JP5214182B2 - 物品伝達機構 - Google Patents

Description

本発明は、物品伝達機構に関し、より詳細には、溶融ガラスの塊を瓶に変形するＩ．Ｓ．機械における物品伝達機構に関する。

溶融ガラスのガラス瓶は、ブランク・ステーション(blank station)において「パリソン」(parison)に形成される。パリソンの表皮を冷却して、パリソンに十分な硬度を与え、反転機構(invert mechanism)によってブロー・ステーション(blow station)に転送できるようにする。ブロー・ステーションにおいて、吹込成形用金型を閉じ、パリソンを吹き込んで瓶を形成する。瓶の表皮を十分に冷却して、取り出し機構によってデッド板（口板）まで転送できるようにする。デッド板において、瓶を更に冷やし、次いで押出機（プッシュ機構）によってコンベア上に押し出す。これらの変位の各々は、非常に製造が難しいセグメントを有する場合があり、非常に小さなばらつきでも非常に重要な場合もある。

例えば、Ｉ．Ｓ．機械上において毎分６００本よりも多くの瓶を製造しているとき、瓶を落とすことなく、コンベア上への瓶配置を調整するのは非常に難しい。瓶はデッド板上に降ろされ、ここで短期間冷やされ、次いで約９０度の角度だけ回転して押出機構（プッシュ機）によって移動中のコンベア上に押し出される。押出機構は、フィンガ・アセンブリを有し、デッド板上にある瓶毎にポケットを規定する。フィンガ・アセンブリは、瓶が降ろされる前に、デッド板上に配置される。１対のサーボ・モータが、規定されたカムプロファイルにしたがって押出機構を変位させ、種々のボトル及び機械速度を扱うために、多数のカムがメモリに格納されている。このような変位を変化させるためには、カムプロファイルを変える。これらの機構の速度が高まると、瓶を変位させる際に、瓶の制御に伴う困難が増大する。押出機構の変位の最も難しいセグメントの１つは、瓶をコンベア上に変位すなわち移動させること、そして瓶が一旦コンベア上に適正に位置付けられたなら直ちに押出機構をコンベアから変位すなわち移動させることである。

したがって、本発明の目的は、変位プロファイルにおいて、操作者が非常に正確な変更を行うことを可能にする、変位機構用制御装置を提供することである。
本発明のその他の目的及び利点は、本明細書の以下に続く部分、及び本発明の原理を組み込んだ、現時点における好適な実施形態を、特許法の定めにしたがって例示した添付図面から明白となるであろう。

上記下目的を達成するために、本発明は、物品伝達機構であって、
少なくとも１つのサーボ動作部材と、
カムプロファイルに応じて前記サーボ動作部材を動作させる第１サーボ・モータであって、前記カムプロファイルは、ベジエ曲線セグメント入力によってそれぞれが規定される複数の連続ベジエ曲線セグメントを有している、第１サーボ・モータと、
所定の範囲を有する少なくとも１つの性能変数を入力する操作者データ入力デバイスと、
前記性能変数を受け取り、受け取った性能変数に対して、ベジエ曲線セグメント入力を決定するマッピング・デバイスと、
前記ベジエ曲線セグメント入力を受け取り、該ベジエ曲線セグメントに対する中間セグメント点を計算するセグメント発生部と、
を備えていることを特徴とする物品伝達機構を提供する。

図１に、押出機構（ＰＭ）１０を模式的に示す。押出機構１０は、第１サーボ・モータ（ＳＭ１）１６によって第１軸１４を中心に回転可能な押出機構ハウジング即ちアーム１２と、押出機構ハウジングによって担持され第２サーボ・モータ（ＳＭ２）２２によって第２軸２０を中心に回転可能なフィンガ・アセンブリ即ちフィンガ１８とを含む。モータ１６、２２はそれぞれ、格納されているカムを介して、しかるべき運動（モーション）コントローラ２４によって制御され、カムの動作特性は、手持ち端末（ＨＨＴ）２６（すなわち、ユーザ・コンソール）によって入力される操作者入力によって変更することができる。このような機構の詳細は、２００６年２月１０日に出願された係属中の米国特許出願第１１／３５１，５５６号に詳細に記載されている。

