(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
割り出しポイントを有するプーリーと、前記プーリー上の前記割り出しポイントの運動を指示するために、前記プーリーに隣接して装着された近接スイッチと、自由端と前記プーリーのまわりに延びる中央部分を有するリボンのストランドを分配するためのリボンの供給源と、前記リボンの自由端を保持するためのホルダーシア組立体と、前記リボンの前記中央部分に係合し、前記中央部分を前記ホルダーシア組立体に隣接して位置決めするためのニードル組立体と、前記ホルダーシア組立体に隣接したフックを有する振じり組立体と、前記ホルダーシア組立体を作動させるために連結された駆動シャフトを有する電気モータと、前記ホルダーシア組立体の運動を制御するための、前記近接スイッチ及び前記モータに接続されたコントロール回路とを有し、前記コントローラ回路は前記プーリーの割り出しポイントの運動が十分な量のリボンが前記リボンの前記供給源から分配されていると指示しないなら、前記ホルダーシア組立体の運動を起こらないように構成されているバッグネックくくり装置。
【請求項２】
前記駆動シャフトの位置に関連した電気信号を発生するための、前記駆動シャフトに接続されたエンコーダをさらに有し、前記コントロール回路は、前記モータ及び前記エンコーダに接続された閉ループコントロール回路からなり、さらにプログラム可能な読出し専用メモリとランダムアクセスメモリとを有するCPUと、前記モータを制御するための基準入力信号を発生するための、前記メモリに蓄えられたソフトウェアとを有する請求項１に記載のバッグネックくくり装置。
【請求項３】
前記閉ループコントロール回路は、前記基準入力信号を前記シャフトの位置の関数である所定値にするフィードバックループを有する請求項２に記載のバッグネックくくり装置。
【請求項４】
前記エンコーダは、光源と、内部にスリットを形成したコードホイールと、前記光源からの平行光を前記コードホイールのスリットを透過させて、少なくとも２つの矩形波信号を送出するためのレンズとを有する請求項２に記載のバッグネックくくり装置。
【請求項５】
前記電気モータは、電機子と駆動シャフトとを備えた単方向の、永久磁石、DCブラシ形サーボモータを有し、前記駆動シャフトは、前記電機子との前後に加えられた電圧に比例した出力パワーを有する請求項２に記載のバッグネックくくり装置。
【請求項６】
前記振じり組立体は、振じりシャフトと、前記振じりシャフト上のフックと、前記モータの前記駆動シャフトを前記振じりシャフトに連結する手段とを有する請求項１に記載のバッグネックくくり装置。
【請求項７】
前記ニードル組立体は、ニードルと、前記ニードル上の遊びローラと、前記ニードルを前記モータ出力シャフトに駆動的に連結するギアボックスとを有する請求項１に記載のバッグネックくくり装置。
【請求項８】
前記ホルダーシア組立体は、取り付けプレートと、グリッパーアームと、前記グリッパーアームの一端のグリッパーフィンガーと、前記アームを前記取り付けプレートに回転可能に固定するための手段と、前記取り付けプレート上の一対のアンビルとを有し、各々のアンビルは、シア表面と関連して、前記アンビルの一方と前記グリッパーフィンガーとの聞に位置決めされたリボンのストランドを掴み、切断する請求項１に記載のバッグネックくくり装置。
【請求項９】
くくり材料の前記リボンに向かって移動する材料を寄せ集めて、寄せ集めたバッグネックを形成するための材料回収組立体をさらに有し、前記回収組立体は、前記ホルダーシア組立体に隣接して位置決めされる請求項１に記載のバッグネックくくり装置。
【請求項１０】
前記材料回収組立体は、軸線を中心とする回転運動のために、シャフトに装着されたバッグストップレバーと、くくり材料の前記リボンに向かって移動する材料を寄せ集めるために、バッグネットが移動して前記レバーに係合するように経路を横切って延びる位置に前記レバーを一時的に係止するためのブレーキとを有する請求項９に記載のバッグネックくくり装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、可撓性バッグのネックを閉じてシールする目的でリボンをバッグの寄せ集めたネックのまわりに包み、且つリボンを捩じるための装置に関する。
発明の背景
Earl E.Burfordの米国特許第3138904号（名称「パッケージ及び包装材料をくくるための方法及び装置」）、Charles E.Burford及びLeonard W.Burfordの米国特許第3059670号（名称「ワイヤ捩じり装置」）、Leonard W.Burford及びCharles C.Burfordの米国特許第3059670号（名称「パッケージ及び包装材料をくくるための装置」）及びCharles E.Burford及びJimmy R.Frazierの1989年８月15日発行の米国特許第4856258号（名称「ワイヤ結び装置」）は、ワイヤ状のリボンをバッグのネックのまわりに取り付けて、捩じることによってプラスチックバッグを閉じるのに用いる装置を開示する。
前述の特許に開示されたタイプのバッグくくり装置は、Oklahoma、MaysvilleのBurford Corporationから入手可能である。くくり装置は一般的に、パン切れのようなパッケージを例えば、毎分100パッケージの速度で受け入れるように構成されている。バッグくくり装置の設計は、くくり装置の可動部の質量、加速、減速及び運動量の注意深い考慮を要する。さらに、くくり装置の副組立体の部品の精密な同期は、装置が有効に作動するならくくりサイクル中に亘って維持されなければならない。
