JP4528407B2

JP4528407B2 - リニア搬送装置およびその制御方法

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Publication number: JP4528407B2
Application number: JP2000069837A
Authority: JP
Inventors: 泰章森中; 孝之小泉; 伸好辻内
Original assignee: Ishida Co Ltd
Current assignee: Ishida Co Ltd
Priority date: 2000-03-14
Filing date: 2000-03-14
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2020-03-14
Also published as: JP2001253527A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物品が載置されるトラフを駆動機によって物品の搬送方向に往復動させて物品を搬送するリニア搬送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来のリニア搬送装置として、１次巻線鉄心により構成される固定子と磁石とからなるリニアモータ（駆動機）を使用し、前記固定子をベース上に設けるとともに、前記磁石を、物品を載せるトラフの下面に前記固定子と所定の間隔を隔てた状態に取り付け、リニアモータの駆動でトラフを所定の搬送方向に往復動させることにより、トラフ上の物品を搬送するようにしたものが知られている（特公昭５４−３５３９５号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のリニア搬送装置では、リニアモータの駆動特性をどのように設定するか、つまり、トラフの動かし方は、作業者の経験や「かん」に頼ったものであったため、物品の所望搬送速度または所望搬送量で搬送されるように、装置を制御することは困難であった。
【０００４】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、容易に物品の所望搬送速度で搬送できるリニア搬送装置およびその制御方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記した目的を達成するために、本発明の一構成は、物品が載置されるトラフを駆動機によって物品の搬送方向に往復動させて物品を搬送するものであり、前記トラフの変位量と時間との関係を示す多数のトラフ変位特性と、前記駆動機を駆動させる駆動信号とを対応付けて求め、前記トラフの与えられた振幅と、トラフと物品間の与えられた動摩擦係数とを用い、前記トラフ変位特性を持つトラフで搬送される物品の運動方程式を解いて、物品の搬送方向の位置を求め、求められた物品の位置の時間変化から物品の搬送速度を求め、求められた物品の搬送速度が目標速度となるように、前記駆動信号を選択するものである。
ここで、動摩擦係数とは、相対運動を行っている動摩擦状態の物品とトラフの接触面に生じる摩擦力と法線作用力との比をいう。
【０００６】
本発明の上記一構成によれば、多数のトラフ変位特性とトラフの駆動機を駆動する駆動信号とが対応付けて求められ、かつ、各トラフ変位特性を持つトラフで搬送される物品の搬送速度も求められるので、物品の搬送速度と駆動機の駆動信号との関係が多数求められ、この関係に基づいて、物品の目標速度を入力するだけで、物品の搬送速度が目標速度となるように、駆動機の駆動信号を容易に選択することができる。
【０００７】
本発明の他の構成によれば、求められた物品の搬送速度に基づく物品の移動量から物品の搬送量を求め、前記求められた物品の搬送速度が目標速度となるように前記駆動信号を選択するのに代えて、求められた搬送量が目標搬送量となるように前記駆動信号を決定する。
