JP5000761B2 - 動的に計量検査を行うための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、搬送機構を用いて搬送機構の荷重感知域に、調整可能な搬送速度で搬送される対象物を、動的に計量検査するための方法に関するもので、荷重感知域は、一定の間隔で個々の計測重量値を供給し、ディジタル評価ユニットがそれを平均値化することにより結果重量値が導き出される。
本発明はまた、荷重感知域を持つ計量機構、調整可能な搬送速度で対象物を計量機構の荷重感知域上に搬送する搬送機構を含み、荷重感知域は個々の計測重量値を一定間隔で供給し、下流につながれたディジタル評価ユニットがそれらを平均値化することにより結果重量値（resultant weight values）が導き出される、対象物を動的に計量検査するための装置に関する。

このような種類の方法および装置は、DE 103 22 504 A1に開示されている。この刊行物は、“基準調整”ならびに、その調整および操作方法を開示している。基準調整は、対象物が計量のためにほぼ連続的に供給される荷重感知域を持つ、計量機構として理解される。計量された物体はその後搬送機構により離れたところに搬送され、可能であればその計量結果に合わせて仕分けされる。このような基準調整が利用される一般的な領域は、名目上同型の対象物の最終検査である。例としては保存食品缶の最終的な充填量の検査においてである。

このようなシステムの基本的な問題は、一方では計量の正確性、また一方では計量の速度、これら２つの間で十分な妥協を見出すことにある。また一般的にこのようなシステムは、厳しい干渉の影響がある労働環境において操業される。一般的な構成は、例えば、計量機構の重量感知域上に支持される区切られたコンベアベルト領域に、対象物を受け渡す高速稼動コンベアベルトによって対象物が供給され、前記コンベアベルト領域は、計量後に対象物を他のコンベアベルト領域に受け渡す。この種類のシステムは、第一に、コンベアベルトの動作により、第二に、対象物の出入り時に計量機構上に支持されるコンベアベルト領域に部分的に接触することにより、第三に、労働環境における他の振動により大きな干渉の影響を受けることにより、重量値信号が重畳する。したがって、単一の計量値を決定するのではなく、１つの対象物のために複数の計測重量値を記憶し、最適な平均値を形成することにより、結果重量値を導き出すことが重要であることが分かる。前記刊行物では、平均値は、特定の区域の連続した計測重量値に対して形成される。様々な区域の選択によって複数の対象物が計測される事前設定手順の一環として、平均値化区域の最適な位置および平均値化時間が“自動”試験により見出される。この区域の選択結果は、その後のシステムの稼動チェックのために保持される。

既知の方法における欠点は、ベルト速度の変更に対する柔軟性の欠如にある。実際の生産工程において、ベルト速度の変更は頻繁に起こる。これらは、対象物の供給中において、技術的および人為的両方に由来する搬送速度の変更により生じる。計量機構の荷重感知域における搬送速度は、作業を維持するために、供給搬送速度に正確に合わせられる。既知の装置では、搬送速度変更の度に新たな事前設定手順を実行する必要があり、重大な時間および費用の不利益がある。

本発明の目的は、変化する搬送速度への優れた適応性を確保するために、前述のような種類の基準調整および前述のような種類の計量検査方法を発展させることにある。
本発明によれば、これは、請求項１の序文にあるように、評価ユニットがフィルタ長（filter length）の異なる複数のカスケード化された平均値化フィルタを持ち、フィルタ長が搬送速度および共通のスケーリング値によって変更される、前記評価ユニットにより達成される。
本発明の目的はまた、請求項８の序文にあるように、評価ユニットがフィルタ長の異なる複数のカスケード化された平均値化フィルタおよび、搬送速度に依存する共通のスケーリング値によりフィルタ長を変更するフィルタ長変更手段を含む、前記評価ユニットと併せて達成される。
本発明の特に有利な態様は、従属項の主題にある。
本発明による方法の特徴、効果および利点ならびに本発明による装置は以下に述べられる。

