JP2006226961A - 重量測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の計量区分を有する計量台上に被計量物を載置してその被計量物の重量を測定する際に、計量区分を支持する複数の荷重センサのいずれかの荷重センサのスパン異常を、通常の計量作業の中で高精度に検出する。
【解決手段】第１計量区分１０Ａを支持する荷重センサ１３〜１６のいずれかの荷重センサの異常判定を、隣接する第２計量区分１０Ｂに負荷が無いことを検出し、前記荷重センサ１３〜１６の出力信号の組み合わせ演算結果に基づいて行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の計量区分を有する計量台上に被計量物を載置してその被計量物の重量を測定する際に、各計量区分を支持する複数の荷重センサのうちのいずれか１個に不良が生じたことを自己診断し、また自己復帰する重量測定装置に関するものである。

従来、複数の荷重センサにより支持される計量部（計量台）を用いて被計量物の重量を測定する重量測定装置においては、荷重センサの不良もしくは故障による計測不良の事態を避けるために、各荷重センサの出力信号から荷重センサの良否を判定することが行われている。この種の良否判定装置として、特許文献１，２に開示されたものが知られている。

特許文献１に開示された装置は、ホッパ等の容器形状の計量台を複数個の荷重センサにて支持する構造のものであって、以下のような２種類の不良判定法が採用されている。
（ａ）各荷重センサが正常であって特定荷重の印加状態にあるときのそれぞれの出力を基準値として記憶させ、荷重センサ使用状態で前記特定荷重の印加状態にあるときの各荷重センサの出力と、それぞれに対応する各荷重センサの基準値とを比較し、その差が一定値以上である場合にその荷重センサが不良であると判定する。
（ｂ）各荷重センサにはその使用中にほぼ均等に荷重が加えられているものとして、荷重センサの使用中に各荷重センサの出力を相互に比較し、他の多くの荷重センサの出力に比べ大きく値の異なっている荷重センサを不良であると判定する。

一方、特許文献２に開示された装置は、四隅が荷重センサにより支持される計量台上にトラックを１車軸ずつ乗り込ませてそのトラックの重量を計量するトラックスケールにおいて、車軸を計量台上で移動させて各荷重センサの出力の合計値の変化を観測するように構成したものである。すなわち、トラックが計量台上を移動する過程で、各荷重センサから出力される荷重信号によって得られる荷重パターンを逐次チェックして荷重パターンに異常が生じた時と、計量台上にトラックがない無負荷時における計測基準点の変動値を逐次チェックしてその変動値が予め設定された許容範囲を越えた時に異常信号を出力するように構成されている。

特開平５−２６４３７５号公報 特開平５−３２２６３７号公報

しかしながら、前記各特許文献に記載された不良判定法では次のような問題点がある。

（１）特許文献１に示された上記（ａ）の判定法について
１）特定荷重に対する荷重センサの出力を基準値として記憶させているので、荷重センサ使用中に不良検出のために特定荷重を印加する作業が余分に生じる。
２）トラックスケールのような台秤の場合には計量台面積が広いので、特定荷重であっても、計量台上で特定荷重物を置く位置によって荷重センサの出力が異なる。
３）予め定めた計量台上の位置に分銅などの特定荷重を置いてそのときの各荷重センサの出力を記憶させる作業を時々実施することにより、荷重センサのスパン変化を検出することができるが、通常の計量作業に対して、不良検出のための特別な作業が必要になり、また特定荷重物（トラックスケールのように大容量の計量器のスパンチェックでは、少なくとも数トンの分銅）を用意しなければならず、これを所定位置に置くための重機が必要になり、実際には定期点検日でも設けない限り困難である。したがって、一般の計量装置の使用者では異常の点検が困難であり、荷重センサに異常が生じても早期に発見・修復できないという問題がある。
４）計量台が無負荷の時に各荷重センサに印加される計量台の自重分の出力は一定であるので、特定重量物を用意しなくても、計量台上に被計量物がなければほぼ一定の条件で各荷重センサの出力の良否判定ができる。しかし、計量台上に被計量物がなくても荷重センサの出力には零点変化分も含まれる。ここで、零点出力は、荷重センサが正常であっても特に周囲気温の変化が大きい場合などに大きく変動し、また計量台上の付着物などによっても変動する。
５）計量台上に被計量物がないときの荷重出力変化量をもって荷重センサの異常検出手段に使用したものも知られているが、これは主として荷重センサの零点異常検出手段であって、異常判定に際しては大きな許容値が設定されているのが普通である。このように計量器の零点変化はある程度の大きさ以内であれば零調整しながら使用することができるが、スパンは小さい変化量でも直ちに計量精度に影響するため、スパンが不良でないと判定するための出力変化量の許容値は小さく取る必要があり、従来の計量台の無負荷時の荷重の変化量を判定する方法では高精度のスパン変化判定は困難である。

（２）特許文献１に示された上記（ｂ）の判定法について
計量部がホッパのような容器で、被計量物が粉粒体や液体のように計量器に対してほぼ均等な分布状態で収容される性質を持ったものである場合には、常に全ての荷重センサにほぼ等しい荷重が加わる。この場合には、荷重センサが良好であれば、通常の計量作業中に全ての荷重センサはいつでもほぼ等しい出力となる。したがって、スパン異常になった荷重センサがあれば、他の荷重センサと出力の大きさが異なるので通常の計量中に常に荷重センサの信号を相互に比較していれば不良荷重センサを検出することが可能である。しかし、台秤のように計量台が広く、通常の計量時に被計量物が積載される位置が特定できない計量器の場合には、被計量物を積載する度に被計量物の各荷重センサに配分される荷重が異なるので、荷重センサのスパンが正常であっても出力が大きく変化し、スパン異常の判定ができない。

（３）特許文献２に示された判定法について
トラックスケールにおいて通常の計量動作は、計量台上に乗り込んだ車両が計量台上でほぼ停止、もしくは完全に停止してから計量動作に入って重量値が求められる。車両が移動中の重量測定値は振動などの大きいノイズが混入して高い精度が得られないからである。この場合、スパンのわずかなドリフト分は、車両が計量台上で移動する時の荷重パターンを検出しても、ノイズによる振動信号のため重量信号の傾斜を高い精度で検出することができない。また、この検出動作は、通常の静止計量という高精度計量動作の妨げになる。