フィンガ・アセンブリの全体的な運動は、アーム及びフィンガの角度位置を、それぞれカムによって与えられる時間の関数Φ(t)及びθ(t)として指定することによって、規定される。図２は、このような関数を説明するための図である（ただし、時間ｔを省略してΦ及びθのみを示している）。また、図３は、典型的なフィンガ・カムの関数Φ(t)及びアーム・カムの関数θ（ｔ）を示めしている。
ベジエ曲線は、個々のカム・セグメントを表すために用いられている。図４は、ベジエ曲線を用いたカム・セグメントの典型的な表現を示す。ベジエ・セグメントは、２つの終点（エンドポイント）Ｐ１及びＰ２並びに２つの制御点Ｃ１及びＣ２の位置（座標）によって規定される。曲線のセグメントは、以下の式によって与えられる。

ここで、０≦Ｚ≦１である。

この式では、Ｐ、Ｐ１、Ｃ１、Ｃ２、及びＰ２は、２つのベクトルの長さを表すことができ、その第１成分は時間（横軸）、第２成分はカム位置である。固定終点に対して、Ｐ１及びＰ２を接続する曲線Ｃの形状は、制御点Ｃ１及びＣ２の位置を変えることによって変更することができる。その結果得られる曲線は、常に終点Ｐ１において線Ｐ１−Ｃ１に対して正接し、終点Ｐ２において線Ｐ２−Ｃ２に対して正接する。線Ｐ１−Ｃ１の長さが増大するに連れて、曲線は、その初期傾斜を、長くなったＰ１−Ｃ１線に「固着」し続ける傾向がある。同様に、Ｐ２−Ｃ２の長さが増大するに連れて、曲線はより早く線Ｐ２−Ｃ２に対してほぼ正接となり、より早くＰ２−Ｃ２線に「固着」する。押出機構についてベジエ曲線セグメントを規定するには、終点Ｐ１及びＰ２、これら終点でのカムの傾斜Ｍ１及びＭ２、並びに、線Ｐ１−Ｃ１及びＰ２−Ｃ２の長さＬ１、Ｌ２を指定する。制御点Ｃ１及びＣ２の座標は、以下の式を用いて計算することができる。

Ｃ１及びＣ２の位置は、図４に示すように終点Ｐ１及びＰ２が角となる矩形２８の内側に制限される。これにより、ベジエ・セグメントが単調関数で表される。制御点は、終点Ｐ１及びＰ２によって規定される矩形の内側にあるので、指定する長さＬ１及びＬ２は、０〜１の範囲に正規化され、最大長１の場合、制御点は許容矩形の境界に位置する。これら正規化制御点の距離値を、ベジエ係数と呼び、アルファ１（α_１）及びアルファ２（α_２）と示すことにする。カム全体は、多数のベジエ曲線によって規定される。カム全体の各セグメントについて、終点Ｐ１及びＰ２、傾斜Ｍ１及びＭ２、並びにベジエ係数α_１及びα_２を指定しなければならない。ｉ番目のセグメントの位置値Ｐ１（ｉ）は、直前のセグメントの終点の位置値Ｐ２（ｉ−１）に等しく、ｉ番目のセグメントのＭ１（ｉ）は直前のセグメントの傾斜Ｍ２（ｉ−１）に等しい。Ｎ個のセグメントで構成されるカム全体について、Ｎ＋１個の位置値、Ｎ＋１個の傾斜値、及び２Ｎ個（各セグメントの双方の終点）のベジエ係数を指定する。

