JP2002243529A - マルチロードセル式はかり及びその偏置誤差調整方法 - Google Patents

マルチロードセル式はかり及びその偏置誤差調整方法

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JP2002243529A
JP2002243529A JP2001034426A JP2001034426A JP2002243529A JP 2002243529 A JP2002243529 A JP 2002243529A JP 2001034426 A JP2001034426 A JP 2001034426A JP 2001034426 A JP2001034426 A JP 2001034426A JP 2002243529 A JP2002243529 A JP 2002243529A
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load cell
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spn
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JP2001034426A
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Akira Nakamoto
昭 中本
Yoshiaki Shimada
好昭 島田
Koichi Segawa
浩一 瀬川
Eijiro Kanayama
英次郎 金山
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Kubota Corp
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Kubota Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な演算にて偏置誤差補正係数を求めるこ
とができるマルチロードセル式はかり及びその偏置誤差
調整方法を提供すること。 【解決手段】 載台上で、ロードセルの真上又はその近
傍位置を特定位置とし、この特定位置に荷重を負荷させ
たときの各ロードセルの各計測値の和をA、前記荷重を
載台の中央位置に負荷させたときの各ロードセルの各計
測値の和をB、各ロードセルごとに前記荷重を特定位置
に負荷させて得られるこの特定位置にあるロードセルの
計測値をCとしたとき、SPn=1−{(A−B)/
C}にて、各ロードセルの各計測値を補正する各偏置誤
差補正係数SPnを求め、この各偏置誤差補正係数SP
nを各ロードセルの各計測値にかけて各計測値を補正す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、4つのロードセル
で1つの載台の四隅位置を支持するマルチロードセル式
はかり及びその偏置誤差調整方法に関する。
【0002】
【従来の技術】4つのロードセルで1つの載台の四隅位
置を支持し、各ロードセルの各計測値を和算して計量値
とするマルチロードセル式はかりにおいて、荷重の検出
結果をデジタル値で出力できるデジタルロードセルを用
いたものがある。このデジタルロードセルを用いれば、
各デジタルロードセル相互間で感度のばらつきがないよ
うに高精度に感度調整を行える。
【0003】しかし、設置時におけるロードセルの傾斜
や、載台の荷重伝達機構の幾何学的な狂いなどによっ
て、デジタルロードセルを用いたマルチロードセル式は
かりであっても、被計量物が載台の中央に載置された場
合と四隅などの偏った位置に載置された場合とで計量値
のばらつきである偏置誤差が生じる。
【0004】図3に、実際のはかり(トラックスケー
ル)にて生じた偏置誤差の一例を示す。長方形状の載台
2は、この載台2の中央位置から等距離にある四隅位置
に配置された4つのロードセルLC1〜LC4で支持さ
れている。
【0005】各ロードセルLC1〜LC4を設置した
後、各ロードセルLC1〜LC4の傾斜を測定した。こ
の結果を図3における表Tに示す。表Tは図示するx方