本発明は、前述のような問題点に鑑みてなされたもので、複数の計量区分を有する計量台上に被計量物を載置してその被計量物の重量を測定する際に、計量区分を支持する複数の荷重センサのいずれかの荷重センサのスパン異常を、通常の計量作業の中で高精度に検出することのできる重量測定装置を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、第１発明による重量測定装置は、
複数の計量区分を有し、各計量区分が４個の荷重センサにて支持されるとともに、互いに隣接する計量区分の隣接部が共通の２個の荷重センサにて支持される計量台上に被計量物を載置してその被計量物の重量を測定する重量測定装置において、
前記各計量区分を支持する４個の荷重センサの出力信号の組み合わせ演算結果に基づいて、いずれかの荷重センサの異常状態を検出する異常検出手段を備えることを特徴とするものである。

本発明において、所定の計量区分に隣接する計量区分が無負荷状態にあることを検出する無負荷検出手段を備えるのが好ましい（第２発明）。

また、被計量物が前記各計量区分上の所定位置にあるときの４個の荷重センサの出力信号の組み合わせ演算結果を、その計量区分上の複数箇所にて求める演算手段を備えるのが好ましい（第３発明）。

この場合、前記組み合わせ演算結果は、複数個の組み合わせ演算結果の平均値により求められ、この求められた平均値に基づいて前記異常検出手段により荷重センサの異常状態が検出されるのが良い（第４発明）。

また、前記複数個の組み合わせ演算結果の平均値を複数個の異なる被計量物の重量測定により求め、この求められた演算結果に基づいて前記異常検出手段により荷重センサの異常状態が検出されるのが良い（第５発明）。

次に、第６発明による重量測定装置は、
複数の計量区分を有し、各計量区分が４個の荷重センサにて支持されるとともに、互いに隣接する計量区分の隣接部が共通の２個の荷重センサにて支持される計量台上に被計量物を載置してその被計量物の重量を測定する重量測定装置において、
同一の計量区分を支持する４個の荷重センサのうちの１個の荷重センサが異常になったとき、この異常になった荷重センサの出力信号を、この異常になった荷重センサを除く他の３個の荷重センサの出力信号によって修正演算する演算手段を備えることを特徴とするものである。

ここで、前記演算手段は、前記異常になった荷重センサの出力信号と、他の３個の荷重センサの出力信号とによって求めた修正係数により修正演算するものであるのが好ましい（第７発明）。

前記第１発明によれば、大型トラックのように寸法の長い被計量物を複数の計量区分を有する計量台上に載置して測定する場合であっても、計量区分を支持する複数の荷重センサのいずれかの荷重センサのスパン異常を高精度に検出することができる。また、そのスパン異常判定を、特別な動作を加えることなく、通常の計量動作を継続する中で実施することができるので、重量測定の作業効率を低下させることがない。

この場合、第２発明のような無負荷検出手段を設ければ、互いに隣接する計量区分の隣接部に配置された共通の荷重センサが隣接計量区分上の荷重の影響を受けることがないので、精度の高い検出が可能となる。

前記第３発明によれば、車両の走行状態で計測を行っても、精度良く検出することができる。また、前記第４発明によれば、荷重センサに含まれる振動ノイズの影響を軽減することができ、より安定な値に変換して荷重センサの良否を正確に判定することができる。さらに、第５発明によれば、被計量物のサンプル回数をより多く採用することができるので、さらに安定した値を得ることができる。

前記第６発明によれば、荷重センサのうちのいずれか１個の荷重センサの異常が検出された際に、その異常な荷重センサを用いずに、残りの３個の荷重センサの出力信号によって被計量物の重量を正しく求めることができるので、重量測定装置の機能を停止させることなく、異常状態からの復帰操作を行うことができる。この場合、前記第７発明のように修正係数を用いれば、演算過程をより単純化することができる。

次に、本発明による重量測定装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

最初に、図１に示されるように、四隅にそれぞれ荷重センサ４，５，６，７を配置した計量台３を例にとって、その荷重センサ（ロードセル）のスパン異常を検出する方法（不良ロードセル診断法）の基本原理について説明する。

重量測定装置１は、図１（ａ）において左方から右方へ進行する２軸の車両（トラック）２の前輪２ａおよび後輪２ｃが同時に載ることのできる大きさの計量台３を備えるとともに、この計量台３の下方の四隅に設けられる計４個の荷重センサ（ロードセル）４，５，６，７を備えて構成されている。ここで、各ロードセル４，５，６，７は、予め所定の荷重Ｍに対して一定の出力が出るように調整されている。なお、これらロードセルとしては、ストレインゲージ式、磁歪式、弦振動式など、負荷荷重を電気信号に変換して出力できるものであれば、各種形式のものを用いることができる。

いま、図１（ｂ）に示されるように、計量台３上に重量Ｗｘの車両（被計量物）２が置かれ、この車両２の重心が座標（ｘ，ｙ）の位置にあるとすると、各ロードセル４〜７に配分される荷重Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４は次式で表される。
Ｗ１＝（ｘ・ｙ／Ａ・Ｂ）・Ｗｘ ・・・・・（１）
Ｗ２＝｛ｘ・（Ｂ−ｙ）／Ａ・Ｂ｝・Ｗｘ ・・・・・（２）
Ｗ３＝｛（Ａ−ｘ）・ｙ／Ａ・Ｂ｝・Ｗｘ ・・・・・（３）
Ｗ４＝｛（Ａ−ｘ）・（Ｂ−ｙ）／Ａ・Ｂ｝・Ｗｘ ・・・・（４）

各ロードセル４〜７の出力信号を負荷荷重値に変換するための変換係数をｋ１〜ｋ４とし、また各ロードセル４〜７に既知の荷重値Ｍの負荷を与えたときの出力変化をＶ１〜Ｖ４とすると、これらＶ１〜Ｖ４を測定し演算処理装置（図示せず）の中でＶ１／ｋ１＝Ｍ、Ｖ２／ｋ２＝Ｍ、Ｖ３／ｋ３＝Ｍ、Ｖ４／ｋ４＝Ｍと表せるようにｋ１〜ｋ４が決定される。

