JP2004226304A - 計量装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡易な構成で、載せ台上の被計量物の位置によって各ロードセルのスパンが異なることに起因する偏置誤差を補正することができる計量装置の提供。
【解決手段】本発明の計量装置は、載せ台１１上の領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４ごとにスパン係数の推定式を設定する。また、被計量物が載せ台１１上に置かれた場合に、各ロードセルＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ３，ＬＣ４からの出力値に基づいて被計量物の重心の位置を測定し、その重心が領域Ａ１〜Ａ４の何れの領域内に位置するかを判定する。そして、当該重心が位置している領域に対して設定されているスパン係数の推定式を用いてスパン係数を推定し、その推定したスパン係数と各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４の出力値の合計とを用いて被計量物の重量を測定する。
【選択図】 図３
【解決手段】本発明の計量装置は、載せ台１１上の領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４ごとにスパン係数の推定式を設定する。また、被計量物が載せ台１１上に置かれた場合に、各ロードセルＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ３，ＬＣ４からの出力値に基づいて被計量物の重心の位置を測定し、その重心が領域Ａ１〜Ａ４の何れの領域内に位置するかを判定する。そして、当該重心が位置している領域に対して設定されているスパン係数の推定式を用いてスパン係数を推定し、その推定したスパン係数と各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４の出力値の合計とを用いて被計量物の重量を測定する。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、載せ台上の被計量物の重量を測定する計量装置に関し、特に被計量物の計量値のスパン変化を補正することができる計量装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、被計量物を載置するための載せ台と、その載せ台を支持する複数のロードセルなどの荷重センサとを備えた計量装置が知られている。図６は、従来の計量装置の構成を示す平面図である。図６に示すように、計量装置５０は、矩形状の鉄板である載せ台５１を備えており、この載せ台５１は、該載せ台５１の四隅の下方にそれぞれ配置された４個のロードセルＬＣ１１，ＬＣ１２，ＬＣ１３，ＬＣ１４によって支持されている。
【０００３】
また、計量装置５０は、後述するような被計量物の重量を測定するための重量測定装置を備えている。図７は、従来の計量装置が備える重量測定装置の構成を示すブロック図である。図７に示すように、重量測定装置６０は、各ロードセルＬＣ１１，ＬＣ１２，ＬＣ１３，ＬＣ１４とそれぞれ接続される演算増幅器Ａ１１，Ａ１２，Ａ１３，Ａ１４およびＡ／Ｄ変換器ＡＤ１１，ＡＤ１２，ＡＤ１３，ＡＤ１４を備えている。また、重量測定装置６０は、Ａ／Ｄ変換器ＡＤ１１〜ＡＤ１４と接続されているＣＰＵ６１、および該ＣＰＵ６１と接続されている表示器６２を備えている。
【０００４】
Ａ／Ｄ変換器ＡＤ１１〜ＡＤ１４は、各ロードセルＬＣ１１〜ＬＣ１４から出力された後に各演算増幅器Ａ１１〜Ａ１４にて増幅されたアナログ重量信号をデジタル重量信号へ変換し、変換後のデジタル重量信号をＣＰＵ６１に対して出力する。ＣＰＵ６１は入力されたデジタル重量信号に基づいて被計量物の重量を演算し、その演算した重量を示す信号を表示器６２に対して出力する。表示器６２は、ＣＰＵ６１から入力された重量を示す信号にしたがって被計量物の重量を表示する。
【０００５】
なお、ロードセル本体、演算増幅器、およびＡ／Ｄ変換器を備え、直接デジタル重量信号を出力することができるように構成されたデジタルロードセルと呼ばれるロードセルが知られている。例えば、前述したロードセルＬＣ１１，ＬＣ１２，ＬＣ１３，ＬＣ１４、演算増幅器Ａ１１，Ａ１２，Ａ１３，Ａ１４、およびＡ／Ｄ変換器ＡＤ１１，ＡＤ１２，ＡＤ１３，ＡＤ１４をそれぞれ備えるデジタルロードセルＤＬＣ１，ＤＬＣ２，ＤＬＣ３，ＤＬＣ４を用いた場合においては、重量測定装置はＣＰＵ６１および表示器６２から構成されることになる（符号６３参照）。
【０００６】
ロードセルＬＣ１１〜ＬＣ１４は予め出力感度が調整されたものが用いられる。具体的には、荷重試験機を用いて、同一の容量荷重に対して同一の大きさのアナログ（またはデジタル）の出力信号が得られるように各ロードセルＬＣ１１〜ＬＣ１４の出力感度が調整される。例えば、容量荷重Ｍｆの負荷入力に対するロードセルＬＣ１１の調整前の出力感度がｋ１であるために、目標出力Ｗ０に対して過不足な重量信号が出力される場合であれば、以下の式１が成立するようにロードセルＬＣ１１の出力感度ｋ１に調整用感度ｋｘ１を乗じることによりロードセルＬＣ１１の出力感度が調整される。
【０００７】
Ｗ０＝ｋ１・ｋｘ１・Ｍｆ … 式１
その結果、ロードセルＬＣ１１の調整後の出力感度Ｋ０は以下の式２により算出される。
【０００８】
Ｋ０＝ｋ１・ｋｘ１＝Ｗ０／Ｍｆ … 式２
他のロードセルＬＣ１２，ＬＣ１３，ＬＣ１４についても同様にして出力感度が調整される。すなわち、各ロードセルＬＣ１２，ＬＣ１３，ＬＣ１４の調整前の出力感度ｋ２，ｋ３，ｋ４に対して調整用感度ｋｘ２，ｋｘ３，ｋｘ４をそれぞれ乗じることによって、容量荷重Ｍｆの負荷入力に対して同一の出力値Ｗ０を得ることができるようにロードセルＬＣ１２〜ＬＣ１４の出力感度が調整される。これにより、ロードセルＬＣ１１〜ＬＣ１４はすべて同一の出力感度Ｋ０に調整されることになる。
【０００９】
ここで、図６に示すように、載せ台５１におけるｘ，ｙ軸座標上の原点ＯにロードセルＬＣ１４が、点ＰにロードセルＬＣ１２が、点ＱにロードセルＬＣ１１が、点ＲにロードセルＬＣ１３がそれぞれ配置されているものとする。また、ＯＰ＝ＲＱ＝Ａ，ＯＲ＝ＱＰ＝Ｂとする。この場合、Ａ，Ｂは計量装置５０の設計上の定数であり、既知の値である。
【００１０】
被計量物の重量がＷｘである場合であって、その被計量物を載せ台５１上に置いたときに該被計量物の重心の座標がｘ，ｙであったとすると、各ロードセルＬＣ１１，ＬＣ１２，ＬＣ１３，ＬＣ１４に配分される荷重負荷Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４は以下の式３から式６によって算出される。
【００１１】
Ｗ１＝（ｘ・ｙ／Ａ・Ｂ）・Ｗｘ＝ｆｘｙ１・Ｗｘ … 式３
Ｗ２＝｛ｘ・（Ｂ−ｙ）／Ａ・Ｂ｝・Ｗｘ＝ｆｘｙ２・Ｗｘ … 式４
Ｗ３＝｛（Ａ−ｘ）・ｙ／Ａ・Ｂ｝・Ｗｘ＝ｆｘｙ３・Ｗｘ … 式５
Ｗ４＝｛（Ａ−ｘ）・（Ｂ−ｙ）／Ａ・Ｂ｝・Ｗｘ＝ｆｘｙ４・Ｗｘ… 式６
ここで、ｆｘ１，ｆｘ２，ｆｘ３，ｆｘ４は各ロードセルＬＣ１１，ＬＣ１２，ＬＣ１３，ＬＣ１４それぞれに対する荷重配分係数を表している。
【００１２】
また、載せ台５１の重量などのイニシャル荷重に対するロードセルＬＣ１１の出力をＷｉ１、ロードセルＬＣ１１および該ロードセルＬＣ１１の測定回路の零点ドリフトによる零点移動分のロードセルＬＣ１１の出力をＷｚ１とし、これらＷｉ１およびＷｚ１に載せ台５１上の被計量物の重量が加わった場合のロードセルＬＣ１１の出力をＷａ１とする。
【００１３】
イニシャル荷重に対するロードセルＬＣ１１の出力値は、ロードセルＬＣ１１の出力感度を調整するときに各ロードセルＬＣ１１〜ＬＣ１４それぞれの専用のメモリに記憶させる。また、載せ台５１上に被計量物が置かれていない場合のロードセルＬＣ１の出力値である零点移動信号も同様にして各ロードセルＬＣ１１〜ＬＣ１４それぞれの専用の零点メモリに記憶させる。
【００１４】
載せ台５１上に置かれた被計量物のみによってロードセルＬＣ１１に配分される荷重Ｗ１に対するロードセルＬＣ１１の出力値ｗ１は以下の式７により算出される。
【００１５】
ｗ１＝Ｗａ１−Ｗｉ１−Ｗｚ１＝Ｋ０・Ｗ１ … 式７
他のロードセルＬＣ１２，ＬＣ１３，ＬＣ１４についても同様に、被計量物の荷重のみによって配分される荷重Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４に対する出力値ｗ２，ｗ３，ｗ４が以下の式８から式１０によって算出される。
【００１６】
ｗ２＝Ｗａ２−Ｗｉ２−Ｗｚ２＝Ｋ０・Ｗ２ … 式８
ｗ３＝Ｗａ３−Ｗｉ３−Ｗｚ３＝Ｋ０・Ｗ３ … 式９
ｗ４＝Ｗａ４−Ｗｉ４−Ｗｚ４＝Ｋ０・Ｗ４ … 式１０
以上の式７から式１０により、載せ台５１上の負荷荷重に対する４個のロードセルＬＣ１１〜ＬＣ１４の出力値ｗ１〜ｗ４の合計は以下の式１１で算出される。
【００１７】
ｗ１＋ｗ２＋ｗ３＋ｗ４＝Ｋ０・（Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗ３＋Ｗ４） … 式１１
以上の式１１に式３から式６におけるＷ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４を代入すると、以下の式１２が成立する。
【００１８】
このように式１２が成立するのは、以下の式１３が成り立っているからである。
【００１９】
ｆｘｙ１＋ｆｘｙ２＋ｆｘｙ３＋ｆｘｙ４＝１ … 式１３
以上より、４個のロードセルＬＣ１１〜ＬＣ１４の出力値の合計と被計量物の重量Ｗｘとの関係は、載せ台５１上に置かれている被計量物の座標位置ｘ，ｙに依存せずに表すことができる。換言すると、載せ台５１上のどの位置に被計量物を置いたとしても、各ロードセルＬＣ１１〜ＬＣ１４の出力を合計すれば、被計量物の重量を一定の値で表現することができる。
【００２０】
また、スパン変化を調整する場合、載せ台５１の重量は零点処理を行うものとして計量装置５０の秤量分の重量Ｍの分銅を載せ台５１上に置き、以下の式１４が成立するようにスパン係数Ｋｔを設定する。
【００２１】
Ｋ０・Ｗｘ・Ｋｔ＝Ｍ … 式１４
このようにスパン係数Ｋｔを設けてスパン調整を行うことにより、式３から式６における任意のｘ，ｙの値に対して式１４が成立する。したがって、被計量物が載せ台５１上のどの位置に置かれてるとしても、その被計量物の重量がＭであれば計量装置５０の出力もＭとすることができる。
【００２２】
しかしながら、このような計量装置５０においては偏置誤差が発生する。次に、この偏置誤差について説明する。
【００２３】
図８は、載せ台５１を支持しているロードセルＬＣ１３の構成を示す側面図であって、（ａ）は載せ台５１上に被計量物が置かれていない状態を示しており、（ｂ）は載せ台５１上に被計量物が置かれている状態を示している。図８（ａ），（ｂ）に示すように、円柱状のロードセルＬＣ１３の両端には半球状の突起部７０，７１がそれぞれ設けられている。一方、載せ台５１の角部の裏面および該角部に対応する位置における基台７２の表面には、ロードセルＬＣ１３の両端の突起部７０，７１に対応する窪みを有した金具７３，７４がそれぞれ設けられている。そして、ロードセルＬＣ１３の上端に設けられている突起部７０が金具７３に取り付けられ、下端に設けられている突起部７１が金具７４に取り付けられている。
【００２４】
なお、ここではロードセルＬＣ１３のみについて示しているが、他のロードセルＬＣ１１，ＬＣ１２，ＬＣ１４も同様に構成されている。
【００２５】
図８（ａ）に示すように、載せ台５１上に被計量物が置かれていない場合では、ロードセルＬＣ１３は基台７２に対して垂直な状態を保っている。一方、図８（ｂ）に示すように、載せ台５１上に被計量物が置かれた場合では、被計量物の荷重によって載せ台５１が撓むため、ロードセルＬＣ１３の上端側が載せ台５１の外側（矢印７５で示す方向）に移動する。そのため、ロードセルＬＣ１３は基台７２に対して傾斜した状態となる。
【００２６】
このようにロードセルＬＣ１３が傾斜すると、載せ台５１上に同一の被計量物が置かれている場合であっても、その傾斜の程度によってロードセルＬＣ１３の起歪体に発生する応力分布が異なるためにスパンがわずかに変化する。そのため、ロードセルＬＣ１３の傾斜の程度が大きくなると測定値に誤差が発生し得る。このことは、載せ台５１上の被計量物の位置によって各ロードセルＬＣ１１〜ＬＣ１４がスパン変化の影響を受けて偏置誤差が発生し得ることを表している。ここで、各ロードセルＬＣ１１〜ＬＣ１４の傾斜状態は、載せ台５１上の被計量物の位置によって変化するため、偏置誤差の大きさも同じく被計量物の位置によって変化することになる。
【００２７】
このような偏置誤差を補正するための従来技術として、載せ台上の被計量物の偏置に対してロードセル別に偏置誤差補正係数を設定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【００２８】
