(57)【要約】      （修正有）【課題】多数の親カム曲線から液面制振カム曲線を選定することで容易に液面制振能力の高いカム曲線が得られるようにする。【解決手段】複数種の初期カム曲線を選定したら、ＣＦＤシミュレーションにより各初期カム曲線について成績の良い順に順位づける個体評価１２を行なう。次に、成績の良い複数種の初期カム曲線を選択するとともに、２つの異なる初期カム曲線をペアとして複数組の第１世代の親カム曲線を選定する親個体選択１３を行う。次に各組毎に遺伝的操作における交叉１４を実行して第１世代の子カム曲線を生成したら、各第１世代の子カム曲線について上記個体評価、親個体選択、交叉からなるループを繰り返して、最も成績の良い親カム曲線を選定する。必要に応じて、上記ループを繰り返すうちに、所定の確率で、遺伝的操作における突然変異を実行して複数種の子カム曲線を生成することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器を搬送した際に当該容器内に収容した液面の揺れが所要の判定基準を満たすようなカム曲線を得るための液面制振カム曲線の作成方法であって、
予め複数種の初期カム曲線を選定したら、ＣＦＤシミュレーションにより各初期カム曲線について液面の状態をシミュレートしてその結果から各初期カム曲線の順位づけを行う「個体評価」を実行し、
次に、成績の良い複数種の初期カム曲線を選択するとともに、２つの異なる初期カム曲線をペアとして複数組の第１世代の親カム曲線を選定する「親個体選択」を実行し、
次に、各組毎に遺伝的操作における「交叉」を実行して複数種の第１世代の子カム曲線を生成し、
次に、上記複数種の第１世代の子カム曲線について、ＣＦＤシミュレーションにより各子カム曲線について液面の状態をシミュレートしたらその結果から各子カム曲線の順位づけを行う「個体評価」を実行し、
次に、成績の良い複数種の第１世代の子カム曲線を選択し、それらをそれぞれ第２世代の親カム曲線とするとともに、２つの異なる第２世代の親カム曲線をペアとして複数組の親カム曲線を選定する「親個体選択」を実行し、
次に、各組毎に遺伝的操作における「交叉」を実行して複数種の第２世代の子カム曲線を生成し、
以後同様にして「個体評価」、「親個体選択」、「交叉」からなるループを繰り返して、最も成績の良い親カム曲線を液面制振カム曲線として選定することを特徴とする液面制振カム曲線の作成方法。
【請求項２】
上記遺伝的操作における「交叉」を実行して複数種の子カム曲線を生成したら、これら子カム曲線について上記「個体評価」を実行する前に、上記ループを繰り返すうちの所定の確率で、遺伝的操作における「突然変異」を実行して複数種の子カム曲線を生成することを特徴とする請求項１に記載の液面制振カム曲線の作成方法。
【請求項３】
上記遺伝的操作としての「交叉」は、下記の式１、式２を用いて実行されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液面制振カム曲線の作成方法。
Ｓ’ｃ（Ｔ）＝ｆｃ（Ｔ）*Ｓｐ１（Ｔ）＋（１−ｆｃ（Ｔ））*Ｓｐ２（Ｔ）・・・式１
ｆｃ（Ｔ）＝（Ｒｃ１＋０．５）Ｔ＋（Ｒｃ２＋０．５）（１−Ｔ）・・・・・・・式２
但し、Ｓ’ｃ（Ｔ）は子カム曲線の関数、Ｓｐ１（Ｔ）は各ペアの一方の親カム曲線の関数、Ｓｐ２（Ｔ）は他方の親カム曲線の関数、Ｒｃ１、Ｒｃ２はそれぞれ正規乱数である。
【請求項４】
上記遺伝的操作としての「突然変異」は、下記の式３を用いて実行されることを特徴とする請求項２に記載の液面制振カム曲線の作成方法。
Ｓｃ（Ｔ）＝Ｒｍ*Ｓｉ（Ｔ）＋（１−Ｒｍ）*Ｓ’ｃ（Ｔ）・・・式３
但し、Ｓｉ（Ｔ）は、子カム曲線に用いられた親カム曲線のうち、ランダムに選択された１つの親カム曲線の関数、Ｒｍは正規乱数である。
【請求項５】
上記ループは予め定めた回数だけ繰り返され、その中で最も成績の良かった親カム曲線が液面制振カム曲線として選定されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の液面制振カム曲線の作成方法。
【請求項６】