図５は、ベジエ・セグメントの必須中間点を規定するためのセグメント発生部２９の論理図を示す。必要なベジエ入力は、Ｐ１、Ｐ２、α_１、α_２、Ｍ１、Ｍ２である。Ｐ１、Ｐ２、Ｍ１、Ｍ２は、ブロック３０において、ボックス内に維持するための距離Ｃ１−Ｐ１及びＣ２−Ｐ２の最大許容長を計算するために供給され、α_１、α_２はブロック３１において距離Ｃ１−Ｐ１、Ｃ２−Ｐ２の実際の長さを計算するために供給される。これら実際の長さＬ１、Ｌ２は、ブロック３２において制御点Ｃ１、Ｃ２を規定する制御点を計算するために、Ｐ１、Ｐ２、Ｍ１、Ｍ２と共に供給される（ブロック３２）。これらの制御点は、ブロック３４においてセグメントを規定するためのベジエ式を用いて中間セグメント点を計算するために、所望数の中間設定点（操作者が入力することができる）と共に供給される。このプロセスは、ベジエ・セグメント毎に、ベジエ曲線セグメントに沿って、セグメント点（終点及び計算した中間点、即ち、時間値及び位置値の対−ｔ_１（ｘ_１）、 ．．．、ｔ_ｎ（ｘ_ｎ））を出力する。

個々の点（時間値及び位置値の対）は、０及び１の範囲の値を取る引数(argument)ｚの一連の値について、１の式を評価することによって得られる。一般に、ｚを均一の間隔で増分しても、式１によって戻される一連の時間値は、均一な間隔とはならない。典型的な制御ソフトウェアは、カムに沿った点が均一な間隔で配置されることを要求するので、これは問題となる。これを解決するために、最初に、式１を用いて、カム全体の各セグメントに沿って点を計算する。次いで、個々のセグメントについて点を繋ぎ合わせて、カムを表す時間値、位置値の表全体を形成する。最後に、時間値及び位置値の対を、等しい時間刻み幅で補間する。この目的のために三次元スプライン補間を用いている。これには、補間曲線の二次導関数を連続にしつつ、元の連続性（連続位置及び速度）を保存するという利点がある。

アーム・カム及びフィンガ・カムを各々、多数のベジエ・セグメントに分解する。アーム・カムは、瓶取り上げ位置から静止位置（ボトル降下地点よりも前の位置）までのアームの変位を制御し、以下のような６つのベジエ・セグメントに分解される。
アーム・セグメント１：アーム角度は一定のままである。
アーム・セグメント２：アームは逆方向に回転する（アーム角度減少）。
アーム・セグメント３：アームは前方にゆっくりと回転し、コンテナを、デッド板を横切って移動させる。
アーム・セグメント４：アームは前方に加速し、コンテナをベルト速度まで高める。
アーム・セグメント５：アームは、フィンガが後退するに連れて減速する。
アーム・セグメント６：アーム・ジャック・ナイフが静止位置に戻る。

満足できるカムの基本的な定性特徴を維持するために、アームのセグメント毎に割り当てるベジエ・パラメータを図６に示す。
フィンガ・カムは、瓶取り上げ位置から静止位置（瓶降下遅延よりも前の位置）までのアームの変位を制御し、以下のような３つのベジエ・セグメントに分解される。
フィンガ・セグメント１：フィンガがコンテナを拾い上げ、初期回転を完了する。
フィンガ・セグメント２：フィンガは、コンテナがベルト上に押し出されるに連れて加速する。
フィンガ・セグメント３：フィンガ・ジャックナイフが静止位置に戻る。
アームのセグメント毎のベジエ・パラメータは、図７に示すように割り当てることができる。