また、所定の式により求められた荷重分布係数に基づいて補正係数を定め、スパン係数にその補正係数を乗じることによって偏置誤差を補正する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。より具体的には、まず以下の（１）式により荷重分布係数φを求め、（２）式により補正係数ｋを求める。
【００２９】
【数１】
【００３０】
そして、スパン係数に以上のようにして得られた補正係数ｋを乗じることにより偏置誤差を補正する。なお、（１）式は、荷重の重心位置が載せ台を支持する何れかのロードセルに偏っていると分母の値が大きくなり、φの値が大きくなる。これにより補正係数ｋの値が大きくなる。
【００３１】
【特許文献１】
特開２００２−９８５８０号公報
【特許文献２】
特開２００２−２７７３１７号公報
【００３２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述したようにして各ロードセルＬＣ１１〜ＬＣ１４が傾斜し、式１に示した各ロードセルＬＣ１１〜ＬＣ１４の調整前の出力感度ｋ１〜ｋ４のそれぞれが載せ台５１上の被計量物の重心の位置によって異なる出力感度の変化分Δｋｘｙ１〜Δｋｘｙ４を有することになると、以下の式１５から式１８が成立する。
【００３３】
ｗ１＝（１＋Δｋｘｙ１）・Ｋ０・Ｗ１ … 式１５
ｗ２＝（１＋Δｋｘｙ２）・Ｋ０・Ｗ２ … 式１６
ｗ３＝（１＋Δｋｘｙ３）・Ｋ０・Ｗ３ … 式１７
ｗ４＝（１＋Δｋｘｙ４）・Ｋ０・Ｗ４ … 式１８
このように各ロードセルＬＣ１１〜ＬＣ１４において荷重負荷に対する出力感度が載せ台５１上の被計量物の重心の位置に応じて変化する場合、載せ台５１上の荷重Ｗｘに対する各ロードセルＬＣ１１〜ＬＣ１４の出力の合計値は式１９によって算出される。
【００３４】
この式１９において、以下の式２０が成り立たない限りは、載せ台５１上の被計量物の重心の位置によって各ロードセルＬＣ１１〜ＬＣ１４の出力荷重の合計値は異なることになる。
【００３５】
Δｋｘｙ１・ｆｘｙ１＋Δｋｘｙ２・ｆｘｙ２＋Δｋｘｙ３・ｆｘｙ３＋Δｋｘｙ４・ｆｘｙ４＝０ … 式２０
それぞれの荷重配分係数と各ロードセルＬＣ１１〜ＬＣ１４のスパン変化率との積が相互に相殺されることによって式２０が成立することはほとんどない。したがって、載せ台５１上の被計量物の重心の位置によって各ロードセルＬＣ１１〜ＬＣ１４のスパンが異なると合計出力値が異なり、その結果偏置誤差が生じる。
【００３６】
特許文献１に開示されている方法では、各ロードセルに対して一種類の出力感度補正値しか設定することができない。そのため、載せ台上の被計量物の重心の位置によって各ロードセルのスパンが異なってくることに起因する偏置誤差に対応することはできないという問題があった。
【００３７】
また、特許文献２に開示されている方法では、荷重分布係数φは被計量物の重心が載せ台上のどの位置にあるのかを表すことができない。したがって、載せ台を支持する複数のロードセルのうちどのロードセルに近い位置に被計量物の重心の位置があるのかを表すことができない。仮に被計量物の重心位置による載せ台の撓みが一様且つ対称的であって、すべてのロードセルの同じ傾き角度に対する感度変化が略等しく、増減方向も同じであるとすれば、当該方法によって偏置誤差を正しく補正することができる。しかし、各ロードセルは同じ角度だけ傾いたとしても感度変化量および変化の増減方向は異なる。また、被計量物の重心位置による載せ台の撓みも一様且つ対称的ではない。したがってこの方法では正確に偏置誤差を補正することは困難である。なお、撓みが一様且つ対称的とは、例えば被計量物の重心が図６におけるロードセルＬＣ１１に偏っている場合のロードセルＬＣ１１および他のロードセルの位置における載せ台の撓み方と、被計量物の重心がロードセルＬＣ１３に偏っている場合のロードセルＬＣ１３および他のロードセルの位置における載せ台の撓み方とが相似的であることを意味している。
【００３８】
また、このような各ロードセルのスパン変化を小さくするための対策として、載せ台である鉄板の厚みを増すことにより被計量物が置かれたときに生じる載せ台の撓みを小さくしたり、載せ台を支持するロードセルの数量を増やしたりすることが提案されている。さらに、ロードセルの起歪体の縦寸法を長くすることにより載せ台の撓み量に対するロードセルの傾斜の度合いを小さくしたり、各ロードセルのそれぞれに対して傾斜による出力変化を低減すべく加工を施したりすることも提案されている。しかしながら、これらの対策は何れも計量装置の高コスト化を招くという問題があった。
【００３９】
ところで、前述した式２０の値は、載せ台上の被計量物の重量となる各ロードセルの出力値の合計の変化量を示している。この変化量は被計量物の重心の位置に依存することになる。図６に示したｘ，ｙ軸座標において、ｘ，ｙの値がそれぞれ大きくなるとｆｘｙ１の値が大きくなり、ｘ，ｙの値がそれぞれ小さくなるとｆｘｙ４の値が大きくなる。また、ｘの値が大きくなり且つｙの値が小さくなるとｆｘｙ２の値が大きくなり、ｘの値が小さくなり且つｙの値が大きくなるとｆｘｙ３の値が大きくなる。これらは式３から式６により明らかである。
【００４０】
被計量物の重心が載せ台の中央付近にある場合にその載せ台の撓み量が最大となり、これに伴って各ロードセルの傾斜角度も最大となる。したがって、この場合には各ロードセルのスパン変化量も最大となる。このように被計量物の重心が載せ台の中央付近にある場合と比べて、被計量物の重心が載せ台の中央付近を離れている場合では、各ロードセルの傾斜角度が小さくなるので、各ロードセルのスパン変化量も小さくなる。この場合、式２０の値は、前述したようにｘ，ｙの値にしたがって変化する負荷配分係数の値に基づいて、特定のロードセルのスパン変化の影響を最も受けることになる。
【００４１】
以上より、各ロードセルの合計出力値、すなわち被計量物の計量値のスパンは、その被計量物が載せ台の四隅のうちの何れかに偏置された場合にその偏置位置の最も近くに配置されているロードセルのスパン変化の影響を強く受けることを発明者等は知見した。また、これと併せて、各ロードセルの合計出力値（被計量物の計量値のスパン）は、被計量物の重心の位置が載せ台の中央付近にある場合には各ロードセルのスパン変化の影響を均等に受け、しかも各ロードセルのスパン変化量が大きいので各ロードセルの合計出力値の変化量も最も大きくなることを発明者等は知見した。
【００４２】
本発明は斯かる知見に基づいてなされたものであり、その目的は、簡易な構成で、載せ台上の被計量物の重心の位置によって各ロードセルのスパンが異なることに起因する偏置誤差を補正することができる計量装置を提供することにある。
【００４３】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するために、本発明に係る計量装置は、被計量物を載置するための載せ台と、該載せ台を支持すると共に前記載せ台上に載せられた被計量物の重量を検出し、検出した重量に応じた出力信号を生成する荷重センサとを備え、前記荷重センサの出力信号に基づいて前記被計量物の重量を測定する計量装置において、前記載せ台上の前記被計量物の位置を検出する位置検出手段と、該位置検出手段によって検出された前記被計量物の位置に係るスパン係数および前記荷重センサの出力信号に基づいて前記被計量物の重量を測定する重量測定手段とを備えることを特徴とする。
【００４４】
このように構成することによって、偏置誤差を補正することができるため、従来の計量装置と比べてより高い精度で被計量物の重量を測定することができる。
【００４５】
また、前記発明に係る計量装置において、前記被計量物の位置に係るスパン係数は、前記載せ台上の領域に応じて予め定められたスパン係数の推定式により推定される値であることが好ましい。
【００４６】
また、前記発明に係る計量装置において、前記スパン係数の推定式は、目的変量がスパン係数であり、説明変量が前記載せ台上の前記被計量物の位置を示す座標値である重回帰式で表されることが好ましい。
【００４７】
また、前記発明に係る計量装置において、前記被計量物の位置に係るスパン係数は、前記載せ台上の領域に応じて予め定められていることが好ましい。
【００４８】
また、前記発明に係る計量装置において、前記載せ台上の複数の位置のそれぞれに係るスパン係数が予め定められており、前記被計量物の位置に係るスパン係数は、前記被計量物の位置と前記複数の位置との距離に応じて求められた重み係数および前記複数の位置のそれぞれに係るスパン係数に基づいて定められることが好ましい。
【００４９】
また、前記発明に係る計量装置において、複数の前記荷重センサを備えており、前記位置検出手段は、複数の前記荷重センサからの出力値にしたがって前記載せ台上の前記被計量物の位置を検出するように構成されていることが好ましい。
【００５０】
また、前記発明に係る計量装置において、前記位置検出手段は、前記載せ台上の被計量物を光学的に検出する検出部を備え、該検出部の検出結果にしたがって前記載せ台上の前記被計量物の位置を検出するように構成されていることが好ましい。
【００５１】
また、前記発明に係る計量装置において、前記荷重センサはロードセルであることが好ましい。
【００５２】
【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ながら説明する。
【００５３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る計量装置の構成を示す平面図である。図１に示すように、本発明の計量装置１は、トラックスケールなどで構成されている矩形状の載せ台１１を備えている。この載せ台１１は、該載せ台１１の四隅の下方にそれぞれ配置された４個のロードセルＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ３，ＬＣ４によって支持されている。また、計量装置１は、後述するように載せ台１１上の荷重を測定するための重量測定装置を備えている。なお、図１には、図６と同様にｘ，ｙ軸座標軸が示されている。
【００５４】
図２は、本発明の実施の形態１に係る計量装置１が備える重量測定装置の構成を示すブロック図である。図２に示すように、重量測定装置２は、各ロードセルＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ３，ＬＣ４とそれぞれ接続される演算増幅器Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４およびＡ／Ｄ変換器ＡＤ１，ＡＤ２，ＡＤ３，ＡＤ４を備えている。また、重量測定装置６０は、入出力回路３を備えており、該入出力回路３には、前述したＡ／Ｄ変換器ＡＤ１，ＡＤ２，ＡＤ３，ＡＤ４、ＣＰＵ４、入力器５、および表示器６が接続されている。ここで、入力器５は、零点調整およびスパン調整などの実施をＣＰＵ４に対して指示するための入力キーなどで構成されている。また、表示器６は、ＣＰＵ４によって演算された各種のデータを表示するための液晶表示ディスプレイなどで構成されている。
【００５５】
ＣＰＵ４はメモリ回路７とデータバスラインを用いて接続されている。このメモリ回路７は、ＣＰＵ４によって実行されるプログラムおよび各種のデータを一時的または長期に記憶するためのＰＲＯＭ，ＲＡＭ，ＥＥＰＲＯＭなどで構成されている。
【００５６】
Ａ／Ｄ変換器ＡＤ１，ＡＤ２，ＡＤ３，ＡＤ４は、各ロードセルＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ３，ＬＣ４から出力された後に各演算増幅器Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４にて増幅されたアナログ重量信号をデジタル重量信号へ変換し、変換後のデジタル重量信号をＣＰＵ４に対して出力する。ＣＰＵ４は入力されたデジタル重量信号に基づいて被計量物の重量を演算し、その演算した重量を示す信号を表示器６に対して出力する。表示器６は、ＣＰＵ４から入力された重量を示す信号にしたがって被計量物の重量を表示する。
【００５７】
以上のように構成された本実施の形態の計量装置１は、（１）載せ台１１上の荷重に対する各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４の出力値の合計の比率（以下、スパン係数という）の推定式を設定し、（２）その推定式を用いて算出されたスパン係数と各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４の出力値の合計とに基づいて被計量物の重量を測定する。以下、前記（１）および（２）の詳細について説明する。
【００５８】
（１）スパン係数の推定式の設定
図３は、本発明の実施の形態１に係る計量装置１における偏置誤差の補正の原理を説明するための説明図である。図３に示すように、載せ台１１におけるｘ，ｙ軸座標上の原点ＯにロードセルＬＣ４が、点ＰにロードセルＬＣ２が、点ＱにロードセルＬＣ１が、点ＲにロードセルＬＣ３がそれぞれ配置されているものとする。また、ＯＰ＝ＲＱ＝Ａ，ＯＲ＝ＱＰ＝Ｂとする。この場合、Ａ，Ｂは計量装置１の設計上の定数であり、既知の値である。
