JP2005345278A - 計量装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 短時間で高精度に物品を計量する。
【解決手段】 ロードセル２は、物品が上部から載荷されたとき、無荷重位置よりも下方であって前記物品の静止重量に対応する静止荷重位置の上下方向に振動しながら、前記静止荷重位置で振動が収束する特性を持っている。物品がロードセル２に載荷されているとき、ストッパ１８が前記無荷重位置よりも僅かに下方の位置でロードセル２に接触し、物品の供給終了後に、ロードセル２の振動速度よりも遅い速度で静止荷重位置までロードセル２を変位させ、その後にロードセル２と非接触状態になる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、計量装置に関し、特に、載荷された物品を短時間で高精度に測定するものに関する。

物品を計量装置の荷重載荷部に置く場合、物品の静止荷重以外に、衝撃荷重を伴う。これら荷重は、荷重載荷部の中心に、荷重載荷部に垂直に作用するとは限らず、斜め方向に作用したり、中心から外れて作用したりすることがある。そのため、荷重載荷部や荷重センサに捩り振動を与える。このように物品が荷重載荷部に載荷されたときの負荷の状態によって、衝撃荷重による固有振動ノイズ以外に、捩り振動によって振幅の大きい不規則な遅い周期の振動ノイズを生じることがある。

固有振動ノイズを速い時間に大きく減衰させるために、固有振動にノッチを合わせた移動平均を用いたデジタルフィルタを使用することが行われている。しかし、捩り振動の周期は、固有振動周期に比較して長く不規則で、かつ振幅も大きいので、固有振動にノッチを合わせた上記デジタル平均値フィルタを用いても、捩り振動に対して大きな減衰効果は得られない。

計量装置において発生する異なる周期を持つ複数の振動を減衰させる技術が、例えば特許文献１に開示されている。この技術では、多重移動平均を使用し、各振動にノッチを合わせた移動平均フィルタを使用している。しかし、捩り振動の周期は、物品の載荷状態によって変化するので、予め設定したノッチに捩り振動の周期が一致するとは限らず、確実に捩り振動を除去することができない。

特公平６−２１８１４号公報

本発明は、荷重載荷部に物品が加除されたときに発生する大きい振幅の振動や不規則な振動を計量信号の過渡応答にできるだけ影響を与えないで、物品の加除タイミングから短い時間で高精度に物品の荷重を測定する計量装置を提供することを目的とする。

まず、本発明の原理について説明する。計量装置において、入力荷重信号をＦ（Ｓ）、主力信号変位をＨ（Ｓ）とすると、伝達関数Ｇ（Ｓ）は、
Ｇ（Ｓ）＝Ｈ（Ｓ）／Ｆ（Ｓ）＝ωｎ^２／（ｓ^２＋２ζωｎｓ＋ωｎ^２）
で表される。ωｎは計量装置の固有振動数、ζはダンピング係数である。

計量装置に負荷荷重Ｗｓによってステップ信号が与えられると、計量装置の初期荷重と負荷荷重Ｗｓとによる質量と計量装置のばね定数とによって決まる固有振動数ωｎと、計量装置の持つダンピング係数ζとによって計量装置の出力信号は図１に示すような過渡応答を示す。図１では、時間領域で入出力信号を表しており、入力信号ｆ（ｔ）＝１に対する出力信号ｈ（ｔ）を表している。図１ではステップ入力信号の載荷後１８０ｍ秒経過しても、可動振動の振幅が大きく残っている。

図２は最初はランプ状に変化し、５０ｍ秒後に一定値に到達する入力信号ｆ（ｔ）を与えた場合の出力信号ｈ（ｔ）を示したもので、図２と図１の比較から明らかなようにランプ信号を与えた方が過渡振動の収束は遙かに速い。

このように計量装置への荷重載荷をランプ状に行えば、振動を速く収束することができるが、物品が計量装置に短時間で投入されるような計量装置では、ランプ状に荷重載荷が困難であり、過渡振動の収束を速くすることができない。

本発明の計量装置は、物品が投入されるタイミングに合わせて下降動作を制御することができる変位制御手段を設けてある。この変位制御手段は、計量装置の変位を任意の速度で制御できるものである。例えば、物品の荷重が載荷されつつある期間、変位制御手段を計量装置に接触させた状態で変位制御手段を一旦静止させ、その後に下降変位させる。或いは、物品の荷重が載荷されつつある期間、連続的に変位制御手段を下降変位させる。これら下降変位は、変位制御手段が無い場合の計量装置の変位速度よりも遅い速度で与えられる。これによって衝撃荷重が計量装置に直接的に伝達されることを防止しつつ、ランプ状に荷重が載荷されたように計量装置に変位を与える。これによって、変位制御手段が計量装置から離脱したとき、計量装置に生じる過渡振動を小さくしている。

