(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
充填袋に粉粒体を充填する際に前記充填袋をタッピングしながら予め定めた一定重量ずつ充填する粉粒体充填装置において、
前記タッピングが一定の周期でなされ、粉粒体の充填とともに増加する充填袋の重量を検出する重量検出手段と、
該重量検出手段の出力信号について前記タッピングの周期で移動平均をとることによって、前記重量検出手段の出力信号から前記タッピングによるノイズ信号を除去して出力するディジタルフィルタと、
該ディジタルフィルタの出力に基づいて、前記充填袋に充填済みの粉粒体の重量を求める制御部と
を備え、
前記重量検出手段の出力信号に基づいて前記タッピングによるノイズ信号の周期を求め、前記ディジタルフィルタが該求めたノイズ信号の周期で移動平均をとることを特徴とする粉粒体充填装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は粉粒体充填装置に関し、詳しくは、小麦粉やセメント等の粉粒体を予め定めた一定重量ずつ袋詰めする粉粒体充填装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、小麦粉やセメント等の粉粒体を袋詰めする際に、自動的に予め定めた一定重量ずつ詰める粉粒体充填装置が提供されている。このような粉粒体充填装置では、効率を上げるため、袋に充填する量の精度の向上や充填時間の短縮が要求されている。
【０００３】
このように粉粒体充填装置では充填時間を短縮する必要があるため、充填中の袋を粉粒体充填装置から一旦取り外して重量を計測し過不足を調べたりするのではなく、粉粒体充填装置で充填しながら袋ごと重量を計測し、計測結果が目標重量に達したところで充填を停止し、袋を粉粒体充填装置から取り外すようにするのがよい。
【０００４】
ところで、粉粒体を袋詰めする際には、袋の中に隙間なく詰め込み、充填密度を高めるのが望ましい。このため、粉粒体充填装置では、充填中に袋を叩いて振動を与え（以下、これを「タッピング」という）、粉粒体がスムーズに充填されるようにする必要がある。
【０００５】
ところが、このようにタッピングを行うと、充填中の袋が振動し、この振動の影響が重量計測の際のノイズとなってしまい、正確な重量を計測することができなくなってしまう。このため、粉粒体充填装置では、タッピングによるノイズを除去し、正確な重量を計測するための工夫が必要となる。
【０００６】
そこで、従来の粉粒体充填装置では、タッピングを一定の周期で行うことによってタッピングによるノイズが所定の周波数を有する信号となるようにし、そして、充填中に得られた重量測定結果の信号をローパスフィルタに通すことによってタッピングによるノイズの信号を除去するようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の粉粒体充填装置のように、タッピングによるノイズの信号をローパスフィルタによって除去しようとする場合には、そのローパスフィルタの時定数をタッピングの周期の数倍以上とる必要がある。
【０００８】
こうなると、ローパスフィルタを通ったタッピングによるノイズが除去された信号が得られるまでの時間が長く、充填済みの重量がわかるまでの時間がかかるため、結果として、充填速度を上げると充填量の精度が悪化してしまうので、充填速度を上げることができず、袋に充填する量の精度の向上と充填時間の短縮とを両立することができないという問題があった。
【０００９】
