搬送装置及び計量装置
【課題】ベース部材の振動による影響を考慮しつつ、搬送期間開始時にはトラフの振動の成長を促進し、搬送期間終了時にはトラフの振動の減衰を促進し得る搬送装置を得る。
【解決手段】ベース部材２２上に変位センサ５１が配設されており、変位センサ５１によって検出された相対変位ｘ2−ｘ1に基づくフィードバック制御が行われる。具体的には、変位センサ５１によって検出された相対変位ｘ2−ｘ1から求めたトラフ８の振動速度（相対速度ｘ2’−ｘ1’）にフィードバックゲインＫVを乗じたものが、帰還値としてフィードバックされ、その帰還値に基づいて加振パルス及び制振パルスが設定される。
【解決手段】ベース部材２２上に変位センサ５１が配設されており、変位センサ５１によって検出された相対変位ｘ2−ｘ1に基づくフィードバック制御が行われる。具体的には、変位センサ５１によって検出された相対変位ｘ2−ｘ1から求めたトラフ８の振動速度（相対速度ｘ2’−ｘ1’）にフィードバックゲインＫVを乗じたものが、帰還値としてフィードバックされ、その帰還値に基づいて加振パルス及び制振パルスが設定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、搬送装置及び計量装置に関し、特に、電磁石で間欠的に発生させた電磁力によりトラフを振動させて物品を搬送する電磁フィーダ、及びそれを備えた計量装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
計量装置は、供給された物品を計量ホッパへ移送するための電磁フィーダを備えて構成されている。電磁フィーダは、コイルスプリングを介して機台上に配設されたベース部材と、前後一対の板バネを介してベース部材上に取り付けられたトラフと、ベース部材上に設置された電磁石と、電磁石に間欠的に通電する通電制御手段とを有している。そして、電磁石で電磁力を間欠的に発生させて、その発生時に板バネを撓ませながらトラフを一方に変位させ、また、その非発生時にバネ体の弾性復元力によってトラフを他方に変位させることにより、トラフを振動させてトラフ上の物品を所定方向へ移送する。
【０００３】
この種の電磁フィーダが複数設けられた例えば組合せ計量装置等において計量精度の向上を図るためには、電磁フィーダから計量ホッパへの物品供給量の精度を向上させる必要がある。ここで、搬送期間の終了時に電磁石への通電を停止しただけでは、トラフの振幅は自然減衰するだけであるから、しばらくの間振動が継続して物品が搬送され続けることとなる。つまり、物品の実質的な供給期間が長くなって、物品供給量が目標量より多くなる。これを防止するためには、搬送期間の終了時にトラフの振動の減衰を促進して、計量ホッパへの物品の供給を速やかに停止する必要がある。
【０００４】
また、組合せ計量装置においては、トラフの振動の開始と停止とが断続的に繰り返し実行される。そのため、一回の搬送期間を短縮して単位時間あたりの搬送動作の回数を多くするためには、搬送期間の開始時にトラフの振動の成長を促進する必要がある。
【０００５】
下記特許文献１，２に開示された電磁フィーダにおいては、計量ホッパへの物品の供給量を安定させて計量精度を高めるべく、トラフの加速度を検出する加速度センサが、一対の板バネの上端部同士を連結する連結部材上に設けられている。そして、加速度センサによって検出された加速度からトラフの振動の振幅を算出し、その振幅が予め設定された目標振幅に近付くようにフィードバック制御がなされている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３０１８３３号公報（図３）
【特許文献２】特開平１１−２９５１３４号公報（図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１，２に開示された電磁フィーダによると、コイルスプリングを介して機台上に配設されたベース部材の振動が考慮されておらず、フィードバック制御において、加速度センサによる検出値にベース部材の振動の影響が誤差として含まれてしまうという問題がある。
【０００８】
本発明は、かかる問題を解決するために成されたものであり、ベース部材の振動による影響を考慮しつつ、搬送期間の開始時にはトラフの振動の成長を促進し、搬送期間の終了時にはトラフの振動の減衰を促進し得る搬送装置（特に電磁フィーダ）、及びそれを備えた計量装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明に係る搬送装置は、電磁石への加振パルスの印加によりトラフの振動を開始させ、電磁石への制振パルスの印加によりトラフの振動を停止させることによって、トラフ上の物品を搬送する搬送装置であって、機台と、第１の弾性部材を介して機台上に配設されたベース部材と、第２の弾性部材を介してベース部材上に配設されたトラフと、ベース部材上に配設された電磁石と、電磁石への加振パルス及び制振パルスの印加を制御する制御手段と、ベース部材上に配設され、ベース部材に対するトラフの変位を検出する検出手段と、検出手段によって検出された変位から求めた振動速度に、所定のゲインを乗じたものを、帰還値として制御手段にフィードバックするフィードバック手段とを備え、制御手段は、帰還値に基づいて加振パルス及び制振パルスを設定することを特徴とする。
【００１０】
第２の発明に係る搬送装置は、第１の発明に係る搬送装置において特に、制御手段は、トラフの振動の開始時には、振動の成長を促進するパルスを加振パルスとして設定し、トラフの振動の停止時には、振動の減衰を促進するパルスを制振パルスとして設定することを特徴とする。