【００５９】
以下では、図３に示すように、Ｔを中心としてＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４で示される４つの象限に載せ台１１の領域を分割して説明する。前述したとおり、被計量物の計量値のスパン変化量は、その被計量物の重心の位置を示すｘ，ｙの値に応じて変化する。そこで、スパン係数の推定式をｘ，ｙの関数で表すことが可能であると考え、以下のようにして統計理論上の重回帰分析法を用いてその推定式を設定する。
【００６０】
まず、既知の荷重Ｍの分銅を載せ台１１に置いて、その分銅の位置ｘ，ｙが変化したときの各ロードセルＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ３，ＬＣ４に対する負荷配分係数ｆｘｙ１，ｆｘｙ２，ｆｘｙ３，ｆｘｙ４および各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４の出力感度の変化にしたがって、各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４の出力値の合計がどのように変化するかを確認する。この際、載せ台１１上において複数の代表位置を予め定めておき、その代表位置と分銅の重心の位置とが一致するように分銅を移動させる。
【００６１】
本実施の形態では、図３に示すように９つの代表位置（Ｓ１１、Ｓ２１，Ｓ３１，Ｓ１２，Ｓ２２，Ｓ３２，Ｓ１３，Ｓ２３，Ｓ３３）を用いて説明する。これらの代表位置Ｓ１１〜Ｓ３３は次のようにして定められている。まず、代表位置Ｓ２２は前述した点Ｔの位置、すなわち座標で表せばｘ＝Ａ／２，ｙ＝Ｂ／２の位置とする。そして、Ｓ２２から±Ａ／４，±Ｂ／４だけそれぞれシフトさせた位置に他の８つの代表位置を設定する。なお、ここでは、代表位置の数を９としているが、この数に限定されるわけではないことは言うまでもない。
【００６２】
ここで、分銅の重心の位置が載せ台１１上の座標ｘ，ｙにあるとき、載せ台１１上の真の荷重Ｍに対する各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４の出力値の合計の比率、すなわちスパン係数Ｒｘｙが以下の式２１を満足するものと仮定する。
【００６３】
Ｒｘｙ＝（ｗ１＋ｗ２＋ｗ３＋ｗ４）／Ｍ … 式２１
そして、以上のスパン係数Ｒｘｙの変化に基づいて、分銅の重心の位置ｘ，ｙの変化によって各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４の合計出力値が基準値である既知の荷重Ｍに対してどのように変化するかを確認する。
【００６４】
具体的には、まず、図３に示す載せ台１１上の代表位置Ｓ１１〜Ｓ３３の近辺に重心が位置するように分銅を置き、その都度各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４の出力値ｗ１〜ｗ４を測定する。この場合、分銅の重心の位置ｘ’，ｙ’は、各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ３の出力値ｗ１〜ｗ３を用いて以下の式２２によって算出される。
【００６５】
ｘ’＝｛ｗ１／（ｗ１＋ｗ３）｝・Ａ
ｙ’＝｛ｗ１／（ｗ１＋ｗ２）｝・Ｂ … 式２２
載せ台１１上の代表位置Ｓ１１〜Ｓ３３に重心が位置するように重量Ｍの分銅が置かれた場合の各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４の出力値ｗ１〜ｗ４に基づいてｘ’，ｙ’，Ｒｘｙｎｍ（ｎ，ｍは１，２，３の何れかの値）を算出して、以下の表１を作成する。なお、ｘ’，ｙ’の値として、例えばＳ１３であればｘ１＝Ａ／４，ｙ３＝３／４・Ｂのように所定の値を入れてもよい。
【００６６】
【表１】
【００６７】
この表１に示したデータを用いて、任意の座標ｘ，ｙにおけるＲｘｙの値を後述するようにして推定する。
【００６８】
なお、載せ台１１上に前述したような代表位置を設定すること、またこれらの代表位置と分銅の重心とが正確に一致するように分銅を載せ台１１上に置くことは容易ではない。さらに、前述したようにして各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４の出力値に基づいて分銅の重心の位置ｘ’，ｙ’を求めた場合、その求めた位置ｘ’，ｙ’自体も各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４のスパン変化の影響を受けることになるため、実際の分銅の重心の位置を表しているわけではない。よって、表１に示されているデータには誤差が生じている。
【００６９】
ところで、一般に計量装置に要求される精度は０．０２％から０．０３％である。これに対して、ロードセルの形状にもよるが、前述した傾斜による誤差が比較的大きいロードセルを用いた場合には、被計量物の重心の載せ台上で想定される最大偏置量に対してスパンは０．１％程度変化する。したがって、このようなロードセルを用いる場合には被計量物の重心位置の変化に対するスパン補正が必要となる。しかし、前述したように表１に示されているデータには誤差が生じているため、そのデータに基づいて推定された被計量物の重心の位置にも誤差が発生する。ここで、その誤差が仮に最大のスパン変化量を与える最大偏置量の１％であったとしても、その誤差によるスパン変化量への影響は最大値の０．１％の１％程度であるため、十分な精度を確保することができる。そのため、計量装置の調整段階でスパン係数Ｒｘｙの推定式を定めるには、予め定めた載せ台上の代表位置の座標データを用いてもよく、各ロードセルの出力値から求められた値を用いてもよい。
【００７０】
前述したように、スパン係数Ｒｘｙはｘおよびｙの対の変化に応じて値が変化するため、計量装置１を一種の重回帰モデルと見て、以下の式２３を設定し、重回帰係数ａ，ｂ，ｃを求める。
【００７１】
Ｒｘｙ＝ａｘ＋ｂｙ＋ｃ … 式２３
荷重負荷配分係数を考慮すると、被計量物の重心と最も近い位置にあるロードセルの出力感度および該出力感度の変化がスパン係数Ｒｘｙに最も影響を与えることになる。そこで、スパン係数Ｒｘｙの推定の精度を高めるために、スパン係数Ｒｘｙの推定式を４つの領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４ごとに設定する。なお、スパン係数Ｒｘｙの推定の精度をより一層高めるために、４つではなく、より多くの領域ごとにスパン係数Ｒｘｙの推定式を設定するようにしてもよい。
【００７２】
［１］領域Ａ１（０＜ｘ＜Ａ／２，０＜ｙ＜Ｂ／２）における推定式
分銅の重心がＳ１１，Ｓ１２，Ｓ２１，Ｓ２２の各点に置かれた場合の表１中のデータを用いて以下の式２４を設定する。ここで、Ｒｘｙｎｍ（１）は領域Ａ１内のスパン係数Ｒｘｙｎｍを示している。
【００７３】
Ｒｘｙｎｍ（１）＝ａ１・ｘ＋ｂ１・ｙ＋ｃ１ … 式２４
以上の係数ａ１，ｂ１，ｃ１を重回帰式を求める手順にしたがって決定する。
【００７４】
［２］領域Ａ２（Ａ／２＜ｘ＜Ａ，０＜ｙ＜Ｂ／２）における推定式
分銅の重心がＳ２１，Ｓ３１，Ｓ２２，Ｓ３２の各点に置かれた場合の表１中のデータを用いて以下の式２５を設定する。ここで、Ｒｘｙｎｍ（２）は領域Ａ２内のスパン係数Ｒｘｙｎｍを示している。
【００７５】
Ｒｘｙｎｍ（２）＝ａ２・ｘ＋ｂ２・ｙ＋ｃ２ … 式２５
以上の係数ａ２，ｂ２，ｃ２を同様にして決定する。
【００７６】
［３］領域Ａ３（０＜ｘ＜Ａ／２，Ｂ／２＜ｙ＜Ｂ）における推定式
分銅の重心がＳ１２，Ｓ２２，Ｓ１３，Ｓ２３の各点に置かれた場合の表１中のデータを用いて以下の式２６を設定する。ここで、Ｒｘｙｎｍ（３）は領域Ａ３内のスパン係数Ｒｘｙｎｍを示している。
【００７７】
Ｒｘｙｎｍ（３）＝ａ３・ｘ＋ｂ３・ｙ＋ｃ３ … 式２６
以上の係数ａ３，ｂ３，ｃ３を同様にして決定する。
【００７８】
［４］領域Ａ４（Ａ／２＜ｘ＜Ａ，Ｂ／２＜ｙ＜Ｂ）における推定式
分銅の重心がＳ２２，Ｓ３２，Ｓ２３，Ｓ３３の各点に置かれた場合の表１中のデータを用いて以下の式２７を設定する。ここで、Ｒｘｙｎｍ（４）は領域Ａ４内のスパン係数Ｒｘｙｎｍを示している。
【００７９】
Ｒｘｙｎｍ（３）＝ａ３・ｘ＋ｂ３・ｙ＋ｃ３ … 式２７
以上の係数ａ４，ｂ４，ｃ４を同様にして決定する。
【００８０】
このように、ａ１〜ａ４、ｂ１〜ｂ４、およびｃ１〜ｃ４を求めることによって、領域Ａ１〜Ａ４におけるスパン係数Ｒｘｙの推定式を求めることができる。
【００８１】
なお、スパン係数Ｒｘｙの推定の精度を向上させるために、被計量物の重心の位置が載せ台１１上の中心点Ｓ２２から比較的離れていないようにして常時計量動作を行う場合には、Ｓ２２の周囲の８個の代表位置を図３で示すよりもＳ２２に接近した位置に設定すればよい。
【００８２】
また、ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４の傾斜は被計量物の形状によって異なることを考慮するとスパン係数Ｒｘｙｎｍの推定の精度をより高めることができる。例えば、被計量物がトラックである場合では、複数の車輪に荷重が分かれてかかることになるため、この状態に近いサンプルを用いて推定を行うことが望ましい。ところで、トラックは通常の乗用車などと比べて車輪幅が広いため、載せ台１１の中心から離れて重量測定を行うことが困難な場合が多い。そのため、トラックの重心の移動は載せ台１１の中心点Ｓ２２から比較的狭い範囲内になるものと考えられる。したがって、以下のようにして調整を行う。
【００８３】
まず、Ｓ２２以外の８個の代表位置を図３で示すよりもＳ２２に接近した位置に設定する。そして、代表的なトラックの４輪の設置位置を仮定して、重量Ｍの分銅をＭ／４ずつ４つに分けてそれぞれの重心が各代表位置と一致するように載せ台１１上に置き、各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４からの出力値を測定する。例えば、載せ台１１上の中心点Ｓ２２の座標がｘ２、ｙ２であるため、（ｘ２＋ａ，ｙ２＋ｂ）、（ｘ２＋ａ，ｙ２−ｂ）、（ｘ２−ａ，ｙ２＋ｂ）（ｘ２−ａ，ｙ２−ｂ）の４つの代表位置に重量Ｍ／４の分銅をそれぞれ置いて、トラックの重心がＳ２２にある場合のデータとして各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４の出力値の合計を測定する。ここで、ａ，ｂは図３に示すＡ／４，Ｂ／４よりも小さい値である。このようにして得られたデータは、スパン係数の推定式の作成に供せられることになる。
【００８４】
以上のように、被計量物の荷重負荷位置と重心の位置とを考慮した上で分銅を置くことによって、スパン係数Ｒｘｙの推定をより高い精度で求めることが可能になる。
【００８５】
また、本実施の形態の計量装置１が比較的小型である場合であって、分銅の載せ降ろしにあまり労力を要しないときは、載せ台１１上の領域をより細分化して、それらの領域ごとにスパン係数を予め設定するようにしてもよい。以下、この点について図４を参照しながら説明する。
【００８６】
図４は、本発明の実施の形態１に係る計量装置１における偏置誤差の補正の原理を説明するための説明図である。図４に示すようにロードセルＬＣ１〜ＬＣ４に囲まれた載せ台１１上の領域をＡ１１からＡ３８までの１６個に分ける。これらの領域をｘ，ｙを用いて表すと以下の表１のとおりとなる。
【００８７】
【表２】
【００８８】
ここで、各領域の中心座標、例えば領域Ａ１１の場合であればｘ＝Ａ／８，ｙ＝Ｂ／８の付近に重量Ｍの分銅の重心が位置するように分銅を置く。そして、各領域Ａ１１〜Ａ３８におけるスパン係数Ｓ１１〜Ｓ３８を以下の式２８にしたがってそれぞれ算出する。
【００８９】
（ｗ１＋ｗ２＋ｗ３＋ｗ４）・Ｓｎｍ＝Ｍ … 式２８
このようにして、載せ台１１上の各領域Ａ１１〜Ａ３８に係るスパン係数Ｓｎｍを容易に設定することができる。このようにして設定されたスパン係数Ｓｎｍはメモリ回路７に記憶させておく。なお、ここでは１６個の領域に分ける例について説明したが、より多くの領域に分けてもよいことは言うまでもない。
【００９０】
（２）被計量物の重量の測定
前述したようにして各領域に対応してスパン係数Ｒｘｙの推定式を設定した後に、本実施の形態の計量装置１は被計量物の重量の測定を実行する。この場合、まず載せ台１１上における被計量物の重心の位置を検出し、その位置に基づいて当該被計量物の重量の測定を行う。
【００９１】
計量装置１が備えるＣＰＵ４は、載せ台１１上に被計量物が置かれた場合、各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４の出力値が安定したときにその出力値に基づいて被計量物の重心の座標ｘ’，ｙ’を算出する。そして、その算出した座標ｘ’，ｙ’を示す信号をメモリ回路７に記憶させる。
【００９２】