本発明は上記の点にかんがみてなされたもので、粉粒体を一定重量ずつ袋詰めする粉粒体充填装置において、袋に充填する量を目標量に精度よく近づけながら充填にかかる時間をより短縮することができる粉粒体充填装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するために、充填袋に粉粒体を充填する際に前記充填袋をタッピングしながら予め定めた一定重量ずつ充填する粉粒体充填装置において、前記タッピングが一定の周期でなされ、粉粒体の充填とともに増加する充填袋の重量を検出する重量検出手段と、該重量検出手段の出力信号について前記タッピングの周期で移動平均をとることによって、前記重量検出手段の出力信号から前記タッピングによるノイズ信号を除去して出力するディジタルフィルタと、該ディジタルフィルタの出力に基づいて、前記充填袋に充填済みの粉粒体の重量を求める制御部とを備え、前記重量検出手段の出力信号に基づいて前記タッピングによるノイズ信号の周期を求め、前記ディジタルフィルタが該求めたノイズ信号の周期で移動平均をとることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は、本発明による粉粒体充填装置の一実施の形態の概略構成を示す内部構成図である。
【００１３】
粉粒体充填装置１の上部には粉粒体供給口２が設けられており、この粉粒体供給口２から粉粒体充填装置１に対して粉粒体が供給される。粉粒体供給口２から供給された粉粒体は貯留槽３に貯留される。
【００１４】
４は撹拌用モータであり、貯留槽３内に設けた撹拌棒を回転させることによって、貯留槽３内に貯留された粉粒体を撹拌し、流動性を高める。
【００１５】
貯留槽３内の下部には供給用スクリューフィーダ５が設けられている。粉粒体充填装置１は、この供給用スクリューフィーダ５を供給用モータ６によって駆動させることにより、貯留槽３内の粉粒体を連絡口７へと搬送する。
【００１６】
連絡口７へと搬送された粉粒体は、充填用モータ８によって駆動させられる充填用スクリューフィーダ９によって図１における左方に押されて、ノズル１０から外部へと押し出される。
【００１７】
粉粒体を充填する充填袋（図示せず）は、その充填口にノズル１０を挿入するようにしてノズル１０に取り付けられ、ノズル１０から出る粉粒体が充填される。１１は作動スイッチであり、ノズル１０に充填袋が取り付けられる際に作動スイッチ１１が装置側に押されてオンする。すなわち、ノズル１０に充填袋が取り付けられることによって作動スイッチ１１がオンし、これによって充填用モータ８および供給用モータ６が作動を開始し、ノズル１０から充填袋に粉粒体が充填される。
【００１８】
粉粒体を充填中の充填袋はノズル１０によって支持されており、充填された粉粒体および充填袋の重量はノズル１０にかかることになる。また、ノズル１０は支柱１２に固定されており、一方この支柱１２は、複数の支柱１４によって、粉粒体充填装置１の本体に固定された支柱１３に取り付けられている。このため、ノズル１０に加わる荷重が変化すると、支柱１４が微妙にひずむ構造となっている。１５はたとえばひずみゲージを有するロードセルや差動トランスなどの重量検出手段であり、この重量検出手段１５は支柱１４に固定されており、支柱１４のひずみを電気信号に変換して出力する。この電気信号は充填袋に充填された粉粒体の重量に応じて変化する信号であり、従って、この重量検出手段１５が出力する電気信号によって、充填袋に充填された粉粒体の重量を求めることができる。
【００１９】
１６は、タッピング用モータ１７によって上下動するタッピング手段である。タッピング手段１６は上下動する際に、ノズル１０に取り付けられた充填袋の下部を叩き、充填袋内の粉粒体の充填密度を上げるように作用する。このタッピング手段１６は、予め定めた一定の周期で充填袋に対するタッピングを行う。
【００２０】
また、１８は、粉粒体充填装置１の全体の動作の制御を行う制御部を有する制御ボードである。
【００２１】
ノズル１０に充填袋が取り付けられ、粉粒体の充填動作が開始されると、重量検出手段１５によって充填済みの粉粒体の重量が検出され、この検出結果が所定の重量に達した場合には、充填用モータ８および供給用モータ６を停止させ、充填を完了する。
【００２２】
ところで、上述のように、タッピング手段１６によってタッピングを行うと、重量検出手段１５が出力する信号がタッピングによるノイズを含んだ信号となってしまい、単純にこの信号を用いたのでは正確な重量を知ることができない。
【００２３】
そこで、本実施の形態では、従来用いていた時定数の大きなローパスフィルタを用いずに、重量検出手段１５が出力した信号からタッピングによるノイズ信号を除去する手段を提供する。以下に、本実施の形態において、重量検出手段１５が出力した信号からタッピングによるノイズ信号を除去する構成について説明する。
