JPH0128435B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、同一種類の多数個の部品個数を計数
するための部品個数計数装置に関するものであ
る。

［従来の技術］ 生産過程或いは流通過程に於いて、同一種類の
部品個数を計数しなければならないことが屡々あ
り、例えば個数を直接計数する代りに、全部品が
同一重量であることを条件に、計数したい全部品
の総重量を測定し、この総重量を１個の重量で除
算することにより総個数を求める計数はかりが知
られている。然しこの種の装置では、個々の部品
重量にばらつきが存在する場合には理論的に避け
られない計数誤差を生ずるほか、実用上静的測定
のみに限定され、例えば製造工程中や分包などの
ための部品搬送中の動的測定には不向きである。

部品を動的に計数する従来の方法としては、部
品が測定点を通過する際に特定の光ビームを投光
して、部品を光学的手段により検知するとか、部
品の材質によつては近接スイツチにより検知する
とかの方式が従来専ら利用されていた。然しなが
ら、これらの方式は測定原理上各部品を分離して
個々に計数できる状態にしなければ正確な計数値
が得られないので、パーツフイーダなど測定部へ
の部品供給仕分け装置が複雑高価となる上に、計
数速度をあまり高めることができない。光学的手
段においては透明な部品や偏平或いは複雑な形状
の部品の場合には、測定点通過時の部品の姿勢に
より計数誤差が発生し、例えばつる巻きばねのよ
うに相互に絡まり易く完全分離の状態では搬送で
きない複雑な形状のものは測定不可能である。

［発明の目的］ 本発明の目的は、上述の従来の諸装置の欠点を
解消し、個々の部品重量に若干の差異があつても
支障を来さず、部品の形状や測定点通過時の姿勢
にも関係なく、複数個の部品が極めて近接すると
か重なり合うとか、更には一体に絡み合つて搬送
されてきた場合でも、動的に測定可能な部品個数
計数装置を提供することにある。

［発明の概要］ 上述の目的を達成するための本発明の要旨は、
一端を水平軸により軸支し部品をその自重により
上方から下方に移動させるための傾斜を有する計
量シユートと、該計量シユート上を移動する部品
により前記水平軸を中心にその周りに発生するト
ルクに比例した電気信号を波形面積として出力す
るトルク検出機構と、反転及び非反転の差動入力
端を有する積分回路と、基準的な部品１個分に相
当する波形面積の基準パルス波を出力するパルス
発生回路と、該パルス発生回路からの基準パルス
波の数を計数し部品数として出力する計数回路と
を備え、前記トルク検出機構の出力を前記積分回
路の一方の入力端に接続し、前記パルス発生回路
の出力を前記積分回路の他方の入力端に接続し、
前記積分回路の出力を前記パルス発生回路の入力
端に接続し、前記パルス発生回路は前記積分回路
の出力波形面積が基準パルス波の面積よりも大き
いときは、これらの面積の差に相当する前記積分
回路の出力が小さくなるように前記基準パルス波
を発生することを特徴とする部品個数計数装置で
ある。

［発明の実施例］ 本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は本発明に係る装置の基本的な機構を示
すものであり、支点台１の上部の水平軸２にビー
ム３が回動自在に軸支され、ビーム３の一端には
水平に対し20〜30度程度傾斜させた計量シユート
４が取付けられ、計量シユート４の上部には計量
シユート４内に部品Ａを投入するための漏斗状の
案内ホツパ５が設けられている。また、ビーム３
の他端には平衡錘６，７が取付けられていて、ビ
ーム３が水平軸２を中心として釣合いがとれるよ
うに調整されている。ビーム３の中間部には荷重
検出部８が設けられ、計量シユート４に載加又は
滑動落下する部品Ａにより、水平軸２を中心にそ
の周りに発生するトルクを電気的に測定し得るよ
うになつている。荷重検出部８としては、測定す
べき部品が重い場合にはストレインゲージによる
ロードセル方式を用いることもできるが、部品が
軽い一般用途に対しては電磁力平衡式が好適であ
る。計量シユート４の案内ホツパ５への部品Ａの
供給は、各種供給装置を使用することが可能であ
るが、例えば部品収納ホツパ９から搬送コンベヤ
１０或いは電磁フイーダなどを介して行なわれ
る。

本発明の装置は、部品Ａが計量シユート４に作
用する力により水平軸２を中心にその周りに発生
するトルクを検出して、そのトルク出力を測定す
ることを基本的原理とするものであるが、第１図
の動作原理を述べる前にこのトルクについて数式
を用いて説明する。

