JP6108524B2

JP6108524B2 - 計量装置

Info

Publication number: JP6108524B2
Application number: JP2013011661A
Authority: JP
Inventors: 内田　潤; 潤内田; 幸久伊藤
Original assignee: A&D Co Ltd
Current assignee: A&D Co Ltd
Priority date: 2013-01-25
Filing date: 2013-01-25
Publication date: 2017-04-05
Anticipated expiration: 2033-01-25
Also published as: JP2014142294A

Description

本発明は計量装置に係り、特にウェイトチェッカーのように回転体を原因とする振動が生じる計量装置に関する。

製品の良否を判定する装置としてウェイトチェッカーが知られている。ウェイトチェッカーは、製品を搬送するコンベア等の搬送ユニットと、その搬送ユニットに接続されたロードセル等の計量ユニットを備えており、搬送ユニットで製品を搬送しながら計量ユニットで計量を行うように構成される。

このようなウェイトチェッカーは、搬送ユニットのベルト、ローラ、ギア、モータなどの様々な振動発生源が存在しており、計量信号にノイズが含まれやすいという問題がある。計量信号にノイズが含まれると、計量値が安定するまでに時間がかかるため、正確な計量が難しい。特に近年では、製品を毎分数十ｍもの高速で搬送するため、計量値が安定する前に一瞬で搬送を終えてしまい、正確な計量ができない。

そこで特許文献１は、振動の主要因としてコンベアの回転体に着目し、その主要因に基づく誤差を取り除いている。具体的には、回転体の回転速度及び荷重検出手段への印加荷重に基づいて固有振動数を求め、さらに振幅を求めて補正用信号を生成し、これを検出信号と位相を合わせて減算することによって計量値を求めている。

特開２０１１−１２９９３

しかしながら、特許文献１は、固有振動数を得るため、被計量物がない状態且つモータを停止させた状態で計量値を予め求めたり、被計量物がない状態且つモータを稼動させた状態で計量値を予め求めたりする必要がある。したがって、特許文献１は、準備作業に多大な時間がかかるという問題がある。また、特許文献１は、作業中にゴミが付着するなどして準備作業と異なる状況になった場合、たとえばノイズの振幅が変わった場合にノイズを除去できなくなるという問題があり、著しく限定された条件でしかノイズを除去することができない。さらに特許文献１は、ノイズの信号を計量信号に対して位相を合わせる必要があり、そのためにエンコーダなどの精密な回転計測機器を用いなければ成らないという問題もあった。

本発明はこのような事情に鑑みて成されたものであり、煩わしい準備が不要であり、且つ、様々な状況に応じて適切にノイズを除去することのできる計量装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は前記目的を達成するために、モータのｋ倍の回転数の回転体を回転させることによって被搬送物を搬送する搬送ユニットと、前記搬送ユニットで搬送される被搬送物を計量して計量信号を出力する計量ユニットと、前記計量信号から前記被搬送物の計量値を演算する制御ユニットと、を備えた計量装置において、前記制御ユニットは、前記回転体の回転数をω_ｋ[rad/s]、前記計量信号の関数をｆ(ｔ)として、次式により、前記回転体に起因するノイズを除去した信号を得ることを特徴とする計量装置を提供する。

本発明の発明者は、この式によりノイズを除去できるという知見を得た。この式は、計量信号の関数と回転体の回転数だけでノイズを除去できることを意味しており、事前の準備作業（たとえば被搬送物のない状況で稼動させるなどの作業）が不要であり、また、計量作業中にノイズの振幅等が変化した場合にも対応することができる。さらに、位相を合わせる必要がなく、エンコーダ等の精密な回転計測機器が不要である。

請求項２に記載の発明は請求項１の発明において、前記回転体は前記モータであり、前記ｋが１であり、前記制御ユニットは前記モータから回転数ω _１の信号を得ることを特徴とする。本発明によれば、ノイズの基本周波数となるモータの回転数によってノイズを除去するので、モータの回転を起因とするノイズを確実に除去することができる。

本発明によれば、計量信号の関数と回転体の回転数だけでノイズを除去するようにしたので、事前の準備作業が不要になるとともに、計量作業中の状況の変化にも対応することができ、さらに位相を合わせる必要がなくなる。したがって、本発明によれば、様々な状況に応じてノイズを確実且つ迅速に除去することができる。

