JP2006030126A

JP2006030126A - ヒステリシス誤差補正装置

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Publication number: JP2006030126A
Application number: JP2004212944A
Authority: JP
Inventors: Toru Takahashi; 孝橋　　徹; Makoto Makabe; 誠真壁
Original assignee: Yamato Scale Co Ltd
Current assignee: Yamato Scale Co Ltd
Priority date: 2004-07-21
Filing date: 2004-07-21
Publication date: 2006-02-02

Abstract

【課題】高精度にヒステリシス誤差を補正する。
【解決手段】下限荷重値から上限荷重値へ荷重を漸増させたとき、荷重値と該荷重値に対する誤差値との間に漸増ヒステリシス特性を示し、上限荷重値から下限荷重値へ荷重を漸減させたとき、荷重値と誤差値との間に漸減ヒステリシス特性を示すロードセル１０に荷重が載荷されたときに、ＣＰＵ１４がヒステリシス誤差を補正する。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えばロードセルのような荷重センサにおけるヒステリシス特性の補正装置に関する。

荷重センサには、構造上の要因から、荷重を増加させる（漸増させる）過程と減少させる（漸減させる）過程とでは、同一の荷重が載荷されていても出力値に差が生じる。この差はロードセルが載荷された荷重の履歴によって異なるので、ヒステリシス誤差と呼ばれている。例えばストレインゲージ式ロードセルでは、下限荷重値、例えば零点荷重（荷重零）と上限荷重値、例えば定格荷重Ｍまでの間で、載荷される荷重を漸増減させると、誤差量は、漸増減に応じて図１の曲線１、曲線２のように変化する、曲線１が荷重漸増ヒステリシス誤差曲線を表し、曲線２が荷重漸減ヒステリシス誤差曲線を表す。荷重零点が最小の漸増折り返し点であり、荷重Ｍ点が最大の漸減折り返し点である。

荷重零点と定格荷重Ｍ点とはロードセルの通常の使用法では、最小の荷重漸増折り返し点、最大の荷重漸減折り返し点であるが、荷重のかけ方によっては、荷重零点と荷重Ｍ点との間の任意の荷重点に漸増または漸減の折り返し点が現れる。例えば図１において荷重零点から荷重Ｍ点に向けて漸増させていた荷重を荷重Ｘ２以降、荷重零点に向けて漸減させた場合、荷重Ｘ２が荷重漸減折り返し点となり、この荷重Ｘ２から描かれる誤差曲線２’が新たな荷重漸減ヒステリシス誤差曲線である。また、荷重Ｍから荷重零に向けて漸減させていた荷重を荷重Ｘ１以降、荷重Ｍに向けて漸増させた場合、Ｘ１が荷重漸増折り返し点であり、荷重Ｘ１から描かれる誤差曲線１’が新たな荷重漸増ヒステリシス誤差曲線である。これら誤差曲線１、１’、２、２’を使用すれば、誤差値が求められ、この誤差値分をロードセルの出力から減算すれば、真の荷重が求められる。従って、これら誤差曲線を正確に推定することができれば、より正確にヒステリシス誤差を補正することができる。このヒステリシス誤差曲線を推定する技術が、例えば特許文献１に開示されている。

この技術では、図１に示す誤差曲線１、２を表す２次または３次の関数（荷重値を引数とする）を決定し、この関数にオフセットを掛けて折り返し点以後の誤差曲線を求めるものである。オフセットは、折り返し点では最大、定格荷重Ｍでは零となるように決定されている。上記の関数を決定するために、最大値が定格荷重Ｍに等しい分銅を種々に準備し、零点荷重から定格荷重まで分銅荷重を漸増させ、定格荷重Ｍから零点荷重まで分銅荷重を漸減させという学習作業を行う。そして、各分銅荷重とこれら分銅荷重に対応する誤差とを求める。

図２は、この技術を具体的に示したもので、荷重が定格荷重Ｍから漸減し、Ｍ／２に到達したときに、ここから折り返して、定格荷重Ｍに向かって漸増する場合に誤差曲線１”を作成する。この誤差曲線１”は、荷重Ｍ／２から荷重Ｍに向かう誤差曲線１をオフセットしたもので、オフセット値ＷＯ’は、折り返し点Ｍ／２では誤差値ＷＯであり、定格荷重Ｍ点に向かうに従って小さくなり、定格荷重Ｍ点で零となるように、誤差値ＷＯ＊｛（Ｍ−Ｒ）／（Ｍ／２）｝と決定されている。

特開平６−１６０１６４号公報

上記の技術では、学習作業として、比較的容易な荷重の漸増作業と漸減作業とを１度だけ行えばよいという利点がある。しかし、上記の技術では、誤差曲線１”の曲率が実際のロードセルにおいて現れる誤差曲線の曲率よりも小さい。これは、誤差曲線として元の誤差曲線１をそのまま使用しているので、図２に示すｃ’部が短く、ｃ’部と同じ長さであるＣ”も短くなって、大きな曲率が得られないからである。従って、誤差曲線１”によって誤差補正をすると、補正誤差が大きくなる。

