(57)【要約】【課題】  熟練度の低い操作者であっても、簡便に、脱調の起こりにくい、かつ、ゲート駆動時間の短い、パルスパターンを設定することのできる組合せ秤を提供する【解決手段】  操作者がゲート動作時間を入力するための入力装置と、最小パルス間隔と前記入力されたゲート動作時間とを少なくとも含む制御用パラメータを記憶する記憶装置と、前記制御用パラメータに基づいてパルスパターンを演算する制御装置と、前記制御装置の指令に基づき前記パルスパターンに従ってパルスを出力するドライバと、前記ドライバからパルスを受け取る毎に所定の角度回転するステッピングモータと、前記ステッピングモータの回転に応じて開閉するゲートとを備え、前記制御装置は、ゲート駆動時間を少なくとも加速区間と等速区間を一つずつ含む複数の区間に分割し、前記等速区間中はパルス間隔を最小パルス間隔とし、前記加速区間中はパルス間隔が前記最小パルス間隔より大きく、かつ徐々に減少するようにパルスパターンを演算する組合せ秤。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作者がゲート動作時間を入力するための入力装置と、
最小パルス間隔と前記入力されたゲート動作時間とを少なくとも含む制御用パラメータを記憶する記憶装置と、
前記制御用パラメータに基づいてパルスパターンを演算する制御装置と、
前記制御装置の指令に基づき前記パルスパターンに従ってパルスを出力するドライバと、
前記ドライバからパルスを受け取る毎に所定の角度回転するステッピングモータと、
前記ステッピングモータの回転に応じて開閉するゲートとを備え、
前記制御装置は、ゲート駆動時間を少なくとも加速区間と等速区間を一つずつ含む複数の区間に分割し、前記等速区間中はパルス間隔を最小パルス間隔とし、前記加速区間中はパルス間隔が前記最小パルス間隔より大きく、かつ徐々に減少するようにパルスパターンを演算する、組合せ秤。
【請求項２】
前記制御用パラメータはさらに、区間割合を含み、前記制御装置は、前記区間割合に従ってゲート駆動時間を分割する、請求項１に記載の組合せ秤。
【請求項３】
前記制御用パラメータはさらに、回転角を含む、請求項１に記載の組合せ秤。
【請求項４】
前記制御用パラメータはさらに、ゲート開状態維持時間を含む、請求項１に記載の組合せ秤。
【請求項５】
前記制御用パラメータはさらに、区間割合と、回転角と、ゲート開状態維持時間とを含み、前記制御装置は、前記区間割合に従ってゲート駆動時間を分割する、請求項１に記載の組合せ秤。
【請求項６】
前記入力装置により、操作者が、ゲート動作時間以外の前記制御用パラメータも入力することができる、請求項１に記載の組合せ秤。
【請求項７】
さらに出力装置を備え、前記制御装置は前記ステッピングモータが脱調しているか否かを判定し、前記ステッピングモータが脱調している場合には、その旨を前記出力装置に出力する、請求項１に記載の組合せ秤。
【請求項８】
運転中に、操作者が前記入力装置を介して前記制御用パラメータの設定値を変更でき、前記制御装置は、組合せ秤の運転を停止せずに、前記変更された前記制御用パラメータに基づいて、前記パルスパターンを変更する、請求項１に記載の組合せ秤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組合せ秤に関する。より詳しくは、容易に計量速度の最適化が可能な組合せ秤に関する。
【背景技術】
【０００２】
組合せ秤は、複数のホッパを備え、前記ホッパに投入される被計量物の重量に基づいて最適なホッパの組合せを決定する。次に、前記組合せ秤は、組合せに参加するホッパのゲートを開いて被計量物を排出する。かかる動作により、前記組合せ秤は、精度よくかつ高速に一定重量の被計量物を排出する。
【０００３】
ステッピングモータは、ドライバからパルスを受け取るたびに所定の角度回転するモータである。ステッピングモータは、デジタル制御により、精度よく高速に部材を駆動でき、動作の同期も容易に取ることができる。このため、前記ホッパのゲートを開閉するメカニズムとしては、ステッピングモータが用いられることが多い。
【０００４】
ステッピングモータをホッパゲートに用いた組合せ秤としては、特許文献１が挙げられる。
【特許文献１】米国特許４７０５１２５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
組合せ秤における究極の目的は、高速かつ精度よく、一定量の被計量物を排出することである。前記従来の組み合わせ秤において、その運転を高速化するとき、ゲートの開閉も高速で行う必要がある。このためには、ステッピングモータに与えるパルスの間隔をできるだけ短くする必要がある。しかし、パルスの間隔が短くなると、ステッピングモータのトルクは弱くなる。よって、一定速度を超えると、トルクが不足し、入力されるパルスに対してステッピングモータが追従できなくなる。これが、いわゆる「脱調」と呼ばれる現象である。脱調が発生すると、ゲートが完全に閉じなくなってホッパから被計量物が漏れ出してしまうといった事故につながる。
【０００６】
脱調を起こさないためには、パルスの間隔を長くして、トルクを増加させることが考えられる。しかし、その場合にはゲートの動作が遅くなり、計量速度が低下してしまう。よって、実際の運転では、最適なゲート駆動時間（ゲートを開き始めてから閉じ終わるまでの時間）に設定するために、脱調を起こさず、かつゲートを高速で開閉できる、最適なパルスパターン（ゲートの開閉動作に必要な一連のパルスの発生パターン）を見出す必要がある。
【０００７】
最適なパルスパターンは、被計量物の流れやすさや粘性、温度などによってさまざまに変化する。よって、実際にパルスの間隔を変更しながら組合せ秤を運転し、脱調が起こるか否かを確認することで、最適なパルスパターンを探すことになる。
【０００８】
