JPS62271817A - 計量充填制御方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、洗剤などの粉粒体或いは顆粒ペレット、塊状
物、液体等を一定量計量して容器に充填するのに高速、
高精度に充填する計量充填制御方法およびその装置に関
するものである。 〔従来の技術〕 一般に包装商品では内容物の表示重量つきで販売される
ことが多いが、内容物の量的過不足がある場合、実際の
取引では表示重量の不足の方が問題であり、経験的に販
売者としては常に表示重量より多い目のｆｆｌ量に充填
してその安全度をみているのでこの包装傾向は経済的１
員失が極めて大きい。 そのため包装の際総重量のバラツキを可及的に小さくす
る高精度の計量と計量作業の高速度化が望まれている。 従来のこの種の方法の一例としては、粉粒体、例えば洗
剤を計量すべきスペース内へ定量以下の量を最初に供給
し、次いで定量不足分を小出しに供給し微量補充を行う
という盛込方法が採用されていた。即ち、被計量物（充
填物）を容器に充填した後、ウェイトチエンカによりそ
の重量（通常は容器を含む重量）を測定し、重量不足品
を避けるために量目に上乗せする盛込量を定期的に設定
しながら充填重量の管理を行う方式を採用している。 〔本発明が解決しようとする問題点〕 ところが、盛込量が修正されるまで計量（充＠）指定ｆ
ｆ１（量目を盛込量）が固定で、一般に重量不足品を避
けるため盛込量は大きく見る傾向があるので、搬入する
被計量物（例えば粉粒体）の流動性、嵩比重等が安定し
、盛込量が少なくてすむ場合でも、安全を見るため盛込
量が大きくなり、その分だけ盛込量が増加し、充填歩留
りが悪化するという精度上の問題があるばかりか、この
微量補充方式は高精度計量をするには投入速度に減速が
必要となるばかりか計量時間がかかり、充填処理作業と
しては実用的ではない。 このため短時間に大量に投入し余剰分を排除する方式が
試みられるようになったが、短時間に大量投入しても、
投入誤差が多くてはあとの終点バランスに時間を要し、
高速充填はできない。 しかもこれらの場合重量測定に用いられる電気的センサ
ーは機械枠に比べてその応答速度は数百倍も早いが、多
くの場合具かけの安定性を重視する余り、過大なフィル
タやダンパーをつけ、そのため機械枠と同程度の応答速
度で使用されているのが現状で高速度充填に限界があっ
た。しかも電気的センサーを用いて重量測定方式による
充填線、単独の計量器等に於いて、ワイヤーストレンゲ
ージ、シリコンダイヤフラム、及び力平衡方式等の電気
的センサー或いは検出方式を用いる場合、外来振動、各
種電気ノイズ等の混入による計測誤差と指示値の不安定
を抑制するため振動緩衝材による外来振動の減衰、フィ
ルタによる雑音成分の分離又は抑制が一般的に行われて
いるが、動的状態（測定値が時間的変化する場合）では
測定値の時間おくれや信号波形の“ゆがみ”が生じ、特
に高速度の測定には問題が大きいし、また静的状態でも
ノイズ分による誤差は免かれないのでバラツキ誤差は吸
収できず精度的に問題がある。 本発明は、これら従来の欠点を排除するため、高い精度
で短時間大量投入をし終点バランスの負担を軽減させる
ため大量投入中雑音や振動ばかりでなく温度変化による
誤差も自動修正する予測制御で高速、高精度に充填する
ことを可能とする有用な計量充填制御方法とその制御を
も効果的に実現できる装置を構成簡単で安価な形態で提
供することを目的とするものである。また、本発明の他
の目的は投入速度を減速しない一定速度投入で計量時間
の短縮と、落下衝撃値の変動（速度、空気との抵抗）が
あっても影響されず１サイクルのスピードアンプと、計
量精度の大幅な向上とを可能にした計量充填方法を提供