本発明は、比較的簡単な学習作業を１度だけ行えばよいという利点を踏襲しつつ、より高精度にヒステリシス誤差補正を行うことができるヒステリシス誤差補正装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様のヒステリシス誤差補正装置は、荷重センサ用のものである。荷重センサは、載荷された荷重の履歴に従って荷重に対する誤差が変化するヒステリシス特性を有している。このヒステリシス特性は、下限荷重値から上限荷重値へ荷重を漸増させたとき、荷重値と該荷重値に対する誤差値との間に漸増ヒステリシス特性を示し、前記上限荷重値から前記下限荷重値へ荷重を漸減させたとき、前記荷重値と前記誤差値との間に漸減ヒステリシス特性を示す。この荷重センサに荷重が載荷されたときに、その荷重の履歴に従ってその荷重に対応する誤差補正値を誤差補正値算出手段が出力する。前記荷重センサの出力を、前記誤差補正値に基づいて補正手段が補正する。

前記誤差補正値算出手段は、記憶手段を有している。この記憶手段は、前記下限荷重値、前記上限荷重値、前記漸増ヒステリシス特性における前記誤差値の絶対値の最大値である漸増誤差極大値、この漸増誤差極大値に対応する荷重値である漸増誤差極大荷重値と、前記漸減ヒステリシス特性における前記誤差値の絶対値の最大値である漸減誤差極大値、この漸減誤差極大値に対応する荷重値である漸減誤差極大荷重値とを、記憶している。これらデータを取得するために、例えば荷重センサに対して、荷重を下限荷重値から上限荷重値まで漸増させ、上限荷重値から下限荷重値まで荷重を漸減させ、各荷重値と誤差値とを取得する学習作業を行う。前記荷重センサに載荷される荷重が増加から減少に変化したとき、誤差補正値算出手段の推定手段が、変化を開始したときの荷重値と前記下限荷重値との差、前記下限荷重値と前記上限荷重値との差に基づいて、例えば変化を開始したときの荷重値と前記下限荷重値との差の前記下限荷重値と前記上限荷重値との差に対する比率に基づいて、前記漸減ヒステリシス特性の前記漸減誤差極大値及び前記漸減誤差極大荷重値を修整した漸減ヒステリシス補正特性を推定する。推定手段は、さらに、前記荷重センサに載荷される荷重が減少から増加に変化したとき、その変化を開始したときの荷重値と前記上限荷重値との差、前記下限荷重値と前記上限荷重値との差に基づいて、例えば変化を開始したときの荷重値と前記上限荷重値との差の前記下限荷重値と前記上限荷重値との差に対する比率に基づいて、前記漸増ヒステリシス特性の漸増誤差極大値及び前記漸増誤差極大荷重値を修整した漸増ヒステリシス補正特性を推定する。誤差補正値出力手段が、前記荷重センサに載荷される荷重が増加から減少に変化した以後、前記漸減ヒステリシス補正特性におけるそのときの前記荷重センサの荷重値に対応する誤差値を前記誤差補正値として出力し、前記荷重センサに載荷される荷重が減少から増加に変化した以後、前記漸増ヒステリシス補正特性におけるそのときの前記荷重センサの荷重値に対応する誤差値を前記誤差補正値として出力する。

このように構成された補正装置では、元の漸増及び漸減ヒステリシス特性をそのまま使用するのではなく、折り返し点の荷重と下限荷重値または上限荷重値との差が、下限荷重値と上限荷重値との差に対して占める比率に基づいて、元の漸増及び漸減ヒステリシス特性の漸増または漸減誤差極大値及び漸増または漸減誤差極大荷重値とを修整して、漸増または漸減ヒステリシス補正特性を推定しているので、その推定精度が向上している。

前記推定手段は、変化を開始したときの荷重値と下限荷重値とを修整上限荷重値及び修整下限荷重値とし、変化を開始したときの荷重値と下限重量値との間の値に対する前記漸減ヒステリシス特性の前記下限値と上限値との間の値の比を前記漸減誤差極大値に乗算した値を修整漸減誤差極大値とする修整漸減ヒステリシス特性を求め、前記変化を開始したときの誤差値と前記下限荷重値における誤差値との差と、前記変化を開始したときの荷重値と前記下限荷重値との差によって求まる直線特性によって前記修整漸減ヒステリシス特性をオフセットして、前記漸減ヒステリシス補正特性を推定し、変化を開始したときの荷重値と上限荷重値とを修整上限荷重値及び修整下限荷重値とし、変化を開始したときの荷重値と上限重量値との間の値に対する前記漸増ヒステリシス特性の前記下限値と上限値との間の値の比を前記漸増誤差極大値に乗算した値を修整漸増誤差極大値とする修整漸増ヒステリシス特性を求め、前記変化を開始したときの誤差値と前記上限荷重値における誤差値との差と、前記変化を開始したときの荷重値と前記上限荷重値との差によって求まる直線特性によって前記修整漸増ヒステリシス特性をオフセットして、前記漸増ヒステリシス補正特性を推定する。