発明の概要
ここに開示するバッグのネックのくくり装置は、平面内を所定の経路に沿ってバッグのネックを移動させて、くくり材料のリボンの自由端を保持するリボン保持−シア組立体に隣接して位置決めされた電気ブレーキによって制御されるバッグストップに係合する、モータによって駆動される寄せ集めベルトを有するバッグのネック寄せ集め機構を有する。モータ駆動のニードルが、くくり材料のストランドをバッグの寄せ集められたネックのまわりに包み、さらにモータ駆動の捩じりフック組立体がリボンを捩じるために寄せ集められたネックに隣接したリボンの自由端及び走行端に係合する。
独立に制御される二方向のブラシタイプのサーボモータが、くくり装置の別々の副組立体に取付けられる。各サーボモータは、くくり装置の各サイクルのために事前に割り当てられたシーケンスで各サーボモータを正確に始動し、制御し、止める多チャンネルマイクロコントローラの制御の下、ソリッドステートＤＣモータコントローラによって閉ループフィードバック系で制御される。
くくり装置の可動部分の重量及び数が非常に減った。特に、ソフトウェア駆動モータコントローラは、くくり装置の種々の構成要素の動きを分離して、機械的な駆動トレーンの部品の応力及び衝撃荷重を減じる。
材料を固定するための装置の好ましい実施例は、プラスチックバッグ材料或いは電気コード、水ホース、管、紡ぎ糸のコイル及びケーブル、ロッド或いはニンジンの束のような他の種々の材料を集めるための装置への改良、さらに寄せ集められた材料を締結するための装置への改良を施してある。開示した閉ループ制御回路を電気モータを制御して、バッグネックのくくり装置の特定の好ましい実施例に加えて、寄せ集められた材料を締め付けるための装置を駆動することを意図する。
【図面の簡単な説明】
図１は、バッグネックのくくり装置の前方を示す斜視図である。
図２は、概略前方立面図である。
図３は、概略後方立面図である。
図４は、図２の線4-4における矢印の方向から見た端面図である。
図５は、図２の線5-5における矢印の方向から見た、バッグネックのくくり装置の排出端を示す概略端面図である。
図６は、図２の線6-6における矢印の方向から見た、構造の詳細をより明確に示すために部品を取り壊した、上部平面図である。
図７は、閉ループマイクロコンピュータ制御式制御システムの配線図である。
図８は、全波整流８ボルト及び３４ボルト電源の概略図である。
図９は、双方向ＤＣモータコントローラの概略図である。
図10は、単一方向ＤＣモータコントローラの概略図である。
図11は、運転の完全なサイクル中、ニードル、フック及びシア組立体の運転のシーケンスのグラフである。
図12は、リボンのスプールを示す、ベルトガード及びカバーが所定位置にあるくくり装置の概略立面図である。
図13は、プーリーと近接スイッチの概略斜視図である。
図14は、ホルダーシア組立体の斜視図である。
種々の図面を通じて同様な部品を支持するために、多数の参照番号を採用する。
好ましい実施例の説明
図１及び図２において番号１０で全体的に指示するワイヤくくり装置が、バーフォードの米国特許第3138904号公報及び第3919829号公報に開示されたタイプのコンベア３００の側に隣接して装着されている。これらの公報の開示をあらゆる目的のためにそっくりそのまま援用している。コンベア３００は、例えばパン切れ１２５を間断なくワイヤくくり装置１０を通して、そこから運搬する。コンベア３００は当業者に周知であり、さらなる説明は後により詳細に説明するような駆動機構と関連する点を除いて、必要であると思われない。他の、及びさらなる構造物がコンベアを形成してもよいことがわかる。
図１を参照すれば、番号２０は全体的にバッグ１２５を経路１２に沿ってニードル組立体４０、捩じりフック組立体５０及びホルダーシア組立体６０に隣接する位置まで移動させるためのバッグ寄せ集め装置を指示する。後により詳細に説明するように、ワイヤ状材料１５のリボンの自由端がホルダーシア組立体６０内で掴まれる。バッグのネックは、バッグ１２５をその内容物のまわりに一定張力で引くために、上面プレート１６と下面プレート１７との間のスロット１２２を通る。ニードル組立体４０が、ワイヤ状材料のリボン１５をバッグの寄せ集められたネックのまわりに包み、次いで捩じりフック５０が作動して、ワイヤ状材料の一部をバッグ１２５のネックのまわりに捩じる。材料１５のリボンは、紙或いはプラスチック内に閉じ込められたワイヤから構成されるのがよく、或いはプラスチック或いは他の材料のリボンでもよい。リボン１５のストランドは、図１２に最も良く示すように、くくり材料のスプール４１ｃからのシャフト４１ａ′に取り付けられた１つ或いは複数のプーリー４１、４１ａ及び４１ｂのまわりに延びる。スプール４１ｃの装着は、名称「パッケージ及び包装材料をくくるための装置」の米国特許第3919829号公報に開示されたものと同様である。この特許の開示をあらゆる目的のためにそっくりそのままここに援用する。しかしながら、くくり材料のスプール４１ｃは、図１及び図１４に示すように、シャフトに装着され、くくり材料１５がスプール４１ｃから供給され、ローラ４１ｂ、４１ａ及び４１のまわり、ニードルローラ４４のまわりを経由して、リボン１５の端はホルダーシア組立体６０内で掴まれる。スプール４１ｃは、ブレーキ（図示せず）が係合するシャフトに装着される。ニードル４２はくくり材料のループをバッグの寄せ集められたネックのまわりに形成するので、ローラ４１ａが装着されたクランクアームが、図１２に示すように時計方向に回転するとき、慣性力及びブレーキによって及ぼされた力が、スプール４１ｃを一時的に静止したままにする。
