JP2010203972A - Digital filter for digital weighing machine, digital weighing machine with the same and filter-processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、デジタル秤に適用されるデジタル秤用デジタルフィルタ及びそれを備えたデジタル秤に関する。また、当該デジタル秤用デジタルフィルタを用いた濾波処理方法に関する。 The present invention relates to a digital filter for a digital scale applied to a digital scale and a digital scale equipped with the same. The present invention also relates to a filtering method using the digital filter for digital scale.
デジタル秤においては、ロードセル等の重量センサによって検出された被計量物のアナログ計量信号がデジタル計量信号に変換された上で当該デジタル計量信号に基づいて各種制御が行われる。デジタル計量信号には、デジタル秤に固有の振動や外的要因による振動等の振動成分が含まれているため、デジタルフィルタを用いてこれを除去している。 In a digital scale, an analog weighing signal of an object to be measured detected by a weight sensor such as a load cell is converted into a digital weighing signal, and various controls are performed based on the digital weighing signal. Since the digital weighing signal includes vibration components such as vibration inherent to the digital scale and vibration due to external factors, the digital weighing signal is removed using a digital filter.
このようなデジタルフィルタにおいては、デジタル計量信号に含まれる振動成分のうち、外的要因による振動等のように、周波数特性が時間的に変化する振動成分を除去するために、入力されるデジタル計量信号に応じて伝達関数を変化させることで除去する振動成分の周波数領域を変化させている。ここで、伝達関数を変化させる方法には、フィルタ係数を再演算する方法と、フィルタ次数(単位フィルタの数)を変化させる方法とがある。 In such a digital filter, in order to remove vibration components whose frequency characteristics change with time, such as vibration caused by an external factor, among the vibration components included in the digital measurement signal, the input digital measurement is performed. The frequency domain of the vibration component to be removed is changed by changing the transfer function according to the signal. Here, the method of changing the transfer function includes a method of recalculating filter coefficients and a method of changing the filter order (number of unit filters).
しかし、フィルタ係数を再演算する方法は、繰り返し演算量が多く、複雑な演算を要するため、演算時間が長くなる。即ち、被計量物の計量中にフィルタ係数を再演算することとなると、デジタル計量信号が所定の許容減衰範囲内になるまでの時間(被計量物の重量値として採用可能となるまでの時間)が長くなる問題がある。 However, the method of recalculating the filter coefficient requires a large amount of calculation and requires complicated calculation, which increases the calculation time. That is, when the filter coefficient is recalculated during the weighing of the weighing object, the time until the digital weighing signal falls within the predetermined allowable attenuation range (time until the weight value of the weighing object can be adopted) There is a problem that becomes longer.
このような問題に対し、例えば、下記特許文献1には、フィルタ手段で濾波処理されたデジタル計量信号に含まれる振動成分の振幅が所定の許容減衰範囲内であるか否かを1計量サイクル中のデジタル計量信号の所定サンプリングごとに判定し、振動成分の振幅が許容減衰範囲内でない場合に、フィルタ手段のフィルタ次数を増加させることにより、フィルタ手段で除去する振動成分の周波数領域を変化させるデジタルフィルタが開示されている。このようなデジタルフィルタによれば、濾波処理されたデジタル計量信号に含まれる振動成分の振幅が所定の許容減衰範囲内であるか否かに応じてフィルタ手段のフィルタ次数を変化させることにより除去する振動成分を変化させるため、フィルタ手段における濾波処理の演算量を低減させることができる。
To deal with such a problem, for example, in
しかし、特許文献1に記載のデジタルフィルタのようにフィルタ次数を変化させる方法では、伝達関数が大きく変化しないため、予め設定されたフィルタ係数が除去可能な振動成分の周波数領域とデジタル計量信号に含まれる振動成分の周波数領域とが大きく異なる場合には、濾波処理されたデジタル計量信号に含まれる振動成分の振幅が許容減衰範囲内に収束しなかったり、収束するまでの時間が長くなったりするおそれがある。この結果、デジタル秤の計量精度が悪化したり、フィルタの演算時間が長くなって計量時間が長くなったりする問題が生じる。特に、デジタル秤のうち、組合せ演算を行う組合せ秤においては、組合せ演算の高速化に伴い、1つの被計量物を計量する時間(即ち、1計量サイクル)も短くする必要があるため、計量時間が長くなることは望ましくない。
However, in the method of changing the filter order as in the digital filter described in
本発明は、以上のような課題を解決すべくなされたものであり、計量精度を保持しつつ適応させるフィルタの演算時間を短縮することができるデジタル秤用デジタルフィルタ、これを備えたデジタル秤及びデジタル秤用デジタルフィルタを用いた濾波処理方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. A digital filter for a digital scale capable of shortening a calculation time of a filter to be applied while maintaining weighing accuracy, a digital scale equipped with the same, and An object of the present invention is to provide a filtering method using a digital filter for a digital scale.