この場合、被計量物の重心を計量台３上の座標（ｘ，ｙ）の位置にして重量Ｗｘの被計量物が置かれたときの各ロードセル４〜７の出力変化量をＶ１〜Ｖ４とすると、次式が得られる。
Ｖ１／ｋ１＝（ｘ・ｙ／Ａ・Ｂ）・Ｗｘ ・・・・・（５）
Ｖ２／ｋ２＝｛ｘ・（Ｂ−ｙ）／Ａ・Ｂ｝・Ｗｘ ・・・・・（６）
Ｖ３／ｋ３＝｛（Ａ−ｘ）・ｙ／Ａ・Ｂ｝・Ｗｘ ・・・・・（７）
Ｖ４／ｋ４＝｛（Ａ−ｘ）・（Ｂ−ｙ）／Ａ・Ｂ｝・Ｗｘ・・・・（８）
ここで、変換係数ｋ１〜ｋ４の値はロードセル４〜７の調整時に図示されない重量測定回路のメモリに記憶されている。

各ロードセル４〜７のスパンに変化がなければ、ある重量Ｗｘの車両２が計量台３上に乗り込んだときに各ロードセル４〜７の出力Ｖ１〜Ｖ４を測定し、それぞれｋ１〜ｋ４で割り算すると、各ロードセル４〜７の負荷荷重換算値Ｖ１／ｋ１〜Ｖ４／ｋ４を求めることができる。そして、これら負荷荷重換算値Ｖ１／ｋ１〜Ｖ４／ｋ４を加算すると、任意の座標（ｘ，ｙ）、言い換えれば車両２の計量台３上の任意の位置における負荷荷重換算値の合計値は、式（５）〜（８）より次式で表される。
Ｖ１／ｋ１＋Ｖ２／ｋ２＋Ｖ３／ｋ３＋Ｖ４／ｋ４＝Ｗｘ・・・・（９）
なお、車両２がｘ軸またはｙ軸方向に任意の距離だけ移動して（ｘ，ｙ）座標が変化しても負荷荷重換算値の合計値は変化しない。

図１（ｂ）において、未知の重量値Ｗｘの被計量物を計量台３の任意の座標位置（ｘ，ｙ）で測定し、各ロードセル４〜７の出力を読み取り、これら読み取った出力を予め記憶させていた変換係数ｋ１〜ｋ４を用いて負荷荷重に換算するとともに、２個のロードセル（第１ロードセル４および第３ロードセル６）に係る負荷荷重の比率と、他の２個のロードセル（第２ロードセル５および第４ロードセル７）に係る負荷荷重の比率とを求めると、式（１）〜（４）および式（５）〜（８）より次式が得られる。
（Ｖ１／ｋ１）／（Ｖ３／ｋ３）＝Ｗ１／Ｗ３＝ｘ／（Ａ−ｘ） （１０）
（Ｖ２／ｋ２）／（Ｖ４／ｋ４）＝Ｗ２／Ｗ４＝ｘ／（Ａ−ｘ） （１１）

ここで、Ｒ＝式（１０）／式（１１）とすると、Ｗｘおよびｘの任意の値に対してＲ＝１である。ただし、各ロードセル４〜７が図１（ｂ）のようにｘｙ座標の理想的な位置に配置されていない場合には、全てのロードセル４〜７がスパン変化していない状態でも比率Ｒの値は正確に１とはならない場合がある。

そこで、各ロードセル４〜７のスパンが正常である調整時点の比率をＲ０として、このＲ０をメモリに記憶させる。任意の調整時点でロードセル４〜７のうちのいずれかのロードセルのスパンが±ｅだけ変動すると、次式
Ｒｔ＝（１±ｅ）・Ｒ０ ・・・・（１２）
であるから、
（Ｒｔ−Ｒ０）／Ｒ０＝±ｅ ・・・・（１３）
となる。

いま、正常判定の許容値をｅ＝０．０００５とすると、（Ｒｔ−Ｒ０）／Ｒ０の値が、次式
−０．０００５＜（Ｒｔ−Ｒ０）／Ｒ０＜０．０００５ ・・・（１４）
を満たせばロードセルは正常で、式（１４）を満たさなければロードセルが異常であると判定することができる。

上記判定法によれば、被計量物を計量台３上の任意の位置で重量測定すると同時に、ロードセル４〜７の出力を個別に取り込んで演算処理し、良否判定を行うことができるので、ロードセルの良否判定のために通常の計量動作以外に何ら特別の操作をする必要がなく、しかも、静的に高い精度でロードセル出力を測定して良否判定を行うことができ、優れた判定法であると言える。

上述とは別の方法として、第１ロードセル４および第２ロードセル５に係る負荷荷重の比率と、第３ロードセル６および第４ロードセル７に係る負荷荷重の比率を次式
（Ｖ１／ｋ１）／（Ｖ２／ｋ２）＝Ｗ１／Ｗ２＝ｙ／（Ｂ−ｙ） （１０'）
（Ｖ３／ｋ３）／（Ｖ４／ｋ４）＝Ｗ３／Ｗ４＝ｙ／（Ｂ−ｙ） （１１'）
で求め、Ｒ'＝式（１０'）／式（１１'）として、上記と同様にして良否判定を行うこともできる。

さらに、Ｗ１／Ｗ２およびＷ３／Ｗ４（またはＷ１／Ｗ３およびＷ２／Ｗ４）の大きさは計量台３上での被計量物の重心位置によって大きく変化するので、被計量物の重心が計量台３上の一定の範囲内で計量されること、すなわちこれらの比率がある一定の範囲にあることを比較演算判定の条件にして、この比較判定の条件を満足したとき、Ｗ１／Ｗ２−Ｗ３／Ｗ４の差の大きさを予め設定した許容値と比べて、いずれかのロードセルの良否を判定するようにしても良い。

ところで、寸法の長い被計量物、例えば大型の車両を計量するような場合、この車両の長い軸間距離に合わせて長い計量台を用い、この計量台を少ないロードセルによって支持すると、被計量物を載置したときに計量台の撓み量が大きくなり、ロードセルの傾斜角度が増えることによって計量精度が低下するといった問題が生じる。この問題を解決するために、図２に示されるように、計量台１０を複数の計量区分、例えば第１計量区分１０Ａ、第２計量区分１０Ｂよりなる２つの計量区分に分け、各計量区分１０Ａ，１０Ｂをそれぞれ４個のロードセルにて支持するとともに、各計量区分１０Ａ，１０Ｂの隣接部を共通の２個のロードセルにて支持するように構成するのが好ましい。すなわち、図２の例では、第１計量区分１０Ａは、ロードセル１３，１４と、共通のロードセル１５，１６にて支持し、第２計量区分１０Ｂは、ロードセル１１，１２と、共通のロードセル１５，１６にて支持するようにする。

