專利名稱：粉粒體的充填方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及將粉粒體(bulk material)充填到容器等被充填體內(nèi)的粉粒體充填方法及裝置。
背景技術：
關于粉粒體充填裝置的現(xiàn)有技術，有日本特開昭54-113362號公報(第1現(xiàn)有技術)和特開昭58-52001號公報(第2現(xiàn)有技術)。
第1現(xiàn)有技術，是用大投入用的計量容器來計量容積，進行大投入，同時一邊用計量器測定重量一邊從小孔少量地連續(xù)流入，當接近充填目標值時，塞住小孔，充填結束。
第2現(xiàn)有技術，用重量測定器測定充填后的包裝物重量，對來自杯計量器的粉粒體的供給量進行傾向控制，同時，在料斗上設置粉粒體檢測器，根據(jù)從該檢測器輸出的信號，調節(jié)流入料斗的粉粒體量。
但是，現(xiàn)有技術存在以下問題。
①第1現(xiàn)有技術中，小投入是通過從小孔流出進行的，當粉體的性狀發(fā)生變化時，就影響流動性，所以，流動性惡化時，粉粒體落下時間變長，使充填精度降低。
②第2現(xiàn)有技術中，將充填后的包裝物重量計測結果反饋到下一次的充填，不能實時地進行流量修正，所以，當粉粒體的流動性發(fā)生變化時，該第2現(xiàn)有技術也同樣地不能實施高精度的充填。
③第1現(xiàn)有技術和第2現(xiàn)有技術中，在投入終了時，考慮到從被開閉裝置關閉了的儲存部的出口到被充填體之間的空中(落下高度)存在的粉粒體量(將其稱為落差流量Wh)，必須在向被充填體充填結束時的充填量W到達W=Wo-Wh(Wo是目標量)時關閉開閉裝置。但是，粉粒體的上述落下高度，是隨著被充填體的容器尺寸而變化的，所以，必須根據(jù)每個被充填體容器的尺寸來設定上述的開閉裝置的關閉時間，這樣，對不同品種容器設定的切換時間太多。
發(fā)明的公開本發(fā)明的目的是提供一種能高速且高精度地將粉粒體充填到被充填體內(nèi)的粉粒體的充填方法及裝置。
本發(fā)明的粉粒體充填方法，其特征在于，將粉粒體充填到計量升內(nèi)，接著，將上述計量升內(nèi)的粉粒體向容器內(nèi)大投入后，將單位時間的粉粒體投入量設為略一定，追加投入上述粉粒體，并且，將追加投入量相對于時間近似為直線，根據(jù)該近似直線及設定的充填重量，停止追加投入。
本發(fā)明的粉粒體充填裝置，其特征在于備有充填粉粒體的計量升、將粉粒體充填入計量升的充填機構、將充填在計量升內(nèi)的粉粒體投入容器內(nèi)的投入機構、帶有計量器并運送上述容器的運送機構以及控制部，該控制部將追加投入量相對于時間近似為直線，并根據(jù)該近似直線及設定的充填重量使投入機構動作。
本發(fā)明的粉粒體充填方法，其特征在于，把儲存在儲存部的粉粒體向被充填體充填的目標(給定)充填重量分為第1階段目標充填重量和第2階段目標充填重量；在第1階段充填中，將設置在上述儲存部的開閉機構設定為預定開度，將粉粒體從上述儲存部往被充填體內(nèi)充填到第1階段目標充填重量；在第2階段充填中，使上述開閉機構從上述預定開度作關閉動作，檢測某微小時間內(nèi)的開閉機構的關閉動作移動量和粉粒體的充填重量，從這些檢測值計算并計測該微小時間內(nèi)的粉粒體流動性，根據(jù)該流動性，算出下一個微小時間內(nèi)的上述開閉機構的關閉動作移動量及關閉動作移動速度，使開閉機構作關閉動作，將粉粒體往被充填體內(nèi)充填到上述目標充填重量。
本發(fā)明的粉粒體充填裝置，其特征在于，備有儲存粉粒體的儲存部；設置在上述儲存部、由開閉動作連續(xù)地調節(jié)從該儲存部供給被充填體的粉粒體供給量的開閉機構；檢測該開閉機構的開閉動作移動量的移動量檢測器；檢測向上述被充填體充填的粉粒體充填重量的重量檢測器；控制上述開閉機構的開閉動作的控制裝置；上述控制裝置在第1階段充填中，將開閉機構設定為預定開度，將粉粒體從上述儲存部往被充填體內(nèi)充填到第1階段目標充填重量；在第2階段充填中，使上述開閉機構從上述預定開度作關閉動作，在某微小時間內(nèi)，從上述移動量檢測器和重量檢測器分別檢測出的開閉機構的關閉動作移動量和粉粒體的充填重量，計算并計測該微小時間內(nèi)的粉粒體的流動性；根據(jù)該流動性，算出下一個微小時間內(nèi)的開閉機構的關閉動作移動量和關閉動作移動速度，使開閉機構作關閉動作，將粉粒體往被充填體內(nèi)充填到上述目標充填重量。
本發(fā)明的粉粒體充填方法，用設在儲存部的開閉裝置的開閉控制，將儲存在儲存部內(nèi)的粉粒體充填到被充填體內(nèi)時，在大投入階段，充填一定的初期充填量，接著在小投入階段，充填剩余的充填量，直到充填至目標充填量(Wo)，其特征在于，計測在大投入階段粉粒體從儲存部出口開口向被充填體落下的時間(tτ)；計測在小投入階段從儲存部流出的粉粒體的流量(q)；用式Wh=q×tτ算出在小投入階段從被開閉裝置關閉的儲存部出口到被充填體之間空中存在的落差量(Wh)；把在小投入階段向被充填體充填完畢的充填重量(W)到達W=Wo-Wh的時間作為開閉裝置的關閉時間。
