(57)【要約】【課題】  包装装置におけるエンドシーラ軸に定常外乱が存在する場合においても、包装フィルム噛み込み検出のための専用となるセンサ類を配設せずに、包装フィルム噛み込みによる、定常外乱よりも小振幅の外乱または振動周期が遅い変化を伴う外乱を確実に検出でき、装置の低価格化および小型化並びに信頼性の向上を図ることができる包装装置およびモータ制御装置を提供する。【解決手段】  制御装置が、トルク指令とモータ速度とに基づいてモータ１に対する外乱推定値を演算する外乱オブザーバ部２と、前記外乱推定値に基づいて前記エンドシーラ軸における噛み込み状態を検出する噛み込み検出部３，４と、を備える。【選択図】図２
2010006474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被包装物を包んだ包装フィルムを溶着および切断するエンドシーラ軸を有する包装装置であって、前記エンドシーラ軸の回転ローラを機械的機構を介して回転駆動させるモータと、前記モータへ電力を供給する制御装置と、を備えた包装装置において、
前記制御装置が、トルク指令とモータ速度とに基づいて前記モータに対する外乱推定値を演算する外乱オブザーバ部と、
前記外乱推定値に基づいて前記エンドシーラ軸における噛み込み状態を検出する噛み込み検出部と、を備えることを特徴とする包装装置。
【請求項２】
前記噛み込み検出部が、前記外乱推定値を入力して前記回転ローラが１回転する間、前記外乱推定値を積算する積分器と、
前記積分器の出力を入力して予め決定された設定値と比較し前記噛み込み状態を判断する比較部と、で構成され、
前記比較部が、前記積分器の出力が前記設定値を超えた場合、前記噛み込み状態であると判断する、ことを特徴とする請求項１に記載の包装装置。
【請求項３】
前記噛み込み検出部が、前記外乱推定値を入力して前記モータ速度に対する前記外乱推定値の重み付けを行なう速度係数処理部と、
前記速度係数処理部の出力を入力して前記回転ローラが１回転する間、前記速度係数処理部の出力を積算する積分器と、
前記積分器の出力を入力して予め決定された設定値と比較し前記噛み込み状態を判断する比較部と、で構成され、
前記比較部が、前記積分器の出力が前記設定値を超えた場合、前記噛み込み状態であると判断する、ことを特徴とする請求項１に記載の包装装置。
【請求項４】
前記噛み込み検出部が、前記外乱推定値を入力して前記回転ローラの位置に対する前記外乱推定値の重み付けを行なう位置係数処理部と、
前記位置係数処理部の出力を入力して前記回転ローラが１回転する間、前記位置係数処理部の出力を積算する積分器と、
前記積分器の出力を入力して予め決定された設定値と比較し前記噛み込み状態を判断する比較部と、で構成され、
前記比較部が、前記積分器の出力が前記設定値を超えた場合、前記噛み込み状態であると判断する、ことを特徴とする請求項１に記載の包装装置。
【請求項５】
前記噛み込み検出部が、前記外乱推定値を入力して前記モータ速度に対する前記外乱推定値の重み付けを行なう速度係数処理部と、
前記速度係数処理部の出力を入力して前記回転ローラの位置に対する前記速度係数処理部の出力の重み付けを行なう位置係数処理部と、
前記位置係数処理部の出力を入力して前記回転ローラが１回転する間、前記位置係数処理部の出力を積算する積分器と、
前記積分器の出力を入力して予め決定された設定値と比較し前記噛み込み状態を判断する比較部と、で構成され、
前記比較部が、前記積分器の出力が前記設定値を超えた場合、前記噛み込み状態であると判断する、ことを特徴とする請求項１に記載の包装装置。
【請求項６】
前記噛み込み状態は、前記包装フィルムを複数枚巻き込んだ状態または前記被包装物の微小なくずを噛み込んだ状態である、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の包装装置。
【請求項７】
前記速度係数処理部が、前記回転ローラの予め設定される回転速度の場合を係数０、前記回転ローラの回転速度がゼロの場合を係数１とし、前記回転ローラの回転速度に応じて前記係数が変化する関数を有し、
前記関数で決定された係数と、前記外乱推定値と、の積を計算した値を出力することを特徴とする請求項３または５に記載の包装装置。
【請求項８】
前記位置係数処理部が、前記エンドシーラ軸の前記包装フィルムを溶着および切断する位置の場合を係数１、前記エンドシーラ軸の前記包装フィルムを溶着および切断する位置から離れるにつれて係数１より小さくなる係数とし、前記回転ローラの回転位置に応じて前記係数が変化する関数を有し、
前記関数で決定された係数と、前記外乱推定値もしくは前記速度係数処理部の出力と、の積を計算した値を出力することを特徴とする請求項４または５に記載の包装装置。
【請求項９】
被包装物を包んだ包装フィルムを溶着および切断するエンドシーラ軸を有する包装装置であって、前記エンドシーラ軸の回転ローラを機械的機構を介して回転駆動させるモータと、前記モータへ電力を供給する制御装置と、を備え、前記機械的機構に起因する振動外乱または前記回転ローラの偏重心に起因する振動外乱である、定常外乱が存在する包装装置において、
前記制御装置が、前記エンドシーラ軸に前記包装フィルムを複数枚巻き込んだ状態または前記被包装物の微小なくずを噛み込んだ状態である、異常外乱と前記定常外乱とを判別し、前記異常外乱を検出することを特徴とする包装装置。
【請求項１０】
前記制御装置が、トルク指令とモータ速度とに基づいて、前記モータに対する外乱推定値を演算する外乱オブザーバ部と、
前記外乱推定値を入力して前記回転ローラが１回転する間、前記外乱推定値を積算する積分器と、
前記積分器の出力を入力して予め決定された設定値と比較し、前記積分器の出力が前記設定値を超えた場合、前記異常外乱であると判断する比較部と、を備えることを特徴とする請求項９に記載の包装装置。
【請求項１１】
前記制御装置が、トルク指令とモータ速度とに基づいて、前記モータに対する外乱推定値を演算する外乱オブザーバ部と、
前記外乱推定値を入力して前記モータ速度に対する前記外乱推定値の重み付けを行なう速度係数処理部と、
前記速度係数処理部の出力を入力して前記回転ローラが１回転する間、前記速度係数処理部の出力を積算する積分器と、
前記積分器の出力を入力して予め決定された設定値と比較し、前記積分器の出力が前記設定値を超えた場合、前記異常外乱であると判断する比較部と、を備えることを特徴とする請求項９に記載の包装装置。
【請求項１２】
前記制御装置が、トルク指令とモータ速度とに基づいて、前記モータに対する外乱推定値を演算する外乱オブザーバ部と、
前記外乱推定値を入力して前記回転ローラの位置に対する前記外乱推定値の重み付けを行なう位置係数処理部と、
前記位置係数処理部の出力を入力して前記回転ローラが１回転する間、前記位置係数処理部の出力を積算する積分器と、
前記積分器の出力を入力して予め決定された設定値と比較し、前記積分器の出力が前記設定値を超えた場合、前記異常外乱であると判断する比較部と、を備えることを特徴とする請求項９に記載の包装装置。
【請求項１３】
前記制御装置が、トルク指令とモータ速度とに基づいて、前記モータに対する外乱推定値を演算する外乱オブザーバ部と、
前記外乱推定値を入力して前記モータ速度に対する前記外乱推定値の重み付けを行なう速度係数処理部と、
前記速度係数処理部の出力を入力して前記回転ローラの位置に対する前記速度係数処理部の出力の重み付けを行なう位置係数処理部と、
前記位置係数処理部の出力を入力して前記回転ローラが１回転する間、前記位置係数処理部の出力を積算する積分器と、
前記積分器の出力を入力して予め決定された設定値と比較し、前記積分器の出力が前記設定値を超えた場合、前記異常外乱であると判断する比較部と、を備えることを特徴とする請求項９に記載の包装装置。
【請求項１４】
前記速度係数処理部が、前記回転ローラの予め設定される回転速度の場合を係数０、前記回転ローラの回転速度がゼロの場合を係数１とし、前記回転ローラの回転速度に応じて前記係数が変化する関数を有し、
前記関数で決定された係数と、前記外乱推定値と、の積を計算した値を出力することを特徴とする請求項１１または１３に記載の包装装置。
【請求項１５】