ここで、前記従来の組み合わせ秤においては、ゲートを開く際のパルスパターンを５段階に分け、等速で開いた後に減速して止まる動作を実現している。また、ゲートを閉じる際のパルスパターンは１０段階に分けられ、加速して閉じ始め、等速で閉じ、最後に減速して止まる動作を実現している。さらに、ゲート駆動時間や開度（ゲートの開く角度）を変更する場合には、上述したパルスパターンを基本パターンとして、これにパルス数やパルス間隔に定数をかけることでこれを実現している。この方法では、パルスパターンを変えるにしても、ゲートの駆動時間や開度を変えることができるのみで、必ずしも最適なパルスパターンを見出すことができるとは限らない。また、上述の構成では、パルスパターンの段階が固定されているため、きめの細かいパターンを算出できない。
【０００９】
前記従来の組み合わせ秤において、最適なパルスパターンを得るためには前記基本パターンを変更する必要がある。しかし、この場合には、段階毎に手動でパルス間隔やパルス数を計算して入力する必要があり、非常に複雑かつ煩雑な作業が必要である。このため、実際に熟練工が設置場所まで赴いて手作業でパルスパターンの最適化を行う必要があった。
【００１０】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、熟練度の低い操作者であっても、簡便に、脱調の起こりにくい、かつ、ゲート駆動時間の短い、パルスパターンを設定することのできる組合せ秤を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、ゲート開閉時に脱調が起こる原因を検討した結果、パルス間隔が最も短くなっているとき、すなわちゲートが最も速く駆動されているときに脱調が発生しやすいことを見出した。これは、パルス間隔が一定値よりも短くなると、ステッピングモータのトルクが低下し、ゲートの軸受け等により発生する抵抗に打ち勝つことができず、ゲートの動作速度が低下するためであると考えられた。
【００１２】
また、ゲートを駆動し始める時点（駆動開始時）にも、脱調が起こりやすいことが判明した。これは、慣性の法則から、駆動開始時に最も大きなトルクを必要とするためであると考えられた。
【００１３】
以上の結果から、パルス間隔が一定値を下回らないようにすること、および、駆動開始時のパルス間隔をなるべく長くすることが、脱調を防ぐ上で極めて重要であることが分かった。
【００１４】
また、前記従来の構成では、パルスパターンをいくつかの区間に分けて、それぞれの区間のパルス間隔を等しくしている。これは、主に入力の煩雑さを減ずるためであると考えられる。しかし、パルス間隔が区間の境界で突然変化することは、脱調の一つの原因になっていると推察された。パルスパターンをコンピュータプログラム等を用いて自動的に演算し、区間単位ではなく、個々のパルス単位でパルス間隔を変化させることができれば、より滑らかな加減速が可能となり、脱調を防ぐことにつながると推察された。
【００１５】
また、パルスパターンをコンピュータプログラム等により自動的に生成することは、人為的ミスによる誤設定を防いだり、熟練度の低い操作者がパルスパターンを最適化する上でも有効であると考えられた。
【００１６】
さらに、組合せ秤の運転を止めずにパルスパターンを変更することを可能にすれば、脱調が発生しているか否かをリアルタイムで確認でき、調整作業がより容易になると考えられた。
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明に係る組合せ秤は、操作者がゲート動作時間を入力するための入力装置と、最小パルス間隔と前記入力されたゲート動作時間とを少なくとも含む制御用パラメータを記憶する記憶装置と、前記制御用パラメータに基づいてパルスパターンを演算する制御装置と、前記制御装置の指令に基づき前記パルスパターンに従ってパルスを出力するドライバと、前記ドライバからパルスを受け取る毎に所定の角度回転するステッピングモータと、前記ステッピングモータの回転に応じて開閉するゲートとを備え、前記制御装置は、ゲート駆動時間を少なくとも加速区間と等速区間を一つずつ含む複数の区間に分割し、前記等速区間中はパルス間隔を最小パルス間隔とし、前記加速区間中はパルス間隔が前記最小パルス間隔より大きく、かつ徐々に減少するようにパルスパターンを演算する（請求項１）。
【００１８】
これにより、パルス間隔は最小パルス間隔を下回ることがなくなり、等速区間における脱調を防ぐことができる。また、操作者がゲート駆動時間を変更すると、等速区間に配分される時間は変動せず、加速区間に配分される時間だけが変わる。よって、ゲート駆動時間を変更することで、駆動開始時のトルクを調整することができる。よって、ゲート駆動時の脱調を防ぐ最適なゲート駆動時間を容易に決定できる。したがって、熟練度の低い操作者であっても、簡便に、脱調の起こりにくい、かつ、ゲート駆動時間の短い、パルスパターンを設定することができる。
【００１９】
また、前記制御用パラメータはさらに、区間割合を含み、前記制御装置は、前記区間割合に従ってゲート駆動時間を分割してもよい（請求項２）。これにより、予め設定された区間割合を反映してゲート駆動時間を区分できる。
【００２０】
また、前記制御用パラメータはさらに、回転角を含んでもよい（請求項３）。これにより、予め設定された回転角に基づいてゲートを開閉することが可能となる。
【００２１】
また、前記制御用パラメータはさらに、ゲート開状態維持時間を含んでもよい（請求項４）。これにより、予め設定された時間だけゲートを開くことが可能となる。
【００２２】
また、前記制御用パラメータはさらに、区間割合と、回転角と、ゲート開状態維持時間とを含み、前記制御装置は、前記区間割合に従ってゲート駆動時間を分割してもよい（請求項５）。これにより、予め設定された各パラメータに従ってゲートを開閉できる。
【００２３】
また、前記入力装置により、操作者が、ゲート動作時間以外の前記制御用パラメータも入力することができてもよい（請求項６）。これにより、各制御用パラメータを操作者が調整することが可能となる。よって、操作者は、脱調の起こりにくい、かつ、ゲート駆動時間の短い、パルスパターンに容易に設定できる。
【００２４】
また、さらに出力装置を備え、前記制御装置は前記ステッピングモータが脱調しているか否かを判定し、前記ステッピングモータが脱調している場合には、その旨を前記出力装置に出力してもよい（請求項７）。これにより、操作者は、設定されているパラメータにより脱調が起こるか否かを容易に判定できる。よって、脱調の起こりにくい、かつ、ゲート駆動時間の短い、パルスパターンに容易に設定できる。