本發(fā)明，是在權利要求5記載的本發(fā)明中，其特征在于，上述落差量計算中所用的粉粒體的落下時間，是最近的N次充填作業(yè)中計測的落下時間平均值。
本發(fā)明的粉粒體充填裝置，其特征在于，備有儲存粉粒體的儲存部；設置在儲存部、開閉儲存部出口開口的開閉裝置；檢測從儲存部向被充填體供給的粉粒體充填重量的重量檢測器；控制裝置，該控制裝置控制開閉裝置的開閉，在大投入階段充填一定的初期充填量，接著在小投入階段充填剩余充填量，直到充填至目標充填量(Wo)；上述控制裝置得到重量檢測器的檢測結果，計測粉粒體在大投入階段從儲存部出口開口朝往被充填體的落下時間(tτ)，并且計測在小投入階段從儲存部流出的粉粒體的流量(q)，用式Wh=q×tτ計算在小投入階段由開閉裝置關閉的儲存部出口開口到被充填體之間空中存在的落差量(Wh)，把在小投入階段向被充填體充填完畢的充填量(W)到達W=Wo-Wh的時間，作為開閉裝置的關閉時間。
在所記載的本發(fā)明中，其特征在于，上述落差量計算中所用的粉粒體的落下時間，是最近的N次充填作業(yè)中計測的落下時間平均值。
根據(jù)本發(fā)明，有下述①的作用。
①將粉粒體充填入計量升內(nèi)，接著，將計量升內(nèi)的粉粒體向容器內(nèi)大投入后，將單位時間的粉粒體投入量設為略一定，追加投入粉粒體，并將追加投入量相對于時間近似為直線，根據(jù)該近似直線和設定充填量，停止追加投入，這樣，可提高粉粒體向容器內(nèi)充填的充填精度。
根據(jù)本發(fā)明，有下述②的作用。
②在第1階段充填中，將開閉機構開啟預定開度，以大流量將粉粒體往被充填體內(nèi)充填到第1目標充填重量，所以，能高速充填粉粒體。
另外，在第2階段充填中，使開閉機構從預定開度作關閉動作，從某微小時間內(nèi)的開閉機構的關閉動作移動量和粉粒體的充填重量，計算并計測該微小時間內(nèi)的粉粒體流動性，根據(jù)該流動性，算出下一個微小時間內(nèi)的開閉機構的關閉動作移動量及關閉動作移動速度，使開閉機構動作。這樣，一邊充填粉粒體，一邊實時地計算并計測粉粒體的流動性，根據(jù)其流動性，控制開閉機構的開度，并決定開閉機構的全閉時間，所以，在開閉機構的全閉動作時，可將從開閉機構到被充填體之間存在的粉粒體量(落差量)減少到最小限，可實現(xiàn)高精度的充填。
根據(jù)本發(fā)明，有以下③、④的作用。
③在大投入階段，將開閉裝置打開至預定開度，以大流量將粉粒體向被充填體內(nèi)充填到一定的初期充填量，所以，能高速充填粉粒體。
④在小投入階段，算出從開閉裝置關閉的儲存部出口到被充填體之間空中(落下高度)存在的粉粒體量(落差量Wh)，在向被充填體充填完畢的充填量(W)到達W=Wo-Wh時，關閉開閉裝置。這樣，一邊充填粉粒體，一邊實時地計測粉粒體的落下時間和粉粒體的流量，根據(jù)該計測結果，決定開閉裝置的關閉時間。因此，不受粉粒體的性狀變化影響，也不需要切換不同品種被充填體的時間，可實現(xiàn)高精度的充填。
根據(jù)本發(fā)明，有以下⑤的作用。
落差量計算中所用的粉粒體的落下時間，是最近的N次充填作業(yè)中計測的落下時間平均值，可提高充填精度。
根據(jù)附圖閱讀本發(fā)明的以下詳細說明，能夠更好地理解本發(fā)明，并有助于實施本發(fā)明。


圖1是本發(fā)明一實施例的、將粉粒體往容器內(nèi)充填的粉粒體充填裝置的側剖面圖。
圖2是圖1的要部放大側剖面圖。
圖3是表示第1實施例充填裝置中測力傳感器臺輸出的粉粒體充填量與時間關系的圖。
圖4是表示本發(fā)明的往容器內(nèi)充填粉粒體的粉粒體充填方法第1實施例的充填工序時間表。
圖5是表示用第1實施例充填裝置將粉粒體充填到容器內(nèi)的粉粒體充填工序的要部平剖面圖。
圖6是表示用第1實施例的充填裝置將粉粒體充填到容器內(nèi)的充填方法順序圖，(a)是表示粉粒體充填在各計量升內(nèi)狀態(tài)的要部斷面圖，(b)是表示進行大投入狀態(tài)的要部斷面圖，(c)是表示大投入和追加投入的連續(xù)狀態(tài)(穩(wěn)定化狀態(tài))的要部斷面圖，(d)是表示進行追加投入狀態(tài)的要部斷面圖，(e)是表示結束追加投入狀態(tài)的要部斷面圖，(f)是表示將粉粒體充填入計量升內(nèi)狀態(tài)的要部斷面圖。
圖7是本發(fā)明粉粒體充填控制裝置第2實施例所適用的旋轉式充填機的縱斷面圖。
圖8是沿圖7Ⅶ-Ⅶ線的斷面圖。
圖9是圖7的旋轉式充填機中的充填時間圖。
圖10是將圖7的局部放大表示的斷面圖。
圖11是表示圖10的充填料斗和閘板的立體圖。
圖12是表示在第1階段充填所用的粉體的供給重量和閘板開度關系的曲線圖。
圖13是粉體充填控制的流程圖。
圖14是表示粉體的充填重量和時間關系的曲線圖。
圖15是表示充填裝置第3實施例的模式圖。
圖16是沿圖15中ⅩⅥ-ⅩⅥ線的斷面圖。
圖17是充填裝置的充填時間圖。
圖18是圖15的要部放大圖。
圖19是充填控制的流程圖。
圖20是表示充填時間曲線的曲線圖。
圖21表示圖20要部的曲線圖。
圖22是表示流量計算方法的曲線圖。
實施本發(fā)明的最佳實施例。(第1實施例)