前記位置係数処理部が、前記エンドシーラ軸の前記包装フィルムを溶着および切断する位置の場合を係数１、前記エンドシーラ軸の前記包装フィルムを溶着および切断する位置から離れるにつれて係数１より小さくなる係数とし、前記回転ローラの回転位置に応じて前記係数が変化する関数を有し、
前記関数で決定された係数と、前記外乱推定値もしくは前記速度係数処理部の出力と、の積を計算した値を出力することを特徴とする請求項１２または１３に記載の包装装置。
【請求項１６】
前記制御装置が、前記噛み込み状態を検出の際、前記包装装置が異常である情報を外部に出力することを特徴とする請求項１に記載の包装装置。
【請求項１７】
前記制御装置が、前記異常外乱を検出の際、前記包装装置が異常である情報を外部に出力することを特徴とする請求項９に記載の包装装置。
【請求項１８】
前記設定値が、前記エンドシーラ軸の設定回転速度を変数とする多項式で決定されるものであることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１つに記載の包装装置。
【請求項１９】
前記比較部に代わり、前記積分器の出力を所定時間毎にサンプリングし、今回のサンプリング値と前回以前のサンプリング値との比較に基づいて、前記噛み込み状態の発生を判断する比較部、を備えることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１つに記載の包装装置。
【請求項２０】
前記比較部に代わり、前記積分器の出力を所定時間毎にサンプリングし、今回のサンプリング値と前回以前のサンプリング値との比較に基づいて、前記異常外乱の発生を判断する比較部、を備えることを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか１つに記載の包装装置。
【請求項２１】
機械的機構に連結されたモータと、前記モータの位置または速度情報を検出して出力する検出器と、指令を出力する上位装置と、前記指令と前記検出器の出力とに基づいてトルク指令を演算しモータへ電力を供給する制御装置と、を備えたモータ制御装置において、
前記上位装置もしくは前記制御装置が、前記トルク指令と前記検出器の出力とに基づいて前記モータに対する外乱推定値を演算する外乱オブザーバ部と、
前記外乱推定値を所定時間の間積算する積分器と、
前記積分器の出力と予め決定された設定値とを比較し、前記積分器の出力が前記設定値を超えた場合、異常外乱の発生と判断する比較部と、を備えることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２２】
機械的機構に連結されたモータと、前記モータの位置または速度情報を検出して出力する検出器と、指令を出力する上位装置と、前記指令と前記検出器の出力とに基づいてトルク指令を演算しモータへ電力を供給する制御装置と、を備えたモータ制御装置において、
前記上位装置もしくは前記制御装置が、前記トルク指令と前記検出器の出力とに基づいて前記モータに対する外乱推定値を演算する外乱オブザーバ部と、
前記検出器の速度情報に対する前記外乱推定値の重み付けを行なう速度係数処理部と、
前記速度係数処理部の出力を所定時間の間積算する積分器と、
前記積分器の出力と予め決定された設定値とを比較し、前記積分器の出力が前記設定値を超えた場合、異常外乱の発生と判断する比較部と、を備えることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２３】
機械的機構に連結されたモータと、前記モータの位置または速度情報を検出して出力する検出器と、指令を出力する上位装置と、前記指令と前記検出器の出力とに基づいてトルク指令を演算しモータへ電力を供給する制御装置と、を備えたモータ制御装置において、
前記上位装置もしくは前記制御装置が、前記トルク指令と前記検出器の出力とに基づいて前記モータに対する外乱推定値を演算する外乱オブザーバ部と、
前記検出器の位置情報に対する前記外乱推定値の重み付けを行う位置係数処理部と、
前記位置係数処理部の出力を所定時間の間積算する積分器と、
前記積分器の出力と予め決定された設定値とを比較し、前記積分器の出力が前記設定値を超えた場合、異常外乱の発生と判断する比較部と、を備えることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２４】
機械的機構に連結されたモータと、前記モータの位置または速度情報を検出して出力する検出器と、指令を出力する上位装置と、前記指令と前記検出器の出力とに基づいてトルク指令を演算しモータへ電力を供給する制御装置と、を備えたモータ制御装置において、
前記上位装置もしくは前記制御装置が、前記トルク指令と前記検出器の出力とに基づいて前記モータに対する外乱推定値を演算する外乱オブザーバ部と、
前記検出器の速度情報に対する前記外乱推定値の重み付けを行なう速度係数処理部と、
前記検出器の位置情報に対する前記速度係数処理部の出力の重み付けを行う位置係数処理部と、
前記位置係数処理部の出力を所定時間の間積算する積分器と、
前記積分器の出力と予め決定された設定値とを比較し、前記積分器の出力が前記設定値を超えた場合、異常外乱の発生と判断する比較部と、を備えることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２５】
前記比較部に代わり、前記積分器の出力を所定時間毎にサンプリングし、今回のサンプリング値と前回以前のサンプリング値との比較に基づいて、異常外乱の発生を判断する比較部、を備えることを特徴とする請求項２１乃至２４のいずれか１つにモータ制御装置。
【請求項２６】
前記上位装置もしくは前記制御装置が、前記異常外乱を検出の際、前記モータ制御装置が異常である情報を外部に出力することを特徴とする請求項２１乃至２４のいずれか１つに記載のモータ制御装置。
【請求項２７】
前記設定値が、前記モータの回転速度を変数とする多項式で決定されるものであることを特徴とする請求項２１乃至２４のいずれか１つに記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、菓子等の食品（被包装物）を包装フィルムで包装する包装装置およびそのモータ制御装置に関するものであって、特に、包装フィルムの噛み込み（例えば、包装フィルムを複数枚巻き込む場合や、微小な被包装物のくずを噛み込む場合等）を、専用となるセンサ類を配設せずに検出する包装装置およびそのモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
第１の従来技術は、「例えば筒状に繰出し成形されるフィルムに物品を挿入供給し、該フィルムにセンターシールおよびエンドシールを施して包装体を製造する包装機において、エンドシール機構におけるシール体での物品噛込みを検出し得る物品噛込み検出装置に関するもの」であって、「サーボモータへ供給される電力値の変化を検出することで、検出装置の組付け等に熟練度を要することなく、また噛込み時に大きな負荷が加わらないような前述の如き物品であっても、シール体への物品噛込みを良好に検出可能な包装機の物品噛込み検出装置を提供することを目的とする」ものがある（例えば、特許文献１）。
図８は第１の従来技術における物品噛込み検出装置を示す制御ブロック図、図９は第１の従来技術における物品噛込み検出装置が設けられる横型製袋充填機を示す概略構成図である。なお、両図面に付した符号は、第１の従来技術に記載された符号を用いて記載している。
【０００３】
図９において、「包装機は、原反ロール１０から繰出された帯状フィルム１２を、複数の案内ローラを介して製袋手段１４に供給して筒状に成形するようになっている。製袋手段１４の上流側には、物品１６を所定間隔毎に供給する供給コンベヤ１８が配設され、該コンベヤ１８は、物品１６を、製袋手段１４で成形した筒状フィルム１２ａに受渡し供給するよう構成してある。また製袋手段１４の下流側に、筒状フィルム１２ａの繰出し方向に沿う重合端縁部を挟圧して回転する一対の送りローラ２０が配設され、該送りローラ２０の下流側には重合端縁部を挟んでセンターシールを施す一対のシールローラ２２が配設されている。前記シールローラ２２の下流側に配設したエンドシール機構２４は、上下の関係で対向して回転する一対のシール体２６,２６を備えている。実施例では、筒状フィ