後により詳細に説明するように、プーリー４１、４１ａ或いは４１ｂの１つは、スプール４１ｃから分配されたリボン１５の量を計算することができるセンサー装置を備えるのが好ましい。センサー装置はバッグネックが存在するかどうかを決定する。ニードル４１が図２に示す実線位置から点線位置まで移動するとき、バッグのネックがリボンの経路内に位置決めされていないなら、ホルダーシア組立体６０が作動せず、捩じりフック組立体５０が回転しないように運転サイクルを中断する。これによって、バッグネックがなかったなら、リボンが落下し、或いは解放されたであろうホルダーシア組立体の作動を防止する。
バッグくくり装置のフレームは多数の形態を取り得る。実施例では、上面プレート１６及び下面プレート１７は、バッグネックの通過を可能にする内部に形成されたスロットを有する、鉛直方向に延びた端プレート１８及び１９の前縁で支持される。水平取付けプレート１９ａが、端プレート１８及び１９の下部の間を延び、鉛直取付けプレート１６ａが端プレート１８から外方に延びる。
後端に装着されたエンコーダＥ１を有するモータＭ１が、寄せ集め組立体２０を駆動させるために鉛直取付けプレート１６ａの上部に取り付けられる。後端に装着されたエンコーダＥ２と、前端に装着されたギアボックス４６とを有するモータＭ２が、ニードル組立体４０を駆動させるために、面プレート１６の後面の上部に装着される。後端に装着されたエンコーダＥ３を有するモータＭ３が、捩じりフック組立体５０を駆動させるために、水平方向に延びた取付けプレート１９ａに鉛直方向に装着される。後端に装着されたエンコーダＥ４を有するするモータＭ４が、ホルダーシア組立体６０を駆動させるために、端プレート１８の下部に装着され、さらに実施例では、Ｍ２より下を延びる。
図１乃至図５を参照すれば、バッグネック寄せ集め装着置２０は、本発明の好ましい態様では、被駆動プーリー２４及び遊びプーリー２６、２７及び２８のまわりを経由する上部寄せ集めベルト２２を有する。バッグネック回収機構２２はさらに、被駆動プーリー３４及び遊びプーリー３６、３７及び３８のまわりを経由する下部寄せ集めベルト３２を有する。図１に最も良く示すように、遊びプーリー２７と２８との間を延びる上部寄せ集めベルト２２の部分２９は、被駆動プーリー３４と遊びプーリー３６との間を延びる下部寄せ集めベルト３２の部分３９に対して略平行で、且つ密着している。図示した実施例では、寄せ集めベルト２２及び３２は、バッグネックを経路１２に沿って、図２に示すような平面Ｐ内を移動する。ベルクランクを介して作動するバネ２１ａ及び２１ｂによって上向きに弾性的に付勢される圧力パッド２１は、ベルト２２と３２をバッグのネック或いはくくられるべき他の材料と摩擦係合に維持する。
図３乃至図５に最も良く示すように、一端に装着された被駆動プーリー２４を有する駆動シャフト２５は、他端に装着されたプーリー２３を有する。一端に装着された被駆動プーリー３４を有する被駆動シャフト３５は、他端に装着されたプーリー３３を有する。モータＭ１の駆動シャフトに装着されたプーリー３０は、被駆動プーリー２４が時計方向に回転する一方で、被駆動プーリー３４が反時計方向に回転するようにプーリー２３及び３３をベルト３１を介して駆動する。ベルトガード１６ａ、１６ｂ及び１７ａは、図１２に示すように、寄せ集めベルトとコンベア上の製品との間を延びるのが好ましい。バッグネックはブラシ（図示せず）によってベルトガードのスロットの中に移動し、バッグのネックがバッグストップレバー８０のまわりで寄せ集めベルト２２及び３２によって引かれるとき、バッグの製品はベルトガードに係合する。バッグに寄せ集めたネックを形成するために、他の及びさらなる回収構造を用いることができることを理解すべきである。
図面を参照しながら用いられる「左」、「右」、「時計方向」、「反時計方向」、「水平方向」、「鉛直方向」、「上」及び「下」のような用語は、一般的に図示した実施例の部品の方向に言及し、使用中に限られない。ここに用いるこれらの用語は、便宜のために相対位置及び／又は方向に言及するに過ぎず、限定の仕方で理解されるべきでない。
図７及び図１０に示すように、モータＭ１はソリッドステートＤＣモータコントローラ９１によって駆動され、コントローラ９１はモータＭ１の速度を変えて、上部寄せ集めベルト２２及び下部寄せ集めベルト３３の動きをパッケージ１２５をバッグ回収機構２０に隣接して移動させるコンベアー３００の速度と略同期させることができる。例えば、くくり機１０が毎分１００個のバッグのネックを寄せ集めて、くくるなら、コンベアー３００はバッグを毎分略３００フィートの速度でくくり機まで、さらにくくり機を通して運ぶのが好ましく、寄せ集めベルト２２及び３２は、例えば毎分３０５フィートの速度で駆動されるのが好ましく、その結果バッグのネックがネックを寄せ集めるために加速されて、リボンでくくられる間一時的に止まり、次いで略連続的な作動で排出される。
