(57)【要約】  容器内の材料を測定及び計量分配するシステムと方法が開示される。該システムは、容器、フィーダ、フレーム、第１センサーと第２センサーを備える。容器は、材料を収容するように構成される。フィーダは、容器から材料を受取って搬送する。フレームは、ピボットの回りで揺動自在であると共に、少なくとも容器を支承する。第１センサーは、少なくとも容器内の材料の一部の重量を表す信号を生成する。第２センサーは、容器内の重量の一部であるピボット又は支点に印加中の重量を表す信号を生成する。装置が、第１センサーと第２センサーによって検出された重量を合計する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料を計量分配するシステムにおいて、
材料を収容するように構成されたホッパーと、ホッパーから材料を受取って、材料を計量分配するように構成されたディスペンサーと、ピボットの回りに揺動自在であり、少なくともホッパーを支持するように構成されたフレームと、ホッパー内の材料の少なくとも第１部分の重量を表す信号を供給するように構成された第１センサーと、ピボットに連結されて、ピボットに印加中の重量を表す信号を供給するように構成された第２センサーと、第１センサー及び第２センサーと連絡されて、第１センサーによって検出される重量と第２センサーによって検出される重量を合計するように構成された装置とを備えるシステム。
【請求項２】
材料の第１部分が、第１センサーの真上にある重心を有する請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
材料の第２部分が、第１センサーの真上にない重心を有する請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
第２センサーによって検出される材料の重量が、第１センサーに作用していない請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
第２センサーによって検出される材料の重量が、ホッパー内で移動した材料を表す請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
材料が、材料の重心が第１センサーの真上にある第１状態を有する請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
材料が、材料の重心が第１センサーから片寄る第２状態を有する請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
片寄る材料が、材料の計量分配中にホッパー内で移動した材料である請求項９に記載のシステム。
【請求項９】
ホッパーの重量が、近似的に少なくともホッパーの重量である平衡力によって相殺される請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
平衡力が、フレームに印加される請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
平衡力が、フレームに連結された釣合いおもりと、ホッパー内の材料の第２部分の重量とを備える請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
第２センサーによって検出される重量が、ホッパー内の材料の第２部分の重量を表す請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
第２センサーが、ホッパー、ホッパー内の材料、フレームと釣合いおもりを検知するように構成された請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
ホッパーから計量分配された材料の重量を、ホッパーの全重量の変化に基づいて計算すると共に、ディスペンサーが材料を計量分配する速度を、第１信号と第２信号に基づいて調整するように構成されたコントローラを更に備える請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
重量減少計量分配システムを備える請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
ホッパー内の材料の全重量が、第１センサーによって検出される重量と第２センサーによって検出される重量の和である請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
第２センサーの負荷容量が第１センサーの負荷容量より大きい請求項１に記載のシステム。
【請求項１８】
第２センサーの負荷容量が第１センサーの負荷容量より十分に大きい請求項１に記載のシステム。
【請求項１９】
第２センサーの負荷容量が、第１センサーの負荷容量の少なくとも１０倍大きい請求項１に記載のシステム。
【請求項２０】