第２図に示すように、水平面に対し傾斜角θを
有する斜面上に置かれた質量ｍの質点が、重力の
作用により斜面に沿つて下方に滑り落ちる場合の
運動方程式は、質点の位置をｘ、質点と斜面の間
の摩擦係数をｐ、重力の加速度をｇとすると、 mx′＝mg sinθ−pmg cosθ x″＝ｇ（sin−ｐ cosθ） …(1) で与えられる。(1)式を２回積分して変位ｘと時間
ｔとの関係を求めると、ｔ＝０のとき初速度x′と
変位ｘが共に零という初期条件のもとに、 ｘ＝（１／２）ｇ（sinθ−ｐ cosθ）t² …(2) となり、部品の滑り落ちる距離ｘは、時間ｔの二
次曲線で表されることが判る。第１図に示す計量
シユート４は第２図の斜面に対応し、水平軸２の
直上至近距離に部品Ａが徐々に投入され、その位
置即ちｘ＝０の点から滑り始めて他端から排出さ
れるものとすると、水平軸２の周りに現われるト
ルクＴは次式で与えられる。

Ｔ＝xmg cosθ＝（１／２）mg² cosθ（sinθ−ｐ cosθ）t² …(3) この(3)式において、荷重検出部８で測定される
水平軸２のトルクＴは、(2)式と同様に時間ｔに関
する二次曲線であり、部品Ａが計量シユート４か
ら排出されると、トルクＴは即時に零に戻ること
になる。

第３図に示す波形は、第１図に示した機構にお
いて、部品Ａを約１秒間隔で計量シユート４を流
したときに荷重検出部８で得られたトルクＴの出
力である。各部品Ａは水平軸２の直上至近距離に
投入されるために、投入時の衝撃や振動はトルク
に殆ど変換されないので、計数のためのトルクの
波形処理に際し何等の妨害とならないことは明ら
かである。尚、部品Ａの排出時の測定トルクＴが
瞬間的には零に戻らずグラフ上復帰に約0.1秒を
要していることが認められるが、これは測定系内
各部の遅れ、特にフイルタによる遅れが作用して
いるためであり、(3)式による理論的なトルクＴ
が、実質的には忠実に実現されていることは間違
いない。

計量シユート４の上には、２個以上の部品Ａが
同時に載加されることがない適度の間隔を置いて
部品Ａが流された結果、第３図に示すようなトル
ク波形が得られた状態において部品数を求めるの
は極めて容易であり、例えばトルクＴそのもの或
いはこの出力を微分して得られた出力の80％のレ
ベルを予め設定しておき、測定トルクＴがその設
定レベルを何回超えたかを計測すればよい。然し
ながら計数速度を向上させるため、部品Ａ相互は
完全に分離されているが、計量シユート４には第
１図に示すような状態、即ち同時に２個或いは３
個載加する程度にまで間隔を詰めると、得られる
トルクＴの波形は例えば第４図に示すようにな
り、前述のような部品１個の出力ピーク値の80％
基準の計数方法では、正確に部品個数を計数でき
ないことになる。また、複数個の部品Ａが全く又
は殆ど同時に計量シユート４を通過排出する場合
にも問題がある。

第５図は９個の部品Ａを流した場合に得られた
トルクＴの波形であるが、ｃとｄの波形は明らか
に２個の部品が同時に並列的に計量シユート４を
通過し排出された状態を示している。この場合に
ピークを計数するだけでは、実数の９個に対し、
７個と誤計数することになる。例えば、ｃ，ｄの
波形と微分すれば得られる微分パルス波形は、他
の部分即ち１個宛で分離され排出された場合に得
られたものよりは約２倍の大きさの出力が得ら
れ、或る程度の識別は可能ではあるが、２個又は
３個の部品の同時の排出により得られたものであ
ると的確に断定することは、特に高密度で高速に
部品が流された場合にはときとして困難である。
そこで、複数個の部品を全く又は殆ど同時に計量
シユート４を通過し排出することを許容しながら
確実に計数する、換言すればパーツフイーダなど
特別の部品供給装置を用いることなく、高速で能
率良く計数し、しかも形状が複雑なため複数個の
部品が一体に絡み合つて搬送されてくる場合でも
測定可能な解決手段を次に説明する。

