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技術 ワーク加熱装置

出願人 オムロン株式会社
発明者 山田隆章
出願日 2019年2月14日 (1年9ヶ月経過) 出願番号 2019-024459
公開日 2020年8月31日 (2ヶ月経過) 公開番号 2020-132165
状態 未査定
技術分野 基本的包装技術3(容器の閉鎖(2)) 制御・その他I(包装機械の制御)
主要キーワード ロット変動 連続シール シール回数 ワーク温度 ヒートバー 最小温度 非接触温度計 エッジ切れ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年8月31日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (9)

課題

ワークのロット変動周囲温度環境条件の変動にも対応できるワーク加熱装置を提供する。

解決手段

ワーク加熱装置は、ワークを加熱して熱溶着する熱シール部と、ワークの熱溶着部の外観を評価する外観評価部と、外観評価部による外観評価に基づいて、熱シール部の温度目標値補正する温度目標値補正部と、を備える。

概要

背景

従来は、生産前に、ワークの熱溶着部に異常が発生しない条件を目視によって試行錯誤的に変更して決めていた。この場合の条件とは、例えば、熱溶着のための温度目標値熱処理時間等の熱処理条件である。また、実際の生産時には、その熱処理条件を固定して運用していた。

例えば、非接触温度計を設け、該非接触温度計の検知信号に基づいて前記ヒータ線への通電時間又は導通角を制御するインパルスシール装置温度制御方法が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。

概要

ワークのロット変動周囲温度環境条件の変動にも対応できるワーク加熱装置を提供する。ワーク加熱装置は、ワークを加熱して熱溶着する熱シール部と、ワークの熱溶着部の外観を評価する外観評価部と、外観評価部による外観評価に基づいて、熱シール部の温度目標値を補正する温度目標値補正部と、を備える。

目的

本発明の目的は、ワークのロット変動や周囲温度等環境条件の変動にも対応できるワーク加熱装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

ワークを加熱して熱溶着する熱シール部と、前記ワークの熱溶着部の外観を評価する外観評価部と、前記外観評価部による外観評価に基づいて、前記熱シール部の温度目標値補正する温度目標値補正部と、を備えた、ワーク加熱装置

請求項2

前記外観評価部は、前記ワークの熱溶着部の外観の画像データを取得する撮像部と、前記ワークの熱溶着部の外観の前記画像データについて、外観不良を検出する外観不良検出部と、を備え、前記温度目標値補正部は、前記外観不良検出部で検出された前記外観不良に基づいて、前記熱シール部の温度目標値を引き下げるように補正する、請求項1に記載のワーク加熱装置。

請求項3

前記熱シール部は、ヒータと、前記ヒータの温度を計測する温度センサと、前記温度センサで計測された温度に基づいて、前記ヒータの温度を温度目標値に近づけるように制御するヒータ温度制御部と、を備えた、請求項1又は2に記載のワーク加熱装置。

請求項4

前記ヒータ温度制御部は、あらかじめ入力された温度目標値を、前記温度目標値補正部で補正された補正後の温度目標値に置換して、前記ヒータの温度を前記補正後の温度目標値に近づけるように制御する、請求項3に記載のワーク加熱装置。

請求項5

前記外観評価部によって外観不良を検出し、前記温度目標値補正部において、前記温度目標値を補正した後、前記温度センサで計測された温度が安定したか否か判断し、温度が安定しない場合は、補正後の前記温度目標値を再度補正しない、請求項3に記載のワーク加熱装置。

請求項6

前記外観評価部によって外観不良を検出し、前記温度目標値補正部において、前記温度目標値を補正した後の所定時間内は、補正後の前記温度目標値を再度補正しない、請求項1から4のいずれか一項に記載のワーク加熱装置。

請求項7

前記外観評価部によって外観不良を検出し、前記温度目標値補正部において、前記温度目標値を補正した場合、あらかじめ入力されている前記温度目標値を補正後の前記温度目標値に置換して記憶する、請求項1から6のいずれか一項に記載のワーク加熱装置。

技術分野

0001

本発明は、包材等のワークを熱溶着するワーク加熱装置に関する。特に、熱溶着するための熱シール部の温度制御技術に関する。

背景技術

0002

従来は、生産前に、ワークの熱溶着部に異常が発生しない条件を目視によって試行錯誤的に変更して決めていた。この場合の条件とは、例えば、熱溶着のための温度目標値熱処理時間等の熱処理条件である。また、実際の生産時には、その熱処理条件を固定して運用していた。

