JP5951320B2 - ノズルを備える容器搬送装置、充填設備、およびノズルの異常検出方法 - Google Patents
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Description
容器の殺菌、洗浄は、ラインを構成するロータリー殺菌装置やロータリー洗浄装置に供給される容器の口にノズルを向けて、ノズルから殺菌液や洗浄液を噴射することによって行われる。
特許文献1に示されたロータリー殺菌装置は、円周上に容器を一定ピッチで保持する回転体と、この回転体に同期して移動し、容器内に殺菌液を噴射する複数のノズルとを備えている。ロータリー洗浄装置も同様に構成されている。
このため、特許文献1では、ノズルの噴射圧力を計測する圧力センサを設置し、噴射圧力が異常なノズルに対応する容器を特定し、容器の送り数をカウントして、該当する容器は充填、キャッピングを止め、ラインの後段において除去するようにしている。ここで、圧力センサによる噴射圧力の計測値は、ローパスフィルタを介してパルス信号に変換される。そして、ノズルの噴射圧力が正常であれば連続するはずのパルス信号が欠けたとき、ノズルの噴射圧力が異常と判定される。
特許文献1では、圧力センサおよび架台の自然振動数をノズルの移動周期である900ノズル/分(15Hz)よりも大きくなるようにしておき、ローパスフィルタを用いて計測値からノイズを除去している。しかし、装置の構造によっては、あるいはノズルの移動周期によっては、圧力センサおよび架台の自然振動数とノズル回転周期とを十分に離すことが難しいので、ローパスフィルタを用いてもノイズを十分に除去できないおそれがある。
そうすると、正常時と比べて50%程度にまで噴射圧力が低下した場合は異常を検出できても、噴射圧力の低下が例えば20%程度に留まる場合には、図15に示すように、正常なノズルの噴射圧力と異常なノズルの噴射圧力との差がノイズによって埋没してしまうために、異常の検出が行えない。
そして、本発明は、ノズル噴射状態検出手段が、計測値を移動平均処理する移動平均処理部と、移動平均処理部による処理結果に基づいて、ノズルの噴射圧力が正常か異常かを判定する判定部と、を有し、圧力計測手段は、ノズルが有する複数のノズル孔からの流体の噴射圧力を計測し、判定部は、ノズル孔毎に、計測値の移動平均処理結果におけるピーク値と、予め取得される噴射圧力の正常ピーク値とを比較することにより判定を行うことを特徴とする。
本発明において、圧力計測手段は、ゲージ抵抗が形成された受圧ダイアフラムを有し、受圧ダイアフラムが撓むことでゲージ抵抗に生じる電気抵抗率の変化に基づいてノズルからの流体の噴射圧力を計測することが好ましい。
ここで、移動平均処理は、その計算に高い処理能力が要求されず、圧力計測手段による計測に遅滞なく行われるので、容器搬送装置が備える全ノズルを対象に、リアルタイムでノズル異常検出を実施できる。このため、異常の生じたノズルを即検知し、そのノズルにより噴射された容器を即特定できるので、歩留まりが良くなる。
このように複数のノズル孔からの噴射圧力に基づいてノズル異常を検出すれば、計測のバラツキによる影響が少なく、ノズルの異常検出を安定して行うことができる。
そして、本発明は、ノズル噴射状態検出手段が、計測値を積分化処理する積分化処理部と、積分化処理部による処理結果を回転体の回転速度に基づいて補正する補正処理部と、補正処理部により得られる特性値に基づいて、ノズルの噴射圧力が正常か異常かを判定する判定部と、を有することを特徴とする。
その上、補正処理部による積分値の補正処理により、回転速度に依存しない特性値を得ることができる利点を有する。回転速度に依存しないので、回転速度を制御パラメータに設定する手間が掛からない。
したがって、本発明は、このような殺菌装置および洗浄装置と、容器に内容物を充填する充填装置と、各容器搬送装置のノズル噴射状態検出手段が実装される制御装置と、を備える充填設備を提供する。
