JP4852733B2 - 包装装置およびモータ制御装置 - Google Patents
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Description
図8は第1の従来技術における物品噛込み検出装置を示す制御ブロック図、図9は第1の従来技術における物品噛込み検出装置が設けられる横型製袋充填機を示す概略構成図である。なお、両図面に付した符号は、第1の従来技術に記載された符号を用いて記載している。
ルム12aが1包装長分移送される間に、シール体26,26が1回転するよう設定され
る。両シール体26,26は、三相モータからなるサーボモータ28により位置および速
度を制御可能に駆動され、筒状フィルム12aを各物品16間で挟圧してエンドシールを施す時のシール体26,26の回転周速がフィルム移送速度と略同速度に設定されて、両
シール体26,26が不等速回転を行なうよう構成されている。」
制御されるサーボモータ28により不等速回転される。サーボアンプ38からサーボモータ28へは、シール体26,26を不等速回転させるのに必要な値の電圧、電流が供給さ
れる。電圧および電流から得られる電力値の変化は、検出処理手段34により検出される。検出処理手段34は、予め決定した基準電力値SPと検出電力値とを比較し、検出電力値が基準電力値SPを超えたときに、シール体26,26に物品が噛込んだと判定」して
いる。
また、センサを有さずに包装フィルムの噛み込みを検出する方法は、包装フィルムの噛み込みをサーボモータに対する外乱として捉え、この外乱を検出もしくは推定することにより包装フィルムの噛み込み検出することもできる。
また、第4の従来技術は、第3の従来技術を併用して、推定された外乱の変化量が、予め決められた設定値以上になったときにも外乱として検出している(例えば、特許文献4参照)。
図において、111はモータであり、サーボアンプ(図示せず)からモータ111に出力されるトルク指令値とモータ111の回転速度を外乱オブザーバ112に入力する。外乱オブザーバ112はトルク指令値とモータ速度から外乱推定値を演算し、比較器113に出力する。比較器113は、予め決められた設定値と外乱推定値とを比較し、外乱推定値が設定値を超えていれば外乱として検出する。
図において、211はモータであり、サーボアンプ(図示せず)からモータ211に出力されるトルク指令値とモータ211の回転速度を外乱オブザーバ212に入力する。外乱オブザーバ212はトルク指令値とモータ速度から外乱推定値を演算し、比較器213および微分器214に出力する。微分器214は外乱推定値を時間微分して外乱推定値の変化の割合として、比較器215に出力する。比較器213は、予め決められた設定値と外乱推定値とを比較し、外乱推定値が設定値を超えていれば外乱として検出する(外乱検出1)。比較器215は、比較器213と異なる値で予め決められた設定値と微分器214の出力値(外乱推定値の変化の割合)を比較し、微分器214の出力値(外乱推定値の変化の割合)が設定値を超えていれば外乱として検出する(外乱検出2)。そして、外乱検出1または外乱検出2が成立した場合、外乱として検出する。
しかしながら、第1の従来技術では、サーボアンプからサーボモータへ供給される電圧および電流から得られる電力値の変化に基づいて包装フィルムの噛み込みを検出しているため、電圧および電流を検出する検出器、すなわち電圧検出器および電流検出器を備えなければならないという問題がある。仮に、サーボアンプ自体に備えている電流制御に用いる電流検出器(DCCTや抵抗等による検出)や電圧異常検出のための電圧検出器等を用いたとしても、電圧または電流検出器の出力信号のオフセットや温度ドリフトが存在し、検出精度が高い噛み込み検出を図ることができないという問題がある。
このような包装装置における噛み込みは、例えば、厚さ1mmにも満たない包装フィルムを複数枚巻き込む場合や、微小な被包装物のくずを噛み込む場合等があるが、これらの噛み込みは、サーボモータに対してそれほど大きな外乱にはなり得ない。また、噛み込みが発生していない場合(通常状態の場合)であっても、エンドシーラ軸を駆動するサーボモータには、ギアの歯の弾性変形等に起因する振動による反力や、エンドシーラ軸の刃物による偏重心の影響による反力等が、外乱として常に検出されるのである。このエンドシーラ軸の刃物による偏重心の影響による反力は、前述した異物の噛み込みによる反力と比較して大きな外乱となり、ギアの歯の弾性変形等に起因する振動による反力の振動周波数は、前述した異物の噛み込みによる反力の振動周波数よりも振動周期が短い。
また、第1の従来技術においても、サーボアンプからサーボモータへ供給される電圧および電流から得られる電力値の変化と基準電力値とを単に比較しているため、第3または4の従来技術と同様の問題点をもつものである。