上記判定基準を満たす親カム曲線が得られたら、上記ループが中断されて、当該親カム曲線が液面制振カム曲線として選定されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の液面制振カム曲線の作成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液面制振カム曲線の作成方法に関し、より詳しくは、液体の入った容器を搬送する際に、その液面の揺れが少なくなるように搬送することができる液面制振カム曲線を作成するための液面制振カム曲線の作成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
飲料や薬剤の充填を行う充填装置においては、充填後の容器から充填液を溢れさせずに搬送させる必要がある。
間欠搬送における従来のカム曲線として、変形正弦曲線や、ユニバーサルカム曲線、Ｂ−スプライン曲線等を利用しているが、各カム曲線を用いても条件によっては液体が溢れてしまう、もしくは溢れないまでも液面の揺れが大きくなることがある。
ところで従来、滑らかな運動が得られるカム曲線を容易に作成できるようにした作成方法が提案されている（特許文献１）。
また従来、遺伝的アルゴリズムは既に公知であり、一例として遺伝的アルゴリズムを用いた貨物物流費最適化方法が提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３７２６８８０号公報
【特許文献２】特開２００９−２２３５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
液面制振カム曲線として、上述した変形正弦曲線や、ユニバーサルカム曲線、Ｂ−スプライン曲線等を用いる際には、各カム曲線のそれぞれについて液面の揺れを検証して最適なカム曲線を選定する必要があり、その作業が煩雑であった。
上記特許文献１によれば、それぞれのカム曲線を作成する際にはその作業を容易にすることが可能であるかもしれないが、該特許文献１を用いてもどのカム曲線を用いるのが最も好適な結果が得られるかは直ちには判別することはできなかった。
本発明はそのような事情に鑑み、遺伝的アルゴリズムを用いることにより、複数のカム曲線の中から好適な液面制振カム曲線を容易に作成することができる液面制振カム曲線の作成方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち請求項１の発明は、容器を搬送した際に当該容器内に収容した液面の揺れが所要の判定基準を満たすようなカム曲線を得るための液面制振カム曲線の作成方法であって、
予め複数種の初期カム曲線を選定したら、ＣＦＤシミュレーションにより各初期カム曲線について液面の状態をシミュレートしてその結果から各初期カム曲線の順位づけを行う「個体評価」を実行し、
次に、成績の良い複数種の初期カム曲線を選択するとともに、２つの異なる初期カム曲線をペアとして複数組の第１世代の親カム曲線を選定する「親個体選択」を実行し、
次に、各組毎に遺伝的操作における「交叉」を実行して複数種の第１世代の子カム曲線を生成し、
次に、上記複数種の第１世代の子カム曲線について、ＣＦＤシミュレーションにより各子カム曲線について液面の状態をシミュレートしたらその結果から各子カム曲線の順位づけを行う「個体評価」を実行し、
次に、成績の良い複数種の第１世代の子カム曲線を選択し、それらをそれぞれ第２世代の親カム曲線とするとともに、２つの異なる第２世代の親カム曲線をペアとして複数組の親カム曲線を選定する「親個体選択」を実行し、
次に、各組毎に遺伝的操作における「交叉」を実行して複数種の第２世代の子カム曲線を生成し、
以後同様にして「個体評価」、「親個体選択」、「交叉」からなるループを繰り返して、最も成績の良い親カム曲線を液面制振カム曲線として選定することを特徴とする液面制振カム曲線の作成方法を提供するものである。
また請求項２の発明は、上記請求項１に記載の発明において、上記遺伝的操作における「交叉」を実行して複数種の子カム曲線を生成したら、これら子カム曲線について上記「個体評価」を実行する前に、上記ループを繰り返すうちの所定の割合で、遺伝的操作における「突然変異」を実行して複数種の子カム曲線を生成することを特徴とする液面制振カム曲線の作成方法を提供するものである。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１の発明によれば、予め複数種の初期カム曲線を選定するだけで、各初期カム曲線毎の成績について順位づけを行えることは勿論、それら初期カム曲線について遺伝的操作の「交叉」を実行することにより新たなカム曲線を生成して、新たなカム曲線についても順位づけを行うことができ、それにより多くのカム曲線を生成しながら最も成績の良いカム曲線を液面制振カム曲線として選定することができる。