この場合、大型車両としての例えば３軸の車両１７は、静止計量を行う時点では図２（ａ）に示されるように、１組の前輪（第１輪）１７ａが第２計量区分１０Ｂに、２組の後輪（第２輪１７ｂおよび第３輪１７ｃ）が第１計量区分１０Ａに載置され、それぞれの荷重が負荷されることになる。また、両計量区分１０Ａ，１０Ｂに共通のロードセル１５，１６には各計量区分１０Ａ，１０Ｂからの荷重が負荷される。このため、例えば第１計量区分１０Ａを支持するロードセルとして、ロードセル１３，１４，１５，１６の出力を個別に測定しても、共通のロードセル１５，１６に関与する第１計量区分１０Ａの負荷のみによる荷重の大きさは不明であるので、図１にて説明したような比率判定を行うことができない。

そこで、以下に説明する実施形態では、複数の計量区分を持つ計量台においても、通常の計量動作の中でスパン不良になったロードセルの存在を判定することのできる判定法を提供するものである。

本実施形態の判定法においては、前述のように計量台１０を構成する各計量区分１０Ａ，１０Ｂに共通のロードセル１５，１６が設けられていることを考慮し、異常判定すべき特定の計量区分に隣接する計量区分に負荷が無い状態を検出する無負荷検出手段を設け、この無負荷検出手段により隣接する計量区分に負荷が無いことが検出されたときに特定の計量区分のロードセルの異常判定を行うようにされている。

ただし、車両１７の前輪１７ａが初めて計量台１０に乗り込むときには、最初に計量区分に車輪が乗ることになるので、他の計量区分上に車輪があるか否かを検出する無負荷検出手段は必ずしも必要ではない。（特別長い計量区分であれば、先行車両の最後尾の後輪が隣接計量区分上に残っている場合が考えられるが、このようなケースは極めて稀である。）これに対して、他の計量区分では、隣接する計量区分（前輪１７ａが初めて乗る計量区分）を支持する共通のロードセル１５，１６がその隣接計量区分上の荷重の影響を受けるために、ロードセルの異常判定を行うことができない。

また、本実施形態の判定法によれば、通常の計量動作を継続する中でロードセルの異常判定を行えるようにしている。このため、ロードセルの不良検出のための特別な動作を全ての計量動作について実施する必要がなく、異常判定の作業効率を著しく向上させることができる。ここで、通常の計量動作とは、車両１７が走行状態で計量台の計量区分上に乗って、その計量区分上で停止するか、あるいは走行状態で重量計測を行い、走行状態で計量台上から出て行く動作をいう。

本実施形態の重量測定装置９は、図３に示されるように、６個のロードセル１１，１２，１３，１４，１５，１６にて検出された歪み量に応じたアナログ荷重信号をそれぞれ増幅する増幅器１８，１９，２０，２１，２２，２３と、そのアナログ荷重信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）２４，２５，２６，２７，２８，２９と、それらデジタル信号がＩ／Ｏ回路３０を介して入力される計測ユニットとしての演算処理装置（ＣＰＵ）３１とを備えている。ここで、演算処理装置３１は、所定プログラムを実行することにより所要の演算処理を行うように構成されている。

前記演算処理装置３１は、前記プログラムおよび各種データを記憶するＲＯＭ，ＲＡＭ，ＥＥＰＲＯＭ等からなるメモリ３２に接続されるとともに、Ｉ／Ｏ回路３０を介して、各種データの入力等を行うキースイッチ（入力手段）３３および各種のデータを表示する表示器３４に接続されている。なお、本実施形態における演算処理装置３１が、本発明における異常検出手段、無負荷検出手段、演算手段に相当する。

前述のように車両１７は走行状態で計量台の計量区分上に乗り、停止もしくは走行状態で重量計測が行われることから、この車両１７の走行によってロードセル１１〜１６からの重量信号には各種振動ノイズが含まれている。このため、車両１７は走行状態であるが計量区分上で同じ位置にある瞬間の各ロードセルの出力信号を得るために、上記Ａ／Ｄ変換器２４〜２９では、演算処理装置３１への重量信号の読み込み周期よりも十分短い周期でＡ／Ｄ変換がなされ、このＡ／Ｄ変換された出力信号をその振動ノイズ周期および秤系固有振動周期に比べて十分短い周期で演算処理装置３１にて読み込むようにする。また、６個のロードセル１１〜１６の出力信号を順に短い周期で連続的に読み込むようにする。こうして読み取った同一サイクル内の４個のロードセルの出力信号を組み合わせ演算すれば、短い時間内の車両１７の移動距離は極めて小さいので、車両重量を計量区分上でほぼ同一の位置にて測定したものとみなすことができ、この演算結果をロードセルの異常判定に用いることができる。

ここで、前記演算結果は、各ロードセル１１〜１６に含まれる振動ノイズの影響を受けるため、これを除去するために複数個の演算結果の平均値を求めてそのノイズの影響を軽減するようにする。さらに、前記演算結果は任意の重量に対しても成立するので、異なった被計量物の重量測定によって得られた演算結果を合わせて平均値を求めて、より安定な値に変換し、この値によってロードセルの良否を正確に判定するようにされる。

前述のように、Ａ／Ｄ変換器２４〜２９にて生成された出力信号は、車両１７の動作による重量信号の変化速度や振動ノイズの周期に比べて十分短い時間間隔で演算処理装置３１に集められる。例えば６個のロードセル１１〜１６から０．５ｍｓｅｃ間隔、１サイクル３ｍｓｅｃの周期でそれぞれの重量信号を読み取り、これらの重量信号の相互間では同時タイミングで読み取った場合と実質測定値が同等であるようにする。