向及びy方向に関する各ロードセルLC1〜LC4の傾
斜を示し、ロードセルの上部が載台2の内側に傾く状態
を「+」、外側に傾く状態を「−」としている。例えば
ロードセルLC3は、図4に示すように、x方向に関し
て、載台2の内側に水平面Hからθ=0.2度傾いて設
置された状態にある。
【0006】そして、このはかりについて、既知荷重と
して10トンの分銅を載台2の中央に載せたとき、四隅
位置それぞれに載せたときについて、各ロードセルLC
1〜LC4の各計測値の合計値を求めた。この結果、中
央に分銅を載せたときの各ロードセルLC1〜LC4の
各計測値の合計値は”10001”であり、ロードセル
LC1側の隅に分銅を載せたときの各ロードセルLC1
〜LC4の各計測値の合計値は”10002”であり、
ロードセルLC2側の隅に分銅を載せたときの各ロード
セルLC1〜LC4の各計測値の合計値は”1000
1”であり、ロードセルLC3側の隅に分銅を載せたと
きの各ロードセルLC1〜LC4の各計測値の合計値
は”9998”であり、ロードセルLC4側の隅に分銅
を載せたときの各ロードセルLC1〜LC4の各計測値
の合計値は”10002”であった。すなわち、偏置誤
差が生じた。なお、ここで言う、ロードセルの計測値
は、(載台に荷重負荷時のロードセルの出力値−載台に
無負荷時のロードセルの出力値)であり、以下の説明で
もこの意味で用いる。
【0007】このような偏置誤差を補正するため、特許
第2977011号では、以下のようにしている。
【0008】図2に示すように、正方形状の載台2は、
載台2の中央位置R5から等距離にある四隅位置に配置
された4つのロードセル1a〜1dによって支持されて
いる。そして、偏置誤差調整用の既知荷重Mの分銅を、
先ず、図2に示す第1の特定位置R1に載置する。ここ
で、第1の特定箇所R1とは、第1のロードセル1aの
近傍で、図において載台2の上辺の中点N1と右辺の中
点N4を結ぶ直線と、載台2の右上角と左下角を結ぶ対
角線Q1との交点である。このときの各ロードセル1a
〜1dの各計測値をW11〜W41、偏置誤差補正係数
をSP1〜SP4とすると、(SP1×W11)+(S
P2×W21)+(SP3×W31)+(SP4× W41)=M ・・・・・(1) を立てることができる。
【0009】次に、同じ荷重Mの分銅を図2に示す第2
の特定箇所R2に載置する。ここで、第2の特定箇所R
2とは、第2のロードセル1bの近傍で、図において載
台2の上辺の中点N1と左辺の中点N2を結ぶ直線と、
載台2の左上角と右下角を結ぶ対角線Q2との交点であ
る。このときの各ロードセル1a〜1dの各計測値をW
12〜W42とすると、 (SP1×W12)+(SP2×W22)+(SP3×W32)+(SP4× W42)=M ・・・・・(2) を立てることができる。
【0010】次に、同じ荷重Mの分銅を図2に示す第3
の特定箇所R3に載置する。ここで、第3の特定箇所R
3とは、第3のロードセル1cの近傍で、図において載
台2の左辺の中点N2と下辺の中点N3を結ぶ直線と、
対角線Q1との交点である。このときの各ロードセル1
a〜1dの各計測値をW13〜W43とすると、 (SP1×W13)+(SP2×W23)+(SP3×W33)+(SP4× W43)=M ・・・・・(3) を立てることができる。
【0011】次に、同じ荷重Mの分銅を図2に示す第4
の特定箇所R4に載置する。ここで、第4の特定箇所R
4とは、第4のロードセル1dの近傍で、図において載
台2の右辺の中点N4と下辺の中点N3を結ぶ直線と、
対角線Q2との交点である。このときの各ロードセル1
a〜1dの各計測値をW14〜W44とすると、 (SP1×W14)+(SP2×W24)+(SP3×W34)+(SP4× W44)=M ・・・・・(4) を立てることができる。
【0012】そして、これら(1)〜(4)の連立方程
式(4元1次方程式)を解くことによって、偏置誤差補
正係数SP1〜SP4が求まり、実際の計量時には、こ
のときの各ロードセル1a〜1dの各計測値に、対応す
る偏置誤差補正係数SP1〜SP4をかけて偏置誤差を
補正する。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】しかし、以上のような