計量装置に変位制御手段を設けた技術としては、例えば実開平５−７９４４３号公報に開示されているものがある。この技術は、ロードセルの計測荷重側と荷重受け部との間に設定荷重まで縮み変形するスプリングユニットを設け、このスプリングユニットの構成部材として荷重受け部を一定距離以上に下降させないストッパを設けたものである。この技術では、設定荷重以下では計測を可能とし、定格荷重を超える過負荷に対してストッパによって過負荷防止を可能としたものである。しかし、これらは過負荷の際にストッパが作用するものであって、計量装置の容量以下の荷重が計量装置に載荷されている際に振動の振幅を減少させるために機能するものではない。即ち、変位制御手段を使用している点で共通点はあるが、その変位制御手段が果たす機能が全く異なっている。

即ち、本発明による計量装置は、荷重センサと変位制御手段とを備えている。この荷重センサは、物品が上部から載荷されたとき、無荷重位置よりも下方であって前記物品の静止重量に対応する静止荷重位置の上下方向に振動しながら、前記静止荷重位置で振動が収束する特性を持っている。変位制御手段は、前記物品が前記荷重センサに載荷されたとき、前記荷重センサに接触して、前記荷重センサの振動速度よりも遅い速度で前記荷重センサを変位させた後、前記荷重センサと非接触状態となる。前記荷重センサへの接触は、前記無荷重位置よりも上方の位置でも、前記無荷重位置よりも下方の位置でも、どちらで行なってもよい。

このように構成された計量装置では、荷重センサに被計量物が載荷されたときに、固有振動や捩り振動が生じても、それらよりも遅い速度で荷重センサを変位させるので、荷重センサにいわばランプ状に荷重を印加していることになる。従って、荷重センサに生じる振動が小さく、速やかに収束するので、短時間で高精度に計量を行うことができる。

前記変位制御手段は、前記荷重センサに接触可能な接触体と、予め定めた重量の物品が前記荷重センサに載荷されたときの前記荷重センサの振動速度よりも遅い速度で前記接触体を前記荷重センサに接触した状態で下方に駆動する駆動体とを、具備するものとできる。この場合、前記荷重センサと前記接触体とが非接触状態となったとき、前記駆動体による前記接触体の下降を停止させる非接触検出手段が設けられている。例えば計量装置に載荷される物品の重量は変動することがある。この場合、最も重い物品が載荷された場合の変位速度よりも遅い速度で接触体を下方に駆動させるが、軽い物品が載荷された場合、上記速度で接触体を下方に駆動した場合、既に振動がほぼ収束し、接触体と荷重センサが非接触状態になっていることがある。この場合にも、接触体の降下を継続していると計測に要する時間が長くなる。そこで、両者が非接触状態になったときには、接触体の降下を停止させて、荷重センサの信号を処理して、計量に要する時間を短縮する。

或いは、前記変位制御手段は、前記荷重センサに接触可能な接触体と、前記接触体を前記荷重センサに接触した状態で下方に駆動する駆動体とを、具備するものとできる。この場合、前記接触体は、前記物品の前記荷重センサへの載荷が継続されている間、前記荷重センサに接触して前記荷重センサの下方へ速い速度で大きく変位することを阻止する。物品が荷重センサに載荷されている間、荷重センサには衝撃荷重がかかり、大きな振動が生じる。そこで、この振動が生じないように、荷重センサに接触体が接触し、速やかに安定した計量信号が得られるようにしてある。

本発明の他の態様は、上述したような荷重センサと、前記物品の前記荷重センサへの載荷が継続されている間、前記荷重センサに接触して、前記物品の載荷の終了後に前記荷重センサと非接触状態となる変位制御手段とを、具備している。この接触は、無荷重位置以下、以上いずれの位置で行なってもよい。このように構成すると、物品が荷重センサに載荷されている間に荷重センサに衝撃荷重が加わっても、荷重センサが振動することを防止しているので、接触体が非接触状態となったときの荷重センサの計量信号には大きな振動は生じず、速やかに安定した計量信号が得られる。