第３図〜第５図に示したような、流された複数
個の部品Ａに対応するトルクＴの出力波形の総面
積即ち時間ｔに関する積分値は、部品Ａが１個宛
離して流れた場合でも、密集近接或いは複数個同
時に並列的に流れた場合でも、流れた部品Ａの総
数により一義的に定まるものである。このことは
原理上容易に理解できる上、実験的にも確認され
ている。例えば第５図において、トルクＴの出力
のピーク数は７個であるが、波形の総面積は部品
１個のｅの波形面積の９倍であり、このことから
流れた部品の数は９個であると判定することがで
きる。この点、部品２個が同時に並列的に流れた
ｃやｄ部分の波形面積が、１個の部品Ａによるｅ
の波形面積に比較し、それぞれほぼ２倍であるこ
とを目視により推定できることからも肯ける事実
である。

第６図はトルクＴの出力波形の面積を、基準的
な部品１個のトルク波形面積と同一の矩形波パル
スの面積で除算する方式により個数を求める回路
構成の実施例を示すものである。荷重検出部８で
検出されたトルクＴの出力は、フイルタ１１、増
幅器１２を経て積分器１６に入力され、積分器１
６の出力はレベル調整器１７を経てパルス波波発
生器としての単安定マルチバイブレータ１８にフ
イードバツクされ、マルチバイブレータ１８はそ
の入力電圧が或る一定値を超えると、波高と幅が
一定で、その面積が基準的な１個の部品Ａに相当
するトルクＴの波形面積に等しい矩形波パルスを
発するように構成されている。発生した矩形波パ
ルスは積分器１６に入力されると共に、計数回路
１５により計数される。積分器１６の入力はこの
ようにトルクＴの出力と矩形波パルス出力の２つ
があるが、両者は逆極性、即ち差動入力となり積
分器１６は差分回路として作用できるように接続
されている。

この実施例の動作原理を考えると、１個の部品
Ａが計量シユート４を通過することにより、第７
図ａに示すようなトルクＴの波形が増幅器１２か
ら出力され、積分器１６の反転入力端子（−符号
で示す）に入力される結果、このトルクＴの波形
に対応して第７図ｂに示すようなトルク積分出力
が得られる。このトルク積分出力は前述のように
レベル調整器１７を介して単安定マルチバイブレ
ータ１８に供給され、レベル調整器１７により予
め設定された基準値Ｌを超えると、単安定マルチ
バイブレータ１８から第７図ｃに示すような矩形
波パルスが発せられる。この矩形波パルス波は計
数回路１５により計数されると共に積分器１６の
非反転入力端子（＋符号で示す）に入力される結
果、この矩形波パルスに対応して第７図ｄに示す
ような矩形波パルスの積分出力が得られる。実際
の装置では、ａに示すトルクＴの波形面積とｃに
示す矩形波パルスの面積が等しくなるように回路
定数を選択してあるから、１個の部品Ａが通過後
の各波形積分値、即ちｂに示すＱとｄに示す
Q′は大きさが等しく、かつ矩形波パルスの積分
動作はトルク波の積分動作途中で開始されて極く
短時間に終了するので、差分回路としての積分器
１６の実際の出力はｂ，ｄの差（代数和）として
ｅに示すような形となる筈である。

第８図は実測値を示し、部品Ａが個々に計量シ
ユート４を通過するときの積分器１６の出力を示
す第８図ａの波形が理論的考察により求めた第７
図ｅと極めてよく近似していることが判る。第８
図ｂは複数個の部品Ａが同時に、或いは極めて近
接して計量シユート４を通過排出した時の動作状
態を確認するため、１個の部品Ａ及び故意に２
個、３個の部品を一体の緊縛した状態で通過さ
せ、その場合の積分器１６の出力を実測した例を
示している。ｂにおいてｆは部品Ａが通常の単一
部品の場合、ｇは２個一体の場合、ｈは３個一体
の場合の積分出力波形であり、それぞれの個数に
対応した数の矩形波パルスが発生されていること
が実証されている。

このように実施例では、単安定マルチバイブレ
ータ１８に対して、積分器１６の出力をレベル調
整器１７を介してフイードバツクすることによ
り、トルクＴの波形面積が矩形波パルスの面積よ
りも十分に、即ち設定されたレベルＬ（例えば0.4
個分の面積に相当する値）よりも大きい時には、
部品通過後の積分器１６の出力が零に近付くため
に必要なだけの矩形波パルスを引続き発生させ、
発生した矩形波パルスの数を計数回路１５により
計数するよう構成している。従つて、複数個の部
品Ａが同時並列的に或いは一体となつて計量シユ
ート４を通過した場合でも、その総数を確実に計
数できることになる。このように、レベル調整器
１７の出力はマルチバイブレータ１８が矩形波パ
ルスを発生するかどうかを制御する機能を持つて
いる。