次に、ＣＰＵ４は、メモリ回路７から座標ｘ’，ｙ’を読み出し、この値に基づいて被計量物の重心が図３に示す領域Ａ１〜Ａ４の何れの領域内に位置しているのかを判定する。ここで例えば被計量物の重心が領域Ａ１内に位置すると判定された場合、領域Ａ１において設定されたスパン係数Ｒｘｙの推定式をメモリ回路７から読み出し、この式のｘ，ｙにｘ’，ｙ’を代入してＲｘｙｎｍ（１）の値を求める。
【００９３】
そして、ＣＰＵ４は、求めたＲｘｙｎｍ（１）と各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４の出力値の合計である（ｗｎｍ１＋ｗｎｍ２＋ｗｎｍ３＋ｗｎｍ４）とを用いて以下の式２９にしたがって被計量物の重量を測定する。
（ｗｎｍ１＋ｗｎｍ２＋ｗｎｍ３＋ｗｎｍ４）／Ｒｘｙｎｍ（１） … 式２９
これにより、偏置誤差の補正された被計量物の重量を測定することが可能になる。
【００９４】
図４を参照して前述したように、複数の領域ごとに予めスパン係数を設定している場合も同様にして被計量物の重量を測定することができる。すなわち、例えば被計量物の重心が領域Ａ１１内に位置すると判定された場合であれば、領域Ａ１１において設定されたスパン係数Ｓ１１をメモリ回路７から読み出し、その読み出したスパン係数Ｓ１１と各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４の出力値の合計である（ｗｎｍ１＋ｗｎｍ２＋ｗｎｍ３＋ｗｎｍ４）とを用いて被計量物の重量を測定する。
【００９５】
本実施の形態では、各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４の出力値に基づいて被計量物の重心の位置を検出しているが、それ以外の手段によって被計量物の重心の位置を検出することも可能である。具体的には、載せ台１１上の被計量物を検出するためのフォトセンサ、または載せ台１１上を撮像するテレビカメラおよびそのテレビカメラにより得られた撮像画像を処理するための画像処理装置などによって、載せ台１１上における被計量物の外形位置を光学的に検出し、その外形位置と被計量物の性質とから被計量物の重心の座標ｘ’，ｙ’を求めるようにしてもよい。その一例について、以下に説明する。
【００９６】
図５は、本発明の計量装置の変形例の構成を示す平面図である。図５に示すように、ロードセルＬＣ２およびＬＣ３が位置する側の載せ台１１の端面に対応して台８が、ロードセルＬＣ１およびＬＣ２が位置する側の載せ台１１の端面に対応して台９がそれぞれ設けられている。これらの台８，９に上には所定の間隔で並べられた複数の投光、受光式フォトセンサ８ａ，９ａがそれぞれ設けられている。
【００９７】
これらのフォトセンサ８ａ，９ａにより検出された情報は、図２に示すＣＰＵ４へ入力される。ＣＰＵ４は、フォトセンサ８ａ，９ａから入力された情報に基づいて、被計量物の外形位置ＬＭＮＳを求める。ここで例えば被計量物がトラックである場合であれば、ＣＰＵ４はそのトラックのタイヤの位置を求めるようにすればよい。
【００９８】
また、例えば被計量物がトラックであってそのトラックの型式によって重心の位置がフォトセンサ８ａ，９ａにより検出された位置よりもｘ軸方向にａ，ｙ軸方向にｂだけ小さい位置にあることが予め分かっているような場合であれば、ＣＰＵ４はｘ’，ｙ’よりｘ＝ｘ’−ａ，ｙ＝ｙ’−ｂとして重心の座標Ｔ（ｘ，ｙ）を自動的に求めることが可能である。このように被計量物の性質が予め分かっている場合は、その性質に基づいて自動的に補正することによって高い精度で被計量物の重心の位置を求めることができる。
【００９９】
なお、このようにフォトセンサを用いたり、またはテレビカメラおよび画像処理装置を用いたりして被計量物の重心の位置を求める場合では、載せ台１１が１個の荷重センサで支持されている場合であっても当該重心の位置を求めることが可能である。
【０１００】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る計量装置は、予め定められた載せ台上の複数の位置と被計量物の重心の位置とに基づいて定められた重み係数を用いて、被計量物の重心の位置におけるスパン係数を算出するように構成されたものである。なお、本実施の形態の計量装置の構成は実施の形態１の場合と同様であるので説明を省略する。
【０１０１】
以下では図１および図２を参照しながら実施の形態２の計量装置の動作について説明する。
【０１０２】
図３に示す載せ台１１上の代表位置Ｓ１１〜Ｓ３３の近辺に重心が位置するように分銅を置き、その都度各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４の出力値ｗ１〜ｗ４を測定する。そして、各代表位置Ｓ１１〜Ｓ３３別に、載せ台１１上の真の荷重Ｍに対する各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４の出力値の合計の比率、すなわちスパン係数Ｒｘｙを前述した式２１にしたがって算出する。
【０１０３】
ここで代表位置Ｓ１１〜Ｓ３３のｘ，ｙの座標値は、前述したようにして予め載せ台１１を座標区分した値にしたがって、すなわち例えばＳ１１であればｘ＝Ａ／２，ｙ＝Ｂ／２としてもよい。しかし、本実施の形態では、より正確な値を用いるために、ロードセルＬＣ１〜ＬＣ３の出力値ｗ１〜ｗ３を用いて前述した式２２にしたがって代表位置Ｓ１１〜Ｓ３３のｘ，ｙの座標値（分銅の重心の座標値）を算出することにする。
【０１０４】
以上のようにして算出された座標値を各代表位置Ｓ１１〜Ｓ３３に対応させて（ｘ１１，ｙ１１）〜（ｘ３３，ｙ３３）と表記する。これらの座標値はスパン係数Ｒｘｙと共にメモリ回路７に記憶させる。
【０１０５】
以上のようにしスパン係数および分銅の重心の座標値を求めた後、本実施の形態の計量装置は、以下のようにして被計量物の重量の測定を行う。
【０１０６】
計量装置１が備えるＣＰＵ４は、載せ台１１上に被計量物が置かれた場合、各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４の出力値が安定したときにその出力値ｗ１〜ｗ３に基づいて被計量物の重心の座標ｘ，ｙを前述した式２２にしたがって算出する。そして、その算出した座標ｘ，ｙを示す信号をメモリ回路７に記憶させる。なお、以下では、このようにして算出した座標をｘ＝ｘｐ，ｙ＝ｙｐと表記する。
【０１０７】
次に、ＣＰＵ４は、メモリ回路７から（ｘｐ，ｙｐ）および（ｘ１１，ｙ１１）〜（ｘ３３，ｙ３３）の値を読み出し、（ｘｐ，ｙｐ）と各（ｘ１１，ｙ１１）〜（ｘ３３，ｙ３３）との距離を算出する。なお、以下では、このようにして算出した距離をｑ１１〜ｑ３３と表記する。例えば、（ｘｐ，ｙｐ）と（ｘ１１，ｙ１１）との距離ｑ１１は以下の式３０にしたがって算出される。
【０１０８】
ｑ１１＝｛（ｘｐ−ｘ１１）２＋（ｙｐ−ｙ１１））２｝１／２ … 式３０
以上のようにしてｑ１１〜ｑ３３を演算した後、ＣＰＵ４は、被計量物の重心位置Ｓｐｐ（ｘｐ，ｙｐ）からの距離が最も小さいものから順に３個の値をメモリ回路７から読み出す。具体的には、例えばｑ３３が最小であって、ｑ３２が２番目に、ｑ２２が３番目に小さい場合、これらのｑ３３，ｑ３２，ｑ２２の値をメモリ回路７から読み出す。以下、これらのｑ３３，ｑ３２，ｑ２２の値を例として説明する。
【０１０９】
図９は、本発明の実施の形態２における偏置誤差の補正の原理を説明するための説明図である。ｑ３３，ｑ３２，ｑ２２および被計量物の重心の位置Ｓｐｐを座標上で表すと図９のようになる。ここで、被計量物の重心の位置Ｓｐｐにおける計量装置のスパンは、その重心の位置Ｓｐｐの近隣の３つの代表位置におけるスパンの影響を距離の大きさに反比例して受ける。そこで、ＳｐｐとＳ２２，Ｓ３２，Ｓ３３との距離の比率はｑ２２：ｑ３２：ｑ３３であることに基づいて、被計量物の重心の位置Ｓｐｐにおける計量装置のスパンに対するスパン影響度の比率を以下の式３１〜３３にしたがって算出する。
【０１１０】
ｒ２２＝（ｑ２２＋ｑ３２＋ｑ３３）／ｑ２２ … 式３１
ｒ２３＝（ｑ２２＋ｑ３２＋ｑ３３）／ｑ３２ … 式３２
ｒ３３＝（ｑ２２＋ｑ３２＋ｑ３３）／ｑ３３ … 式３３
これらの式３１〜３３において分母は距離の大きさであるから、距離が大きければ大きいほどスパン影響度は小さく、距離が小さければ小さいほどスパン影響度は大きくなる。
【０１１１】
被計量物の重心の位置Ｓｐｐにおける計量装置のスパンはＳ２２，Ｓ３２，Ｓ３３におけるスパンの影響を受けるが、それぞれスパン影響度の重みに応じた影響を受けるものと考えられる。そこで、ＣＰＵ４は、被計量物の重心の位置Ｓｐｐにおける計量装置のスパン係数Ｒｐｐを以下の式３４にしたがって算出する。
【０１１２】
Ｒｐｐ＝（Ｒ２２・ｒ２２＋Ｒ３２・ｒ３２＋Ｒ３３・ｒ３３）／（ｒ２２＋ｒ３２＋ｒ３３） … 式３４
そして、ＣＰＵ４は、各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４の出力値ｗ１〜ｗ４の合計をスパン係数Ｒｐｐで除することにより被計量物の重量を算出する。
【０１１３】
なお、本実施の形態では、被計量物の重心位置Ｓｐｐの近隣の３点の代表位置におけるスパンから当該重心位置Ｓｐｐに係るスパン係数を算出しているが、２点または４点以上の代表位置におけるスパンから同様にしてスパン係数を算出するようにしてもよい。
【０１１４】
以上のように、本発明の計量装置は、偏置誤差を補正することができるため、従来の計量装置と比べて被計量物の重量をより正確に測定することができる。
【０１１５】
なお、ロードセルのスパン変化が該ロードセルの傾斜以外の理由に基づく場合であっても、載せ台を支持するロードセルなどの荷重センサの個数が任意の場合であっても、特定の領域内を被計量物の重心が移動したときに計量装置の測定値のスパン係数が載せ台上に設定された座標ｘ，ｙの変化に応じて近似的にａｘ＋ｂｙ＋ｃ（ａ，ｂ，ｃは一定数）に沿って変化する現象が生じるのであれば、前記領域内の任意の座標におけるスパン係数を推定することができる。スパン係数の推定の精度を高めるために、スパン係数が非線形に変化する傾向が強い場合にはそれに応じて測定対象の領域を狭くすればよく、反対に前記式に沿って線形に変化する場合であれば測定対象の領域を広くすればよい。
【０１１６】
また、本発明の計量装置は、載せ台上の被計量物の位置を検出し、被計量物がその位置にある場合のスパン係数を推定することによって重量の測定値を補正している。そのため、被計量物の重心の位置が不明である場合であっても、載せ台上の被計量物の位置を検出することができれば、その被計量物と同質のものを用いて前述したようにして求められたスパン係数の推定式を用いることにより重量の測定を行うことができる。
【０１１７】
さらに、本発明の計量装置は、稼働中に被計量物の重心位置を求め、調整時に予め求めておいた前記重心位置の近傍の複数の位置における計量値の誤差の値に基づいて、測定対象である被計量物の重心位置における計量値に発生するであろう誤差を推定している。そのため複数のロードセルの傾斜角に対する感度変化がいかなる大きさ、増減方向であっても、また載せ台の撓みが一様且つ対称的でなくても、偏置誤差の補正を正しく行うことができる。
【０１１８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の計量装置によれば、簡易な構成で、載せ台上の被計量物の位置によって各ロードセルのスパンが異なることに起因する偏置誤差を補正することができるため、高い精度で被計量物の重量を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る計量装置の構成を示す平面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る計量装置が備える重量測定装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る計量装置における偏置誤差の補正の原理を説明するための説明図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る計量装置における偏置誤差の補正の原理を説明するための説明図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る計量装置の変形例の構成を示す平面図である。
【図６】従来の計量装置の構成を示す平面図である。
【図７】従来の計量装置が備える重量測定装置の構成を示すブロック図である。
【図８】載せ台を支持しているロードセルの構成を示す側面図であって、（ａ）は載せ台上に被計量物が置かれていない状態を示す図、（ｂ）は載せ台上に被計量物が置かれている状態を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る計量装置における偏置誤差の補正の原理を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１ 計量装置
２ 重量測定装置
３ 入出力回路
４ ＣＰＵ
５ 入力器
６ 表示器
７ メモリ回路
８ａ フォトセンサ
９ａ フォトセンサ
Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４ 演算増幅器