圖1-圖3表示本發(fā)明的將粉粒體往容器內(nèi)充填的充填裝置一實施例即旋轉式粉粒體連續(xù)充填裝置。圖中，標號1是旋轉式粉粒體連續(xù)充填裝置(下面稱為“粉粒體充填裝置”)，C表示容器。
如圖1所示，上述粉粒體充填裝置1，在框架本體2內(nèi)備有安裝著減速裝置的馬達3、被該馬達3驅動并通過錐齒輪繞垂直軸旋轉的驅動軸4、插設固定在上述驅動軸4上的轉臺(運送機構)5、在該轉臺5的上方插設固定在驅動軸4上的缸體座6、在該缸體座6的上方插設固定在驅動軸4上的轉盤7。在驅動軸4的上端部，安裝著滑環(huán)40，可無故障地向后述程序裝置9供給電力。
在上述轉臺5上，配設著測力傳感器臺(計量器)50，將該測力傳感器臺50的測力傳感器(圖未示)的變形量換算為重量，可測定運送中的容器的重量。另外，測力傳感器臺50的輸出，由測力傳感器放大器51放大后，輸入到后述的程序裝置(控制部)9，可逐次地控制運送中的容器C和充填在該容器C內(nèi)的粉粒體的充填量。另外，該轉臺5上，相鄰地配設著供給用星形輪52和排出用星形輪53(見圖5)。供給用星形輪52向轉臺5供給容器C，排出用星形輪53把來自轉臺5的容器C排出。
在上述缸體座6上，配設著電動式活塞、缸體機構(投入機構)60。該電動式活塞、缸體機構60備有伺服馬達61和由該伺服馬達61作動的桿62，由后述的程序裝置9通過馬達驅動器63控制該伺服馬達61，控制后述的計量升8的閘板81的開閉，可調節(jié)粉粒體的投入量。在缸體座6的周緣，配設著筒狀的導引件64，用于提高閘板81與容器C之間的密閉性，抑制大投入時粉粒體的飛揚。在導引件64上，設有容許閘板81前后動的窗口64a。
上述轉盤7從平面看，在圓形盤部70的外周端部，設有朝上方立起的立起壁71。上述盤部70上，形成與后述計量升8連通的孔72，通過該孔72，粉粒體被充填入該計量升8內(nèi)。
在上述轉盤7的上方，將粉粒體供給到轉盤7上的粉粒體供給筒73支承在框架2本體2上。在盤部70的半徑方向中間部，半圓弧狀導引件74和75通過支承部件(圖未示)支承固定在框架本體2上，導引件74把粉粒體供給筒73所供給的粉粒體攔在盤部70上的預定范圍，同時，隨著轉盤7的旋轉將充填在計量升8內(nèi)的粉粒體的上面與盤部70的面刮平。導引件75將粉粒體攔到盤部70的周緣部側。上述轉盤7、粉粒體供給筒73和各導引件74、75構成投入機構76。
上述轉盤7上，插設著計量升8。計量升8由作為筒部的圓筒狀套筒80和作為底面部的閘板81構成。該閘板81與電動式活塞、缸體機構60的桿62連接，隨著該桿62的前后動而往復移動，可開閉套筒80的下端開口部。
在上述轉盤7的略中央部，安裝著程序裝置9。該程序裝置9監(jiān)控測力傳感器臺50輸出的容器C內(nèi)的粉粒體充填量，根據(jù)該測力傳感器臺50的輸出，向電動式活塞、缸體機構60的伺服馬達61送出關閉閘板81的動作指令。
程序裝置9根據(jù)測力傳感器臺50的輸出向伺服馬達61發(fā)出動作指令，如圖3所示地進行。即，首先使計量升8的閘板81移動，將計量升8的下端部開放，進行大投入，使計量升8內(nèi)的粉粒體達到設定充填量W的7成。接著，在大投入后，用閘板81縮小計量升8的開放量，將單位時間的投入量W′設為略一定，追加投入粉粒體。從測力傳感器臺50的實時輸出，使追加投入量相對于時間近似為直線，根據(jù)該近似直線L和設定充填量W，計算追加投入的充填結束時間T。從該充填結束時間T，減去追加的粉粒體從計量升8到達容器C的時間t，得到時間T′，在該時間T′關閉閘板81，停止追加投入，將設定充填量W的粉粒體充填入容器C內(nèi)。使上述追加投入量相對于時間為近似直線的區(qū)間(時間)A，為0.2秒～1.0秒，最好為0.5秒～0.6秒。
下面，參照圖4所示時間圖和圖5、圖6，說明用上述粉粒體充填裝置實施本發(fā)明的粉粒體充填方法的步驟。以下的說明中，采用一個計量升8進行說明。圖4中的數(shù)值單位是秒。
首先，用運送帶100和間距調節(jié)裝置101運送空容器C，由供給用星形輪5 2將容器C載置到轉臺5的測力傳感器臺50上。容器C被載置到測力傳感器臺50上后0.2秒，由程序裝置9開始監(jiān)控該測力傳感器臺50的計量值。在其上方，粉粒體隨時充填到計量升8內(nèi)(見圖4、圖5和圖6(a))。
接著，容器C被載置在側力傳感器臺50上后，伺服馬達61根據(jù)來自程序裝置9的動作指令動作，閘板81移動，計量升8的下端部成為1秒鐘開放狀態(tài)。充填在計量升8內(nèi)的粉粒體中，約為設定充填量7成的粉粒體被，大投入到容器C內(nèi)(見圖4、圖5和圖6(b))。
大投入結束后，閘板81根據(jù)來自程序裝置9的動作指令移動，將計量升8的開放狀態(tài)變窄。在該期間的0.5秒內(nèi)，進行測力傳感器臺50的振動穩(wěn)定化，同時，計量升8上的粉粒體被導引件74刮平，同時，粉粒體向計量升8內(nèi)的供給也被限制。將單位時間的粉粒體投入量設定為略一定，進行1.5秒的粉粒體追加加投入。在此期間，在程序裝置9內(nèi)，將測力傳感器臺50實時輸出的追加投入量相對于時間近似為直線，根據(jù)該近似直線L和設定充填量W，計算追加投入的充填結束時間T。從該充填結束的時間T，減去追加投入的粉粒體從計量升8到達容器C的時間t，得到時間T′，在該時間T′，關閉閘板81，停止追加投入，將設定充填量W的粉粒體充填到容器C內(nèi)(見圖4、圖5和圖6(d)(e))。