することにある。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は容器に充填すべき定量以上の充填物を計量バス
ケットに投入したのち、この定量を超えた量の充填物を
排除して容器に充填する計量充填制御において、前記計
量バスケット内の計量を検出する際に、測定用センサー
と同一架台に設置された比較用センサーとの値を比較し
ながら予測値が目標値に達した時点に指示値の最終出力
として正味投入量を検出して充填物の投入を遮断したの
ち、前記投入超過量分を排除することを特徴とする計量
充填制御方法およびその装置である。 〔実施例〕 以下に本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する
と、第１図において、供給ホッパー１から充填すべき定
量以上の充填物■を計量バスケット２に投入して計量を
検出する際に、測定用センサーと同一架台に設置された
比較用センサーとの値を比較しながら予測値が目標値に
達した時点に指示値の最終出力として正味投入量を検出
した時に制御装置５で投入遮断し、この充填物Ｉを計量
装置３で計量して吸引ノズル４を作動させ、続いて計量
バスケット２内に挿入された吸引ノズル４で定量を超え
た量の充填物Ｉ′が吸引される。さらに、吸引ノズル４
が作動中の計量バスケット２内の充填物■を計量し、定
量まで減量したときに吸引ノズル４の作動を制御装置５
で停止させて充填物の正味の計量を行い容器Ｈに排出し
充填する。 充填された容器■は移動され、計量バスケット２の下方
に空の容器■が送入されて次の充填に備えられる。 即ち、第２図に示すように、充填物■が供給ベルトコン
ベア６により移送されてきて供給ホッパー１に供給され
、供給ホッパー１内に貯留される。 このとき、供給へルトコンヘア６から供給ホッパー１へ
の供給量は、レベルゲージ７で計量されて一定のレベル
に保たれる。この供給ホッパー１の下端開口に開閉シャ
ッタ８が取付けられている。 この開閉シャッタ８は、シャッタドライブソレノイド９
に制御装置５から開又は閉の指令が入力されたときに開
閉され、供給ホッパー１の開閉シャッタ　８が開き、落
下してくる充填物■は、供給ホッパー１の下方に設けら
れた計量バスケット２内に投入貯留されるが、投入中に
充填設定値に投入予測値が達したときに開閉シャッタ８
が閉じ投入遮断が行なわれ、計量バスケット２に設けた
計量装置３例えばロードセル（Ｌ／Ｃ）で計量される。 この計量装置３では第３図に示すように正味投入量を検
出するため設置台３６上に設けた架台３０に測定用Ｌ／
Ｃ等のセンサー３１と比較信号を出せる比較用Ｌ／Ｃ等
のセンサー３２とを近接して設け、各センサー３１．３
２の出力を比較アンプ３３で比較しロー・パスフィルタ
３４にかけて最終出力αとして出すようにしである。な
お前記架台３０は、第４図のように防振材３５で設置台
３６に設けることもできる。また比較アンプ３３として
は差動増巾器が最適である。第５図例のように各センサ
ー３１．３２の出力をそれぞれゲインアンプ３７．３８
及びロー・バスフィルタ３９．４０を介して比較アンプ
４１で比較して最終出力αとしてもよいし、第６図例の
ように比較用センサー３２側にゲインアンプ３８とロー
・バスフィルタ４０との間に積分アンプ３８１をＩ４を
設してセンサー３２の出力を比較アンプ４１に轟くよう
にすることもできる。これらの場合比較用センサーとし
て加速度計などのほかに磁気センサー、半導体センサー
等各種のものが活用できる。この計量バスケット２内に
は吸引ノズル４が挿入され、その吸引ノズル４に排出管
ＩＯが連結され、この排出管ＩＯに戻し装置１１が連結
され、この戻し装置ＩＩに吸引装置

【２が取イ」けられ
る。また、排出管１０の途中にバルブ１３が取付けられ
ている。このバルブ１３は、排出管１０に穿設された孔
１０ａを開閉するためのものであり、この孔１０ａとバ