上記の本発明の態様は、荷重センサに物品が載荷される場合のものである。一方、荷重センサから物品が除去されるとき、衝撃荷重によって計量信号が変動することがある。また、物品が除去された後、零点調整を行うことがある。この場合、計量装置の計量信号は速やかに安定することが望ましい。そこで、本発明の他の態様では、載荷されている物品が除去されたときにも計量信号を速やかに安定させるために、無荷重位置の上下方向に振動し、その振動が前記無荷重位置で収束する特性を持つ荷重センサと、前記荷重センサから前記物品の除去が開始されたとき、前記無荷重位置よりも上側の位置で前記荷重センサに接触して、前記荷重センサの変位を阻止し、前記物品の除去の終了後に前記荷重センサと非接触状態となる変位制御手段とが設けられている。この構成では、物品が荷重センサから除去されている期間、変位制御手段が荷重センサを静止させて、衝撃荷重の発生を抑制している。

さらに、前記変位制御手段は、前記被計量物の除去終了後に前記荷重センサの変位速度よりも遅い速度で、前記荷重センサを前記無荷重位置まで変位させた後、前記非接触状態となるようにすることもできる。このように構成すると、無荷重位置まで変位する間にも、振動が生じず、速やかに計量信号を安定させることができる。

以上のように、本発明によれば、荷重センサに物品が加除されたときに発生する大きい振幅の振動や不規則な振動を速やかに減衰させ、物品の加除タイミングから短い時間で高精度に物品の荷重や零点を測定することができる。

本発明の一実施形態の計量装置は、図３に示すように、荷重センサ、例えばロードセル２を有している。このロードセル２は、ロバーバル構造の起歪体に荷重検出手段、例えばストレインゲージを設けたものである。このロードセル２の起歪体の一端部は、基盤４に固定され、他端部には荷重受け部、例えばホッパ６が取り付けられている。このロードセル２は、起歪体に荷重が印加されていない状態では、両端部が同一水平位置に位置するが、図３に示すように荷重を受けると他端部が下方に垂直に変位する。ホッパ６には、その上部から図示しない供給装置によって物品が供給される。この物品が所定量供給ホッパ６に供給されたとき、供給ホッパ６の下部に設けた排出ゲート８が開かれ、物品がホッパ６から排出される。

ロードセル２の計量信号は、コントローラ１０の計測制御回路１２に供給され、これに付属する表示装置（図示せず）に表示される。計測制御回路１２に供給された計量信号は、動作制御回路１４に供給される。動作制御回路１４は、排出ゲート８の開閉制御、供給装置の制御を行う。またコントローラ１０には、変位制御手段の駆動体を制御する変位位置制御回路１６も備えている。

変位制御手段は、接触体、例えばストッパ１８と、駆動体、例えばモータ２０とを備えている。モータ２０の回転軸には、変位位置信号発生装置２２が取り付けられている。この変位位置信号発生装置２２には、例えばポテンシオメータまたはデジタルエンコーダを使用することができる。これによってモータの回転を検出し、間接的にストッパ１８の変位位置を検出する。

変位位置信号発生装置２２からの変位位置信号Uは、モータ制御手段、例えばサーボアンプ２４に供給される。サーボアンプ２４には、変位位置制御回路１６からの出力信号Ｖも供給され、Ｖ−Ｕ＝０になるまでサーボアンプ２４がモータ２０を回転させる。例えば変位位置信号ＵがＵ０であり、変位位置制御回路１６の出力信号ＶもＵ０であるときには、モータ２０はそのときの位置を維持し、ストッパ１８もそのときの位置を維持する。ＶをＵ０からＵｆに変更すると、変位位置信号ＵがＵｆとなるまでモータ２０が回転し、ストッパ１８もＵｆに対応する位置まで変位する。また、ＶをＵ０からＵｆに変化させる速度を制御すれば、ストッパ１８を変位させる速度も制御することができる。

ストッパ１８は、図４に示すように、例えば偏心カムに構成されている。このストッパ１８は、ロードセル２の他端部下方に設定された中心Ｏの回りに回転自在に配置されている。中心Ｏからストッパ１８の周縁部までの距離は一定ではなく、周縁部の所定の点Ｐ１及び点Ｐ１から反時計方向にとった点Ｐ０、Ｐｆ、Ｐ２、Ｐ３と中心Ｏとの距離を、Ｐ１Ｏ＝ｒ１、Ｐ０Ｏ＝ｒ０、ＰｆＯ＝ｒｆ、Ｐ２Ｏ＝ｒ２、Ｐ３Ｏ＝ｒ３とすると、ｒ１＞ｒ０＞ｒｆ＞Ｒ２＞ｒ３と順に小さく選択されている。即ち、点Ｐ０を基準位置とすると、この基準位置から反時計方向に向かうに従って中心Ｏから周縁部までの距離は短くなり、基準位置から時計方向に向かうに従って中心Ｏから周縁部までの距離は長くなる。