粉粒體的預定追加投入結束后，用排出用星形輪53將容器C導入運出帶102，移送到后面的包裝處理等工序(見圖5和圖6(f))。
這樣，本實施例的充填裝置以及使用該裝置的粉粒體充填方法，能以短時間且連續(xù)地進行高精度的充填。
另外，上述粉粒體充填裝置1，由電動式活塞、缸體機構60進行閘板81的開閉，并且，用該閘板81進行大投入和追加投入，所以，與已往用擋板進行開閉相比，可高精度地進行開閉動作，并且與已往相比能簡化計量升的構造。
本發(fā)明的粉粒體充填裝置，不限于上述實施例。
例如，也可以不采用上述實施例的旋轉式粉粒體充填裝置1，而采用將該裝置1中的各工序展開成直線狀的所謂直線間歇運送式裝置。這也能得到與上述同樣的作用效果。
計量升的形狀，不限于上述實施例的圓筒形，也可以是橢圓筒形、矩形筒形、三角筒形等。
另外，閘板81也無特別限定，只要能將粉粒體投入載置在下方的容器C內(nèi)即可。例如，可以是兩開式、三開式等，只要能控制儲存量、投入量者均可。
本發(fā)明的粉粒體充填方法，不限于用上述實施例的粉粒體充填裝置1實施。(第2實施例)圖7所示旋轉式充填機110，是將被充填體即若干個容器C設置在圓盤(第2基板112)上，在使該圓盤旋轉期間，將作為粉粒體的粉體慢慢地充填到各容器C內(nèi)。該旋轉式充填機110，備有作為儲存部的轉臺113和充填料斗114、第1基板111、第2基板112、作為開閉機構的閘板115、作為移動量檢測器的編碼器116、作為重量檢測器的測力傳感器117和控制裝置118。
轉臺113、第1基板111和第2基板112固定在旋轉軸119上，該旋軸119通過彼此嚙合的第1錐齒輪121和第2錐齒輪122，與驅動馬達120連接。因此，轉臺113、第1基板111和第2基板112被驅動馬達120驅動而同步旋轉。這些轉臺113、第1基板111、第2基板112、旋轉軸119和驅動馬達120等由殼體123包圍。
轉臺113可儲存粉體，沿周方向的若干部位，垂設著若干個充填料斗114。在上述殼體123上安裝著粉體供給筒124，從該粉體供給筒124向轉臺113內(nèi)供給粉體并儲存起來。在該粉體供給筒124的下部，安裝著供給時防止粉體飛揚的粉飛揚防止板125。
從粉體供給筒124供給并儲存在轉臺113的粉體，隨著轉臺113的旋轉，如圖8所示地，在推出導板126的作用下，被朝轉臺113直徑方向外側推出，充填到充填料斗114內(nèi)。然后，在刮板127的作用下，防止向充填料斗114的供給。
粉體被推出導板126向充填料斗114供給期間，實施后述的第1階段充填，在推出導板126的外推結束后由刮板127刮取期間，實施后述的第2階段充填。
圖7所示若干個充填料斗114的出口開口，可由若干個閘板115分別開閉，使該閘板115動作的閘板作動機構128設置在第1基板111上(圖10)。該閘板作動機構128備有由伺服馬達驅動的電動缸129和馬達驅動器130。該馬達驅動器130根據(jù)來自控制裝置118的指令動作，驅動電動缸129，決定閘板115的開度。該閘板115由閘板作動機構128決定的開度的變更，可連續(xù)地調節(jié)從充填料斗114向容器C內(nèi)充填供給的粉體的供給量(充填重量)。另外，電動缸129上，安裝著檢測閘板115的開閉動作移動量X的編碼器116，其檢測值X向控制裝置118輸出。
在第2基板112上，在與各充填料斗114和閘板115對應的位置設有若干個測力傳感器117，容器C載置在該測力傳感器7上。該測力傳感器7檢測充填在容器C內(nèi)的粉體充填重量W，該檢測值W向控制裝置118輸出在第1基板111上，設置著粉飛揚防止板131，該粉飛揚防止板131包圍各充填料斗114的出口和各閘板115，在粉體從充填料斗114投入容器C內(nèi)時，防止該粉體飛揚，提高充填料斗114與容器C的密閉性。
如圖8所示，容器C載置在運送帶132上運送，由間距裝置133將容器C的運送間距調節(jié)到預定值，由運入側星形輪134運入到第2基板112的測力傳感器117上。另外，粉體充填完畢的容器，由運出側星形輪135從第2基板的測力傳感器117上運出到運送帶132上。
控制裝置118，通過閘板作動機構128控制閘板115的開閉動作，實時地決定閘板115的開度，將粉體從充填料斗114向容器C內(nèi)充填。從編碼器116向該控制裝置118輸入任意時刻的閘板115的移動量X，從測力傳感器117向該控制裝置118輸入任意時刻的粉體往容器C的充填重量W。另外，該控制裝置118儲存著圖12所示的近似直線數(shù)據(jù)L和反函數(shù)F(S)。上述近似直線數(shù)據(jù)L表示往一個容器應充填粉體的目標充填重量Wp、第1階段目標充填重量Wp1(后述)相對于該Wp的的設定比率α、閘板115的移動量X與粉體徑容器C的充填重量W的關系。上述反函數(shù)F(S)由充填料斗114的出口形狀決定。該反函數(shù)F(S)，如圖11所示，是在微小時間內(nèi)的充填料斗114的出口開口面積S的變化量ΔS，作為此期間的閘板115的移動量X的變化量ΔX的函數(shù)，所以如下地決定F(S)=X/S…①下面，說明粉體流動性Uρ的計測方法。圖11中，設微小時間Δt內(nèi)的閘板115的移動量的變化量為ΔX，設充填料斗114的出口開口面積的變化量為ΔS，粉體的落下速度為U，粉體的比重為ρ，則在該微小時間Δt內(nèi)，粉體往容器C內(nèi)落下供給充填的充填重量的變化量ΔQ為ΔQ=ΔS(X)×U×Δt×ρ…②其中，ΔQ可從測力傳感器117計測的粉體的充填重量W求得，ΔS(X)可從編碼器116計測的閘板115的移動量X求得，Δt作為取樣間隔可以預先決定，所以，該微小時間Δt內(nèi)的粉體流動性Uρ可用下式③計測。