【００１１】
第３の発明に係る搬送装置は、第１又は第２の発明に係る搬送装置において特に、トラフの振動の開始と停止とが断続的に繰り返し実行されることを特徴とする。
【００１２】
第４の発明に係る計量装置は、第１〜第３の発明のいずれか一つに係る搬送装置と、当該搬送装置によって搬送された物品を計量する計量手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明に係る搬送装置によれば、ベース部材上に検出手段が配設され、検出手段によって検出された相対変位に基づいて、フィードバック制御が行われる。これにより、ベース部材の振動による影響を考慮しつつ、搬送期間の開始時にはトラフの振動の成長を促進し、搬送期間の終了時にはトラフの振動の減衰を促進することができる。
【００１４】
第２の発明に係る搬送装置によれば、搬送期間が短縮されて、単位時間あたりの搬送動作の回数を多くすることができる。また、搬送期間の終了時にトラフの振動が速やかに停止されることにより、電磁フィーダによる物品の搬送を即座に停止することができる。
【００１５】
第３の発明に係る搬送装置によれば、所定量の物品の断続搬送が行われる組合せ計量装置への適用が可能となる。
【００１６】
第４の発明に係る計量装置によれば、搬送装置から計量手段への物品の搬送量が精度良く制御された計量装置を得ることができる。また、トラフの振動を素早く停止できることから、物品の供給時間の短縮化が図られて、計量サイクルタイムを向上することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施の形態に係る電磁フィーダ１を備えた組合せ計量装置２の概略構成を示す側面図である。また、図２は、電磁フィーダ１の構成を具体的に示す側面図である。図１を参照して、組合せ計量装置２は、機台３の中央に加振機４を介して設置され、上方の筒状の投入シュート５から投下された被計量物を周囲に分散する分散テーブル６と、その周囲に複数の加振機７のそれぞれを介して放射状に配設され、被計量物を搬送する複数のトラフ８と、複数のトラフ８の先端部下方にそれぞれ位置するように放射状に配設された複数のプールホッパ９と、複数のプールホッパ９のそれぞれの下方に配設された複数の計量ホッパ１０とを備えている。
【００１９】
機台３の内部には、電磁フィーダ１の動作を制御するフィーダ制御装置３０が配設されている。また、機台３の内部には、各プールホッパ９の各ゲート９ａ及び各計量ホッパ１０の各ゲート１０ａの開閉を制御する、複数のゲート開閉装置１１が配設されている。ゲート開閉装置１１は、図示しないモータによって駆動され、被計量物の排出指令を受けたときに、図示しない駆動手段により計量ホッパ１０内の被計量物を集合シュート１２内に排出させ、空になった計量ホッパ１０内にプールホッパ９内の被計量物を投入させるように動作する。また、計量ホッパ１０には、図示しない重量検出器が機台３内で連設されており、計量ホッパ１０内の被計量物の重量を計量する。
【００２０】
図２を参照して、電磁フィーダ１が備える加振機７は、トラフ８の振動の機台３への伝達を防止するための複数のコイルスプリング２１を介して機台３上に設置されたベース部材２２と、ベース部材２２の上面上に設置された電磁石２３と、ベース部材２２の前部側（図面右側）及び後部側（図面左側）にボルト２４によって後傾姿勢で平行に取り付けられた一対の板バネ２５とを有している。但し、一対の板バネ２５は必ずしも平行に取り付けられている必要はない。これら両板バネ２５の各上部には、トラフ８のブラケット８ａがボルト２６によって固定されている。また、ブラケット８ａにおける電磁石２３の磁力発生面２３ａに対向する面には、磁性体２７が取り付けられている。電磁石２３には、フィーダ制御装置３０によって間欠的に通電がなされる。また、ベース部材２２の上面上には支持部材５２が固定されており、支持部材５２上には、ブラケット８ａの底面に対向して変位センサ５１が取り付けられている。
【００２１】
電磁石２３に通電がなされると、磁力発生面２３ａと磁性体２７との間に電磁力（吸引力）が作用し、その結果、前後の板バネ２５が撓みながら、またこれと同時にトラフ８がやや沈み込みながら、後方（図面左側）に変位することとなる。つまり、板バネ２５が固定されて弾性部材として機能するトラフ８が、後方に変位することとなる。一方、電磁石２３への通電が停止されると、磁力発生面２３ａと磁性体２７との間の電磁力（吸引力）が消失し、トラフ８が、板バネ２５の弾性復元力によって上方へやや浮き上がりながら前方（図面右側）に変位することとなる。従って、電磁石２３に間欠的に通電がなされることによって電磁力が間欠的に発生し、これにより、トラフ８が前後方向に振動することとなる。トラフ８が振動することによって、トラフ８上の物品（被計量物、被搬送物）が図１に示したプールホッパ９に移送される。また、予め定められた物品の搬送期間が終了すると、トラフ８の振動を停止させることにより、電磁フィーダ１からプールホッパ９への物品の移送が停止される。上記の通り、組合せ計量装置２において、電磁フィーダ１からプールホッパ９への物品供給量の精度を向上させるためには、物品の搬送期間の終了時に、トラフ８の振動を即座に停止させることが重要となる。また、一回の搬送期間を短縮して単位時間あたりの搬送動作の回数を多くするためには、搬送期間の開始時にトラフの振動の成長を促進する必要がある。
【００２２】