【００２５】
また、運転中に、操作者が前記入力装置を介して前記制御用パラメータの設定値を変更でき、前記制御装置は、組合せ秤の運転を停止せずに、前記変更された前記制御用パラメータに基づいて、前記パルスパターンを変更してもよい（請求項８）。これにより、操作者は、脱調が起こるか否かをリアルタイムで判定しながら、制御用パラメータを変更できる。よって操作者は、より容易に、脱調の起こりにくい、かつ、ゲート駆動時間の短い、パルスパターンへと設定できる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は以上のような構成を有し、以下のような効果を奏する。すなわち、熟練度の低い操作者であっても、簡便に、脱調の起こりにくい、かつ、ゲート駆動時間の短い、パルスパターンを設定することのできる組合せ秤を提供できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態に係る組合せ秤を鉛直方向に切ったときの概略構成の一部を示す図である。なお、リニアフィーダパン５、リニアフィーダ６、供給ホッパ７、計量ホッパ９、ステッピングモータ８および１０、集合シュート１１、重量センサ１３は複数備えられている。しかしながら、それぞれ１個ずつが組になっており、いずれの組についても同様の構成を有する。よって、図においては１つの組のみを示し、その余は省略する。なお、図中の丸印は、被計量物を示す。以下、図１を参照しながら、本実施の形態にかかる組合せ秤のハードウェアと制御系統について説明する。
【００２８】
最初にハードウェアについて以下に説明する。図１に示す通り、本実施の形態に係る組合せ秤のハードウェアは、被計量物を供給する供給装置１と、供給装置１から供給された被計量物を受け取って下流へと供給するトップコーン３と、トップコーン３を振動させるメインフィーダ４と、トップコーン３から被計量物を受け取って下流へと供給する複数のリニアフィーダパン５と、リニアフィーダパン５を振動させる複数のリニアフィーダ６と、ゲートを備え、リニアフィーダパン５から被計量物を受け取って下流へと供給する複数の供給ホッパ７と、供給ホッパ７のゲートを駆動するステッピングモータ８と、ゲートを備え、供給ホッパ７から供給された被計量物を受け取って下流へと供給する複数の計量ホッパ９と、計量ホッパ９のゲートを駆動するステッピングモータ１０と、計量ホッパ９から被計量物を受け取って集合させ、下流へと供給する複数の集合シュート１１と、集合シュート１１から供給される被計量物を受け取って図示されない包装機へと排出する集合ファンネル１２とを備えている。
【００２９】
本実施の形態において、供給装置１には、例えば、複数の容器が線上に配列されたベルトコンベアや、振動装置を取り付けた通路などが用いられる。メインフィーダ４、リニアフィーダ６は、電磁石のＯＮ−ＯＦＦにより振動する。また、供給ホッパ７、計量ホッパ９の出口には、それぞれ開閉可能なゲートが設けられている。なお、ステッピングモータ８および１０は、原点位置を検出するセンサ（図示せず）を備えている。
【００３０】
次に、制御系統について以下に説明する。図１に示す通り、本実施の形態に係る組合せ秤の制御系統は、供給装置１からトップコーン３に供給された被計量物の量を検出するレベルセンサ２と、供給ホッパ７から計量ホッパ９に供給された被計量物の重量を検出する重量センサ１３と、制御基板１４と、入出力装置１５と、を備えている。
【００３１】
なお、本実施の形態におけるレベルセンサ３には、例えば光センサが用いられる。重量センサ１３には、例えばロードセルが用いられる。また、制御基板１４には、例えばマイコンが用いられる。入出力装置１５には、例えばタッチパネルが用いられる。ここで、入出力装置１５は必ずしも単一である必要はなく、入力装置と出力装置が別個に設けられていてもよい。なお、図中の矢印は信号が伝達される方向を示す。
【００３２】
次に、制御基板１４の構成について説明する。図２は、制御基板１４の概略構成を示すブロック図である。図２に示すように、制御基板１４は、制御装置１６と、記憶装置１７と、Ｉ／Ｏ回路１８と、Ａ／Ｄ変換回路１９と、ドライバ２０と、振動制御回路２１と、タイマ２２と、を有している。制御装置１６には、例えばＣＰＵが用いられる。記憶装置１７には、例えば内部メモリが用いられる。記憶装置１７、タイマ２２は、それぞれが、制御装置１６と相互に通信できるように接続されている。Ｉ／Ｏ回路１８とＡ／Ｄ変換回路１９は、それぞれが、制御装置１６に対し信号を送信できるように、制御装置１６と接続されている。ドライバ２０と振動制御回路２１は、それぞれが、制御装置１６からの信号を受信できるように、制御装置１６と接続されている。制御装置１６はさらに、入出力装置１５とも相互に通信できるように接続されている。Ｉ／Ｏ回路１８は、レベルセンサ２からの信号を受信できるように、レベルセンサ２と接続されている。Ａ／Ｄ変換回路１９は、重量センサ１３からの信号を受信できるように、重量センサ１３と接続されている。ドライバ２０は、ステッピングモータ８および１０へパルスを出力できるように、また、ステッピングモータ８および１０の原点位置を検出するセンサからの信号を受信できるように、ステッピングモータ８および１０と接続されている。振動制御回路２１は、供給装置１とメインフィーダ４とリニアフィーダ６に信号を送信できるように、供給装置１とメインフィーダ４とリニアフィーダ６と接続されている。なお、図中の矢印は信号が伝達される方向を示す。
【００３３】