前記推定手段は、前記漸増及び漸減ヒステリシス特性を、前記荷重センサへの各荷重の２次以上の次数の関数として表すことができる。

以上のように、本発明によれば、ヒステリシス誤差曲線を高精度に推定することができるので、ヒステリシス誤差の補正を高精度に行うことができる。

本発明の１実施形態のヒステリシス誤差補正装置は、図３に示すように、荷重センサ、例えばロードセル１０に設置されている。このロードセル１０は、例えばロバーバル式の起歪体に荷重検出素子、例えば抵抗式ストレインゲージを設けたものである。ロードセル１０は、その構造に起因して、その出力にヒステリシス誤差を含んでいる。このロードセル１０の出力信号は、Ａ／Ｄ変換器１２によってデジタル信号に変換され、演算手段、例えばＣＰＵ１４に供給され、ここで、記憶手段、例えばメモリ１６に記憶されているデータを用いて、ヒステリシス誤差補正が行われ、その補正後のロードセル１０の出力信号が、表示手段、例えば表示装置１８に表示される。また、ＣＰＵ１４に対して各種指示を与えるために操作手段、例えばテンキー等からなる操作部２０がＣＰＵ１４に接続されている。

ＣＰＵ１４によって行われる処理を概略的に説明する。

（１）図１及び図２における漸増ヒステリシス曲線１、漸減ヒステリシス曲線２を表す２次以上の多次式、例えば２次式または３次式を予め決定する。このとき、図１に示すように、曲線１における絶対値が最大の誤差、即ち漸増誤差極大値ｂ１と、この漸増誤差極大値を生じる荷重である漸増誤差極大荷重値ａ１とを、予め記憶しておく。同様に、曲線における絶対値が最大の誤差、即ち漸増誤差極大値ｂ２と、この漸減誤差極大値を生じる荷重である漸減誤差極大荷重値ａ２とを、予め記憶しておく。

（２）荷重が定格荷重Ｍから荷重零点に向かって漸減している途中で、荷重が漸増された場合、図１に符号１’で示すような漸増ヒステリシス補正曲線を推定する。この漸増ヒステリシス補正曲線１’は、荷重が漸増に切り替わった荷重、即ち折り返し点荷重（図１ではＸ１）から定格荷重Ｍに向かうものである。この推定では、まず、図４に示すように折り返し点荷重Ｘ１における誤差が零である修整漸増ヒステリシス補正曲線３を推定する。この修整漸増ヒステリシス補正曲線３も、漸増誤差極大荷重値ａ３と即ち漸増誤差極大値ｂ３とを備えている。但し、これらの値は未知である。この修整漸増ヒステリシス補正曲線３と漸増ヒステリシス曲線１とは、その形状が相似形と見なすことができ、両者の下限荷重値、上限荷重値は既知であり、漸増誤差極大荷重値ａ１と漸増誤差極大値ｂ１とは既知である。従って、修整漸増ヒステリシス補正曲線３の漸増誤差極大荷重値ａ３と漸増誤差極大値ｂ３とを、比例配分演算によって求めることができる。これによって、修整漸増ヒステリシス補正曲線３の下限荷重値（折り返し点荷重値）と上限荷重値（定格荷重Ｍ）と漸増誤差極大荷重値ａ３と即ち漸増誤差極大値ｂ３とが決定されれば、修整漸増ヒステリシス補正曲線３を表す式を決定することができる。

この修整漸増ヒステリシス補正曲線３は、折り返し点荷重値での誤差値が零と仮定したものである。しかし、実際の漸増ヒステリシス補正曲線１’は、図１に示すように修整漸増ヒステリシス補正曲線３を折り返し点荷重において誤差ｂ５を有し、定格荷重Ｍ点で誤差が零となるように傾いている。この傾きを表す直線Ｌ１を表す式を、折り返し点荷重Ｘ１、そのときの誤差ｂ５、定格荷重Ｍ、そのときの誤差０を用いて算出し、この直線Ｌ１によって修整漸増ヒステリシス補正曲線３をオフセットすることによって漸増ヒステリシス補正曲線１’を決定する。

荷重が荷重零点から定格荷重Ｍに向かって漸増している途中で、荷重が漸減された場合、図１に符号２’で示すような漸減ヒステリシス補正曲線を推定する。この漸減ヒステリシス補正曲線２’は、荷重が漸減に切り替わった荷重、即ち折り返し点荷重（図１ではＸ２）から荷重零点に向かうものである。この推定では、まず、図５に示すように折り返し点荷重Ｘ２における誤差が零である修整漸減ヒステリシス補正曲線４を推定する。この修整漸減ヒステリシス補正曲線４も、漸減誤差極大荷重値ａ４と漸減誤差極大値ｂ４とを備えている。但し、これらの値は未知である。この修整漸減ヒステリシス補正曲線４と漸減ヒステリシス曲線２とは、その形状が相似形と見なすことができ、両者の下限荷重値、上限荷重値は既知であり、漸減誤差極大荷重値ａ２と漸減誤差極大値ｂ２とは既知である。従って、修整漸減ヒステリシス補正曲線４の漸減誤差極大荷重値ａ４と漸減誤差極大値ｂ４とを、比例配分演算によって求めることができる。これによって、修整漸減ヒステリシス補正曲線４の下限荷重値（零点荷重）と上限荷重値（折り返し点荷重値）と漸減誤差極大荷重値ａ４と漸減誤差極大値ｂ４とが決定されれば、修整漸減ヒステリシス補正曲線４を表す式を決定することができる。