連立方程式を解く方法は複雑な演算を必要とし、演算処
理手段としてのCPUにかかる負荷を大きくし、安価で
それほど大きな処理能力を有していないCPUでは処理
に時間がかかってしまう。また、上記連立方程式を解く
ための演算処理プログラムの作成にも手間と時間がかか
る。
【0014】本発明は上述の問題に鑑みてなされ、簡単
な演算にて偏置誤差補正係数を求めることができるマル
チロードセル式はかり及びその偏置誤差調整方法を提供
することを課題とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1のマル
チロードセル式はかりは、中央位置から等しい四隅位置
を4つのロードセルによって支持される載台上で、各ロ
ードセルの真上又はその近傍位置を特定位置とし、この
特定位置に荷重を負荷させたときの各ロードセルの各計
測値の和をA、前記荷重を中央位置に負荷させたときの
各ロードセルの各計測値の和をB、各ロードセルごとに
前記荷重を各特定位置に負荷させて得られるこの特定位
置にあるロードセルの計測値をCとしたとき、各ロード
セルの各計測値を補正する各偏置誤差補正係数SPn
を、 SPn=1−{(A−B)/C} にて求める偏値誤差補正係数演算手段と、偏値誤差補正
係数SPnを記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶され
ている偏値誤差補正係数SPnを各ロードセルの各計測
値にかけてこの各計測値を補正した後に、その補正され
た各計測値を合計する処理手段を備えている。
【0016】本発明の請求項2のマルチロードセル式は
かりの偏置誤差調整方法では、中央位置から等しい四隅
位置を4つのロードセルで支持される載台上で、各ロー
ドセルの真上又はその近傍位置を特定位置とし、この特
定位置に荷重を負荷させたときの各ロードセルの各計測
値の和をA、前記荷重を中央位置に負荷させたときの各
ロードセルの各計測値の和をB、各ロードセルごとに前
記荷重を各特定位置に負荷させて得られるこの特定位置
にあるロードセルの計測値をCとしたとき、 SPn=1−{(A−B)/C} にて、各ロードセルの各計測値を補正する各偏置誤差補
正係数SPnを求め、各偏値誤差補正係数SPnを各ロ
ードセルの各計測値にかけて各計測値を補正する。
【0017】請求項1または請求項2の構成によれば、
載台上の各特定位置と、中央位置に分銅などで同荷重を
負荷して得られる上記A、B、Cを、SPn=1−
{(A−B)/C}に単に代入しての簡単な演算にて偏
置誤差補正係数SPnを求めることができる。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
【0019】本実施の形態でも、図2に示されるはかり
を例として用いて説明する。すなわち、本実施の形態に
よるマルチロードセル式はかりは、4つのロードセル1
a〜1dが、正方形状の載台2の中央位置R5から等距
離にある四隅位置に配置されて載台2を支持し、載台2
に荷重が負荷されると各ロードセル1a〜1dは各計測
値をデジタル値で出力する。
【0020】図1に示すように、本実施の形態によるマ
ルチロードセル式はかりには、計測値補正モードと偏置
誤差補正係数演算モードとを切り換えるモード切換手段
としてスイッチ3が設けられている。
【0021】通常の計量時には、スイッチ3は、処理手
段7に各ロードセル1a〜1dの各計測値を供給する計
測値補正モード(接点P1側)に切り換えられている。
【0022】偏置誤差補正係数SP1〜SP4は、はか
りを使用場所に据え付けた後に、次のような手順で記憶
手段6に記憶される。
【0023】はかりを使用場所に据え付けた後に、ロー
ドセル1a〜1dが接続している指示計のキーボードか
ら偏置誤差補正係数演算モードを指定すると、スイッチ
3が接点P2側の偏置誤差補正係数演算モードに切り換
わって記憶手段4に各ロードセル1a〜1dの各計測値
が書き込まれる状態となる。
【0024】この後、指示計に、既知荷重Mの分銅を載
台2上の第1の特定位置R1に載置することを指示する
内容が表示される。
【0025】そして、分銅を第1の特定位置R1に載