操作者が押上機構の動作を観察しているとき、構造関連変数を観察する。図８に示すように、プッシュ機構において観察することができる変数の一部は次の通りである。
１．アーム後退速度（Ｓ^１からＳ^２まで）、即ち、瓶をコンベアに放出した後に押上アームが後退する速度。
２．リリース（放出）時、即ち、瓶が所望の直線内にあるはずのときのフィンガ角度（β_１からβ_２まで）。
３．瓶捕獲時間の割合（％１から％２まで）、即ち、デッド板時間を増加するために短縮することができる押出時間。
４．押出時間（ＰＴ_１からＰＴ_２まで）、即ち、瓶がリリース時においてコンベア速度で移動している時間。
５．ジャック・ナイフ時間（％１から％２まで）、即ち、「後退」からデッド板までの時間。
６．ベルト前進係数（傾斜１から傾斜２まで）
観察を通じて、これらの変数が変化するとよい所望の範囲を規定することができる。

これらの入力は、マッピング・デバイス５８（図８）に供給される。操作者からの入力が変換器６６によって受け取られると、変換器６６はこれらの操作者入力を、既定のマッピング（その規定範囲全体における各性能関連入力）を用いて、ベジエ入力Ｐ１、Ｐ２、Ｍ１、Ｍ２、α_１、α_２に変換する。これらを処理して、新たな制御点及び終点を計算する。

ベジエ係数及びアーム後退速度をベジエ・セグメントにおいてリンクすることが有益であることは分かっている。したがって、アーム後退速度を変化させているとき（ブロック６０）、ベジエ係数とアーム後退速度との間においてリンクが望まれる。マッピング・デバイス５８は、速度に合わせて、係数α_１、α_２を等しくし、計算に入れる（ブロック６４）（これらの係数を対毎に速度の関数として変化させつつ、これらの係数を等しく維持する）。例えば、アーム後退速度が２０から８０に移る際、ベジエ係数α_１、α_２を等しく維持し、速度が変化するに連れて、同じ割合でこれらの範囲（０．２から０．８）内で変化する。例えば、速度を３０に変更した場合、両係数を０．３に変更する。

また、リンクは、カムとカムの間においても望ましい。例えば、フィンガ・カムの運動を、アーム・カムの運動に結合し、これらが、その曲線の一方の形状が変化するに連れて、調和して移動し続けるようにすることができる。共に結び付けられているパラメータを図９に示す。

図１０に示すように、結合する２つのカムのことを、以後、独立及び従属カムと呼ぶ。例えば、独立カムが値Ｘ１に達するときに、従属カムの終点Ｐ２が値Ｘ２を有するという要件を当てはめることが望ましい場合、これは、図８に示し、かつ以下のステップを実行することにより遂行することができる。
１．独立及び従属カム（それぞれの）一致位置値ｘ１及びｘ２を指定する（ブロック４０）。
２．ｘ１を含む独立カム区間について中間時間値及び位置値を計算する（ブロック４２）。
３．独立カム・データに対して逆テーブル参照を用いて、位置ｘ１に伴う時間値ｔ１を補間する（ブロック４４）。
４．値ｔ２＝ｔ１、及びｘ２を、従属カムの終点Ｐ２の時間及び位置にそれぞれ指定する（ブロック４６）。
５．結合位置値の残りの対全てについて、ステップ１から４を繰り返す（ブロック４８）。
６．通常の方法では以上のステップにおいて未だ計算されていない残りのセグメント全てについて、独立カムの中間値を計算する（ブロック５０）。
７．従属カムの全てのセグメントの中間値を計算する（ブロック５２）。
このような構造は、セグメント発生部２９のベジエ式を用いた中間セグメント点の計算（図５のブロック３４）の中に含ませることができると便利である。

以上二軸機構を好適な実施形態として開示したが、本技術は、Ｉ．Ｓ．機械の逆転機構又は取り出し機構のような、一軸又は二軸機構とでも用いることができる。

Ｉ．Ｓ．機械において形成された瓶を、デッド板から９０度の角度だけ回転させて、移動中のコンベアに押し出す押出機構を示す模式図である。 ２本の運動軸を有する従来技術の押出機構を示す模式図である。 図２に示した２つの運動のための代表的なカムを２つ示す図である。 ベジエ曲線を示す図である。 ベジエ入力をベジエ制御点に変換し、次いで中間セグメント点に変換する様子を示す論理図である。 本発明の教示による押出機アーム移動の６つのカム・セグメントに対するベジエ・パラメータを示す表の図である。 本発明の教示による押出機のフィンガ移動の３つのカム・セグメントに対するベジエ・パラメータを示す表の図である。 操作者の入力のベジエ入力への変換を示す論理図である。 結合されたフィンガ・カムの運動及びアーム・カムの運動の結合を示す表の図である。 アーム及びフィンガ・パラメータのリンクを示す論理図である。