図３は、フィーダ制御装置３０の構成を示すブロック図である。フィーダ制御装置３０は、コントローラ５０、パルス生成部３１、及びＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等のスイッチング素子３２を備えている。パルス生成部３１は、変位センサ５１に接続されたコントローラ５０から入力された信号に基づき、搬送期間においては、トラフ８の振動の成長を促進又は維持するための制御パルス（加振パルス）を生成して出力し、搬送期間の終了時においては、トラフ８の振動の減衰を促進するための制御パルス（制振パルス）を生成して出力する。パルス生成部３１から出力された制御パルスは、スイッチング素子３２に入力され、例えばＦＥＴのゲート電極にゲート電圧として印加される。制御パルスが入力されている期間、スイッチング素子３２は導通状態となって、直流電源３３が電磁石２３に通電される。
【００２３】
図２を参照して、電磁フィーダ１においては、ベース部材２２は弾性体であるコイルスプリング２１を介して機台３上に配設されており、トラフ８は弾性体である板バネ２５を介してベース部材２２上に配設されている。つまり、電磁フィーダ１は２つの弾性体を有する２自由度の振動系である。
【００２４】
図４は、粘性減衰２自由度振動系を、本実施の形態に係る電磁フィーダ１に対応させて表す図である。ｃ1及びｋ1は、それぞれコイルスプリング２１の減衰係数及びばね定数であり、ｃ2及びｋ2は、それぞれ板バネ２５の減衰係数及びばね定数であり、ｍ1は、コイルスプリング２１と板バネ２５との間の下側部材（主にベース部材２２及び電磁石２３）の質量であり、ｍ2は、板バネ２５上の上側部材（主にトラフ８）の質量である。また、ｘ1は、機台３に対する下側部材の絶対変位であり、ｘ2は、機台３に対する上側部材の絶対変位であり、ｆ及び−ｆは、それぞれ下側部材及び上側部材に作用する力である。図２に示したように、変位センサ５１はベース部材２２上に固定されている。そのため、変位センサ５１は、機台３に対するトラフ８の絶対変位ｘ2ではなく、ベース部材２２に対するトラフ８の相対変位ｘ2−ｘ1を検出することとなる。
【００２５】
図４に示した２自由度振動系の運動方程式は、以下の式（１）及び式（２）として与えられる。
【００２６】
【数１】
【００２７】
【数２】
【００２８】
式（１）は下側部材に関する運動方程式であり、式（２）は上側部材に関する運動方程式である。式中の「’」は１回の微分を意味しており、以下同様とする。また、ｗ1，ｗ2は外乱である。
【００２９】
式（１）及び式（２）において、力ｆは、以下の式（３）として与えられる。
【００３０】
【数３】
【００３１】
式（３）において、Ｋは入力ゲインであり、ＫVはフィードバックゲインであり、ｕは入力値（例えば電圧値）である。
【００３２】
図５は、式（１）〜式（３）を表したブロック線図である。コントローラ５０は、微分器６０、増幅器６１、及び減算器６２を有している。微分器６０は、変位センサ５１によって検出された相対変位ｘ2−ｘ1を微分することにより、相対速度ｘ2’−ｘ1’を出力する。増幅器６１は、相対速度ｘ2’−ｘ1’にフィードバックゲインＫVを乗じて出力する。減算器６２は、ＫｕからＫV（ｘ2’−ｘ1’）を減じて力ｆを出力する。図３を参照して、パルス生成部３１は、コントローラ５０から入力された力ｆに応じて、加振パルス及び制振パルスのパルス幅（又は電圧値）を設定する。つまり、コントローラ５０は、変位センサ５１によって検出された相対変位ｘ2−ｘ1から求めたトラフ８の振動速度（相対速度ｘ2’−ｘ1’）にフィードバックゲインＫVを乗じたものを、帰還値としてパルス生成部３１にフィードバックするフィードバック手段として機能し、パルス生成部３１は、その帰還値に基づいて加振パルス及び制振パルスを設定する。
【００３３】
図６は、フィードバック制御を行わない場合の絶対変位ｘ1，ｘ2を示す図であり、図７は、フィードバック制御を行った場合の絶対変位ｘ1，ｘ2を示す図である。フィードバック制御を行わない場合（図６）は、搬送期間の開始時においてトラフ８の振動（絶対変位ｘ2）は徐々に成長し、搬送期間の終了時においてトラフ８の振動は徐々に減衰している。一方、フィードバック制御を行った場合（図７）は、搬送期間の開始時においてトラフ８の振動は急激に成長し、搬送期間の終了時においてトラフ８の振動は急激に減衰している。
【００３４】
このように本実施の形態に係る電磁フィーダ１によれば、ベース部材２２上に変位センサ５１を配設し、変位センサ５１によって検出された相対変位ｘ2−ｘ1に基づくフィードバック制御を行う。これにより、ベース部材２２の振動による影響を考慮しつつ、搬送期間の開始時にはトラフ８の振動の成長を促進し、搬送期間の終了時にはトラフ８の振動の減衰を促進することができる。その結果、搬送期間が短縮されて、単位時間あたりの搬送動作の回数を多くすることができる。また、搬送期間の終了時にトラフ８の振動が速やかに停止されることにより、電磁フィーダ１からプールホッパ９への物品の移送を即座に停止でき、惰性の振動によって物品供給量が目標量より多くなる事態を回避することができる。
【００３５】
以下、フィードバックゲインＫVの設定について説明する。図８は、外乱を加えた場合に、フィードバックゲインＫVの値と外乱の影響との関係を調べた結果を示すグラフである。フィードバックゲインＫVの値が大きいほど、外乱の影響が小さくなっていることが分かる。従って、外乱の影響を小さくして安定した駆動を実現するためには、フィードバックゲインＫVの値は大きいほうが望ましいと言える。
【００３６】