この構成によれば、求められた物品の搬送量は物品の搬送速度に基づいて求められるので、前記物品の搬送速度と駆動機の駆動信号との関係による物品の搬送量と駆動機の駆動信号との関係から、物品の目標搬送量を入力するだけで、物品の搬送量が目標搬送量となるように、駆動機の駆動信号を容易に決定することができる。
【０００８】
好ましくは、前記トラフの振幅および搬送往路のトラフの加速時間を含むパラメータを変化させたときのトラフ変位速度と時間との関係を示すトラフ速度特性を多数求めておき、前記トラフ変位速度を時間積分することにより、トラフ変位量と時間との関係を示す多数の前記トラフ変位特性を求める。したがって、トラフ変位特性をトラフ速度特性から容易に求めることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の第１実施形態に係るリニア搬送装置を備えた組合せ計量装置を示す一部切断した概略正面図である。図１において、搬送コンベア１によって搬送されてきた被計量物であるスナック菓子のような物品Ｍは、投入シュート２を介して平坦な円錐状の単一の分散フィーダ３上に供給される。この分散フィーダ３は加振器４の駆動により上下に加振されて振動し、物品Ｍを全方位に分散させる。分散フィーダ３の下方周囲には複数のリニア搬送装置（放射フィーダ）７が放射状に配置され、各リニア搬送装置７の先端部下方には、複数のプールホッパ９が各リニア搬送装置７に個々に対応させて円形に配置されている。さらに、プールホッパ９の下方には、複数の計量ホッパ１０が各プールホッパ９に個々に対応させて円形に配置されている。
【００１０】
前記各リニア搬送装置７は、分散フィーダ３から受けた物品Ｍを水平方向の往復動によって対応するプールホッパ９に供給し、プールホッパ９は、投入された物品Ｍを一時的にプールしたのちに、この物品Ｍをゲート１３の開動により排出して計量ホッパ１０に供給する。
【００１１】
前記計量ホッパ１０は、この計量ホッパ１０内の物品Ｍの重量を計量するロードセルのような計量手段１１を介して後述するケース２３に支持されている。こうして、プールホッパ９、計量ホッパ１０および計量手段１１により、計量部が形成されている。計量ホッパ１０の下方には、計量ホッパ１０から排出された物品Ｍを中央下部に集める集合排出シュート１７が配置されており、この集合排出シュート１７は、着脱自在な複数の上段シュート部１７ａを、固定された下段シュート部１７ｂの回りに放射状に配置することにより構成されている。下段シュート部１７ｂの下端排出口から排出された物品Ｍは、集合排出シュート１７により集合された上で、振分シュート１８を通って包装機１９に供給されて包装される。
【００１２】
図示しない床に支持された支持架台２０上に本体フレーム２１が載置されており、この本体フレーム２１に、複数の支持脚２２を介してケース２３が支持されている。このケース２３の上部に、投入シュート２、分散フィーダ３、リニア搬送装置７およびプールホッパ９が配置されているとともに、ケース２３の外周部に計量ホッパ１０が、内側に計量手段１１が、それぞれ配置されている。ケース２３内には、プールホッパ９および計量ホッパ１０の制御部や駆動モータなどが収納されている。
【００１３】
前記ケース２３内の制御部２４は、複数の計量ホッパ１０の物品Ｍの計量値を組合せ演算し、許容範囲内の組合せ重量となる計量ホッパ１０内の物品Ｍを選択して、それらの計量ホッパ１０のゲート１４を開動し、包装機１９に供給する。
【００１４】