第１センサーがロードセルを備え、第２センサーがロードセルを備える請求項１に記載のシステム。
【請求項２１】
ピボットの回りで釣合わされる容器内の材料の全重量を検出する重量測定システムにおいて、
容器内の材料の重量の少なくとも一部を表す信号を供給するように構成された第１センサーと、ピボットに連結されて、第１センサーによって検出されない材料の重量を表す信号を供給するように構成された第２センサーと、第１センサー及び第２センサーと連絡されて、第１センサーによって検出される重量と第２センサーによって検出される重量を合計するように構成された装置とを備える重量測定システム。
【請求項２２】
容器内の材料が、材料の第１部分の重心が第１センサーの真上にある第１状態と、材料の第２部分の重心が第１センサーに対して偏心している第２状態とを有する請求項２１に記載の重量測定システム。
【請求項２３】
第１状態における容器内の材料の重量の重心が、第１センサーの真上にある請求項２１に記載の重量測定システム。
【請求項２４】
第１センサーに対して偏心している材料の重量が、容器内で移動した材料を表す請求項２３に記載の重量測定システム
【請求項２５】
容器から計量分配された材料の重量を、容器の全重量の変化に基づいて計算すると共に、ディスペンサーが材料を計量分配する速度を、第１信号と第２信号に基づいて調整するように構成されたコントローラを更に備える請求項２１に記載の重量測定システム。
【請求項２６】
第１時定数を有して、第１センサーからの信号を受取るように構成された第１フィルタと、第２時定数を有して、第２センサーからの信号を受取るように構成された第２フィルタとを更に備え、更に、第１時定数の第２時定数に対する比が、第１センサーの特性の第２センサーの特性に対する割当て量に比例する請求項２１に記載の重量測定システム。
【請求項２７】
第１センサーの特性が第１センサーの重量容量である一方、第２センサーの特性が第２センサーの重量容量である請求項２６に記載の重量測定システム。
【請求項２８】
比率が１：５０より小さい請求項２６に記載の重量測定システム。
【請求項２９】
計量分配システムのホッパー内の材料の全重量を計算する方法において、
ピボットの回りで揺動自在のフレーム、第１センサーと第２センサーを供給するステップと、少なくともホッパーの重量と釣合わせるステップと、ホッパー内の材料の重量の少なくとも一部を、第１センサーからの信号に基づいて検出するステップと、ピボットに印加中の重量を、第２センサーから受取った信号に基づいて検出するステップと、第１センサーによって検出された重量と第２センサーによって検出された重量を加算するステップとを備える方法。
【請求項３０】
少なくともホッパーの重量と釣合わせるステップが、平衡力をフレームに印加することを備える請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
第１信号と第２信号を受取るコントローラを設けて、ホッパーから計量分配された材料の重量を、ホッパーの全重量の変化に基づいて計算するステップと、ディスペンサーが材料を計量分配する速度を、第１信号と第２信号に基づいて計算するステップとを更に備える請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
容器内の材料の重量を検出する機器において、
ピボット上で平衡力と釣合わされると共に、容器を支持するように構成されたフレームと、容器内の材料の重量の少なくとも一部を表す信号を供給するように構成された第１センサーと、ピボットに連結されて、フレームによって支持される重量を表す信号を供給するように構成された第２センサーと、第１センサー及び第２センサーと連絡されて、第１センサーによって検出される重量と第２センサーによって検出される重量を合計するように構成された装置とを備える機器。
【請求項３３】
容器内の材料が、材料の重心が第１センサーの真上にある第１状態と、材料の少なくとも一部の重心が第１センサーに対して偏心している第２状態とを有する請求項３２に記載の機器。
【請求項３４】
第１状態における容器内の重量の重心が、第１センサーの真上にある請求項３２に記載の機器。
【請求項３５】
第１センサーに対して偏心している材料の重量が、容器内で移動した材料を表す請求項３４に記載の機器。
【請求項３６】
第２センサーの負荷容量が第１センサーの負荷容量より大きい請求項３２に記載の機器。
【請求項３７】
第２センサーの負荷容量が、第１センサーの負荷容量の少なくとも１０倍大きい請求項３２に記載の機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料を計量分配するのに使用される重量検知システムに関する。更に詳しくは、低送り速度でホッパーから正確に計量分配中の材料を測定するのに複数のロードセルを用いるバランスウェイト式システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