Uρ=ΔQ/(ΔS(X)×Δt)…③另外，用上式①和式②，消去ΔS(X)，則得到X={ΔQ/Uρ×Δt}×F(S)…④可算出閘板115的移動量X。
上述粉體的流動性Uρ，根據(jù)粉體中粉粒子的大小、粉粒子的空隙率、粉粒子的形狀、粉體的比重、充填料斗114、飛揚防止板131及容器C內(nèi)的溫度濕度、充填料斗114、飛揚防止板131及容器C的壁面摩擦、充填料斗114、飛揚防止板131及容器C內(nèi)的空氣流動狀態(tài)等而變動，從充填料斗114向容器C內(nèi)投入粉體進行充填時，對充填重量精度有影響。
上述控制裝置118，在從充填料斗114向容器C內(nèi)開始充填粉體時(圖13的步驟(1))，實行第1階段充填和第2階段充填。
在第1階段充填中，控制裝置118從目標充填重量Wp和上述設定比率α，用下式⑤算出第1階段目標充填重量Wp1(步驟(2))。
Wp1=Wp×α…⑤其中，設定比率例如為98％。接著，控制裝置118從圖12所示的近似直線數(shù)據(jù)L算出與第1階段目標充填重量Wp1對應的閘板115的移動量(預定開度)X1(步驟(3))，以預定速度(例如X1/1m/sec)使閘板115移動到移動量X1(步驟(4))，將粉體以大流量充填到容器C內(nèi)。該期間，測力傳感器117如圖14(A)所示地，以微小時間Δt(例如10mmsec)間隔計測充填重量W，該計測值W輸入到控制裝置118(步驟(5))。
在第1充填階段，當測力傳感器117所計測的向容器C內(nèi)的充填重量W的計測值，超過了第1階段目標充填重量Wp時，控制裝置118從第1階段充填切換到第2階段充填，使閘板115從預定開度X1作關閉動作(步驟(6)、(7))。該切換時刻是第1充填階段的終了時刻，同時是第2充填階段的開始時刻。將該切換時刻設為t1。
該切換時刻t1中，由于測力傳感器117的計測值是W(t1)，所以，控制裝置118從下式⑥算出第2目標充填重量Wp2(步驟(8))。
Wp2=Wp-W(t1)…⑥接著，控制裝置118在上述時刻t1，把從該時刻t1到經(jīng)過了微小時間Δt后的t2之間移動的閘板115的關閉動作移動量(t2)和該閘板115的移動速度V(t2)設定為以下

另外，如圖14(A)和(B)所示，測定傳感器117的計測值在時刻t1中降低，是因為在該第1充填階段作用于粉體的加速度的影響，測力傳感器117的計測值示出實際的充填重量以上的值。
控制裝置118在第2充填時刻t2中，從編碼器116計測的時刻t1和時刻t2的閘板115的移動量X(t1)、X(t2)，算出該期間的充填料斗114的出口開口面積變化量ΔS(X(t2)-X(t1))另外，控制裝置118從在上述時刻t1、t2測力傳感器117檢測出的充填重量W(t1)、W(t2)的值，用下式算出該期間的粉體充填重量的變化量ΔQ(t2)。
ΔQ(t2)=W(t2)-W(t1)因此，控制裝置118用式③從這些值計算從時刻t1到時刻t2之間的粉體流動性Uρ(步驟(9))。
Uρ(t2)=ΔQ(t2)/{ΔS(X(t2)-X(t1))×Δt}。
控制裝置118在該時刻t2，根據(jù)上述粉體的流動性Uρ(t2)，用式④按下式算出到下一時刻t3之間的微小時間Δt的移動的閘板115的關閉動作移動量X(t3)和移動速度V(t3)(步驟(10))。

同樣，控制裝置在第2階段充填時刻t3，算出從時刻t2到時刻t3之間的微小時間Δt的充填料斗114的出口開口面積的變化量和該期間的粉體的充填重量變化量。
Δs(X(t3)-X(t2))ΔQ(t3)=W(t3)-W(t2)并算出從該時刻t2到時刻t3的微小時間Δt中的粉體流動性Uρ(t3)Uρ(t3)=ΔQ(t3)/{/S(X(t3)-X(t2))×Δt}。
控制裝置118根據(jù)該粉體的流動性Uρ(t3)，用式④按下式算出從時刻t3到下一時刻t4的微小時間Δt內(nèi)移動的閘板115的關閉動作移動量X(t4)和移動速度V(t4)。

控制裝置118，進行同樣的計算，一直算到時刻tn。在該時刻tn，算出從時刻tn-1到時刻tn之間的充填料斗114的出口開口面積的變化量和該期間的粉體充填重量的變化量。
Δ(S(X(tn)-X(tn-1))ΔQ(tn)=W(tn)-W(tn-1)并算出從該時刻tn-1到時刻tn的微小時間Δt中的粉體流動性Uρ(tn)Uρ(tn)=ΔQ(tn)/｛ΔS(X(tn)-X(tn-1))×Δt}。