本発明は、いわゆる“平均値化フィルタカスケード”の本質的特徴の認識に基づく。平均値化フィルタカスケードは、“フィルタ長”により決まる数の連続した入力値を平均値に変換し、これを次のフィルタの入力値として出力する、連続した平均値化フィルタとして理解される。これは基本的に２つの変異型があるのが望ましい。一つめの変異型では、連続した個々の計量値が小区分のフィルタ長に細分類され、各小区分に対して平均値が計算され、出力される。小区分のフィルタに入力される値の数は、フィルタ長に応じて前のフィルタに入力された値の数と比べて減らされる。二つめの変異型では、平均値はそれぞれ、フィルタ長上を移動する窓に合わせて計算される。これは、計算される平均値の数が、フィルタに入力された個々の値の数にほぼ相当することを意味する。カスケードにおけるフィルタ長の最適な選択により、支配的な干渉周波数を確実に除去することが可能である。特定のフィルタ長の選択は、個々の状況に左右される複雑な作業だが、基本的には当業者により知られている。
この種類のフィルタカスケードは、インパルス応答の基底形式、すなわちフィルタカスケードの伝達関数が、原則的にフィルタ相互間のフィルタ長の関係性によってのみ決まるという基本的な特性が認められる。これらの相互関係を変えずにフィルタ長を変更することは、周波数軸の伝達関数の位置および幅は変更するが、その基本的な形を変えないことを可能にする。本発明を利用することで、この特別な特徴が可能になる。

本発明は、搬送速度の変更に応じて搬送の動作が変わることで、主要な干渉周波数が発生するという事実に基づくものである。例えば、搬送速度が増す場合、干渉周波数は高い周波数へと変位する。搬送速度が減少する場合はその逆が起こる。本発明は、搬送速度の変更に伴い、フィルタカスケードをすべて再設定する代わりに、それらの相互関係を変更せずに、カスケードのフィルタ長を適応させることを提案する。言い換えれば、カスケードのフィルタ長は共通のスケーリング値を利用して見積もられる。特に、搬送速度のスケーリング値の逆比例依存は最適な依存の形として認められる。
この方法の本質的な利点は、一時的に搬送速度の変化が現れる時でも、それに素早く柔軟に適応できることにある。
この柔軟な適応性は、速度への適応の自動化を可能にする。この目的のために、搬送速度が速度センサーにより一定間隔で計測され、計測された速度値はスケーリング値の設定に対応するために評価ユニットに送信される。この目的のための基準調整に含まれる速度センサーは、データ処理システムのディジタルフィルタの自動プログラミングを介して実行することができる、評価ユニットの設定に必須の技術として、当業者により知られている。

本発明の一連の方法を準備するための重要な手段は、所定の標準搬送速度に対するフィルタ長の初期選択にある。各条件で除去する必要のある干渉周波数は、それぞれの環境、標準搬送速度、対象物のサイズおよび重量等に大きく依存しているため、これは一般的に経験的に行われる。この経験による設定手順を簡略化するために、代表的な対象物の個々の計測重量値を循環バッファ（circular buffer）に格納し、格納された値に対して評価ユニットが平均値の形成を繰り返し、結果重量値が実際の対象物の重量値に一致するまで繰り返してフィルタ長を変化させることで、フィルタ長の初期設定を決定することが提案される。言い換えれば、循環バッファに格納された単一の対象物それぞれの計測を繰り返すことで、多数の対象物の重量値それぞれの新たな取り込みをシミュレーションすることができ、これは、異なるフィルタ設定による複数の対象物の計量が実質的に導かれることを意味する。このフィルタ設定を変化させるシミュレーションは、結果重量値が、（既知の）実際の対象物の重量に一致するまで繰り返される。この場合の“一致”という表現は、個々の状況における各要求に適合される許容範囲規定を持つ“所定の許容範囲規定内”として理解される。