次に、図２を参照しながら、制御基板１４の動作について説明する。制御装置１６に対し、入出力装置１５から、組合せ目標重量や運転速度の条件を示すパラメータ等が入力される。制御装置１６は、受け取ったパラメータ等を記憶装置１７に記憶させる。記憶されたパラメータ等は、制御装置１６によって読み出され、必要に応じて入出力装置１５に出力され、使用者によって確認される。また、記憶装置１７には、組合せ演算を行うためのプログラム等も記憶されている。レベルセンサ２からの検出信号は、Ｉ／Ｏ回路１８を介して制御装置１６へと入力される。また、重量センサ１３からの検出信号は、Ａ／Ｄ変換回路１９により検出値へと変換されて、制御装置１６へと送られる。制御装置１６は、記憶装置１７に記憶されたプログラムを用いて、受け取った検出信号等を処理する。さらに制御装置１６は、処理結果に基づいて、ドライバ２０および振動制御回路２１へと制御信号を与える。これにより、制御装置１６は供給装置１を制御する。また、制御装置１６はメインフィーダ４、リニアフィーダ６、ステッピングモータ８および１０を介して、それぞれ、トップコーン３、リニアフィーダパン５、供給ホッパ７、計量ホッパ９を制御する。また、制御装置１６は、必要に応じて、処理結果を入出力装置１５に出力する。以上の動作により、制御基板１４は、供給装置１、トップコーン３、リニアフィーダパン５、供給ホッパ７、計量ホッパ９が供給および排出する被計量物の重量を検出、制御し、組合せ秤を運転する。
【００３４】
なお、本実施の形態に係る組合せ秤は、制御基板１４および制御装置１６の数は１個である。しかし、複数の制御基板や制御装置を備えていてもよい。また、複数の制御基板または制御装置を備える場合には、一つが本発明の特徴部分であるパルスパターンの演算を行い、その余の制御基板または制御装置がその他の制御を行ってもよい。制御基板および制御装置による制御は、集中制御であっても分散制御であってもよい。記憶装置１７についても、単一である必要はなく、本実施の形態に係る組合せ秤は、複数の記憶装置を備えていてもよい。制御用パラメータを記憶する記憶装置とパルスパターンを記憶する記憶装置が異なっていてもよい。
【００３５】
以上のような構成を有する本実施の形態に係る組合せ秤について、まず始めに、被計量物を計量する動作について、図１を参照しつつ、概略的に説明する。
【００３６】
被計量物は、供給装置１からトップコーン３に供給される。ここで、レベルセンサ２によりトップコーン３上に供給されている被計量物の層厚が検出され、検出結果が制御基板１４に送られる。制御基板１４は、得られた検出値に基づき、所定の時間および強度で供給装置１を振動させ、トップコーン３に供給される被計量物の量を制御する。制御基板１４はまた、所定の時間および強度でメインフィーダ４を振動させ、トップコーン３上の被計量物がリニアフィーダパン５に供給される。さらに制御基板１４は、所定の時間および強度でリニアフィーダ６を振動させ、リニアフィーダパン５上の被計量物が、供給ホッパ７に供給される。ついで制御基板１４は、対応する計量ホッパ９が空になっている供給ホッパのゲートを、ステッピングモータ８を介して開き、被計量物を計量ホッパ９へと供給する。計量ホッパ９に被計量物が供給されると、対応する重量センサ１３により、計量ホッパ９に供給された被計量物の重量が検出される。重量の検出結果は制御基板１４に送られる。制御基板１４は、前記検出結果を計量値に変換して記憶し、組合せ演算を行う。さらに制御基板１４は、組合せ目標重量に基づいて、最適な組合せの選定を行う。その後、制御基板１４は、組合せに参加する計量ホッパ９に対応するステッピングモータ１０に対し指令を与え、被計量物を排出させる。排出された被計量物は、集合シュート１１および集合ファンネル１２により集合させられ、図示しない包装機に排出される。以下、上述と同様な動作を繰り返すことにより、一定の条件を満たす量の被計量物が包装機へと排出される。
【００３７】
本実施の形態に係る組合せ秤の特徴は、ゲート駆動時間や最小パルス間隔などからなる制御用パラメータに基づいて、供給ホッパ７および計量ホッパ９を駆動するステッピングモータ８、１０について、脱調の起こりにくいパルスパターンを設定できる点にある。本実施の形態において、「パルスパターン」とは、ゲートの開閉動作に必要な一連のパルスの発生パターンであって、パルス１個につきパルス間隔および回転方向各１個を用いてこれを特定したものを指す。「パルス間隔」とは、パルスを発信してから次回のパルスを発信するまでの時間間隔を指す。また、「回転方向」とは、パルスを受け取ったときにステッピングモータが回転すべき方向を指す。以下、本実施の形態に係る組合せ秤の特徴となる動作について、図を参照しながら詳細に説明する。なお、以下では、供給ホッパ７を例にとって説明するが、計量ホッパ９についても同様な動作により同様の効果が得られる。
【００３８】
まず、制御用パラメータについて説明する。「ゲート駆動時間」は、ゲートが開き始めてから、開いた状態で停止し、閉じ終わるまでの合計時間を指す。「ゲート開状態維持時間」は、ゲートが開いた状態で停止している間の時間を指す。「回転角」は、一回の開閉におけるステッピングモータ８の回転角（正確には回転子の回転角）を指す。「最小パルス間隔」は、パルスパターンを設定する上でのパルス間隔の下限を指す。すなわち、最小パルス間隔よりも短いパルス間隔に設定されることはない。「駆動パターン」は、ゲートを駆動する上での加減速のパターンを指す。駆動パターンは、開く動作および閉じる動作のそれぞれについて設定でき、加速、等速、減速によって特定される。すなわち、開くとき、閉じるときそれぞれについて、例えば、「加速→等速→減速」、「等速→減速」、「加速→等速」、「加速」、「減速」などのパターンを選択できる。「区間割合」は、一回の開閉で生じるパルス全体に占める、加速区間、等速区間、減速区間に割り当てられるパルス数またはその比を指す。なお、「区間割合」は時間またはその比であってもよい。また、「ゲート駆動時間」は、実際にゲートが動いている時間のみであってもよい。すなわち、ゲートが開き始めてから、開いた状態で停止し、閉じ終わるまでの合計時間から、ゲートが開いた状態で停止している間の時間を差し引いた時間であってもよい。また、「回転角」は、ゲートの回転角であってもよく、ステッピングモータ８またはゲートの最大回転角に対する割合であってもよい。
【００３９】