材料を低送り速度で計量分配することが一般的に公知である。典型的に、低送り速度用途の多くは、例えば、薬品、化粧品、ダイエット及び栄養製品、化学組成物等の材料を正確且つ精密に計量分配することを必要とする。このような用途は、典型的に、正確さと精密さのためにバッチフィーダシステムを使用する。しかしながら、このようなバッチシステムは、連続計量分配システム等の他の型式の計量分配システムと比較して遅い。
【０００３】
重量測定又は重量減少計量分配システムと一般に呼ばれて、ホッパー内の材料の重量を監視又は測定することで送り速度を制御することによって、材料を連続的に計量分配することが一般的に公知である。このような公知の重量測定計量分配システムは、典型的に、スケール上に支持されたホッパーと、ホッパーの重量を測定する１個以上の重量センサーと、材料をホッパーから排出シュートに移動させるフィーダとを含む。重量センサーだけがホッパー内の材料の重量を検出するように、空のホッパーの重量がおもりと釣合わされる。しかしながら、このような公知の重量測定計量分配システムはいくつかの欠点を有する。例えば、典型的な重量測定システムは、少量の材料を精密に計量分配するのではなしに、大量の材料を計量分配するように設計されている。又、移送された材料が重量センサーに力を印加しない時、公知の計量分配システムの重量センサーの位置は、ホッパー内の材料の総重量の不正確な測定を生じる。公知システムが、加速度計又は各種の電子フィルタを使用して移送荷重を補償しようとしても、このような電子部品の使用は、測定の正確さと速度を低下させがちである。例えば、米国特許第４，７２２，４５６号は、バランス組立物を有する重量検知システム、重量センサーと加速度計を含む重量減少送りシステムを記載する。加速度計は、重量センサーの位置の近くのビームに装着されていると共に、主支点から十分に離れていると特に記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、材料を低送り速度で連続的に精密に計量分配できる計量分配システムを提供することが好都合である。又、各種の材料形態の条件下でホッパー内の材料の重量をより正確に測定する複数の重量センサーを有する計量分配システムを提供することが好都合である。更に、２個以上のロードセル、特に、バランスウェイト式スケールの揺動点に位置する１個の大容量ロードセルと、ホッパーに位置する１個の小容量ロードセルとを使用する計量分配システムを提供することが好都合である。更に、乾燥材料フィーダ、バルク固体計量、トラック、トレイラー、貨車等の搬入又は搬出を含む各種の用途に適用できるバランスウェイト式重量検知システムを提供することが好都合である。１個以上のこれらの又は他の好都合な特徴を有する複数のロードセルを備えるバランスウェイト式計量分配システムを準備することが望ましい。上記問題と他の問題を避ける複数のロードセルを備えて、安価で、信頼できると共に広く応用できるバランスウェイト式計量分配システムを提供することは、当該技術の大きな前進をもたらすであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、ホッパー、ディスペンサー、第１センサーと第２センサーを備えて、材料を計量分配するシステムに関する。ホッパーは、おもりを備えて、材料を収容するように構成されている。ディスペンサーは、ホッパーから材料を受取って、材料を計量分配するように構成されている。フレームは、ピボットの回りに揺動自在であり、少なくともホッパーを支持するように構成されている。第１センサーは、ホッパー内の材料の少なくとも第１部分の重量を表す信号を供給するように構成されている。第２センサーは、ピボットに連結されて、ホッパー内の重量の第２部分の重量を表す信号を供給するように構成されている。ホッパー内の材料の全重量は、第１センサーによって検出される重量と第２センサーによって検出される重量の和である。
【０００６】
本発明は、又、ピボットの回りで釣合わされる容器内の材料の全重量を検出する重量センサーシステムに関する。重量測定システムは、容器内の材料の重量の少なくとも一部を表す信号を供給するように構成された第１センサーと、ピボットに連結されて、第１センサーによって検出されない材料の重量を表す信号を供給するように構成された第２センサーとを備える。容器内の材料の全重量は、第１センサーによって検出される重量と第２センサーによって検出される重量の和に基づいて計算される。このような機器は、乾燥材料フィーダ、バルク固体計量又はトラック、トレイラー、貨車等の搬入や搬出に使用することができる。
【０００７】
本発明は、更に、計量分配システムのホッパー内の材料の全重量を計算する方法に関する。方法は、ピボットの回りで揺動自在のフレーム、ホッパーに連結された第１センサーとピボットに連結された第２センサーを供給するステップと、少なくともホッパーの重量と釣合わせるステップと、ホッパー内の材料の重量の第１部分を、第１センサーからの信号に基づいて検出するステップと、ホッパー内の材料の重量の第２部分を、第２センサーから受取った信号に基づいて検出するステップと、第１センサーによって検出される重量の第１部分と第２センサーによって検出される重量の第２部分を合計することによって、ホッパー内の材料の全重量を計算するステップとを備える。