控制裝置118根據(jù)該粉體的流動性Uρ(tn)，用式④按下式算出從時刻tn到下一時刻tn+1的微小時間Δt內(nèi)移動的閘板115的關閉動作移動量X(tn+1)和移動速度V(tn+1)。

從第2階段充填的開始時刻t1到任意時刻tn的充填重量與Wp2一致之前，即如圖14(B)所示，到任意時刻tn的充填重量與充填目標重量Wp為一個值之前，換言之，在Wp2-(W(t2)-W(t1))=Wp-W(tn)→0之前，控制裝置118反復上述的第2階段充填操作(步驟(11))，當一致時，使閘板115全關閉，結束粉體的充填(步驟(12))。
在上述構造的旋轉式充填機110中，如圖9所示，轉臺113、第1基板111和第2基板112，例如4秒鐘轉一圈，在最初的0.2秒，由測力傳感器117檢測從運入側星形輪134運到第2基板112的測力傳感器117上的容器C的重量，在下一個1.0秒內(nèi)，進行從充填料斗114向容器C內(nèi)充填的第1充填階段，以大流量實施高速充填，在下一個2.0秒內(nèi)，進行從充填料斗114向容器C內(nèi)充填的第2充填階段，以微小流量實施高精度充填。然后，在0.24秒內(nèi)，用運出側星形輪135將粉體充填完畢的容器C運出到運送帶132上，在下一個0.56秒內(nèi)，容器C不載置在測力傳感器117上。
根據(jù)上述實施例，在第1階段充填中，將閘板115開啟預定開度X1，用大流量將粉體投入容器C內(nèi)，直到第1階段目標充填重量Wp1?？筛咚俪涮罘垠w。
另外，在第2階段充填中，將閘板115從預定開度X1關閉，從基于微小時間Δt內(nèi)的閘板115的關閉動作量X而產(chǎn)生的充填料斗114的出口開口面積變化量ΔS和粉體充填重量W的變化量ΔQ，實時地計算并計測該微小時間Δt內(nèi)的粉體流動性Uρ，根據(jù)該流動性Uρ，算出下一個微小時間Δt內(nèi)的閘板115的關閉動作移動量X和關閉動作移動速度V，使閘板115作關閉動作進行充填。這樣，一邊充填粉體，一邊實時地計算該粉體的流動性Uρ，根據(jù)該流動性Uρ，控制閘板115的開度，決定閘板115的全閉時間，所以，在閘板115的全閉動作時，可將存在于閘板115到容器C之間的粉體的量(落差量)限制到最小限度，實現(xiàn)高精度的充填。
上述實施例中，是以粉體為例說明的，但也可以是粒體。另外，上述實施例中，是以旋轉式充填機為例說明的，但本發(fā)明也適用于其它的充填機。(第3實施例)圖15所示的旋轉式充填機210，將若干個作為被充填體的容器C設置在圓盤(第2基板212)上，在使該圓盤旋轉期間，慢慢地將作為粉粒體的粉體充填到各容器C內(nèi)。該旋轉式充填機210，備有作為儲存部的轉臺213和充填料斗214、第1基板211、第2基板212、作為開閉裝置的閘板215、作為重量檢測器的測力傳感器217和控制裝置218。
轉臺213、第1基板211和第2基板212固定在旋轉軸219上，該旋轉軸219通過彼此嚙合的第1錐齒輪221和第2錐齒輪與驅動馬達220連接。因此，轉臺213、第1基板211和第2基板212被驅動馬達220驅動而同步旋轉。這些轉臺213、第1基板211、第2基板212、旋轉軸219和驅動馬達220等由殼體223包圍。
轉臺213可儲存粉體，沿周方向的若干部位，垂設著若干個充填料斗214。在上述殼體223上安裝著粉體供給筒224，從該粉體供給筒224向轉臺213內(nèi)供給粉體并儲存起來。
從粉體供給筒224供給并儲存在轉臺213的粉體，隨著轉臺213的旋轉，如圖16所示地，在推出導板226的作用下，被朝轉臺213直徑方向外側推出，充填到充填料斗214內(nèi)。然后，在刮板227的作用下，防止向充填料斗214的供給。
粉體被推出導板226向充填料斗214供給期間，實施后述的大投入階段充填，在推出導板226的外推結束后由刮板227刮取期間，實施后述的小投入階段充填。
圖15所示若干個充填料斗214的出口開口，可由若干個閘板215分別開閉，使該閘板215動作的閘板作動機構228設置在第1基板211上(圖18)。該閘板作動機構228備有由伺服馬達驅動的電動缸229和馬達驅動器230。該馬達驅動器230根據(jù)來自控制裝置218的指令動作，驅動電動缸229，決定閘板215的開度。該閘板215由閘板作動機構228決定的開度的變更，可連續(xù)地調節(jié)從充填料斗214向容器C內(nèi)充填供給的粉體的供給量(充填重量)。即，控制裝置218，在大投入階段將閘板215成為大開度，用大流量供給一定的初期充填量，在小投入階段，用小流量供給剩余的充填量，這樣，向容器C內(nèi)充填目標充填量(Wo)。
在第2基板212上，在與各充填料斗214和閘板215對應的位置，設有若干個測力傳感器217，容器C載置在該測力傳感器217上。該測力傳感器7檢測充填在容器C內(nèi)粉體的充填重量W，該檢測值W向控制裝置118輸出在第1基板211上，設置著粉體飛揚防止板231，該粉體飛揚防止板231包圍各充填料斗214的出口和各閘板215，在粉體從充填料斗214投入容器C內(nèi)時，防止該粉體飛揚，提高充填料斗214與容器C的密閉性。