また、本発明の他の代表的な構成は、回転ローラを機械的機構を介して回転駆動させるモータを備えて前記機械的機構に起因する定常外乱が前記回転ローラの1回転中に存在する機械装置、における前記モータを駆動するモータ制御装置において、前記包装フィルムを含む噛み込みに起因し、かつ前記定常外乱に重畳する噛み込み外乱を検出するモータ制御装置であって、トルク指令とモータ速度とに基づいて前記モータに対する外乱推定値を演算する外乱オブザーバ部と、前記回転ローラが1回転する間、前記外乱推定値を積算する積分器と、前記積分器の出力と予め決定された設定値とを比較し、前記積分器の出力が前記設定値を超えた場合、前記噛み込み外乱の発生を検出する比較部と、を備える。
また、本発明の代表的な構成または他の代表的な構成に、「速度係数処理部」または「位置係数処理部」を更に備えることによると、本発明の代表的な構成または他の代表的な構成による効果に加え、最終段の比較器における設定値の予めの決定がよりし易くなり、より精度が高い、確実な検出ができる。
図中、実線が外乱推定波形、破線がエンドシーラ軸の角度波形であり、図中ほぼ全体部分に示した範囲はエンドシーラ軸の角度波形における1回転に相当する範囲である。また、図中左部分に示す一点鎖線丸印部分は、エンドシーラ軸における機械的機構であるギアの歯の弾性変形等に起因する振動周期が早い外乱が発生している部分であり、図中中央および右部分に示す2箇所の二点鎖線丸印部分は、エンドシーラ軸の刃物による偏重心に起因する、例えば刃物が真上または真下を向いた場合、振動振幅が最も大きい外乱が発生している部分である。
このように、本発明に係る包装装置において、噛み込みが発生していない場合(通常状態の場合)における定常外乱が存在するのである。
長いため、外乱の変化の割合は、噛み込み時の方が小さくなるのである。
図中上部の黒丸印は、噛み込みが発生していない場合、すなわち定常外乱のみが発生している場合(例えば、図3に示した状態)のエンドシーラ軸1回転の間(図3中の「1回転」と表記している区間、0〜360°の区間)の外乱推定値を常に積算した値である。また、図中下部の黒丸印は、噛み込みが発生した場合(例えば、図4に示した状態)のエンドシーラ軸1回転の間(図4中の「1回転」と表記している区間、0〜360°の区間)の外乱推定値を常に積算した値である。なお、図3および図4は、共に6゜毎にデータをサンプルしたため、360゜ではどちらも60サンプルの積算となる。
したがって、この一点鎖線で区切られるようなレベルを、比較器における予め決定される設定値とすれば、噛み込み発生時のみ、噛み込みを検出することができるのである。
ある関数とは、エンドシーラ軸に設定される回転速度(最高速度)の場合を係数0、回転速度がゼロの場合を係数1とするものであり、例えば、「(エンドシーラ軸に設定された回転速度−現在のエンドシーラ軸の回転速度)/エンドシーラ軸に設定された回転速度」で表されるものである。また、「exp((現在のエンドシーラ軸の回転速度/エンドシーラ軸の最高速度−エンドシーラ軸の最低速度/エンドシーラ軸の最高速度)^2/σ^2)」のような正規分布の式を用いてもよく、これにより重み付けの効果を一層強調することもできる。
すなわち、現在のエンドシーラ軸の回転速度がエンドシーラ軸に設定された回転速度に近い場合(高速回転の場合)、前述した回転ローラの動作から、エンドシーラ軸の噛み込みが発生する恐れは少ないために外乱推定値の重み付けを低くし、一方、現在のエンドシーラ軸の回転速度がエンドシーラ軸に設定された回転速度に遠い場合(低速回転の場合)、前述した回転ローラの動作から、エンドシーラ軸の噛み込みが発生する恐れは多いために外乱推定値の重み付けを高くするものである。これにより、実施例1における噛み込み状態の検出よりも、後述する比較器9における設定値の予めの決定がし易くなり、精度が高い、確実な検出ができるのである。
なお、エンドシーラ軸に設定された回転速度は、包装装置が通常運転される前に予め設定されるものであるため、前述した速度係数処理部6での処理は問題なく実施することができるものである。
そこで、位置係数処理部7では、速度係数処理部6の出力を入力し、ある関数で決められた係数と速度係数処理部6の出力との積を計算することにより、噛み込みが発生する位置に対する外乱推定値の重み付けを、更に行なう。
なお、エンドシーラ軸の刃物が溶着及び切断する位置は、エンドシーラ軸の回転ローラを駆動するための複数のギアを用いた機械的機構とサーボモータとのギア比等の仕様が予め分かっているため、包装装置が通常運転される前に予め設定もしくは分かるものであるため、前述した位置係数処理部7での処理は問題なく実施することができるものである。
なお、速度係数処理部6と位置係数処理部7とは両方備えても、もしくはいずれか一方備えても、同様の効果を奏するものである。
ここで、図7および12中上部および下部の黒丸点は、実施例1の図5に記載したものであり、実施例1と実施例2とを比較した場合、実施例2の更なる効果を顕著にするためにプロットしている。
前述した図5と図7または図12とを比較すれば、噛み込み時と非噛み込み時の差が大きくなっているため、予め決定される設定値の決定が容易にできるのである。
12 フィルム送り軸
13 供給コンベア
14 整袋器
15 センタシーラ軸
16 エンドシーラ軸
17 排出コンベア
18 被包装物1
19 被包装物2
20 包装フィルム