第1のノズルの異常検出方法は、圧力計測手段によりノズルからの流体の噴射圧力を計測する圧力計測ステップと、圧力計測ステップにより得られる計測値を移動平均処理する移動平均処理ステップと、移動平均処理ステップによる処理結果に基づいて、ノズルの噴射圧力が正常か異常かを判定する判定ステップと、を備え、圧力計測ステップでは、ノズルが有する複数のノズル孔からの流体の噴射圧力を計測し、判定ステップでは、ノズル孔毎に、計測値の移動平均処理結果におけるピーク値と、予め取得される噴射圧力の正常ピーク値とを比較することにより判定を行うことを特徴とする。
このように、移動平均処理によってノイズが除去された計測値を積分化処理することにより、ノイズの影響がより少ない特性値が得られるので、それに基づいてノズルの異常検出を安定して行うことができる。
〔第1実施形態〕
図1に示す充填設備1は、供給されるボトル18(図2)を搬送しながらボトル18内を殺菌、洗浄した後、ボトル18内に飲料水を充填する。
充填設備1は、ボトル18内を殺菌する第1ロータリー殺菌装置11および第2ロータリー殺菌装置12と、ボトル18内を洗浄するロータリー洗浄装置13と、ボトル18内に飲料水を充填するロータリー充填装置14と、ボトル18の口を封止するキャッパ装置15と、不良ボトルを除去するボトル振分装置16と、これら装置11〜16を収容するクリーンチャンバ17と、各装置11〜16の動作を制御する制御装置40(図4)とを備えている。
クリーンチャンバ17の内部は正圧に維持される。
充填設備1の最前段Ftには、空のボトル18が供給される。また、充填設備1の最後段Bkでは、正常に充填が済んだボトル18がボトル振分装置16を通過して次の設備へと送り出される一方、不良が生じたボトル18がスターホイール161に移送されて除去される。
ノズル20は、4つのノズル孔21を有しており、ノズル20の移動軌跡付近に2つのノズル孔21が位置する。そのうち、ノズル20の移動方向前方側に位置するものを前方ノズル孔211と称し、ノズル20の移動方向後方に位置するものを後方ノズル孔212と称する。
制御装置40は、充填設備1の各スターホイールの駆動制御を行う駆動制御部41と、飲料水の充填を制御する充填制御部42と、殺菌液および洗浄液の給液を制御する給液制御部43と、制御に必要なデータを記憶する記憶部44と、圧力センサ30から送られる計測値に基づいて、ノズル20の噴射状態を検出するノズル噴射状態検出手段45と、ノズル噴射状態検出手段45の検出結果およびカウンタ38から送られるノズル番号に基づいて不良ノズルを特定した上で、不良処理する不良ボトル処理部46とを備えている。
また、制御装置40には、充填設備1の運転状態や、異常が検出されたノズル番号等を表示する図示しない表示装置が接続されている。
ノズル噴射状態検出手段45は、圧力センサ30による計測値を移動平均処理する移動平均処理部451と、移動平均処理部451による処理結果に基づいて、ノズル20の噴射圧力が正常か異常かを判定する判定部452とを有している。
図5は、圧力センサ30による計測値からサンプリング周期を変えて切り出した20周期分のデータに対して移動平均処理を施した処理結果を示している。
ノズル20の噴射毎に現れる2つのピークP1,P2は、圧力センサ30の受圧ダイヤフラム35に噴射流を直接及ぼす前方ノズル孔211および後方ノズル孔212からの噴射圧力を示している。
ここでは、給液圧力が260kPa、各ノズル20からの平均噴射流量が2.5l/min、スターホイールの回転速度が46rpmとなる動作条件とされている。
圧力センサ30によって計測されるノズル20の噴射時間は約0.2s(秒)であり、これはスターホイールの回転速度によって変わる。スターホイールの回転速度は、充填設備1の能力によって決まる。本実施形態では、スターホイールの回転速度のことをボトル18の処理速度であるBPM(Bottle Per Minute)で表す。上記の回転速度46rpmは600BPMに相当する。
以上を踏まえて、本実施形態の移動平均処理部451は、サンプリング周期1msとし平均個数20の計測データに対して移動平均処理を行う。この処理により、図6に示すように、給液圧力に対して、回転速度毎に線形の噴射特性が得られる。なお、図6に示す噴射圧力は、正常な1番のノズル20の前方ノズル孔211および後方ノズル孔212の各々からの噴射圧力のピーク(P1,P2)の合成値を示している。
