JP6132388B2 - 包装品のリーク検査装置 - Google Patents

Description

この発明は、包装品の密閉性を保証するためのリーク（漏れ）検査装置に関する。

一般に、空気に触れると酸化して品質低下を招きやすいスナック菓子などの商品を挿入する包装袋は、商品とともに窒素を充填して密封され、商品の酸化を防いでいる。この種の包装品にあっては、密閉性を保証するためにリーク検査が行われている。

特許文献１に開示された従来のシールチェック装置（リーク検査装置）は、サーボモータにより挟持部材を駆動して、商品を当該挟持部材で挟み込み、その際に挟持部材に作用する押圧反力又は挟持部材の変位量をサーボモータで検知して、シールチェックを実行する構成となっている。
同文献の段落「００３３」の記載によると、サーボモータは自身のもっているトルク検知機能と変位検知機能とによって押圧部材（挟持部材）に作用する押圧反力と押圧部材の変位量を検知して、搬送中の製品のシール不良を検出する。

しかしながら、サーボモータによるこのような機能によって検知された押圧反力や押圧部材の変位量には、商品から直接受ける反力や商品そのものの変位量の他に、種々の外乱要素が含まれていることは周知のとおりである。例えば、サーボモータから押圧部材（挟持部材）への駆動力伝達系統に発生する摩擦力や部品要素間のがたつき、部品要素間に充填されたグリースなどの粘性力、さらには重力など、種々の外乱がサーボモータによる検知結果には含まれている。
したがって、同文献に開示された従来のシールチェック装置（リーク検査装置）では、包装品の生じた極めて僅かなリークを高精度に検出することは困難であった。

特許第４２４９８８９号公報

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、包装品から押付部材が受ける反力を推定し、この推定反力に基づき包装品の生じた極めて僅かなリークを高精度に検出することのできるリーク検査装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、包装品からの反力を受ける押付部材と、
指令値に基づき駆動され、包装品に対し押付部材を移動させるアクチュエータと、
アクチュエータによる押付部材の移動位置を検出して位置信号を出力する位置検出手段と、
アクチュエータに入力される指令値と位置検出手段からの位置信号とに基づき、アクチュエータに加わる外乱を推定する外乱オブザーバと、
外乱オブザーバにより推定された外乱に基づきアクチュエータを制御する制御装置と、
アクチュエータに入力される指令値、位置検出手段からの位置信号、および押付部材が包装品に接触しない状態でのアクチュエータに加わる外力の推定値に基づき、押付部材を介して包装品からアクチュエータに作用する反力を推定する反力推定手段と、
反力推定手段により推定された反力を利用して、包装品のリークの有無を判別するリーク判断手段と、
を備えたことを特徴とする。

このような構成の本発明によれば、アクチュエータに加わる外力から、押付部材が包装品に接触しない状態でのアクチュエータに加わる外力、すなわち包装品からの反力を含まない外力を差し引いて、包装品からの反力のみを推定することができる。そして、その推定反力を利用して包装品のリークの有無を判別するので、包装品の生じた極めて僅かなリークを高精度に検出することが可能となる。

さらに本発明は、次のような構成とすることもできる。
すなわち、押付部材、アクチュエータ、位置検出手段及び外乱オブザーバを含むマスタシステムと、
マスタシステムと同じ構成であって、押付部材に対し包装品を対向配置させず当該押付部材が包装品に接触することのないスレーブシステムと、を備え、
反力推定手段は、マスタシステムのアクチュエータに入力される指令値および同システムの位置検出手段からの位置信号と、スレーブシステムのアクチュエータに入力される指令値および同システムの位置検出手段からの位置信号と、に基づき、押付部材を介して包装品からマスタシステムのアクチュエータに作用する反力を推定することを特徴とする。

このように構成することで、マスタシステムにより、包装品から反力を受けた状態でのアクチュエータに加わる外力を推定し、一方、スレーブシステムにより、押付部材が包装品に接触しない状態でのアクチュエータに加わる外力を推定することができ、これら推定した外力に基づいて、包装品から受ける反力を反力推定手段が高精度に推定することが可能となる。

また制御装置は、マスタシステムのアクチュエータとスレーブシステムのアクチュエータとを、次の（イ）乃至（ハ）にしたがってそれぞれ制御することもできる。
（イ）マスタシステムのアクチュエータとスレーブシステムのアクチュエータが移動すべき目標値を指令値として出力する。
（ロ）マスタシステムの位置検出手段から出力された位置信号と、スレーブシステムの位置検出手段から出力された位置信号とに基づき、これら各システムにおけるアクチュエータの現在位置間の中央位置を求める。
（ハ）中央位置を、目標値に追従させる。