【０００８】
本発明は、更に、容器内の材料の重量を検出する機器に関する。機器は、ピボット上で平衡力と釣合わされると共に、容器を支持するように構成されたフレームと、容器内の材料の重量の少なくとも一部を表す信号を供給するように構成された第１センサーと、ピボットに連結されて、フレームによって支持される重量を表す信号を供給するように構成された第２センサーとを備える。容器内の材料の全重量は、第１センサーによって検出される重量と第２センサーによって検出される重量の和に基づいて計算される。このような機器は、乾燥材料フィーダ、バルク固体計量又はトラック、トレイラー、貨車等の搬入や搬出に使用することができる。
【０００９】
本発明は、更に、開示実施形態に図示及び記載した各種の特徴とその組合せに関する。開示実施形態の目的と特徴を達成する他のやり方は、以下の明細書に記載され、当業者には、この明細書を読んだ後で明白になるであろう。このような他のやり方は、後続の請求項の範囲内に包含されるならば、開示実施形態の範囲内に包含されると見做される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】代表的実施形態にかかるバランスウェイト式計量分配システムの側面断面図である。
【図２】好ましい実施形態にかかる、空のホッパーと複数の重量センサーを備えるバランスウェイト式計量分配システムの略図である。
【図３】材料がホッパー内に平坦に分配された図２のシステムの略図である。
【図４】材料がホッパー内に非平坦に分配された図２のシステムの略図である。
【図５】計量分配システム用制御システムの略図である。
【図６】代表的実施形態にかかる、材料を計量分配する方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、一般に、重量減少計量分配システムとして示される計量分配システムを概略的に図示する。システム１０は、ホッパー１２として示されるレセプタクル又は容器と、フィーダ１４として示される材料ディスペンサーと、バランスウェイト式スケールとして示されるフレームと、重量検知システム２０と、コントローラ１８とを備える。システム１０は、製品又は材料２２を所定速度と相対的に一様な流出量で計量分配するように構成されている。代表的実施形態によれば、材料２２は、分離できる材料（微粒子、顆粒、粉末、ペレット、粒子、ビット、断片等）である。特定の実施形態によれば、微粒子は、他の材料と混合及び／又は薬品、化粧品、食品等を製造するのに使用される成分である。代表的実施形態によれば、システム１０は、材料を相対的に低い速度で計量分配するように構成されている。例えば、システム１０は、時間毎に２０グラムの材料を計量分配するように構成されてもよい。別の実施形態によれば、システム１０は、各種の材料送り速度のいずれにおいて計量分配するように構成されてもよい。代表的実施形態によれば、システム１０は、材料を連続モード、即ち、生産時間中の材料の非断続的流れを特徴とするプロセスで材料を計量分配するように構成される。別の実施形態によれば、システム１０は、非連続モード又はバッチモード、即ち、あるプリセット量の材料の排出を特徴とするプロセスで働くように構成される。
【００１２】
ホッパー１２は、フィーダ１４から分配される材料２２を収容する。ホッパー１２は、周期的に材料２２をホッパー１２に補充又は再投入するプリフィーダ、別のビン等の材料２２の源と連通している。ホッパー１２からフィーダ１４への材料２２の連続的で一様な流れを促進するために、攪拌機構又は攪拌機を設けて、材料の流れを助けたり、材料を一定密度に状態調整してもよい。例えば、可撓性ホッパー（例えば、ビニル等）を用いるシステムにおいて、マッサージングパドルが、モータ２１によって駆動されると共に、ホッパーの側面に対して波打つように配置されて、ホッパー内の材料を振動させる。これらの振動は、計量スクリュー上方で材料を一様な嵩密度に状態調整することを目的とする一方、ホッパー排出部での材料のアーチ形成やブリッジングを防止する傾向があると共に、更なる流れを抑制又は防止する。適当な市販のフィーダの例は、本願の出願人によって販売されているアキュレイト（AccuRate）乾燥材料フィーダである。別の実施形態で、ホッパーは、内部攪拌機を有する剛性構造物である。
【００１３】