多くの場合、テスト済みのまたは標準のフィルタ長の事前設定を根幹として、フィルタ長の変更を設定過程の一部として繰り返す間、フィルタ長の相対比率は一定にしておくだけで十分である。言い換えれば、このような場合には、動作中の搬送速度に依存する変更から特に１つを、初期のスケーリング値として探し出すように設定手順が制限される。
本発明による方法のさらなる発展において、フィルタ設定を異なる対象物のサイズ、および特にその搬送方向の範囲にも適応させるために、同じ基本的原理が利用される。これは、対象物の搬送方向における長手方向の範囲（Laengsausdehnung）に対応した共通のスケーリング値によりフィルタ長を変更することで達成される。これに関連した自動化のために、対象物の搬送方向における長手方向の範囲が範囲センサーによりで検知され、それがスケーリング値の設定に対応するために評価ユニットに送信されることが望ましい。これにより、名目上同一の対象物に対する純粋な監視目的のためだけでなく、異なるサイズの対象物を計量して仕分けするために、基準調整を利用することが可能になる。

本発明のさらなる特徴および利点は、以下の詳細および図に示される。
図１は基準調整装置の略図である。 図２は本発明によるスケーリング原理の略図である。 図３は望ましいフィルタ設定順序の略図である。

図１は基準調整装置１０の略図を示したものである。基準調整装置１０は、荷重感知域１４を具備する計量機構１２および付属の評価ユニット１６を含む。特に、評価ユニット１６はマイクロプロセッサを基礎として構築される。この種類の基準調整は、図１には示されていないが、基本的にディスプレイおよび制御ユニットを含む。
計量検査が実施される異なるサイズの対象物１８ａ−ｃは、複数の区域２０ａ−２０ｃを含むコンベアベルト２０によって計量機構１２に搬送され、そこから離される。図１の中央コンベアベルト区域２０ｂは、計量機構１２の荷重感知域１４上に支えられる。これにより、計量機構１２がコンベアベルト領域２０ｂに位置する対象物（図１の１８ｂ）を計量することができる。矢印２２に示されるように、対象物１８ｂは、計量中にコンベアベルトにより搬送方向に動かされる。対象物１８ｂがコンベアベルト領域２０ｂ上に位置する間、特にＡ／Ｄコンバータを含むことができる秤量装置１２の荷重感知域１４は、一定間隔、すなわち変換器の周波数で、ｎ配列の個々の計測重量値Ｅ１、Ｅ２、、、Ｅｎを供給する。この個々の計測重量値の配列は、計測値が物体１８ｂの重量に左右される、変化のある一時的な計測信号を表し、先述の量的干渉が原因の信号により重畳される。

これら干渉信号の信号を浄化するために、図２の上部に概略的に説明されるような平均値化フィルタカスケードを介して信号が渡される。図に示された実施例では、フィルタカスケードは、直列につながれたフィルタ長の異なる５つの平均値生成器の配列を含む。各平均値化のための装置は、フィルタ長に対応する数の複数の決定値を格納することができるシフトレジスタを含む。レジスタが埋まるとすぐに、格納された個々の値から平均値が生成され、最初の出力値として出力される。シフトレジスタへの新たな入力値は、格納されている一番古い値を置き換え、レジスタに含まれる現在の値の新たな平均値の計算を始動し、この値を次の出力値として出力する。第一の平均値化装置から出力された平均値の決定配列は、同じ原理に従って動作するが異なるフィルタ長を持つことができる、二つめの平均値化装置に読み込まれる。このように値がすべてのカスケードを経由するので、Ｇで示されるフィルタリングされた結果重量値の配列が、最終的に生成される。この代替手段として、単一の結果重量値が生じるように、フィルタカスケードを配置することも可能である。これは、例えば最後のフィルタから出る値の配列を一纏めにすること、例えば最後のフィルタの出力値配列から単一の値を決定すること、またはフィルタカスケードが前述の“移動する窓”の原理では動作せず、バッチ毎に動作することにより達成されるので、これにより各フィルタ段階に渡される値の数が減らされる。