図９〜１２は、フィードバックゲインＫVの値と、力ｆ及び絶対変位ｘ1，ｘ2との関係を調べた結果を示すグラフである。フィードバックゲインＫVの値は、図９ではＫV＝０、図１０ではＫV＝１０、図１１ではＫV＝５０、図１２ではＫV＝１５０である。なお、入力ゲインＫの値は、図９ではＫ＝１、図１０ではＫ＝３．９、図１１ではＫ＝１５．７、図１２ではＫ＝４５．１である。入力ゲインＫの値は、以下の式（４）及び式（５）によって、フィードバックゲインＫVの値から求めることができる。なお、式（４）において、ｓ＝ｊω（ωは共振周波数）であり、ｄｅｔＡ’はＫV＝０のときのｄｅｔＡである。
【００３７】
【数４】
【００３８】
【数５】
【００３９】
図９〜１２を参照して、フィードバックゲインＫVの値が大きくなるほど、トラフ８の振動の成長及び減衰が急峻になり、ＫV＝１５０のときには実用上問題のない特性が得られていることが分かる。
【００４０】
図１３は、フィードバック制御を行わず、減衰方向の外乱を与え、断続搬送を行ったときの、トラフ８の絶対変位ｘ2（上段）、物品の搬送量（中段）、及び搬送速度（下段）のシミュレーション結果を示すグラフであり、同様に図１４は、フィードバック制御を行い、減衰方向の外乱を与え、断続搬送を行ったときの、トラフ８の絶対変位ｘ2（上段）、物品の搬送量（中段）、及び搬送速度（下段）のシミュレーション結果を示すグラフである。中段の物品の搬送量は、下段の搬送速度の積分値として得られる。
【００４１】
フィードバック制御を行わない場合（図１３）は、外乱の影響によって、絶対変位ｘ2、搬送量、及び搬送速度が、各搬送期間ごとにばらついている。一方、フィードバック制御を行った場合（図１４）は、絶対変位ｘ2、搬送量、及び搬送速度は、ほとんどばらついておらず、本実施の形態に係るフィードバック制御は、断続搬送においても効果的であることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態に係る電磁フィーダを備えた組合せ計量装置の概略構成を示す側面図である。
【図２】電磁フィーダの構成を具体的に示す側面図である。
【図３】フィーダ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図４】粘性減衰２自由度振動系を、本発明の実施の形態に係る電磁フィーダに対応させて表す図である。
【図５】式（１）〜式（３）を表したブロック線図である。
【図６】フィードバック制御を行わない場合の絶対変位を示す図である。
【図７】フィードバック制御を行った場合の絶対変位を示す図である。
【図８】外乱を加えた場合に、フィードバックゲインの値と外乱の影響との関係を調べた結果を示すグラフである。
【図９】フィードバックゲインの値と、力及び絶対変位との関係を調べた結果を示すグラフである。
【図１０】フィードバックゲインの値と、力及び絶対変位との関係を調べた結果を示すグラフである。
【図１１】フィードバックゲインの値と、力及び絶対変位との関係を調べた結果を示すグラフである。
【図１２】フィードバックゲインの値と、力及び絶対変位との関係を調べた結果を示すグラフである。
【図１３】フィードバック制御を行わず、減衰方向の外乱を与え、断続搬送を行ったときの、トラフの絶対変位（上段）、物品の搬送量（中段）、及び搬送速度（下段）のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１４】フィードバック制御を行い、減衰方向の外乱を与え、断続搬送を行ったときの、トラフの絶対変位（上段）、物品の搬送量（中段）、及び搬送速度（下段）のシミュレーション結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４３】
１ 電磁フィーダ
２ 組合せ計量装置
３ 機台
７ 加振機
８ トラフ
２１ コイルスプリング
２２ ベース部材
２３ 電磁石
２５ 板バネ
２７ 磁性体
３０ フィーダ制御装置
５０ コントローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、搬送装置及び計量装置に関し、特に、電磁石で間欠的に発生させた電磁力によりトラフを振動させて物品を搬送する電磁フィーダ、及びそれを備えた計量装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
計量装置は、供給された物品を計量ホッパへ移送するための電磁フィーダを備えて構成されている。電磁フィーダは、コイルスプリングを介して機台上に配設されたベース部材と、前後一対の板バネを介してベース部材上に取り付けられたトラフと、ベース部材上に設置された電磁石と、電磁石に間欠的に通電する通電制御手段とを有している。そして、電磁石で電磁力を間欠的に発生させて、その発生時に板バネを撓ませながらトラフを一方に変位させ、また、その非発生時にバネ体の弾性復元力によってトラフを他方に変位させることにより、トラフを振動させてトラフ上の物品を所定方向へ移送する。
【０００３】
この種の電磁フィーダが複数設けられた例えば組合せ計量装置等において計量精度の向上を図るためには、電磁フィーダから計量ホッパへの物品供給量の精度を向上させる必要がある。ここで、搬送期間の終了時に電磁石への通電を停止しただけでは、トラフの振幅は自然減衰するだけであるから、しばらくの間振動が継続して物品が搬送され続けることとなる。つまり、物品の実質的な供給期間が長くなって、物品供給量が目標量より多くなる。これを防止するためには、搬送期間の終了時にトラフの振動の減衰を促進して、計量ホッパへの物品の供給を速やかに停止する必要がある。