次に、操作者が制御用パラメータを入力する方法について説明する。図３は、入出力装置１５の画面表示の一例を示す図である。図３の左側に表示されている線画は、組合せ秤の各構成部分を模式的に示すものである。ＭＦはメインフィーダ４、ＬＦはリニアフィーダ６、ＦＢは供給ホッパ、ＷＢは計量ホッパを示す。画面上の各記号（ＭＦ、ＬＦ、ＦＢ、ＷＢ）の近辺に触れると、その構成部分に関する制御用パラメータを入力するための画面に切り替わる。図３の右側に表示されているウィンドウは、供給ホッパ７に関する制御用パラメータを入力するためのものであって、「ＦＢ（供給ホッパ）ゲート設定」の文字と、ゲート駆動時間、ゲート開状態維持時間、回転角、最小パルス間隔、駆動パターン、区間割合の入力欄が表示されている。操作者が画面上の「ＷＢ」の近辺に触れた場合には、計量ホッパ９の制御用パラメータを入力するためのウィンドウに切り替わる。なお、このように入力画面を用いて必要な情報を制御装置に入力するプログラムは周知であるので、その説明を省略する。
【００４０】
画面上部には、「運転」ボタン（画面上でボタン様に立体的に表示された部分、以下同じ）および「停止」ボタンが表示される。操作者が「運転」ボタンに触れることで組合せ秤の運転が開始される。また、操作者が「停止」ボタンに触れることで組合せ秤の運転が停止される。
【００４１】
操作者がウィンドウ内の入力欄に触れると、テンキー様の数値設定ウィンドウが表示される。そして操作者は、前記数値設定ウィンドウに表示された数字ボタンに触れることで、電卓に入力するかのように、各制御用パラメータを設定できる。
【００４２】
なお、制御用パラメータの全てが操作者によって変更可能である必要は必ずしもない。操作者が変更可能な制御用パラメータは、ゲート駆動時間のみであってもよく、ゲート駆動時間と最小パルス間隔であってもよく、ゲート駆動時間とゲート開状態維持時間と最小パルス間隔と区間割合のどのような組合せであってもよい。制御用パラメータの一部のみが操作者により変更可能である場合には、それ以外の制御用パラメータは予め記憶装置１７に記憶される。
【００４３】
すなわち、ステッピングモータ８を駆動するための最適なパルスパターンは、目標組合せ重量と計量する物品の形状・比重等が異なれば変わってくる。本実施の形態に係る組合せ秤では、「ゲート駆動時間」の設定変更だけで、目標組合せ重量と計量する物品の形状・比重等の変更に対応した計量速度に設定できる場合もある。しかし、「ゲート駆動時間」以外の制御用パラメータの表示や設定も可能とすることにより、組合せ秤を据え付ける時に、各ユーザーに合わせて初期設定を行うことが可能となる。また、非常に異なる物品を切り替えて計量するユーザーも存在するため、「ゲート駆動時間」以外の設定を変更する場合がある。よって、同一画面で、「ゲート駆動時間」以外の制御用パラメータの表示や設定を行なえるようにするのが望ましい。
【００４４】
また、画面左下には、脱調が起きているか否かの表示がされる。以下、制御装置１６が、脱調が生じているか否かを判定する動作について説明する。図４は、制御装置１６がステッピングモータ８を制御し、また脱調を検出するための動作プログラムの一例を示すフローチャートである。
【００４５】
まず、ステップＳ１で、制御装置１６は、ステッピングモータ８が起動中か否かの判定を行う。起動中か否かは、起動中フラグがＯＮになっているか否かにより判定される。
【００４６】
起動中でないと、ステップＳ２に進み、制御装置１６は、起動命令があるか否かの判定を行う。起動命令とは、ホッパのゲートを開閉する命令であって、他のプログラムによりセットされる。起動命令がないと、ステップＳ１に戻る。
【００４７】
起動命令があるとステップＳ３に進む。ステップＳ３では、制御装置１６は、記憶装置１７よりパルス情報を読み込む。パルス情報とは、パルス間隔および回転方向からなる情報である。
【００４８】
次に、ステップＳ４において、制御装置１６は、前記パルス情報に基づいて、ステッピングモータ８の励磁の位相をセットする。励磁の位相とは、ステッピングモータ８の回転方向を決定するパラメータである。具体的には、ゲートを開く方向の回転（正転）とゲートを閉じる方向の回転（逆転）とで、励磁の位相を１８０°異ならせる。
【００４９】
次に、ステップＳ５において、制御装置１６は、ドライバ２０を介してステッピングモータ８へパルスを発信する。
【００５０】
次に、ステップＳ６において、制御装置１６は、前記パルス情報に基づいて、パルス間隔をタイマ２２にセットする。
【００５１】
次に、ステップＳ７において、制御装置１６は、起動中フラグをＯＮにする。その後、ステップＳ１に戻る。
【００５２】
ステップＳ１で起動中と判定されると、ステップＳ８に進み、制御装置１６は、タイマ２２がタイムアップしているか否かの判定を行う。タイマ２２がタイムアップしていなければ、ステップＳ１に戻る。タイマ２２がタイムアップすれば、ステップＳ９に進む。
【００５３】
次に、ステップＳ９において、制御装置１６は、次回のパルスに対応するパルス情報が、記憶装置１７に記憶されているか否かの判定をする。
【００５４】
ステップＳ９において、記憶装置１７に駆動データがあると判定されれば、ステップＳ１０に進む。ステップＳ１０において、制御装置１６は、記憶装置１７から、次回のパルスに対応するパルス情報を読み込む。
【００５５】
次に、ステップＳ１１において、制御装置１６は、前記パルス情報に基づいて、ステッピングモータ８の励磁の位相をセットする。
【００５６】
次に、ステップＳ１２において、制御装置１６は、ドライバ２０を介してステッピングモータ８へパルスを発信する。
【００５７】
次に、ステップＳ１３において、制御装置１６は、前記パルス情報に基づいて、パルス間隔をタイマ２２にセットする。
【００５８】
次に、ステップＳ１４において、制御装置１６は、ステッピングモータ８の原点位置を検出するセンサの情報を入力する。
【００５９】
次に、ステップＳ１５において、制御装置１６は、ステッピングモータ８が原点位置にあるか否かを判定する。
【００６０】
ステップＳ１５でステッピングモータ８が原点位置にあると判定されなければ、ステップＳ１に戻る。ステップＳ１５では、まだゲートの開閉が完了していないのであるから、ステッピングモータ８が原点位置にないのが正常の状態となる。
【００６１】
ステップＳ１５でステッピングモータ８が原点位置にあると判定されれば、ステップＳ１６に進む。ステップＳ１５でステッピングモータ８が原点位置にある場合は、閉じる方向のパルス数が少ない状態でステッピングモータ８が原点位置に戻ったということになる。したがって、ゲートの開動作時にステッピングモータ８が脱調を起こしていると考えられる。よって、ステップＳ１６で制御装置１６は、その旨を入出力装置１５の画面上に表示する。