また、特定の計量区分に隣接する計量区分に負荷が無い状態を検出する手法としては、
（１）第１計量区分１０Ａのみに負荷荷重がある状態の検出
車両１７が計量台１０上に乗り込むときには、いずれか１個または複数個の車輪が第１計量区分１０Ａのみに負荷し、第２計量区分１０Ｂが無負荷状態にあるので、この区間をロードセル１１，１２の各出力信号の和が０であることによって検出する。具体的には、車両１７の第１輪１７ａが第１計量区分１０Ａに乗り込んだ状態（図４（ａ）の状態）から、第２輪１７ｂが第２計量区分１０Ｂに乗り込む（図４（ｂ）の状態）までの区間、および第２輪１７ｂが第２計量区分１０Ｂに乗り込む前に、第１輪１７ａが第２計量区分１０Ｂから降りた場合の区間となる。
この第１計量区分１０Ａのみに負荷荷重がある状態では、第１計量区分１０Ａのロードセル１３，１４，１５，１６に対して前述のロードセルの異常判定論理を適用することができる。

（２）第２計量区分１０Ｂのみに負荷荷重がある状態の検出
車両１７が計量台１０から降りるときには、いずれか１個または複数個の車輪が第２計量区分１０Ｂのみに負荷し、第１計量区分１０Ａが無負荷状態にあるので、この区間をロードセル１３，１４の各出力信号の和が０であることによって検出する。具体的には、車両１７の第３輪１７ｃが第２計量区分１０Ｂに乗り込んだ状態（ただし、第１輪１７ａは第２計量区分１０Ｂから出ている状態、図４（ｃ）の状態）から、第２輪１７ｂが第２計量区分１０Ｂから出る（図４（ｄ）の状態）までの区間となる。
この第２計量区分１０Ｂのみに負荷荷重がある状態では、第２計量区分１０Ｂのロードセル１１，１２，１５，１６に対して前述のロードセルの異常判定論理を適用することができる。

各計量区分１０Ａ，１０Ｂの座標としては、第１計量区分１０Ａに対しては、ロードセル１４，１６を結ぶ直線をｘ軸、ロードセル１４，１３を結ぶ直線をｙ軸に設定され、また第２計量区分１０Ｂに対しては、ロードセル１６，１２を結ぶ直線をｘ軸、ロードセル１６，１５を結ぶ直線をｙ軸に設定される。

車両１７が計量台１０上を計測に適する時速５〜１０ｋｍ／ｈの速度で移動していても、各ロードセル１１〜１６の重量信号を短い時間の間に一通りサンプリングしたデータは、車両１７が計量台１０上のほぼ同じ位置でサンプリングされたものとみなすことができるので、この重量信号を用いれば前記式（１）〜（１４）が成り立つ。

しかし、車両１７は走行状態にあるため、各ロードセル信号には振動ノイズが含まれていて、静止状態で測定した場合のように安定しない。そこで、１台の車両１７については車輪１７ａ，１７ｂ，１７ｃが計量区分１０Ａ，１０Ｂに乗り込むタイミングおよび降りるタイミングを捉え、前記（１）（２）に示された各計量区分のみに負荷荷重がある区間において全てのロードセル１１〜１６の重量信号を時系列に記憶する。

６個のロードセル１１〜１６の出力信号を一通り読み取るサイクルをｔ０，ｔ１，・・・，ｔ６とすると、同じ読み取りサイクルの中での出力信号によって第１計量区分１０Ａ、第２計量区分１０Ｂ別に順次、式（１０）／式（１１）から比率Ｒ（ｔ０），Ｒ（ｔ１），・・・，Ｒ（ｔ６）を算出することができる。

これらの比率の合計数がｎ個あれば、平均値Ｒｔａを求めることで振動ノイズによるバラツキ量を個々の値に比べてｎ^１／２だけ減少させることができる。また、被計量物が異なって重量値が異なっても、ロードセルが正常であれば各計量区分における比率は同じ値を取るので、比率の平均値ＲｔａをＮ回分の車両測定について加算し、平均値Ｒｔａａを求めるようにすれば、更にバラツキを減らすことができる。

この平均値Ｒｔａａが求まった時点で、予め調整段階で静止荷重により計量区分毎に求めていたＲ０を用いて、式（１３）と同様に、式（Ｒｔａａ−Ｒ０）／Ｒ０＝±ｅによって±ｅの値を演算し、この±ｅを予め設定した基準値と比較・判定することで、ロードセルのスパン変動を検出することができる。

次に、図５、図６および図７に示されるフローチャートを用いて、本実施形態のロードセルのスパン不良検出の具体的手順について説明する。まず、図５、図６によって、スパン不良検出のためのデータ収集フローについて説明する。なお、図５、図６に示されるフローチャートは、１サイクル（演算処理装置３１に６個のロードセル１１〜１６の重量信号を一通り読み込む動作）毎に実行される。

ステップＡ１〜Ａ２：第１計量区分１０Ａのロードセル良否判定用データの収集が完了したか否かを判定するために、このデータ収集が完了したときにセットされるフラグＦ_２１が立っているか否かを判定する（ステップＡ１）。そして、フラグＦ_２１が立っていない（Ｆ_２１＝０）場合には、次に第２計量区分１０Ｂが無負荷状態にあるか否かを、式Ｐ_２'＝ＬＣ１１＋ＬＣ１２＜Ｗｚｔ'が成立しているか否かによって判定する（ステップＡ２）。ここで、ＬＣ１１、ＬＣ１２はそれぞれロードセル１１，１２の出力を表し、Ｗｚｔ'は零点重量付近に設けた閾値を表している。したがって、ロードセル１１，１２の出力の和Ｐ_２'が所定の閾値Ｗｚｔ'未満であれば、第２計量区分１０Ｂが無負荷状態にあると判定できる。

ステップＡ３〜Ａ４：第２計量区分１０Ｂが無負荷状態にあるときに、第１計量区分１０Ａに第１輪１７ａが乗り込むと検出動作を始める。まず、第１計量区分１０Ａに第１輪１７ａが初めて乗ったときにセットされるフラグ（第１計量区分１０Ａに負荷が掛かったときにセットされるフラグ）Ｆ_０１が立っているか否かを判定する（ステップＡ３）。そして、フラグＦ_０１が立っていない（Ｆ_０１＝０）場合には、式Ｐ_１'＝ＬＣ１３＋ＬＣ１４≧Ｗｚｔが成立しているか否かによって、第１計量区分１０Ａに第１輪１７ａが乗り込んだか否かを判定する（ステップＡ４）。ここで、ＬＣ１３、ＬＣ１４はそれぞれロードセル１３，１４の出力を表し、Ｗｚｔは第１輪１７ａが乗り込んだことを判定するための閾値を表している。