【０００４】
また、組合せ計量装置においては、トラフの振動の開始と停止とが断続的に繰り返し実行される。そのため、一回の搬送期間を短縮して単位時間あたりの搬送動作の回数を多くするためには、搬送期間の開始時にトラフの振動の成長を促進する必要がある。
【０００５】
下記特許文献１，２に開示された電磁フィーダにおいては、計量ホッパへの物品の供給量を安定させて計量精度を高めるべく、トラフの加速度を検出する加速度センサが、一対の板バネの上端部同士を連結する連結部材上に設けられている。そして、加速度センサによって検出された加速度からトラフの振動の振幅を算出し、その振幅が予め設定された目標振幅に近付くようにフィードバック制御がなされている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３０１８３３号公報（図３）
【特許文献２】特開平１１−２９５１３４号公報（図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１，２に開示された電磁フィーダによると、コイルスプリングを介して機台上に配設されたベース部材の振動が考慮されておらず、フィードバック制御において、加速度センサによる検出値にベース部材の振動の影響が誤差として含まれてしまうという問題がある。
【０００８】
本発明は、かかる問題を解決するために成されたものであり、ベース部材の振動による影響を考慮しつつ、搬送期間の開始時にはトラフの振動の成長を促進し、搬送期間の終了時にはトラフの振動の減衰を促進し得る搬送装置（特に電磁フィーダ）、及びそれを備えた計量装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明に係る搬送装置は、電磁石への加振パルスの印加によりトラフの振動を開始させ、電磁石への制振パルスの印加によりトラフの振動を停止させることによって、トラフ上の物品を搬送する搬送装置であって、機台と、第１の弾性部材を介して機台上に配設されたベース部材と、第２の弾性部材を介してベース部材上に配設されたトラフと、ベース部材上に配設された電磁石と、電磁石への加振パルス及び制振パルスの印加を制御する制御手段と、ベース部材上に配設され、ベース部材に対するトラフの変位を検出する検出手段と、検出手段によって検出された変位から求めた振動速度に、所定のゲインを乗じたものを、帰還値として制御手段にフィードバックするフィードバック手段とを備え、制御手段は、帰還値に基づいて加振パルス及び制振パルスを設定することを特徴とする。
【００１０】
第２の発明に係る搬送装置は、第１の発明に係る搬送装置において特に、制御手段は、トラフの振動の開始時には、振動の成長を促進するパルスを加振パルスとして設定し、トラフの振動の停止時には、振動の減衰を促進するパルスを制振パルスとして設定することを特徴とする。
【００１１】
第３の発明に係る搬送装置は、第１又は第２の発明に係る搬送装置において特に、トラフの振動の開始と停止とが断続的に繰り返し実行されることを特徴とする。
【００１２】
第４の発明に係る計量装置は、第１〜第３の発明のいずれか一つに係る搬送装置と、当該搬送装置によって搬送された物品を計量する計量手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明に係る搬送装置によれば、ベース部材上に検出手段が配設され、検出手段によって検出された相対変位に基づいて、フィードバック制御が行われる。これにより、ベース部材の振動による影響を考慮しつつ、搬送期間の開始時にはトラフの振動の成長を促進し、搬送期間の終了時にはトラフの振動の減衰を促進することができる。
【００１４】
第２の発明に係る搬送装置によれば、搬送期間が短縮されて、単位時間あたりの搬送動作の回数を多くすることができる。また、搬送期間の終了時にトラフの振動が速やかに停止されることにより、電磁フィーダによる物品の搬送を即座に停止することができる。
【００１５】
第３の発明に係る搬送装置によれば、所定量の物品の断続搬送が行われる組合せ計量装置への適用が可能となる。
【００１６】
第４の発明に係る計量装置によれば、搬送装置から計量手段への物品の搬送量が精度良く制御された計量装置を得ることができる。また、トラフの振動を素早く停止できることから、物品の供給時間の短縮化が図られて、計量サイクルタイムを向上することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施の形態に係る電磁フィーダ１を備えた組合せ計量装置２の概略構成を示す側面図である。また、図２は、電磁フィーダ１の構成を具体的に示す側面図である。図１を参照して、組合せ計量装置２は、機台３の中央に加振機４を介して設置され、上方の筒状の投入シュート５から投下された被計量物を周囲に分散する分散テーブル６と、その周囲に複数の加振機７のそれぞれを介して放射状に配設され、被計量物を搬送する複数のトラフ８と、複数のトラフ８の先端部下方にそれぞれ位置するように放射状に配設された複数のプールホッパ９と、複数のプールホッパ９のそれぞれの下方に配設された複数の計量ホッパ１０とを備えている。
【００１９】