【００６２】
次に、ステップＳ１７において、制御装置１６は、起動中フラグをＯＦＦにする。ステップＳ１７の後は、ステップＳ１に戻る。
【００６３】
ステップＳ９で記憶装置１７に次回のパルスに対応するパルス情報がないと判定されると、ステップＳ１８に進む。次回のパルスに対応するパルス情報がないということは、設定数のパルスを発信したということである。よって、正常であればステッピングモータ８は原点位置にあるはずである。ステップＳ１８で制御装置１６は、ステッピングモータ８の原点位置を検出するセンサの情報を取得する。
【００６４】
次に、ステップＳ１９において、制御装置１６は、ステッピングモータ８が原点位置にあるか否かを判定する。
【００６５】
ステップＳ１９でステッピングモータ８が原点位置にあると判定されれば、ステップＳ２５に進む。ステップＳ１９においてステッピングモータ８が原点位置にあるということは、ステッピングモータ８の駆動が正常におこなわれたということになる。ステップＳ２５では、制御装置１６は、起動中フラグをＯＦＦにして、ステップＳ１に戻る。
【００６６】
ステップＳ１９でステッピングモータ８が原点位置にないと判定されれば、ステップＳ２０に進む。ステップＳ１９においてステッピングモータ８が原点位置にない場合は、閉じる方向のパルス数が不足しているということになる。つまり、ゲートの閉動作時にステッピングモータ８が脱調を起こしていると考えられる。よって、ステップＳ２０で制御装置１６は、その旨を入出力装置１５の画面上に表示する。
【００６７】
続いて行われる、ステップＳ２１からステップＳ２４の処理は、ステッピングモータが脱調を起こした場合の応急処理である。すなわち、ステッピングモータ８が原点位置に戻らなければ、原点位置に戻るまでパルスを付け加えて、若干のステッピングモータの脱調に対応するものである。
【００６８】
ステップＳ２１において、制御装置１６は、記憶装置１７から前回のパルスに対応するパルス情報を制御装置１６に読み込む。
【００６９】
次に、ステップＳ２２において、制御装置１６は、前回のパルス情報に基づいて、ステッピングモータ８の励磁の位相をセットする。
【００７０】
次に、ステップＳ２３において、制御装置１６は、ドライバ２０を介してステッピングモータ８へパルスを発信する。
【００７１】
次に、ステップＳ２４において、制御装置１６は、前回のパルス情報に基づいて、パルス間隔をタイマ２２にセットする。ステップＳ２４の後は、ステップＳ１に戻る。
【００７２】
以上の動作により、制御装置１６は、ステッピングモータ８に脱調が生じているか否かの判定を行い、その結果を入出力装置１５に表示する。これにより操作者は、脱調が生じているか否かを容易に判別できる。ただし、作動音等により、ステッピングモータ８に脱調が生じているか否かを容易に判別できる場合には、必ずしも脱調の有無の判定および表示をしなくともよい。
【００７３】
次に、制御用パラメータに基づいて、脱調を起こしにくいパルスパターンを決定する原理について説明する。組合せ秤において計量速度を向上させるためには、ゲートを早く動かす必要がある。早く動かすためには、ステッピングモータ８へ与えるパルスの間隔を短くすることになる。ステッピングモータは、パルス間隔が長ければトルクは大きくなり、短ければ小さくなる。そして、パルス間隔が短くトルクが不足すると、入力されるパルスにモータが追従できなくなって、脱調が発生する。よって、ステッピングモータが脱調を起こさないで、かつ、ゲートをできるだけ早く動かすことのできるものが最適なパルスパターンとなる。
【００７４】
ステッピングモータを用いた組合せ秤のゲート駆動において、脱調の起こりやすいポイントは２つ存在する。
【００７５】
一つ目は、ステッピングモータに与えられるパルス間隔が絶対的に短すぎる場合である。これは、パルス間隔が一定値よりも短くなると、ステッピングモータのトルクが低下し、ゲートの軸受け等により発生する抵抗に打ち勝つことができず、ゲートの動作速度が低下するためである。駆動中において最も短いパルス間隔となるのは等速区間である。よって、等速区間におけるパルス間隔が一定値を下回ると脱調することになる。
【００７６】
二つ目は、ゲートの駆動開始時におけるパルス間隔が短すぎる場合である。これは、慣性の法則から、ゲート駆動開始時に最も大きなトルクを必要とするためである。よって、駆動開始時、すなわち加速区間における最初のパルス間隔が短いと脱調することになる。
【００７７】
なお、パルス間隔が突然に変化すると脱調が起こりやすいため、より滑らかに加速や減速を行うことも、脱調を防止することにつながる。
【００７８】
以上の事項を踏まえると、駆動開始時には低速（長いパルス間隔）とし、徐々にパルス間隔を短くしていって、最終的に脱調を起こさないがなるべく短い一定のパルス間隔で等速運転するのが好ましい。本実施の形態に係る組合せ秤においては、「最小パルス間隔」という制御用パラメータを設け、これを等速運転時のパルス間隔とする。ここで、最小パルス間隔は、脱調を起こさない限りにおいてできるだけ短いパルス間隔とするのが望ましい。最適な最小パルス間隔は、ステッピングモータ８の仕様やゲート部材の重量、被計量物の種類などによって決まるものである。実際には、設定値を変更しながら運転を行い、脱調が起こるか否かを確認することで、最適な最小パルス間隔が求められる。さらに、「ゲート駆動時間」という制御用パラメータを設け、「最小パルス間隔」と組み合わせて、駆動開始時のパルス間隔が長くなるようにパルスパターンを決定する。
【００７９】
次に、制御用パラメータに基づいてパルスパターンを決定する具体的な動作について説明する。図５は、制御用パラメータに基づいてパルスパターンを決定するための、制御装置１６の動作プログラムの一例を示すフローチャートである。以下、図５を参照しながら、本実施の形態に係る組合せ秤の特徴となる、パルスパターンを決定する動作について、動作の流れに沿って説明する。
【００８０】