図２に示すように、前記リニア搬送装置７は、搬送する物品Ｍが載置されるトラフ２５と、このトラフ２５を水平な搬送方向Ｘ−Ｙに往復動させて物品Ｍを計量部のプールホッパ９へ搬送させる駆動機２６とを備えている。駆動機２６は、シリンダ状のハウジング３８と、このハウジング３８の内壁に固定支持されたコイル２８と、前記ハウジング３８内をその軸方向に直線移動可能に貫通して、前後のリニア軸受５５に支持されたシャフト３９と、このシャフト３９に固定された磁石２７とからなる例えばリニアステッピングモータとで構成されている。この駆動機２６は、前記シャフト３９が、その軸心を搬送方向Ｘ−Ｙに向けてベース３３上に設置される。前記シャフト３９には、その前後端に跨がって門形のブラケット４０が連結され、このブラケット４０の上部に連結部材４１を介してトラフ２５が連結される。前記駆動機２６およびブラケット４０は、必要に応じてトラフ２５の往復動を妨げないように保護カバー４２で被覆される。
【００１５】
前記リニア搬送装置７による物品Ｍの搬送動作は、図３に示すように行われる。すなわち、図３（Ａ）のようにトラフ２５の上に物品Ｍが載せられた状態で、コイル２８への通電により駆動機２６が作動して、図３（Ｂ）のようにトラフ２５が、トラフ２５に対する物品Ｍの静摩擦抵抗に打ち勝たない程度のピーク値を持つ速度Ｖ_Fで前進側（Ｘ方向）に移動する。これにより、物品Ｍはトラフ２５と一体となって前進側に移動する。なお、物品Ｍは、わかり易くするために一部分のみを記載している。
【００１６】
次に、駆動機２６の逆作動により、図３（Ｃ）のようにトラフ２５が、トラフ２５に対する物品Ｍの静摩擦抵抗に打ち勝つように、前記前進速度Ｖ_Fより大きいピーク値を持つ速度Ｖ_Rで後退側（Ｙ方向）に移動する。これにより、物品Ｍは、トラフ２５上を、静摩擦抵抗より小さい動摩擦抵抗を受けながら相対的に前進側に滑って移動する。以下、図３（Ｄ），（Ｅ）に示すように、トラフ２５の前記往復動を繰り返すことにより、物品Ｍが搬送方向に順次移動して搬送が行われ、トラフ２５の先端側の計量部のプールホッパ９（図１）に物品Ｍが投入される。
【００１７】
また、図２のリニア搬送装置７は、駆動機（リニアモータ）２６を制御するコントローラ２９、コントローラ２９に物品Ｍの目標速度を入力する入力手段３０、および第１，２記憶手段３１，３２を備える。第１記憶手段３１は、トラフ２５の変位量と時間との関係を示す多数のトラフ変位特性と、駆動機２６を駆動させる駆動信号とを対応付けて記憶する。第２記憶手段３２は、トラフ２５の振幅および搬送往路のトラフ２５の加速時間を含む後述するパラメータを変化させたときのトラフ変位速度と時間との関係を示す多数のトラフ速度特性を記憶する。さらに、コントローラ２９は、変位特性演算手段５１、位置演算手段５２、速度演算手段５３、第１の駆動信号選択手段５４を備え、駆動機２６に物品Ｍの搬送速度が目標速度となるように駆動信号を出力して制御する。
【００１８】
以下、上記リニア搬送装置７の制御方法について説明する。
まず、リニア搬送装置７のトラフ２５の駆動信号（運転パターン）が作成される。トラフ２５の運転パターンに用いられるパラメータは、往路運転周波数、往路自起動周波数、復路運転周波数、復路自起動周波数、往路加速時間、往路減速時間、復路加速時間、復路減速時間、トラフ２５の往復動ストローク（振幅）の９つである。ここで、往路は前進行程、復路は後退行程、自起動周波数は駆動機２６への駆動信号の入力によってトラフ２５が動き始めるときの周波数を示す。このパラメータの組合せを種々変化させて、トラフ変位速度と時間との関係を示す多数のトラフ速度特性を作成する。これらは、コントローラ２９に接続された図示しないコンピュータ上で運転パターンプログラムを実行して、パラメータの組合せごとに作成される。この多数のトラフ速度特性は、第２の記憶手段３２に記憶される。
【００１９】
この例では、パラメータの組合せが非常に多いので（２⁹とおり）、各パラメータの物品Ｍの搬送に対する影響の重要度に応じて、パラメータに重み付けをしている。例えば、トラフ２５の振幅のパラメータに加えて、往路自起動周波数、往路加速時間および往路運転周波数のパラメータの組合せを変化させる。これら往路自起動周波数、往路加速時間および往路運転周波数のパラメータにより搬送往路速度の傾き（図４の６１）、つまり搬送往路の加速度が定まる。搬送復路の各パラメータは、リニアモータ２６の最大能力を示す一定値に固定される。