この修整漸減ヒステリシス補正曲線４は、折り返し点荷重値での誤差値が零と仮定したものである。しかし、実際の漸減ヒステリシス補正曲線２’は、図１に示すように修整漸減ヒステリシス補正曲線４は折り返し点荷重において誤差ｂ６を有し、荷重零点で誤差が零となるように傾いている。この傾きを表す直線Ｌ２を表す式を、折り返し点荷重Ｘ２、そのときの誤差ｂ６、荷重零点、そのときの誤差０を用いて算出し、この直線Ｌ２によって修整漸増ヒステリシス補正曲線４をオフセットすることによって漸減ヒステリシス補正曲線２’を決定する。

（３）このようにして推定された漸増ヒステリシス補正曲線１’または漸減ヒステリシス補正曲線２’を用いて、次に折り返し点が生じるまで、そのときに載荷されている荷重に対応する誤差値を算出する。

（４）この算出された誤差値とロードセル１０の出力信号との代数和を算出することによって、ヒステリシス誤差を補正した出力信号を出力する。

上述した漸増ヒステリシス曲線１、漸減ヒステリシス曲線２の決定は、例えば次のようにして行われる。荷重零点から定格荷重Ｍまでの値を複数に等分した１つの値を持つ分銅を準備する。そしてこの分銅を１つずつロードセル１０に順に追加載荷し、追加載荷されるごとにロードセル１０の出力信号を読み取る。今度は逆に定格荷重Ｍから荷重零点まで分銅を１つずつ取り除くごとにロードセル１０の出力信号を読み取る。各出力信号から対応する荷重値に対応する値を減算して各誤差値を算出する。漸増ヒステリシス曲線１、漸減ヒステリシス曲線２は、これら各荷重値を引数とする２次以上の多次式、例えば２次式または３次式で近似することができる。この２次式または３次式を、各荷重値と各誤差値とを用いて最小自乗法で決定する。これら決定された式が３次式の場合、３次式の微分値が０となる荷重値を求め、これらを漸減誤差極大荷重値及び漸増誤差極大荷重値と決定する。これら決定された漸減誤差極大荷重値及び漸増誤差極大荷重値を上記の２次式または３次式に代入して漸減誤差極大値及び漸増誤差極大値を決定する。２次式の場合には、Ｍ／２が漸減誤差極大荷重値及び漸増誤差極大荷重値となるので、これらを２次式に代入して、漸減誤差極大値及び漸増誤差極大値を決定する。

但し、このように決定した２次式または３次式は、必ずしも零点荷重で誤差零と定格荷重Ｍで誤差零の点を通るとは限らない。そこで、漸増ヒステリシス曲線１、漸減ヒステリシス曲線２は、零点荷重で誤差零と定格荷重Ｍで誤差零の点を通り、かつ先に決定された漸減誤差極大値と漸減誤差極大荷重値及び漸増誤差極大値と漸増誤差極大荷重値を通る２次式または３次式であると決定する。この決定法は公知であるので詳細な説明は省略する。このようにして決定された２次式または３次式の各係数、零点荷重、定格荷重、漸減誤差極大値、漸減誤差極大荷重値、漸増誤差極大値及び漸増誤差極大荷重値がメモリ１６に記憶されている。これらのデータは、ロードセル１０が製造されるごとに、個別に取得する。

このようにして補正の準備が整えられると、実際にロードセル１０の使用中には、そのときのロードセル１０の状態に応じて、漸増ヒステリシス補正曲線１’または漸減ヒステリシス補正曲線２’がＣＰＵ１４において生成される。そのために、まず荷重折り返し点の検出がＣＰＵ１４において行われる。この検出は以下のようにして行われる。

ロードセル１０での測定荷重が安定したことを判定する条件を設定し、安定な測定荷重が得られるごとに、安定測定値をメモリ１６に記憶させる。前回に記憶された安定測定値と今回の安定測定値との差を求め、その差の極性が変化していると、前回の安定測定値が折り返し点荷重であると判断される。また今回の安定測定値が大きい場合、前回の安定測定値を荷重漸増折り返し点と定義し、今回の安定測定値が小さい場合、前回の安定測定値を荷重漸減折り返し点と定義する。そして、今回の安定測定値を前回の記憶値と交換してメモリ１６に記憶する。

例えば図１に示すように漸増荷重折り返し点Ｘ１を検出した場合、上述したように修整漸増ヒステリシス補正曲線３を比例配分で推定する。図４に示すように、修整漸増ヒステリシス補正曲線３の漸増極大荷重値ａ３と、漸増誤差極大値ｂ３との推定を行う。即ち、（ａ３−Ｘ１）／（Ｍ−Ｘ１）＝ａ１／Ｍからａ３を算出する。なお、修整漸増ヒステリシス補正曲線３を２次式とした場合には、ａ１／Ｍ＝１／２である。同様に、ｂ３／（Ｍ−Ｘ１）＝ｂ１／Ｍからｂ３を算出する。

