラム可能サーボモーター制御装置とを含み、動作プロファイルの移動部分が、移動における加速部分と減速部分の間における開始部および終了部において余弦的（cosinuous）加速遷移を有する非急動制限の一定加速プロファイルを有しており、加速部分および減速部分の間において余弦的加速遷移を有する非急動制限の一定加速プロファイルが、変数Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥによって動特性Ｐで記述でき、ここで、
   Ａは正弦的（sinusoidal）加速で費やされる加速時間の割合い（百分率）、
   Ｂは一定加速で費やされる加速時間の比率、
   Ｃは余弦的加速で費やされる加速時間の比率、
   Ｄは一定速度で費やされる移動時間の比率、そして
   Ｅは全変位の等比率を達成する移動時間の比率、すなわち傾斜因子であり、また、
   この動特性はＰ：Ａ＝０、Ｂ＝Ｆ、Ｃ＝１００−Ｆ、Ｄ＝０、Ｅ＝Ｇで記述され、これにおいてＦ，Ｇは、０≦Ｆ＜１００、１０＜Ｇ＜９０なる数値である液体パッケージング機械。

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