ＡＤ１，ＡＤ２，ＡＤ３，ＡＤ４ Ａ／Ｄ変換器
ＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ３，ＬＣ４ ロードセル
【発明の属する技術分野】
本発明は、載せ台上の被計量物の重量を測定する計量装置に関し、特に被計量物の計量値のスパン変化を補正することができる計量装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、被計量物を載置するための載せ台と、その載せ台を支持する複数のロードセルなどの荷重センサとを備えた計量装置が知られている。図６は、従来の計量装置の構成を示す平面図である。図６に示すように、計量装置５０は、矩形状の鉄板である載せ台５１を備えており、この載せ台５１は、該載せ台５１の四隅の下方にそれぞれ配置された４個のロードセルＬＣ１１，ＬＣ１２，ＬＣ１３，ＬＣ１４によって支持されている。
【０００３】
また、計量装置５０は、後述するような被計量物の重量を測定するための重量測定装置を備えている。図７は、従来の計量装置が備える重量測定装置の構成を示すブロック図である。図７に示すように、重量測定装置６０は、各ロードセルＬＣ１１，ＬＣ１２，ＬＣ１３，ＬＣ１４とそれぞれ接続される演算増幅器Ａ１１，Ａ１２，Ａ１３，Ａ１４およびＡ／Ｄ変換器ＡＤ１１，ＡＤ１２，ＡＤ１３，ＡＤ１４を備えている。また、重量測定装置６０は、Ａ／Ｄ変換器ＡＤ１１〜ＡＤ１４と接続されているＣＰＵ６１、および該ＣＰＵ６１と接続されている表示器６２を備えている。
【０００４】
Ａ／Ｄ変換器ＡＤ１１〜ＡＤ１４は、各ロードセルＬＣ１１〜ＬＣ１４から出力された後に各演算増幅器Ａ１１〜Ａ１４にて増幅されたアナログ重量信号をデジタル重量信号へ変換し、変換後のデジタル重量信号をＣＰＵ６１に対して出力する。ＣＰＵ６１は入力されたデジタル重量信号に基づいて被計量物の重量を演算し、その演算した重量を示す信号を表示器６２に対して出力する。表示器６２は、ＣＰＵ６１から入力された重量を示す信号にしたがって被計量物の重量を表示する。
【０００５】
なお、ロードセル本体、演算増幅器、およびＡ／Ｄ変換器を備え、直接デジタル重量信号を出力することができるように構成されたデジタルロードセルと呼ばれるロードセルが知られている。例えば、前述したロードセルＬＣ１１，ＬＣ１２，ＬＣ１３，ＬＣ１４、演算増幅器Ａ１１，Ａ１２，Ａ１３，Ａ１４、およびＡ／Ｄ変換器ＡＤ１１，ＡＤ１２，ＡＤ１３，ＡＤ１４をそれぞれ備えるデジタルロードセルＤＬＣ１，ＤＬＣ２，ＤＬＣ３，ＤＬＣ４を用いた場合においては、重量測定装置はＣＰＵ６１および表示器６２から構成されることになる（符号６３参照）。
【０００６】
ロードセルＬＣ１１〜ＬＣ１４は予め出力感度が調整されたものが用いられる。具体的には、荷重試験機を用いて、同一の容量荷重に対して同一の大きさのアナログ（またはデジタル）の出力信号が得られるように各ロードセルＬＣ１１〜ＬＣ１４の出力感度が調整される。例えば、容量荷重Ｍｆの負荷入力に対するロードセルＬＣ１１の調整前の出力感度がｋ１であるために、目標出力Ｗ０に対して過不足な重量信号が出力される場合であれば、以下の式１が成立するようにロードセルＬＣ１１の出力感度ｋ１に調整用感度ｋｘ１を乗じることによりロードセルＬＣ１１の出力感度が調整される。
【０００７】
Ｗ０＝ｋ１・ｋｘ１・Ｍｆ … 式１
その結果、ロードセルＬＣ１１の調整後の出力感度Ｋ０は以下の式２により算出される。
【０００８】
Ｋ０＝ｋ１・ｋｘ１＝Ｗ０／Ｍｆ … 式２
他のロードセルＬＣ１２，ＬＣ１３，ＬＣ１４についても同様にして出力感度が調整される。すなわち、各ロードセルＬＣ１２，ＬＣ１３，ＬＣ１４の調整前の出力感度ｋ２，ｋ３，ｋ４に対して調整用感度ｋｘ２，ｋｘ３，ｋｘ４をそれぞれ乗じることによって、容量荷重Ｍｆの負荷入力に対して同一の出力値Ｗ０を得ることができるようにロードセルＬＣ１２〜ＬＣ１４の出力感度が調整される。これにより、ロードセルＬＣ１１〜ＬＣ１４はすべて同一の出力感度Ｋ０に調整されることになる。
【０００９】
ここで、図６に示すように、載せ台５１におけるｘ，ｙ軸座標上の原点ＯにロードセルＬＣ１４が、点ＰにロードセルＬＣ１２が、点ＱにロードセルＬＣ１１が、点ＲにロードセルＬＣ１３がそれぞれ配置されているものとする。また、ＯＰ＝ＲＱ＝Ａ，ＯＲ＝ＱＰ＝Ｂとする。この場合、Ａ，Ｂは計量装置５０の設計上の定数であり、既知の値である。
【００１０】
被計量物の重量がＷｘである場合であって、その被計量物を載せ台５１上に置いたときに該被計量物の重心の座標がｘ，ｙであったとすると、各ロードセルＬＣ１１，ＬＣ１２，ＬＣ１３，ＬＣ１４に配分される荷重負荷Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４は以下の式３から式６によって算出される。
【００１１】
Ｗ１＝（ｘ・ｙ／Ａ・Ｂ）・Ｗｘ＝ｆｘｙ１・Ｗｘ … 式３
Ｗ２＝｛ｘ・（Ｂ−ｙ）／Ａ・Ｂ｝・Ｗｘ＝ｆｘｙ２・Ｗｘ … 式４
Ｗ３＝｛（Ａ−ｘ）・ｙ／Ａ・Ｂ｝・Ｗｘ＝ｆｘｙ３・Ｗｘ … 式５
Ｗ４＝｛（Ａ−ｘ）・（Ｂ−ｙ）／Ａ・Ｂ｝・Ｗｘ＝ｆｘｙ４・Ｗｘ… 式６
ここで、ｆｘ１，ｆｘ２，ｆｘ３，ｆｘ４は各ロードセルＬＣ１１，ＬＣ１２，ＬＣ１３，ＬＣ１４それぞれに対する荷重配分係数を表している。
【００１２】
また、載せ台５１の重量などのイニシャル荷重に対するロードセルＬＣ１１の出力をＷｉ１、ロードセルＬＣ１１および該ロードセルＬＣ１１の測定回路の零点ドリフトによる零点移動分のロードセルＬＣ１１の出力をＷｚ１とし、これらＷｉ１およびＷｚ１に載せ台５１上の被計量物の重量が加わった場合のロードセルＬＣ１１の出力をＷａ１とする。
【００１３】
イニシャル荷重に対するロードセルＬＣ１１の出力値は、ロードセルＬＣ１１の出力感度を調整するときに各ロードセルＬＣ１１〜ＬＣ１４それぞれの専用のメモリに記憶させる。また、載せ台５１上に被計量物が置かれていない場合のロードセルＬＣ１の出力値である零点移動信号も同様にして各ロードセルＬＣ１１〜ＬＣ１４それぞれの専用の零点メモリに記憶させる。
【００１４】
載せ台５１上に置かれた被計量物のみによってロードセルＬＣ１１に配分される荷重Ｗ１に対するロードセルＬＣ１１の出力値ｗ１は以下の式７により算出される。
【００１５】
ｗ１＝Ｗａ１−Ｗｉ１−Ｗｚ１＝Ｋ０・Ｗ１ … 式７
他のロードセルＬＣ１２，ＬＣ１３，ＬＣ１４についても同様に、被計量物の荷重のみによって配分される荷重Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４に対する出力値ｗ２，ｗ３，ｗ４が以下の式８から式１０によって算出される。
【００１６】
ｗ２＝Ｗａ２−Ｗｉ２−Ｗｚ２＝Ｋ０・Ｗ２ … 式８
ｗ３＝Ｗａ３−Ｗｉ３−Ｗｚ３＝Ｋ０・Ｗ３ … 式９
ｗ４＝Ｗａ４−Ｗｉ４−Ｗｚ４＝Ｋ０・Ｗ４ … 式１０
以上の式７から式１０により、載せ台５１上の負荷荷重に対する４個のロードセルＬＣ１１〜ＬＣ１４の出力値ｗ１〜ｗ４の合計は以下の式１１で算出される。
【００１７】
ｗ１＋ｗ２＋ｗ３＋ｗ４＝Ｋ０・（Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗ３＋Ｗ４） … 式１１
以上の式１１に式３から式６におけるＷ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４を代入すると、以下の式１２が成立する。
【００１８】
【００１９】
ｆｘｙ１＋ｆｘｙ２＋ｆｘｙ３＋ｆｘｙ４＝１ … 式１３
以上より、４個のロードセルＬＣ１１〜ＬＣ１４の出力値の合計と被計量物の重量Ｗｘとの関係は、載せ台５１上に置かれている被計量物の座標位置ｘ，ｙに依存せずに表すことができる。換言すると、載せ台５１上のどの位置に被計量物を置いたとしても、各ロードセルＬＣ１１〜ＬＣ１４の出力を合計すれば、被計量物の重量を一定の値で表現することができる。
【００２０】
また、スパン変化を調整する場合、載せ台５１の重量は零点処理を行うものとして計量装置５０の秤量分の重量Ｍの分銅を載せ台５１上に置き、以下の式１４が成立するようにスパン係数Ｋｔを設定する。
【００２１】
Ｋ０・Ｗｘ・Ｋｔ＝Ｍ … 式１４
このようにスパン係数Ｋｔを設けてスパン調整を行うことにより、式３から式６における任意のｘ，ｙの値に対して式１４が成立する。したがって、被計量物が載せ台５１上のどの位置に置かれてるとしても、その被計量物の重量がＭであれば計量装置５０の出力もＭとすることができる。
【００２２】
しかしながら、このような計量装置５０においては偏置誤差が発生する。次に、この偏置誤差について説明する。
【００２３】
図８は、載せ台５１を支持しているロードセルＬＣ１３の構成を示す側面図であって、（ａ）は載せ台５１上に被計量物が置かれていない状態を示しており、（ｂ）は載せ台５１上に被計量物が置かれている状態を示している。図８（ａ），（ｂ）に示すように、円柱状のロードセルＬＣ１３の両端には半球状の突起部７０，７１がそれぞれ設けられている。一方、載せ台５１の角部の裏面および該角部に対応する位置における基台７２の表面には、ロードセルＬＣ１３の両端の突起部７０，７１に対応する窪みを有した金具７３，７４がそれぞれ設けられている。そして、ロードセルＬＣ１３の上端に設けられている突起部７０が金具７３に取り付けられ、下端に設けられている突起部７１が金具７４に取り付けられている。
【００２４】
なお、ここではロードセルＬＣ１３のみについて示しているが、他のロードセルＬＣ１１，ＬＣ１２，ＬＣ１４も同様に構成されている。
【００２５】
図８（ａ）に示すように、載せ台５１上に被計量物が置かれていない場合では、ロードセルＬＣ１３は基台７２に対して垂直な状態を保っている。一方、図８（ｂ）に示すように、載せ台５１上に被計量物が置かれた場合では、被計量物の荷重によって載せ台５１が撓むため、ロードセルＬＣ１３の上端側が載せ台５１の外側（矢印７５で示す方向）に移動する。そのため、ロードセルＬＣ１３は基台７２に対して傾斜した状態となる。
【００２６】
このようにロードセルＬＣ１３が傾斜すると、載せ台５１上に同一の被計量物が置かれている場合であっても、その傾斜の程度によってロードセルＬＣ１３の起歪体に発生する応力分布が異なるためにスパンがわずかに変化する。そのため、ロードセルＬＣ１３の傾斜の程度が大きくなると測定値に誤差が発生し得る。このことは、載せ台５１上の被計量物の位置によって各ロードセルＬＣ１１〜ＬＣ１４がスパン変化の影響を受けて偏置誤差が発生し得ることを表している。ここで、各ロードセルＬＣ１１〜ＬＣ１４の傾斜状態は、載せ台５１上の被計量物の位置によって変化するため、偏置誤差の大きさも同じく被計量物の位置によって変化することになる。
【００２７】
このような偏置誤差を補正するための従来技術として、載せ台上の被計量物の偏置に対してロードセル別に偏置誤差補正係数を設定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【００２８】
また、所定の式により求められた荷重分布係数に基づいて補正係数を定め、スパン係数にその補正係数を乗じることによって偏置誤差を補正する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。より具体的には、まず以下の（１）式により荷重分布係数φを求め、（２）式により補正係数ｋを求める。
【００２９】
【数１】
そして、スパン係数に以上のようにして得られた補正係数ｋを乗じることにより偏置誤差を補正する。なお、（１）式は、荷重の重心位置が載せ台を支持する何れかのロードセルに偏っていると分母の値が大きくなり、φの値が大きくなる。これにより補正係数ｋの値が大きくなる。
【００３１】
【特許文献１】
特開２００２−９８５８０号公報
【特許文献２】
特開２００２−２７７３１７号公報
【００３２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述したようにして各ロードセルＬＣ１１〜ＬＣ１４が傾斜し、式１に示した各ロードセルＬＣ１１〜ＬＣ１４の調整前の出力感度ｋ１〜ｋ４のそれぞれが載せ台５１上の被計量物の重心の位置によって異なる出力感度の変化分Δｋｘｙ１〜Δｋｘｙ４を有することになると、以下の式１５から式１８が成立する。
【００３３】
ｗ１＝（１＋Δｋｘｙ１）・Ｋ０・Ｗ１ … 式１５
ｗ２＝（１＋Δｋｘｙ２）・Ｋ０・Ｗ２ … 式１６
ｗ３＝（１＋Δｋｘｙ３）・Ｋ０・Ｗ３ … 式１７
ｗ４＝（１＋Δｋｘｙ４）・Ｋ０・Ｗ４ … 式１８
このように各ロードセルＬＣ１１〜ＬＣ１４において荷重負荷に対する出力感度が載せ台５１上の被計量物の重心の位置に応じて変化する場合、載せ台５１上の荷重Ｗｘに対する各ロードセルＬＣ１１〜ＬＣ１４の出力の合計値は式１９によって算出される。
【００３４】
【００３５】
Δｋｘｙ１・ｆｘｙ１＋Δｋｘｙ２・ｆｘｙ２＋Δｋｘｙ３・ｆｘｙ３＋Δｋｘｙ４・ｆｘｙ４＝０ … 式２０