ルブ１３の窓１３ａとが合致するとき、エアーは孔を通
って外部に流出し、吸引ノブル４は作動せず、孔１０ａ
を閉塞するとき、吸引ノズル４は作動する。この孔１０
ａのバルブ１３による開閉は、制御装置５によりバルブ
ドライブソレノイド１３′の作動で行なわれる。吸引ノ
ズル４は、２重管構造に構成され、周りの隙間から外気
が導入され、導入された外気と充填物■とが中心の隙間
から排出管１０へと吸引されて戻し装置１１へ排出され
る。この戻し装置１１は、バッグフィルタ１４を備え、
このバッグフィルタ１４によりエアーのみ吸引装置１２
へ吸引され、超過量分の充填物■′は戻し装置ｌｌ内の
室Ｉ５に貯留される。この室１５に貯留された戻り充填
物■′はロータリーバルブ１６から再び供給ホッパー１
へ排出される。 前記計量バスケット２の下端開口には排出ゲート１７が
取付けられ、この排出ゲート１７にゲートドライブソレ
ノイド１Ｂが取付けられ、このソレノイド１８が制御装
置５からの指令により作動し排出ゲート１７の開閉を図
るようになっていて、排出ゲート１７の開閉は、吸引ノ
ズル４の充填物■の吸引により計量バスケット２内の充
填物Ｉが定量に至ったとき、計量装置３の情報を読み取
った制御装置５がバルブ１３を作動させて吸引作動を停
止させ、次いでゲートドライブソレノイド１８を作動さ
せて排出ゲート１７を開き、充填物Ｉが全て排出された
か否かを制御装置５が計量装置３の情報を読み取って判
断し、制御装置５が再びゲートドライブソレノイド１８
を作動させて排出ゲー）１７を閉塞する。計量バスケア
）Ｚ内から排出された充填物Ｉは、充填シュート１９を
通過して空の容器■へ充填される。 本発明における前記制御装置５は、前記バスケット２の
計量を測定用センサーの他に比較用センサーとの出力が
目標値となることを検出しバスケット２内の粉体重量を
推定するために高速Ａ／Ｄコンバータ５３と、高性能コ
ンピュータ５４との組合せで行ない、例えば１．５秒の
短時間投入で１／１００の積度を得ることが可能となり
、後続の吸引抜出工程に移行させる。この場合この大量
投入の際の誤差は、落下衝撃、投入シャッタ締切後の投
入量（シャッタの締切と空間滞留ｆｉｔ）投入ゲートか
ら粉面までの空中通過量、ゲートの締切り時間中の落下
量があるので、これらをも補正するため、計量増加速度
をリアルタイムに検出しその時点での落下衝撃値と投入
ジャック締切後の投入量をも予測し、バスケット２内の
粉体重量と衝撃値を含んだ重量指示値から予測衝撃値を
差引いてバスケット２内の粉体重量を推定するのがよく
、変動落下衝撃値をも信号力ｎ算器５１を経てその数倍
に増巾器５２で増ｌ】され、スケール上に表わすが、３
／１０００秒の速さでこれに追随するようにするのがよ
い。 また、本発明の場合、予め充填物■と同一計量物で落下
速度、落差、充填物の物性、即ち真比重、嵩比重、形状
等の物性の使用変動範囲で落下衝撃値を測定し、前記パ
ラメータとの近位相関式で積度を求めておき、次で実装
置の計量バスケット２の重量増加を一定周期で検出し、
前記用関弐をプログラムしたコンピュータ５４で落下衝
撃値を解析し真のｆｆ！量増加をＩＩ定するのがよい。 なお前記計量装置３は応答速度の速い電気的重量検出セ
ンサ例えばロードセル、フォースバランス等が用いられ
、信号加算器５１と該計算センサの出力を増巾する増巾
器５２を経てディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変喚器の
コンバータ５３とを備え、さらに演算指令手段としての
コンピュータ５４をもって制御機構が構成されているが
、この制御手段のコンピュータ５４は検出手段の検出信
号からの指令により動作する制御機構で計量充填装置（
第２図に示した開閉シャッタ８、バルブ１３、排出ゲー