1 モータ
2、5 外乱オブザーバ
3、8 積分器
4、9 比較器
6 速度係数処理部
7 位置係数処理部
Claims (8)
- 被包装物を包んだ包装フィルムを溶着および切断する軸を有すると共に、前記軸の回転ローラを機械的機構を介して回転駆動させるモータと、前記モータを駆動する制御装置と、を備え、前記機械的機構に起因する定常外乱が前記回転ローラの1回転中に存在する包装装置において、
前記制御装置が、前記包装フィルムを含む噛み込みに起因し、かつ前記定常外乱に重畳する噛み込み外乱を検出するものであって、
トルク指令とモータ速度とに基づいて前記モータに対する外乱推定値を演算する外乱オブザーバ部と、
前記回転ローラが1回転する間、前記外乱推定値を積算する積分器と、
前記積分器の出力と予め決定された設定値とを比較し、前記積分器の出力が前記設定値を超えた場合、前記噛み込み外乱の発生を検出する比較部と、を有することを特徴とする包装装置。 - 前記制御装置が、前記モータ速度に対する前記外乱推定値の重み付けを行なう速度係数処理部を、更に有し、
前記速度係数処理部が、前記回転ローラの予め設定される最高速度の場合に係数0、前記回転ローラの回転速度がゼロの場合に係数1となる、前記回転ローラの回転速度に応じて前記係数が0から1の範囲で変化する第1の関数を有し、前記第1の関数で決定された係数と前記外乱推定値とを乗算した第1の乗算値を演算し、
前記積分器が、前記回転ローラが1回転する間、前記外乱推定値に代わって前記第1の乗算値を積算することを特徴とする請求項1に記載の包装装置。 - 前記制御装置が、前記回転ローラの回転位置に対する前記外乱推定値、もしくは前記第1の乗算値の重み付けを行なう位置係数処理部を、更に有し、
前記位置係数処理部が、前記包装フィルムを溶着および切断する回転位置の場合に係数1、前記包装フィルムを溶着および切断する回転位置から離れるにつれて係数1より小さくなる係数となる、前記回転ローラの回転位置に応じて前記係数が0から1の範囲で変化する第2の関数を有し、前記第2の関数で決定された係数と、前記外乱推定値もしくは前記第1の乗算値とを乗算した第2の乗算値を演算し、
前記積分器が、前記回転ローラが1回転する間、前記外乱推定値および前記第1の乗算値に代わって前記第2の乗算値を積算することを特徴とする請求項1または2に記載の包装装置。 - 前記積分器が、積算する対象のゼロ値を基準値として、前記積算する対象が前記基準値を上回るまたは下回る部分の面積を算出することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の包装装置。
- 回転ローラを機械的機構を介して回転駆動させるモータを備えて前記機械的機構に起因する定常外乱が前記回転ローラの1回転中に存在する機械装置、における前記モータを駆動するモータ制御装置において、
前記包装フィルムを含む噛み込みに起因し、かつ前記定常外乱に重畳する噛み込み外乱を検出するモータ制御装置であって、
トルク指令とモータ速度とに基づいて前記モータに対する外乱推定値を演算する外乱オブザーバ部と、
前記回転ローラが1回転する間、前記外乱推定値を積算する積分器と、
前記積分器の出力と予め決定された設定値とを比較し、前記積分器の出力が前記設定値を超えた場合、前記噛み込み外乱の発生を検出する比較部と、を備えることを特徴とするモータ制御装置。 - 前記モータ制御装置が、前記モータ速度に対する前記外乱推定値の重み付けを行なう速度係数処理部を、更に有し、
前記速度係数処理部が、前記回転ローラの予め設定される最高速度の場合に係数0、前記回転ローラの回転速度がゼロの場合に係数1となる、前記回転ローラの回転速度に応じて前記係数が0から1の範囲で変化する第1の関数を有し、前記第1の関数で決定された係数と前記外乱推定値とを乗算した第1の乗算値を演算し、
前記積分器が、前記回転ローラが1回転する間、前記外乱推定値に代わって前記第1の乗算値を積算することを特徴とする請求項5に記載のモータ制御装置。 - 前記モータ制御装置が、前記回転ローラの回転位置に対する前記外乱推定値、もしくは前記第1の乗算値の重み付けを行なう位置係数処理部を、更に有し、
前記位置係数処理部が、前記包装フィルムを溶着および切断する回転位置の場合に係数1、前記包装フィルムを溶着および切断する回転位置から離れるにつれて係数1より小さくなる係数となる、前記回転ローラの回転位置に応じて前記係数が0から1の範囲で変化する第2の関数を有し、前記第2の関数で決定された係数と、前記外乱推定値もしくは前記第1の乗算値とを乗算した第2の乗算値を演算し、
前記積分器が、前記回転ローラが1回転する間、前記外乱推定値および前記第1の乗算値に代わって前記第2の乗算値を積算することを特徴とする請求項5または6に記載のモータ制御装置。 - 前記積分器が、積算する対象のゼロ値を基準値として、前記積算する対象が前記基準値を上回るまたは下回る部分の面積を算出することを特徴とする請求項5乃至7のいずれか1項に記載のモータ制御装置。
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