0003

例えば、非接触温度計を設け、該非接触温度計の検知信号に基づいて前記ヒータ線への通電時間又は導通角を制御するインパルスシール装置温度制御方法が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。

先行技術

0004

特開平5−162723号公報

発明が解決しようとする課題

0005

上記特許文献1の温度制御方法では、包材のロット変動周囲温度環境条件の変動によってシール強度外観品質のばらつきが大きくなり、不良品が発生しやすい。例えば、包材の初期温度が上昇した場合、包材の厚さが薄くなった場合、及び、空調風量が減少した場合等には、熱シール部の温度が上昇し、ワークの熱溶着部にしわピンホール等の外観不良が発生しやすくなる。

0006

そこで、本発明の目的は、ワークのロット変動や周囲温度等環境条件の変動にも対応できるワーク加熱装置を提供することである。

課題を解決するための手段

0007

本発明に係るワーク加熱装置は、ワークを加熱して熱溶着する熱シール部と、
前記ワークの熱溶着部の外観を評価する外観評価部と、
前記外観評価部による外観評価に基づいて、前記熱シール部の温度目標値を補正する温度目標値補正部と、
を備える。

発明の効果

0008

本発明に係るワーク加熱装置によれば、外観評価部によってワークの熱溶着部の外観を評価して、その外観評価に基づいて、熱シール部にフィードバックするので、ワークのロット変動や周囲温度等環境条件の変動にも対応できる。

図面の簡単な説明

0009

実施の形態1に係るワーク加熱装置の構成を示すブロック図である。
図1の外観評価部の内部構成を示すブロック図である。
図2の外観評価部の物理的構成及び機能的構成を示すブロック図である。
実施の形態1に係るワーク加熱装置のヒートバーの外観の一例を示す概略図である。
図4のワーク加熱装置のヒートバーと温度センサを示す概略図である。
図4のヒートバーの温度とワークの温度とシール動作との関係を示す概略図である。
温度目標値と外観不良の発生との関係とを示す概略図である。
実施の形態1に係るワークの熱溶着方法フローチャートである。

実施例

0010

第1の態様に係るワーク加熱装置は、ワークを加熱して熱溶着する熱シール部と、
前記ワークの熱溶着部の外観を評価する外観評価部と、
前記外観評価部による外観評価に基づいて、前記熱シール部の温度目標値を補正する温度目標値補正部と、
を備える。

0011

第2の態様に係るワーク加熱装置は、上記第1の態様において、前記外観評価部は、
前記ワークの熱溶着部の外観の画像データを取得する撮像部と、
前記ワークの熱溶着部の外観の前記画像データについて、外観不良を検出する外観不良検出部と、
を備え、
前記温度目標値補正部は、前記外観不良検出部で検出された前記外観不良に基づいて、前記熱シール部の温度目標値を引き下げるように補正してもよい。

0012

第3の態様に係るワーク加熱装置は、上記第1又は第2の態様において、前記熱シール部は、
ヒータと、
前記ヒータの温度を計測する温度センサと、
前記温度センサで計測された温度に基づいて、前記ヒータの温度を温度目標値に近づけるように制御するヒータ温度制御部と、
を備えてもよい。

0013

第4の態様に係るワーク加熱装置は、上記第3の態様において、前記ヒータ温度制御部は、あらかじめ入力された温度目標値を、前記温度目標値補正部で補正された補正後の温度目標値に置換して、前記ヒータの温度を前記補正後の温度目標値に近づけるように制御してもよい。

0014

第5の態様に係るワーク加熱装置は、上記第3の態様において、前記外観評価部によって外観不良を検出し、前記温度目標値補正部において、前記温度目標値を補正した後、前記温度センサで計測された温度が安定したか否か判断し、温度が安定しない場合は、補正後の前記温度目標値を再度補正しなくてもよい。

0015

第6の態様に係るワーク加熱装置は、上記第1から第4のいずれかの態様において、前記外観評価部によって外観不良を検出し、前記温度目標値補正部において、前記温度目標値を補正した後の所定時間内は、補正後の前記温度目標値を再度補正しなくてもよい。

0016

第7の態様に係るワーク加熱装置は、上記第1から第6のいずれかの態様において、前記外観評価部によって外観不良を検出し、前記温度目標値補正部において、前記温度目標値を補正した場合、あらかじめ入力されている前記温度目標値を補正後の前記温度目標値に置換して記憶してもよい。