ルム１２ａが１包装長分移送される間に、シール体２６,２６が１回転するよう設定され
る。両シール体２６,２６は、三相モータからなるサーボモータ２８により位置および速
度を制御可能に駆動され、筒状フィルム１２ａを各物品１６間で挟圧してエンドシールを施す時のシール体２６,２６の回転周速がフィルム移送速度と略同速度に設定されて、両
シール体２６,２６が不等速回転を行なうよう構成されている。」
【０００４】
図８において、「エンドシール機構２４のシール体２６,２６は、サーボアンプ３８で
制御されるサーボモータ２８により不等速回転される。サーボアンプ３８からサーボモータ２８へは、シール体２６,２６を不等速回転させるのに必要な値の電圧、電流が供給さ
れる。電圧および電流から得られる電力値の変化は、検出処理手段３４により検出される。検出処理手段３４は、予め決定した基準電力値ＳＰと検出電力値とを比較し、検出電力値が基準電力値ＳＰを超えたときに、シール体２６,２６に物品が噛込んだと判定」して
いる。
【０００５】
第２の従来技術は、「各種包装装置に用いられる回転式のエンドシール装置に関するもの」であって、「被包装物の噛み込みや、フィルムに対する損傷・変形等を生じることなく、スムーズな移動を行え、その結果、包装装置・製袋装置全体での稼働効率も高くする（噛み込み等に伴う再設定処理が不要）ことができ、検出手段も１つで済むエンドシール装置を提供すること」を目的としている（例えば、特許文献２）。  第２の従来技術は、装置に近接センサを配設（図示しない）することにより、前述の目的を達成している。
【０００６】
このように、従来技術における包装装置は、サーボモータにより駆動される回転ローラによるエンドシール機構を有するものが多く用いられており、この従来技術における包装装置の包装フィルムの噛み込み検出は、配設された近接センサの出力値に基づいて検出するもの（特許文献２）や、センサを有さずに、サーボアンプからサーボモータへ供給される電圧および電流から得られる電力値の変化に基づいて検出する（特許文献１）ものがある。
また、センサを有さずに包装フィルムの噛み込みを検出する方法は、包装フィルムの噛み込みをサーボモータに対する外乱として捉え、この外乱を検出もしくは推定することにより包装フィルムの噛み込み検出することもできる。
【０００７】
第３の従来技術は、外乱推定オブザーバを備え、これにより推定された外乱の大きさが、予め決められた設定値以上になったときに外乱として検出している（例えば、特許文献３参照）。
また、第４の従来技術は、第３の従来技術を併用して、推定された外乱の変化量が、予め決められた設定値以上になったときにも外乱として検出している（例えば、特許文献４参照）。
【０００８】
図１０は、第３の従来技術における外乱検出の処理の流れを示す概略ブロック図である。
図において、１１１はモータであり、サーボアンプ（図示せず）からモータ１１１に出力されるトルク指令値とモータ１１１の回転速度を外乱オブザーバ１１２に入力する。外乱オブザーバ１１２はトルク指令値とモータ速度から外乱推定値を演算し、比較器１１３に出力する。比較器１１３は、予め決められた設定値と外乱推定値とを比較し、外乱推定値が設定値を超えていれば外乱として検出する。
【０００９】
図１１は、第４の従来技術における外乱検出の処理の流れを示す概略ブロック図である。
図において、２１１はモータであり、サーボアンプ（図示せず）からモータ２１１に出力されるトルク指令値とモータ２１１の回転速度を外乱オブザーバ２１２に入力する。外乱オブザーバ２１２はトルク指令値とモータ速度から外乱推定値を演算し、比較器２１４および微分器２１５に出力する。微分器１１５は外乱推定値を時間微分して外乱推定値の変化の割合として、比較器２１６に出力する。比較器２１４は、予め決められた設定値と外乱推定値とを比較し、外乱推定値が設定値を超えていれば外乱として検出する（外乱検出１）。比較器２１６は、比較器２１４と異なる値で予め決められた設定値と微分器２１５の出力値（外乱推定値の変化の割合）を比較し、微分器２１５の出力値（外乱推定値の変化の割合）が設定値を超えていれば外乱として検出する（外乱検出２）。そして、外乱検出１または外乱検出２が成立した場合、外乱として検出する。
【００１０】
このように、従来技術における外乱検出方法では、外乱推定オブザーバを備え、これにより推定された外乱推定値が予め決められた設定値を超えるか、または、推測された外乱推定値の瞬間的な変化（外乱推定値の変化の割合）が予め決められた設定値を超えた場合に外乱として検出していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−０３７４５０号公報（第４−８頁、図１）
【特許文献２】特開平０７−３１５３４０号公報（第３−５頁、図４）
【特許文献３】特開平０３−１９６３１３号公報（第５−１２頁、図１）
【特許文献４】特開平１１−２５４３８０号公報（第３−５頁、図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来技術における包装装置では、第２の従来技術のような近接センサを配設せずに、包装フィルムの噛み込みを検出する要求が高まっており、第１の従来技術のようなサーボアンプからサーボモータへ供給される電圧および電流から得られる電力値の変化に基づいて包装フィルムの噛み込みを検出することにより、近接センサのようなセンサ類を配設しないことによる装置の低価格化や、配設およびセンサ類の調整の手間を省くことができる技術が公知のものとして存在する。
しかしながら、第１の従来技術では、サーボアンプからサーボモータへ供給される電圧および電流から得られる電力値の変化に基づいて包装フィルムの噛み込みを検出しているため、電圧および電流を検出する検出器、すなわち電圧検出器および電流検出器を備えなければならないという問題がある。仮に、サーボアンプ自体に備えている電流制御に用いる電流検出器（ＤＣＣＴや抵抗等による検出）や電圧異常検出のための電圧検出器等を用いたとしても、電圧または電流検出器の出力信号のオフセットや温度ドリフトが存在し、検出精度が高い噛み込み検出を図ることができないという問題がある。
【００１３】
ここで、前述した包装装置のエンドシーラ機構は、一般的に、サーボモータにより駆動される回転ローラに刃物が取り付けられたもの（以下、エンドシーラ軸という）であり、サーボモータは複数のギアを用いた機械的機構を介して回転ローラを駆動している。
このような包装装置における噛み込みは、例えば、厚さ１ｍｍにも満たない包装フィルムを複数枚巻き込む場合や、微小な被包装物のくずを噛み込む場合等があるが、これらの噛み込みは、サーボモータに対してそれほど大きな外乱にはなり得ない。また、噛み込みが発生していない場合（通常状態の場合）であっても、エンドシーラ軸を駆動するサーボモータには、ギアの歯の弾性変形等に起因する振動による反力や、エンドシーラ軸の刃物による偏重心の影響による反力等が、外乱として常に検出されるのである。このエンドシーラ軸の刃物による偏重心の影響による反力は、前述した異物の噛み込みによる反力と比較して大きな外乱となり、ギアの歯の弾性変形等に起因する振動による反力の振動周波数は、前述した異物の噛み込みによる反力の振動周波数よりも振動周期が短い。
【００１４】
第３または４の従来技術の外乱検出方法では、外乱推定オブザーバを備え、これにより推定された外乱推定値が予め決められた設定値を超えるか、または、推測された外乱推定値の瞬間的な変化（外乱推定値の変化の割合）が予め決められた設定値を超えた場合に外乱として検出、すなわち単に、予め決められた設定値と外乱推定値とを比較しているため、定常的に発生する外乱（前述したギアの歯の弾性変形等に起因する振動による反力や、エンドシーラ軸の刃物による偏重心の影響による反力等）よりも小さな振幅をもつ外乱（前述した包装フィルムを複数枚巻き込む場合や、微小な被包装物のくずを噛み込む場合等）や、振動周期が遅い変化を伴う外乱（前述した包装フィルムを複数枚巻き込む場合や、微小な被包装物のくずを噛み込む場合等）を検出できないという問題があった。