【００２０】
図４は、作成された多数のトラフ速度特性の一例を示す。縦軸の上側は前進速度Ｖ_Fを、下側は後退速度Ｖ_Rを表す。この波形は非正弦波であり、後退速度Ｖ_Rのピーク値は、前進速度Ｖ_Fのピーク値より大きい値とされる。なお、同図において、前進速度Ｖ_Fおよび後退速度Ｖ_Rの波形と時間軸（横軸）とで囲まれる部分の面積（波形の時間積分値）は、トラフ２５の往復動ストロークを表し、前進速度Ｖ_Fの部分の面積ＦＳと後退速度Ｖ_Rの部分の面積ＲＳとは等しく、ピーク値の小さい前進速度Ｖ_Fの波形の時間幅Ｔ_Fは、ピーク値の大きい後退速度Ｖ_Rの波形の時間幅Ｔ_Rよりも長くなる。
【００２１】
図２の変位特性演算手段５１は、図４のトラフ速度特性に基づいて、トラフ変位速度を時間積分することにより、トラフ変位量と時間との関係を示すトラフ変位特性を求める。図５は、求められた多数のトラフ変位特性の一例を示す。縦軸はトラフ変位量を、横軸は時間を示す。同図において、復路時間は往路時間より短く、例えば往路時間の１／２に設定される。この多数のトラフ変位特性は、第１の記憶手段３１に記憶される。トラフ変位特性は、コントローラ２９から出力される図６に示す駆動信号によって駆動する駆動機（リニアモータ）２６の駆動特性に対応する。駆動機２６の駆動信号は、コイル２８への供給電力の大きさ、周波数、通電時間等により形成され、トラフ変位特性がわかれば直ちに求められる。こうして、リニア搬送装置７のトラフ２５の駆動信号が作成される。
【００２２】
位置演算手段５２は、トラフ２５の与えられた振幅と、トラフ２５と物品Ｍ間の与えられた動摩擦係数μ(v) とを用い、図５のトラフ変位特性を持つトラフ２５で搬送される物品Ｍの次式（１）の運動方程式を解いて、物品Ｍの搬送方向の位置を求める。この例では動摩擦係数μ(v) を一定値としているが、物品Ｍの速度に応じて変化する値としてもよい。
式（１）において、x は物品Ｍの位置、m は物品Ｍの質量、g は重力加速度、X はトラフ２５の位置、t は時間である。
【００２３】
【数１】

【００２４】
すなわち、図４のトラフ変位特性に基づいてトラフ２５を運転すると仮定した場合に、トラフ２５の往路の位置X₀におけるトラフ２５の速度dX₀/dtの値を求めて、これを式（１）に代入してd²x₁/dt²を求め、１回積分して物品Ｍの速度dx₁/dtを求め、２回積分して物品Ｍの位置x₁を求める。この場合、初期条件はx₀＝０、dx₀/dt＝０である。
【００２５】
つぎに、トラフ２５の往路の位置X₁におけるトラフ２５の速度dX₁/dtの値を求めて、これを式（１）に代入し、上記の得られたdx₁/dtの値を用いてd²x₂/dt²を求め、１回積分して物品Ｍの速度dx₂/dtを求め、２回積分して物品Ｍの位置x₂を求める。これらを繰り返すことにより、物品Ｍの位置を逐次求めることができる。
【００２６】
速度演算手段５３は、トラフ２５の１往復動が終了した時点での物品Ｍの変位量を１往復時間で除して物品Ｍの搬送速度を求める。つまり、前記１往復ごとの物品Ｍの位置の時間変化から物品Ｍの搬送速度を求める。求められた物品Ｍの搬送速度は、各トラフ変位特性を持つトラフ２５で搬送されたものであるから、多数のトラフ変位特性と物品Ｍの搬送速度との関係も求められる。この物品Ｍの搬送速度とトラフ変位特性との関係は上記の第１の記憶手段３１に記憶される。したがって、第１の記憶手段３１には、トラフ変位特性と駆動機２６を駆動する駆動信号とが対応付けて記憶されているので、物品Ｍの搬送速度と駆動機２６の駆動信号との関係が多数記憶される。なお、物品Ｍの搬送速度と駆動機２６の駆動信号との関係は他の記憶手段に記憶させてもよい。
【００２７】
第１の駆動信号選択手段５４は、入力手段３０からの物品Ｍの目標速度の入力により、求められた物品Ｍの搬送速度が目標速度となるように、第１の記憶手段３１に記憶された物品Ｍの搬送速度と駆動機２６の駆動信号との関係から、駆動機２６の駆動信号を選択する。すなわち、物品Ｍの目標速度に最も近い物品Ｍの搬送速度に対応する駆動機２６の駆動信号を選択する。この選択された駆動機２６の駆動信号は、コントローラ２９から駆動機２６に出力され、物品Ｍの搬送速度が目標速度となるように制御される。