さらに制御装置は、（ロ）で求めた中央位置に対し、各システムにおけるアクチュエータの位置を同期させる構成とすることが好ましい。
これらの構成により、アクチュエータの移動量を目標値に合わせて高精度に制御することが可能となる。

また制御装置は、反力推定手段で求めた反力の推定値に基づき、（ハ）において中央位置を目標値に追従させる際の柔軟性を規定するコンプライアンス制御手段を含む構成とすることもできる。

このようなコンプライアンス制御手段を含めることで、反力の大きさに応じて、目標値へ追従させる速度（加速度）を柔軟に調整してシステムや包装品に優しい制御動作を実現することが可能となる。

また制御装置は、反力推定手段により推定される反力が、あらかじめ設定したしきい値を越えるまでは、あらかじめ設定された速度となるようにアクチュエータを制御し、当該しきい値を越えてからはリーク検査に適した制御方式に切り替えてアクチュエータを制御する機能を有していることが好ましい。

このように、押付部材が包装品に接触して推定反力がしきい値を超えるまでは、あらかじめ設定された速度となるように制御することで、包装品の厚みの誤差を吸収して速やかにアクチュエータを駆動することができる。その後に押付部材が包装品に接触してからは、位置制御、速度制御、力制御などリーク検査に適した制御方式をもってアクチュエータを駆動することで、リーク検査中の制御の適正化と、その他のタイミングにおける制御の迅速化や簡素化とを図ることが可能となる。

上述した構成の本発明において、リーク判断手段は、反力推定手段により推定される反力の時間の経過による変化に基づきリークの有無を判別する構成とすることができる。

また、反力推定手段により推定される反力があらかじめ設定した一定値となるように、アクチュエータを制御し、
リーク判断手段は、位置検出手段からの位置信号の変化に基づきリークの有無を判別する構成とすることもできる。

さらに、リーク判断手段は、位置検出手段からの位置信号と、反力推定手段により推定される反力とに基づき求められる損失エネルギとの関係からリークの有無を判別する構成としてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、包装品から押付部材が受ける反力を推定し、この推定反力に基づき包装品の生じた極めて僅かなリークを高精度に検出することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る包装品のリーク検査装置の概略構成を示すブロック図である。 外乱オブザーバの構成例を概略的に示すブロック図である。 リーク判断手段によるリークの有無の判別方法を説明するための図である。 リーク判断手段によるリークの有無の判別方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るリーク検査装置の動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る包装品のリーク検査装置の外観を示す斜視図である。 マスタシステムと、スレーブシステムの主な構成要素を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態に係るリーク検査装置の全体構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態に係るリーク検査装置における制御装置の制御手法を説明するための図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
〔第１の実施形態〕
図１乃至図５は本発明の第１の実施形態に係る包装品のリーク検査装置を説明するための図であり、図１はリーク検査装置の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態に係る包装品のリーク検査装置は、検査対象となる包装品の表面を押付部材で押圧し、そのとき押付部材が受ける包装品からの反力に基づいて、リーク（漏れ）の有無を判別する構成となっており、図１に示すように、制御装置１０、アクチュエータ２０、位置検出手段３０、外乱オブザーバ４０、反力推定手段５０、リーク判断手段６０の各構成要素を備えている。

検査対象となる包装品は、例えば、包装袋にスナック菓子などの商品とともに窒素を充填して密封した形態の包装品である。このような密封状態の包装品を押付部材で押圧すれば、押圧力に対する反力を押付部材が包装品から受けることになる。そして、仮に包装品にリーク（漏れ）が存在すれば、押付部材の押圧に伴い内部の窒素が漏れだして反力が低下する。かかる反力の変化とそのときの位置を高精度に検出して包装品のリーク検査を行う。これが本実施形態の係るリーク検査装置の基本原理である。

制御装置１０は、アクチュエータ２０を駆動制御するための装置であり、制御プログラムが組み込まれたコンピュータにより構成されている。この制御装置１０からアクチュエータ２０に駆動制御用の指令値が出力される。