また、第１の従来技術においても、サーボアンプからサーボモータへ供給される電圧および電流から得られる電力値の変化と基準電力値とを単に比較しているため、第３または４の従来技術と同様の問題点をもつものである。
【００１５】
したがって、第１および３並びに４の従来技術では、包装装置における噛み込み（前述した包装フィルムを複数枚巻き込む場合や、微小な被包装物のくずを噛み込む場合等）を検出するために、噛み込みが発生していない場合（通常状態の場合）における外乱（前述したギアの歯の弾性変形等に起因する振動による反力や、エンドシーラ軸の刃物による偏重心の影響による反力等）が存在する場合、この外乱(定常外乱)よりも基準となる値を小さく設定する必要があり、噛み込みを検出できないのである。このような場合、第２の従来技術のような近接センサを配設する必要があり、装置の低価格化や配設およびセンサ類の調整の手間を省くことができないという問題もあった。
【００１６】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、包装装置におけるエンドシーラ軸に定常外乱が存在する場合においても、包装フィルム噛み込み検出のための専用となるセンサ類を配設せずに、包装フィルム噛み込みによる、定常外乱よりも小振幅の外乱または振動周期が遅い変化を伴う外乱を確実に検出でき、装置の低価格化および小型化並びに信頼性の向上を図ることができる包装装置およびモータ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
【００１８】
請求項１に記載の発明は、被包装物を包んだ包装フィルムを溶着および切断するエンドシーラ軸を有する包装装置であって、前記エンドシーラ軸の回転ローラを機械的機構を介して回転駆動させるモータと、前記モータへ電力を供給する制御装置と、を備えた包装装置において、前記制御装置が、トルク指令とモータ速度とに基づいて前記モータに対する外乱推定値を演算する外乱オブザーバ部と、前記外乱推定値に基づいて前記エンドシーラ軸における噛み込み状態を検出する噛み込み検出部と、を備えることを特徴とする包装装置。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明における前記噛み込み検出部が、前記外乱推定値を入力して前記回転ローラが１回転する間、前記外乱推定値を積算する積分器と、前記積分器の出力を入力して予め決定された設定値と比較し前記噛み込み状態を判断する比較部と、で構成され、前記比較部が、前記積分器の出力が前記設定値を超えた場合、前記噛み込み状態であると判断する、ものである。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１記載の発明における前記噛み込み検出部が、前記外乱推定値を入力して前記モータ速度に対する前記外乱推定値の重み付けを行なう速度係数処理部と、前記速度係数処理部の出力を入力して前記回転ローラが１回転する間、前記速度係数処理部の出力を積算する積分器と、前記積分器の出力を入力して予め決定された設定値と比較し前記噛み込み状態を判断する比較部と、で構成され、前記比較部が、前記積分器の出力が前記設定値を超えた場合、前記噛み込み状態であると判断する、ものである。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１記載の発明における前記噛み込み検出部が、前記外乱推定値を入力して前記回転ローラの位置に対する前記外乱推定値の重み付けを行なう位置係数処理部と、前記位置係数処理部の出力を入力して前記回転ローラが１回転する間、前記位置係数処理部の出力を積算する積分器と、前記積分器の出力を入力して予め決定された設定値と比較し前記噛み込み状態を判断する比較部と、で構成され、前記比較部が、前記積分器の出力が前記設定値を超えた場合、前記噛み込み状態であると判断する、ものである。
また、請求項５に記載の発明は、請求項１記載の発明における前記噛み込み検出部が、前記外乱推定値を入力して前記モータ速度に対する前記外乱推定値の重み付けを行なう速度係数処理部と、前記速度係数処理部の出力を入力して前記回転ローラの位置に対する前記外乱推定値の重み付けを行なう位置係数処理部と、前記位置係数処理部の出力を入力して前記回転ローラが１回転する間、前記位置係数処理部の出力を積算する積分器と、前記積分器の出力を入力して予め決定された設定値と比較し前記噛み込み状態を判断する比較部と、で構成され、前記比較部が、前記積分器の出力が前記設定値を超えた場合、前記噛み込み状態であると判断する、ものである。
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１つに記載の発明における前記噛み込み状態は、前記包装フィルムを複数枚巻き込んだ状態または前記被包装物の微小なくずを噛み込んだ状態である、ものである。
また、請求項７に記載の発明は、請求項３または５記載の発明における前記速度係数処理部が、前記回転ローラの予め設定される回転速度の場合を係数０、前記回転ローラの回転速度がゼロの場合を係数１とし、前記回転ローラの回転速度に応じて前記係数が変化する関数を有し、前記関数で決定された係数と、前記外乱推定値と、の積を計算した値を出力するものである。
また、請求項８に記載の発明は、請求項４または５記載の発明における前記位置係数処理部が、前記エンドシーラ軸の前記包装フィルムを溶着および切断する位置の場合を係数１、前記エンドシーラ軸の前記包装フィルムを溶着および切断する位置から離れるにつれて係数１より小さくなる係数とし、前記回転ローラの回転位置に応じて前記係数が変化する関数を有し、前記関数で決定された係数と、前記外乱推定値もしくは前記速度係数処理部の出力と、の積を計算した値を出力するものである。
請求項９に記載の発明は、被包装物を包んだ包装フィルムを溶着および切断するエンドシーラ軸を有する包装装置であって、前記エンドシーラ軸の回転ローラを機械的機構を介して回転駆動させるモータと、前記モータへ電力を供給する制御装置と、を備え、前記機械的機構に起因する振動外乱または前記回転ローラの偏重心に起因する振動外乱である、定常外乱が存在する包装装置において、前記制御装置が、前記エンドシーラ軸に前記包装フィルムを複数枚巻き込んだ状態または前記被包装物の微小なくずを噛み込んだ状態である、異常外乱と前記定常外乱とを判別し、前記異常外乱を検出するものである。
また、請求項１０に記載の発明は、請求項９記載の発明における前記制御装置が、トルク指令とモータ速度とに基づいて、前記モータに対する外乱推定値を演算する外乱オブザーバ部と、前記外乱推定値を入力して前記回転ローラが１回転する間、前記外乱推定値を積算する積分器と、前記積分器の出力を入力して予め決定された設定値と比較し、前記積分器の出力が前記設定値を超えた場合、前記異常外乱であると判断する比較部と、を備えるものである。
また、請求項１１に記載の発明は、請求項９記載の発明における前記制御装置が、トルク指令とモータ速度とに基づいて、前記モータに対する外乱推定値を演算する外乱オブザーバ部と、前記外乱推定値を入力して前記モータ速度に対する前記外乱推定値の重み付けを行なう速度係数処理部と、前記速度係数処理部の出力を入力して前記回転ローラが１回転する間、前記速度係数処理部の出力を積算する積分器と、前記積分器の出力を入力して予め決定された設定値と比較し、前記積分器の出力が前記設定値を超えた場合、前記異常外乱であると判断する比較部と、を備えるものである。
また、請求項１２に記載の発明は、請求項９記載の発明における前記制御装置が、トルク指令とモータ速度とに基づいて、前記モータに対する外乱推定値を演算する外乱オブザーバ部と、前記外乱推定値を入力して前記回転ローラの位置に対する前記外乱推定値の重み付けを行なう位置係数処理部と、前記位置係数処理部の出力を入力して前記回転ローラが１回転する間、前記位置係数処理部の出力を積算する積分器と、前記積分器の出力を入力して予め決定された設定値と比較し、前記積分器の出力が前記設定値を超えた場合、前記異常外乱であると判断する比較部と、を備えるものである。