ロードセル２の起歪体の他端部下部には、半径が一定の回転ローラ２６が起歪体２の上下方向の変位と同じ量だけ同じ方向に変位するように取り付けられている。回転ローラ２６の中心とストッパ１８の回転中心Ｏとは、直線Ｌ上に位置している。

計量ホッパ６に物品が供給されると、その物品の重量に応じてロードセル２の起歪体は、その無荷重状態のときの位置から、直線Ｌに沿って下降して、重量に対応する位置で静止する。例えば、ロードセル２が無負荷のとき回転ローラ２６の下端は、無荷重位置Ｓ０’に位置する。ロードセル２にロードセル２の容量の例えば５パーセントの荷重が負荷された場合には、回転２６の下端はＳ０に位置する。ロードセル２に所定重量Ｗｓの荷重が載荷された場合に、回転ローラ２６の下端はＳｆに位置する。ロードセル２に所定重量Ｗｓよりも少し大きい荷重が負荷された場合に、回転ローラ２６の下端はＳｆ’に位置する。ロードセル２が無負荷の場合の位置よりも予め定めた量、例えば１０パーセント押し上げられた場合には、回転ローラ２６はＳ１に位置する。但し、これらＳ１、Ｓ０、Ｓｆとストッパ１８の回転中心Ｏとの距離、Ｓ１Ｏ、Ｓ０Ｏ、ＳｆＯは、それぞれＰ１Ｏ、Ｐ０Ｏ、ＰｆＯに等しく設定されている。

回転ローラ２６の円周の最下端部にストッパ１８の最上端部が接触することによってロードセル２は支持され、ストッパ１８を回転中心Ｏの回りにモータ２０によって回転させることによって、ロードセル２の変位を制御することができる。

上述したように無荷重状態では、ローラ２６の下端は無荷重位置Ｓ０’の位置にある。このとき、ストッパ１８のＰｏ点が直線Ｌ上に位置するようにストッパ１８は調整されている。但し、Ｐｏ点が直線Ｌ上に位置する状態で、ロードセル２の零点計測を可能とするため、Ｐｏ点とＳｏ’点との間にｄ０の距離が設定され、Ｐｏ点はＳ０の位置にある。

所定重量Ｗｓの物品が計量ホッパ６に収容されているとき、ローラ２６の下端はほぼＳｆの位置にある。このとき、Ｐｆ点がローラ２６の下端に接触するようにストッパ１８が回転させられる。なお、ロードセル２の起歪体は容量負荷で例えば２００μｍ下方に変位するとする。所定重量Ｗｓが容量負荷の２０パーセントとすると、所定重量Ｗｓの載荷時に４０μｍ下方に変位する。またｄ０は１０μｍであり、ｒｆとｒ０との差は３０μｍである。

次に、図５を参照しながら、この計量装置の動作を説明する。なお、当初、ストッパ１８のＰｏ点が直線Ｌ上に位置し、ロードセル２は無荷重でローラ２６は、Ｓｏ’の位置に位置すると仮定する。計測制御回路１２に計測開始の指示が与えられると、これに応動して動作制御回路１４から供給装置に供給信号が供給され、時刻ｔ１にホッパ６への物品の供給が開始される。

物品が供給装置からホッパ６に到達するまでに落差があるので、ロードセル２は時刻ｔ１には荷重を感知しないが、時刻ｔ２にロードセル２が荷重を感知する。このとき、物品の供給に基づく衝撃荷重によってロードセル２の起歪体が急速に下降変位を開始する。これに伴いロードセル２の荷重信号ｗａが急速に立ち上がる。時刻ｔ３にロードセル２の起歪体がＳ０の位置まで降下して、ストッパ１８のＰｏ点に接触し、ロードセル２の起歪体はそれ以上、下降変位しない。

このとき、ロードセル２の起歪体には、被計量物の静止荷重と被計量物のホッパ６への落下による衝撃荷重とが加わっている。もし、ストッパ１８が存在しなければ、ロードセル２の荷重信号はｗａ’で示すように激しく変化する。しかし、ロードセル２の起歪体はストッパ１８によって下降変位が阻止されているので、荷重信号ｗａはｗ１で停止する。

物品がホッパ６に収容される実際の量がｗｆのように変化し、所定重量Ｗｓに時刻ｔ５で到達したものとする。投入完了までの間に、連続的に物品が衝撃荷重を伴ってホッパ６に供給され続けるので、ロードセル２の起歪体にはｗｆよりも大きな荷重が実際にはかかる。ストッパ１８が無ければ、ロードセル２の荷重信号はｗａ’のように大きな振幅の振動が発生し、その振動は、供給完了後の時刻ｔ５経過後も継続する。従って、時刻ｔ５に荷重信号のサンプリングを行うと、振動している荷重信号をサンプリングすることになり、高精度の計量を行えない。或いは、高精度の計量を行おうとする、振動が収束するのを待つ必要があり、高速の計量が行えない。