漸減荷重折り返し点Ｘ２を検出した場合には、図５に示すように修整漸減ヒステリシス補正曲線４の漸増極大荷重値ａ４と、漸減誤差極大値ｂ４は、ａ４／Ｘ２＝ａ４／Ｍ、ｂ４／Ｘ２＝ｂ４／Ｍからそれぞれ算出する。なお、修整漸減ヒステリシス補正曲線４を２次式とした場合には、ａ４／Ｍ＝１／２である。

修整漸増ヒステリシス補正曲線３の場合、図４から明らかなように、荷重Ｘ１を下限荷重値、定格荷重Ｍを上限荷重値、漸増極大荷重値ａ３、漸増誤差極大値ｂ３が決定されているので、これらから修整漸増ヒステリシス補正曲線３を表す２次または３次式を決定する。同様に修整漸減ヒステリシス補正曲線４の場合、図５から明らかなように、零点荷重を下限荷重値、折り返し荷重Ｘ２を上限荷重値、漸減極大荷重値ａ４、漸減誤差極大値ｂ４が決定されているので、これらから修整漸減ヒステリシス補正曲線４を表す２次または３次式を決定する。

修整漸増ヒステリシス補正曲線３、修整漸減ヒステリシス補正曲線４では、折り返し点Ｘ１、Ｘ２での誤差を零としているので、傾いていない。これを傾けるために直線Ｌ１、Ｌ２を使用する。直線Ｌ１を表す式は、図６に示すように折り返し荷重点Ｘ１とそのときの誤差ｂ５で表される座標と、定格荷重Ｍとそのときの誤差０とで表される座標とを通る直線を表す１次式として求める。同様に直線Ｌ２を著す式は、図７に示すように折り返し荷重点Ｘ２とそのときの誤差ｂ６で表される座標と、零点荷重とそのときの誤差０とで表される座標とを通る直線を表す１次式として求める。修整漸増ヒステリシス補正曲線３と直線Ｌ１とをそれぞれ表す式を加算することによって漸増ヒステリシス補正曲線１’が決定され、修整漸減ヒステリシス補正曲線４と直線Ｌ２とをそれぞれ表す式を加算することによって漸減ヒステリシス補正曲線２’が決定される。

上記の説明では、説明を簡略化するために、荷重折り返し点Ｘ１、Ｘ２は、漸増ヒステリシス曲線１、漸減ヒステリシス曲線２の途中で折り返す場合のみを説明した。しかし、実際には図１に破線で示すように、漸減ヒステリシス補正曲線２’に沿って荷重が漸減している途中で荷重の折り返しが生じることもある。この場合には、その折り返し点荷重Ｘ３、定格荷重Ｍ、漸増ヒステリシス曲線１の漸増極大荷重値ａ１、漸増誤差極大値ｂ１を用いて、上述したのと同様にして新たな修整漸増ヒステリシス曲線を表す式を求め、かつこの状態における直線Ｌ１に相当する式を求め、これらを用いて新たに漸増ヒステリシス補正曲線１”が算出される。漸増ヒステリシス補正曲線１’に沿って荷重が漸増している途中で荷重の折り返しが生じるような場合も同様である。

上述したようにして、漸増ヒステリシス補正曲線１’や漸減ヒステリシス補正曲線２’が決定されると、極性が反転する折り返し点が新たに発見されない限り、現在のヒステリシス補正曲線によって誤差が補償される。誤差は、漸増ヒステリシス補正曲線または漸減ヒステリシス補正曲線を表す式にそのときの荷重を代入することによって求められる。この求められた誤差と、そのときのロードセル１０の出力との代数和を求めることによって、この誤差の補正が行える。

図８乃至図１１に、ＣＰＵ１４が行う処理をフローチャートで示す。予めメモリ１６には、漸増極大荷重値ａ１、漸増誤差極大値ｂ１、漸減極大荷重値ａ２、漸減誤差極大値ｂ２、零点荷重、定格荷重Ｍが記憶されているとする。また、荷重漸増状態フラグＦ１、補正値を記憶する補正値レジスタＷｅｓ、漸増用及び漸減用の折り返し点座標（荷重と誤差）を記憶するレジスタｘ１、ｙ１、ｘ２、ｙ２が準備されている。

図８に示すように、電源がＣＰＵ１４に供給されると、荷重漸増状態フラグＦ１がセットされ（ステップＳ２）、補正値レジスタＷｅｓが零にセットされる（ステップＳ４）。次に、漸増及び漸減用の折り返し座標ｘ１、ｙ１、ｘ２、ｙ２が初期化される（ステップＳ６）。そして、荷重漸増折り返し点荷重ｘ１、荷重漸増折り返し点誤差ｙ１、漸増極大荷重値ａ１、漸増誤差極大値ｂ１を用いて、零点荷重から荷重漸増時のヒステリシス補正曲線Ｙ１を算出する（ステップＳ８）。このとき形成されるヒステリシス補正曲線Ｙ１は、図１に示す漸増ヒステリシス曲線１と同じものである。これによって初期状態処理が終了する。