また、請求項１３に記載の発明は、請求項９記載の発明における前記制御装置が、トルク指令とモータ速度とに基づいて、前記モータに対する外乱推定値を演算する外乱オブザーバ部と、前記外乱推定値を入力して前記モータ速度に対する前記外乱推定値の重み付けを行なう速度係数処理部と、前記速度係数処理部の出力を入力して前記回転ローラの位置に対する前記外乱推定値の重み付けを行なう位置係数処理部と、前記位置係数処理部の出力を入力して前記回転ローラが１回転する間、前記位置係数処理部の出力を積算する積分器と、前記積分器の出力を入力して予め決定された設定値と比較し、前記積分器の出力が前記設定値を超えた場合、前記異常外乱であると判断する比較部と、を備えるものである。
また、請求項１４に記載の発明は、請求項１１または１３に記載の発明における前記速度係数処理部が、前記回転ローラの予め設定される回転速度の場合を係数０、前記回転ローラの回転速度がゼロの場合を係数１とし、前記回転ローラの回転速度に応じて前記係数が変化する関数を有し、前記関数で決定された係数と、前記外乱推定値と、の積を計算した値を出力するものである。
また、請求項１５に記載の発明は、請求項１２または１３記載の発明における前記位置係数処理部が、前記エンドシーラ軸の前記包装フィルムを溶着および切断する位置の場合を係数１、前記エンドシーラ軸の前記包装フィルムを溶着および切断する位置から離れるにつれて係数１より小さくなる係数とし、前記回転ローラの回転位置に応じて前記係数が変化する関数を有し、前記関数で決定された係数と、前記外乱推定値もしくは前記速度係数処理部の出力と、の積を計算した値を出力するものである。
また、請求項１６に記載の発明は、請求項１記載の発明における前記制御装置が、前記噛み込み状態を検出の際、前記包装装置が異常である情報を外部に出力するものである。
また、請求項１７に記載の発明は、請求項９記載の発明における前記制御装置が、前記異常外乱を検出の際、前記包装装置が異常である情報を外部に出力するものである。
また、請求項１８に記載の発明は、請求項２乃至５のいずれか１つに記載の発明における前記設定値が、前記エンドシーラ軸の設定回転速度を変数とする多項式で決定されるものである。
また、請求項１９に記載の発明は、請求項２乃至５のいずれか１つに記載の発明における前記比較部に代わり、前記積分器の出力を所定時間毎にサンプリングし、今回のサンプリング値と前回以前のサンプリング値との比較に基づいて、前記噛み込み状態の発生を判断する比較部、を備えるものである。
また、請求項２０に記載の発明は、請求項１０乃至１３のいずれか１つに記載の発明における前記比較部に代わり、前記積分器の出力を所定時間毎にサンプリングし、今回のサンプリング値と前回以前のサンプリング値との比較に基づいて、前記異常外乱の発生を判断する比較部、を備えるものである。
請求項２１に記載の発明は、機械的機構に連結されたモータと、前記モータの位置または速度情報を検出して出力する検出器と、指令を出力する上位装置と、前記指令と前記検出器の出力とに基づいてトルク指令を演算しモータへ電力を供給する制御装置と、を備えたモータ制御装置において、前記上位装置もしくは前記制御装置が、前記トルク指令と前記検出器の出力とに基づいて前記モータに対する外乱推定値を演算する外乱オブザーバ部と、前記外乱推定値を所定時間の間積算する積分器と、前記積分器の出力と予め決定された設定値とを比較し、前記積分器の出力が前記設定値を超えた場合、異常外乱の発生と判断する比較部と、を備えるものである。
請求項２２に記載の発明は、機械的機構に連結されたモータと、前記モータの位置または速度情報を検出して出力する検出器と、指令を出力する上位装置と、前記指令と前記検出器の出力とに基づいてトルク指令を演算しモータへ電力を供給する制御装置と、を備えたモータ制御装置において、前記上位装置もしくは前記制御装置が、前記トルク指令と前記検出器の出力とに基づいて前記モータに対する外乱推定値を演算する外乱オブザーバ部と、前記検出器の速度情報に対する前記外乱推定値の重み付けを行なう速度係数処理部と、前記速度係数処理部の出力を所定時間の間積算する積分器と、前記積分器の出力と予め決定された設定値とを比較し、前記積分器の出力が前記設定値を超えた場合、異常外乱の発生と判断する比較部と、を備えるものである。
請求項２３に記載の発明は、機械的機構に連結されたモータと、前記モータの位置または速度情報を検出して出力する検出器と、指令を出力する上位装置と、前記指令と前記検出器の出力とに基づいてトルク指令を演算しモータへ電力を供給する制御装置と、を備えたモータ制御装置において、前記上位装置もしくは前記制御装置が、前記トルク指令と前記検出器の出力とに基づいて前記モータに対する外乱推定値を演算する外乱オブザーバ部と、前記検出器の位置情報に対する前記外乱推定値の重み付けを行う位置係数処理部と、前記位置係数処理部の出力を所定時間の間積算する積分器と、前記積分器の出力と予め決定された設定値とを比較し、前記積分器の出力が前記設定値を超えた場合、異常外乱の発生と判断する比較部と、を備えるものである。
請求項２４に記載の発明は、機械的機構に連結されたモータと、前記モータの位置または速度情報を検出して出力する検出器と、指令を出力する上位装置と、前記指令と前記検出器の出力とに基づいてトルク指令を演算しモータへ電力を供給する制御装置と、を備えたモータ制御装置において、前記上位装置もしくは前記制御装置が、前記トルク指令と前記検出器の出力とに基づいて前記モータに対する外乱推定値を演算する外乱オブザーバ部と、前記検出器の速度情報に対する前記外乱推定値の重み付けを行なう速度係数処理部と、前記検出器の位置情報に対する前記速度係数処理部の出力の重み付けを行う位置係数処理部と、前記位置係数処理部の出力を所定時間の間積算する積分器と、前記積分器の出力と予め決定された設定値とを比較し、前記積分器の出力が前記設定値を超えた場合、異常外乱の発生と判断する比較部と、を備えるものである。
また、請求項２５に記載の発明は、請求項２１乃至２４のいずれか１つに記載の発明における前記比較部に代わり、前記積分器の出力を所定時間毎にサンプリングし、今回のサンプリング値と前回以前のサンプリング値との比較に基づいて、異常外乱の発生を判断する比較部、を備えるものである。
また、請求項２６に記載の発明は、請求項２１乃至２４のいずれか１つに記載の発明における前記上位装置もしくは前記制御装置が、前記異常外乱を検出の際、前記モータ制御装置が異常である情報を外部に出力するものである。
また、請求項２７に記載の発明は、請求項２１乃至２４のいずれか１つに記載の発明における前記設定値が、前記モータの回転速度を変数とする多項式で決定されるものである。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１，２，６に記載の発明によると、包装装置におけるエンドシーラ軸に定常外乱（ギアの歯の弾性変形等に起因する振動による反力や、エンドシーラ軸の刃物による偏重心の影響による反力等）が存在する場合においても、包装フィルム噛み込み検出のための専用となるセンサ類を配設せずに、包装フィルム噛み込み等（包装フィルムを複数枚巻き込む場合や、微小な被包装物のくずを噛み込む場合等）による、定常外乱よりも小振幅の外乱または振動周期が遅い変化を伴う外乱を確実に検出でき、装置の低価格化および小型化並びに信頼性の向上を図ることができる。
また、請求項３乃至５，７，８に記載の発明によると、請求項１，２，６に記載の発明による効果に加え、最終段の比較器における設定値の予めの決定がよりし易くなり、より精度が高い、確実な検出ができる。
請求項９または１０に記載の発明によると、包装装置におけるエンドシーラ軸に定常外乱（ギアの歯の弾性変形等に起因する振動による反力や、エンドシーラ軸の刃物による偏重心の影響による反力等）が存在する場合においても、包装フィルム噛み込み検出のための専用となるセンサ類を配設せずに、包装フィルム噛み込み等（包装フィルムを複数枚巻き込む場合や、微小な被包装物のくずを噛み込む場合等）による、定常外乱よりも小振幅の外乱または振動周期が遅い変化を伴う外乱を確実に検出でき、装置の低価格化および小型化並びに信頼性の向上を図ることができる。