ト１７等）の動作を制御する。初期定数設定手段として
は、例えば計量時間、計量整定時間、排出時間、量目、
サンプルデータ数。 規格値、許容率等の設定部とを備えて用いればよい。前
記演算手段を行なうコンピュータ５４では、上記定数設
定手段からのデータ及び検出手段からの検出値を入力と
して新たな演算手段を行ない、その結果を遮断弁の制御
手段に与える。 このように前記計量制御装置は、その主要部をマイクロ
コンピュータによって構成するが、上述した計量充填装
置への適用のみに限定されるものではなく、二次制御方
式の計量管理を行なう装置に広く応用することができる
。 なお、落下１ｉ撃値は落下質量速度、落差、空気抵抗に
よって左右されるが、多くの粉粒体は空気抵抗が大きい
ため質量速度が支配的因子となる。 従ってこの質量速度は計量バスケットの重量増加速度を
知ることによって、推定でき、また重量増加速度は粉粒
体の嵩比重、流動性、落差などの変化を含んだ値として
得られるので粉体特性が変動しても大きな影響を受けな
いで制御するとか可能となる。また投入シャッタ締切後
の投入量は投入シャッタの締切と、粉粒体の空間滞留量
との因子　　−で決められるので粉粒体の種類による係
数及び常数を加味しである。 前記高速Ａ／Ｄコンバータとしては分解能１２ビツト、
変換速度２５〜１００μ秒程度の性能を有すると共に、
前記コンピュータとしては１６ビツトのマイクロプロセ
ッサと・演算用プロセッサとを組み合せ５　ＭＨｚのク
ロックでドライブするシステムを用いれば好適である。 さらに計量装置３は応答速度の速いワイヤーストレンゲ
ージ等の電気的重量検出センサーと組合せることができ
る。 このワイヤーストレンゲージとして応答速度が０．０１
秒程度のものを使用すれば、吸引排出速度の０．４２秒
よりも速いので十分に追従可能である。 本発明に係る計量充填方式は粉粒体に限らず連続重量測
定可能な重量計量器において、落下投入する液体、スラ
リー、砂、造粒物、その他の原料のハツチ計量充填に用
いられ得るものである。 〔発明の効果〕 本発明では、定量以上の量を供給ホッパーから計量バス
ケットへ供給するので、このときの大出し時間は従来方
法よりも若干多くかかるが、従来のような精確な計量を
するための小出し工程がなくなり、小出し排出時の落下
による慣性と空中移動中の充填物制御が出来ないことに
よる計量精度の狂いは生じないし、短時間大量投入して
もバラツキ誤差を吸収した制御を行って投入誤差が少な
く終点バランスに時間がかからないしｆｔ担も軽減でき
るので高速充填が可能であり、しかも充填物のバスケッ
ト内の計量を測定用センサーの出力と、比較用センサー
の出力とを比較しその両出力が目標値になった時に最終
出力として用いるようにし雑音や振動などの外的↑ｎ況
変化をも相殺して目標荷重を誘導するようにし、合わせ
て温度変化による誤差も除去して計量時間のスピードア
ンプと計量精度の向上とが同時に図れるし、超過分の充
填物排除が高速に可能であるため、計量装置に応答速度
の速い電気的重量検出センサーを組合せることができ、
より一層計量精度を向上させることができるし、大量投
入の投入誤差が可及的に小さい範囲内に押えて制御でき
るので充填歩留りの大巾の向上が見込めるし、全充填サ
イクルの高速、高精度化が可能となり、段重場所による
誤差も大幅に押えることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の制ｔＩＩＩ原理の説明図、第２図は計
量制御装置の要部構成概略図、第３図は計量装置のフロ
ーシート、第４図は計量装置の他の実施例のフローシー
ト、第５図及び第６図は他側の回路図である。 １・・・供給ホッパー、２・・・計量バスケット、３・
・・計量装置、４・・・吸引ノズル、５・・・制御装置
、８・・・開閉シャッタ、１７・・・排出ゲート、３０