ホッパー１２は、ホッパー１２の底部で側方に延在するダクト又はトラフ２８を形成するように、下方内方にテーパ付けされている。ダクト２８は、大体円筒状で頂部開放されていると共に、フィーダ１４と連通している。フィーダ１４は、ホッパー１２から流れる材料を受取る。フィーダ１４は、中空部材（例えば、管、延長ピース、中空円筒等で、一般にノズル３０と呼ばれる）内に少なくとも部分的に装着される被動コンベヤー（計量オーガー又は計量スクリュー２４として示される）を備える。計量スクリュー２４は、ホッパー１２から受取った材料２２をノズル３０を介して排出口又は排出シュート３２に付勢し（例えば、送る、搬送する、流す等）、次に、材料が使用されたり、更に、処理、混合等される包装機又は加工装置に排出される。代表的実施形態によれば、計量スクリューと攪拌装置は、１個以上の電気モータ３１によって駆動される。別の実施形態によれば、ホッパー、フィーダと計量スクリューは、各種の構成、形状、寸法等のいずれを有してもよい。
【００１４】
スケール１６は、好ましくは、機械的バランスウェイト式スケールであると共に、支点又はピボット３４に支持されるフレーム３３を備える。フレーム３３は、ビーム、アーム、リンク仕掛等の１個以上の部材を備える。フレーム３３は、少なくともホッパー１２を支持すると共に、システム１０の他の部品を支持してもよい。好ましい実施形態によれば、ピボット３４は、ナイフエッジピボット３４である。別の実施形態によれば、ピボットは、ホッパー１２の揺動又は釣合いを許容する各種の無摩擦又は摩擦ピボット装置のいずれでもよい。スケール１６は、又、振動又は他の部品を減衰するためにダッシュポットを含む。
【００１５】
コントローラ１８は、重量検知システム２０からの信号を受取り、データを格納し、性能を分析すると共に、フィーダ１４によって排出される材料の重量が、オペレータ入力のパラメータ又は所望の送り速度／量を指定するプログラムに従って確実に維持されるように、適当な制御信号を発生する。コントローラは、実際の送り速度を表す信号を設定点送り速度と比較すると共に、モータ３１の速度を調整する。代表的実施形態によれば、コントローラ１８は、計算装置、ディスプレイ、ユーザーインターフェース及び／又は１個以上の信号変換器を備える。計算装置は、コンピュータ、プロセッサ等を備えてもよい。ユーザーインターフェースは、キーボード、キーパッド等であってよい。信号変換器は、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等であってよい。図１において、コントローラ１８は、モータ３１、モータ２１、ロードセル４０及びロードセル４２と連結（連絡）されるように概略的に示されている。
【００１６】
好ましい実施形態によれば、重量検知システム２０は、フィーダ１４によって計量分配中の材料２２の重量を測定又は検出するように構成されている。重量検知システム２０は、第１センサー（ホッパーロードセル４０として示す）と、第２センサー（ピボットロードセル４２として示す）とを備える。図２乃至図４は、計量分配システムと使用するスケール１６と重量検知システム２０を概略的に図示する。別のやり方として、このようなスケールと重量センサーを、他の用途に使用してもよい。例えば、このようなスケール又は重量センサーシステム（例えば、複数のロードセル）を、他の計量分配システム並びにトラック、トレイラー、貨車を搬入又は搬出する等の動的作業又は活荷重に対して大きな死荷重がある場合を含む他の用途に使用してもよい。
【００１７】
代表的実施形態によれば、ロードセルは、線形変換特性を有する重量／電気変換器を備える。別の実施形態によれば、ロードセルは、各種のセンサーのいずれか又は変換器、歪ゲージ等の力を測定可能な機械的又は電気的出力に変換する他の装置でもよい。
【００１８】
材料２２を含まないホッパー１２の重量、例えば、ホッパーが充填又は補充される前の時点におけるスケール１６上の重量は、ホッパー１２の「風袋」と呼ばれる。スケール１６は、好ましくはフレーム３３に印加される平衡力と釣合わされる。好ましい実施形態によれば、平衡力は、死荷重によって機械的に付与される。ホッパーロードセル４０の出力信号が、ホッパー１２内の材料２２の重量を表すように、死荷重３８は、ホッパー１２の重量を打消す又は相殺するように構成される。このようにして、ホッパーロードセル４０の出力は、ホッパー１２の風袋に零設定される。更に、スケール１６、ホッパー１２、死荷重３８、フィーダ１４等を含む、ピボット３４に作用する部品の重量は、スケール風袋と呼ばれ、ピボットロードセル４２は、スケール風袋に零設定される。このようにして、ピボットロードセル４２の出力は、ピボット３４に作用する風袋に零設定される。絶対重量よりも重量差に従って制御が実行されて、風袋を示す非零信号が供給される。
【００１９】