【００２４】
図２は、図１に示した粉粒体充填装置１において、重量検出手段１５が出力した信号からタッピングによるノイズ信号を除去する構成を示すブロック図である。
【００２５】
図２に示すように、重量検出手段１５の出力信号は、増幅器２０によって増幅され、その後ディジタルフィルタ２１によってタッピングによるノイズ信号が除去され、制御部２２に入力される。制御部２２では、入力された信号に基づいて、充填袋に充填済みの粉粒体の重量を演算し、演算結果の重量に基づき充填用モータ８および供給用モータ６の動作を制御する。
【００２６】
図２に示す増幅器２０、ディジタルフィルタ２１および制御部２２は、たとえば、図１に示した制御ボード１８内に設けられている。
【００２７】
図３は、図２に示したディジタルフィルタ２１の内部構成を示すブロック図である。
【００２８】
図３に示すように、ディジタルフィルタ２１は、図２に示した増幅器２０によって増幅された信号を所定の時間間隔でサンプリングし、その値を出力するサンプリング手段２５と、サンプリング手段２５の出力であるサンプリング値を記憶する記憶手段２６と、記憶手段２６に記憶されたサンプリング値の移動平均を演算することによって、重量検出手段１５が出力した信号からタッピングによるノイズ信号を除去する演算手段２７とを有して構成される。
【００２９】
上述のように、タッピング手段１６によるタッピングは予め定めた一定の周期で行われる。このため、タッピングによるノイズ信号もこの予め定めた一定の周期を有する信号となる。従って、サンプリング手段２５でサンプリングした値を、この予め定めた一定の周期の一周期分だけ平均することによって、タッピングによるノイズ信号を打ち消し合い、重量検出手段１５が出力した信号からタッピングによるノイズ信号を除去することができる。
【００３０】
すなわち、演算手段２７では、数１に示す演算を行うことによって、平均の母数は一定（タッピング周期の一周期分）とし、平均の対象を時間的に移動しながら平均していくことによって、重量検出手段１５の出力信号からタッピングによるノイズ信号を除去した信号を求める。なお、数１において、ｗｉは記憶手段２６に記憶されたｉ番目のサンプリング値であり、Ｗｊは演算手段２７のｊ番目の出力値である。また、この数１では、タッピングの周期を６４ｍｓｅｃとし、サンプリング周期を１ｍｓｅｃとすることによって、平均をとる際の母数を６４としている。
【００３１】
【数１】
0004364400.tif 000002
次に、重量検出結果の一例を参照しながら、本実施の形態についてさらに詳しく説明する。
【００３２】
図４は、図１に示した重量検出手段１５の出力信号の一例を示す図であり、横軸は時間であり、縦軸は重量検出手段１５の出力信号を充填袋に充填された粉粒体の重量に換算した値である。
【００３３】
なお、この図４に示す例では、充填開始から所定重量充填完了時点（図４では約４．５秒経過時点）までは、図１に示した充填用モータ８および供給用モータ６を比較的高速な第１の速度で回転させることによって、充填袋に充填される時間当たりの量を多くし、所定重量充填完了時点（図４では約４．５秒経過時点）から目標重量充填完了時点（図４では約６．５秒経過時点）までは、図１に示した充填用モータ８および供給用モータ６を比較的低速な第２の速度で回転させることによって、充填袋に充填される時間当たりの量を少なくするようにしている。また、この例では、充填袋に充填する粉粒体の目標重量を２５Ｋｇに設定している。
【００３４】
また、図５は、図４に示したグラフのうち横軸が３秒から４秒にかけての範囲の部分を、時間軸を拡大して示す図である。
【００３５】
図４および図５に示すように、重量検出手段１５によって検出した充填済みの粉粒体の重量すなわち重量検出手段１５の出力信号は、タッピングによるノイズ信号を有しているために大きな振幅を有しており、このままでは正確な充填重量がわからない。
【００３６】