また、請求項１１乃至１５に記載の発明によると、請求項９または１０に記載の発明による効果に加え、最終段の比較器における設定値の予めの決定がよりし易くなり、より精度が高い、確実な検出ができる。
また、請求項１６，１７に記載の発明によると、包装装置を即座に停止して、作業員等にエンドシーラ軸の噛み込みを知らせることができ、作業員等がこの噛み込みを除去した後、包装装置を安全に再度運転することができる。
また、請求項１８に記載の発明によると、エンドシーラ軸の設定回転速度が変化しても、常に噛み込み状態を検出することができる。
また、請求項１９，２０に記載の発明によると、容易に異常を判断することができる。
請求項２１乃至２４に記載の発明によると、機械装置における定常外乱が存在する場合においても、専用となるセンサ類を配設せずに、定常外乱よりも小振幅の外乱または振動周期が遅い変化を伴う外乱を確実に検出でき、装置の低価格化および小型化並びに信頼性の向上を図ることができる。
また、請求項２５に記載の発明によると、容易に異常を判断することができる。
また、請求項２６に記載の発明によると、作業員等に装置の異常を知らせることができ、作業員等がこの異常状態を回避した後、装置を安全に再度運転することができる。
また、請求項２７に記載の発明によると、モータの回転速度が変化しても、常に噛み込み状態を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例に係る包装装置の概略構成図
【図２】本発明に係る包装装置の外乱検出の処理の流れを示す概略ブロック図
【図３】本発明に係る包装装置における非噛み込み時の外乱推定波形図
【図４】本発明に係る包装装置における噛み込み時の外乱推定波形図
【図５】本発明に係る包装装置における噛み込み時の外乱推定値の積分波形図
【図６】本発明に係る包装装置の他の形態の外乱検出の処理の流れを示す概略ブロック図
【図７】本発明に係る包装装置における他の形態の噛み込み時の外乱推定値の積分波形図
【図８】第１の従来技術における物品噛込み検出装置を示す制御ブロック図
【図９】第１の従来技術における物品噛込み検出装置が設けられる横型製袋充填機を示す概略構成図
【図１０】第３の従来技術における外乱検出の処理の流れを示す概略ブロック図
【図１１】第４の従来技術における外乱検出の処理の流れを示す概略ブロック図
【図１２】本発明に係る包装装置における他の形態の噛み込み時の外乱推定値の積分波形図
【図１３】本発明に係る包装装置におけるエンドシーラ軸の設定回転速度を変化させた場合の設定値（しきい値）の変化を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１は、本発明の実施例に係る包装装置の概略構成図である。図において、１１はフィルムドラム、１２はフィルム送り軸、１３は供給コンベア、１４は整袋器、１５はセンタシーラ軸、１６はエンドシーラ軸、１７は排出コンベア、１８は被包装物１、１９は被包装物２、２０は包装フィルムである。なお、前述したようにエンドシーラ軸１６は、サーボモータ（図示しない）により駆動される回転ローラに刃物が取り付けられたものであり、サーボモータ（図示しない）は複数のギアを用いた機械的機構（図示しない）を介して回転ローラを、サーボアンプ等の制御装置（図示しない）からの指令に基づいて駆動している。
【００２３】
フィルム送り軸１２はフィルムドラム１１から包装フィルム２０を整袋器１４に送り、被包装物１  １８は供給コンベア１３によって搬送される。整袋器１４は包装フィルム２０を中心から半分に折り曲げると共に、被包装物１  １８を折り曲げられた包装フィルム２０で包む。センタシーラ軸１５は折り曲げられた包装フィルム２０をエンドシーラ軸１６の方向に送り、包装フィルム２０で包まれた被包装物１  １８は供給コンベア１３によってエンドシーラ軸１６の方向に搬送される。被包装物１  １８を包んだ包装フィルム２０はエンドシーラ軸１６によって溶着、切断され、被包装物２  １９となり、排出コンベア１７によって次工程に搬送される。
【００２４】
図２は、本発明に係る包装装置の外乱検出の処理の流れを示す概略ブロック図である。図において、１はモータ、２は外乱オブザーバ、３は積分器、４は比較器である。なお、ここで検出する外乱は、前述した包装装置におけるエンドシーラ軸の噛み込み（前述した包装フィルムを複数枚巻き込む場合や、微小な被包装物のくずを噛み込む場合等）であって、この外乱検出は包装装置におけるサーボアンプ等の制御装置（図示しない）において行なうものである。また、外乱検出の際は、本発明に係る包装装置を停止して、作業員等にエンドシーラ軸の噛み込みを知らせ、作業員等がこの噛み込みを除去した後、本発明に係る包装装置を再度運転するものである。
【００２５】
サーボアンプ等の制御装置（図示しない）からモータ１に出力されるトルク指令値とモータ１の回転速度（モータ速度）とを、外乱オブザーバ２に入力する。外乱オブザーバ２は、トルク指令値とモータ速度とから外乱推定値を演算して積分器３に出力する。積分器３は、本発明に係る包装装置のエンドシーラ軸の回転ローラが１回転する間、外乱推定値を常に積算して比較器４に出力する。比較器４は、予め決定された設定値と積分器３の出力値とを比較し、積分器３の出力値がこの設定値を超えていれば外乱として検出するのである。
【００２６】
ここで、モータ速度は、モータ１に接続された位置もしくは速度検出器（図示しない）の出力信号を用いればよい。また、トルク指令値とモータ速度に基づいて外乱推定値を演算して出力する外乱オブザーバ２は、公知の外乱オブザーバを用いればよい。また更に、包装装置のエンドシーラ軸の回転ローラが１回転は、回転ローラを駆動するための複数のギアを用いた機械的機構とサーボモータとのギア比等の仕様が予め分かっているため、この仕様に基づいて回転ローラの１回転とすればよい（サーボモータが直接回転ローラを駆動する場合は、サーボモータの１回転が回転ローラの１回転となる）。
【００２７】
このように、本発明が従来技術と異なる部分は、包装フィルム噛み込み検出のための専用となるセンサ類を配設しないこと、単に外乱推定値を予め決定された設定値と比較するのみではなく、外乱推定値をエンドシーラ軸の回転ローラが１回転する間常に積算した上で、その積分値と予め決定された設定値とを比較すること、比較結果に基づいて噛み込みを判断すること、である。
【００２８】
図３は、本発明に係る包装装置における非噛み込み時の外乱推定波形図である。図において、縦左軸は外乱推定値の振幅、縦右軸はエンドシーラ軸の角度（０度〜３６０度）、横軸は時間を示しものである。
図中、実線が外乱推定波形、破線がエンドシーラ軸の角度波形であり、図中ほぼ全体部分に示した範囲はエンドシーラ軸の角度波形における１回転に相当する範囲である。また、図中左部分に示す一点鎖線丸印部分は、エンドシーラ軸における機械的機構であるギアの歯の弾性変形等に起因する振動周期が早い外乱が発生している部分であり、図中中央および右部分に示す２箇所の二点鎖線丸印部分は、エンドシーラ軸の刃物による偏重心に起因する、例えば刃物が真上または真下を向いた場合、振動振幅が最も大きい外乱が発生している部分である。
このように、本発明に係る包装装置において、噛み込みが発生していない場合（通常状態の場合）における定常外乱が存在するのである。
【００２９】
図４は、本発明に係る包装装置における噛み込み時の外乱推定波形図である。図において、縦左軸は外乱推定値の振幅、縦右軸はエンドシーラ軸の角度（０度〜３６０度）、横軸は時間を示しものである。また、図中、実線が外乱推定波形、破線がエンドシーラ軸の角度波形であり、図中ほぼ全体部分に示した範囲はエンドシーラ軸の角度波形における１回転に相当する範囲である。図４は、包装装置の動作を図３と同じ動作条件とし、包装フィルムの一部分のみ包装フィルム厚を変更することで擬似的に噛み込みを起こした場合の状況としたものである。
【００３０】
図中中央部分に示す一点鎖線丸印部分は、噛み込みに起因する振動周期が遅く、かつ振動振幅が小さい外乱が発生している部分である。この噛み込みに起因する外乱は、図３に示した定常外乱と比較すれば、エンドシーラ軸における機械的機構であるギアの歯の弾性変形等に起因する振動周期が早い外乱よりも振動周期が遅く、エンドシーラ軸の刃物による偏重心に起因する振動振幅よりも振動振幅が小さい。また、外乱の発生時間を比較すれば、噛み込みに起因する外乱の発生時間は、エンドシーラ軸における機械的機構であるギアの歯の弾性変形等に起因する振動周期が早い外乱の発生時間よりも