【００２８】
図７は、多数のトラフ変位特性の１つ（Ｔ１）と多数の物品Ｍの変位特性Ｃ（Ｃ１、Ｃ２、…）の一例を示す。縦軸は変位量を、横軸は時間を示す。同図は、トラフ２５の振幅が一定で、動摩擦係数μ(v) が種々異なる場合のものである。例えば、上記入力された物品Ｍの目標速度に対応した物品Ｍの変位特性は、物品Ｍの多数の変位特性Ｃのうち、最も近い変位特性Ｃ２となる。
【００２９】
こうして、多数のトラフ変位特性とトラフ２５の駆動機２６を駆動する駆動信号とを対応付けて求められ、かつ、各トラフ変位特性を持つトラフ２５で搬送される物品Ｍの搬送速度も求められているので、物品Ｍの搬送速度と駆動機２６の駆動信号との関係が多数求められ、この関係に基づいて、物品Ｍの目標速度を入力手段３０により入力するだけで、物品Ｍの搬送速度が目標速度となるように、駆動機２６の駆動信号を容易に選択することができる。
【００３０】
図８は、第２実施形態を示す。この実施形態は、第１実施形態の物品Ｍの搬送速度を目標速度とするのと異なり、物品Ｍの搬送量を目標搬送量とするものである。
このリニア搬送装置は、図２の構成に加えて、移動量演算手段５６、搬送量演算手段５７を備え、図２の第１の駆動信号選択手段５４に代えて、第２の駆動信号選択手段５８を備えたものである。
【００３１】
上記移動量演算手段５６は、上記求められた物品Ｍの搬送速度に基づいて物品Ｍの移動量を求める。搬送量演算手段５７は、求められた移動量に単位長さ当たりの物品Ｍの重量を乗算して物品Ｍの搬送量を求める。求められた物品Ｍの搬送量は上記の物品Ｍの搬送速度に基づいて求められるので、前述した物品Ｍの搬送速度と駆動機２６の駆動信号との関係から、物品Ｍの搬送量と駆動機２６の駆動信号との関係も求められる。この物品Ｍの搬送量と駆動機２６の駆動信号との関係は上記の第１の記憶手段３１に記憶される。
【００３２】
第２の駆動信号選択手段５８は、入力手段３０からの物品Ｍの目標搬送量の入力により、求められた物品Ｍの搬送量が目標搬送量となるように、第１の記憶手段３１に記憶された物品Ｍの搬送量と駆動機２６の駆動信号との多数の関係から、駆動機２６の駆動信号を決定する。この決定された駆動機２６の駆動信号はコントローラ２９から駆動機２６に出力され、物品Ｍの搬送量が目標搬送量となるように制御される。
【００３３】
こうして、求められた記憶された物品Ｍの搬送量と駆動機２６の駆動信号との関係から、物品Ｍの目標搬送量を入力するだけで、物品Ｍの搬送量が目標搬送量となるように、駆動機２６の駆動信号を容易に決定することができる。
【００３４】
なお、上記各実施形態では、リニア搬送装置の駆動機にリニアステッピングモータを用いているが、他のリニアモータあるいは通常モータとカムリングを組み合わせたものを用いてもよい。また、本発明のリニア搬送装置は組合せ計量装置に限られず、物品を一定量搬送する装置としても広く使用できる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の一構成によれば、多数のトラフ変位特性とトラフを駆動する駆動信号とが対応付けて求められ、かつ、各トラフ変位特性を持つトラフで搬送される物品の搬送速度も求められるので、物品の搬送速度と駆動機の駆動信号との関係が多数求められ、この関係に基づいて、物品の目標速度を入力するだけで、物品の搬送速度が目標速度となるように、駆動機の駆動信号を容易に選択することができる。
【００３６】
本発明の他の構成によれば、求められた物品の搬送量は物品の搬送速度に基づいて求められるので、物品の搬送速度と駆動機の駆動信号との関係による物品の搬送量と駆動機の駆動信号との関係から、物品の目標搬送量を入力するだけで、物品の搬送量が目標搬送量となるように、駆動機の駆動信号を容易に決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るリニア搬送装置を使用した組合せ計量装置を示す一部切断した概略側面図である。