機台３の内部には、電磁フィーダ１の動作を制御するフィーダ制御装置３０が配設されている。また、機台３の内部には、各プールホッパ９の各ゲート９ａ及び各計量ホッパ１０の各ゲート１０ａの開閉を制御する、複数のゲート開閉装置１１が配設されている。ゲート開閉装置１１は、図示しないモータによって駆動され、被計量物の排出指令を受けたときに、図示しない駆動手段により計量ホッパ１０内の被計量物を集合シュート１２内に排出させ、空になった計量ホッパ１０内にプールホッパ９内の被計量物を投入させるように動作する。また、計量ホッパ１０には、図示しない重量検出器が機台３内で連設されており、計量ホッパ１０内の被計量物の重量を計量する。
【００２０】
図２を参照して、電磁フィーダ１が備える加振機７は、トラフ８の振動の機台３への伝達を防止するための複数のコイルスプリング２１を介して機台３上に設置されたベース部材２２と、ベース部材２２の上面上に設置された電磁石２３と、ベース部材２２の前部側（図面右側）及び後部側（図面左側）にボルト２４によって後傾姿勢で平行に取り付けられた一対の板バネ２５とを有している。但し、一対の板バネ２５は必ずしも平行に取り付けられている必要はない。これら両板バネ２５の各上部には、トラフ８のブラケット８ａがボルト２６によって固定されている。また、ブラケット８ａにおける電磁石２３の磁力発生面２３ａに対向する面には、磁性体２７が取り付けられている。電磁石２３には、フィーダ制御装置３０によって間欠的に通電がなされる。また、ベース部材２２の上面上には支持部材５２が固定されており、支持部材５２上には、ブラケット８ａの底面に対向して変位センサ５１が取り付けられている。
【００２１】
電磁石２３に通電がなされると、磁力発生面２３ａと磁性体２７との間に電磁力（吸引力）が作用し、その結果、前後の板バネ２５が撓みながら、またこれと同時にトラフ８がやや沈み込みながら、後方（図面左側）に変位することとなる。つまり、板バネ２５が固定されて弾性部材として機能するトラフ８が、後方に変位することとなる。一方、電磁石２３への通電が停止されると、磁力発生面２３ａと磁性体２７との間の電磁力（吸引力）が消失し、トラフ８が、板バネ２５の弾性復元力によって上方へやや浮き上がりながら前方（図面右側）に変位することとなる。従って、電磁石２３に間欠的に通電がなされることによって電磁力が間欠的に発生し、これにより、トラフ８が前後方向に振動することとなる。トラフ８が振動することによって、トラフ８上の物品（被計量物、被搬送物）が図１に示したプールホッパ９に移送される。また、予め定められた物品の搬送期間が終了すると、トラフ８の振動を停止させることにより、電磁フィーダ１からプールホッパ９への物品の移送が停止される。上記の通り、組合せ計量装置２において、電磁フィーダ１からプールホッパ９への物品供給量の精度を向上させるためには、物品の搬送期間の終了時に、トラフ８の振動を即座に停止させることが重要となる。また、一回の搬送期間を短縮して単位時間あたりの搬送動作の回数を多くするためには、搬送期間の開始時にトラフの振動の成長を促進する必要がある。
【００２２】
図３は、フィーダ制御装置３０の構成を示すブロック図である。フィーダ制御装置３０は、コントローラ５０、パルス生成部３１、及びＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等のスイッチング素子３２を備えている。パルス生成部３１は、変位センサ５１に接続されたコントローラ５０から入力された信号に基づき、搬送期間においては、トラフ８の振動の成長を促進又は維持するための制御パルス（加振パルス）を生成して出力し、搬送期間の終了時においては、トラフ８の振動の減衰を促進するための制御パルス（制振パルス）を生成して出力する。パルス生成部３１から出力された制御パルスは、スイッチング素子３２に入力され、例えばＦＥＴのゲート電極にゲート電圧として印加される。制御パルスが入力されている期間、スイッチング素子３２は導通状態となって、直流電源３３が電磁石２３に通電される。
【００２３】
図２を参照して、電磁フィーダ１においては、ベース部材２２は弾性体であるコイルスプリング２１を介して機台３上に配設されており、トラフ８は弾性体である板バネ２５を介してベース部材２２上に配設されている。つまり、電磁フィーダ１は２つの弾性体を有する２自由度の振動系である。
【００２４】
図４は、粘性減衰２自由度振動系を、本実施の形態に係る電磁フィーダ１に対応させて表す図である。ｃ1及びｋ1は、それぞれコイルスプリング２１の減衰係数及びばね定数であり、ｃ2及びｋ2は、それぞれ板バネ２５の減衰係数及びばね定数であり、ｍ1は、コイルスプリング２１と板バネ２５との間の下側部材（主にベース部材２２及び電磁石２３）の質量であり、ｍ2は、板バネ２５上の上側部材（主にトラフ８）の質量である。また、ｘ1は、機台３に対する下側部材の絶対変位であり、ｘ2は、機台３に対する上側部材の絶対変位であり、ｆ及び−ｆは、それぞれ下側部材及び上側部材に作用する力である。図２に示したように、変位センサ５１はベース部材２２上に固定されている。そのため、変位センサ５１は、機台３に対するトラフ８の絶対変位ｘ2ではなく、ベース部材２２に対するトラフ８の相対変位ｘ2−ｘ1を検出することとなる。
【００２５】
図４に示した２自由度振動系の運動方程式は、以下の式（１）及び式（２）として与えられる。
【００２６】
【数１】
【００２７】
【数２】
【００２８】
式（１）は下側部材に関する運動方程式であり、式（２）は上側部材に関する運動方程式である。式中の「’」は１回の微分を意味しており、以下同様とする。また、ｗ1，ｗ2は外乱である。
【００２９】
式（１）及び式（２）において、力ｆは、以下の式（３）として与えられる。
【００３０】
【数３】
【００３１】
式（３）において、Ｋは入力ゲインであり、ＫVはフィードバックゲインであり、ｕは入力値（例えば電圧値）である。