符号の説明

１０ 押出機構
１２ 押出機機構の筐体
１４ 第１軸
１６ 第１サーボ・モータ
１８ フィンガ・アセンブリ
２０ 第２軸
２２ 第２サーボ・モータ
２４ 運動コントローラ
２６ 手持ち端末

Claims (14)

1. Ｉ．Ｓ．機械において形成された瓶を、９０度の角度を経てデッド板から移動コンベア上に押し出すための押出機構であって、
   第１サーボ動作部材及び第２サーボ動作部材と、
   第１カムプロファイルに応じて前記第１サーボ動作部材を動作させる第１サーボ・モータであって、前記第１カムプロファイルは、ベジエ曲線セグメント入力によってそれぞれが規定される複数の連続ベジエ曲線セグメントを有している、第１サーボ・モータと、
   第２カムプロファイルに応じて前記第２サーボ動作部材を動作させる第２サーボ・モータであって、前記第２カムプロファイルは、ベジエ曲線セグメント入力によってそれぞれが規定される複数の連続ベジエ曲線セグメントを有している、第２サーボ・モータと、
   所定の範囲を有する少なくとも１つの性能変数であって、物理的に観測可能な構造に関する性能変数を入力する操作者データ入力デバイスと、
   前記性能変数を受け取り、受け取った性能変数に対して、ベジエ曲線セグメント入力を決定するマッピング・デバイスと、
   前記ベジエ曲線セグメント入力を受け取り、前記ベジエ曲線セグメントの少なくとも１つに対する中間セグメント点を計算するセグメント発生部と
   を備えていることを特徴とする押出機構。
2. 請求項１記載の押出機構において、
   前記ベジエ曲線セグメント入力は、セグメントの終点及び制御点、並びに該セグメントに対する一対のベジエ係数を含み、
   前記マッピング・デバイスは更に、前記性能変数の変化の関数として、前記一対のベジエ係数の両者を同一量だけ変更する手段を備えている
   ことを特徴とする押出機構。
3. 請求項１記載の押出機構において、ベジエ曲線セグメントは、２つの終点（端点）を含むベジエ曲線セグメント入力によって規定され、前記セグメント発生部は、前記ベジエ曲線セグメントを、前記２つの終点により規定される矩形内に制限する手段を含むことを特徴とする押出機構。
4. 請求項１記載の押出機構において、前記セグメント発生部は、前記第１及び第２カムプロファイルの一方に対するベジエ曲線セグメントの１つのパラメータを、前記第１及び第２カムプロファイルの他方に対するベジエ・セグメントのパラメータとリンクする手段を含むことを特徴とする押出機構。
5. 請求項１記載の押出機構において、該機構は、第１軸を中心に回転可能なアーム部材と、該第１軸から離間している第２軸を中心に回転可能であり前記アーム部材によって支持されているフィンガ部材とを含み、前記第１サーボ動作部材は、前記プッシュ機構のアームであることを特徴とする押出機構。
6. 請求項５記載の押出機構において、前記第２サーボ動作部材は、前記フィンガ部材を備えていることを特徴とする押出機構。
7. Ｉ．Ｓ．機械において形成された瓶を、９０度の角度を経てデッド板から移動コンベア上に押し出すための押出機構であって、
   軸を中心に回転可能なフィンガ部材と、
   第１カムプロファイルに応じて前記フィンガ部材を回転させる第１サーボ・モータであって、前記第１カムプロファイルは、ベジエ曲線セグメント入力によってそれぞれ規定される複数の連続ベジエ曲線セグメントを有している、第１サーボ・モータと、
   第２軸を中心に回転可能であり、前記フィンガ部材を支持するアーム部材と、