【図２】同リニア搬送装置の制御系を示すブロック図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｅ）は、同リニア搬送装置の搬送動作を示す説明図である。
【図４】同リニア搬送装置のトラフ速度特性の一例を示す特性図である。
【図５】同リニア搬送装置のトラフ変位特性の一例を示す特性図である。
【図６】同リニア搬送装置の駆動信号の一例を示す特性図である。
【図７】同リニア搬送装置の搬送動作の一例を示す特性図である。
【図８】第２実施形態に係るリニア搬送装置の制御系を示すブロック図である。
【符号の説明】
７…リニア搬送装置、２９…コントローラ、３１…第１記憶手段、３２…第１記憶手段、５１…変位特性演算手段、５２…位置演算手段、５３…速度演算手段、５４…第１駆動信号選択手段、５６…移動量演算手段、５７…搬送量演算手段、５８…第２駆動信号選択手段、Ｍ…物品。

Claims

物品が載置されるトラフを駆動機によって物品の搬送方向に往復動させて物品を搬送するリニア搬送装置の制御方法において、
前記トラフの変位量と時間との関係を示す多数のトラフ変位特性と、前記駆動機を駆動させる駆動信号とを対応付けて求め、
前記トラフの与えられた振幅と、トラフと物品間の与えられた動摩擦係数とを用い、前記トラフ変位特性を持つトラフで搬送される物品の運動方程式を解いて、物品の搬送方向の位置を求め、
求められた物品の位置の時間変化から物品の搬送速度を求め、
求められた物品の搬送速度が目標速度となるように、前記駆動信号を選択することを特徴とするリニア搬送装置の制御方法。
請求項１において、
求められた物品の搬送速度に基づく物品の移動量から物品の搬送量を求め、
前記求められた物品の搬送速度が目標速度となるように前記駆動信号を選択するのに代えて、求められた搬送量が目標搬送量となるように前記駆動信号を決定するリニア搬送装置の制御方法。
請求項１または２において、
前記トラフの振幅および搬送往路のトラフの加速時間を含むパラメータを変化させたときのトラフ変位速度と時間との関係を示すトラフ速度特性を多数求めておき、
前記トラフ変位速度を時間積分することにより、トラフ変位量と時間との関係を示す多数の前記トラフ変位特性を求めるリニア搬送装置の制御方法。
物品が載置されるトラフを駆動機によって物品の搬送方向に往復動させて物品を搬送するリニア搬送装置において、
前記トラフの変位量と時間との関係を示す多数のトラフ変位特性と、前記駆動機を駆動させる駆動信号とを対応付けて記憶する第１記憶手段と、
前記トラフの与えられた振幅と、トラフと物品間の与えられた動摩擦係数とを用い、前記トラフ変位特性を持つトラフで搬送される物品の運動方程式を解いて物品の搬送方向の位置を求める位置演算手段と、
求められた物品の位置の時間変化から物品の搬送速度を求める速度演算手段と、
求められた物品の搬送速度が目標速度となるように、前記駆動信号を選択する第１の駆動信号選択手段とを備えたことを特徴とするリニア搬送装置。
請求項４において、
求められた物品の搬送速度に基づく物品の移動量から物品の搬送量を求める搬送量演算手段と、
前記第１の駆動信号選択手段に代えて、求められた搬送量が目標搬送量となるように、前記駆動信号を決定する第２の駆動信号選択手段とを備えたことを特徴とするリニア搬送装置。
請求項４または５において、さらに、
前記トラフの振幅および搬送往路のトラフの加速時間を含むパラメータを変化させたときのトラフ変位速度と時間との関係を示す多数のトラフ速度特性を記憶する第２記憶手段と、
前記トラフ変位速度を時間積分することにより、トラフ変位量と時間との関係を示す多数の前記トラフ変位特性を求める変位特性演算手段とを備えたことを特徴とするリニア搬送装置。