・・・架台、３１・・・測定用センサー、３２・・・比
較用センサー、３３・・・比較アンプ、３４・・・フィ
ルタ、３５・・・防振材、３６・・・設置台、３７．３
８・・・アンプ、３８゜・・・積分アンプ、３９．４０
・・・フィルタ、４１・・・比較アンプ、５１・・・信
号加算器、５２・・・増中器、５３・・・コンバーク、
５４・・・コンピュータ、■・・・充填物、■・・・容
器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、容器に充填すべき定量以上の充填物を計量バスケッ
   トに投入したのち、この定量を超えた量の充填物を排除
   して容器に充填する計量充填制御において、前記計量バ
   スケット内の計量を検出する際に、測定用センサーと同
   一架台に設置された比較用センサーとの値を比較しなが
   ら予測値が目標値に達した時点に指示値の最終出力とし
   て正味投入量を検出して充填物の投入を遮断したのち、
   前記投入超過量分を排除することを特徴とする計量充填
   制御方法。 ２、前記正味投入量を予測するのに測定用センサー及び
   比較用センサーの両センサーの出力が同一になったとき
   をもって処理することを特徴とした特許請求の範囲第１
   項記載の計量充填制御方法。 ３、前記正味投入量を予測するのにセンサー設置架台に
   及ぼす雑音、振動による出力を測定用センサー及び比較
   用センサーに同一に表わして、これを相殺して目標荷重
   を誘導して充填物投入遮断信号を出して処理するもので
   ある特許請求の範囲第１項又は第２項記載の計量充填制
   御方法。 ４、充填物を計量する計量機構を持ち、容器に充填すべ
   き定量以上の充填物が投入される計量バスケットに、こ
   の定量を超えた量の充填物を排除する手段を設けた計量
   充填制御装置において、前記計量バスケットに投入され
   る充填物の計量測定用センサーと、比較用センサーとを
   同一架台上に近接配備し、両センサーの出力を比較する
   比較アンプとフィルタとを備え、両センサーから誘導さ
   れる目標荷重に達した最終出力を前記フィルタから導出
   して投入遮断信号を発する指示手段とを備え、該指示手
   段に連動して前記排除手段を経て計量バスケット下方に
   待機する容器へ定計量された充填物を排出させる排出機
   構を配備したことを特徴とする計量充填制御装置。 ５、前記計量バスケットが、ロードセルからなる計量装
   置を備えたものであって、順次移送されてくる充填物を
   受け入れ貯留され定間隔をあけて所定時間下端開口を解
   放して容器に充填すべき定量以上の量を供給させる開閉
   シャッタを備えた供給ホッパーの下端開口下方に設けら
   れ、開閉シャッタが開いて供給されてくる定量以上の充
   填物を貯留し計算するものである特許請求の範囲第４項
   記載の計量充填制御装置。 ６、前記充填物排除手段が、前記計量バスケットに貯留
   される充填物に挿入される吸引ノズルであって、計量バ
   スケット内の充填物を計量する計量装置に連動され、計
   量バスケット内への充填物投入が遮断されたときに吸引
   ノズルを作動させ、この吸引ノズルの吸引により充填物
   が設定値を示したときに吸引ノズルの作動を停止させる
   制御装置を備えたものである特許請求の範囲第４項又は
   第５項記載の計量充填制御装置。 ７、前記計量バスケットが、充填物の投入中に生ずる落
   下衝撃値を刻々計算し、正味投入量を予測しながら演算
   するコンピュータと、設置台上に直接又は防振材を介し
   て配備される架台上に前記測定用センサーと比較用セン
   サーとを備えたものである特許請求の範囲第４〜６項の
   いずれか一つの項記載の計量充填制御装置。