それぞれの荷重配分係数と各ロードセルＬＣ１１〜ＬＣ１４のスパン変化率との積が相互に相殺されることによって式２０が成立することはほとんどない。したがって、載せ台５１上の被計量物の重心の位置によって各ロードセルＬＣ１１〜ＬＣ１４のスパンが異なると合計出力値が異なり、その結果偏置誤差が生じる。
【００３６】
特許文献１に開示されている方法では、各ロードセルに対して一種類の出力感度補正値しか設定することができない。そのため、載せ台上の被計量物の重心の位置によって各ロードセルのスパンが異なってくることに起因する偏置誤差に対応することはできないという問題があった。
【００３７】
また、特許文献２に開示されている方法では、荷重分布係数φは被計量物の重心が載せ台上のどの位置にあるのかを表すことができない。したがって、載せ台を支持する複数のロードセルのうちどのロードセルに近い位置に被計量物の重心の位置があるのかを表すことができない。仮に被計量物の重心位置による載せ台の撓みが一様且つ対称的であって、すべてのロードセルの同じ傾き角度に対する感度変化が略等しく、増減方向も同じであるとすれば、当該方法によって偏置誤差を正しく補正することができる。しかし、各ロードセルは同じ角度だけ傾いたとしても感度変化量および変化の増減方向は異なる。また、被計量物の重心位置による載せ台の撓みも一様且つ対称的ではない。したがってこの方法では正確に偏置誤差を補正することは困難である。なお、撓みが一様且つ対称的とは、例えば被計量物の重心が図６におけるロードセルＬＣ１１に偏っている場合のロードセルＬＣ１１および他のロードセルの位置における載せ台の撓み方と、被計量物の重心がロードセルＬＣ１３に偏っている場合のロードセルＬＣ１３および他のロードセルの位置における載せ台の撓み方とが相似的であることを意味している。
【００３８】
また、このような各ロードセルのスパン変化を小さくするための対策として、載せ台である鉄板の厚みを増すことにより被計量物が置かれたときに生じる載せ台の撓みを小さくしたり、載せ台を支持するロードセルの数量を増やしたりすることが提案されている。さらに、ロードセルの起歪体の縦寸法を長くすることにより載せ台の撓み量に対するロードセルの傾斜の度合いを小さくしたり、各ロードセルのそれぞれに対して傾斜による出力変化を低減すべく加工を施したりすることも提案されている。しかしながら、これらの対策は何れも計量装置の高コスト化を招くという問題があった。
【００３９】
ところで、前述した式２０の値は、載せ台上の被計量物の重量となる各ロードセルの出力値の合計の変化量を示している。この変化量は被計量物の重心の位置に依存することになる。図６に示したｘ，ｙ軸座標において、ｘ，ｙの値がそれぞれ大きくなるとｆｘｙ１の値が大きくなり、ｘ，ｙの値がそれぞれ小さくなるとｆｘｙ４の値が大きくなる。また、ｘの値が大きくなり且つｙの値が小さくなるとｆｘｙ２の値が大きくなり、ｘの値が小さくなり且つｙの値が大きくなるとｆｘｙ３の値が大きくなる。これらは式３から式６により明らかである。
【００４０】
被計量物の重心が載せ台の中央付近にある場合にその載せ台の撓み量が最大となり、これに伴って各ロードセルの傾斜角度も最大となる。したがって、この場合には各ロードセルのスパン変化量も最大となる。このように被計量物の重心が載せ台の中央付近にある場合と比べて、被計量物の重心が載せ台の中央付近を離れている場合では、各ロードセルの傾斜角度が小さくなるので、各ロードセルのスパン変化量も小さくなる。この場合、式２０の値は、前述したようにｘ，ｙの値にしたがって変化する負荷配分係数の値に基づいて、特定のロードセルのスパン変化の影響を最も受けることになる。
【００４１】
以上より、各ロードセルの合計出力値、すなわち被計量物の計量値のスパンは、その被計量物が載せ台の四隅のうちの何れかに偏置された場合にその偏置位置の最も近くに配置されているロードセルのスパン変化の影響を強く受けることを発明者等は知見した。また、これと併せて、各ロードセルの合計出力値（被計量物の計量値のスパン）は、被計量物の重心の位置が載せ台の中央付近にある場合には各ロードセルのスパン変化の影響を均等に受け、しかも各ロードセルのスパン変化量が大きいので各ロードセルの合計出力値の変化量も最も大きくなることを発明者等は知見した。
【００４２】
本発明は斯かる知見に基づいてなされたものであり、その目的は、簡易な構成で、載せ台上の被計量物の重心の位置によって各ロードセルのスパンが異なることに起因する偏置誤差を補正することができる計量装置を提供することにある。
【００４３】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するために、本発明に係る計量装置は、被計量物を載置するための載せ台と、該載せ台を支持すると共に前記載せ台上に載せられた被計量物の重量を検出し、検出した重量に応じた出力信号を生成する荷重センサとを備え、前記荷重センサの出力信号に基づいて前記被計量物の重量を測定する計量装置において、前記載せ台上の前記被計量物の位置を検出する位置検出手段と、該位置検出手段によって検出された前記被計量物の位置に係るスパン係数および前記荷重センサの出力信号に基づいて前記被計量物の重量を測定する重量測定手段とを備えることを特徴とする。
【００４４】
このように構成することによって、偏置誤差を補正することができるため、従来の計量装置と比べてより高い精度で被計量物の重量を測定することができる。
【００４５】
また、前記発明に係る計量装置において、前記被計量物の位置に係るスパン係数は、前記載せ台上の領域に応じて予め定められたスパン係数の推定式により推定される値であることが好ましい。
【００４６】
また、前記発明に係る計量装置において、前記スパン係数の推定式は、目的変量がスパン係数であり、説明変量が前記載せ台上の前記被計量物の位置を示す座標値である重回帰式で表されることが好ましい。
【００４７】
また、前記発明に係る計量装置において、前記被計量物の位置に係るスパン係数は、前記載せ台上の領域に応じて予め定められていることが好ましい。
【００４８】
また、前記発明に係る計量装置において、前記載せ台上の複数の位置のそれぞれに係るスパン係数が予め定められており、前記被計量物の位置に係るスパン係数は、前記被計量物の位置と前記複数の位置との距離に応じて求められた重み係数および前記複数の位置のそれぞれに係るスパン係数に基づいて定められることが好ましい。
【００４９】
また、前記発明に係る計量装置において、複数の前記荷重センサを備えており、前記位置検出手段は、複数の前記荷重センサからの出力値にしたがって前記載せ台上の前記被計量物の位置を検出するように構成されていることが好ましい。
【００５０】
また、前記発明に係る計量装置において、前記位置検出手段は、前記載せ台上の被計量物を光学的に検出する検出部を備え、該検出部の検出結果にしたがって前記載せ台上の前記被計量物の位置を検出するように構成されていることが好ましい。
【００５１】
また、前記発明に係る計量装置において、前記荷重センサはロードセルであることが好ましい。
【００５２】
【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ながら説明する。
【００５３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る計量装置の構成を示す平面図である。図１に示すように、本発明の計量装置１は、トラックスケールなどで構成されている矩形状の載せ台１１を備えている。この載せ台１１は、該載せ台１１の四隅の下方にそれぞれ配置された４個のロードセルＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ３，ＬＣ４によって支持されている。また、計量装置１は、後述するように載せ台１１上の荷重を測定するための重量測定装置を備えている。なお、図１には、図６と同様にｘ，ｙ軸座標軸が示されている。
【００５４】
図２は、本発明の実施の形態１に係る計量装置１が備える重量測定装置の構成を示すブロック図である。図２に示すように、重量測定装置２は、各ロードセルＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ３，ＬＣ４とそれぞれ接続される演算増幅器Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４およびＡ／Ｄ変換器ＡＤ１，ＡＤ２，ＡＤ３，ＡＤ４を備えている。また、重量測定装置６０は、入出力回路３を備えており、該入出力回路３には、前述したＡ／Ｄ変換器ＡＤ１，ＡＤ２，ＡＤ３，ＡＤ４、ＣＰＵ４、入力器５、および表示器６が接続されている。ここで、入力器５は、零点調整およびスパン調整などの実施をＣＰＵ４に対して指示するための入力キーなどで構成されている。また、表示器６は、ＣＰＵ４によって演算された各種のデータを表示するための液晶表示ディスプレイなどで構成されている。
【００５５】
ＣＰＵ４はメモリ回路７とデータバスラインを用いて接続されている。このメモリ回路７は、ＣＰＵ４によって実行されるプログラムおよび各種のデータを一時的または長期に記憶するためのＰＲＯＭ，ＲＡＭ，ＥＥＰＲＯＭなどで構成されている。
【００５６】
Ａ／Ｄ変換器ＡＤ１，ＡＤ２，ＡＤ３，ＡＤ４は、各ロードセルＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ３，ＬＣ４から出力された後に各演算増幅器Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４にて増幅されたアナログ重量信号をデジタル重量信号へ変換し、変換後のデジタル重量信号をＣＰＵ４に対して出力する。ＣＰＵ４は入力されたデジタル重量信号に基づいて被計量物の重量を演算し、その演算した重量を示す信号を表示器６に対して出力する。表示器６は、ＣＰＵ４から入力された重量を示す信号にしたがって被計量物の重量を表示する。
【００５７】
以上のように構成された本実施の形態の計量装置１は、（１）載せ台１１上の荷重に対する各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４の出力値の合計の比率（以下、スパン係数という）の推定式を設定し、（２）その推定式を用いて算出されたスパン係数と各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４の出力値の合計とに基づいて被計量物の重量を測定する。以下、前記（１）および（２）の詳細について説明する。
【００５８】
（１）スパン係数の推定式の設定
図３は、本発明の実施の形態１に係る計量装置１における偏置誤差の補正の原理を説明するための説明図である。図３に示すように、載せ台１１におけるｘ，ｙ軸座標上の原点ＯにロードセルＬＣ４が、点ＰにロードセルＬＣ２が、点ＱにロードセルＬＣ１が、点ＲにロードセルＬＣ３がそれぞれ配置されているものとする。また、ＯＰ＝ＲＱ＝Ａ，ＯＲ＝ＱＰ＝Ｂとする。この場合、Ａ，Ｂは計量装置１の設計上の定数であり、既知の値である。
【００５９】
以下では、図３に示すように、Ｔを中心としてＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４で示される４つの象限に載せ台１１の領域を分割して説明する。前述したとおり、被計量物の計量値のスパン変化量は、その被計量物の重心の位置を示すｘ，ｙの値に応じて変化する。そこで、スパン係数の推定式をｘ，ｙの関数で表すことが可能であると考え、以下のようにして統計理論上の重回帰分析法を用いてその推定式を設定する。
【００６０】
まず、既知の荷重Ｍの分銅を載せ台１１に置いて、その分銅の位置ｘ，ｙが変化したときの各ロードセルＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ３，ＬＣ４に対する負荷配分係数ｆｘｙ１，ｆｘｙ２，ｆｘｙ３，ｆｘｙ４および各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４の出力感度の変化にしたがって、各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４の出力値の合計がどのように変化するかを確認する。この際、載せ台１１上において複数の代表位置を予め定めておき、その代表位置と分銅の重心の位置とが一致するように分銅を移動させる。
【００６１】
本実施の形態では、図３に示すように９つの代表位置（Ｓ１１、Ｓ２１，Ｓ３１，Ｓ１２，Ｓ２２，Ｓ３２，Ｓ１３，Ｓ２３，Ｓ３３）を用いて説明する。これらの代表位置Ｓ１１〜Ｓ３３は次のようにして定められている。まず、代表位置Ｓ２２は前述した点Ｔの位置、すなわち座標で表せばｘ＝Ａ／２，ｙ＝Ｂ／２の位置とする。そして、Ｓ２２から±Ａ／４，±Ｂ／４だけそれぞれシフトさせた位置に他の８つの代表位置を設定する。なお、ここでは、代表位置の数を９としているが、この数に限定されるわけではないことは言うまでもない。
【００６２】
ここで、分銅の重心の位置が載せ台１１上の座標ｘ，ｙにあるとき、載せ台１１上の真の荷重Ｍに対する各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４の出力値の合計の比率、すなわちスパン係数Ｒｘｙが以下の式２１を満足するものと仮定する。