アクチュエータ２０は、リーク検査に際して包装品に接触して反力を受ける押付部材を移動させるための駆動部を備えたサーボモータ等の装置である。このアクチュエータ２０は、制御装置１０からの指令値に基づいて駆動される。
本実施形態では、アクチュエータ２０として駆動部が直線上を往復移動する直動サーボモータを用いている。駆動軸が回転する一般のサーボモータを用いることもできるが、その場合、駆動軸の回転を押付部材の直線移動に変換する駆動力伝達機構を介在させる必要があり、その結果、同伝達機構での摩擦力や部品要素間のがたつきなど外乱要素が増えてしまう。かかる外乱要素は後述する外乱オブザーバ４０と反力推定手段５０により取り除くことは可能であるが、やはり少ない方が好ましい。そこで、本実施形態では、駆動軸の回転を押付部材の直線移動に変換する必要のない直動サーボモータを用いている。

位置検出手段３０は、アクチュエータ２０による押付部材の移動位置を検出して位置信号を出力する構成要素である。本実施形態では、位置検出手段３０として、アクチュエータ２０の駆動部の移動位置（すなわち、押付部材の移動位置）を検出するエンコーダを用いている。エンコーダは、アクチュエータ２０の駆動部の移動に応じてパルス信号（位置信号）を出力するため、このパルス信号をカウントすることで移動位置を認識することができる。

外乱オブザーバ４０は、アクチュエータ２０に入力される指令値と位置検出手段３０からの位置信号とに基づき、アクチュエータ２０に加わる外乱を推定する構成要素である。外乱オブザーバ４０の基本原理と構成はすでに公知である（例えば、特許第４４８７０７３号公報、特開２００２−３６６２０３号公報を参照）。
図２は外乱オブザーバの構成例を概略的に示したものである。
外乱オブザーバ４０は、アクチュエータ２０への指令値（電流値）を入力するとともに、位置検出手段３０が検出した位置信号を微分して応答速度値に変換し、これらの各値からアクチュエータ２０が受ける外力（外乱トルク）の推定値を出力する。外乱オブザーバ４０は、コンピュータのソフトウェアなどで構成される。なお、後述する反力推定手段５０とリーク判断手段６０も、同様にコンピュータのソフトウェアなどで構成される。

外乱オブザーバ４０には、アクチュエータ２０と等価的な逆モデル４１が組み込まれている。このアクチュエータ２０の逆モデル４１は、アクチュエータ２０に入力される指令値（電流値）をトルク（力）単位の第１信号に変換するとともに、上記の応答速度値をさらに微分した第２信号に変換し、これら各信号を比較してアクチュエータ２０が受ける外乱の推定値に関する第３信号を出力する。
すなわち、アクチュエータ２０に指令値が与えられたときの公称トルク値である第１信号と、外力による変位成分を含む位置信号に基づく第２信号との間には、外力による変位成分に対応した偏差が生じるため、この偏差に見合う第３信号が外乱の推定値信号としてアクチュエータ２０の逆モデル４１から出力される。
この外乱の推定値に関する第３信号は、ローパスフィルタ４３によって低周波帯域の成分のみ取り出され、これが外乱の推定値として出力される。この外力の推定値を、図示しないトルク（力）電流変換器により電流値に変換すれば、外乱オブザーバ４０を利用してアクチュエータ２０をフィードバック制御することができる。
なお、外乱オブザーバ４０は、図２に示した構成のものに限定されないことは勿論である。

反力推定手段５０は、アクチュエータ２０に入力される指令値と、位置検出手段３０からの位置信号と、押付部材が包装品に接触しない状態でのアクチュエータ２０に加わる外力の推定値とに基づき、押付部材を介して包装品からアクチュエータ２０に作用する反力を推定する構成要素である。
すなわち、反力推定手段５０は、アクチュエータ２０に入力される指令値と、位置検出手段３０からの位置信号とからアクチュエータ２０に作用する外力を推定し、この外力の推定値から、押付部材が包装品に接触しない状態でのアクチュエータ２０に加わる外力、すなわち包装品からの反力を含まない外力を差し引いて、包装品からの反力のみを推定する。
この反力推定手段５０は、既述した外乱オブザーバ４０と同様の構成としてあり（例えば、図２の構成）、アクチュエータ２０の逆モデルをもって、アクチュエータ２０に作用する反力を推定する。

本実施形態においては、「押付部材が包装品に接触しない状態でのアクチュエータ２０に加わる外力の推定値」は、あらかじめ求めてコンピュータのメモリなどに保存されている。この「押付部材が包装品に接触しない状態でのアクチュエータ２０に加わる外力の推定値」を求めるには、例えば、包装品を押付部材に対向配置しない状態で図１に示すアクチュエータ２０を駆動することで、外乱オブザーバ４０からの出力をもって得ることができる。なお、後述する第２の実施形態では、スレーブシステムをもって、この「押付部材が包装品に接触しない状態でのアクチュエータ２０に加わる外力の推定値」を得ている。また、ソフトウェアを用いた演算により求めることも可能である。