風袋信号を最小化する機械的バランスウェイト式スケール１６は、計算的便宜を用いるものと比較して特に好都合である。ロードセルの風袋を計る機械的バランスウェイトは、少なくともホッパーロードセル４０の全操作範囲の操作を許容して、改良された又は高めた分解能をもたらす。別の実施形態によれば、死荷重は、上記したホッパーの重量等のシステムと関連する他の重量、並びに計量分配サイクルの開始時のホッパー内の材料の重量、フィーダ等のディスペンサーと関連する他の装置又は部品の重量を相殺するのに用いられる。おもり３８は、ホッパー１２内の材料の重量と相殺する又は釣合う機能的装置と非機能的おもり等の各種の重量構造物のいずれによって設けてもよい。代表的実施形態によれば、死荷重３８は、ロードセルたわみ点に対してピボット３４の回りでホッパー１２を上昇又は揺動させるように、フレーム３３上に配置されたバランスウェイトで形成される。死荷重３８は、異なるホッパー、装備等に対して調整自在、構成自在又は再構成自在であってもよい。別のやり方として、平衡力は、空圧、油圧、電気、電子、電気機械等の各種の装置のいずれによって付与してもよい。
【００２０】
材料が、平坦に分配された位置又は状態、例えば、水平高さ、一様な密度等である時、ホッパー１２内の材料２２の重心がホッパーロードセル４０の真上に位置するように、ホッパーロードセル４０が配置される。死荷重３８はホッパー１２内の材料の重量を相殺するので、ホッパーロードセル４０は、ホッパー１２内の材料２２の重心がホッパーロードセル４０の真上にある時に材料２２の活荷重を検知又は測定するように構成される。
【００２１】
ピボットロードセル４２は、ホッパー１２内の材料の重心の移動を補償することを目的とする。例えば、材料特性（例えば、息角等）は、オフセット荷重又は移動荷重４４を生成するように、少量の（又はより多くの）材料重量に重心を少なくとも少しは移動させる。重心が最早ホッパーロードセル４０の真上にないという点で、荷重は相殺又は移動させられている。移動荷重４４は、ホッパーロードセル４０によって充分に検出されない（即ち、ホッパーロードセル４０は、最早、ホッパー１２内の材料２２の全重量を検出又は検知しない）。ピボットロードセル４２は、ホッパー１２内で移動した材料の荷重を測定又は検出するように構成される。移動荷重がある時のホッパー内の材料の全重量は、ホッパーロードセル４０とピボットロードセル４２の和である。一般的に、オフセット荷重材料２２からの重量の大部分は、ホッパーロードセル４０によって検出される。
【００２２】
ホッパーロードセル４０とピボットロードセル４２によって検出された重量の合計は、ホッパー１２内の材料２２の変化する全活荷重をより高い分解能、正確さと応答時間で測定する一方、モータ、制御材、容器等のより大きな（より重い）死荷重の適用を許容することを目的としている。ホッパーロードセル４０、ピボットロードセル４２とフィーダ１４からのデータは、収集、格納されると共に、好ましくは、材料２２の出力（例えば、計量スクリュー２４の速度）を調整するのに使用される。好ましい実施形態によれば、このような収集、格納と調整は、コントローラ１８又は他の周辺装置によって行われる。
【００２３】
以下の示力図と式は、ホッパーとホッパー内の材料の重量と釣合いおもりからロードセルへの力の印加を示す。
【００２４】
2009540323.tif 000003
ＦＤ＝駆動装置による力
ＸＤ＝駆動装置による力の位置
ＦＨ＝フィードホッパーによる力
ＸＨ＝フィードホッパーによる力の位置
ＦＰ＝ピボットロードセルへの力
ＸＰ＝ピボットロードセルへの力の位置
ＦＭ＝測定ロードセルへの力
ＸＭ＝測定ロードセルの位置
ＦＰ＋ＦＭ＋ＦＤ＋ＦＨ＝０（力の平衡）
ＦＰＸＰ＋ＦＭＸＭ＋ＦＤＸＤ＋ＦＨＸＨ＝０（モーメントの平衡）
ＦＭとＦＰについて解くと、
ＦＭ＝−ＦＤ−ＦＨ−ＦＰ
ＦＰＸＰ＝−ＦＨＸＨ−ＦＤ（０）−ＦＭＸＭ
ＦＰＸＰ＝−ＦＨＸＨ−（−ＦＤ−ＦＨ−ＦＰ）ＸＭ
ＦＰＸＰ＝−ＦＨＸＨ＋ＦＤＸＭ＋ＦＨＸＭ＋ＦＰＸＭ
ＦＰ（ＸＰ−ＸＭ）＝−ＦＨＸＨ＋ＦＤＸＭ＋ＦＨＸＭ
ＦＰ＝（−ＦＨＸＨ＋ＦＤＸＭ＋ＦＨＸＭ）／（ＸＰ−ＸＭ）
【００２５】
図１は、ホッパー１２（材料無し）、スケール１６、ピボット３４、死荷重３８、ホッパーロードセル４０とピボットロードセル４２を含むシステム１０の略図を示す。死荷重３８と空のホッパー１２の重量がピボット３４に印加される。空のホッパー１２の重心は、直線５０で示すようにホッパーロードセル４０の真上にあることが好ましい。
【００２６】
図３は、材料２２がホッパー１２内に平坦に分配された状態のシステム１０の略図を示す。材料２２の重心５２が、直線５０と心合せされると共に、ホッパーロードセル４０の真上にある。このようにして、ホッパー内の材料２２の全重量はホッパーロードセル４０によって検出される。この状態でピボットロードセル４２によって検出される材料２２の重量は、あったとしても、無視することができ、例えば、零又は近似的に零である。
【００２７】
図４は、材料２２が非平坦に分配された状態のシステム１０の略図を示す。材料２２の平坦部２３ａの重心５４は、直線５０と心合せされると共に、ホッパーロードセル４０の真上にある。材料２２の非平坦部２３ｂの重心５６は、直線５０から片寄って又は離隔されて、ホッパーロードセル４０の真上にない。非平坦部２３ｂを含む材料の重量は、材料の非平坦分配の性質に応じて、例えば、ピボットロードセル４２が１０％でホッパーロードセル４０が９０％又は移動荷重の性質に応じて他の比率で支点ロードセルとホッパーロードセル４０によって検出される。よって、ホッパー１２内の材料２２の全重量は、重心５８を有すると共に、ホッパーロードセル４０によって検出された重量とピボットロードセル４２によって検出された重量を合計することによって、測定又は計算される。