【００６３】
Ｒｘｙ＝（ｗ１＋ｗ２＋ｗ３＋ｗ４）／Ｍ … 式２１
そして、以上のスパン係数Ｒｘｙの変化に基づいて、分銅の重心の位置ｘ，ｙの変化によって各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４の合計出力値が基準値である既知の荷重Ｍに対してどのように変化するかを確認する。
【００６４】
具体的には、まず、図３に示す載せ台１１上の代表位置Ｓ１１〜Ｓ３３の近辺に重心が位置するように分銅を置き、その都度各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４の出力値ｗ１〜ｗ４を測定する。この場合、分銅の重心の位置ｘ’，ｙ’は、各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ３の出力値ｗ１〜ｗ３を用いて以下の式２２によって算出される。
【００６５】
ｘ’＝｛ｗ１／（ｗ１＋ｗ３）｝・Ａ
ｙ’＝｛ｗ１／（ｗ１＋ｗ２）｝・Ｂ … 式２２
載せ台１１上の代表位置Ｓ１１〜Ｓ３３に重心が位置するように重量Ｍの分銅が置かれた場合の各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４の出力値ｗ１〜ｗ４に基づいてｘ’，ｙ’，Ｒｘｙｎｍ（ｎ，ｍは１，２，３の何れかの値）を算出して、以下の表１を作成する。なお、ｘ’，ｙ’の値として、例えばＳ１３であればｘ１＝Ａ／４，ｙ３＝３／４・Ｂのように所定の値を入れてもよい。
【００６６】
【表１】
この表１に示したデータを用いて、任意の座標ｘ，ｙにおけるＲｘｙの値を後述するようにして推定する。
【００６８】
なお、載せ台１１上に前述したような代表位置を設定すること、またこれらの代表位置と分銅の重心とが正確に一致するように分銅を載せ台１１上に置くことは容易ではない。さらに、前述したようにして各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４の出力値に基づいて分銅の重心の位置ｘ’，ｙ’を求めた場合、その求めた位置ｘ’，ｙ’自体も各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４のスパン変化の影響を受けることになるため、実際の分銅の重心の位置を表しているわけではない。よって、表１に示されているデータには誤差が生じている。
【００６９】
ところで、一般に計量装置に要求される精度は０．０２％から０．０３％である。これに対して、ロードセルの形状にもよるが、前述した傾斜による誤差が比較的大きいロードセルを用いた場合には、被計量物の重心の載せ台上で想定される最大偏置量に対してスパンは０．１％程度変化する。したがって、このようなロードセルを用いる場合には被計量物の重心位置の変化に対するスパン補正が必要となる。しかし、前述したように表１に示されているデータには誤差が生じているため、そのデータに基づいて推定された被計量物の重心の位置にも誤差が発生する。ここで、その誤差が仮に最大のスパン変化量を与える最大偏置量の１％であったとしても、その誤差によるスパン変化量への影響は最大値の０．１％の１％程度であるため、十分な精度を確保することができる。そのため、計量装置の調整段階でスパン係数Ｒｘｙの推定式を定めるには、予め定めた載せ台上の代表位置の座標データを用いてもよく、各ロードセルの出力値から求められた値を用いてもよい。
【００７０】
前述したように、スパン係数Ｒｘｙはｘおよびｙの対の変化に応じて値が変化するため、計量装置１を一種の重回帰モデルと見て、以下の式２３を設定し、重回帰係数ａ，ｂ，ｃを求める。
【００７１】
Ｒｘｙ＝ａｘ＋ｂｙ＋ｃ … 式２３
荷重負荷配分係数を考慮すると、被計量物の重心と最も近い位置にあるロードセルの出力感度および該出力感度の変化がスパン係数Ｒｘｙに最も影響を与えることになる。そこで、スパン係数Ｒｘｙの推定の精度を高めるために、スパン係数Ｒｘｙの推定式を４つの領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４ごとに設定する。なお、スパン係数Ｒｘｙの推定の精度をより一層高めるために、４つではなく、より多くの領域ごとにスパン係数Ｒｘｙの推定式を設定するようにしてもよい。
【００７２】
［１］領域Ａ１（０＜ｘ＜Ａ／２，０＜ｙ＜Ｂ／２）における推定式
分銅の重心がＳ１１，Ｓ１２，Ｓ２１，Ｓ２２の各点に置かれた場合の表１中のデータを用いて以下の式２４を設定する。ここで、Ｒｘｙｎｍ（１）は領域Ａ１内のスパン係数Ｒｘｙｎｍを示している。
【００７３】
Ｒｘｙｎｍ（１）＝ａ１・ｘ＋ｂ１・ｙ＋ｃ１ … 式２４
以上の係数ａ１，ｂ１，ｃ１を重回帰式を求める手順にしたがって決定する。
【００７４】
［２］領域Ａ２（Ａ／２＜ｘ＜Ａ，０＜ｙ＜Ｂ／２）における推定式
分銅の重心がＳ２１，Ｓ３１，Ｓ２２，Ｓ３２の各点に置かれた場合の表１中のデータを用いて以下の式２５を設定する。ここで、Ｒｘｙｎｍ（２）は領域Ａ２内のスパン係数Ｒｘｙｎｍを示している。
【００７５】
Ｒｘｙｎｍ（２）＝ａ２・ｘ＋ｂ２・ｙ＋ｃ２ … 式２５
以上の係数ａ２，ｂ２，ｃ２を同様にして決定する。
【００７６】
［３］領域Ａ３（０＜ｘ＜Ａ／２，Ｂ／２＜ｙ＜Ｂ）における推定式
分銅の重心がＳ１２，Ｓ２２，Ｓ１３，Ｓ２３の各点に置かれた場合の表１中のデータを用いて以下の式２６を設定する。ここで、Ｒｘｙｎｍ（３）は領域Ａ３内のスパン係数Ｒｘｙｎｍを示している。
【００７７】
Ｒｘｙｎｍ（３）＝ａ３・ｘ＋ｂ３・ｙ＋ｃ３ … 式２６
以上の係数ａ３，ｂ３，ｃ３を同様にして決定する。
【００７８】
［４］領域Ａ４（Ａ／２＜ｘ＜Ａ，Ｂ／２＜ｙ＜Ｂ）における推定式
分銅の重心がＳ２２，Ｓ３２，Ｓ２３，Ｓ３３の各点に置かれた場合の表１中のデータを用いて以下の式２７を設定する。ここで、Ｒｘｙｎｍ（４）は領域Ａ４内のスパン係数Ｒｘｙｎｍを示している。
【００７９】
Ｒｘｙｎｍ（３）＝ａ３・ｘ＋ｂ３・ｙ＋ｃ３ … 式２７
以上の係数ａ４，ｂ４，ｃ４を同様にして決定する。
【００８０】
このように、ａ１〜ａ４、ｂ１〜ｂ４、およびｃ１〜ｃ４を求めることによって、領域Ａ１〜Ａ４におけるスパン係数Ｒｘｙの推定式を求めることができる。
【００８１】
なお、スパン係数Ｒｘｙの推定の精度を向上させるために、被計量物の重心の位置が載せ台１１上の中心点Ｓ２２から比較的離れていないようにして常時計量動作を行う場合には、Ｓ２２の周囲の８個の代表位置を図３で示すよりもＳ２２に接近した位置に設定すればよい。
【００８２】
また、ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４の傾斜は被計量物の形状によって異なることを考慮するとスパン係数Ｒｘｙｎｍの推定の精度をより高めることができる。例えば、被計量物がトラックである場合では、複数の車輪に荷重が分かれてかかることになるため、この状態に近いサンプルを用いて推定を行うことが望ましい。ところで、トラックは通常の乗用車などと比べて車輪幅が広いため、載せ台１１の中心から離れて重量測定を行うことが困難な場合が多い。そのため、トラックの重心の移動は載せ台１１の中心点Ｓ２２から比較的狭い範囲内になるものと考えられる。したがって、以下のようにして調整を行う。
【００８３】
まず、Ｓ２２以外の８個の代表位置を図３で示すよりもＳ２２に接近した位置に設定する。そして、代表的なトラックの４輪の設置位置を仮定して、重量Ｍの分銅をＭ／４ずつ４つに分けてそれぞれの重心が各代表位置と一致するように載せ台１１上に置き、各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４からの出力値を測定する。例えば、載せ台１１上の中心点Ｓ２２の座標がｘ２、ｙ２であるため、（ｘ２＋ａ，ｙ２＋ｂ）、（ｘ２＋ａ，ｙ２−ｂ）、（ｘ２−ａ，ｙ２＋ｂ）（ｘ２−ａ，ｙ２−ｂ）の４つの代表位置に重量Ｍ／４の分銅をそれぞれ置いて、トラックの重心がＳ２２にある場合のデータとして各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４の出力値の合計を測定する。ここで、ａ，ｂは図３に示すＡ／４，Ｂ／４よりも小さい値である。このようにして得られたデータは、スパン係数の推定式の作成に供せられることになる。
【００８４】
以上のように、被計量物の荷重負荷位置と重心の位置とを考慮した上で分銅を置くことによって、スパン係数Ｒｘｙの推定をより高い精度で求めることが可能になる。
【００８５】
また、本実施の形態の計量装置１が比較的小型である場合であって、分銅の載せ降ろしにあまり労力を要しないときは、載せ台１１上の領域をより細分化して、それらの領域ごとにスパン係数を予め設定するようにしてもよい。以下、この点について図４を参照しながら説明する。
【００８６】
図４は、本発明の実施の形態１に係る計量装置１における偏置誤差の補正の原理を説明するための説明図である。図４に示すようにロードセルＬＣ１〜ＬＣ４に囲まれた載せ台１１上の領域をＡ１１からＡ３８までの１６個に分ける。これらの領域をｘ，ｙを用いて表すと以下の表１のとおりとなる。
【００８７】
【表２】
ここで、各領域の中心座標、例えば領域Ａ１１の場合であればｘ＝Ａ／８，ｙ＝Ｂ／８の付近に重量Ｍの分銅の重心が位置するように分銅を置く。そして、各領域Ａ１１〜Ａ３８におけるスパン係数Ｓ１１〜Ｓ３８を以下の式２８にしたがってそれぞれ算出する。
【００８９】
（ｗ１＋ｗ２＋ｗ３＋ｗ４）・Ｓｎｍ＝Ｍ … 式２８
このようにして、載せ台１１上の各領域Ａ１１〜Ａ３８に係るスパン係数Ｓｎｍを容易に設定することができる。このようにして設定されたスパン係数Ｓｎｍはメモリ回路７に記憶させておく。なお、ここでは１６個の領域に分ける例について説明したが、より多くの領域に分けてもよいことは言うまでもない。
【００９０】
（２）被計量物の重量の測定
前述したようにして各領域に対応してスパン係数Ｒｘｙの推定式を設定した後に、本実施の形態の計量装置１は被計量物の重量の測定を実行する。この場合、まず載せ台１１上における被計量物の重心の位置を検出し、その位置に基づいて当該被計量物の重量の測定を行う。
【００９１】
計量装置１が備えるＣＰＵ４は、載せ台１１上に被計量物が置かれた場合、各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４の出力値が安定したときにその出力値に基づいて被計量物の重心の座標ｘ’，ｙ’を算出する。そして、その算出した座標ｘ’，ｙ’を示す信号をメモリ回路７に記憶させる。
【００９２】
次に、ＣＰＵ４は、メモリ回路７から座標ｘ’，ｙ’を読み出し、この値に基づいて被計量物の重心が図３に示す領域Ａ１〜Ａ４の何れの領域内に位置しているのかを判定する。ここで例えば被計量物の重心が領域Ａ１内に位置すると判定された場合、領域Ａ１において設定されたスパン係数Ｒｘｙの推定式をメモリ回路７から読み出し、この式のｘ，ｙにｘ’，ｙ’を代入してＲｘｙｎｍ（１）の値を求める。
【００９３】
そして、ＣＰＵ４は、求めたＲｘｙｎｍ（１）と各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４の出力値の合計である（ｗｎｍ１＋ｗｎｍ２＋ｗｎｍ３＋ｗｎｍ４）とを用いて以下の式２９にしたがって被計量物の重量を測定する。
（ｗｎｍ１＋ｗｎｍ２＋ｗｎｍ３＋ｗｎｍ４）／Ｒｘｙｎｍ（１） … 式２９
これにより、偏置誤差の補正された被計量物の重量を測定することが可能になる。
【００９４】
図４を参照して前述したように、複数の領域ごとに予めスパン係数を設定している場合も同様にして被計量物の重量を測定することができる。すなわち、例えば被計量物の重心が領域Ａ１１内に位置すると判定された場合であれば、領域Ａ１１において設定されたスパン係数Ｓ１１をメモリ回路７から読み出し、その読み出したスパン係数Ｓ１１と各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４の出力値の合計である（ｗｎｍ１＋ｗｎｍ２＋ｗｎｍ３＋ｗｎｍ４）とを用いて被計量物の重量を測定する。
【００９５】
本実施の形態では、各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４の出力値に基づいて被計量物の重心の位置を検出しているが、それ以外の手段によって被計量物の重心の位置を検出することも可能である。具体的には、載せ台１１上の被計量物を検出するためのフォトセンサ、または載せ台１１上を撮像するテレビカメラおよびそのテレビカメラにより得られた撮像画像を処理するための画像処理装置などによって、載せ台１１上における被計量物の外形位置を光学的に検出し、その外形位置と被計量物の性質とから被計量物の重心の座標ｘ’，ｙ’を求めるようにしてもよい。その一例について、以下に説明する。
【００９６】