如圖16所示，容器C載置在運送帶232上運送，由間距裝置233將容器C的運送間距調節(jié)到預定值，由運入側星形輪234將容器C運入到第2基板212的測力傳感器217上。另外，粉體充填完畢的容器C，由運出側星形輪235從第2基板的測力傳感器217上運出到運送帶232上。
控制裝置218進行的充填量控制動作如下(圖19)。
(A)大投入階段(圖20)將大投入階段的初期充填重量，設定為目標充填量(Wo)的α(例如98％)。
(1)用閘板作動裝置228打開閘板215，閘板215保持為預定的大開度(步驟(1))。
(2)在閘板215的開啟開始時，起動落下時間計測定時器(步驟(2))。在測力傳感器217檢測出粉體重量時(步驟(3))，停止落下時間計測定時器，輸出粉體從充填料斗214的出口開口到容器C的落下時間(tτ)(步驟(4))。該落下時間(tτ)儲存到儲存器內(nèi)(步驟(5))。
另外，控制裝置218，采用最近的N次循環(huán)充填作業(yè)計測的、儲存著的落下時間的平均值，作為后述落差量計算中用的上述的落下時間。
(3)測力傳感器217的檢測值，到達大投入階段的上述初期充填重量(Wo×α)時，由閘板作動裝置228將閘板215變更到預定的小開度(步驟(6)、(7))。
閘板215被切換到小開度后，測力傳感器217的檢測值如圖20所示地，超過峰值降低，這是因為粉體的落下加速度在其碰撞時作用于測力傳感器217，測力傳感器217的計測值超過了容器C內(nèi)充填完畢的實際重量的緣故。
(B)小投入階段(圖20、圖21)(1)將閘板215切換成小開度后，在充填時間Tn+1、Tn中的測力傳感器217的檢測值W(Tn+1)、W(n)，受上述粉體的落下加速度的沖擊的作用，顯示出下式(1)，可看到測力傳感器217的檢測值超過上述的峰值。
W(Tn+1)-W(Tn)＜0…(1)在上式(1)后，由于W(Tn+1)-W(Tn)＞｜A｜…(2)所以，可看到已移至小投入階段。其中，例如A=10g，采樣周期=10msec。
上式(2)成立后，例如將amsec(確認進入了穩(wěn)定的線形區(qū)域的安全率時間)的經(jīng)過時刻的測力傳感器217的檢測值作為小投入階段的線形開始點Wsp，進行檢測(步驟(8))。
(2)計測從充填料斗214流出的粉體的流量q(步驟(9))。求從Wsp例如經(jīng)過bmsec后的測力傳感器217的檢測值Wtp(圖22)。流量q用下式(3)決定。
q=(Wtp-Wsp)/b…(3)因此，設從Wsp到達時起的經(jīng)過時間為t，則向容器C內(nèi)充填的充填重量W為W=[(Wtp-Wsp)/b]×t+Wsp…(4)(3)從閘板215關閉的充填料斗214的出口開口到容器C之間的空中存在的落差量Wh，從上述的落下時間(tτ)和流量(q)，用下式(5)算出(步驟(10))。
Wh=[(Wtp-Wsp)/b]×tτ…(5)(4)計算閘板215的關閉時間(步驟(11))。在小投入階段，把向容器C充填完畢的充填重量W到達W=Wo-Wh…(6)時的時間，作為閘板215的關閉時間。將上式(6)代入上式(4)，則得到關閉時間t為t=(Wo-Wh-Wsp)×b/(Wtp-Wsp)…(7)。
(5)根據(jù)上式(4)算出的關閉時間t，設定關閉時間定時器的值(步驟(12))。然后，起動關閉時間定時器(步驟(13))，在關閉時間定時器的計時值到達設定值的時刻(步驟(14))，關閉閘板215(步驟(15))，結束充填。
上述構造的旋轉充填機210中，如圖17所示，轉臺213、第1基板211及第2基板212，例如以T秒鐘轉一圈，在最初的t1秒內(nèi)，從運入側星形輪234運入第2基板212的測力傳感器217上的容器C的重量，由測力傳感器217檢測，在接著的t2秒內(nèi)，實施從充填料斗214向容器C投入的大投入階段，以大流量實施充填，在接著的t3秒內(nèi)，實施從充填料斗214向容器C投入的小投入階段，以微小流量實施高精度的充填。然后，經(jīng)過t4秒的穩(wěn)定區(qū)域(富余時間)后，在t5秒內(nèi)，由運出側星形輪235將向充填完畢的容器C運出到運送帶232，在下一個t6秒內(nèi)，容器C不載置在測力傳感器217上。
本實施例具有以下①～③作用。
①在大投入階段，將閘板215打開至預定開度，以大流量將粉體充填到容器C內(nèi)，直到一定的初期充填量，所以，可高速充填粉體。
②，在小投入階段，算出從閘板215關閉的充填料斗214的出口到容器C之間空中(落下高度)存在的粉體量(落差量Wh)，在充填到容器C內(nèi)的充填重量(W)到達W=Wo-Wh時，關閉閘板215。這樣，一邊充填粉體，一邊實時地計測粉體的落下時間tτ、粉體的流量q，根據(jù)該計測結果，決定閘板215的關閉時間。因此，不受粉體性狀變化的影響，不需要容器C的品種切換時間，可實現(xiàn)高精度的充填。
③落差量Wh的計算中所用的粉體落下時間tτ，采用最近的N次充填作業(yè)中計測的落下時間tτ的平均值，可提高充填精度。
另外，上述實施例中，是以粉粒體為例進行說明的，但也適用粒體的情形。另外，上述實施例中，是以旋轉充填機為例進行說明的，但本發(fā)明也適用于其它的充填機。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性如上所述，根據(jù)本發(fā)明的粉粒體充填方法和裝置，在把洗衣粉、漂白粉、溶劑、藥劑等的粉粒體向容器內(nèi)充填時，可以高速且高精度地充填粉粒體。