0017

以下、実施の形態に係るワーク加熱装置について、添付図面を参照しながら説明する。なお、図面において実質的に同一の部材については同一の符号を付している。

0018

(実施の形態1)
図1は、実施の形態1に係るワーク加熱装置40の構成を示すブロック図である。図2は、図1の外観評価部20の内部構成を示すブロック図である。図3は、図2の外観評価部20の物理的構成及び機能的構成を示すブロック図である。図4は、実施の形態1に係るワーク加熱装置のヒートバー2a、2bの外観の一例を示す概略図である。
実施の形態1に係るワーク加熱装置40は、熱シール部10と、外観評価部20と、温度目標値補正部24と、を備える。熱シール部10によってワーク1を加熱して熱溶着する。外観評価部20によって、ワーク1の熱溶着部の外観を評価する。温度目標値補正部24によって、外観評価部20による外観評価に基づいて、熱シール部10の温度目標値を補正する。
このワーク加熱装置40によれば、外観評価部20によってワーク1の熱溶着部の外観を評価して、その外観評価に基づいて、熱シール部10にフィードバックするので、ワーク1のロット変動や周囲温度等環境条件の変動にも対応できる。

0019

以下に、このワーク加熱装置40を構成する部材について説明する。

0020

<熱シール部>
図5は、図4のワーク加熱装置のヒートバー2a、2bと温度センサ6を示す概略図である。
熱シール部10は、ヒートバー2と、ヒータ温度制御部8と、を備える。ヒートバー2、2a、2bは、図4及び図5に示すように、例えば、ワーク1を挟んで加熱して熱溶着する。また、図4及び図5の例ではワーク1を挟むように2つのヒートバー2a、2bを設けているが、これに限られず、1つのヒートバーであってもよい。なお、図4では、ワーク1は、連続する袋状であり、ヒートバー2a、2bによって所定間隔で熱溶着される。ヒートバー2は、図1及び図5に示すように、ヒータ4、4a、4bと、ヒータ4、4a、4bの温度を計測する温度センサ6とを備える。なお、ヒータ4a、4bは、図5に示すように2つのヒートバー2a、2bのそれぞれに設けてもよく、一方のヒートバーにのみ設けてもよい。また、温度センサ6は、ワーク1から所定間隔離れた箇所に設けているが、これに限られず、ワーク1に近接して設けてもよい。

0021

図6は、図4のヒートバーの温度とワーク1の温度とシール動作との関係を示す概略図である。図6(a)は、連続シール動作の間のヒートバーの温度を示す図である。図6(b)は、連続シール動作の間のワークの温度を示す図である。図6(c)は、連続シール動作の間の動作と停止とを示す概略図である。
ヒートバー2、2a、2bは、図6(a)に示すように、ワーク1の熱溶着のために温度目標値に近づけるように温度制御される。この場合、連続シール動作の開始と共にワークと接触するため、ヒートバーの温度はいくぶん低下し、連続シール動作の間は、ワークへの熱伝導が連続して行われる定常的な熱伝導が平衡状態となることで温度が安定する。なお、ワークの連続シールは、例えば、1つ当たり0.1秒〜2秒で行われる。連続シールの終了とともにヒートバーの温度は温度目標値に近い温度に戻る。

0022

ヒータ温度制御部8は、温度センサ6で計測された温度に基づいて、ヒータ4の温度を温度目標値に近づけるように制御する。ヒータ温度制御部8は、ヒータ4に例えば電流値又は電圧値等による操作量2によってヒータ4を制御する。また、ヒータ温度制御部8は、あらかじめ入力された初期値である温度目標値を有する。この温度目標値は、後述するように、温度目標値補正部からの温度目標値補正量あるいは補正後の温度目標値自体の操作量1によって初期値の温度目標値を置換される。その後も、逐次、ヒータ温度制御部8では、温度目標値補正部からの温度目標値補正量の操作量1によって温度目標値を置換する。この場合、ヒータ温度制御部8で記憶している初期値の温度目標値を補正後の温度目標値に置換して記憶してもよく、あるいは、初期値の温度目標値を保持していてもよい。補正後の温度目標値に置換して記憶した場合には、一度でも外観不良が発生した温度目標値は更新しておくことで、再度の外観不良の発生を抑制できる。一方、初期値の温度目標値を保持しておき、新たな動作時には再度初期値の温度目標値を読み出してもよい。この場合、毎回異なるロット変動や周囲温度等環境条件の変動に適宜対応させることができる。