図５は、本発明の計量装置の変形例の構成を示す平面図である。図５に示すように、ロードセルＬＣ２およびＬＣ３が位置する側の載せ台１１の端面に対応して台８が、ロードセルＬＣ１およびＬＣ２が位置する側の載せ台１１の端面に対応して台９がそれぞれ設けられている。これらの台８，９に上には所定の間隔で並べられた複数の投光、受光式フォトセンサ８ａ，９ａがそれぞれ設けられている。
【００９７】
これらのフォトセンサ８ａ，９ａにより検出された情報は、図２に示すＣＰＵ４へ入力される。ＣＰＵ４は、フォトセンサ８ａ，９ａから入力された情報に基づいて、被計量物の外形位置ＬＭＮＳを求める。ここで例えば被計量物がトラックである場合であれば、ＣＰＵ４はそのトラックのタイヤの位置を求めるようにすればよい。
【００９８】
また、例えば被計量物がトラックであってそのトラックの型式によって重心の位置がフォトセンサ８ａ，９ａにより検出された位置よりもｘ軸方向にａ，ｙ軸方向にｂだけ小さい位置にあることが予め分かっているような場合であれば、ＣＰＵ４はｘ’，ｙ’よりｘ＝ｘ’−ａ，ｙ＝ｙ’−ｂとして重心の座標Ｔ（ｘ，ｙ）を自動的に求めることが可能である。このように被計量物の性質が予め分かっている場合は、その性質に基づいて自動的に補正することによって高い精度で被計量物の重心の位置を求めることができる。
【００９９】
なお、このようにフォトセンサを用いたり、またはテレビカメラおよび画像処理装置を用いたりして被計量物の重心の位置を求める場合では、載せ台１１が１個の荷重センサで支持されている場合であっても当該重心の位置を求めることが可能である。
【０１００】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る計量装置は、予め定められた載せ台上の複数の位置と被計量物の重心の位置とに基づいて定められた重み係数を用いて、被計量物の重心の位置におけるスパン係数を算出するように構成されたものである。なお、本実施の形態の計量装置の構成は実施の形態１の場合と同様であるので説明を省略する。
【０１０１】
以下では図１および図２を参照しながら実施の形態２の計量装置の動作について説明する。
【０１０２】
図３に示す載せ台１１上の代表位置Ｓ１１〜Ｓ３３の近辺に重心が位置するように分銅を置き、その都度各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４の出力値ｗ１〜ｗ４を測定する。そして、各代表位置Ｓ１１〜Ｓ３３別に、載せ台１１上の真の荷重Ｍに対する各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４の出力値の合計の比率、すなわちスパン係数Ｒｘｙを前述した式２１にしたがって算出する。
【０１０３】
ここで代表位置Ｓ１１〜Ｓ３３のｘ，ｙの座標値は、前述したようにして予め載せ台１１を座標区分した値にしたがって、すなわち例えばＳ１１であればｘ＝Ａ／２，ｙ＝Ｂ／２としてもよい。しかし、本実施の形態では、より正確な値を用いるために、ロードセルＬＣ１〜ＬＣ３の出力値ｗ１〜ｗ３を用いて前述した式２２にしたがって代表位置Ｓ１１〜Ｓ３３のｘ，ｙの座標値（分銅の重心の座標値）を算出することにする。
【０１０４】
以上のようにして算出された座標値を各代表位置Ｓ１１〜Ｓ３３に対応させて（ｘ１１，ｙ１１）〜（ｘ３３，ｙ３３）と表記する。これらの座標値はスパン係数Ｒｘｙと共にメモリ回路７に記憶させる。
【０１０５】
以上のようにしスパン係数および分銅の重心の座標値を求めた後、本実施の形態の計量装置は、以下のようにして被計量物の重量の測定を行う。
【０１０６】
計量装置１が備えるＣＰＵ４は、載せ台１１上に被計量物が置かれた場合、各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４の出力値が安定したときにその出力値ｗ１〜ｗ３に基づいて被計量物の重心の座標ｘ，ｙを前述した式２２にしたがって算出する。そして、その算出した座標ｘ，ｙを示す信号をメモリ回路７に記憶させる。なお、以下では、このようにして算出した座標をｘ＝ｘｐ，ｙ＝ｙｐと表記する。
【０１０７】
次に、ＣＰＵ４は、メモリ回路７から（ｘｐ，ｙｐ）および（ｘ１１，ｙ１１）〜（ｘ３３，ｙ３３）の値を読み出し、（ｘｐ，ｙｐ）と各（ｘ１１，ｙ１１）〜（ｘ３３，ｙ３３）との距離を算出する。なお、以下では、このようにして算出した距離をｑ１１〜ｑ３３と表記する。例えば、（ｘｐ，ｙｐ）と（ｘ１１，ｙ１１）との距離ｑ１１は以下の式３０にしたがって算出される。
【０１０８】
ｑ１１＝｛（ｘｐ−ｘ１１）２＋（ｙｐ−ｙ１１））２｝１／２ … 式３０
以上のようにしてｑ１１〜ｑ３３を演算した後、ＣＰＵ４は、被計量物の重心位置Ｓｐｐ（ｘｐ，ｙｐ）からの距離が最も小さいものから順に３個の値をメモリ回路７から読み出す。具体的には、例えばｑ３３が最小であって、ｑ３２が２番目に、ｑ２２が３番目に小さい場合、これらのｑ３３，ｑ３２，ｑ２２の値をメモリ回路７から読み出す。以下、これらのｑ３３，ｑ３２，ｑ２２の値を例として説明する。
【０１０９】
図９は、本発明の実施の形態２における偏置誤差の補正の原理を説明するための説明図である。ｑ３３，ｑ３２，ｑ２２および被計量物の重心の位置Ｓｐｐを座標上で表すと図９のようになる。ここで、被計量物の重心の位置Ｓｐｐにおける計量装置のスパンは、その重心の位置Ｓｐｐの近隣の３つの代表位置におけるスパンの影響を距離の大きさに反比例して受ける。そこで、ＳｐｐとＳ２２，Ｓ３２，Ｓ３３との距離の比率はｑ２２：ｑ３２：ｑ３３であることに基づいて、被計量物の重心の位置Ｓｐｐにおける計量装置のスパンに対するスパン影響度の比率を以下の式３１〜３３にしたがって算出する。
【０１１０】
ｒ２２＝（ｑ２２＋ｑ３２＋ｑ３３）／ｑ２２ … 式３１
ｒ２３＝（ｑ２２＋ｑ３２＋ｑ３３）／ｑ３２ … 式３２
ｒ３３＝（ｑ２２＋ｑ３２＋ｑ３３）／ｑ３３ … 式３３
これらの式３１〜３３において分母は距離の大きさであるから、距離が大きければ大きいほどスパン影響度は小さく、距離が小さければ小さいほどスパン影響度は大きくなる。
【０１１１】
被計量物の重心の位置Ｓｐｐにおける計量装置のスパンはＳ２２，Ｓ３２，Ｓ３３におけるスパンの影響を受けるが、それぞれスパン影響度の重みに応じた影響を受けるものと考えられる。そこで、ＣＰＵ４は、被計量物の重心の位置Ｓｐｐにおける計量装置のスパン係数Ｒｐｐを以下の式３４にしたがって算出する。
【０１１２】
Ｒｐｐ＝（Ｒ２２・ｒ２２＋Ｒ３２・ｒ３２＋Ｒ３３・ｒ３３）／（ｒ２２＋ｒ３２＋ｒ３３） … 式３４
そして、ＣＰＵ４は、各ロードセルＬＣ１〜ＬＣ４の出力値ｗ１〜ｗ４の合計をスパン係数Ｒｐｐで除することにより被計量物の重量を算出する。
【０１１３】
なお、本実施の形態では、被計量物の重心位置Ｓｐｐの近隣の３点の代表位置におけるスパンから当該重心位置Ｓｐｐに係るスパン係数を算出しているが、２点または４点以上の代表位置におけるスパンから同様にしてスパン係数を算出するようにしてもよい。
【０１１４】
以上のように、本発明の計量装置は、偏置誤差を補正することができるため、従来の計量装置と比べて被計量物の重量をより正確に測定することができる。
【０１１５】
なお、ロードセルのスパン変化が該ロードセルの傾斜以外の理由に基づく場合であっても、載せ台を支持するロードセルなどの荷重センサの個数が任意の場合であっても、特定の領域内を被計量物の重心が移動したときに計量装置の測定値のスパン係数が載せ台上に設定された座標ｘ，ｙの変化に応じて近似的にａｘ＋ｂｙ＋ｃ（ａ，ｂ，ｃは一定数）に沿って変化する現象が生じるのであれば、前記領域内の任意の座標におけるスパン係数を推定することができる。スパン係数の推定の精度を高めるために、スパン係数が非線形に変化する傾向が強い場合にはそれに応じて測定対象の領域を狭くすればよく、反対に前記式に沿って線形に変化する場合であれば測定対象の領域を広くすればよい。
【０１１６】
また、本発明の計量装置は、載せ台上の被計量物の位置を検出し、被計量物がその位置にある場合のスパン係数を推定することによって重量の測定値を補正している。そのため、被計量物の重心の位置が不明である場合であっても、載せ台上の被計量物の位置を検出することができれば、その被計量物と同質のものを用いて前述したようにして求められたスパン係数の推定式を用いることにより重量の測定を行うことができる。
【０１１７】
さらに、本発明の計量装置は、稼働中に被計量物の重心位置を求め、調整時に予め求めておいた前記重心位置の近傍の複数の位置における計量値の誤差の値に基づいて、測定対象である被計量物の重心位置における計量値に発生するであろう誤差を推定している。そのため複数のロードセルの傾斜角に対する感度変化がいかなる大きさ、増減方向であっても、また載せ台の撓みが一様且つ対称的でなくても、偏置誤差の補正を正しく行うことができる。
【０１１８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の計量装置によれば、簡易な構成で、載せ台上の被計量物の位置によって各ロードセルのスパンが異なることに起因する偏置誤差を補正することができるため、高い精度で被計量物の重量を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る計量装置の構成を示す平面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る計量装置が備える重量測定装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る計量装置における偏置誤差の補正の原理を説明するための説明図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る計量装置における偏置誤差の補正の原理を説明するための説明図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る計量装置の変形例の構成を示す平面図である。
【図６】従来の計量装置の構成を示す平面図である。
【図７】従来の計量装置が備える重量測定装置の構成を示すブロック図である。
【図８】載せ台を支持しているロードセルの構成を示す側面図であって、（ａ）は載せ台上に被計量物が置かれていない状態を示す図、（ｂ）は載せ台上に被計量物が置かれている状態を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る計量装置における偏置誤差の補正の原理を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１ 計量装置
２ 重量測定装置
３ 入出力回路
４ ＣＰＵ
５ 入力器
６ 表示器
７ メモリ回路
８ａ フォトセンサ
９ａ フォトセンサ
Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４ 演算増幅器
ＡＤ１，ＡＤ２，ＡＤ３，ＡＤ４ Ａ／Ｄ変換器
ＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ３，ＬＣ４ ロードセル
Claims (8)
- 被計量物を載置するための載せ台と、該載せ台を支持すると共に前記載せ台上に載せられた被計量物の重量を検出し、検出した重量に応じた出力信号を生成する荷重センサとを備え、前記荷重センサの出力信号に基づいて前記被計量物の重量を測定する計量装置において、
前記載せ台上の前記被計量物の位置を検出する位置検出手段と、
該位置検出手段によって検出された前記被計量物の位置に係るスパン係数および前記荷重センサの出力信号に基づいて前記被計量物の重量を測定する重量測定手段と
を備えることを特徴とする計量装置。 - 前記被計量物の位置に係るスパン係数は、前記載せ台上の領域に応じて予め定められたスパン係数の推定式により推定される値である請求項１に記載の計量装置。
- 前記スパン係数の推定式は、目的変量がスパン係数であり、説明変量が前記載せ台上の前記被計量物の位置を示す座標値である重回帰式で表される請求項２に記載の計量装置。
- 前記被計量物の位置に係るスパン係数は、前記載せ台上の領域に応じて予め定められている請求項１に記載の計量装置。
- 前記載せ台上の複数の位置のそれぞれに係るスパン係数が予め定められており、
前記被計量物の位置に係るスパン係数は、前記被計量物の位置と前記複数の位置との距離に応じて求められた重み係数および前記複数の位置のそれぞれに係るスパン係数に基づいて定められる請求項１に記載の計量装置。 - 複数の前記荷重センサを備えており、
前記位置検出手段は、複数の前記荷重センサからの出力値にしたがって前記載せ台上の前記被計量物の位置を検出するように構成されている請求項１乃至請求項５の何れかに記載の計量装置。 - 前記位置検出手段は、前記載せ台上の被計量物を光学的に検出する検出部を備え、該検出部の検出結果にしたがって前記載せ台上の前記被計量物の位置を検出するように構成されている請求項１乃至請求項５の何れかに記載の計量装置。
- 前記荷重センサはロードセルである請求項１乃至請求項７の何れかに記載の計量装置。
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