図２の参照文字２４ａ−ｅで示されている個々のフィルタ段階は、異なる長さのブロックとして概略的に示されているが、これは異なるフィルタ長を象徴する意図がある。特に図２では、個々のフィルタ段階２４ａ−ｅのフィルタ長は相互比率３：２：４：５：１であり、図２において記号Σ３、Σ２、Σ４、Σ５、Σ１で示される。絶対数で表現されたフィルタ長の諧調１２：８：１６：２０：４は実際には平均値化されることが望ましい。基本的には、周波数応答にゼロを配置する目的もある。
実際の結果重量値Ｇのさらなる利用は、個々の状況における要求に適応される必要がある。例えば、対象物１８ｂの望ましい重量は、結果重量値Ｇの配列が、特定の回数だけ所定の重量しきい値を越えて下回った場合、獲得されたものとしてみなされる。単一の結果重量値Ｇが計算された場合、この値は１つまたは複数の所定の重量しきい値と比較することができ、後続の区分けシステム（図示せず）を切り替える。結果重量値Ｇの特別な利用法は本発明の主題ではない。

図２の下部は、搬送速度の変更に対応するための機構を概略的に示したものである。示された例では、搬送速度Ｖは始動搬送速度Ｖ０の１．２５倍、Ｖ＝１．２５ｘＶ０だけ加速したものと想定される。この速度変化は、望ましくは速度センサー（図示せず）により検出され、評価ユニット１６に送信される。そしてそれはフィルタ段階２４ａ−ｅのフィルタ長を変更する。この変更は、すべてのフィルタ段階２４ａ−ｅに、望ましくは同じ線形依存関係で同程度行われるが、これに非線形依存関係を与えることも可能である。図２に示される例では、搬送速度の加速係数におけるスケーリング値の特に有利な依存関係、特に逆比例依存関係が実現されている。図２の下部領域に示されるように、個々のフィルタ段階２４ａ−ｅのフィルタ長は、結果的にそれぞれ正確に短くされるが、これらの相対比率は保持される。これは、結果重量値Ｇで象徴されるように、同一の対象物１８ａ−ｃに基本的に同一の計量結果が導かれながら、フィルタ長はそれでも相対比率３：２：４：５：１で並ぶことを意味する。これは、カスケードにおけるフィルタ長の線形スケーリングが、フィルタカスケードの透過関数の基本的な形を原則的には変えないという事実の現れである。

図３は、カスケードにおけるフィルタ長の始動設定を決めるための好ましい方法を概略的に示す。この説明のために、対象物１８ｂの個々の計測重量値E1, E2, … Enが、前述の方法で生成され、ｎ個の記憶場所を備える循環バッファ（circular buffer）に格納される。そして、格納された値の配列は、あらためてフィルタカスケードに供給され、異なる結果重量値または値の配列G, G’, G’’, G’’’…を導きながら、個々のフィルタ段階２４ａ−ｅのフィルタ長が繰り返し変更される。言い換えれば、複数の対象物１８ａ, １８ｂ, １８ｃ, …の実際の計量では、一度計測された対象物１８ｂの値の配列は繰り返しフィルタリングされ置き換えられる。結果重量値または値が、（既知の）対象物１８ｂの期待される所望の特徴を示し次第、設定過程が完了し、見出されたフィルタ設定は説明された方法で後続の工程のために引き継がれる。
本発明の開示内容をふまえることで、幅広い観点での変異形が当業者にとって利用可能である。特に、カスケードのフィルタ段階の数および配置は、それぞれの状況に適応させることができる。また、搬送速度または対象物のサイズとは無関係に、１つまたは少数の区域が前述の説明にある変化方法に従い、１つまたは複数の他の区域は一定のままである、異なる区域を備えるカスケードを利用することも可能である。特に後者は、速度およびサイズに無関係に計測値を重ね合わせる干渉が知られる場合に特に有意義である。

Claims (12)