以下により詳細に説明するように、回収組立体２０は又、図２及び図３に示すように、図示した実施例において水平軸線のまわりの回転運動のためにシャフト８５に取り付けられたバッグストップレバー８０を有する。シャフト８５は電気ブレーキ８２を貫通し、電気ブレーキはレバー８０を経路１２を横切って延びる下部位置で一時的に係止し、寄せ集めベルト２２及び３２がバッグネックを移動させてレバー８０と係合させる。バッグネックが回収されて結ばれた後、電気ブレーキ８２は解放されて、ベルト２２と３２との間で支持された回収されたネックは、回収されたネックの運動を妨害しないように、レバー８０を上方に付勢する。回収されたネックがレバー８０を通過した後、レバー８０は経路１２を横切って延びる図示した位置まで戻る。
図１乃至図４及び図７に最も良く示すニードル組立体４０は、リボン材料のストランド１５をバッグの寄せ集めたネックのまわりに包むために位置決めされる。ニードル組立体４０は、遊びローラ４４、４４ａ及び４４ｂを支持するニードル４２を有する。ニードル４２は、モータＭ２によって駆動されるギアボックス４６の出力シャフト４５に装着されている。ニードル４２は図１及び図２にその控えの位置にあるところが示される。モータＭ２はニードル４２を図２に示すように、実線位置から点線位置まで移動させて、次いで逆回転して図２の実線で示す位置までニードル４２を戻す。
図１、図３及び図７を参照すれば、捩じりフック組立体５０は、フック５４を一端に、プーリー５５を他端に有する、ベアリング５３内に回転可能に装着された捩じりシャフト５２を有する。駆動プーリー５６は，モータＭ３の駆動シャフトに装着され、ベルト５８を介してプーリー５５を駆動する。
図１、２、５、７及び１４に最も良く示すように、全体的に番号６０で指示するリボンホルダーシア組立体は、Charles E.Burfordの米国デザイン特許第307281号及びCharles E.Burford及びJimmy R.Frazierの1989年８月15日発行の名称「ワイヤくくり装置」の米国特許第4856258号に開示されたタイプのホルダー及びシア組立体を有する。ホルダーシア組立体６０は、ボルト６５によって取り付けプレート６６に回転可能に固定されたグリッパーフィンガー６４を一端に有するグリッパーアーム６２を有する。一対のアンビル６８、６９が、取り付けプレート６６の端に形成され、各々はシア表面６８ａ及び６９ａと関連して、後により完全に説明するように、リボンのストランドを掴んで、切る。
図５及び図７を参照すれば、カム７０がモータＭ４のシャフトに装着され、且つベアリング７６内に往復運動するために装着された作動ロッド７５に固定された、間隔を隔てたアーム７１及び７３上のカムフォロワー７２及び７４に係合するように構成されている。リンク７５ａがグリッパーアーム６２の端を作動ロッド７５に固定する。
モータＭ４のシャフトが一回転半回転したとき、カム７０が作動ロッド７５を移動させるためのカムフォロワー７２及び７４を介して力を及ぼして、作動アーム６２をボルト６５を中心に回動させることが一目瞭然である。リボンの自由端がグリッパーフィンガー６４と、グリッパーフィンガー６４がどの方向に移動するか次第でアンビル６８或いは６９との間で掴まれる。後により完全に説明するように、ニードル４２がリボン１５の中間部分をバッグの寄せ集めたネックのまわりに包んだとき、リボンがグリッパーフィンガー６４と他のアンビル６８或いは６９との間に位置決めされる。グリッパーフィンガー６４がその反対位置に移動したとき、リボンは切断され、さらにリボンのストランドの自由端がグリッパーフィンガー６４とアンビル６８或いは６９との間で掴まれる。
図１２及び図１３を参照すれば、ローラ４１は複数の割り出し点４１ｘを有する。示した実施例では、割り出し点がローラ４１が回転する軸線のまわりに円周方向に間隔を隔てた鋼製ダウエルピンによって形成される。
近接スイッチ４１ｓが割り出しピン４１ｘの存在が検出されるとき電気回路を作るために割り出しポインター４１ｘの近くに位置決めされる。近接スイッチ４１ｓが従来の設計であり、適当な電源及びアンプを介してＣＰＵ９６に接続されている。
かくして、ＣＰＵは近接出力を監視し、さらにローラ４１の割り出しピン４１ｘによって生じるパルスをカウントする。ＣＰＵ９６は、分配されたリボンの量を計算し、ニードル４２が図２で示す実線位置から図２で示す点線位置の方に移動するとき、バッグのネックが存在するかどうかを決定する。ニードル４２がバッグのネックのまわりにリボンを包まないと、ＣＰＵはホルダーシア６５が作動せず、フリップフィンガー６４とアンビル６８或いは６９との間で掴まれたリボン１５の端を解放しないように、サイクルの残りの一部を終える。
図１、２及び３を参照すれば、バッグストップレバー８０は水平軸線を中心とする回転運動のためにシャフト８５に装着されている。シャフト８５は、電気ブレーキ８２を貫通し、図３に示すように、バネ８３によって時計方向に弾性的に付勢され、シャフト８５に固定されたクランクアーム８５ａを有する。
スイッチ８６がスイッチアーム８８によって作動され、スイッチ８６は所定時間の間、例えば寄せ集めベルト２２及び３２がバッグストップ８０に隣接したネックを寄せ集めるように、バッグネックの先端を保持するために０．２５秒、バッグストップ８０を固定位置に一時的に係止する電気ブレーキ８２を付勢するためのタイマーを作動する。所定時間の満了後、電気ブレーキ８２は消磁され、バッグネックの直線運動がバッグストップ８０を上方に回転させて、バッグを解放し、その結果バッグはコンベアによって運び去られる。バッグストップ８０は、バネ８３によって図３に示す位置の方に付勢される。バネ８３はカウンターウェイト、エアシリンダ或いはバッグストップ８０をその控え位置の方に弾性的に付勢するための他の適当な付勢機構に取り替え得ることが容易にわかる。
モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３及びＭ４は、電機子の前後に加えられた電圧に比例した出力を有する単方向、永久磁石、ＤＣブラシタイプのサーボモータである。かかるモータは、Iowa、Sioux CenterのGroschopp Inc.から「Power Master 8304」24ボルトDC連続パワーモータとして商品入手可能である。1500rpmでモータは16oz-inトルクを発生し、さらに4.2ampsで0.090horsepowerの出力を有する。2450rpmでトルクは47oz-inで、出力は5ampsで0.113horsepowerである。5400rpmでトルクは37oz-inで、出力は8.2ampsで0.197horsepowerである。
他のモータ及び他のサイズのモータを設けて種々の組立体の駆動を容易にするのもよいことに気付く。例えば、より小さいモータを電気コードのコイル、水ホース、チューブ或いは紡ぎ糸、並びにケーブル、ロッド或いはニンジンの束さらに他の産物のような材料を寄せ集め、且つくくるのに用いられるカウンタートップモデルに用いることが考えられる。
モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３及びＭ４の各々の電機子巻き線の一方の側は、電機子巻き線を流れる電流の極の反転がモータの回転方向を逆転するように、接地されている。
モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３及びＭ４の各々は、エンコーダＥ１、Ｅ２、Ｅ３及びＥ４をその駆動シャフトに有し、各エンコーダは電気信号をデコーダーＤ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４に送出して、各デコーダはモータシャフトの位置を表示する。
モータコントローラ
図７及び図８を参照すれば、番号９０は全体的に電流をモータコントローラ９１に、及びバッグネック回収機構２０内のモータＭ１に、及びニードル組立体４０のモータコントローラ９２及びモータＭ２に、及び捩じり組立体５０内のモータコントローラ９３及びモータＭ３に、さらにホルダーシア組立体６０のモータコントローラ９４及びモータＭ４に送出するための電源を指示する。図８を参照すれば、電源９０は一対の並列に接続された単相のドーナツ形変圧力器Ｔ１を有する。変圧器Ｔ１の供給或いは主要回路は、115ボルト、60サイクルイの単相電力のような適当な電源に接続可能である。変圧器Ｔ１のエネルギー回収或いは二次回路は、１つ或いはそれ以上の較正ブリッジ回路Ｂ１及びＢ２並びにコンデンサーＣ６及びＣ７を介して、一方が正圧３４ボルトに維持された直流電源を形成し、他方が負圧３４ボルトに維持された直流電源を形成する一対の一定電圧源端子に接続されている。
８ボルト直流電源が図８に示されている。８ボルトの電源供給は、電源９０の正負３４ボルトの端子から抵抗Ｒ１３及びＲ２４を介して正負８ボルトの端子に接続可能な一対の端子を有する。一対のダイオードZenierＤ１５及びＤ２０が８ボルトの電源内で抵抗Ｒ１３とＲ２４と接地端子との間に設けられる。
ブリッジ回路Ｂ１及びＢ２の較正器は従来のＭＢ３５２較正器である。コンデンサーＣ６およびＣ７は、例えば33000UF容量である。抵抗Ｒ１３及びＲ２４は、470ohm、２wattの抵抗である。
図７及び図８に示す３４ボルト及び８ボルトの電源は在来の設計であり、コントロール回路の他の構成要素との組み合わせを除けば、本発明の部分をなすものではない。図に示したこれらの代わりに多数の他のＤＣ電源を用いてもよいことを理解すべきである。
エンコーダ
在来の多チャンネルのインクリメンタルな光エンコーダＥ１、Ｅ２、Ｅ３及びＥ４は、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３及びＭ４のそれぞれのモータのシャフトに装着されている。エンコーダＥ１−Ｅ４は、エンコーダ本体、金属コードホイール及びエミッター端プレートを有する高分解能インクリメンタル光学装置である。ＬＥＤ源及びレンズが、エミッタダイオードからの平行光を精密金属コードホイール及びフェイズプレートを通って二股に分けられた検出レンズ（図示せず）に透過する。
光は密接して統合された複数の対の検出器に集光し、検出器２つの矩形波信号と選択的な割り出しパルスを出力する。
HEDS-6000シリーズ、２つ及び３つのチャンネルインクリメンタル光エンコーダキットが、California、Palo AltoのHewlett Packardから入手可能である。シャフトのサイズ及びシャフト回転当たり192サイクルと1024サイクルの間の分解能の標準的な選択が有効である。標準的な２チャンネルエンコーダの部品番号は、HDS-6000であり、割り出しパルス付の３チャンネルエンコーダのそれは、HEDS-6010である。エンコーダ装置は、代表的にはプリンター、プロッター、テープドライブ、位置決めテーブル、自動ハンドラー、ロボット及び他のサーボループ用途に用いられる。インクリメンタル光エンコーダの構造の詳細は、ここに援用するHewlett Packardの刊行物No.5954-8420(3/87)に見出すことができる。