0023

<外観評価部>
図3は、図2の外観評価部20の物理的構成及び機能的構成を示すブロック図である。
外観評価部20は、図2に示すように、例えば、撮像部22と、外観不良検出部35aとを含む。また、外観評価部20は、物理的構成及び機能的構成の観点では、図3に示すように、撮像部22と制御部30とを含む。撮像部22によって、ワークの熱溶着部の外観の画像データを取得する。外観不良検出部35aによって、ワークの熱溶着部の外観の前記画像データについて、外観不良を検出する。

0024

<制御部(コンピュータ装置)>
制御部30は、例えば、コンピュータ装置である。このコンピュータ装置としては、汎用的なコンピュータ装置を用いることができ、例えば、図3に示すように、処理部31、記憶部32、表示部33を含む。なお、さらに、入力装置記憶装置インタフェース等を含んでもよい。制御部30によって、撮像部22を制御している。

0025

<処理部>
処理部31は、例えば、中央処理演算子(CPU)、マイクロコンピュータ、又は、コンピュータで実行可能な命令を実行できる処理装置であればよい。

0026

<記憶部>
記憶部32は、例えば、ROM、EEPROM、RAM、フラッシュSSD、ハードディスクUSBメモリ磁気ディスク光ディスク光磁気ディスク等の少なくとも一つであってもよい。
記憶部32には、プログラム35を含む。なお、制御部30がネットワークに接続されている場合には、必要に応じてプログラム35をネットワークからダウンロードしてもよい。

0027

<プログラム>
プログラム35には、外観不良検出部35aを含んでいればよい。外観不良検出部35aによって、ワークの熱溶着部の外観の画像データについて、外観不良を検出する。具体的には、図7に示すように、ワークを所定温度より高温で熱溶着を行った場合、ワークの熱溶着部にしわ、エッジ切れ、ピンホール等の外観不良が発生する。なお、この所定温度は、ワークのロット変動や周囲温度等の環境条件の変動によって変化しうるものである。外観不良検出部35aでは、ワークの熱溶着部の外観の画像データについて、例えば、斜め方向からの光による影を検出して、しわを検出してもよい。あるいは、ワークの透過光又は反射光について周囲より強度が強い又は弱い箇所をエッジ切れ、ピンホールとして検出してもよい。例えば、製品包装材包装した包装体の包装不良を検査する包装不良検査方法が開示されている(例えば、特開2011−79564号公報参照。)。この検査方法では、包装体に対して前記包装体を中心とする全方向の全仰角から照明しながら包装体を上方から撮像している。その後、欠陥候補となる影が存在する場合、少なくとも前記影の長さを計測し、計測された長さを用いて影が欠陥であるか否かを判定している。
なお、これらに限られず、一般的に利用される外観不良検出のためのプログラムを利用してもよい。

0028

<表示部>
表示部33は、例えば、図6の各熱シールごとのヒートバー温度(a)、ワーク温度(b)、及び、連続シール動作(c)を示してもよい。

0029

<温度目標値補正部>
図7は、温度目標値と外観不良の発生との関係とを示す概略図である。
温度目標値補正部24は、外観評価部20による外観評価に基づいて、熱シール部10の温度目標値を補正する。具体的には、温度目標値補正部24は、外観評価部20の外観不良検出部35aで検出された外観不良に基づいて、熱シール部10の温度目標値を引き下げるように補正してもよい。例えば、温度目標値を1℃引き下げてもよい。つまり、図7に示すように、高温になるにつれて外観不良の数が増加するので、外観不良の発生を抑制するために、このワーク加熱装置では、温度目標値を引き下げている。なお、温度目標値は、逐次引き下げていってもよいが、下限となる、ワークの熱溶着に必要な下限温度を設定しておいてもよい。温度目標値は、この下限温度より下には下げないこととしてもよい。

0030

なお、温度目標値補正部24は、補正された補正後の温度目標値を操作量1として、ヒータ温度制御部に送信する。また、温度目標値補正部24において、温度目標値を補正した後の所定時間内は、補正後の温度目標値を再度補正しないでもよい。つまり、温度目標値を補正した場合、ヒータにおける温度追従には一定時間必要となる。そこで、ヒータ温度の安定までを所定時間として概算し、所定時間内はヒータ温度が安定していないものとみなして、温度目標値の補正を行わないこととしてもよい。この場合、所定時間は、適宜設定すればよいが、温度センサによってヒータの温度を計測して、その変化幅所定範囲内となった場合にヒータ温度が安定したと判断してもよい。