リーク判断手段６０は、反力推定手段５０により推定された反力を利用して、包装品のリークの有無を判別する。反力推定手段５０により推定された反力からは、アクチュエータ２０が受けるその他の外乱要素が取り除かれているため、包装品の生じた極めて僅かなリークを高精度に検出することが可能となる。

図３（ａ）（ｂ）及び図４はリーク判断手段によるリークの有無の判別方法を説明するための図である。
まず、図３（ａ）を参照して、反力推定手段５０により推定される反力の時間の経過による変化からリークの有無を判別する方法を説明する。
同図（ａ）のＸａは横軸を時間ｔ、縦軸をアクチュエータ２０の移動位置（すなわち、押付部材の移動位置）Ｘとして、アクチュエータ２０の動作を示している。また、Ｆａ、Ｆｂは横軸を時間ｔ、縦軸を反力推定手段５０により推定されたアクチュエータ２０の受ける反力Ｆとして、同反力Ｆの変化を示している。

アクチュエータ２０は、まず下降動作を続け、あらかじめ設定した下降端Ｘ_０に到達したとき当該位置で一定時間停止する。その後、上昇動作に転じてもとの待機位置まで戻る。アクチュエータ２０が下降動作を続ける途中で、押付部材が包装品に接触し、包装品から反力を受けることになる。この反力の値は下降量に応じて大きくなる。

そして、包装品にリーク（漏れ）がない場合は、下降端でアクチュエータ２０が停止している間は反力の値が大きく変化することはない。すなわち、図３（ａ）のＦａの傾きΔＦ_１／Δｔは小さい。
一方、包装品にリーク（漏れ）がある場合は、下降端でアクチュエータ２０が停止している間に、反力の値が徐々に減少していく。すなわち、図３（ａ）のＦｂの傾きΔＦ_２／Δｔは大きくなる。このような、下降端でアクチュエータ２０が停止している間の、時間の経過に対する反力の変化量によって、包装品のリークの有無を判別することができる。
リーク判断手段６０には、包装品にリークがある場合に超える反力の変化量に関するしきい値が設定してある。

なお、上述した方法では、Ｆａ、Ｆｂの傾きをもって、下降端でアクチュエータ２０が停止している間における時間経過に対する反力の変化を求めたが、Ｆａ、Ｆｂと横軸とで囲まれた領域の面積により、時間経過に対する反力の変化量を表すこともできる。
リーク判断手段６０には、包装品にリークがある場合にそれよりも小さくなる面積のしきい値を設定する。

次に、図３（ｂ）を参照して、位置検出手段３０からの位置信号の変化に基づきリークの有無を判別する方法を説明する。
同図（ｂ）のＦｄは横軸を時間ｔ、縦軸を反力推定手段５０により推定されたアクチュエータ２０の受ける反力Ｆとして、アクチュエータ２０の動作を示している。また、Ｘｂ、Ｘｃは横軸を時間ｔ、縦軸を位置検出手段３０で検出されたアクチュエータ２０の移動位置（すなわち、押付部材の移動位置）Ｘとして、同移動位置の変化を示している。

制御装置１０は、反力推定手段５０により推定される反力があらかじめ設定した一定値Ｆ_３で一定時間（ｔ_１〜ｔ_２）保持されるように、アクチュエータ２０を制御している。

包装品にリーク（漏れ）がない場合は、一定時間（ｔ_１〜ｔ_２）の間、アクチュエータ２０の移動位置（すなわち、押付部材の移動位置）は大きく変化することはない。すなわち、図３（ｂ）のＸｂの傾きΔＸ_１／Δｔは小さい。
一方、包装品にリーク（漏れ）がある場合は、一定時間（ｔ_１〜ｔ_２）の間に、アクチュエータ２０は徐々に下方へ移動していく。すなわち、図３（ｂ）のＸｃの傾きΔＸ_２／Δｔは大きくなる。このような、反力推定手段５０により推定される反力をあらかじめ設定した一定値Ｆ_３で保持した一定時間（ｔ_１〜ｔ_２）の間の、時間の経過に対するアクチュエータ２０の位置変化量によって、包装品のリークの有無を判別することができる。
リーク判断手段６０には、包装品にリークがある場合に超えるアクチュエータ２０の位置変化量に関するしきい値が設定してある。