インクリメンタルシャフトエンコーダは、シャフトの回転を光ビームの遮断に変換し、次いで電気パルスとして出力されることによって作動する。光源は発光ダイオードで、成形レンズによって平行にされた平行ビームである。エミッタ端プレートは２つ或いは３つの同様な光源を各チャンネル毎に含む。
コードホイールはその円周方向に等間隔に隔てられたＮ個のスリットを有する金属製ディスクである。マッチングパターン付開口が固定フェイズプレート上に位置決めされる。光ビームがコードホイールのスリット及び開口が並ぶ時にだけ、従ってシャフトの回転中透過し、Ｎ個の交互の明暗周期がある。フェイズプレート開口の下の成形レンズは調整光をシリコン検出器に集光する。
エンコーダ本体は、フェイズプレートと２つ或いは３つのチャンネルのための検出要素を含む、各チャンネルは２つの光ダイオードを備えた集積回路、増幅器、コンパレータ及び出力回路（図示せず）からなる。
２つの光ダイオード用の開口は、１つの検出器の明周期が他の暗周期に一致するように、位置決めされる。光ダイオード信号は、増幅され、且つコンパレータに供給され、コンパレータの出力は、２つの光電流の差が信号を変えるとき状態を変える。２番目のチャンネルは同様な構造を有するが、その開口対の位置が、一番目のチャンネル（位相差90度）に矩形の出力を与える。回転方向は、どのチャンネルが立ち上がり波形であるかを観察することによって決定される。出力はTTLロジックレベル信号である。
動作検出の適用及びエンコーダインターフェイス回路が割り出しパルスをメインデータトラックに関連付けるための必要性を決定する。特別はシャフト位置は割り出しパルスだけを用いることによって、或いは割り出しパルスＡ及びＢデータチャンネルを論理的に関連させることによって確認される。割り出しパルスは種々の方法でＡ及びＢデータトラックに関連させ得る。ステート幅、パルス幅或いはエッジトランジションを用いることができる。
チャンネルＡ及びＢの２つの矩形波信号及び５ボルト供給インプットが、図７に示すように、１０ピンコネクターを介して補助ボードに装着された相当するデコーダＤ１、Ｄ２、Ｄ３或いはＤ４に送出される。エンコーダＥ２をデコーダＤ２に接続するラインを示す。エンコーダＥ３及びＥ４は、同様にデコーダＤ３及びＤ４に接続される。
デコーダ
直角位相デコーダＤ１−Ｄ４は、直角位相デコーダ、カウンター及びバスインターフェイス機能を果たすＣＭＯＳ（complimentary metal-oxicide semiconductor）集積回路である。Hewlett Packardから入手可能で、直角位相デコーダ／カウンターインタフェイスICデコーダの「HTCL-2000」は、エンコーダをマイクロプロセッサとインターフェイスさせ、ディジタル閉ループ動作コントロールシステム及びディジタルデータインプットシステムに使用するように設計されている。
デコーダは4X直角位相デコーダ、バイナリーアップ／ダウンステートカウンター及び16ビットバスインターフェイスを有する。Schmittトリガー式のCMOSインプット及びインプットノイズフィルターが装置に組み込まれている。
Motorla及びInrelマイクロプロセッサにインターフェイスするための直角位相デコーダ／カウンターインターフェイスICに関するさらなる情報は、「HCTL-2000」、「HCTL-2016」、「HCTL-2020」のためのHewlett Packard Publicationの1-61頁から1-76頁までに見い出すことができる。
デコーダＤ１−Ｄ４は、直角位相エンコーダＥ１−Ｅ４からの出力を受け入れるチャンネルＡ及びチャンネルＢSchmittトリガー式インプットのためのピンを有する。２つのチャンネルは９０°位相がずれているのが好ましい。
コントローラ
装置は、図６に示す、一組の教示を受け入れて、蓄え、次いで所定の且つ予測可能な仕方でかかる教示に対して作動するコンピュータ９５によって制御される。マイクロプロセッサー９６が、金属の薄層が施され、次いでエッチングされてトレースを形成するプリント基盤に取り付けられる。中央処理装置の電子構成要素は、基盤上のエッチングされたトレースを介して電気信号を変えることができるようにハンダで基盤に取り付けられる。
適当な３２ビットの集積マイクロコントローラ９６は、Illinois、SchaumbergのMotorola Inc.から製品「MC68332SIM」システム集積モジュールと呼ばれた製品として入手可能なMC68332である。MC68332の完全な書類パッケージは、（SIM32UM/AD）、MC68332システム集積モジュールユーザマニュアル、（CPU32RM/AD）、CPU32参考マニュアル及び（TPU32RM/AD）、タイムプロセシングユニット参考マニュアルである。MC68332システム集積モジュールユーザマニュアルは、容量、レジスター及びMC68332MCUのオペレーションを説明する。CPU参考マニュアルは、MC68332に用いられたCPU32プロセッサーのオペレーション、プログラミング及びインストラクションのセットを説明する。タイムプロセシングユニット参考マニュアルは、MC68332に用いられた自律的なタイマーシステムを説明する。