0031

<ワークの熱溶着方法>
図8は、実施の形態1に係るワークの熱溶着方法のフローチャートである。
(1)まず、初期値を入力するか、あるいは、あらかじめ入力された初期値を読み込む(S01)。具体的には、温度目標値SPを150℃に設定し、熱シール回数nを0とする。また、外観異常フラグF1を0とする。なお、温度目標値SPの下限値を100℃とする。
(2)熱シール回数nをn+1に更新する(S02)。具体的には熱シール回数nに1を加算する。
(3)n回め熱シールを実行する(S03)。
(4)外観異常フラグF1が1であるか否か判断する(S04)。なお、最初に行う際には外観異常フラグF1は0であるので、No(S05)へ分岐する。2周目以降には、外観異常を検出している場合があり、その場合には、YES(S09)へ分岐する。
(5)外観異常フラグF1の判断がNoの場合に、n回め熱シール部(熱溶着部)の外観計測を行う(S05)。

0032

(6)外観異常の有無を判断する(S06)。外観異常がないと判断された場合には、No(S07)へ分岐する。外観異常があると判断された場合には、YES(S08)へ分岐する。
(7)終了条件を満たすか判断する(S07)。終了条件は、例えば、熱シール回数nが予定シール回数に達した場合、停止ボタンが押された場合、等である。終了条件を満たす場合には、YESへ分岐し、終了する。終了条件を満たさない場合には、No(S02)へ分岐し、熱シール回数の更新に戻る。なお、終了条件は、上記の場合に限られない。

0033

(8)S06で外観異常があると判断された場合(YES)には、外観異常フラグF1に1を代入する(S08)。次いで、S09へ移行する。
(9)ヒータ温度が安定か判断する(S09)。ヒータ温度は、温度センサで計測された温度である。このヒータ温度は、熱シールごとのヒートバーの最大温度最小温度、又は平均温度のいずれであってもよい。ヒータ温度が安定な場合には、YES(S10)へ分岐する。ヒータ温度が安定でないと判断された場合には、No(S07)へ分岐する。これは、温度目標値の補正があった場合に、ヒータにおける温度追従には一定時間必要となることを考慮するためである。つまり、たとえ温度目標値の補正があってもヒータの温度は直ちに下がらないので、そのまま外観評価を行うと、再び外観不良を検出する場合がある。その結果、ヒータ温度が安定する前に温度目標値が累積的に低くなるという問題がある。この場合には、意図しないほどに温度目標値が低くなる可能性がある。このような不都合を回避するため、ヒータ温度が安定したか判断することが有効となる。なお、ヒータ温度の安定を判断することに代えて、所定時間内はヒータ温度が安定していないものとみなして、次の終了条件の判断(S07)へ分岐してもよい。

0034

(10)温度目標値SPに元の温度目標値から1℃下げた値(SP−1℃)とSP下限温度とのうち、より高い値を温度目標値SPに代入する(S10)。つまり、下限温度、例えば、100℃以上の範囲で温度目標値SPを1℃下げた値(SP−1℃)を新たな温度目標値とする。なお、関数max(a,b)は、a,bのうち、より大きい値を返す。その後、S11に移行する。
(11)外観異常フラグF1に0を代入する(S11)。その後、S02へ移行する。
以上の工程によって、ワークの熱溶着を行うことができる。

0035

上記ワークの熱溶着方法によって、ワークのロット変動や周囲温度等環境条件の変動があった場合にも、追従して対応できる。つまり、ロット変動や環境条件の変動により、外観不良が発生した場合には、熱溶着の温度が適切な温度範囲より高温になっていることを意味している(図7)。そこで、外観不良を検出した場合には、熱シール部の温度目標値を下げることによって、適切な温度範囲での熱溶着を実現できるようになる。

0036

なお、本開示においては、前述した様々な実施の形態及び/又は実施例のうちの任意の実施の形態及び/又は実施例を適宜組み合わせることを含むものであり、それぞれの実施の形態及び/又は実施例が有する効果を奏することができる。

0037

本発明に係るワーク加熱装置によれば、外観評価部によってワークの熱溶着部の外観を評価して、その外観評価に基づいて、熱シール部にフィードバックするので、ワークのロット変動や周囲温度等環境条件の変動にも対応できる。

0038

1 ワーク
2、2a、2bヒートバー
4、4a、4bヒータ
6温度センサ
8ヒータ温度制御部
10熱シール部
20外観評価部
22撮像部
24温度目標値補正部
30 制御部(コンピュータ装置)
31 処理部
32 記憶部
33 表示部
35プログラム
35a外観不良検出部
40 ワーク加熱装置

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