したがって従来に比較して極めて容易に液面制振カム曲線を選定することができ、しかも多数のカム曲線から液面制振カム曲線を選定することができるので、従来に比較して液面制振能力の高いカム曲線を得ることができる。
また、本発明によって選定されたカム曲線を採用した装置においては、タクトタイムの短縮が図られ、生産効率を向上させることができる。
そして請求項２の発明によれば、上記ループを繰り返すうちの所定の割合で、遺伝的操作における「突然変異」を実行するようにしているので、より液面制振能力の高いカム曲線を得る可能性を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明に係る液面制振カム曲線が用いられる充填装置を示す概略平面図。
【図２】本発明に係る液面制振カム曲線の作成方法を説明するステップ図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下図示実施例について本発明を説明すると、図１は予め設定された液面制振カム曲線に従って間欠的に回転駆動される充填装置１の概略平面図を示しており、該充填装置１は、外周部等間隔位置に容器２を収容するポケット３ａを形成した回転テーブル３を備えている。
図示実施例では上記ポケット３ａは等間隔で１８個設けられており、回転テーブル３は隣接するポケット３ａ、３ａ間を１ピッチとして、図示しないサーボモータによって予め設定された電子カム曲線にしたがって１ピッチずつ反時計方向に間欠的に回転駆動されるようになっている。
【０００９】
上記ポケット３ａに容器２を供給する供給コンベヤ４は回転テーブル３の直径方向に配置されており、該供給コンベヤ４によって搬送されてきた容器のうち先頭の容器２は、回転テーブル３の上記ポケット３ａ以外の外周面に当接した位置に保持されている。
そして回転テーブル３が１ピッチ前進する間に１つの容器２が１つのポケット３ａ内に収容され、該容器２は、回転テーブル３の外周面に沿って配置された円形状の固定ガイド５によりポケット３ａ内からの脱落が阻止された状態で、回転テーブル３の回転に伴なって前進されるようになっている。
【００１０】
上記容器２内に充填液を充填する充填機構７は３本の充填ノズル７ａを備えており、各ノズル７ａは、間欠的に停止された隣接する３つの容器２内にそれぞれ挿入されるようになっている。
上記充填機構７は、間欠的に前進される容器２の作動に同期して上記３本の充填ノズル７ａを間欠的に前進させるようになっており、各容器２が３ピッチ前進される間に各容器内への充填液の充填を終了するようになっている。
そして各容器２内への充填液の充填を終了した各ノズル７ａは早戻りされて、後続の新たな３つの容器２内にそれぞれ挿入されるようになる。
【００１１】
上記充填機構７の下流側にキャッパ８が設けられており、該キャッパ８は、間欠的に停止された容器２に図示しないキャップをキャッピングすることができるようになっている。
そしてキャップがキャッピングされた容器２は、間欠的な前進により上記供給コンベヤ４に隣接して配置した排出コンベヤ９上に移動されて、該排出コンベヤ９によって充填装置１から外部に搬出されるようになる。
【００１２】
ところで、充填液の充填が完了し、かつキャップがキャッピングされていない容器２内の充填液の液面は、間欠的に停止した位置状態から１ピッチ前進されて再び間欠的に停止するまでの１サイクルの間に、その前進の加速度と減速度とによって揺すられるようになり、条件によっては充填液が溢れてしまうことがある。
このために、回転テーブル３は、充填液を容器２から溢れさせることがなく、しかも液面の揺れが小さく滑らかになるような好適な両停留カム曲線に従って間欠的に前進させる必要がある。
【００１３】
以下、上記回転テーブル３を１ピッチずつ間欠回転させるサーボモータの電子カム曲線作成方法を説明する。
図２は、本発明に係る液面制振カム曲線の作成方法を説明するステップ図で、本実施例では上述のように回転テーブル３を間欠回転させるサーボモータのための電子カム曲線を作成することができるようになっている。