1. 秤量装置（１２）の荷重感知域（１４）に亘って、調整可能な搬送速度で搬送機構（２０ａ−ｃ）によって搬送される対象物（１８ａ−ｃ）の重量を動的に検査するための方法であって、
   荷重感知域（１４）は、一定間隔で個々の計測重量値（E₁,…,E_n）を供給し、それらから、ディジタル評価ユニット（１６）において平均することによって結果重量値が導き出され、
   評価ユニット（１６）は、異なるフィルタ長の複数の平均化フィルタ（２４ａ−ｅ）カスケードを含み、フィルタ長は、搬送速度に応じた共通のスケーリング値により変更され、フィルタ長の初期設定を選択するために、代表的な対象物（１８ｂ）の個々の計測重量値（E ₁ ,…,E _n ）が、循環バッファに格納され、格納された値に対して評価ユニット（１６）が平均値の形成を繰り返し、結果重量値（G, G’, G’’, G’’’）が実際の対象物（１８ｂ）の重量値に一致するまでフィルタ長を繰り返し変化させることを特徴とする、前記方法。
2. スケーリング値が、搬送速度に逆比例的に依存することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 搬送速度が速度センサーにより一定間隔で計測され、計測された搬送速度値が、スケーリング値の設定に対応するために評価ユニット（１６）に送信されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. フィルタ長の変更が繰り返される間、これらの相互比率が一定であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. フィルタ長が、対象物（１８ａ−ｃ）の搬送方向における長手方向の範囲に応じた共通のスケーリング値により変更されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 対象物（１８ａ−ｃ）の搬送方向における長手方向の範囲が、範囲センサーにより検出され、スケーリング値の最適な設定のために評価ユニット（１６）に送信されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. 対象物（１８ａ−ｃ）の重量を動的に検査するための装置であって、
   荷重感知域（１４）を備えた秤量装置（１２）、
   秤量装置（１２）の荷重感知域（１４）に亘って調整可能な搬送速度で対象物（１８ａ−ｃ）を送り込む搬送機構（２０ａ−ｃ）を含み、
   荷重感知域（１４）は、個々の計測重量値（E₁,…,E_n）を一定間隔で供給し、それからディジタル評価ユニット（１６）が平均することで結果重量値（Ｇ）を導き出し、
   評価ユニット（１６）は、異なるフィルタ長の複数の平均化フィルタ（２４ａ−ｅ）カスケードおよび、搬送速度に応じた共通のスケーリング値によりフィルタ長を変更するフィルタ長変更手段を含み、
   評価ユニット（１６）が、代表的な対象物（１８ｂ）の個々の計測重量値（E ₁ ,…, E _n ）を格納することのできる循環バッファを含み、評価ユニット（１６）はまた、フィルタ長の初期設定の選択をするために、結果重量値（G, G', G'', G'''）が対象物の実際の重量値と一致するまでフィルタ長を繰り返し変化させながら、格納された値に対する平均値化を繰り返すように構成されることを特徴とする、前記装置。
8. スケーリング値が、搬送速度に逆比例的に依存することを特徴とする、請求項７に記載の装置。
9. 搬送速度値を定期的に記憶し、該搬送速度値を評価ユニット（１６）に送信する速度センサーを含み、ここで該評価ユニット（１６）が、更新された搬送速度値の送信後に合わせて、スケーリング値を変更するように適応されることを特徴とする、請求項７または８に記載の装置。
10. フィルタ長の変更が繰り返される間、これらの相互比率が一定であることを特徴とする、請求項７〜９のいずれか一項に記載の装置。
11. フィルタ長が、対象物（１８ａ−ｃ）の搬送方向における長手方向の範囲に応じた共通のスケーリング値により変更されることを特徴とする、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 対象物（１８ａ−ｃ）の長手方向の範囲の値を記憶し、それを評価ユニット（１６）に送信する長さセンサーを含み、ここで該評価ユニット（１６）が、更新された長手方向の範囲の値の各送信後に合わせて、スケーリング値を変更するように適応されることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。

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