なお、上述した方法では、Ｘｂ、Ｘｃの傾きをもって、アクチュエータ２０の位置変化量を求めたが、Ｘｂ、Ｘｃと横軸とで囲まれた領域の面積により、時間経過に対するアクチュエータ２０の位置変化量を表すこともできる。
リーク判断手段６０には、包装品にリークがある場合にそれよりも小さくなる面積のしきい値を設定する。

次に、図４を参照して、位置検出手段３０からの位置信号と、反力推定手段５０により推定される反力とに基づき求められる損失エネルギとの関係からリークの有無を判別する方法を説明する。
図４のＦｃ、Ｆｄは横軸をアクチュエータ２０の移動位置Ｘ、縦軸を反力推定手段５０により推定されたアクチュエータ２０の受ける反力Ｆとして、アクチュエータ２０の位置変化に伴う反力の変化曲線を示している。
上述したとおり、アクチュエータ２０は、まず下降動作を続け、あらかじめ設定した下降端Ｘ_０に到達したとき当該位置で一定時間停止する。その後、上昇動作に転じてもとの待機位置まで戻る。

そして、アクチュエータ２０の位置変化に伴う反力の変化曲線Ｆｃ、Ｆｄで囲まれた領域の面積は、アクチュエータ２０の押圧力を受けて包装品に蓄積されたエネルギの損失に相当する。
包装品にリークがない場合は、アクチュエータ２０の押圧力を受けて包装品に蓄積されたエネルギは、アクチュエータ２０が下降端で停止している間も大きく減少することはない。これに対して、包装品にリークがある場合は、アクチュエータ２０の押圧力を受けて包装品に蓄積されたエネルギは、アクチュエータ２０が下降端で停止している間に、内部ガスの外部への放出に伴い大きく減少する。
このため、アクチュエータ２０の位置変化に伴う反力の変化曲線Ｆｃ、Ｆｄで囲まれた領域の面積は、包装品にリークがない場合の変化曲線Ｆｃで囲まれた領域の面積にくらべ、包装品にリークがある場合の変化曲線Ｆｄで囲まれた領域の面積が大きくなる。
リーク判断手段６０には、包装品にリークがある場合にそれよりも大きくなる面積のしきい値を設定する。

図５は本実施形態に係るリーク検査装置の動作を説明するためのフローチャートである。
リーク検査装置は、まず検査動作が開始されると、制御装置１０からの指令値をもってアクチュエータ２０が速度制御され（ステップＳ１）、あらかじめ設定された速度で押付部材を下降させる（ステップＳ２）。そして、押付部材の包装品への接触が検知されると（ステップＳ３）、制御装置１０は、リーク検査に適した制御方式に切り替えてアクチュエータ２０を制御する（ステップＳ４）。リーク検査に適した制御方式としては、位置制御、速度制御、力制御など各種の制御モードから任意に選択される。

このように、押付部材が包装品に接触するまでは、あらかじめ設定された速度となるようにアクチュエータ２０を駆動制御することで、包装品の厚みの誤差を吸収して速やかにアクチュエータを駆動することができる。その後に押付部材が包装品に接触してからは、位置制御、速度制御、力制御などリーク検査に適した制御方式をもってアクチュエータ２０を駆動することで、リーク検査中の制御の適正化と、その他のタイミングにおける制御の迅速化や簡素化とを図ることが可能となる。

なお、ステップＳ３における押付部材の包装品への接触検知は、反力推定手段５０により推定される反力の変化により検出される。具体的には、反力推定手段５０により推定される反力があらかじめ設定したしきい値を越えたとき、押付部材が包装品へ接触したと判定される。

制御装置１０は、さらに押付部材を下降させるようにアクチュエータ２０の駆動を続け（ステップＳ５）、押付部材があらかじめ設定した下降端まで到達したとき、アクチュエータ２０の駆動を停止して、押付部材を下降端に一定時間だけ配置しておく（ステップＳ６）。その後、アクチュエータ２０を駆動して押付部材を上昇させ（ステップＳ７）、押付部材が上昇端（待機位置）まで移動したとき、アクチュエータ２０の駆動を停止して、押付部材を上昇端に配置する（ステップＳ８）。

反力推定手段５０は、押付部材が包装袋に接触してから作動して、包装品からの反力の推定値を出力し続ける。この反力の推定値と位置検出手段３０からの位置信号は、リーク判断手段６０に入力され、上記一連の押付部材の移動が終了した後、リーク判断手段６０によって包装品のリークの有無が判別される（ステップＳ９）。
これら一連の動作を１サイクルとして、検査位置へ搬送されたきた包装品ごとにリーク検査動作が検査終了まで繰り返される（ステップＳ１０）。