上記電子カム曲線を作成するにあたっては、先ず「初期個体集団」１１として、従来公知の１６種の両停留カム曲線を初期カム曲線として選定してある。初期カム曲線の数は１６個に限られるわけではなく、好適であると思われる複数種の初期カム曲線を選定すればよい。
上記１６種類の両停留カム曲線の例としては、５次曲線、等躍動曲線、サイクロイド曲線、合成正弦曲線、合成正弦曲線Ｆ−５、変形台形曲線、変形正弦曲線、変形等速度曲線、窪田−放物正弦曲線、神保−指数曲線、非対称４次曲線、非対称６次曲線、非対称７次曲線、非対称サイクロイド曲線、非対称変形台形曲線、およびトラペクロイド曲線を選定することができる。
一例として、上記５次曲線はＳ（Ｔ）＝６Ｔ５−１５Ｔ４＋１０Ｔ３（Ｔ＝時間）という関数で表わすことができる。他のカム曲線はそれぞれ従来既に公知であるので、それぞれの具体的な関数の説明は省略する。
【００１４】
上記１６種の初期カム曲線を選定したら、以下に述べるように遺伝的アルゴリズムによるループが繰り返される。
すなわち、先ず上記「初期個体集団」１１として選定した１６種の初期カム曲線のそれぞれについて、「個体評価」１２が行なわれる。
この「個体評価」１２ではＣＦＤシミュレーションにより液面の状態がシミュレートされ、そのシミュレートした結果が予め定めた所要の判定基準を満たすか否かの判定と、上記１６種の初期カム曲線について順位付けが行なわれる。
上記ＣＦＤ（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  Ｆｌｕｉｄ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ：数値流体力学）シミュレーションとは、Ｎａｖｉｅｒ−Ｓｔｏｋｅｓ方程式などの熱流体運動に関する偏微分方程式を、コンピュータを用いて数値的に解くことで熱流体解析を実現するシミュレーション手法である。このＣＦＤシミュレータを用いることで正確な流体挙動現象のシミュレーションを行い、例えば毎分４０本という容器処理本数で充填装置１を間欠的に作動させても、充填液の溢流が起こらないような良好な搬送が可能なカム曲線の導出を行うことができる。このような流体解析ソフトウエアは、例えばＦｌｏｗ  Ｓｃｉｅｎｃｅ社製のＦＬＯＷ−３Ｄ（商品名）として市販されているので、これ以上の説明は省略する。
また上記判定基準としては、間欠的に停止した位置状態から１ピッチ前進されて再び間欠的に停止するまでの１サイクルの間に生じる最大液面高さＥ１と、停止後の残留振動による最大液面高さＥ２とが設定されており、「個体評価」１２においてはそれぞれの値が所定値以内か否かを判定するようになっている。
【００１５】
上記「個体評価」１２により１６種の初期カム曲線について順位付けがなされたら、「親個体選択」１３という作業が行われる。
この「親個体選択」１３では、成績の悪い所定数の初期カム曲線、例えば上記１６種の半分である８種の初期カム曲線が廃棄され、成績の良い残りの８種の初期カム曲線が第１世代の親カム曲線として選択されるようになる。
そして選択された８種の親カム曲線から、ランダムに２つずつをペアとしたカム曲線が例えば２８種選定される。
このとき、同一の組合せは排除され、異なるカム曲線のペアが選定される。また８種の親カム曲線は、上記２８種のペア内の中に必ず１回以上は組み込まれるように配慮される。
【００１６】
このようにして２８種の親カム曲線が選定されたら、次に各組のペア毎にそれぞれ遺伝的操作としての「交叉」１４が行われ、それによって２８種の子カム曲線Ｓ’ｃ（Ｔ）が作成される。
上記遺伝的操作としての「交叉」は、下記の式１、式２を用いて行なわれる。
Ｓ’ｃ（Ｔ）＝ｆｃ（Ｔ）*Ｓｐ１（Ｔ）＋（１−ｆｃ（Ｔ））*Ｓｐ２（Ｔ）・・・式１
ｆｃ（Ｔ）＝（Ｒｃ１＋０．５）Ｔ＋（Ｒｃ２＋０．５）（１−Ｔ）・・・・・・・式２
上記Ｓｐ１（Ｔ）は各ペアの一方の親カム曲線の関数を、Ｓｐ２（Ｔ）は他方の親カム曲線の関数を表わしている。
また、Ｒｃ１、Ｒｃ２はそれぞれ正規乱数である。
上述した遺伝的操作としての「交叉」により、各２８種の子カム曲線Ｓ’ｃ（Ｔ）は、前述した順位の良い８個の第１世代の親カム曲線と集められて、「第ｎ世代の子個体集団」１５として、合計３６種の第１世代の子カム曲線が作成される。
【００１７】
このようにして第１回目のループにおける遺伝的アルゴリズムにより３６種の第１世代の子カム曲線が得られたら、各子カム曲線について第２回目のループにおいて、「個体評価」１２が行われる。