本発明が適用された計量装置を示す概略構成図制御ユニットの内部構成を模式的に示すブロック図本発明の効果を示す図

添付図面に従って本発明に係る計量装置の好ましい実施形態について説明する。図１は本発明が適用されたウェイトチェッカーの構成を模式的に示している。同図に示すウェイトチェッカーは、上流側のコンベア１４から受け渡された被計量物１２を搬送して下流側のコンベア１６に受け渡すとともに、その搬送中に被計量物１２の計量を行う装置であり、主として搬送ユニット２０、計量ユニット３０、制御ユニット４０で構成される。

搬送ユニット２０は、駆動ローラ２２Ａ、従動ローラ２２Ｂ、ベルト２２Ｃから成るコンベア２２を備えており、駆動ローラ２２Ａはギア２４を介してモータ２６に接続されている。したがって、モータ２６を駆動することによって、ギア２４を介して駆動ローラ２２Ａが回転し、無端状のベルト２２Ｃが周回する。これにより、ベルト２２Ｃ上の被計量物１２を上流側から下流側へ搬送することができる。モータ２６は後述の制御ユニット４０に接続されており、モータ２６の回転数を示す回転数信号が制御ユニット４０に出力される。なお、図１ではギア２４やモータ２６をベルト２２Ｃの内側に配置したが、これに限定するものではなく、ベルト２２Ｃの外側でもよい。また、本実施の形態では、下流側のローラを駆動ローラ２２Ａとしたが、上流側のローラを駆動ローラ２２Ａとしてもよい。さらに本実施の形態では駆動力の伝達機構として１個のギア２４を用いたが、ギア２４の数は複数であってもよいし、ギア２４を用いない態様や、ギア２４の代わりにタイミングベルトを用いる態様も可能である。

搬送ユニット２０の構成部品は不図示の筐体に支持されており、筐体は計量ユニット３０に連結されている。計量ユニット３０は、被計量物１２を計量して信号を出力する構成であればよく、たとえばロードセルが用いられる。ロードセルは、ロバーバル構造の起歪体３２を備えており、眼鏡状の貫通孔を有している。起歪体３２の一方の端部には搬送ユニット２０の筐体が接続され、他方の端部は装置本体３４に固定される。起歪体３２の変形部分には不図示の歪ゲージが貼り付けられており、この歪ゲージが接続されてブリッジ回路が形成される。したがって、搬送ユニット２０上に被計量物１２が載置されると、被計量物１２の重量に応じて起歪体３２が変形し、その変形量に応じた計量信号が出力される。

計量ユニット３０の歪ゲージは制御ユニット４０に接続されており、この制御ユニット４０に、計量ユニット３０からの計量信号と、前述の搬送ユニット２０からの回転数信号が連続的に入力される。制御ユニット４０は各種の演算処理を行う装置であり、モニタなどの表示部３６と、操作ボタンなどの入力部３８を備えている。

図２は、制御ユニット４０の構成を模式的に示しており、主に演算処理の流れを示している。制御ユニット４０に入力された計量信号ｆ(ｔ)は、まずＡＤ変換器５０によってデジタル信号に変換され、次いで増幅部（アンプ）５２によって増幅処理される。増幅処理された計量信号ｆ(ｔ)に可変フィルタ部６２と計量値演算部６４に入力される。一方、制御ユニット４０に入力された回転数信号ω_ｋは、ＡＤ変換器５４によってデジタル信号に変換された後、可変フィルタ部６２に入力される。

可変フィルタ部６２は、回転数信号ω_ｋに応じて計量信号ｆ(ｔ)からノイズを抽出するようになっており、具体的には、次式によってノイズを抽出する。

抽出されたノイズの信号は計量値演算部６４に出力される。計量値演算部６４は、そのノイズ信号を元の計量信号ｆ(ｔ)から除算することによって、ノイズを取り除いた計量信号を生成する。すなわち、数１で示した式により、計量信号からノイズが除去される。ノイズが除去された計量信号によって重量値が求められ、その重量値が図１の表示部３６に出力され、表示部３６に重量値が表示される。

次に可変フィルタ６２によるノイズ除去の原理について説明する。まず、周期Ｔをもつ時間の任意関数ｆ(ｔ)を考える。なお、周期Ｔをもつとは、ｆ(ｔ＋Ｔ)＝ｆ(ｔ)であることを意味する。

この関数ｆ(ｔ)は三角関数を用いて次式のようにフーリエ級数展開することができる。

ただし、ω_ｎ＝２πｎ／Ｔであり、ａ_ｎとｂ_ｎは実定数である。ここで、ｎ＝１の場合の周波数ω_１＝２π／Ｔを基本周波数と定義する。定義から分かるように基本周波数は周期の逆数（の２π倍）であり、周期が決まれば分かる値である。