MC68332のマイクロコントローラ９６は、タイムプロセッサーユニット（ＴＰＵ）のようなインテリジェントな周辺モジュールを含み、このＴＰＵは単純なインプットキャプチャー或いはアウトプットキャプチャーに対する複雑なモータコントロール或いはパルス幅変調向けのタイムリレートなアクティビティを行うために１６のマイクロコードな（ｍicrocoded）チャンネルを有する。高速なシリアルコミニュケーションが待ち行列のシリアルモジュール（QSM）によって与えられ、同期及び非同期のプロトコルが有効である。２キロバイトの完全にスタティックなスタンドバイＲＡＭが、システムへの早い２サイクルアクセス及びデータスタック並びにバッテリーバックアップを備えた可変なストリッジを可能にする。１２個のチップセレクトが高速な外部メモリー或いは周辺アクセスのためのシステムインテグレーションを増大する。これらのモジュールは相互変調バス（ＩＭＢ）を介してオンチップに接続される。
MC68332のマイクロコントローラ９６は、周波数16.78MHz、５ボルトの供給電圧で作動し、ソフトウェアがプログラム可能な132ピンのプラスチック製矩形状フラットパックである。16の独立したプログラム可能なチャンネル及びピンを有する。いずれもチャンネルもインプットキャプチャ、アウトプットキャプチャ或いはパルス幅変調（PWM）を含む機能をいつでも果たすことができる。
マイクロコンピュータによって処理される詳細な論理プロシージャ或いはアルゴリズムは、PID（proportional integral derovative）タイプの制御モード信号である。PID制御モードは比例制御、積分制御及び微分制御の最良の動作を閉ループ制御システム内で組み合わせる。
ＣＰＵボードのマイクロコントローラチップ９６に加えて、ＲＡＭ集積回路９７がシステムを制御するソフトウェアを蓄えるのにリコールされたり、或いは変えられたりすることができる別個のロケーションに値を蓄えるのに用いられる。ＲＡＭメモリーの値はコンピュータの電源が切られると失われるから、バッテリーバックアップが設けられている。マイクロコンピュータ９６は、電圧の有無のようなディジタル信号を処理して、値を表示する。
ＣＰＵボードは補助ボード９８にデータ信号及びアドレス信号を転送するコネクターヘッダーを介して接続されている。パルス幅変調信号（ＰＷＭ）を発生するドライブ回路Ｃ１−Ｃ４は、デコーダＤ１−Ｄ４とともに補助ボードに取り付けられる。ドライブ回路Ｃ１−Ｃ４からのパルス幅変調信号は、モータドライバー９１−９４に送出され、正又は負のＤＣ電圧を選択的に供給して、モータＭ１−Ｍ４の作動を制御する。
閉ループ
エンコーダＥ１−Ｅ４からのインプット信号をデコーダＤ１−Ｄ４に運ぶ回路、駆動回路Ｃ１−Ｃ４からのパルス幅変調信号をモータドライバー９１−９４に運ぶ回路及びモータドライバー９１−９４からのパワーをモータＭ１−Ｍ４に運ぶ回路は閉ループ制御システムを形成する。閉ループ制御システムはオペレーションのためにフィードバック概念に依存し、さらに出力ＰＷＭ信号が中央処理ユニットのマイクロコントローラの基準入力の事前割当関数にされる。マイクロコントローラ９６は、スイッチアーム８８が図３に示すその控え位置に戻るとき、事前割当順に時間の関数としてＲＡＭに蓄えられたプログラムされた運動によって決定される制御ＰＷＭ信号を送信する。制御ＰＷＭ信号は、コントロール回路に送出される。モータＭ１−Ｍ４のシャフトに連結された各エンコーダＥ１−Ｅ４は、矩形信号をデコーダＤ１−Ｄ４に送信し、デコーダは各モータのシャフトの位置を指示する。各制御回路Ｃ１−Ｃ４に送出された制御ＰＷＭ信号は、モータドライバー９１−９４に送出される。デコーダＤ１−Ｄ４からの矩形信号は、読み出されて、制御ＰＷＭ信号を調整する。
ニードル組立体４０、捩じりフック組立体５０及びホルダーシア機構６０を制御するための、モータＭ２、Ｍ３及びＭ４の各々へのパワーの送出を制御するドライバー９２、９３及び９４は略同じである。モータＭ２、Ｍ３及びＭ４の各々の巻き線の一方の側は接地されている。ドライバー９２、９３及び９４はモータＭ２、Ｍ３及びＭ４を反対方向に駆動するために、モータの巻き線の他方の側に正負いずれかのパワーを送出する。例えば、＋３４ボルトの直流電流がモータＭ２の巻き線に送出されるとき、そのシャフトは時計方向に駆動される。−３４ボルトの直流電流がモータＭ２の巻き線に送出されるとき、そのシャフトは反時計方向に駆動される。
モータＭ１にとって逆に駆動される必要がないので負の直流を送出する能力を有しない点を除き、バッグ回収組立体２０に接続されたモータＭ１用ドライバー９１はドライバー９２、９３及び９４と同様である。
ソフトウェアが、モータＭ１−Ｍ４の各々のシャフトの加速、速度及び位置を制御するために、ＣＰＵボード上のFEEPROMに蓄えられる。図１１は、完全な作動サイクル中のニードル、フック及びシア組立体の作動シーケンスのグラフである。マイクロコントローラ９６は、図３に示す控え位置からのニードル４２の運動及び制御回路Ｃ２を経てモータＭ２に送出された信号によって制御された、図３に示す点線位置に向かう運動速度を開始するプログラムを蓄えるために、シリアルポートＲＳを介してコンピュータによって最初にプログラムされる。ニードル４２が実線で示す位置から点線で示す位置に向かって移動する間、プログラムによって信号が、制御回路Ｃ３からモータＭ３に送信され、捩じりフック５４を回転させ始め、さらにＲＡＭの動作プロファイルによって制御された所定回転数捩じり機５４の回転を継続する。同様に、ニードル４２及び捩じりフック５４が所定位置にあるとき、信号が駆動回路Ｃ４から送信され、モータＭ４を付勢し、カム７０を回転させてグリッパーフィンガー６４を移動させ、リボンの自由端を解放し、さらにリボンのストランドの端からセグメントを刈る。ソフトウェアによって制御される度に、ニードル４２を図３の点線で示す位置からその控え位置まで戻すために、信号がモータＭ２に送出される。くくりサイクルの完了目的のためにバッグのネックのまわりに捩じられたくくり部を捩じりフック５４からぶら下げるのに、捩じりフック５４を反対方向に２回転させるために、信号がモータＭ３に送出される。