せ、指示計のキーボードを操作すると、記憶手段4に、
このときの各ロードセル1a〜1dの各計測値w11〜
w41が書き込まれ記憶される。
【0026】この記憶が完了すると、指示計の表示が分
銅を第2の特定位置R2に載置することを指示する内容
に変わる。
【0027】そして、分銅を第2の特定位置R2に載
せ、指示計のキーボードを操作すると、記憶手段4に、
このときの各ロードセル1a〜1dの各計測値w12〜
w42が書き込まれ記憶される。
【0028】この記憶が完了すると、指示計の表示が分
銅を第3の特定位置R3に載置することを指示する内容
に変わる。
【0029】そして、分銅を第3の特定位置R3に載
せ、指示計のキーボードを操作すると、記憶手段4に、
このときの各ロードセル1a〜1dの各計測値w13〜
w43が書き込まれ記憶される。
【0030】この記憶が完了すると、指示計の表示が分
銅を第4の特定位置R4に載置することを指示する内容
に変わる。
【0031】そして、分銅を第4の特定位置R3に載
せ、指示計のキーボードを操作すると、記憶手段4に、
このときの各ロードセル1a〜1dの各計測値w14〜
w44が書き込まれ記憶される。
【0032】この記憶が完了すると、指示計の表示が分
銅を載台2の中央位置R5に載置することを指示する内
容に変わる。
【0033】そして、分銅を中央位置R5に載せ、指示
計のキーボードを操作すると、記憶手段4に、このとき
の各ロードセル1a〜1dの各計測値w10〜w40が
書き込まれ記憶される。
【0034】なお、分銅を載せ換える順番は上記順番に
限ることはない。そして、以上の作業を終えると、記憶
手段4に記憶された各計測値は偏置誤差補正係数演算手
段5に入力され、偏置誤差補正係数演算手段5では、表
1に示す式にしたがって偏置誤差補正係数SP1〜SP
4を演算する。
【0035】
【表1】
【0036】そして、ここで求められた偏置誤差補正係
数SP1〜SP4は記憶手段6に書き込まれ記憶され
る。
【0037】更にこの後、はかり全体のスパン(感度)
を調整するスパン係数を求める。載台2の中央位置R5
にスパン調整用の既知荷重として例えば4トンの分銅が
載置され、このときの各ロードセル1a〜1dの各計測
値をws1〜ws4とすると、(SP1・ws1+SP
2・ws2+SP3・ws3+SP4・ws4)が4ト
ンの荷重に相当する正しいデジタル値(例えば4000
00)となるようにする。すなわち、(SP1・ws1
+SP2・ws2+SP3・ws3+SP4・ws4)
×S=400000を満たすスパン係数Sを別途設けら
れたスパン係数演算手段にて求める。
【0038】そして、スイッチ3は処理手段7に各ロー
ドセル1a〜1dの各計測値を供給する計測値補正モー
ドに切り換わり、通常の計量に備える。載台2に被計量
物が載せられると、このときの各ロードセル1a〜1d
の各計測値w1〜w4は処理手段7に入力し、この各計
測値w1〜w4に、記憶手段6から読み出された偏置誤
差補正係数SP1〜SP4がかけられて偏置誤差調整が
行われる。更に、処理手段7にて、補正された各計測値
の和算処理(SP1・w1+SP2・w2+SP3・w
3+SP4・w4)が行われる。更に、この和算値に、
スパン係数Sがかけられて、その値が被計量物の重量と
して指示計に出力される。
【0039】次に、偏置誤差補正係数SP1〜SP4
を、表1に示した式にて求める根拠について説明する。
【0040】先ず、表1式は表2に示す条件の上で成り
立っている。
【0041】
【表2】
【0042】表2の条件1は、[第1の特定位置R1に
荷重Mの分銅を負荷させたときの各ロードセルの各計測
値の和(w11+w21+w31+w41)]≒[第2
の特定位置R2に荷重Mの分銅を負荷させたときの各ロ
ードセルの各計測値の和(w12+w22+w32+w
42)]≒[第3の特定位置R3に荷重Mの分銅を負荷
させたときの各ロードセルの各計測値の和(w13+w
23+w33+w43)]≒[第4の特定位置R4に荷
重Mの分銅を負荷させたときの各ロードセルの各計測値
の和(w14+w24+w34+w44)]≒[中央位
置R5に荷重Mの分銅を負荷させたときの各ロードセル