【００３２】
図５は、式（１）〜式（３）を表したブロック線図である。コントローラ５０は、微分器６０、増幅器６１、及び減算器６２を有している。微分器６０は、変位センサ５１によって検出された相対変位ｘ2−ｘ1を微分することにより、相対速度ｘ2’−ｘ1’を出力する。増幅器６１は、相対速度ｘ2’−ｘ1’にフィードバックゲインＫVを乗じて出力する。減算器６２は、ＫｕからＫV（ｘ2’−ｘ1’）を減じて力ｆを出力する。図３を参照して、パルス生成部３１は、コントローラ５０から入力された力ｆに応じて、加振パルス及び制振パルスのパルス幅（又は電圧値）を設定する。つまり、コントローラ５０は、変位センサ５１によって検出された相対変位ｘ2−ｘ1から求めたトラフ８の振動速度（相対速度ｘ2’−ｘ1’）にフィードバックゲインＫVを乗じたものを、帰還値としてパルス生成部３１にフィードバックするフィードバック手段として機能し、パルス生成部３１は、その帰還値に基づいて加振パルス及び制振パルスを設定する。
【００３３】
図６は、フィードバック制御を行わない場合の絶対変位ｘ1，ｘ2を示す図であり、図７は、フィードバック制御を行った場合の絶対変位ｘ1，ｘ2を示す図である。フィードバック制御を行わない場合（図６）は、搬送期間の開始時においてトラフ８の振動（絶対変位ｘ2）は徐々に成長し、搬送期間の終了時においてトラフ８の振動は徐々に減衰している。一方、フィードバック制御を行った場合（図７）は、搬送期間の開始時においてトラフ８の振動は急激に成長し、搬送期間の終了時においてトラフ８の振動は急激に減衰している。
【００３４】
このように本実施の形態に係る電磁フィーダ１によれば、ベース部材２２上に変位センサ５１を配設し、変位センサ５１によって検出された相対変位ｘ2−ｘ1に基づくフィードバック制御を行う。これにより、ベース部材２２の振動による影響を考慮しつつ、搬送期間の開始時にはトラフ８の振動の成長を促進し、搬送期間の終了時にはトラフ８の振動の減衰を促進することができる。その結果、搬送期間が短縮されて、単位時間あたりの搬送動作の回数を多くすることができる。また、搬送期間の終了時にトラフ８の振動が速やかに停止されることにより、電磁フィーダ１からプールホッパ９への物品の移送を即座に停止でき、惰性の振動によって物品供給量が目標量より多くなる事態を回避することができる。
【００３５】
以下、フィードバックゲインＫVの設定について説明する。図８は、外乱を加えた場合に、フィードバックゲインＫVの値と外乱の影響との関係を調べた結果を示すグラフである。フィードバックゲインＫVの値が大きいほど、外乱の影響が小さくなっていることが分かる。従って、外乱の影響を小さくして安定した駆動を実現するためには、フィードバックゲインＫVの値は大きいほうが望ましいと言える。
【００３６】
図９〜１２は、フィードバックゲインＫVの値と、力ｆ及び絶対変位ｘ1，ｘ2との関係を調べた結果を示すグラフである。フィードバックゲインＫVの値は、図９ではＫV＝０、図１０ではＫV＝１０、図１１ではＫV＝５０、図１２ではＫV＝１５０である。なお、入力ゲインＫの値は、図９ではＫ＝１、図１０ではＫ＝３．９、図１１ではＫ＝１５．７、図１２ではＫ＝４５．１である。入力ゲインＫの値は、以下の式（４）及び式（５）によって、フィードバックゲインＫVの値から求めることができる。なお、式（４）において、ｓ＝ｊω（ωは共振周波数）であり、ｄｅｔＡ’はＫV＝０のときのｄｅｔＡである。
【００３７】
【数４】
【００３８】
【数５】
【００３９】
図９〜１２を参照して、フィードバックゲインＫVの値が大きくなるほど、トラフ８の振動の成長及び減衰が急峻になり、ＫV＝１５０のときには実用上問題のない特性が得られていることが分かる。
【００４０】
図１３は、フィードバック制御を行わず、減衰方向の外乱を与え、断続搬送を行ったときの、トラフ８の絶対変位ｘ2（上段）、物品の搬送量（中段）、及び搬送速度（下段）のシミュレーション結果を示すグラフであり、同様に図１４は、フィードバック制御を行い、減衰方向の外乱を与え、断続搬送を行ったときの、トラフ８の絶対変位ｘ2（上段）、物品の搬送量（中段）、及び搬送速度（下段）のシミュレーション結果を示すグラフである。中段の物品の搬送量は、下段の搬送速度の積分値として得られる。
【００４１】
フィードバック制御を行わない場合（図１３）は、外乱の影響によって、絶対変位ｘ2、搬送量、及び搬送速度が、各搬送期間ごとにばらついている。一方、フィードバック制御を行った場合（図１４）は、絶対変位ｘ2、搬送量、及び搬送速度は、ほとんどばらついておらず、本実施の形態に係るフィードバック制御は、断続搬送においても効果的であることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態に係る電磁フィーダを備えた組合せ計量装置の概略構成を示す側面図である。
【図２】電磁フィーダの構成を具体的に示す側面図である。
【図３】フィーダ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図４】粘性減衰２自由度振動系を、本発明の実施の形態に係る電磁フィーダに対応させて表す図である。
【図５】式（１）〜式（３）を表したブロック線図である。
【図６】フィードバック制御を行わない場合の絶対変位を示す図である。
【図７】フィードバック制御を行った場合の絶対変位を示す図である。
【図８】外乱を加えた場合に、フィードバックゲインの値と外乱の影響との関係を調べた結果を示すグラフである。