【００２８】
代表的実施形態によれば、ホッパーロードセル４０は、ピボットロードセル４２より大きな容量を有するロードセルを備える。好ましい実施形態によれば、ホッパーロードセル４０は、ピボットロードセル４２の容量の約１０倍の容量を有するロードセルを備える。特に好ましい実施形態によれば、ホッパーロードセル４０は１０ｋｇロードセルを備え、ピボットロードセル４２は２００ｇロードセルを備える。別の実施形態によれば、各種のロードセル寸法のいずれを使用してもよい。
【００２９】
ロードセルの相対重量容量は、より低い容量のホッパーセル４０が、より低い分解能とより遅い応答速度を有するより高い容量のピボットロードセル４２に対してより高い分解能とより速い応答速度を有するように規定する。
【００３０】
ピボットロードセル４２からの信号は、時定数τＰを有するフィルタによって濾波される一方、ホッパーロードセルからの信号は、時定数τＨを有するフィルタによって濾波される。より高い容量のピボットロードセル４２用の時定数τＰと、より低い容量のホッパーロードセル４０用の時定数τＨとは、ピボットロードセル４２にホッパーロードセル４０と近似的に同じ分解能を付与するように構成又は選択される。代表的実施形態によれば、フィルタ８０の時定数τＰは、フィルタ８２の時定数τＨより大きい（例えば、長い）。フィルタ８０のより長い時定数τＰは、重量容量のより高いピボットロードセル４２により高い分解能を付与すると共に、より高い分解能（例えば、典型的な２００ｇロードセルに対して０．００１ｇ）を付与するように、コントローラ１８がより多くのデータを収集（及び平均を付与する）ことを許容することを目的とする。ホッパー１２内の材料２２の重心は、相対的に遅く（即ち、一般に、ロードセルの応答速度と送り速度に対して）変化するので、ホッパーロードセル４０用のより短い時定数τＨを有するフィルタ４２からのデータは、ピボットロードセル４２用のより長い時定数τＰに追随する。ピボットロードセル４２用のフィルタ８０は、ホッパーロードセル４０の速い応答と高い分解能を補足又は対応する分解能を改善することを目的とする。長時間に渡り、材料の大略全重量がホッパーロードセル４０によって検出されるように、重心が、典型的にホッパーロードセル４０の真上に戻る。
【００３１】
好ましい実施形態によれば、ロードセル用のフィルタの時定数は、ロードセルの重量容量に比例する。例えば、もしホッパーロードセル４０が２００ｇの重量容量を有し、ピボットロードセル４２が１０ｋｇの重量容量を有すると、静的分解能は、τＨ＝３０秒とτＰ＝１５０秒を付与する同じ（１：５０）である。別の実施形態によれば、その比は、３：１０、３：３０等である。代表的な典型的乾燥材料計量分配用途では、３０秒の時定数（τＰ＝３０秒）を有するフィルタ８０とτＨ＝３秒の時定数を有するフィルタ８２が使用されることが好ましい。別のやり方として、ピボットロードセルの分解能を増加させる各種の時定数のいずれを有するフィルタを使用してもよい。
【００３２】
図５は、システム１０の代表的制御回路の略図を示す。ピボットロードセル４２からの信号は、Ａ／Ｄ変換器８４によって受取られてアナログ信号からデジタル信号に変換され、次に、フィルタ８０によって濾波される。ホッパーロードセル４０からの信号は、Ａ／Ｄ変換器８６によって受取られてアナログ信号からデジタル信号に変換され、次に、フィルタ８２によって濾波される。代表的実施形態によれば、フィルタ８２は、高応答で、小重量を分解するように選択され、フィルタ８０は、分解能を増加させる（例えば、ホッパーロードセル４０で割ってフィルタ８２の時定数で掛けたピボットロードセル４２に等しい）ように、低応答に選択される。フィルタ８０と８２からの信号は、これらの信号を合計してこれらの重量信号から送り速度を計算する微分器８８によって受取られる。送り速度を表す信号は、制御を各種のノイズ環境に適合させる目的でその信号を濾波する低域フィルタ（好ましくは、高次の適応低域フィルタ）に供給される。設定点送り速度９２は、設定点／実際の差によって実際の送り速度と比較されると共に、偏差９６を計算するために設定点コントローラ９４に送られる。コントローラ９４は、設定点偏差をより速く入手することを可能にする追加の予備制御器（pre-control）を備えることが好ましい。設定点コントローラ９４は、設定点送り速度（SET P）９２を表す信号と、偏差９６を表す信号とを受取り、偏差９６は、設定点送り速度９２から実際の送り速度を減じた値を呼称値で割ることによって計算される（即ち、（設定点送り速度−実際の送り速度）／呼称値×１００％）。ファジーを用いた外乱オートエリミネータ（ＤＡＥ）９６が、制御アルゴリズムを使用して異常外乱を監視及び記録するように、微分器８８と設定点コントローラ９４の間の信号と連通する。設定点コントローラ９４は、設定速度制御マグニチュード１００を表す信号を生成する。フィードバックタコメータ１０２は、モータ１０６の速度を表して設定速度制御マグニチュード１００と比較される信号１０４を生成する。速度コントローラ１０８は、代表的実施形態において、フィードユニット出力コントローラとして働くように、外部限界ステージ１１０と共に使用される。このように、モータ１０６の速度は、ホッパー１２内の材料の重量損失の検出された測定値に基づいて修正される。