   第２カムプロファイルに応じて前記アーム・部材を回転させる第２サーボ・モータであって、前記第２カムプロファイルは、ベジエ曲線セグメント入力によってそれぞれ規定される複数の連続ベジエ曲線セグメントを有している、第２サーボ・モータと、
   所定の範囲を有する少なくとも１つの性能変数であって、物理的に観測可能な構造に関する性能変数を入力する操作者データ入力デバイスと、
   前記入力された性能変数を受け取り、受け取った性能変数に対して、ベジエ曲線セグメント入力を決定するマッピング・デバイスと、
   前記ベジエ曲線セグメント入力を受け取り、前記第１及び第２カムプロファイルのベジエ曲線セグメントに対して、それぞれの中間セグメント点を計算するセグメント発生部と、
   を備えていることを特徴とする押出機構。
8. 請求項７記載の押出機構において、前記ベジエ曲線セグメントの各々は、終点（Ｐ１、Ｐ２）、傾斜（Ｍ１、Ｍ２）、及び一対のベジエ係数（α₁、α₂）からなるベジエ曲線セグメントによって規定されることを特徴とする押出機構。
9. 請求項７記載の押出機構において、ベジエ曲線セグメントは、終点（Ｐ１、Ｐ２）を含むベジエ曲線セグメント入力によって規定され、前記セグメント発生部は、ベジエ曲線セグメントを、終点（Ｐ１、Ｐ２）によって規定される矩形に制限する手段を含むことを特徴とする押出機構。
10. 請求項８記載の押出機構において、前記マッピング・デバイスは更に、前記性能変数の変化に応答して、前記一対のベジエ係数の両者を同一量だけ変更する手段を備えていることを特徴とする押出機構。
11. 請求項７記載の押出機構において、前記セグメント発生部は、前記カムプロファイルの１つに対するベジエ・セグメントの１つのパラメータを、前記カムプロファイルの他の１つに対するベジエ・セグメントのパラメータとリンクする手段を含むことを特徴とする押出機構。
12. 押出機構を用いて、Ｉ．Ｓ．機械において形成された瓶を、９０度の角度を経てデッド板から移動コンベア上に押し出して搬送する方法であって、前記押出機構は、第１軸の回りに前記押出機構の筐体を回転させる第１サーボ・モータと、該第１軸から離間した第２軸の回りにフィンガ・アセンブリを回転させる第２サーボ・モータと、前記第１及び第２サーボ・モータを制御するコントローラとを備えており、該搬送方法は、
    複数の操作者入力であって、物理的に観測可能な構造に関する性能変数である操作者入力を選択するステップと、
    選択された操作者入力に基づいて、複数の連続ベジエ曲線セグメントを決定するステップと、
    前記コントローラにより、決定されたベジエ曲線セグメントにより規定される複数のカムプロファイルに基づいて、前記第１及び第２サーボ・モータを制御することにより、前記瓶を前記デッド板から前記コンベアに搬送するステップと
    を含むことを特徴とする搬送方法。
13. 請求項１２記載の搬送方法において、該方法はさらに、前記フィンガ・アセンブリと前記筐体との動きを連動させて、前記フィンガ・アセンブリと前記筐体を同調運動するステップを含み、前記フィンガ・アセンブリ及び前記筐体の一方のカムプロファイルが他方のカムプロファイルに従属するようにしたことを特徴とする搬送方法。
14. 請求項１２記載の搬送方法において、前記コントローラは、前記ベジエ曲線セグメントを、前記第１及び第２サーボ・モータの少なくとも一方の速度にリンクし、該速度に基づいてベジエ曲線セグメントを変更するよう構成されていることを特徴とする搬送方法。

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