まず、ステップＳ３１において、制御装置１６は、入出力装置１５を通じて操作者から入力された制御用パラメータの設定値を、記憶装置１７から読み込む。
【００８１】
ここで、各制御用パラメータは以下のように設定されたとする。
【００８２】
［ゲート駆動時間］        ＝６００ｍｓ
［ゲート開状態維持時間］  ＝１００ｍｓ
［回転角］                ＝±９０°
［最小パルス間隔］        ＝３ｍｓ
［駆動パターン］        開＝加速→等速
閉＝加速→等速→減速
［区間割合］      開  加速＝１０％
等速＝４０％
減速＝  ０％
閉  加速＝１０％
等速＝３０％
減速＝１０％
次に、ステップＳ３２において、制御装置１６は、一回の開閉に必要な全パルス数を演算する。ステップ角（１個のパルスで回転する角度）はステッピングモータ８の仕様によって決まるが、ここでは１．８°とする。すると、９０°回転するためには、５０パルス必要となる。よって、一回の開閉に必要な全パルス数は１００となる。
【００８３】
次に、ステップＳ３３において、制御装置１６は、区間割合に従って各区間のパルス数を演算する。ここで、ステッピングモータ８は、正方向に５０パルス分回転してゲートを開き、１００ｍｓ経過した後、逆方向に５０パルス分回転してゲートを閉じることになる。開く動作における等速区間（以下、開等速区間）を例に取ると、開等速区間に配分されるパルス数（以下、開等速パルス数）が全パルス数に占める割合は、上述の設定値から４０％である。よって、開等速パルス数は４０パルスとなる。なお、開等速区間では、最小パルス間隔でステッピングモータ８が駆動される。
【００８４】
次に、ステップＳ３４において、制御装置１６は、等速区間に配分される時間を演算する。開く動作において等速区間に配分される時間（以下、開等速時間）を例に取ると、以下のようになる。
【００８５】
［開等速時間］＝［開等速パルス数］×［最小パルス間隔］
＝４０×３ｍｓ＝１２０ｍｓ
なお、制御装置１６は、閉動作についても同様に等速区間に配分される時間を演算する。
【００８６】
次に、ステップＳ３５において、制御装置１６は、開く動作および閉じる動作に配分される時間を演算する。開く動作に配分する時間（以下、開動作時間）と閉じる動作に配分する時間（以下、閉動作時間）を等しくするとすれば、開動作時間は以下のようになる。
【００８７】
［開動作時間］＝（［ゲート動作時間］−［ゲート開状態維持時間］）÷２
＝（６００ｍｓ−１００ｍｓ）÷２＝２５０ｍｓ
なお、制御装置１６は、閉動作に配分される時間についても同様に演算を行う。
【００８８】
次に、ステップＳ３６において、制御装置１６は、加速区間に配分される時間を演算する。開く動作において加速区間に配分される時間（以下、開加速時間）を例に取ると、以下のようになる。
【００８９】
［開加速時間］＝［開動作時間］−［開等速時間］
＝２５０ｍｓ−１２０ｍｓ＝１３０ｍｓ
なお、制御装置１６は、閉動作についても同様に加速区間に配分される時間を演算する。
【００９０】
次に、ステップＳ３７において、制御装置１６は、回転開始時のパルス間隔（１番目と２番目のパルスの間隔）と、加速区間における１パルスあたりのパルス間隔の変化量を求めるために連立方程式を解く。開加速時間は１３０ｍｓであって、この間に、徐々にパルス間隔を狭めながら１０パルスが印加され、最終的なパルス間隔が３ｍｓとなる。よって、回転開始時のパルス間隔をｘ（ｍｓ）、パルス間隔の変化量をｙ（ｍｓ）とすると、以下の式が導かれる。なお、開加速区間に配分されるパルス数を、以下、「開加速パルス数」とする。
【００９１】
ｘ−（［開加速パルス数］−１）ｙ＝［最小パルス間隔］
ｘ−９ｙ＝３
また、全てのパルス間隔の総和が開加速時間（１３０ｍｓ）となるから、以下の式が導かれる。
［開加速時間］＝ｘ＋（ｘ−ｙ）＋・・・＋｛ｘ−（［開加速パルス数］−１）ｙ｝
＝［開加速パルス数］ｘ−｛Σｉ（ｉ＝１，…，［開加速パルス数］−１｝ｙ
１３０＝ｘ＋（ｘ−ｙ）＋（ｘ−２ｙ）＋・・・・・・＋（ｘ−９ｙ）
＝１０ｘ−｛Σｉ（ｉ＝１，・・・，９）｝
＝１０ｘ−４５ｙ
よって、この連立方程式を解くと、ｘ＝２３ｍｓ、ｙ＝２．２ｍｓとなる。減速区間がある場合にも、同様な演算により、回転開始時のパルス間隔およびパルス間隔の変化量を求めることができる。なお、制御装置１６は、閉動作についても同様に連立方程式を解く。なお、連立一次方程式の解を求めるコンピュータプログラムは周知である。
【００９２】
最後に、ステップＳ３８において、制御装置１６は、パルス間隔を演算し、記憶装置１７に記憶させる。上述の連立方程式の解を利用すれば、開加速区間において、ステッピングモータ８に与えられるパルスの間隔は、ｘ、ｘ−ｙ、ｘ−２ｙ、…、ｘ−（［開加速パルス数］−１）ｙとなる。すなわち、２３ｍｓ、２０．８ｍｓ、１８．６ｍｓ、１６．４ｍｓ、・・・・・・、７．４ｍｓ、５．２ｍｓとなる。減速区間がある場合にも、同様な式を用いて、パルス間隔を演算する。さらに、等速区間におけるパルス間隔を最小パルス間隔とすることで、開動作におけるパルス間隔を全て決定できる。得られたパルス間隔は、記憶装置１７に記憶され、ステッピングモータ８の制御に用いられる。閉じる動作についても、同様なプログラムによりパルス間隔が決定され、記憶装置１７に記憶される。
【００９３】
なお、徐々にパルス間隔を狭めるための演算方法は必ずしも上述の方法には限られない。駆動開始時にパルス間隔を長くし、その後のパルス間隔をより短くするものであれば、どのような動作プログラムでパルス間隔を決定してもよい。なお、加速区間においては、いずれのパルス間隔についても、最小パルス間隔よりも長くすることが好ましい。
【００９４】
減速区間が存在する場合には、パルス間隔を逆向きに並べることで、同様な演算方法によりパルス間隔を決定することができる。また、例えば開動作において、開加速区間と開減速区間の双方が存在する場合には、開加速時間と開減速時間に配分する時間の割合を等しくするとすれば、開動作時間と開等速時間から、開加速時間と開減速時間を決定できる。よって、同様な動作プログラムにより、開加速区間および開減速区間におけるパルス間隔を決定することができる。
【００９５】