これに対し、この計量装置では、時刻ｔ５よりも若干手前の時刻ｔ４（時刻ｔ１から予め定めた時間Ｔ１だけ経過した時刻、時刻ｔ１に作動させたタイマによって時間Ｔ１の経過を測定することによって設定）以降、ストッパ１８を時計方向に回転させて、ロードセル２の起歪体がフリー状態で応答するよりも充分に遅い速度で、ロードセル２を下降させる。即ち、ローラ２６の下端が直線Ｌ上でストッパ１８の周縁部上の点によって支持されながら緩やかに降下する。その結果、荷重信号には振動は殆ど生じない。なお、時刻ｔ４は、供給装置からの物品の供給が終了したと予測される時刻である。

物品の重量は、ローラ２６の下端部がストッパ１８の周縁部と非接触状態にならなければ測定することができない。ロードセル２の起歪体が緩やかに降下する場合には、ロードセル２は殆ど運動エネルギーを持たないので、所定量Ｗｓの物品がホッパ６に収容されている場合、ストッパ１８のＰｆ点が直線Ｌ上に到達したとき、ローラ２６とストッパ１８とは非接触状態になる。

時刻ｔ１からｔ５までが例えば２００ｍ秒とすると、時間Ｔ１は例えば１７５ｍ秒に設定される。時刻ｔ４から変位位置制御回路１６の出力信号Ｖの値を増加させて、ストッパ１８の回転を開始させる。

変位位置制御回路１６は、時刻ｔ４以降に、所定の変化率Ｋ１で増加する出力信号Ｖを発生し、この信号Ｖをサーボアンプ２４に与えて、モータ２０を回転させる。例えば回転速度として時刻ｔ４から約５０ｍ秒経過した時刻ｔ６にストッパ１８のＰｆ点が直線Ｌ上に到達するように変化率Ｋ１が設定されている。

時刻ｔ４から時刻ｔ６までの間（５０ｍ秒）におけるロードセル２の起歪体の下降変位量は、３０μｍ（＝ｒｆ−ｒ０）である。従って、下降変位速度Ｖは０．６μｍ／ｍ秒である。ロードセル２の起歪体の固有振動数がｆ＝２０Ｈｚ（ωｎ＝２πｆ＝１２５．６ｒａｄ／秒）で、ダンピング係数ζが０．１とすると、物品の静止荷重のみがロードセル２の起歪体に載荷されるとしても、物品の静止荷重によるステップ入力荷重ｆ（ｔ）＝１に対し、出力変位が静止荷重による静的変位１に至るまでの過渡応答信号ｈ（ｔ）の立ち上がり傾斜は、図１を参照すると、３０μｍ／１３ｍ秒＝２．４μｍ／ｍ秒であって、ストッパ１８の下降変位速度Ｖの方が充分に遅い。実際には、衝撃荷重が加わるので、ストッパ１８を設けていない場合のロードセル２の起歪体の下降速度は２．４μｍ／ｍ秒よりも更に速く、これよりもストッパ１８の下降変位速度Ｖの方が充分に遅い。そのため、ロードセル２の起歪体にはランプ状に荷重が印加され、時刻ｔ６には荷重信号に殆ど振動が生じていない。

ストッパ１８が回転して行く間に、物品の供給が途切れ、ロードセル２の起歪体の下降速度が、ストッパ１８の下降速度よりも遅くなる時刻ｔ６付近で、ローラ２６の下端からストッパ１８が離れ、ロードセルの起歪体は非接触状態となる。この時点で、ロードセル２の起歪体には振動が発生するが、下降速度が遅いので、振動の振幅は小さく、短時間で収束する。

もし物品が所定重量Ｗｓにほぼ等しい量だけホッパ６に収容されたなら、ストッパ１８のＰｆ点が直線Ｌ上に到達したときに、ストッパ１８とロードセル２の起歪体とが非接触状態となる。しかし、被計量物が常に所定重量Ｗｓだけ供給されるとは限らない。従って、ホッパ６への供給量が所定重量Ｗｓよりも小さい場合には、Ｐｆ点が直線Ｌ上に到達するまえに、所定重量Ｗｓよりも大きい場合にはＰｆ点が直線Ｌ上を通過した後に、非接触状態となる。ストッパ１８が非接触状態となるとストッパ１８の回転を中止させることが、計測時間を短縮する上から望ましい。