また、移動平均処理に用いる計測データの個数は10〜20位が好ましい。
ノズル20の異常を検出する準備として、第1ロータリー殺菌装置11、第2ロータリー殺菌装置12,およびロータリー洗浄装置13をそれぞれ動作させ、正常なノズル20の噴射圧力のピーク値(正常ピーク値)を取得しておく。
正常ピーク値は、個体差を考慮してノズル20毎に、圧力センサ30による計測値に対して移動平均処理部451により移動平均処理を行ってノイズを除去した上で求められる。計測値のバラツキを考慮すると、各装置のスターホイールを何周かさせて、各ノズル20の噴射圧力を複数回ずつ計測し、計測値の移動平均処理結果に基づくノズル20毎のピーク平均値を正常ピーク値とすることが好ましい。この正常ピーク値は、前方ノズル孔211と、後方ノズル孔21Bとについてそれぞれ求められる。
充填設備1の最前段Ftの転送スターホイール19Aに順次供給されるボトル18は、充填設備1の各装置11〜16によって最後段Bkまで搬送されるまでの間、第1ロータリー殺菌装置11および第2ロータリー殺菌装置12によって殺菌されるとともに、ロータリー洗浄装置13によって洗浄される。そして、ロータリー充填装置14およびキャッパ装置15によって充填、封止を終えたボトル18は、次の設備に送り出される。
圧力センサ30は、スターホイールの回転に伴って対向するノズル20からの噴射圧力を計測する(圧力計測ステップS1)
そして、判定部452は、移動平均処理結果から、前方ノズル孔211、後方ノズル孔212の双方について噴射圧力のピーク値(計測ピーク値)を検出し(ピーク検出ステップS3)、いずれかの計測ピーク値が正常ピーク値から許容範囲を逸脱して低いときに異常と判定する(判定ステップS4)。その許容範囲は、ここでは、前方ノズル孔211、後方ノズル孔212共に、正常ピーク値から0.5kPaの範囲に設定するものとする。
2番のノズル20も1番のノズル20と同様に正常と判定される。
しかし、3番のノズル20は、前方ノズル孔211の計測ピーク値b1が3.0、後方ノズル孔212の計測ピーク値b2が2.7であり、正常ピーク値との差Pa1、Pa2がいずれも0.5以上となって許容範囲から逸脱するので、異常と判定される。
また、4番のノズル20も、前方ノズル孔211の計測ピーク値b1が3.3、後方ノズル孔212の計測ピーク値b2が2.9であり、正常ピーク値との差Pa1、Pa2のうち一方のPa2が許容範囲から逸脱するために、異常と判定される。
また、上記では、判定部452が正常ピーク値と計測ピーク値との差Pa1およびPa2を求め、それらが正常ピーク値から許容範囲(0.5kPa)内にあるかどうかで正常異常を判定していたが、事前準備において正常ピーク値から許容範囲0.5kPaを引いた値を閾値として設定しておき、計測ピーク値が閾値以下となるかどうかで正常異常を判定することもできる。
ノズル20の噴射異常が検出されると、不良ボトル処理部46は、カウンタ38が示す番号に基づいて、その異常ノズル20により殺菌処理あるいは洗浄処理されたボトル18を特定し、そのボトル18の以降の処理を中断する。そして、ボトル振分装置16はそのボトル18をラインから除去する。
本実施形態で用いる移動平均処理は、第1ロータリー殺菌装置11,第2ロータリー殺菌装置12、およびロータリー洗浄装置13の各々が備える全ノズル20を対象に、リアルタイムで実施されるので、異常の生じたノズル20を即検知し、殺菌不良、洗浄不良のボトル18を即特定して、不良ボトルをラインから除去できるので、歩留まりが良くなる。
また、本実施形態では、ノズル20の2つのノズル孔211,21Bの噴射圧力に基づいてノズル異常を検出するので、計測のバラツキによる影響が少なく、ノズル20の噴射異常を安定して検出することができる。
次に、第2実施形態について図10〜図12を参照して説明する。