ステップＡ５〜Ａ６：ステップＡ４の判定がＹＥＳの場合に、フラグＦ_０１を立てて（ステップＡ５）、今回のＰ_１の値、言い換えれば１サイクル毎に時系列に読み込まれるロードセル出力のうちで第１計量区分１０Ａを構成するロードセル１３，１４，１５，１６の出力の和（＝ＬＣ１３＋ＬＣ１４＋ＬＣ１５＋ＬＣ１６）をメモリ３２に記憶する（ステップＡ６）。

ステップＡ７〜Ａ１０：このフローの２巡目においては、ステップＡ３の判定でフラグＦ_０１が立っている（Ｆ_０１＝１）のでステップＡ７へ進み、このステップＡ７において、第１計量区分１０Ａの重量が極大値を検出したときにセットされるフラグＦ_１１が立っているか否かを判定する。そして、このフラグＦ_１１が立っていなければ（Ｆ_１１＝０）、前回サイクル測定時における第１計量区分１０Ａの重量Ｐ_１（ｔ_ｎ）と今回サイクル測定時における第１計量区分１０Ａの重量Ｐ_１（ｔ_ｎ＋１）との大きさを比較し（ステップＡ８）、今回の重量Ｐ_１（ｔ_ｎ＋１）の方が大きければ、第１計量区分１０Ａの重量が極大値に達していないのでステップＡ６へ進んで今回のＰ_１の値をメモリ３２に記憶する。一方、前回の重量Ｐ_１（ｔ_ｎ）の方が大きければ、その重量Ｐ_１（ｔ_ｎ）を極大値Ｐ_１ｍａｘとして記憶し（ステップＡ９）、フラグＦ_１１を立てる（ステップＡ１０）。

ステップＡ１１〜Ａ１２：ステップＡ７の判定において、フラグＦ_１１が立っている（Ｆ_１１＝１）ときには、第１計量区分１０Ａの重量が極大値検出済みであるので、記憶されている極大値Ｐ_１ｍａｘと順次１サイクル毎に読み込まれる第１計量区分１０Ａの重量Ｐ_１との偏差が許容値±Ｗｔの範囲内にあるか否か（重量波形が平坦であるか否か）を判定し（ステップＡ１１）、許容値±Ｗｔの範囲内にあれば、第１輪１７ａの乗り込み後に新たな車輪の乗り込みはなく、また第１輪１７ａの第２計量区分１０Ｂへの乗り移りもないと判断されるので、第１計量区分１０Ａを構成するロードセル１３，１４，１５，１６の出力を個別に、各サイクル毎にメモリ３２に記憶する（ステップＡ１２）。

ステップＡ１３〜Ａ１７：新たな車輪の乗り込み、乗り移りがなければ上述の状態が連続するので、収集データ数をカウントするためのカウンタＣａをカウントアップし（ステップＡ１３）、このカウンタＣａの値が予め定めた回数Ｍ_１に達する（ステップＡ１４）まで繰り返し、Ｍ_１回連続すると、第１輪１７ａによる第１計量区分１０Ａの各ロードセルの良否を検査するのに必要なデータが終了したと判断する。そして、第１計量区分１０Ａの検出作業を完了させるために、第１計量区分１０Ａの検出作業完了フラグＦ_２１を立て（ステップＡ１５）、カウンタＣａをリセットし（ステップＡ１６）、フラグＦ_０１およびフラグＦ_１１をリセットする（ステップＡ１７）。

ステップＡ１８：一方、ステップＡ１１の判定において、極大値Ｐ_１ｍａｘと重量Ｐ_１との偏差が許容値±Ｗｔの範囲内にない場合には、前輪とそれに続く車輪との距離が短かかったり、前後輪の２輪しかなくても高速で計量台へ乗り込む場合のように、Ｍ_１回に達するまでに極大値Ｐ_１ｍａｘより許容値Ｗｔを越える場合であると判断されるため、この場合にはデータの収集ができなかったとして、各ロードセル１３〜１６のメモリ３２をクリアして、やはり第１計量区分１０Ａの検出作業を終了し、ステップＡ１５へ進む。

ステップＡ１９〜Ａ２０：第１計量区分１０Ａに係るデータ収集が完了すると、ステップＡ１の判定においてＦ_２１＝１となるので、ステップＡ１９に進んで第２計量区分１０Ｂに係るデータ収集に入る。また、上記第１計量区分１０Ａに係るデータ収集が完了していない場合でも、ステップＡ２の判定において第２計量区分１０Ｂが無負荷状態でなくなったとき（車両１７の第３輪１７ｃが第１計量区分１０Ａから第２計量区分１０Ｂに乗り移ったとき）には、やはりステップＡ１９に進んで第２計量区分１０Ｂに係るデータ収集に入る。この第２計量区分１０Ｂに係るデータ収集に際しては、まずその第２計量区分１０Ｂのデータ収集が完了したときにセットされるフラグＦ_２３が立っているか否かを判定する（ステップＡ１９）。そして、フラグＦ_２３が立っていない（Ｆ_２３＝０）場合には、次に第１計量区分１０Ａが無負荷状態であるときにセットされるフラグＦ_１２が立っているか否かを判定する（ステップＡ２０）。

ステップＡ２１〜Ａ２３：ステップＡ２０の判定によってフラグＦ_１２が立っていない（Ｆ_１２＝０）場合には、第１計量区分１０Ａが無負荷状態にあるか否かを、式Ｐ_１'＝ＬＣ１３＋ＬＣ１４＜Ｗｚｔ'が成立しているか否かによって判定し（ステップＡ２１）、無負荷状態にあると判定された場合に、第１計量区分１０Ａが無負荷状態に到達したときにセットされるフラグＦ_１２を立てる（ステップＡ２２）。次いで、今回のＰ_２の値、言い換えれば１サイクル毎に時系列に読み込まれるロードセル出力のうちで、第３輪１７ｃが第２計量区分１０Ｂに乗り移ってから、この第３輪１７ｃに先行する車輪のいずれかが第２計量区分１０Ｂから降りるまでの間の第２計量区分１０Ｂを構成するロードセル１１，１２，１５，１６の出力の和（＝ＬＣ１１＋ＬＣ１２＋ＬＣ１５＋ＬＣ１６）をメモリ３２に記憶する（ステップＡ２３）。