〔第２の実施形態〕
図６乃至図９は本発明の第２の実施形態に係る包装品のリーク検査装置を説明するための図であり、図６はリーク検査装置の外観を示す斜視図である。なお、先に示した第１の実施形態に係る包装品のリーク検査装置と同一部分又は相当する部分には同一符号を付し、その部分の詳細な説明は省略する。

図６に示すように、本実施形態のリーク検査装置は、押付部材２１、アクチュエータ２０、位置検出手段３０及び外乱オブザーバ４０を含むマスタシステム１００と、このマスタシステム１００と同じ構成のスレーブシステム２００とを備えている。
これらマスタシステム１００と、スレーブシステム２００は、後述するように制御装置１０によって制御され、同じ動作を実行する。ここで、マスタシステム１００の押付部材２１は、ベルトコンベア１によって検査位置に搬送されてきた包装品２と対向するように配置され、下降動作をもって包装品２の表面に接触して押圧する。そして、この押圧力に対する反力を包装品から受ける。
一方、スレーブシステム２００の押付部材２１の下方には包装品２を配置せず、したがって同押付部材２１は移動の過程で包装品２に接触することがなく、反力も受けない。

ここで、押付部材２１は、図６に示すように包装品２への接触面積が小さい棒状体で形成してある。このように包装品２への接触面積を小さくすることで、リークの原因となる包装品２に開いた小孔を押付部材２１の接触によって塞いでしまいリークを検出できなくなる可能性を低下させ、検出結果の信頼性を向上させることができる。先に示した第１実施形態における押付部材も同様に構成されている。

図７はマスタシステム及びスレーブシステムの主な構成要素と、これらのシステムに付加された反力推定手段を示すブロック図である。
同図（ａ）に示すマスタシステム１００にマスタ側反力推定手段５１が付加されており、また同図（ｂ）に示すスレーブシステム２００には、スレーブ側反力推定手段５２が付加されている。

マスタシステム１００の外乱オブザーバ４０とマスタ側反力推定手段５１には、マスタシステム１００に設けられたアクチュエータ２０への指令値Ｉｍと、当該アクチュエータ２０の移動位置（すなわち、押付部材２１の移動位置）を示す位置検出手段３０からの位置信号Ｘｍとが入力される。そして、マスタ側反力推定手段５１は、それらの信号に基づき、マスタシステム１００におけるアクチュエータ２０に加わる外力の推定値Ｆｍ３を出力する。

ここで、マスタシステム１００のアクチュエータ２０には、外力Ｆｍ１とともに包装品からの反力Ｆｍ２が作用する。したがって、マスタ側反力推定手段５１から出力される外力の推定値Ｆｍ３には、包装品からの反力の推定値も含まれている。

また、スレーブシステム２００の外乱オブザーバ４０とスレーブ側反力推定手段５２には、スレーブシステム２００に設けられたアクチュエータ２０への指令値Ｉｓと、当該アクチュエータ２０の移動位置（すなわち、押付部材２１の移動位置）を示す位置検出手段３０からの位置信号Ｘｓとが入力される。そして、スレーブ側反力推定手段５２は、それらの信号に基づき、スレーブシステム２００におけるアクチュエータ２０に加わる外力の推定値Ｆｓ３を出力する。
スレーブシステム２００のアクチュエータ２０には、外力Ｆｓ１が作用するものの、同システム２００のアクチュエータ２０には、包装品２からの反力は作用しない。したがって、スレーブ側反力推定手段５２から出力される外力の推定値Ｆｓ３には、包装品２からの反力の推定値は含まれていない。

図８は本実施形態に係るリーク検査装置の全体構成を示すブロック図である。
マスタシステム１００のアクチュエータ２０には、制御装置１０から指令値（電流値）Ｉｍが出力され、同システム１００の位置検出手段３０からアクチュエータ２０の移動位置（すなわち、押付部材２１の移動位置）を示す位置信号Ｘｍが出力される。同様に、スレーブシステム２００のアクチュエータ２０にも、制御装置１０から指令値（電流値）Ｉｓが出力され、同システム２００の位置検出手段３０からアクチュエータ２０の移動位置（すなわち、押付部材２１の移動位置）を示す位置信号Ｘｓが出力される。