第2実施形態は、第1実施形態のノズル噴射状態検出手段45に代えて、ノズル噴射状態検出手段47により、ノズル20の噴射異常を検出する。この点を除いて、第2実施形態に係る充填設備は、第1実施形態の充填設備1と同様に構成されている。
なお、ノズル20の噴射流の通過時間は、例えば、図8に示すピークP1の山の始点からピークP2の山の終点までの時間tpを指している。
圧力計測ステップS21および積分化処理ステップS22では、カウンタ38によって特定される該当のノズル番号のノズル20の噴射圧力を計測し、その計測値を積分化処理部471により積分化処理する。
次いで、補正処理ステップS23では、積分化処理結果を補正処理部472により、補正係数Kに基づいて上記式(4)のように補正して計測特性値を得る。計測のバラツキを考慮すると、スターホイールがm周する間に該当のノズル番号のノズル20の噴射圧力をm回計測し、その計測値を積分化処理部471、補正処理部472により処理したものの平均値を計測特性値とすることが好ましい。
なお、本実施形態では、準備段階で得られた補正係数Kを用いることにより、設備運転時には式(4)のみ計算しているが、圧力センサ30による計測の都度、ノズル20の通過時間tpを求め、それに基づいて求められた補正係数Kを用いて補正することもできる。
判定部473によって異常と判定されると、第1実施形態と同様に、不良ボトル処理部46によるボトル18の特定、処理中断、およびボトル振分装置16による不良ボトル18の除去が行われる。
以上の処理を終えたら、カウンタ38により次の番号のノズル20を特定し、そのノズル20について、上記のステップS21〜S24を行う。n番のノズル20まで処理を繰り返したら、再び1番のノズル20を対象に処理を行う。
また、上記の補正処理部472により、回転速度に依存しない特性値を得ることができる利点を有する。回転速度に依存しないので、回転速度を制御装置40に設定する手間が掛からない。
しかも、本実施形態によれば、上記のように、複数のノズル20から順次選択されるノズル20を対象に異常検出を行うので、移動平均処理と比べて処理能力を多く要する積分化処理ステップS22を行いながら、異常検出の一連のステップS21〜S24の処理時間をスターホイールが1周する間の時間内に納めることができる。そうすると、処理能力の高い制御装置を導入しなくても、同一ノズル20の複数回の計測、次のノズル20の計測に遅滞なく、タイミングを順次ずらしながら、全ノズル20の異常検出を行うことができる。
なお、本実施形態ではノズル20を1つずつ順次選択したが、まず1番および2番のノズル20を選択し、次に3番および4番のノズル20を選択するといったように、2つ以上のノズル20を順次選択してもよい。
積分化処理ステップS22では、図14に示すように、移動平均処理により平滑化された計測値の積分値(格子パターンで図示)を得る。
このように、移動平均処理によりノイズが除去された計測値を積分化処理することにより、ノイズの影響がより少ない特性値が得られるので、ノズルの噴射異常を安定して検出することができる。
11 第1ロータリー殺菌装置(容器搬送装置)
12 第2ロータリー殺菌装置(容器搬送装置)
13 ロータリー洗浄装置(容器搬送装置)
14 ロータリー充填装置
18 ボトル(容器)
20 ノズル
211 前方ノズル孔
212 後方ノズル孔
30 圧力センサ(圧力計測手段)
38 カウンタ
40 制御装置
45,47 ノズル噴射状態検出手段
451 移動平均処理部
452,473 判定部
471 積分化処理部
472 補正処理部
Claims (8)
- 複数の容器を外周部に保持して回転する回転体と、
前記容器と同期して移動するとともに、前記容器内に流体を噴射する複数のノズルと、
前記回転体の外周部に対向し、前記ノズルからの流体の噴射圧力を計測する圧力計測手段と、
前記圧力計測手段による計測値に基づいて、前記ノズルの噴射状態を検出するノズル噴射状態検出手段と、を備え、
前記ノズル噴射状態検出手段は、
前記計測値を移動平均処理する移動平均処理部と、
前記移動平均処理部による処理結果に基づいて、前記ノズルの噴射圧力が正常か異常かを判定する判定部と、を有し、