そこで、本実施の形態では、上述のように、重量検出手段１５の出力信号に対してディジタルフィルタリング処理すなわち移動平均処理を施すわけだが、ここで、従来のようにローパスフィルタを用いる場合と本実施の形態とを比較して説明する。
【００３７】
図６は、図１に示した実施の形態および従来技術のフィルタリング処理の周波数応答について示す図であり、横軸を対数目盛にしてある。
【００３８】
また、図７は、図６に示したグラフにおいて、縦軸も対数目盛にした図である。
【００３９】
なお、本実施の形態ではタッピング手段１６のタッピングによるノイズ信号が１６．６Ｈｚの周波数の信号となるように、タッピング用モータ１７を駆動している。
【００４０】
従来技術のローパスフィルタとしては、ＲＣフィルタを用い、図６および図７のグラフでは、カットオフ周波数が０．２Ｈｚ、１Ｈｚ、６Ｈｚおよび２０Ｈｚの４種類のＲＣフィルタについて示している。また、本実施の形態の移動平均処理では、タッピングによるノイズ信号の周期である０．０６秒の周期で平均をとる処理を施したものについて示している。
【００４１】
図６および図７に示すように、本実施の形態における移動平均処理によれば、タッピングによるノイズ信号である１６．６Ｈｚの周波数の信号を大幅にカットすることができ、従来技術のようにＲＣフィルタを用いた場合よりもノイズ信号の除去を的確に行うことができる。
【００４２】
図８は、図１に示した実施の形態および従来技術のフィルタリング処理のステップ応答について示す図である。
【００４３】
この図８においても、図６および図７と同様に、カットオフ周波数が０．２Ｈｚ、１Ｈｚ、６Ｈｚおよび２０Ｈｚの４種類のＲＣフィルタについて示し、また、本実施の形態の移動平均処理では、タッピングによるノイズ信号の周期である０．０６秒の周期で平均をとる処理を施したものについて示している。
【００４４】
従来技術のようにＲＣフィルタによってノイズ信号を除去しようとした場合、図６および図７に示したように、カットオフ周波数が０．２Ｈｚ以下のＲＣフィルタでないとノイズ信号の除去が不十分となってしまう。ところが、このカットオフ周波数が０．２Ｈｚ以下のＲＣフィルタの場合、図８に示すようにステップ応答が鈍く、こうなると、正確且つ迅速な重量計測を行うことができない。
【００４５】
これに対して、本実施の形態の移動平均処理によれば、図６および図７に示したようにノイズ信号を大幅にカットすることができ、且つ、図８に示すようにステップ応答が速やかである。このため本実施の形態によれば、正確且つ迅速な重量計測を行うことができるという効果がある。
【００４６】
図９は、図４に示した重量検出手段１５の出力信号に対して、図１に示した実施の形態および従来技術のフィルタリング処理を施した後の信号を示す図であり、横軸は時間であり、縦軸はフィルタリング処理後の信号を充填袋に充填された粉粒体の重量に換算した値である。
【００４７】
この図９においては、従来技術としてカットオフ周波数が０．２ＨｚのＲＣフィルタについて示し、また、本実施の形態の移動平均処理では、タッピングによるノイズ信号の周期である０．０６秒の周期で平均をとる処理を施したものについて示し、さらに真値としてその時点での充填済み粉粒体の重量を示している。
【００４８】
図９を参照して明らかなように、本実施の形態の移動平均処理によれば、フィルタリング処理を施した後の信号すなわち図２に示したディジタルフィルタ２１の出力信号は真値に非常に近いものとなっており、これに対して従来技術による信号は真値から隔たりのあるものとなっている。
【００４９】
ところで、本実施の形態における移動平均処理では、図３に示した演算手段２７においてたとえば数１に示した演算を行うが、この演算では平均の母数による割り算処理が必要となる（数１では６４が平均の母数である）。
【００５０】
コンピュータ等によって割り算処理を行う際には、処理速度を向上させる手段として、ある値を２の累乗の値で割る処理を、２進数で記憶されたそのある値をビットシフトすることによって行えることが知られている。
【００５１】
そこで、本実施の形態では、平均の母数を２の累乗の値たとえば６４に固定しておくことによって、ビットシフトで割り算処理を行うことができ、処理速度を向上することができる。この結果、より正確且つ迅速な重量計測を行うことができる。