第９図は部品Ａを高密度で計量シユート４を通
過させた場合の実施例を示すものであり、第９図
ａは積分器１６の出力、ｂはそのときの単安定マ
ルチバイブレータ１８の矩形波パルスの出力を示
している。このように、実施例では１秒間に10個
以上の高速度の計数でも極めて容易にかつ正確に
実施することができる。

然しながら、このような差分回路たる積分器１
６により得られる矩形波パルスの面積の差し引き
方式に基く計数動作は、基本的にはトルクＴの波
形の総面積を基準的な１個のトルクＴの波形面積
で除算することと等価であり、除算結果として１
個分以内の端数が実際上は残る筈であり、多数部
品の計数に際し、もし個々の端数がプラス側又は
マイナス側の何れかに偏つて累積された場合に
は、計数誤差を生ずることもある。個々の部品Ａ
についての除算結果として端数が残る原因は、(1)
部品Ａの重量が均一ではなく個々に差異があるこ
と、(2)計量シユート４に投入時の部品の姿勢、方
向、衝撃、相互の反発及び落下経路などの微妙な
差異により、同一重量、同一外形の部品でも計量
シユート４上を滑動落下する際の速度や状態が異
なるため、得られるトルクＴの波形とその面積に
も個々に若干の差が発生し得ること、(3)装置内各
部に測定誤差が存在すること、等の原因が挙げら
れる。

このような各種の誤差が発生存在する場合にお
いても誤計数を無くするためには、計量シユート
４が空になつた時の積分出力が、個々の測定誤差
の累積により例えば0.4個分相当のレベルＬに到
達する以前に零レベル又は零レベル付近に修正す
ればよい。具体的な方法として、例えば第１図に
おいてコンベヤ１０を間欠送りとし、最初の動作
期間内に送られた20個程度の少数個の部品数を計
数し、計数後に積分器１６の出力を零レベルに修
正した後に再びコンベヤ１０を動作させ、同様の
動作を繰り返して個数を累計してゆけばよい。然
しながら、この方法では計数速度をあまり早くで
きないという問題点を有している。

実用性に富む他の方法は、アナログ的に連続的
な短時間の零修正手段を講ずることである。具体
策は極めて簡単であり、積分器１６を単一に１次
遅れ特性とするだけでよい。純粋の積分回路より
も一次遅れ回路の方が実用上はるかに扱い易いこ
とは関係技術者の熟知する所であり、回路変更も
積分器１６内の積分コンデンサに適宜の抵抗を並
列に接続するだけで済む。第１０図はこのような
除算結果として発生し得る端数の累積とそれに起
因する誤計数の問題を、積分回路として一次遅れ
回路を用いて平易かつ合理的に解決した場合の動
作状態を説明するための実施例である。

第１０図ａは第６図において、積分器１６とし
て前述の通り基本的な純積分回路を用いた積分出
力を示すものであり、実験の目的上計数誤差を故
意に発生させるため、特別に矩形波パルスの面積
をトルクＴの波形面積よりも小さくなるように調
整した場合の実施例である。明らかに個々の部品
ＡについてトルクＴの波形面積から矩形波パルス
の面積を差し引いた残りの端数面積が毎回累積さ
れ、11個目の部品Ａのトルクの積分が終つた時点
での積分出力は本来は零レベルに戻るべき所を、
レベル調整器１７で設定された基準レベルＬに一
致したため、12個目の部品Ａが到達する以前のｉ
において余分な矩形波パルスを１個発生し、それ
までの部品Ａの実数11個に対し計数値が12個とな
ることを示している。

然しながら、積分器１６内の積分コンデンサに
並列的に適宜の抵抗を挿入し、積分器１６を時定
数約0.05秒の一次遅れ回路に変更した第１０図ｂ
に示す実施例では、一次遅れ回路による近似積分
出力が、部品通過直後において、ａと同様に個々
のトルクＴの波形面積が矩形波パルスの面積より
大きいためトルクＴの波形側に偏つてはいるが、
短時間後には零レベルに向けて引き戻されてい
る。このようにしてトルクＴの波形面積と矩形波
パルスの面積との差がたとえ５％や10％程度存在
したとしても、それが累加されることはないの
で、部品Ａの通過排出後の近似積分出力が矩形波
パルスを発生すべきレベルＬ以内に止まり、誤計
数は発生しないことを証明している。第１０図ｃ
は矩形波パルスの面積をトルクＴの波形面積より
も故意に大きく設定した場合の実施例を示し、こ
の場合も部品Ａの通過排出後の近似積分出力が矩
形波パルス側に偏り過ぎて計数不足を生ずること
のないことが判る。