そこで、この計量装置では、非接触状態を検出し、ストッパ１８を停止させるように構成してある。そのため、非接触状態の検出を次のように行っている。ストッパ１８が回転している間、変位位置制御回路１６が荷重信号ｗａを測定する。ストッパ１８の周縁部がローラ２６と非接触状態となると、荷重信号ｗａには振動が現れ、振幅がオーバーシュートして飽和するタイミングがある。このタイミングを、荷重信号の変化率を変位位置制御回路１６において測定することによって求め、非接触状態の検出タイミングとしている。即ち、ストッパ１８が回転を開始した時刻ｔ４以降に、所定時間の経過ごとに、荷重信号ｗａを読み込み、前回に読み込んだ荷重信号と今回読み込んだ荷重信号との差が所定値、例えば０以下となったとき、非接触状態と判定している。

変位位置制御回路１６は、非接触状態を検出すると、直ちに或いは所定の時間、例えば１０ｍ秒の経過後に出力信号Ｖの増加を停止する。これによって、ストッパ１８は、そのときの位置に停止する。このタイミングを時刻ｔ７とする。なお、図５では、非接触の検出後、所定時間の経過後を時刻ｔ７としている。このとき、直線Ｌ上には例えばストッパ１８のＰ２点が位置する。

時刻ｔ７になると、変位位置制御回路１６に設けられた安定待ちのタイマがカウントを開始し、このタイマが予め定めた安定待ち時間Ｔ２をカウントした時刻ｔ８に、荷重信号のサンプリングが計測制御回路１２において開始される。この時刻ｔ８から計測制御回路１２の計量時間計時用のタイマがカウントを開始し、計量時間Ｔ３が経過した時刻ｔ９まで、荷重信号のサンプリングが行われる。計量時間Ｔ３中にサンプリングされた各サンプリング荷重信号から物品の計量値が計測制御回路１２において求められる。

ストッパ１８の下降速度を遅くすればするほど、ストッパ１８がロードセル２の起歪体と非接触状態になったときに、荷重信号に発生する振動は小さくなる。しかし、ストッパ１８の下降速度を余り遅くすると、測定可能となるタイミングが遅れ、高速な計量が行えなくなる。そこで、この計量装置では、ロードセル２の起歪体にストッパ１８が接触していない状態で、起歪体に生じる下降速度よりも遅い速度でストッパ１８を回転させて、高速計量を図りつつ、振動を押さえている。

なお、ストッパ１８の下降速度は常に一定ではなく、ホッパ６に供給される物品の重量が大きい場合には、そのときのロードセル２の起歪体の下降速度に応じて速くされ、ホッパ６に供給される物品の重量が小さい場合には、そのときのロードセル２の起歪体の下降速度に応じて遅くされる。

上記の説明は、物品の計量の場合についてのものである。計量された物品は、ゲート８を開いて排出される。その後、再び物品の計量を行うこともあるが、零点調整を行うこともある。荷重信号が速やかに収束することが高精度にかつ短時間で零点調整する上で望ましい。

そこで、時刻ｔ９において計量時間が終了すると、直ちに変位位置制御回路１６の出力信号Ｖを減少させ、ストッパ１８を例えばＰ１点が直線Ｌ上に位置するまで（ローラ２６の下端がＳ１点に位置するまで）反時計方向に回転させ、Ｐ１点にストッパ１８を停止させる。同時に、動作制御回路１６によってゲート８の開放を開始する。なお、動作制御回路１６は、物品の排出に要すると予測された時間Ｔ４の計時を時刻ｔ９に開始し、その時間が経過したときにゲート８を閉じる。後述する時刻ｔ１１にゲート８が閉じられるように、時間Ｔ４は設定されている。もし、ストッパ１８によってロードセル２の起歪体をＳ１位置まで持ち上げていなければ、ロードセル２の起歪体は、物品の排出によってｗｆ”で示すように大きな振幅で不規則周期で振動を繰り返し、振動が収束するまでに多くの時間が必要となり、零点調整に時間がかかる。しかし、ストッパ１８によってロードセル２の起歪体をＳ１位置まで持ち上げているので、物品の排出によってもロードセル２の起歪体には大きな振幅の不規則周期の振動は生じない。