次に、図９に示すようにロードセル１０からの荷重値が読み込まれるごとに、読み込んだ荷重値が安定荷重値Ｗｓであるか判定する（ステップＳ１２）。安定荷重値でない場合には、この処理を終了する。安定荷重値の場合、安定荷重値が、零点付近を判定するための境界重量値ＤＩ以下であるか判定する（ステップＳ１４）。

この判断の答えがイエスの場合、安定荷重値が零点近傍または零点以下であるので、図８に示した初期状態処理を行って（ステップＳ１６）終了する。ステップＳ１４の判断の超えたがノーの場合、安定荷重値がフルスケール判定基準値ＦＳ以上であるか判断する（ステップＳ１８）。

この判断の答えがイエスの場合、安定荷重がオーバースケール判定基準値ＯＳ以上であるか判断する（ステップＳ２０）。この判断の答えがイエスの場合、計量物の除去を指示する表示を表示部１８に表示させ（ステップＳ２２）、この処理を終了する。

ステップＳ２０の判断の答えがノーの場合、荷重漸増フラグＦ１をリセットし、荷重漸減状態であることを設定する（ステップＳ２４）。次に、補正レジスタＷｅｓを０にセットし（ステップＳ２６）、漸減荷重折り返し点座標ｘ２、ｙ２をＭ、０と設定し（ステップＳ２８）、荷重漸増折り返し点荷重ｘ２、荷重漸増折り返し点誤差ｙ２、漸増極大荷重値ａ２、漸増誤差極大値ｂ２を用いて、定格荷重Ｍから荷重漸減時のヒステリシス補正曲線Ｙ２を算出する（ステップＳ３０）。

これに続いて、またはステップＳ１８の判断の答えがノー場合、図１０に示すように、荷重漸増状態であるか、即ちフラグF1が１であるか判断する（ステップＳ３２）。この判断の答えがイエスの場合、現在の安定荷重値Ｗｓが荷重漸増折り返し点荷重ｘ２以上であるか判断する（ステップＳ３４）。この判断の答えがイエスであると、安定荷重は増加しているか変化していないので、安定荷重Ｗｓと現在の荷重漸増ヒステリシス曲線式Ｙ１とで補正値Ｗｅを算出する（ステップＳ３６）。この補正値Ｗｅを補正値レジスタＷｅｓにセットし（ステップＳ３８）、このときの安定荷重Ｗｓと補正値Ｗｅとを新たな荷重漸減折り返し点座標（ｘ２、ｙ２）として記憶し（ステップＳ４０）、ステップＳＳ３８において定めたＷｅｓで安定荷重Ｗｓを補正して（ステップＳ４２）、処理を終了する。なお、ステップＳ４０は、荷重漸増状態において荷重がまだ増加していることので、荷重漸減折り返し点荷重が漸増して更新されていると見なしているものである。

ステップＳ３４での判断の答えがノーであると、安定荷重Ｗｓが減少しているので、漸増折り返し荷重ｘ２と安定荷重Ｗｓとの差が０より大きく、かつ予め定めた荷重変化認識用境界値Ｄ２より小さいか判断する（ステップＳ４４）。この判断の答えがイエスの場合、安定荷重が微少減少しているだけであるので、これまでの荷重漸増の続きと見なして現在の補正記憶値Ｗｅｓを用いて補正を行うため、ステップＳ４２を実行する。

ステップＳ４４の判断の答えがノーの場合、安定荷重の減少がＤ２よりも大きいので、荷重が漸減へ折り返したと見なすことができる。そこで、荷重漸増折り返し点荷重ｘ２、荷重漸増折り返し点誤差ｙ２、漸増極大荷重値ａ２、漸増誤差極大値ｂ２を用いて、定格荷重Ｍから荷重漸減時のヒステリシス補正曲線Ｙ２を新たに算出する（ステップＳ４６）。

次に荷重漸増状態フラグＦ１を０とし、荷重漸減状態とセットし（ステップＳ４８）、新たに算出した荷重漸減時のヒステリシス補正曲線Ｙ２とそのときの安定荷重値Ｗｓとによって補正値Ｗｅを算出し（ステップＳ５０）、この補正値Ｗｅを補正値レジスタＷｅｓにセットし（ステップＳ５２）、このときの安定荷重Ｗｓと補正値Ｗｅとを新たな荷重漸増折り返し点座標（ｘ１、ｙ１）として記憶し（ステップＳ５４）、ステップＳ４２を実行して、安定荷重Ｗｓを補正し、処理を終了する。ステップＳ５４は、荷重漸減状態において荷重がまだ減少しているので、荷重漸減折り返し点荷重が漸減しながら更新されていると見なしているものである。