ここで、記号の簡略化のために積分記号を次式のように定義する。

次にｆ(ｔ)から、ω_ｋ＝２πｋ／Ｔ（ｋは自然数、ω_ｋの単位はrad/s）の振動成分を抽出することを考える。いわゆるｋ倍振動の項であり、これはａ_ｋとｂ_ｋの値を求めることに対応する。まずａ_ｋを計算するために、数３の両辺にcos（ω_ｋｔ）を掛けたうえで、−Ｔ／２〜Ｔ／２の範囲で両辺を積分する。その結果、ｋ倍振動に対応する項のみが残るため、次式が成立する。

同様に数２の両辺にsin（ω_ｋｔ）をかけて積分することで次式が成立する。

求めたａ_ｋとｂ_ｋを元の計量信号ｆ(ｔ)から除算することによって、次式のように、ノイズを除去した計量信号が得られる。

この式は、計量信号ｆ(ｔ)と回転数ω_ｋが与えられることによって、計量信号ｆ(ｔ)から回転数ω_ｋに起因するノイズを除去することを意味している。本実施の形態では、回転数ω_ｋとしてモータ２６の回転数を用いている。したがって、モータ２６の回転に起因するノイズを除去することができる。また、モータ２６の回転数を基本周波数としてノイズを除去するので、モータ２６の数倍の回転数である駆動ローラ２２Ａ、従動ローラ２２Ｂ、ギア２４などを起因とするノイズも除去することができる。

図３は本発明の効果を説明する図であり、図３(ａ）は比較例を示しており、図３(ｂ)は本発明を示している。

これらの図において、点線は元の計量信号を示している。元の計量信号は、時刻Ａにおいて被計量物１２がコンベア２２に載置され、計量値が大きく上昇している。また、元の計量信号は一定周期のノイズを含んでおり、計量値が常に大きく揺れている。

図３(ａ)の実線は、図２の可変フィルタ６２の代わりに通常のデジタルフィルタ（不図示）を配置してノイズを除去した計量信号を示している。この計量信号は、デジタルフィルタでノイズが除去されたため、滑らかな曲線になっている。しかし、時刻Ａから遅れて計量信号が立ち上がっており、応答性が著しく低下している。また、計量値が上昇し終わった後も、ノイズを十分に除去しきれず、僅かに振動していることが分かる。このように、通常のデジタルフィルタを用いてノイズを除去しても、応答性が悪いという問題や正確性が低いという問題があった。

一方、図３(ｂ)の実線は図２の可変フィルタ部６２でノイズを除去した結果を示している。同図に示すように、本発明で得られた計量信号は、時刻Ａにおいてスムーズに上昇を開始し、すぐに重量値まで到達している。そして、重量値まで到達した後は殆ど振動がなく安定している。

このように本実施の形態によれば、応答性が高く、且つ、正確な計量を行うことができる。また、本実施の形態によれば、計量信号ｆ(ｔ)から直接、ノイズ除去信号を演算するので、予め被搬送物１２のない状態で稼動するなどの準備作業が不要であり、作業全体を効率よく行うことができる。さらに準備作業時との比較によって求める方式と異なり、本実施の形態によれば、作業中にゴミなどの付着物が発生した場合であってもノイズを除去することができる。

１２…被計量物、１４…上流側のコンベア、１６…下流側のコンベア、２０…搬送ユニット、２２…コンベア、２４…ギア、２６…モータ、３０…計量ユニット、３２…ロードセル、３４…装置本体、４０…制御ユニット、５０…ＡＤ変換器、５２…アンプ、５４…ＡＤ変換器、６２…可変フィルタ部、６４…計量値換算部

Claims

モータのｋ倍の回転数の回転体を回転させることによって被搬送物を搬送する搬送ユニットと、前記搬送ユニットで搬送される被搬送物を計量して計量信号を出力する計量ユニットと、前記計量信号から前記被搬送物の計量値を演算する制御ユニットと、を備えた計量装置において、
前記制御ユニットは、前記回転体の回転数をω_ｋ[rad/s]、前記計量信号の関数をｆ(ｔ)として、次式により、前記回転体に起因するノイズを除去した信号を得ることを特徴とする計量装置。
前記回転体は前記モータであり、前記ｋが１であり、前記制御ユニットは前記モータから回転数ω _１の信号を得ることを特徴とする請求項１に記載の計量装置。