【００５２】
このように、平均の母数を２の累乗の値にするためには、タッピング１周期に含まれるサンプル数を２の累乗にする必要がある。従って、図１に示したタッピング手段１６におけるタッピング周波数を変更するか、図３に示したサンプリング手段におけるサンプリング周波数を変更するか、または、タッピング手段１６におけるタッピング周波数およびサンプリング手段におけるサンプリング周波数の両者を変更することによって、平均の母数を２の累乗の値にすることができる。
【００５３】
また、上述の実施の形態では、タッピング手段１６のタッピングによるノイズ信号が１６．６Ｈｚの周波数の信号となるようにタッピング用モータ１７を駆動し、このときのノイズ信号の周期である０．０６秒で平均をとるようにしたが、本発明はこれに限られるものではなく、たとえば、重量検出手段１５の出力信号の自己相関等による分析の結果としてノイズ信号の周波数を求め、移動平均の周期をこれに追従させて随時変更するようにしてもよい。
【００５４】
なお、前述の実施の形態では、図２に示したように、増幅器２０の出力に対してディジタルフィルタ２１によるフィルタリング処理を施すようにしたが、本発明はこれに限らず、増幅器２０の出力に対してたとえばカットオフ周波数２０ＨｚのＲＣフィルタ等のローパスフィルタによるフィルタリング処理を施して高周波のノイズを除去した後に、ディジタルフィルタ２１によるフィルタリング処理を施すようにしてもよい。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、粉粒体を一定重量ずつ袋詰めする粉粒体充填装置において、袋に充填する量を目標量に精度よく近づけながら充填にかかる時間をより短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による粉粒体充填装置の一実施の形態の概略構成を示す内部構成図である。
【図２】図１に示した粉粒体充填装置において、重量検出手段が出力した信号からタッピングによるノイズ信号を除去する構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示したディジタルフィルタの内部構成を示すブロック図である。
【図４】図１に示した重量検出手段の出力信号の一例を示す図である。
【図５】図４に示したグラフのうち横軸が３秒から４秒にかけての範囲の部分を、時間軸を拡大して示す図である。
【図６】図１に示した実施の形態および従来技術のフィルタリング処理の周波数応答について示す図である。
【図７】図６に示したグラフにおいて、縦軸も対数目盛にした図である。
【図８】図２に示した実施の形態および従来技術のフィルタリング処理のステップ応答について示す図である。
【図９】図４に示した重量検出手段の出力信号に対して、図２に示した実施の形態および従来技術のフィルタリング処理を施した後の信号を示す図である。
【符号の説明】
１  粉粒体充填装置
２  粉粒体供給口
３  貯留槽
４  撹拌用モータ
５  供給用スクリューフィーダ
６  供給用モータ
７  連絡口
８  充填用モータ
９  充填用スクリューフィーダ
１０  ノズル
１１  作動スイッチ
１２、１３、１４  支柱
１５  重量検出手段
１６  タッピング手段
１７  タッピング用モータ
１８  制御ボード
２０  増幅器
２１  ディジタルフィルタ
２２  制御部
２５  サンプリング手段
２６  記憶手段
２７  演算手段
【図１】
0004364400.tif 000003
【図２】
0004364400.tif 000004
【図３】
0004364400.tif 000005
【図４】
0004364400.tif 000006
【図５】
0004364400.tif 000007
【図６】
0004364400.tif 000008
【図７】
0004364400.tif 000009
【図８】
0004364400.tif 000010
【図９】
0004364400.tif 000011