ステップＡ２４〜Ａ２７：ステップＡ２０の判定においてフラグＦ_１２が立っている（Ｆ_１２＝１）ときに、第２計量区分１０Ｂの重量が極大値を検出したときにセットされるフラグＦ_２２が立っているか否かを判定する（ステップＡ２４）。そして、このフラグＦ_２２が立っていなければ（Ｆ_２２＝０）、前回サイクル測定時における第２計量区分１０Ｂの重量Ｐ_２（ｔ_ｎ）と今回サイクル測定時における第２計量区分１０Ｂの重量Ｐ_２（ｔ_ｎ＋１）との大きさを比較し（ステップＡ２５）、今回の重量Ｐ_２（ｔ_ｎ＋１）の方が大きければ、第２計量区分１０Ｂの重量が極大値に達していないのでステップＡ２３へ進んで今回のＰ_２の値をメモリ３２に記憶する。一方、前回の重量Ｐ_２（ｔ_ｎ）の方が大きければ、その重量Ｐ_２（ｔ_ｎ）を極大値Ｐ_２ｍａｘとして記憶し（ステップＡ２６）、フラグＦ_２２を立てる（ステップＡ２７）。

ステップＡ２８〜Ａ２９：ステップＡ２４の判定において、フラグＦ_２２が立っている（Ｆ_２２＝１）ときには、第２計量区分１０Ｂの重量が極大値検出済みであるので、記憶されている極大値Ｐ_２ｍａｘと順次１サイクル毎に読み込まれる第２計量区分１０Ｂの重量Ｐ_２との偏差が許容値±Ｗｔの範囲内にあるか否か（重量波形が平坦であるか否か）を判定し（ステップＡ２８）、許容値±Ｗｔの範囲内にあれば、第２計量区分１０Ｂを構成するロードセル１１，１２，１５，１６の出力を個別に、各サイクル毎にメモリ３２に記憶する（ステップＡ２９）。

ステップＡ３０〜Ａ３４：新たな車輪の乗り込み、乗り移りがなければ上述の状態が連続するので、収集データ数をカウントするためのカウンタＣａをカウントアップし（ステップＡ３０）、このカウンタＣａの値が予め定めた回数Ｍ_２に達する（ステップＡ３１）まで繰り返し、Ｍ_２回連続すると、第２計量区分１０Ｂの各ロードセルの良否を検査するのに必要なデータが終了したと判断する。そして、第２計量区分１０Ｂの検出作業を完了させるために、第２計量区分１０Ｂの検出作業完了フラグＦ_２３を立て（ステップＡ３２）、カウンタＣａをリセットし（ステップＡ３３）、フラグＦ_０２およびフラグＦ_２２をリセットする（ステップＡ３４）。なお、上記カウンタＣａの設定回数Ｍ_２はＭ_１と同じ値であっても良い。

ステップＡ３５：一方、ステップＡ２８の判定において、極大値Ｐ_２ｍａｘと重量Ｐ_２との偏差が許容値±Ｗｔの範囲内にない場合には、第３輪１７ｃが第２軽量区分１０Ｂに乗り移ったのに先行車輪がすぐに第２計量区分１０Ｂから降りるなどして十分長い荷重平坦部を検出できない場合等であると判断されるため、この場合にはデータの収集ができなかったとして、各ロードセル１１，１２，１５，１６のメモリ３２をクリアして、やはり第２計量区分１０Ｂの検出作業を終了し、ステップＡ３２へ進む。

前記フローにおいて、第２計量区分１０Ｂが無負荷でありさえすれば、第１計量区分１０Ａに複数車輪がそれぞれ乗り込んだ場合に順次できる複数の荷重平坦部を検出してそれぞれの平坦部で各ロードセルの荷重を記憶するようにしても良い。同様に、第１計量区分１０Ａが無負荷でありさえすれば、第２計量区分１０Ｂから車輪が降りた場合に順次できる複数の荷重平坦部を検出してそれぞれの平坦部で各ロードセルの荷重を記憶するようにしても良い。

次に、前述の図５、図６に示されるフローによって、各計量区分毎に良否判定演算に必要な個数のロードセル信号が記憶されると、判定作業に入る。この判定作業の手順（第１計量区分１０Ａの場合の処理）が図７のフローチャートに示されている。以下、このフローチャートについて説明する。

ステップＢ１〜Ｂ４：第１計量区分１０Ａの検出作業完了フラグＦ_２１が立っているか否かを判定し（ステップＢ１）、このフラグＦ_２１が立っているときには各サイクル毎に記憶した各ロードセル出力データが記憶されているメモリの値を参照する（ステップＢ２）。そして、このメモリの値が０でなければ、同じサイクル毎の４個のロードセル出力から複数個（Ｍ_１個）の比率Ｒｔを求める（ステップＢ３）。この複数個の比率Ｒｔの値はそれぞれ車両走行状態のロードセル出力信号であるので振動ノイズを含んでいることから、これら比率ＲｔのＭ_１回の平均値Ｒｔａを求める（ステップＢ４）。なお、ステップＢ２の判定において、メモリの値が０である場合には、以下のステップＢ３〜Ｂ７をスキップしてステップＢ８へ進む。

ステップＢ５〜Ｂ８：メモリに記憶されている各ロードセル出力をクリアし（ステップＢ５）、被計量物の個数をカウントするためのカウンタＣｂをカウントアップし（ステップＢ６）、先のステップで求められた比率平均値Ｒｔａを加算する（ステップＢ７）。次いで、１台の被計量物（車両）による第１計量区分１０Ａの検出データの演算が完了したので、フラグＦ_２１をリセットする（ステップＢ８）。

ステップＢ９〜Ｂ１０：カウンタＣｂの値がＮ（データ収集個数）に達したか否かを判定し（ステップＢ９）、Ｎに達していなければ上述のステップを繰り返し、Ｎに達すると、このＮ台の車両分の比率平均値Ｒｔａａを算出する（ステップＢ１０）。なお、ステップＢ４で求めた比率平均値Ｒｔａによってロードセル異常を判定しても良いが、本実施形態のように車両のサンプル回数を重ねて安定な比率平均値Ｒｔａａを求めて、この値によって判定するのが好ましい。