また、上述の説明では、開動作についてのみ述べたが、閉動作についても同様な演算によりパルス間隔を決定することが可能である。
【００９６】
なお、上述の説明では、開動作時間と閉動作時間、および、開加速時間と開減速時間の割合は等しいものとした。しかし、それぞれについて両者は必ずしも等しい必要はなく、どのような割合であってもよい。
【００９７】
以上の動作プログラムにおいて、等速区間におけるパルス間隔は最小パルス間隔に保たれている。よって、最小パルス間隔を適切な値に設定することで、等速区間における脱調を防止することができる。また、最小パルス間隔を変更し、脱調が生じるか否かを判定することで、最適な最小パルス間隔を容易に決定することができる。
【００９８】
また、等速区間におけるパルス間隔を最小パルス間隔で固定することは、等速区間に配分される時間を最小限に留めることにつながる。これにより、加速区間に配分される時間が長くなる。したがって、駆動開始時のパルス間隔が長くなる。よって、駆動開始時のトルクが大きくなり、脱調が起こりにくくなる。
【００９９】
また、上述の動作プログラムでは、個々のパルスを単位としてパルス間隔を変化させている。したがって、より滑らかな加減速が可能となり、脱調が起こりにくくなる。
【０１００】
次に、ゲート駆動時間を変更した場合のパルス間隔の違いについて説明する。ゲート駆動時間を６００ｍｓから５００ｍｓに変更した場合を例として説明する。ゲート駆動時間を５００ｍｓとすると、開加速時間は８０ｍｓとなる。よって、この値を用いて、上述の連立方程式を解くと、ｘ＝１４ｍｓ、ｙ＝１．１ｍｓとなる。これより、パルス間隔は、１４ｍｓ、１２．９ｍｓ、１１．８ｍｓ、１０．７ｍｓ、・・・・・・、５．２ｍｓ、４．１ｍｓ、３ｍｓ、３ｍｓ、・・・・・・となる。得られたパルス間隔を見れば分かるように、パルス間隔は最も短くても３ｍｓを下回らない。一方、駆動開始時のパルス間隔は２３ｍｓから１４ｍｓと短くなる。
【０１０１】
このように、ゲート駆動時間を変更しても、パルス間隔の最小値は変わらず、等速区間に配分される時間も変わらない。よって、ゲート駆動時間を変更したために、等速区間におけるパルス間隔が短くなり脱調が起こる、ということがなくなる。米国特許４７０５１２５号の構成では、ゲート駆動時間を短くすれば、全てのパルス間隔が同じ比率で短くなってしまう。このため、ゲート駆動時間を短くすると、等速区間におけるパルス間隔も短くなり、脱調が起こる可能性が高い。
【０１０２】
さらに加速区間について見ると、ゲート駆動時間を短くすれば、加速区間に配分される時間が短くなり、駆動開始時のパルス間隔も短くなってトルクは減少する。逆に、ゲート駆動時間を長くすれば、加速区間に配分される時間が長くなり、駆動開始時のパルス間隔が長くなってトルクは増加する。本実施の形態に係る組合せ秤においては、最適なゲート駆動時間に設定することにより、駆動開始時の脱調を防止することができる。また、ゲート駆動時間を調整し、脱調が生じるか否かを確認することで、最適なゲート駆動時間を容易に知ることができる。
【０１０３】
以上の構成および動作により、本実施の形態に係る組合せ秤では、熟練度の低い操作者であっても、簡便に、脱調の起こりにくい、かつ、ゲート駆動時間の短い、パルスパターンを設定することができる。
【０１０４】
なお、各制御用パラメータの設定値は、組合せ秤の運転を停止せずに変更できるようにしてもよい。このとき、制御装置１６は、組合せ秤の運転を停止せずに、変更された制御用パラメータに基づいて、パルスパターンを変更する。そして、変更後のパルスパターンに従ってゲートを開閉し、組合せ秤を運転する。これにより、操作者は、制御用パラメータの変更によって脱調が起こるか否かをリアルタイムで確認できる。すなわち、物品を実際にホッパに投入し、排出させながら、制御用パラメータを変更して、ステッピング・モータに脱調が起こるか否かを調べることができる。したがって、操作者は脱調を起こさない最適な設定値を容易に探すことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明に係る組合せ秤は、熟練度の低い操作者であっても、簡便に、脱調の起こりにくい、かつ、ゲート駆動時間の短い、パルスパターンを設定することができる組合せ秤として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の実施の形態に係る組合せ秤を鉛直方向に切ったときの概略構成の一部を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る組合せ秤の制御基板の概略構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る組合せ秤の入出力装置の表示画面の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る組合せ秤の制御基板がステッピングモータを制御し、脱調を検出するための動作プログラムの一例を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態に係る組合せ秤の制御基板が、制御用パラメータに基づいてパルスパターンを決定するための動作プログラムの一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０７】
１  供給装置
２  レベルセンサ
３  トップコーン
４  メインフィーダ
５  リニアフィーダパン
６  リニアフィーダ
７  供給ホッパ
８  ステッピングモータ
９  計量ホッパ
１０  ステッピングモータ
１１  集合シュート
１２  集合ファンネル
１３  重量センサ
１４  制御基板
１５  入出力装置
１６  制御装置
１７  記憶装置
１８  Ｉ／Ｏ回路
１９  Ａ／Ｄ変換回路
２０  ドライバ
２１  振動制御回路
２２  タイマ
【図１】
2006201099.tif 000003
【図２】
2006201099.tif 000004
【図３】
2006201099.tif 000005
【図４】
2006201099.tif 000006
【図５】
2006201099.tif 000007