很顯然，根據(jù)本發(fā)明的教導還可以有其他一些變形例，由此，可知在本發(fā)明的權利要求的范圍內(nèi)，也可能有超出說明書描述的另外的實施例。
權利要求
1．粉粒體的充填方法，其特征在于將粉粒體充填到計量升內(nèi)，接著，將上述計量升內(nèi)的粉粒體向容器內(nèi)大投入后，將單位時間的粉粒體投入量設為略一定，追加投入上述粉粒體，并且，將追加投入量相對于時間近似為直線，根據(jù)該近似直線及設定的充填重量，停止追加投入。
2．粉粒體的充填裝置，其特征在于具有充填粉粒體的計量升；將粉粒體充填入計量升的充填機構；將充填到計量升內(nèi)的粉粒體投入容器內(nèi)的投入機構；帶有計量器并運送上述容器的運送機構；以及控制部，該控制部將追加投入量相對于時間近似為直線并根據(jù)該近似直線及設定的充填重量使投入機構動作。
3．粉粒體的充填方法，其特征在于，把儲存在儲存部的粉粒體向被充填體充填的目標充填量分為第1階段目標充填重量和第2階段目標充填重量；該方法包括首先，在第1階段充填中，將設置在上述儲存部的開閉機構設定為預定開度，將粉粒體從上述儲存部往被充填體內(nèi)充填直到第1階段目標充填重量為止；接著，在第2階段充填中，使上述開閉機構從上述預定開度關閉，檢測某微小時間內(nèi)的開閉機構的關閉動作移動量和粉粒體的充填重量，從這些檢測值計算并計測該微小時間內(nèi)的粉粒體流動性；根據(jù)該流動性，算出下一個微小時間內(nèi)的上述開閉機構的關閉動作移動量及關閉動作移動速度，使開閉機構作關閉動作，將粉粒體往被充填體內(nèi)充填直到上述目標充填重量為止。
4．粉粒體的充填裝置，其特征在于具有儲存粉粒體的儲存部；設置在上述儲存部上、由開閉動作連續(xù)地調節(jié)從該儲存部供給被充填體的粉粒體供給量的開閉機構；檢測該開閉機構的開閉動作移動量的移動量檢測器；檢測向上述被充填體充填粉粒體的充填重量的重量檢測器；控制上述開閉機構的開閉動作的控制裝置；上述控制裝置，在第1階段充填中，將開閉機構設定為預定開度，將粉粒體從上述儲存部往被充填體內(nèi)充填直到第1階段目標充填重量為止；在第2階段充填中，使上述開閉機構從上述預定開度作關閉動作，從在某微小時間內(nèi)上述移動量檢測器和重量檢測器分別檢測出的開閉機構的關閉動作移動量和粉粒體的充填重量，計算并計測該微小時間內(nèi)的粉粒體的流動性；根據(jù)該流動性，算出下一個微小時間內(nèi)的開閉機構的關閉動作移動量和關閉動作移動速度，使開閉機構作關閉動作，將粉粒體往被充填體內(nèi)充填直到上述目標充填重量為止。
5．粉粒體的充填方法，用設在儲存部上的開閉裝置的開閉控制，將儲存在儲存部內(nèi)的粉粒體充填到被充填體內(nèi)時，在大投入階段，充填一定的初期充填量，接著在小投入階段，充填剩余的充填量，直到充填至目標充填量(Wo)，其特征在于包括計測在大投入階段粉粒體從儲存部出口開口向被充填體落下的時間(tτ)；計測在小投入階段從儲存部流出的粉粒體的流量(q)；用式Wh=q×tτ，算出在小投入階段，從開閉裝置關閉的儲存部出口開口直下到被充填體之間空中存在的落差量(Wh)；把在小投入階段，向被充填體充填完畢的充填重量(W)到達W=Wo-Wh時的時間作為開閉裝置的關閉時間。
6．如權利要求5所述的粉粒體充填方法，其特征在于，上述落差量計算中所用的粉粒體的落下時間，是最接近的N次充填作業(yè)中計測的落下時間平均值。
7．粉粒體的充填裝置，其特征在于具有儲存粉粒體的儲存部；設置在儲存部、開閉儲存部出口開口的開閉裝置；檢測從儲存部向被充填體供給的粉粒體充填重量的重量檢測器；控制裝置，該控制裝置控制開閉裝置的開閉，在大投入階段充填一定的初期充填量，接著在小投入階段充填剩余充填量，直到充填至目標充填量(Wo)；上述控制裝置得到重量檢測器的檢測結果，計測粉粒體在大投入階段從儲存部出口開口向被充填體的落下時間(tτ)，并且計測在小投入階段從儲存部流出的粉粒體的流量(q)，用式Wh=q×tτ計算在小投入階段由開閉裝置關閉的儲存部出口開口直下到被充填體之間空中存在的落差量(Wh)，把在小投入階段向被充填體充填完畢的充填量(W)達到W=Wo-Wh的時間，作為開閉裝置的關閉時間。
8．如權利要求7所述的粉粒體的充填裝置，其特征在于，上述落差量計算中所用的粉粒體的落下時間，是最接近的N次充填作業(yè)中計測的落下時間平均值。
全文摘要
本發(fā)明提供一種粉粒體的充填方法及裝置,其具有充填粉粒體的計量升、將粉粒體充填到計量升內(nèi)的充填機構、將充填在上述計量升內(nèi)的粉粒體投入容器內(nèi)的投入機構、備有計量器并運送上述容器的運送機構和控制部,該控制部將追加投入量相對于時間近似為直線,并根據(jù)該近似直線和設定充填重量,使上述投入機構動作。
文檔編號G01G13/24GK1204289SQ96198994
公開日1999年1月6日 申請日期1996年12月3日 優(yōu)先權日1995年12月12日
發(fā)明者石川尚夫, 明沢茂, 宮崎信雄, 品川貴弘 申請人:花王株式會社