の各計測値の和(w10+w20+w30+w40)]
を示している。通常、計量は傾斜面では行われないの
で、各ロードセルの傾斜は個々の設置具合に起因するわ
ずかなものであり、第1〜第4の各特定位置に同荷重M
を負荷させた場合と、中央位置に同荷重Mを負荷させた
場合で、各ロードセルの各計測値の和はほぼ等しくな
る。これは、上述した図3に示される値について、10
002≒10001≒9998≒10002≒1000
1であることからも明らかである。更に、載台の中央位
置に荷重Mが負荷された場合には、均等に四隅に荷重が
伝達するので、このときの各ロードセルの各計測値w1
0〜w40はほぼ等しく、条件2が成り立つ。更に、各
ロードセルの感度は精度良く揃えられているので、(荷
重Mを第1の特定位置R1に負荷させたときのロードセ
ル1aの計測値w11)≒(荷重Mを第2の特定位置R
2に負荷させたときのロードセル1bの計測値w22)
≒(荷重Mを第3の特定位置R3に負荷させたときのロ
ードセル1cの計測値w33)≒(荷重Mを第4の特定
位置R4に負荷させたときのロードセル1dの計測値w
44)であり、条件3が成り立つ。
【0043】そして、表1式で定義されるSP1〜SP
4を用いて、表3で示す等号関係が成立すれば、表1式
で定義されるSP1〜SP4の正しさの証明となる。
【0044】
【表3】
【0045】表3における、(SP1・w11+SP2
・w21+SP3・w31+SP4・w41)に、表1
式のSP1〜SP4を代入すると表4の(1)となる。
【0046】
【表4】
【0047】ここで、[1−{(w11+w21+w3
1+w41)−(w10+w20+w30+w40)}
÷w11]をIと置き換え、[1−{(w12+w22
+w32+w42)−(w10+w20+w30+w4
0)}÷w22]をIIと置き換え、[1−{(w13+
w23+w33+w43)−(w10+w20+w30
+w40)}÷w33]を IIIと置き換え、[1−
{(w14+w24+w34+w44)−(w10+w
20+w30+w40)}÷w44]をIVと置き換える
と、(2)のようになる。
【0048】そして、表2に示す条件1及び3より、I
≒II≒ III≒IVであり、これをXと置くと、(3)式と
なり、更に条件1より(4)式となる。更に、条件2の
w10≒w20≒w30≒w40を=wと置くと、
(5)式となる。そして、(5)式を展開して(6)式
となる。
【0049】そして、(6)式におけるXとwを、それ
ぞれI〜IV、w10〜w40に戻すと、(7)式とな
る。ここで、I〜IVとw10〜w40とをかけあわせる
組み合わせについては、I≒II≒ III≒IV、w10≒w
20≒w30≒w40であるので、どのような組み合わ
せとしてもよく、ここでは(7)式のようにした。
【0050】そして、(7)式において、置き換えてい
たI〜IVを元に戻すと表5の(8)式となる。これは更
に、表1より、(SP1・w10+SP2・w20+S
P3・w30+SP4・w40)となる。
【0051】
【表5】
【0052】すなわち、表1で定義されたSP1〜SP
4及び表2に示した条件1〜3を用いて、表3におけ
る、(SP1・w11+SP2・w21+SP3・w3
1+SP4・w41)=(SP1・w10+SP2・w
20+SP3・w30+SP4・w40)が証明でき
た。
【0053】以下、同様にして、 (SP1・w12+SP2・w22+SP3・w32+
SP4・w42)=(SP1・w10+SP2・w20
+SP3・w30+SP4・w40)、 (SP1・w13+SP2・w23+SP3・w33+
SP4・w43)=(SP1・w10+SP2・w20
+SP3・w30+SP4・w40)、 (SP1・w14+SP2・w24+SP3・w34+
SP4・w44)=(SP1・w10+SP2・w20
+SP3・w30+SP4・w40)、 が証明できる。
【0054】従って、表3の関係が成立することが言
え、表1式の関係で定義される偏置誤差補正係数SP1
〜SP4の正しさを証明できた。
【0055】そして、偏置誤差補正係数SP1〜SP4
は、荷重Mの分銅を載台の中央位置R5に載せたときに
得られるw10〜w40と、第1の特定位置R1に荷重