ステップＳ３２における判断の答えがノーの場合、即ち荷重漸減状態であると判断されると、図１１に示すように、安定荷重Ｗｓが漸増折り返し点荷重ｘ１以下であるか判断する（ステップＳ５６）。この判断の答えがイエスであると、荷重は減少しているか変化していないので、現在使用している荷重漸減ヒステリシス補正曲線式に現在の安定荷重Ｗｓを代入して、補正値Ｗｅを算出する（ステップＳ５８）。この補正値Ｗｅを補正値レジスタＷｅｓにセットし（ステップＳ６０）、このときの安定荷重Ｗｓと補正値Ｗｅとを新たな荷重漸増折り返し点座標（ｘ１、ｙ１）として記憶し（ステップＳ６２）、ステップＳ４２を実行して、補正を行い、処理を終了する。

ステップＳ５６の判断の答えがノー場合、安定荷重Ｗｓが増加しているので、安定荷重Ｗｓと漸増折り返し荷重ｘ１との差が０より大きく、かつＤ２よりも小さいか判断する（ステップＳ６４）。この判断の答えがイエスであると、安定荷重が微少増加しているので、これは荷重漸減が続いていると判断して、現在の補正値Ｗｅｓで補正を行うようにステップＳ４２を実行する。

ステップＳ６４の判断の答えがノー場合、荷重増加量が一定値以上であるので、荷重が漸増へ折り返されたと判断できる。そこで、荷重漸増折り返し点の荷重ｘ１、そのときの誤差ｙ１を用いて荷重漸増ヒステリシス誤差補正曲線Ｙ１を新たに算出し（ステップＳ６６）、果樹漸増状態フラグＦ１を１にして、荷重漸増状態であるとセットし（ステップＳ６８）、このときの安定荷重Ｗｓと新たに算出された荷重漸増ヒステリシス誤差補正曲線Ｙ１とを用いて補正量Ｗｅを算出し（ステップＳ７０）、この補正量Ｗｅを補正値レジスタＷｅｓにセットする（ステップＳ７２）。そして、このときの安定荷重Wsと補正量Weによって荷重漸減折り返し点座標（ｘ２、ｙ２）を更新し、ステップＳ４２を実行して、補正を行い、処理を終了する。

上記の実施の形態では、漸増ヒステリシス曲線１、漸減ヒステリシス曲線２と、漸増ヒステリシス誤差補正曲線Ｙ１、漸減ヒステリシス誤差補正曲線Ｙ２との間には比例関係が存在するとして処理を行っている。しかし、実際に現れるヒステリシス誤差の曲線が、漸増ヒステリシス誤差補正曲線Ｙ１、漸減ヒステリシス誤差補正曲線Ｙ２よりも曲率が更に大きいものとなるロードセルも存在する。このような場合には、漸増誤差極大値ｂ１、漸増誤差極大荷重値ａ１、漸増誤差極大値ｂ２と、漸減誤差極大荷重値ａ２とを、予めメモリ１６に記憶させる際に、次のような処理を行えばよい。

即ち、荷重零点から定格荷重Ｍまで荷重を所定量ずつ漸増させ、その後に所定量ずつ荷重零点まで荷重を漸減させた後、荷重零点からＭ／２まで予め定めた量ずつ荷重を漸増させ、その後に予め定めた量ずつ荷重零点まで荷重を漸減させる。このときに描かれる漸増ヒステリシス曲線１、１ａ、漸減ヒステリシス曲線２、２ａを図１２に示す。漸増ヒステリシス曲線１ａ、漸減ヒステリシス曲線２ａも、上述した漸増ヒステリシス曲線１、漸減ヒステリシス曲線２と同様にして決定される。図１２に示すように、漸増ヒステリシス曲線１の極大値をｂ１、漸増ヒステリシス曲線１ａの極大値をｂ１１、漸減ヒステリシス曲線２の極大値をｂ２、漸減ヒステリシス曲線２ａの極大値をｂ２１とする。

このように事前にメモリ１６に記憶させておいて、図１３に示すように、ｘ軸に２つの折り返し点荷重の値ｍをとり、ｙ軸に最大誤差量をとり、最大荷重Ｍ、Ｍ／２の２つの折り返して点荷重間の荷重と最大誤差量との関係を得て、例えば２次関数ｆ（ｍ）に近似しておく。そして、ロードセルの使用中に折り返し荷重点が検出されると、荷重漸増折り返し点ｘ１、ｙ１の場合には、定格荷重Ｍとの間の差ｍをＭ−ｘ１によって求め、この値を関数ｆ（ｍ）に代入して、この荷重折り返し点の場合の極大値ｂ１ｎとする。この場合の漸増誤差極大荷重値ａ１は、上述した実施の形態と同様にして求める。荷重漸減折り返しの場合も同様に行う。このように構成すると、折り返し点荷重がＭ／２のときロードセルにおける実際の誤差曲線の曲率に併せて極めて近い曲率の補償曲線を作ることができるので、更に補償精度を向上させることができる。なお、ロードセルの学習時にＭ／２を最大荷重とするヒステリシス誤差曲線を使用したが、Ｍ／２以外の値を最大荷重とするヒステリシス誤差曲線を使用してもよい。