前記圧力計測手段は、前記ノズルが有する複数のノズル孔からの流体の噴射圧力を計測し、
前記判定部は、前記ノズル孔毎に、前記計測値の移動平均処理結果におけるピーク値と、予め取得される噴射圧力の正常ピーク値とを比較することにより判定を行う、
ことを特徴とする容器搬送装置。 - 複数の容器を外周部に保持して回転する回転体と、
前記容器と同期して移動するとともに、前記容器内に流体を噴射する複数のノズルと、
前記回転体の外周部に対向し、前記ノズルからの流体の噴射圧力を計測する圧力計測手段と、
前記圧力計測手段による計測値に基づいて、前記ノズルの噴射状態を検出するノズル噴射状態検出手段と、を備え、
前記ノズル噴射状態検出手段は、
前記計測値を積分化処理する積分化処理部と、
前記積分化処理部による処理結果を前記回転体の回転速度に基づいて補正する補正処理部と、
前記補正処理部により得られる特性値に基づいて、前記ノズルの噴射圧力が正常か異常かを判定する判定部と、を有する、
ことを特徴とする容器搬送装置。 - 前記圧力計測手段は、ゲージ抵抗が形成された受圧ダイアフラムを有し、前記受圧ダイアフラムが撓むことで前記ゲージ抵抗に生じる電気抵抗率の変化に基づいて前記ノズルからの流体の噴射圧力を計測する、
請求項1または2に記載の容器搬送装置。 - 前記流体が前記容器の殺菌に用いられる請求項1から3のいずれか一項に記載の容器搬送装置と、
前記流体が前記容器の洗浄に用いられる請求項1から3のいずれか一項に記載の容器搬送装置と、
前記容器に内容物を充填する充填装置と、
前記各容器搬送装置の前記ノズル噴射状態検出手段が実装される制御装置と、を備える、
ことを特徴とする充填設備。 - 複数の容器を外周部に保持して回転する回転体と、
前記容器と同期して移動するとともに、前記容器内に流体を噴射する複数のノズルと、
前記回転体の外周部に対向する圧力計測手段と、を備える容器搬送装置に用いられ、
前記圧力計測手段により前記ノズルからの流体の噴射圧力を計測する圧力計測ステップと、
前記圧力計測ステップにより得られる計測値を移動平均処理する移動平均処理ステップと、
前記移動平均処理ステップによる処理結果に基づいて、前記ノズルの噴射圧力が正常か異常かを判定する判定ステップと、を備え、
前記圧力計測ステップでは、前記ノズルが有する複数のノズル孔からの流体の噴射圧力を計測し、
前記判定ステップでは、前記ノズル孔毎に、前記計測値の移動平均処理結果におけるピーク値と、予め取得される噴射圧力の正常ピーク値とを比較することにより判定を行う、
ことを特徴とするノズルの異常検出方法。 - 複数の容器を外周部に保持して回転する回転体と、
前記容器と同期して移動するとともに、前記容器内に流体を噴射する複数のノズルと、
前記回転体の外周部に対向する圧力計測手段と、を備える容器搬送装置に用いられ、
前記圧力計測手段により前記ノズルからの流体の噴射圧力を計測する圧力計測ステップと、
前記圧力計測ステップにより得られる計測値を積分化処理する積分化処理ステップと、
前記積分化処理ステップによる処理結果を前記回転体の回転速度に基づいて補正する補正処理ステップと、
前記補正処理ステップにより得られる特性値に基づいて、前記ノズルの噴射圧力が正常か異常かを判定する判定ステップと、を有する、
ことを特徴とするノズルの異常検出方法。 - 前記ノズル毎に、前記圧力計測ステップ、前記積分化処理ステップ、および前記補正処理ステップを実施して前記特性値を取得しておき、
複数の前記ノズルから順次選択される1つ以上の前記ノズルを処理対象として、前記圧力計測ステップと、前記積分化処理ステップと、前記補正処理ステップと、前記判定ステップとを実施する、
請求項6に記載のノズルの異常検出方法。 - 前記圧力計測ステップにより得られる計測値を移動平均処理する移動平均処理ステップを備え、
前記積分化処理ステップでは、前記移動平均処理ステップによって処理された前記計測値を積分化処理する、
請求項6または7に記載のノズルの異常検出方法。
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