上述したようにマスタシステム１００のアクチュエータ２０には、外力Ｆｍ１とともに包装品２からの反力Ｆｍ２が作用して、マスタ側反力推定手段５１からは包装品２からの反力を含む外力の推定値Ｆｍ３が出力される。また、スレーブシステム２００のアクチュエータ２０には、包装品２からの反力を含まない外力Ｆｓ１が作用して、スレーブ側反力推定手段５２からは包装品２からの反力を含まない外力の推定値Ｆｓ３が出力される。

反力推定手段５０はこれらマスタ側反力推定手段５１及びスレーブ側反力推定手段５２を含んでおり、マスタ側反力推定手段５１から出力された包装品２からの反力を含む外力の推定値Ｆｍ３と、スレーブ側反力推定手段５２から出力された包装品２からの反力を含まない外力の推定値Ｆｓ３とに基づき、押付部材２１を介して包装品２からマスタシステム１００のアクチュエータ２０に作用する反力の推定値Ｆ２を算出して出力する。

そして、リーク判断手段６０は、反力推定手段５０により推定された反力に基づき、包装品２のリークの有無を判別する。このリーク有無の判別方法は、図３や図４に基づき既述したとおりである。

さて、本実施形態に係るリーク検査装置は、図８に示すように、制御装置１０が、制御指令出力手段１１、第１変換手段１２、第２変換手段１３、目標値追従制御手段１４、同期制御器１５、コンプライアンス制御手段１６の各構成要素を含んでおり、マスタシステム１００のアクチュエータ２０とスレーブシステム２００のアクチュエータ２０とを、以下に示す手法でそれぞれ制御する構成となっている。

次に、制御装置によるアクチュエータの制御手法を、図８及び図９を参照して説明する。
制御指令出力手段１１は、マスタシステム１００のアクチュエータ２０とスレーブシステム２００のアクチュエータ２０が移動すべき目標値を指令値として出力する。
第１変換手段１２は、マスタシステム１００の位置検出手段３０から出力された位置信号Ｘｍと、スレーブシステム２００の位置検出手段３０から出力された位置信号Ｘｓとに基づき、これら各システム１００、２００におけるアクチュエータ２０の現在位置間の中央位置（Ｘｍ＋Ｘｓ）／２を求める。
そして、目標値追従制御手段１４は、第１変換手段１２で求めた各システムにおけるアクチュエータ２０の現在位置間の中央位置（Ｘｍ＋Ｘｓ）／２を、制御指令出力手段１１から出力された目標値に追従させる。

また、第２変換手段１３は、マスタシステム１００の位置検出手段３０から出力された位置信号Ｘｍと、スレーブシステム２００の位置検出手段３０から出力された位置信号Ｘｓとに基づき、これら各システムにおけるアクチュエータ２０の現在位置の間隔（Ｘｍ−Ｘｓ）を求める。
そして、同期制御器１５は、第１変換手段１２が求めた中央位置（Ｘｍ＋Ｘｓ）／２に対し、第２変換手段１３が求めた各システム１００、２００におけるアクチュエータ２０の現在位置の間隔（Ｘｍ−Ｘｓ）に基づき、各システム１００、２００におけるアクチュエータ２０の位置を同期させる。
これらの構成により、アクチュエータ２０の移動量を目標値に合わせて高精度に制御することが可能となる。

コンプライアンス制御手段１６は、反力推定手段５０で求めた反力の推定値Ｆ２に基づき、目標値追従制御手段１４による目標値への中央位置（Ｘｍ＋Ｘｓ）／２への追従動作に関し柔軟性を規定する。このようなコンプライアンス制御手段１６を含めることで、反力の大きさに応じて、目標値へ追従させる加速度を柔軟に調整してシステムや包装品２に優しい制御動作を実現することが可能となる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の応用実施や変形実施が可能である。

１：ベルトコンベア、２：包装品
１０：制御装置、１１：制御指令出力手段、１２：第１変換手段、１３：第２変換手段、１４：目標値追従制御手段、１５：同期制御器、１６：コンプライアンス制御手段、
２０：アクチュエータ、２１：押付部材、３０：位置検出手段、４０：外乱オブザーバ、４１：アクチュエータの逆モデル、４３：ローパスフィルタ、５０：反力推定手段、５１：マスタ側反力推定手段、５２：スレーブ側反力推定手段、６０：リーク判断手段、
１００：マスタシステム、２００：スレーブシステム

Claims (8)