ステップＢ１１〜Ｂ１２：複数回の車両計量によって求めた比率平均値Ｒｔａａによって、式（Ｒｔａａ−Ｒ０）／Ｒ０＝±ｅを求めて、第１計量区分１０Ａのロードセル異常を判定する（ステップＢ１１）。この後、Ｒｔａａの値およびカウンタＣｂの値をクリアして（ステップＢ１２）、フローを終了する。

なお、第２計量区分１０Ｂに係るロードセルの異常判定作業については省略されているが、上記第１計量区分１０Ａと同様に行うことができる。

本実施形態において、１個のロードセルの異常状態が検出された場合に、残りのロードセルによって被計量物の重量を正しく求めるようにする異常ロードセル出力の修正は次のようにして行われる。

式（１０）（１１）より、それぞれの計量区分における被計量物の任意の重心座標（被計量物の計量区分上の任意の位置）において、次式
Ｗ１／Ｗ２＝Ｗ３／Ｗ４
が成り立つ。したがって、各ロードセルのスパンが正常であれば、
Ｗ１＝（Ｗ２・Ｗ３）／Ｗ４
であるから、Ｗ１の出力をＷ２、Ｗ３、Ｗ４によって代替することができる。このことは他のロードセルについても同様である。

例えばある時点でロードセル１１の出力信号のスパン異常が検出され、そのときＷ１の出力であるべきところＷ１'に変化していたとすると、スパン変化率ｋは、次式により求めることができる。
ｋ＝Ｗ１／Ｗ１'＝｛（Ｗ２・Ｗ３）／Ｗ４｝／Ｗ１'
このスパン変化率ｋを求めると、この計算を行った時点以降のロードセル１１の出力Ｗ１'に対して、スパン変化率をスパン修正率としてロードセル１１の出力に掛けて正しい信号に修正して使用することができる。

ただし、ロードセルスパン変動は、一旦生じると原因が進行して（例えばストレインゲージの異常度合いが進行して）継続的に変化する可能性が高い。したがって、重量測定装置の使用中は修正率ｋを連続的に求め、継続的に修正することが適切である。

本実施形態のように、１つの計量台が複数の計量区分に分かれている場合には、通常の計量動作を実施する過程の中で、前述のように隣接計量区分に負荷がない場合で当該計量区分を支持する全てのロードセルの出力を演算処理装置に記憶させ、Ｗ１と（Ｗ２・Ｗ３）／Ｗ４を１個の被計量物あるいは複数個の被計量物の計量時に連続的に求め、一定個数分のそれらのデータが収集される毎に平均値を求めて修正率（修正係数）ｋを求め、この修正率ｋの値を更新しながらロードセル１１の出力を修正して行けば良い。

１台の計量台が１個の計量区分よりなる場合（ただし、計量台は４個のロードセルＬＣ１、ＬＣ２、ＬＣ３、ＬＣ４によってその四隅が支持されているものとする。）には、静止計量の場合は静止状態での計量時点で得たロードセル出力でもって修正率ｋを求めれば良い。一方、走行状態で計量する場合には、複数の計量区分からなる場合と同様、全荷重の平坦部を検出し、荷重平坦部において被計量物が計量台上のほぼ同一位置にある場合のロードセルＬＣ１とＬＣ２、ＬＣ３、ＬＣ４の出力とから、前述と同様に修正率ｋを得てロードセルＬＣ１の異常出力を修正すれば良い。

不良ロードセル診断法の基本原理説明図 本発明の一実施形態に係る重量測定装置の側面図（ａ）および平面図（ｂ） 本実施形態の重量測定装置の回路構成図 本実施形態の重量測定装置における荷重負荷状態説明図 荷重センサのスパン不良検出のためのデータ収集フローを示すフローチャート（１） 荷重センサのスパン不良検出のためのデータ収集フローを示すフローチャート（２） 荷重センサの良否判定フローを示すフローチャート

符号の説明

９ 重量測定装置
１０ 計量台
１０Ａ 第１計量区分
１０Ｂ 第２計量区分
１１〜１６ ロードセル（荷重センサ）
１７ 車両
１７ａ 第１輪
１７ｂ 第２輪
１７ｃ 第３輪
１８〜２３ 増幅器
２４〜２９ アナログ・デジタル変換器
３０ Ｉ／Ｏ回路
３１ 演算処理装置
３２ メモリ

Claims (7)

1. 複数の計量区分を有し、各計量区分が４個の荷重センサにて支持されるとともに、互いに隣接する計量区分の隣接部が共通の２個の荷重センサにて支持される計量台上に被計量物を載置してその被計量物の重量を測定する重量測定装置において、
   前記各計量区分を支持する４個の荷重センサの出力信号の組み合わせ演算結果に基づいて、いずれかの荷重センサの異常状態を検出する異常検出手段を備えることを特徴とする重量測定装置。
2. 所定の計量区分に隣接する計量区分が無負荷状態にあることを検出する無負荷検出手段を備える請求項１に記載の重量測定装置。
3. 被計量物が前記各計量区分上の所定位置にあるときの４個の荷重センサの出力信号の組み合わせ演算結果を、その計量区分上の複数箇所にて求める演算手段を備える請求項１または２に記載の重量測定装置。
4. 前記組み合わせ演算結果は、複数個の組み合わせ演算結果の平均値により求められ、この求められた平均値に基づいて前記異常検出手段により荷重センサの異常状態が検出される請求項３に記載の重量測定装置。
5. 前記複数個の組み合わせ演算結果の平均値を複数個の異なる被計量物の重量測定により求め、この求められた演算結果に基づいて前記異常検出手段により荷重センサの異常状態が検出される請求項４に記載の重量測定装置。
6. 複数の計量区分を有し、各計量区分が４個の荷重センサにて支持されるとともに、互いに隣接する計量区分の隣接部が共通の２個の荷重センサにて支持される計量台上に被計量物を載置してその被計量物の重量を測定する重量測定装置において、
   同一の計量区分を支持する４個の荷重センサのうちの１個の荷重センサが異常になったとき、この異常になった荷重センサの出力信号を、この異常になった荷重センサを除く他の３個の荷重センサの出力信号によって修正演算する演算手段を備えることを特徴とする重量測定装置。
7. 前記演算手段は、前記異常になった荷重センサの出力信号と、他の３個の荷重センサの出力信号とによって求めた修正係数により修正演算するものである請求項６に記載の重量測定装置。

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