Mの分銅を載せたときに得られるw11〜w41と、第
2の特定位置R2に荷重Mの分銅を載せたときに得られ
るw12〜w42と、第3の特定位置R3に荷重Mの分
銅を載せたときに得られるw13〜w43と、第4の特
定位置R4に荷重Mの分銅を載せたときに得られるw1
4〜w44という既知の値を、表1式に代入して簡単な
演算で求まる。
【0056】なお、本発明は、使用場所へのはかりの設
置時に行われるだけでなく、既に設置され一定期間使用
されてきたはかりの再調整時にも適用できる。
【0057】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、偏置
誤差補正係数演算のためのプログラムの作成に要する労
力を軽減できると共に、CPUなどの演算処理手段の負
荷を軽減できるので演算処理を高速化でき、偏置誤差調
整作業を速やかに行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態によるマルチロードセル式
はかりの要部の構成を示すブロック図である。
【図2】偏置誤差調整用分銅の載せ位置を示す載台の平
面図である。
【図3】ロードセルの傾斜による偏置誤差を説明する説
明図である。
【図4】ロードセルの傾斜配設を説明するための模式図
である。
【符号の説明】
1a〜1d デジタルロードセル 2 載台 3 スイッチ 4 記憶手段 5 偏置誤差補正係数演算手段 6 記憶手段 7 処理手段 R1 第1の特定位置 R2 第2の特定位置 R3 第3の特定位置 R4 第4の特定位置 R5 中央位置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 瀬川 浩一 大阪府八尾市神武町2番35号 株式会社ク ボタ久宝寺工場内 (72)発明者 金山 英次郎 大阪府八尾市神武町2番35号 株式会社ク ボタ久宝寺工場内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 4つのロードセルで、載台をその中央位
    置から等しい四隅位置で支持するマルチロードセル式は
    かりにおいて、 前記載台上で、前記各ロードセルの真上又はその近傍位
    置を特定位置とし、 この特定位置に荷重を負荷させたときの前記各ロードセ
    ルの各計測値の和をA、 前記荷重を前記中央位置に負荷させたときの各ロードセ
    ルの各計測値の和をB、 前記各ロードセルごとに前記荷重を前記特定位置に負荷
    させて得られるこの特定位置にあるロードセルの計測値
    をCとしたとき、 前記各ロードセルの各計測値を補正する各偏置誤差補正
    係数SPnを、 SPn=1−{(A−B)/C} にて求める偏値誤差補正係数演算手段と、 前記偏値誤差補正係数SPnを記憶する記憶手段と、 前記記憶手段に記憶されている前記偏値誤差補正係数S
    Pnを前記各ロードセルの各計測値にかけてこの各計測
    値を補正した後に、その補正された各計測値を合計する
    処理手段を備えていることを特徴とするマルチロードセ
    ル式はかり。
  2. 【請求項2】 4つのロードセルで、載台をその中央位
    置から等しい四隅位置で支持するマルチロードセル式は
    かりの偏置誤差調整方法において、 前記載台上で、前記各ロードセルの真上又はその近傍位
    置を特定位置とし、 この特定位置に荷重を負荷させたときの前記各ロードセ
    ルの各計測値の和をA、 前記荷重を前記中央位置に負荷させたときの各ロードセ
    ルの各計測値の和をB、 前記各ロードセルごとに前記荷重を前記特定位置に負荷
    させて得られるこの特定位置にあるロードセルの計測値
    をCとしたとき、 SPn=1−{(A−B)/C} にて、前記各ロードセルの各計測値を補正する各偏置誤
    差補正係数SPnを求め、 前記各偏値誤差補正係数SPnを前記各ロードセルの各
    計測値にかけて各計測値を補正することを特徴とするマ
    ルチロードセル式はかりの偏置誤差調整方法。
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