長いため、外乱の変化の割合は、噛み込み時の方が小さくなるのである。
【００３１】
図５は、本発明に係る包装装置における噛み込み時の外乱推定値の積算結果である。図において、縦軸はエンドシーラ軸１回転分の外乱推定値の積算値、横軸はエンドシーラ軸１回転中のサンプル点の総数である。
図中上部の黒丸印は、噛み込みが発生していない場合、すなわち定常外乱のみが発生している場合（例えば、図３に示した状態）のエンドシーラ軸１回転の間（図３中の「１回転」と表記している区間、０〜３６０°の区間）の外乱推定値を常に積算した値である。また、図中下部の黒丸印は、噛み込みが発生した場合（例えば、図４に示した状態）のエンドシーラ軸１回転の間（図４中の「１回転」と表記している区間、０〜３６０°の区間）の外乱推定値を常に積算した値である。なお、図３および図４は、共に６゜毎にデータをサンプルしたため、３６０゜ではどちらも６０サンプルの積算となる。
【００３２】
本発明に係る包装装置においてエンドシーラ軸の回転ローラが１回転する間、外乱推定値を常に積算した場合、定常外乱のみが発生している場合と噛み込みが発生した場合とでは、例えば、図中の一点鎖線で区切られるような明らかな差をつけることができる。
したがって、この一点鎖線で区切られるようなレベルを、比較器における予め決定される設定値とすれば、噛み込み発生時のみ、噛み込みを検出することができるのである。
【実施例２】
【００３３】
図６は、本発明に係る包装装置の他の形態の外乱検出の処理の流れを示す概略ブロック図である。図において、１はモータ、５は外乱オブザーバ、６は速度係数処理部、７は位置係数処理部、８は積分器、９は比較器である。なお、実施例１（図２）と異なる部分は、外乱オブザーバ５の出力である外乱推定値を入力する速度係数処理部６と、速度係数処理部６の出力を入力する位置係数処理部７と、位置係数処理部の出力を積算する積分器８と、を備えた点であり、以外の構成は同じであるため、詳細な説明を省略する。
【００３４】
ここで、包装装置のエンドシーラ軸の回転ローラの動作について説明する。エンドシーラ軸の回転ローラは、常に一定速度で回転するのではなく、設定された回転速度が最高速度となって回転した状態で、エンドシーラ軸の刃物が包装フィルムに接触する直前にかけて減速し、包装フィルムが溶着、切断された後、再び設定された回転速度に復帰するという周期回転を行うものであり、エンドシーラ軸の噛み込み、すなわち前述した包装フィルムを複数枚巻き込む場合や、微小な被包装物のくずを噛み込む場合等は、エンドシーラ軸の回転速度が低速になった場合に発生するものである。
【００３５】
そこで、速度係数処理部６では、ある関数で決められた係数と外乱推定値との積を計算することにより、噛み込みが発生する速度に対する外乱推定値の重み付けを行なう。
ある関数とは、エンドシーラ軸に設定される回転速度（最高速度）の場合を係数０、回転速度がゼロの場合を係数１とするものであり、例えば、「（エンドシーラ軸に設定された回転速度−現在のエンドシーラ軸の回転速度）／エンドシーラ軸に設定された回転速度」で表されるものである。また、「ｅｘｐ((現在のエンドシーラ軸の回転速度／エンドシーラ軸の最高速度−エンドシーラ軸の最低速度／エンドシーラ軸の最高速度)＾２／σ＾２)」のような正規分布の式を用いてもよく、これにより重み付けの効果を一層強調することもできる。
【００３６】
なお、σは正規分布の幅を規定する値であり、必要に応じて適宜決定されるものである。
すなわち、現在のエンドシーラ軸の回転速度がエンドシーラ軸に設定された回転速度に近い場合（高速回転の場合）、前述した回転ローラの動作から、エンドシーラ軸の噛み込みが発生する恐れは少ないために外乱推定値の重み付けを低くし、一方、現在のエンドシーラ軸の回転速度がエンドシーラ軸に設定された回転速度に遠い場合（低速回転の場合）、前述した回転ローラの動作から、エンドシーラ軸の噛み込みが発生する恐れは多いために外乱推定値の重み付けを高くするものである。これにより、実施例１における噛み込み状態の検出よりも、後述する比較器９における設定値の予めの決定がし易くなり、精度が高い、確実な検出ができるのである。
なお、エンドシーラ軸に設定された回転速度は、包装装置が通常運転される前に予め設定されるものであるため、前述した速度係数処理部６での処理は問題なく実施することができるものである。
【００３７】
更にまた、エンドシーラ軸の噛み込み、すなわち前述した包装フィルムを複数枚巻き込む場合や、微小な被包装物のくずを噛み込む場合等は、被包装物が入った包装フィルムを、エンドシーラ軸の刃物が溶着及び切断する位置でのみ発生するものである。
そこで、位置係数処理部７では、速度係数処理部６の出力を入力し、ある関数で決められた係数と速度係数処理部６の出力との積を計算することにより、噛み込みが発生する位置に対する外乱推定値の重み付けを、更に行なう。
【００３８】
ある関数とは、エンドシーラ軸の刃物が溶着及び切断する位置の場合を係数１、エンドシーラ軸の刃物が溶着及び切断する位置から離れるにつれて係数１より小さくなる係数とするものであり、例えば、「１−｜エンドシーラ軸の刃物が溶着及び切断する位置−現在のエンドシーラ軸の回転位置｜（絶対値）」で表されるものである。また、エンドシーラ軸の刃物がエンドシーラ軸１回転あたりに２つ存在する場合は、例えば、「余弦関数の絶対値」で表されるものである。
【００３９】
すなわち、現在のエンドシーラ軸の回転位置がエンドシーラ軸の刃物が溶着及び切断する位置に近い場合、エンドシーラ軸の噛み込みが発生する恐れは多いために外乱推定値の重み付けを更に高くし、一方、現在のエンドシーラ軸の回転位置がエンドシーラ軸の刃物が溶着及び切断する位置に遠い場合、エンドシーラ軸の噛み込みが発生する恐れは少ないために外乱推定値の重み付けを低くするものである。これにより、実施例１における噛み込み状態の検出よりも、後述する比較器９における設定値の予めの決定がし易くなり、精度が高い、確実な検出ができるのである。
【００４０】
更に、前述した速度係数処理部６における重み付けと併用すれば、更に精度が高い、確実な検出ができるのである。
なお、エンドシーラ軸の刃物が溶着及び切断する位置は、エンドシーラ軸の回転ローラを駆動するための複数のギアを用いた機械的機構とサーボモータとのギア比等の仕様が予め分かっているため、包装装置が通常運転される前に予め設定もしくは分かるものであるため、前述した位置係数処理部７での処理は問題なく実施することができるものである。
【００４１】
積分器８は、本発明に係る包装装置のエンドシーラ軸の回転ローラが１回転する間、位置係数処理部７の出力値を常に積算して比較器９に出力する。比較器９は、予め決定された設定値と積分器８の出力値とを比較し、積分器８の出力値がこの設定値を超えていれば外乱として検出するのである。
なお、速度係数処理部６と位置係数処理部７とは両方備えても、もしくはいずれか一方備えても、同様の効果を奏するものである。
【００４２】
図７は、本発明に係る包装装置における他の形態の噛み込み時の外乱推定値の積算結果である。また、図１２は本発明に係る包装装置における他の形態の噛み込み時の外乱推定値の積算結果であって、図７に「実施例２の他の形態による図３の積算値」を付加したものである。図において、縦軸はエンドシーラ軸１回転分の外乱推定値の積算値、横軸はエンドシーラ軸１回転中のサンプル点の総数である。
【００４３】
図７および１２中上部の白丸印は、噛み込みが発生していない場合、すなわち定常外乱のみが発生している場合（例えば、図３に示した状態）のエンドシーラ軸１回転の間（図３中の「１回転」と表記している区間、０〜３６０°の区間）の外乱推定値に対して、実施例２に記載の「（エンドシーラ軸に設定された回転速度−現在のエンドシーラ軸の回転速度）／エンドシーラ軸に設定された回転速度」の式を用いた、速度係数処理および位置係数処理を行った出力を常に積算した値である。
【００４４】