ロードセルにおける荷重漸増ヒステリシス誤差曲線及び荷重漸減ヒステリシス誤差曲線を示す図である。従来のヒステリシス誤差の補正方法に使用する補正曲線を示す図である。本発明の１実施形態のヒステリシス補正装置のブロック図である。図３の補正装置における修整漸増ヒステリシス補正曲線の作成法の説明図である。図３の補正装置における修整漸減ヒステリシス補正曲線の作成法の説明図である。図４の修整漸増ヒステリシス補正曲線からの漸増ヒステリシス補正曲線の作成法の説明図である。図５の修整漸減ヒステリシス補正曲線からの漸減ヒステリシス補正曲線の作成法の説明図である。この補正装置の初期状態処理のフローチャートである。この補正装置のヒステリシス補償動作の前半部のフローチャートである。この補正装置のヒステリシス補償動作の中間部のフローチャートである。この補正装置のヒステリシス補償動作の後半部のフローチャートである。この補正装置の変形例における学習動作の説明図である。この補正装置の変形例における漸増誤差極大値の決定法の説明図である。

符号の説明

１０ロードセル
１４ＣＰＵ
１６メモリ

Claims

載荷された荷重の履歴に従って荷重に対する誤差が変化するヒステリシス特性を有し、下限荷重値から上限荷重値へ荷重を漸増させたとき、荷重値と該荷重値に対する誤差値との間に漸増ヒステリシス特性を示し、前記上限荷重値から前記下限荷重値へ荷重を漸減させたとき、前記荷重値と前記誤差値との間に漸減ヒステリシス特性を示す荷重センサに荷重が載荷されたときに、その荷重の履歴に従ってその荷重に対応する誤差補正値を出力する誤差補正値算出手段と、
前記荷重センサの出力を、前記誤差補正値に基づいて補正する補正手段とを、
具備し、前記誤差補正値算出手段は、
前記下限荷重値、前記上限荷重値、前記漸増ヒステリシス特性における前記誤差値の絶対値の最大値である漸増誤差極大値、この漸増誤差極大値に対応する荷重値である漸増誤差極大荷重値と、前記漸減ヒステリシス特性における前記誤差値の絶対値の最大値である漸減誤差極大値、この漸減誤差極大値に対応する荷重値である漸減誤差極大荷重値とを、記憶している記憶手段と、
前記荷重センサに載荷される荷重が増加から減少に変化したとき、その変化を開始したときの荷重値と前記下限荷重値との差、前記下限荷重値と前記上限荷重値との差に基づいて、前記漸減ヒステリシス特性の前記漸減誤差極大値及び前記漸減誤差極大荷重値を修整した漸減ヒステリシス補正特性を推定し、前記荷重センサに載荷される荷重が減少から増加に変化したとき、その変化を開始したときの荷重値と前記上限荷重値との差、前記下限荷重値と前記上限荷重値との差に基づいて、前記漸増ヒステリシス特性の漸増誤差極大値及び前記漸増誤差極大荷重値を修整した漸増ヒステリシス補正特性を推定する推定手段と、
前記荷重センサに載荷される荷重が増加から減少に変化した以後、前記漸減ヒステリシス補正特性におけるそのときの前記荷重センサの荷重値に対応する誤差値を前記誤差補正値として出力し、前記荷重センサに載荷される荷重が減少から増加に変化した以後、前記漸増ヒステリシス補正特性におけるそのときの前記荷重センサの荷重値に対応する誤差値を前記誤差補正値として出力する誤差補正値出力手段とを、
具備するヒステリシス誤差補正装置。
請求項１記載のヒステリシス誤差補正装置において、前記推定手段は、変化を開始したときの荷重値と下限荷重値とを修整上限荷重値及び修整下限荷重値とし、変化を開始したときの荷重値と下限重量値との間の値に対する前記漸減ヒステリシス特性の前記下限値と上限値との間の値の比を前記漸減誤差極大値に乗算した値を修整漸減誤差極大値とする修整漸減ヒステリシス特性を求め、前記変化を開始したときの誤差値と前記下限荷重値における誤差値との差と、前記変化を開始したときの荷重値と前記下限荷重値との差によって求まる直線特性によって前記修整漸減ヒステリシス特性をオフセットして、前記漸減ヒステリシス補正特性を推定し、変化を開始したときの荷重値と上限荷重値とを修整上限荷重値及び修整下限荷重値とし、変化を開始したときの荷重値と上限重量値との間の値に対する前記漸増ヒステリシス特性の前記下限値と上限値との間の値の比を前記漸増誤差極大値に乗算した値を修整漸増誤差極大値とする修整漸増ヒステリシス特性を求め、前記変化を開始したときの誤差値と前記上限荷重値における誤差値との差と、前記変化を開始したときの荷重値と前記上限荷重値との差によって求まる直線特性によって前記修整漸増ヒステリシス特性をオフセットして、前記漸増ヒステリシス補正特性を推定するヒステリシス誤差補正装置。
請求項２記載のヒステリシス誤差補正装置において、前記推定手段は、前記漸増及び漸減ヒステリシス特性を、前記荷重センサへの各荷重の２以上の次数の関数として表すヒステリシス誤差補正装置。