【００３３】
図６に示す代表的実施形態によれば、計量分配システム１０のホッパー１２内の材料の総重量を計算する方法６０は、支点の回りを揺動するフレームと、容器に連結された第１センサーと、支点に連結された第２センサーを設けることを備える（ステップ６２）。少なくともホッパー１２の重量は、例えば、死荷重３８と釣合わされる（ステップ６４）。少なくともホッパー１２内の材料の重量は、第１センサーから受けた信号に基づいて検出又は測定される（ステップ６６）。第１センサーから相殺される材料重量等のピボット３４に作用する材料重量は、第２センサーから受けた信号に基づいて検出される（ステップ６８）。ホッパー１２内の材料の総重量は、第１センサーによって検出された重量と第２センサーによって検出された重量を合計することによって計算される（ステップ７０）。その方法は、又、第１信号と第２信号を受けるコントローラを設けること（ステップ７２）と、ホッパー１２から計量分配された材料の重量を容器の総重量の変化に基づいて計算すること（ステップ７４）と、ディスペンサーが材料を計量分配する速度を第１信号と第２信号に基づいて調整すること（ステップ７６）とを備える。
【００３４】
開示実施形態の部品は重量減少計量分配システムとして説明されるが、開示実施形態の特徴は、はるかに広い適用性を有する。例えば、複数のロードセル設計は、他の計量分配システム並びにトラック、トレイラー、貨車を搬入又は搬出する等の動的作業又は活荷重に対して大きな死荷重がある場合に対して適用できる。更に、各種の部品の寸法及び尺度と容器の寸法を大きく変動させることができる。
【００３５】
又、計量分配される特定の材料又は製品は例示的である。例えば、計量分配システムは、液体、微粉又はより大きなバルク固体を含む各種の計量分配される製品のいずれに使用してもよい。
【００３６】
更に、用語「ホッパー」、「スケール」、「フィーダ」と「ロードセル」は、狭義の用語ではなく広義の用語を意味することを注目することが重要である。これらの部品は、各種の製品又は構成のいずれと使用してもよいと共に、重量減少計量分配用途への使用に制限されない。
【００３７】
又、好ましい実施形態と他の代表的実施形態において示す複数のロードセルを有するバランスウェイト式計量分配システムの要素の構造と構成は例示的に過ぎないことを注目することが重要である。本開示において本発明のいくつかの実施形態だけを詳細に記載したけれども、本開示を調査する当業者は、請求項に挙げられている主題の新たな教示と利点から大幅に逸脱せずに、多くの修正が可能である（例えば、各種の要素の大きさ、寸法、構造、形状及び比率、パラメータの値、装着構成、材料、色と配向等の変動）ことを容易に認識するだろう。例えば、重量を測定するために使用されるセンサーは、図面に概略的に図示されるロードセルの外に、各種のセンサーのいずれでもよい。従って、全てのこのような修正は、添付請求項に定義される本発明の範囲内に包含されることを意味する。どのプロセス又は方法のステップの順序も、別の実施形態によれば変更又は並べ変えてもよい。請求項において、どのミーンズプラスファンクション節も、挙げた機能を果たすとして本明細書に記載した構造と、構造的均等物だけでなく均等な構造も包含することを意図する。添付請求項に表現される本発明の精神から逸脱せずに、他の代用、修正、変更及び／又は省略を、好ましい実施形態と他の代表的実施形態の設計、操作条件と構成において行ってもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１０  重量減少計量分配システム
１２  ホッパー
１４  フィーダ
１６  バランスウェイト式スケール
１８  コントローラ
２０  重量検知システム
２２  材料
３０  ノズル
３２  排出口
３３  フレーム
３４  ピボット
４０  ロードセル
４２  ロードセル
【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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【国際調査報告】
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