また、図１２中上部の二重白丸印は、噛み込みが発生していない場合、すなわち定常外乱のみが発生している場合（例えば、図３に示した状態）のエンドシーラ軸１回転の間（図３中の「１回転」と表記している区間、０〜３６０°の区間）の外乱推定値に対して、実施例２に記載の「ｅｘｐ((現在のエンドシーラ軸の回転速度／エンドシーラ軸の最高速度−エンドシーラ軸の最低速度／エンドシーラ軸の最高速度)＾２／σ＾２)」の式を用いた、速度係数処理および位置係数処理を行った出力を常に積算した値である。
【００４５】
また、図７および１２中下部の白丸印は、噛み込みが発生した場合（例えば、図４に示した状態）のエンドシーラ軸１回転の間（図４中の「１回転」と表記している区間、０〜３６０°の区間）の外乱推定値に対して、実施例２に記載の「（エンドシーラ軸に設定された回転速度−現在のエンドシーラ軸の回転速度）／エンドシーラ軸に設定された回転速度」の式を用いた、速度係数処理および位置係数処理を行った出力を常に積算した値である。
【００４６】
また、図１２中下部の二重白丸印は、噛み込みが発生した場合（例えば、図４に示した状態）のエンドシーラ軸１回転の間（図４中の「１回転」と表記している区間、０〜３６０°の区間）の外乱推定値に対して、実施例２に記載の「ｅｘｐ((現在のエンドシーラ軸の回転速度／エンドシーラ軸の最高速度−エンドシーラ軸の最低速度／エンドシーラ軸の最高速度)＾２／σ＾２)」の式を用いた、速度係数処理および位置係数処理を行った出力を常に積算した値である。なお、図３および図４は、共に６゜毎にデータをサンプルしたため、３６０゜ではどちらも６０サンプルの積算となる。
ここで、図７および１２中上部および下部の黒丸点は、実施例１の図５に記載したものであり、実施例１と実施例２とを比較した場合、実施例２の更なる効果を顕著にするためにプロットしている。
【００４７】
したがって、実施例２の場合は、実施例１よりも定常外乱のみが発生している場合と噛み込みが発生した場合とでは、更に明らかな差をつけることができ、比較器における予め決定される設定値を更に容易に決定することができ、噛み込み発生時のみ、噛み込みを検出することができるのである。
前述した図５と図７または図１２とを比較すれば、噛み込み時と非噛み込み時の差が大きくなっているため、予め決定される設定値の決定が容易にできるのである。
【実施例３】
【００４８】
図１３は、本発明に係る包装装置におけるエンドシーラ軸の設定回転速度を変化させた場合の設定値（しきい値）の変化を示す図である。設定値（しきい値）は、噛み込み状態を検出するための任意の値であり、推定外乱値の積算値が、設定値（しきい値）を超えたか否かで噛み込み状態と非噛み込み状態とを判別するものである。図において、縦軸はエンドシーラ軸１回転分の外乱推定値の積算値、横軸はエンドシーラ軸の回転速度である。
【００４９】
図１３中の点印は、各エンドシーラ軸の設定回転速度での設定値（しきい値）であり、各設定値（しきい値）を実線で繋ぐことにより、エンドシーラ軸の設定回転速度を変化させた場合の設定値（しきい値）の変化を表している。
【００５０】
図において、例えば、エンドシーラ軸の設定回転速度が１００ｍｉｎ―１の場合を境に実線の傾向が急変していることが分かる。これは、１００ｍｉｎ―１以上の場合、エンドシーラ軸によるフィルム溶着／切断によって発生する力が検出される時間が短いため、推定外乱として積算される値が小さく、一方、１００ｍｉｎ―１以下の場合、エンドシーラ軸によるフィルム溶着／切断によって発生する力が検出される時間が長いため、推定外乱として積算される値が大きくなるためと考えられる。但し、１００ｍｉｎ―１という速度は、普遍的な値ではなく、包装装置におけるギヤ比や機械構成によっても変化するものである。
【００５１】
図示するように、各設定値（しきい値）を繋いだ曲線を定式化すれば、エンドシーラ軸の設定回転速度が変化しても、常に噛み込み状態を検出することが可能である。定式化の手法として、例えば、１００ｍｉｎ―１を境に領域を分割し、各領域に対して最小二乗法により近似式を作成する手法が考えられる。図１３の場合、１００ｍｉｎ―１未満の設定値（しきい値）＝７５０×（エンドシーラ軸設定回転速度）−０．８２、１００ｍｉｎ―１以上の設定値（しきい値）＝０．０００１×（エンドシーラ軸設定回転速度）２−０．０３１×（エンドシーラ軸設定回転速度）＋１９．３５、となる。
【００５２】
ここで、前述した実施例１または２では、制御装置が、外乱推定値の積算値と予め決定された設定値とを比較して異常外乱を検出することを説明したが、単に、外乱推定値の積算値のサンプリング比較としてもよい。例えば、制御周期毎に外乱推定値の積算値をサンプリング（保存）しておき、今回サンプリングした外乱推定値の積算値と前回もしくはすうサンプリング前の外乱推定値の積算値との変化から異常を判断することが挙げられる。
【００５３】
また、前述した実施例１または２では、制御装置がサーボアンプ等の「モータへ電力を供給する」もの（例えば、上位装置から位置、速度、トルクなどの指令を受けて、位置、速度、トルクなどの制御演算をし、指令相当の電圧または電流を出力するもの）として説明したが、前述した外乱オブザーバ部と噛み込み検出部に相当する構成を有するものであってもよい。例えば、指令を発生するコントローラ等の上位装置であっても構成することができる。
【００５４】
また、前述した実施例１または２では、速度係数処理部におけるモータ速度に対する外乱推定値の重み付け関数が、エンドシーラ軸に設定される回転速度（最高速度）の場合を係数０、回転速度がゼロの場合を係数１とするものであり、例えば、「（エンドシーラ軸に設定された回転速度−現在のエンドシーラ軸の回転速度）／エンドシーラ軸に設定された回転速度」、として説明したが、この関数に限らず、モータ速度に対する外乱推定値を重み付けする関数であれば他の関数でもよいことはいうまでもない。
【００５５】
同様に、前述した実施例１または２では、位置係数処理部における位置に対する外乱推定値の重み付け関数が、エンドシーラ軸の刃物が溶着及び切断する位置の場合を係数１、エンドシーラ軸の刃物が溶着及び切断する位置から離れるにつれて係数１より小さくなる係数とするものであり、例えば、「１−｜エンドシーラ軸の刃物が溶着及び切断する位置−現在のエンドシーラ軸の回転位置｜（絶対値）」、として説明したが、この関数に限らず、位置に対する外乱推定値もしくは速度係数処理部の出力を重み付けする関数であれば他の関数でもよいことはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
なお、前述した実施例１または２では、包装装置に用いる制御装置を例に挙げて、エンドシーラ軸に定常外乱（ギアの歯の弾性変形等に起因する振動による反力や、エンドシーラ軸の刃物による偏重心の影響による反力等）が存在する場合においても、定常外乱よりも小振幅の外乱または振動周期が遅い変化を伴う外乱（エンドシーラ軸の噛み込み、すなわち包装フィルムを複数枚巻き込む場合や、微小な被包装物のくずを噛み込む場合の異常外乱）を検出することを説明したが、包装装置に限らず、ギア（減速機）や軸受を要する装置、例えば産業用ロボットや工作機械などの異物混入や磨耗劣化などによる異常外乱の検出にも適用でき、また、何らかの定常外乱内に発生する異常外乱（例えば、前述のような、定常外乱よりも小振幅の外乱または振動周期が遅い変化を伴う外乱など）が発生するその他の装置にも適用できる。
【符号の説明】
【００５７】
１１  フィルムドラム
１２  フィルム送り軸
１３  供給コンベア
１４  整袋器
１５  センタシーラ軸
１６  エンドシーラ軸
１７  排出コンベア
１８  被包装物１
１９  被包装物２
２０  包装フィルム
１  モータ
２、５  外乱オブザーバ
３、８  積分器
４、９  比較器
６  速度係数処理部
７  位置係数処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010006474.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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