このようにして一次遅れ回路を用いた実施例に
よれば、個々の部品Ａについての矩形波パルスの
面積とトルクＴの波形面積との差が通常起り得る
程度の小さな範囲に止まる限り、その差に対応す
る近似積分出力が短時間後に零レベルに引き戻さ
れるように修正されるから、常に正確な計数が行
われることになる。

このように１個の部品ＡによるトルクＴの波形
面積と矩形波パルスの面積が一致又は極めて近似
していることが計数に好結果をもたらすことにな
るが、測定対象が変り部品の重量が変わると、前
述の(3)式からも明らかなようにトルクＴの大きさ
は重量に比例して変わることになり、単安定マル
チバイブレータ１８から発せられる矩形波パルス
の面積をそれに対応させて変えなければならな
い。その方法としては、部品の重量を設定すれば
対応して矩形波パルスの面積が変化するように回
路的に構成しておいてもよいが、積分器１６の出
力側（積分器１８を一次遅れ回路として用いる場
合にはコンデンとの並列抵抗を一時的に開放して
純積分要素としておく）に指示計を接続し、部品
１個１個を十分な間隔をとりながら計量シユート
４を通過させ、積分器１６の出力レベルの偏りを
調整することにより容易に校正ができる。

理解を容易にするため、実施例では矩形波パル
スの発生器として単安定マルチバイブレータ１８
を説明したが、本発明の目的を達するために何ら
これに限定されることなく、他の形式の矩形波パ
ルス発生器をも使用できることは勿論である。ま
た、トルクＴの波形と面積が等しく、かつ積分器
１６にトルク波形と差動的に入力されるべき波形
としては、矩形波パルスが比較的に回路構成が簡
単で処理も容易ではあるが、必ずしも矩形波パル
スである必要はなく、例えば三角波等のパルス波
であつてもよい。

［発明の効果］ 以上詳しく説明したように本発明に係る部品個
数計数装置は、(1)部品が計量シユートを排出する
際の測定トルクが顕著にかつ急峻に変化すること
を利用して部品の通過を識別するから、部品の形
状、色、透明度、姿勢、個々の重量の若干の差異
に拘らず計数できる、(2)２個又はそれ以上の部品
が同時に並列的に、或いは一体となつて排出され
たような場合は、検出されたトルクの波形面積
が、部品１個のトルクの波形面積の２倍又は数倍
であることからその個数を判定し、部品が高速で
搬送される場合でもその総数を極めて能率良く計
数し得る、という極めて顕著な長所を具備し、比
較すべき在来品の全く無い、工業上極めて有益な
計数装置である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る部品個数計数装置の実施例
を示し、第１図はその計数機構の構成図、第２図
は斜面を滑動落下する質点の運動方程式を求める
ための説明図、第３図、第４図、第５図、第８
図、第９図及び第１０図は装置内各部の出力波形
の出力特性図、第６図はブロツク回路構成図、第
７図は動作原理の説明図である。 符号３はビーム、４は計量シユート、５は案内
ホツパ、８は荷重検出部、１０は搬送コンベン
ヤ、１１はフイルタ、１２は増幅器、１５は計数
回路、１６は積分器、１７はレベル調整器、１８
は単安定マルチバイブレータである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一端を水平軸により軸支し部品をその自重に
   より上方から下方に移動させるための傾斜を有す
   る計量シユートと、該計量シユート上を移動する
   部品により前記水平軸を中心にその周りに発生す
   るトルクに比例した電気信号を波形面積として出
   力するトルク検出機構と、反転及び非反転の差動
   入力端を有する積分回路と、基準的な部品１個分
   に相当する波形面積の基準パルス波を出力するパ
   ルス発生回路と、該パルス発生回路からの基準パ
   ルス波の数を計数し部品数として出力する計数回
   路とを備え、前記トルク検出機構の出力を前記積
   分回路の一方の入力端に接続し、前記パルス発生
   回路の出力を前記積分回路の他方の入力端に接続
   し、前記積分回路の出力を前記パルス発生回路の
   入力端に接続し、前記パルス発生回路は前記積分
   回路の出力波形面積が基準パルス波の面積よりも
   大きいときは、これらの面積の差に相当する前記
   積分回路の出力が小さくなるように前記基準パル
   ス波を発生することを特徴とする部品個数計数装
   置。 ２ 前記積分回路は、その出力が前記基準パルス
   波の面積よりも十分小さければ、出力を短時間後
   に零とするように修正する修正回路を設けた特許
   請求の範囲第１項に記載の部品個数計数装置。 ３ 前記修正回路は一次遅れ回路とした特許請求
   の範囲第２項に記載の部品個数計数装置。