この第２回目のループにおける「個体評価」１２においても、上述したのと同様にＣＦＤシミュレーションにより液面の状態がシミュレートされ、そのシミュレートした結果が予め定めた所要の判定基準を満たすか否かの判定と、上記３６種の第１世代の子カム曲線についての順位付けが行なわれる。
【００１８】
上記第２回目のループにおける「個体評価」１２によって３６種の第１世代の子カム曲線についての順位付けがなされたら、「親個体選択」１３により順位の悪い所定数のカム曲線、例えば半分となる１８種のカム曲線が廃棄され、成績の良い残りの１８種のカム曲線について、これらをランダムに２つずつをペアとして、新たに１８組の第２世代の親カム曲線が選定される。
この場合においても、前回のときと同様に、同一の組合せは排除されて異なるカム曲線のペアが選定される。また順位の良い残りの１８種のカム曲線は、上記１８組のペア内の中に必ず１つは組み込まれるように配慮される。
【００１９】
この後、上述した第１回目のループと同様に、選定された各１８組の第２世代の親カム曲線について、上述した遺伝的操作としての「交叉」１３により１８種の第２世代の子カム曲線Ｓ’ｃ（Ｔ）が作成される。そして次に、上述した成績の良い上記１８種の第２世代の親カム曲線と集められて、合計３６種の第２世代の子カム曲線が選定される。
【００２０】
このようにして第２回目の遺伝的アルゴリズムにより３６種の第２世代の子カム曲線が得られたら、各子カム曲線について第３回目のループにおいて、「個体評価」１２が行われる。
以後、上述した第２回目のループと同様にして合計３６種の第３世代の親カム曲線が作成され、この第３世代の親カム曲線に基づいて得られた第３世代の子カム曲線について、第４回目のループによって「個体評価」１２が行われる。
そして予め定めた回数、例えば１００回のループが繰り返されて最後の「個体評価」１２が行われた後、最も成績の良かった親カム曲線が液面制振カム曲線として選定されるようになる。
【００２１】
ところで本実施例では、上記ループを繰り返すうちの所定の確率、例えば３％という確率で、上記遺伝的操作における「交叉」１４を実行した後に、遺伝的操作における「突然変異」１６を実行するようにしてある。
すなわち何回目かのループにおける遺伝的操作としての「交叉」１４が行われて複数の子カム曲線Ｓ’ｃ（Ｔ）が作成されたら、各子カム曲線について上述した「個体評価」１２を実行する前に、遺伝的操作としての「突然変異」１６が行われて、複数の子カム曲線Ｓｃ（Ｔ）が作成されるようになる。
上記遺伝的操作としての「突然変異」は、次の式３を用いて行われる。
Ｓｃ（Ｔ）＝Ｒｍ*Ｓｉ（Ｔ）＋（１−Ｒｍ）*Ｓ’ｃ（Ｔ）・・・式３
但し、Ｓｉ（Ｔ）は、成績の良い親カム曲線のうち、ランダムに選択された１つの親カム曲線であり、また、Ｒｍは正規乱数である。なお、上記Ｓｉ（Ｔ）を選択する際には、上述した１６種の初期カム曲線の中からランダムに選択するようにしてもよい。
上述した「突然変異」の操作により得られた複数の子カム曲線Ｓｃ（Ｔ）については、次のループにおいて「個体評価」１２が実行されることは勿論である。
このように上記ループを繰り返すうちの所定の確率で遺伝的操作における「突然変異」１６を実行すれば、カム曲線の性質を大幅に変更することが可能となり、それによってより優れた液面制振能力を有するカム曲線を得る可能性を増大させることができる。
【００２２】
なお、上記実施例では所定回数のループを繰り返して、最終的に最も成績の良かった親カム曲線を液面制振カム曲線として選定するようにしているが、上記ループを繰り返す間に判定基準を満たすカム曲線が得られた際には、その時点で作業を停止して、そのカム曲線を液面制振カム曲線として選定するようにしても良い。
また上記実施例は、間欠的に回転駆動される充填装置１についてのカム曲線を得るものであるが、これに限定されるものではなく、例えば直線搬送装置に用いるカム曲線を得るために本発明を適用することができることは勿論である。
【符号の説明】
【００２３】
１２  個体評価                    １３  親個体選択
１４  交叉                        １６  突然変異
【図１】
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【図２】
2014102558.tif 000004