バッグのネックが寄せ集めベルト２２及び３２との間を移動するとき、スイッチアーム８８が電気ブレーキ８２を付勢する図３に示した位置から下方に移動して、ベルト２２及び３２がバッグのネックを移動させて、バッグストップ８０と係合させて、ネックが寄せ集められることが容易にわかる。バッグのネックの先後縁がスイッチアーム８８の端を越えるので、スイッチアーム８８が図３に示す位置まで戻り、新しいくくりサイクルを開始するためにスイッチ８６をしてマイクロコントローラに信号を送信させる。
モータコントローラ９２の概略図を図９に示す。光カップラーＣ０がＰＷＭ信号を負端子ＣＨ１に対するドライバー回路Ｃ２から正端子ＣＨ１に送出する。
正端子ＣＨ１は抵抗Ｒ１４、抵抗Ｒ１５及びダイオードＤ１１を介して高レールMPS651トランジスタＱ７のベース端子に接続される。負端子ＣＨ１は、抵抗Ｒ１８を介して2N2222AトランジスタＱ１１のベースに接続され、さらに７５０ohm抵抗Ｒ９２を介して−８ボルト端子及びトランジスタＱ１１のエミッターに接続されている。５６ohm抵抗Ｒ２２は、トランジスタＱ１１のベースとエミッターとの間に分路を形成する。トランジスタＱ１１のコレクターは、抵抗Ｒ１４とＲ１５との間に接続される。
１ohm抵抗Ｒ１５は、HMLP1700ダイオードD13を介して低レールMPS751トランジスタＱ９のベースに接続されている。
トランジスタＱ１１がオンオフして、トランジスタＱ７及びＱ９をオフオンし、今度は高レールMJ11033パワートランジスタＱ５及び低レールMJ11032パワートランジスタＱ１３をオフオンする。
高レールトランジスタＱ７は、３００ohm、５wattの抵抗Ｒ１１を介して高レールパワートランジスタＱ５のベースに接続されている。高レールパワートランジスタＱ５のエミッタは、＋３４ボルトＤＣ端子に接続され、一方パワートランジスタＱ５のコレクターは、MR822ダイオードＤ９を介してモータＭ２の巻き線の一方の側に結線されたラインに接続されている。低レールトランジスタＱ９のコレクターは、３００ohm、５wattの抵抗Ｒ２０を介して低レールパワートランジスタＱ１３のベースに接続される。低レールパワートランジスタＱ１３のエミッタは、−３４ボルトのＤＣ端子に接続され、一方そのコレクターは、MR822ダイオードD16を介してモータM2の巻き線の一方の側に結線されたラインに接続されている。
ＣＨ１の記号が付された端子に送出されたPWM信号が、電流を通さないとき、高レールトランジスタＱ７及び高レールトランジスタＱ５は、＋３４ボルトの直流電圧をモータ巻き線に送出して、モータＭ２を時計方向に移動させようとするために、オンにされる。ＣＨ１の記号が付された端子に送出されたPWM信号が、電流を通すとき、低レールトランジスタＱ９及び低レールトランジスタＱ１３は、−３４ボルトの直流電圧をモータ巻き線に送出して、モータＭ２を反時計方向に移動させようとするために、オンにされる。PWM信号が、いずれかの状態にある時間の割合がモータの方向及び速度を決定する。
高レールパワートランジスタＱ５及び低レールパワートランジスタＱ１３が、製造された構成要素のスイッチング回数の違いによって同時に導通することがないように、低レールパワートランジスタＱ１３がオンである限り、高レール抑止トランジスタＱ１７が高レールトランジスタＱ１７がオンしないようにする。
同様に、低レール抑止トランジスタＱ１は、低レール抑止トランジスタＱ１をバイアスしてフォワードするのに十分な正の電圧が高レールパワートランジスタＱ５のコレクターにあるなら、低レールトランジスタＱ９がオンするのを抑止する。
高レール抑止回路ＩＨが低レールパワー変圧器のコレクターからダイオードＤ１８及びＤ２１並びに抵抗Ｒ２９を介して高レール抑止トランジスタＱ１７に接続される。高レール抑止トランジスタＱ１７のエミッターは、高レールトランジスタＱ７のベースに接続される。低レール抑止回路ＩＬは、高レールパワートランジスタＱ５のコレクターからダイオードＤ７及びＤ５並びにＲ３を介して低レール抑止トランジスタＱ１に接続されている。低レール抑止トランジスタＱ１は、低レールトランジスタＱ９のベースに接続されている。
低レール及び高レール抑止回路ＩＨ及びＩＬが、スイッチングが起こる前に制御出力電圧が零であることを保証する。抑止回路がパワートランジスタＱ５及びＱ１３を保護する。
好ましい実施例の詳細な説明を図示し、且つ説明したが、本発明はここに説明し、且つ図面に示した部品の特定の構造及び特定の形態に限定されない。むしろ、説明は種々の形態に具体化可能な本発明の例示に過ぎない。
【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】
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【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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【図１４】
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