ストッパ１８のＰ１点までの変位速度は、ストッパ１８のＰ０点からＰｆ点までの変位速度よりも速くすることが望ましい。そして、ストッパ１８がＰ１点に時刻ｔ１０に到達したとする。ホッパ６に収容されている物品の荷重は、この間にｗｆ’のように減少していく。時刻ｔ１０から、変位位置制御回路１６は完全に物品が排出されるのに要する時間Ｔ４のカウントをタイマによって開始する。時間Ｔ５が経過した時刻ｔ１１に、変位位置制御回路１６はストッパ１８を時計方向に回転させ、Ｐ０点が直線Ｌ上に位置させる。これによって、ローラ２６は無荷重位置Ｓ０に戻る。このＰ０点からＰ１点までのストッパ１８の変位速度は、ストッパ１８によってロードセル２の起歪体をＳ１位置まで持ち上げていない状態で物品を除去したときのロードセル２の起歪体の変位速度よりも遅く、特にＰ０点からＰｆ点まで変位させるときの速度よりも遅くする。時刻ｔ１２にローラ２６が無荷重位置Ｓ０に到達したとする。

時刻ｔ１２から計測制御回路１２のタイマによって安定時間Ｔ６を計時し、計測制御回路１２は安定時間Ｔ６が経過した時刻ｔ１３から零点データを所定時間ごとにサンプリングする。計測制御回路１２では、時刻ｔ１３からタイマによって零点計測時間Ｔ７を計時し、零点計測時間Ｔ７が経過した時刻ｔ１４まで、計測制御回路１２は零点データのサンプリングを継続する。これら零点サンプリングデータに基づいて零点を求める。そして、次の物品の計量に備える。なお、零点調整を行わない場合には、時刻ｔ１２後に、次の物品の計量に備える。

上記の実施形態では、コントローラ１０は、計測制御回路１２、動作制御回路１４、変位位置制御回路１６によって構成したが、これら回路１２、１４、１６の機能をＣＰＵによって実行することもできる。また、上記の実施形態では、サーボアンプ２４を使用したが、変位位置検出装置２２がデジタル変位位置信号を発生する場合、上記ＣＰＵにこのデジタル変位位置信号を読み込み、デジタル形式で出力信号Ｖを発生し、これをＤ／Ａ変換器でアナログ信号に変換してモータ２０に供給することも可能である。

上記の実施の形態では、無荷重状態において直線Ｌ上にあるストッパ１８のＰ０点がローラ２６の下端と距離ｄを隔てて位置するようにストッパ１８の回転中心Ｏの位置を設定したが、中心位置Ｏは概略の位置に設定しておいて、ストッパ１８の周縁部上の位置とローラ２６のとの位置関係を電気的に与えることもできる。例えば、ストッパ１８の位置の調整時に、ロードセル２の出力信号を表示装置に表示させ、ロードセル２にストッパ１８が接触していない状態で、零点荷重値と所定重量Ｗｓの載荷時の荷重表示値とを読み取っておく。次に、無載荷状態でストッパ１８の周縁部とローラ２６の下端部とがＰ０点とＰ１点との中間付近で接触するようにストッパ１８の回転中心Ｏを設置する。この調整が厳密でなくてもよい。次に容量荷重表示値の１０パーセントだけ小さい値を表示装置が表示するように、ストッパ１８を回転させ、そのときのＶの値をロードセル２の起歪体がＳ１の位置をとるときの値として記憶させる。所定重量Ｗｓを載荷した状態で、荷重表示値を見ながら、ストッパ１８の位置を変化させ、荷重表示値が零点荷重値から容量表示値の５パーセント増加したときのＶの値を、ロードセル２の起歪体がＳ０の位置をとるときの値として記憶させる。さらに、ストッパ１８を変位させて、荷重表示値がＷｓとなるときのＶの値をロードセル２の起歪体がＳｆの位置をとるときのＶの値として記憶する。

上記の実施の形態では、物品の投入開始時から物品の投入がほぼ終了するまでストッパ１８をロードセル２の起歪体に接触させ、その後に起歪体の被計量物の載荷に基づく変位速度よりも遅い速度で起歪体を降下させたが、物品の投入時点から起歪体の被計量物の載荷に基づく変位速度よりも遅い速度で起歪体を降下させてもよい。

上記の実施の形態では、ストッパ１８として偏心カムを用いたがこれに限ったものではなく、ストッパとして直線Ｌに沿って起歪体に接触した状態で垂直に上下動可能な棒状のものを使用することもできる。ローラ２６は同一の半径を持つ円筒状のものを使用したが、これに限ったものではなく、半円球状等の種々の形状のものを使用することができるし、場合によっては不要である。或いは、圧電素子をストッパに使用し、圧電素子への印加電圧を変化させることによって、圧電素子の厚みを変化させ、これによってストッパとロードセル２の起歪体との接触状態を変化させてもよい。

上記の実施の形態では、ロバーバル機構の起歪体を用いたロードセル２を荷重センサとして使用したが、これに限ったものではなく、フォースバランス式、振動式、容量式等の種々の荷重センサを使用することができる。