【図９】フィードバックゲインの値と、力及び絶対変位との関係を調べた結果を示すグラフである。
【図１０】フィードバックゲインの値と、力及び絶対変位との関係を調べた結果を示すグラフである。
【図１１】フィードバックゲインの値と、力及び絶対変位との関係を調べた結果を示すグラフである。
【図１２】フィードバックゲインの値と、力及び絶対変位との関係を調べた結果を示すグラフである。
【図１３】フィードバック制御を行わず、減衰方向の外乱を与え、断続搬送を行ったときの、トラフの絶対変位（上段）、物品の搬送量（中段）、及び搬送速度（下段）のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１４】フィードバック制御を行い、減衰方向の外乱を与え、断続搬送を行ったときの、トラフの絶対変位（上段）、物品の搬送量（中段）、及び搬送速度（下段）のシミュレーション結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４３】
１ 電磁フィーダ
２ 組合せ計量装置
３ 機台
７ 加振機
８ トラフ
２１ コイルスプリング
２２ ベース部材
２３ 電磁石
２５ 板バネ
２７ 磁性体
３０ フィーダ制御装置
５０ コントローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁石への加振パルスの印加によりトラフの振動を開始させ、前記電磁石への制振パルスの印加により前記トラフの振動を停止させることによって、前記トラフ上の物品を搬送する搬送装置であって、
機台と、
第１の弾性部材を介して前記機台上に配設されたベース部材と、
第２の弾性部材を介して前記ベース部材上に配設された前記トラフと、
前記ベース部材上に配設された前記電磁石と、
前記電磁石への前記加振パルス及び前記制振パルスの印加を制御する制御手段と、
前記ベース部材上に配設され、前記ベース部材に対する前記トラフの変位を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された前記変位から求めた振動速度に、所定のゲインを乗じたものを、帰還値として前記制御手段にフィードバックするフィードバック手段と
を備え、
前記制御手段は、前記帰還値に基づいて前記加振パルス及び前記制振パルスを設定する、搬送装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記トラフの振動の開始時には、振動の成長を促進するパルスを前記加振パルスとして設定し、
前記トラフの振動の停止時には、振動の減衰を促進するパルスを前記制振パルスとして設定する、請求項１に記載の搬送装置。
【請求項３】
前記トラフの振動の開始と停止とが断続的に繰り返し実行される、請求項１又は２に記載の搬送装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つに記載の搬送装置と、
当該搬送装置によって搬送された物品を計量する計量手段と
を備える、計量装置。
【請求項１】
電磁石への加振パルスの印加によりトラフの振動を開始させ、前記電磁石への制振パルスの印加により前記トラフの振動を停止させることによって、前記トラフ上の物品を搬送する搬送装置であって、
機台と、
第１の弾性部材を介して前記機台上に配設されたベース部材と、
第２の弾性部材を介して前記ベース部材上に配設された前記トラフと、
前記ベース部材上に配設された前記電磁石と、
前記電磁石への前記加振パルス及び前記制振パルスの印加を制御する制御手段と、
前記ベース部材上に配設され、前記ベース部材に対する前記トラフの変位を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された前記変位から求めた振動速度に、所定のゲインを乗じたものを、帰還値として前記制御手段にフィードバックするフィードバック手段と
を備え、
前記制御手段は、前記帰還値に基づいて前記加振パルス及び前記制振パルスを設定する、搬送装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記トラフの振動の開始時には、振動の成長を促進するパルスを前記加振パルスとして設定し、
前記トラフの振動の停止時には、振動の減衰を促進するパルスを前記制振パルスとして設定する、請求項１に記載の搬送装置。
【請求項３】
前記トラフの振動の開始と停止とが断続的に繰り返し実行される、請求項１又は２に記載の搬送装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つに記載の搬送装置と、
当該搬送装置によって搬送された物品を計量する計量手段と
を備える、計量装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００６−１６０４０４（Ｐ２００６−１６０４０４Ａ）
【公開日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３５１１６４（Ｐ２００４−３５１１６４）
【出願日】平成１６年１２月３日（２００４．１２．３）
【出願人】（０００１４７８３３）株式会社イシダ (859)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月３日（２００４．１２．３）
【出願人】（０００１４７８３３）株式会社イシダ (859)
【Ｆターム（参考）】
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