1. 包装品からの反力を受ける押付部材と、
   指令値に基づき駆動され、包装品に対し前記押付部材を移動させるアクチュエータと、
   前記アクチュエータによる前記押付部材の移動位置を検出して位置信号を出力する位置検出手段と、
   前記アクチュエータに入力される指令値と前記位置検出手段からの位置信号とに基づき、外乱オブザーバが前記アクチュエータに加わる外乱を推定し、当該推定された外乱に基づき前記アクチュエータをフィードバック制御する制御装置と、
   前記押付部材が包装品に接触しない状態での前記アクチュエータに加わる外力の推定値を保存する記憶手段と、
   前記アクチュエータに入力される指令値および前記位置検出手段からの位置信号から前記アクチュエータに作用する外力を推定し、且つこの外力の推定値と前記記憶手段からの出力とに基づき、前記押付部材を介して前記包装品から前記アクチュエータに作用する反力を推定する反力推定手段と、
   前記反力推定手段により推定された反力を利用して、包装品のリークの有無を判別するリーク判断手段と、
   を備えたことを特徴とする包装品のリーク検査装置。
2. 包装品からの反力を受ける押付部材と、
   指令値に基づき駆動され、包装品に対し前記押付部材を移動させるアクチュエータと、
   前記アクチュエータによる前記押付部材の移動位置を検出して位置信号を出力する位置検出手段と、
   前記アクチュエータに入力される指令値と前記位置検出手段からの位置信号とに基づき、外乱オブザーバが前記アクチュエータに加わる外乱を推定し、当該推定された外乱に基づき前記アクチュエータをフィードバック制御する制御装置と、を含むマスタシステムと、
   前記マスタシステムと同じ構成であって、前記押付部材に対し包装品を対向配置させず当該押付部材が包装品に接触することのないスレーブシステムと、を備え、
   且つ、前記マスタシステムのアクチュエータに入力される指令値および同システムの位置検出手段からの位置信号と、前記スレーブシステムのアクチュエータに入力される指令値および同システムの位置検出手段からの位置信号と、に基づき、前記押付部材を介して前記包装品から前記マスタシステムのアクチュエータに作用する反力を推定する反力推定手段と、
   前記反力推定手段により推定された反力を利用して、包装品のリークの有無を判別するリーク判断手段と、
   を備えたことを特徴とする包装品のリーク検査装置。
3. 前記制御装置は、前記マスタシステムのアクチュエータと前記スレーブシステムのアクチュエータとを、次の（イ）乃至（ハ）にしたがってそれぞれ制御することを特徴とする請求項２に記載した包装品のリーク検査装置。
   （イ）前記マスタシステムのアクチュエータと前記スレーブシステムのアクチュエータが移動すべき目標値を指令値として出力する。
   （ロ）前記マスタシステムの位置検出手段から出力された位置信号と、前記スレーブシステムの位置検出手段から出力された位置信号とに基づき、これら各システムにおけるアクチュエータの現在位置間の中央位置を求める。
   （ハ）前記マスタシステムのアクチュエータと前記スレーブシステムのアクチュエータとを制御して、前記マスタシステムの位置検出手段から出力された位置信号と、前記スレーブシステムの位置検出手段から出力された位置信号とに基づき求めたこれら各システムにおけるアクチュエータの現在位置間の中央位置を、前記指令値として出力した目標値に近付ける。
4. 前記制御装置は、前記反力推定手段で求めた反力の推定値に基づき、前記（ハ）において前記中央位置を前記目標値に近付ける際に、前記マスタシステムのアクチュエータ及び前記スレーブシステムのアクチュエータを駆動させる加速度を制御するコンプライアンス制御手段を含むことを特徴とする請求項３に記載した包装品のリーク検査装置。
5. 前記制御装置は、前記反力推定手段により推定される反力があらかじめ設定したしきい値を越えるまでは、あらかじめ設定された速度となるように前記アクチュエータを制御し、
   当該しきい値を越えてからは、位置制御、速度制御又は力制御のうちのいずれか一つの制御方式に切り替えて前記アクチュエータを制御する機能を有していることを特徴とする請求項３又は４に記載した包装品のリーク検査装置。
6. 前記リーク判断手段は、前記反力推定手段により推定される反力の時間の経過による変化に基づきリークの有無を判別することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載した包装品のリーク検査装置。
7. 前記制御装置は、前記反力推定手段により推定される反力があらかじめ設定した一定値となるように、前記アクチュエータを制御し、
   前記リーク判断手段は、前記位置検出手段からの位置信号の変化に基づきリークの有無を判別することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載した包装品のリーク検査装置。
8. 前記リーク判断手段は、前記位置検出手段からの位置信号と、前記反力推定手段により推定される反力とに基づき求められる損失エネルギとの関係からリークの有無を判別することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載した包装品のリーク検査装置。

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