上記の実施の形態では、ホッパに供給された物品を計量する計量装置に本発明を実施したが、これに限ったものではなく、例えば物品を搬送させながら計量する計量コンベヤに本発明を実施することもできる。例えば図６に示すような計量コンベヤ３０のロードセル２ａは、図１のロードセル２と同様に構成され、ストッパ１８ａ、モータ２０ａ、変位位置信号発生装置２２ａ、ローラ２６ａが設けられ、ＣＰＵやサーボアンプで構成されたコントローラ３２によって、ストッパ１８の変位が制御される。物品が計量コンベヤ３０に送り込まれると、ストッパ１８はローラ２２ａに接触し、送り込みの衝撃荷重を軽減させる。また、この送り込みを物品センサ３４が検出すると、コントローラ３２は、ストッパ１８ａを物品の静止荷重を測定するのに充分な位置まで下降移動させる。荷重測定が終了すると、コントローラ３２は、直ちにストッパ１８ａを当初の位置に戻し、次の計量に備える。ストッパ１８ａの下降速度は、物品の搬入速度が速く、計量コンベヤ３０上での物品の滞在時間が短い場合には、速い速度で下降させる。従って、この場合には、ストッパ１８ａは乗り込み時の衝撃荷重軽減の機能のみを果たす。しかし、搬入速度が遅く、計量コンベヤ３０上での物品の滞在時間が長い場合には、ストッパ１８ａの下降速度を、ロードセル２ａに物品が載荷されたときのロードセル２ａの下降速度よりも遅くして、ストッパ１８ａがロードセル２ａと非接触となる時点での振動の振幅を小さくし、高精度に荷重測定できるようにする。

計量装置にステップ荷重が印加された場合の計量装置の応答特性を示す図である。 計量装置にランプ荷重が印加された場合の計量装置の応答特性を示す図である。 本発明の１実施形態の計量装置の概略構成図である。 図３の計量装置の一部の拡大図である。 図３の計量装置の動作説明図である。 本発明の他の実施形態の概略構成図である。

符号の説明

２ ロードセル
１８ １８ａ ストッパ（接触体）
２０ ２０ａ モータ（駆動体）

Claims (6)

1. 物品が上部から載荷されたとき、無荷重位置よりも下方であって前記物品の静止重量に対応する静止荷重位置の上下方向に振動しながら、前記静止荷重位置で振動が収束する特性を持つ荷重センサと、
   前記物品が前記荷重センサに載荷されたとき、前記荷重センサに接触して、前記荷重センサの振動速度よりも遅い速度で前記荷重センサを変位させた後、前記荷重センサと非接触状態となる変位制御手段とを、
   具備する計量装置。
2. 請求項１記載の計量装置において、前記変位制御手段は、前記荷重センサに接触可能な接触体と、予め定めた重量の物品が前記荷重センサに載荷されたときの前記荷重センサの振動速度よりも遅い速度で前記接触体を前記荷重センサに接触した状態で下方に駆動する駆動体とを、具備し、
   前記荷重センサと前記接触体とが非接触状態となったとき、前記駆動体による前記接触体の変位を停止させる非接触検出手段が設けられている計量装置。
3. 請求項１記載の計量装置において、前記変位制御手段は、前記荷重センサに接触可能な接触体と、前記接触体を前記荷重センサに接触した状態で下方に駆動する駆動体とを、具備し、前記接触体は、前記物品の前記荷重センサへの載荷が継続されている間、前記荷重センサに接触して前記荷重センサの下方への変位を阻止している計量装置。
4. 物品が上部から載荷されたとき、無荷重位置よりも下方であって前記物品の静止重量に対応する静止荷重位置の上下方向に振動しながら、前記静止荷重位置で振動が収束する特性を持つ荷重センサと、
   前記物品の前記荷重センサへの載荷が継続されている間、前記荷重センサに接触して、前記物品の載荷の終了後に前記荷重センサと非接触状態となる変位制御手段とを、
   具備する計量装置。
5. 載荷されている物品が除去されたとき、無荷重位置の上下方向に振動し、その振動が前記無荷重位置で収束する特性を持つ荷重センサと、
   前記荷重センサから前記物品の除去が開始されたとき、前記荷重センサに接触して、前記荷重センサの変位を阻止し、前記物品の除去の終了後に前記荷重センサと非接触状態となる変位制御手段とを、
   具備する計量装置。
6. 請求項５記載の計量装置において、前記変位制御手段は、前記被計量物の除去終了後に前記荷重センサの変位速度よりも遅い速度で、前記荷重センサを前記無荷重位置まで変位させた後、前記非接触状態となる計量装置。

Images