本発明に係るデジタル秤用デジタルフィルタは、振動成分を含むデジタル計量信号を濾波処理するFIRフィルタと、前記FIRフィルタで濾波処理されたデジタル計量信号に含まれる振動成分の振幅が所定の許容減衰範囲内であるか否かを1計量サイクル中のデジタル計量信号の所定サンプリングごとに判定する判定手段と、制御手段と、を備え、前記FIRフィルタは、所定の周波数領域の振動成分を除去する固定部と、変化させることが可能な周波数領域の振動成分を除去する適応部とを有し、前記制御手段は、前記判定手段の判定結果に応じて、前記適応部において除去する振動成分の周波数領域を変化させるように構成されている。 A digital filter for a digital scale according to the present invention includes an FIR filter for filtering a digital weighing signal including a vibration component, and an amplitude of a vibration component included in the digital weighing signal filtered by the FIR filter within a predetermined allowable attenuation range. A determination unit that determines whether or not the signal is within a predetermined cycle for each predetermined sampling of the digital weighing signal, and a control unit, wherein the FIR filter removes a vibration component in a predetermined frequency region. And an adaptive unit that removes a vibration component in a frequency region that can be changed, and the control unit determines a frequency region of the vibration component to be removed in the adaptive unit according to a determination result of the determination unit. It is configured to change.
上記デジタル秤用デジタルフィルタによれば、FIRフィルタの固定部において、入力されたデジタル計量信号のうち所定の周波数領域の振動成分が除去されるため、デジタル秤の固有振動等の予め想定される振動成分が確実に除去される。FIRフィルタの適応部においては、入力されたデジタル計量信号から除去する振動成分の周波数領域を変化させることにより、被計量物を投入することにより発生するデジタル秤の揺れや外的要因によって計量中に生じた様々な振動成分が除去される。 According to the above digital filter for a digital scale, vibration components in a predetermined frequency region are removed from the input digital measurement signal in the fixed part of the FIR filter. Components are reliably removed. In the adaptive part of the FIR filter, the frequency range of the vibration component to be removed from the input digital weighing signal is changed. Various generated vibration components are removed.
このように、入力されるデジタル計量信号のうち、予め想定される振動成分の周波数領域については、1計量サイクル中に演算を行うことなく固定部で除去しつつ、随時発生する振動成分の周波数領域についてのみ、適応部において除去する振動成分の周波数領域を変化させる演算を行うため、計量精度が低下することを防止しつつ、FIRフィルタにおける濾波処理の演算量を減少させ、演算時間を短縮することができる。以上のように、本発明によれば、計量精度を保持しつつ適応させるフィルタの演算時間を短縮することができる。 As described above, the frequency range of the vibration component that is generated from time to time is removed from the input digital weighing signal by the fixed unit without performing computation during one weighing cycle. Only for the adaptive portion, the calculation is performed to change the frequency region of the vibration component to be removed, so that the calculation amount of the filtering process in the FIR filter is reduced and the calculation time is shortened while preventing the measurement accuracy from being lowered. Can do. As described above, according to the present invention, it is possible to reduce the calculation time of the filter to be adapted while maintaining the measurement accuracy.
上記デジタル秤用デジタルフィルタにおいて、前記制御手段は、前記適応部のフィルタ係数を変更することにより、前記適応部において除去する振動成分の周波数領域を変化させるように構成されていてもよい。この構成によれば、適応部のフィルタ係数を変更することにより、適応部において除去する振動成分の周波数領域を大きく変えることができる。従って、判定手段による判定結果により濾波処理されたデジタル計量信号が許容減衰範囲内になり難いと判断された際、制御手段が適応部のフィルタ係数を変更することにより、より確実且つ早期にデジタル計量信号の振動成分を減衰させることができる。このように、判定手段による判定結果に応じて必要なときのみフィルタ係数が変更されるため、フィルタ係数の演算回数を減少させることができる。 In the digital filter for a digital scale, the control means may be configured to change a frequency region of a vibration component to be removed by the adaptive unit by changing a filter coefficient of the adaptive unit. According to this configuration, by changing the filter coefficient of the adaptive unit, the frequency region of the vibration component to be removed in the adaptive unit can be greatly changed. Therefore, when it is determined that the filtered digital weighing signal is not easily within the allowable attenuation range based on the determination result of the determining means, the control means changes the filter coefficient of the adaptive unit, thereby enabling more reliable and early digital weighing. The vibration component of the signal can be attenuated. As described above, since the filter coefficient is changed only when necessary according to the determination result by the determination means, it is possible to reduce the number of times the filter coefficient is calculated.
上記デジタル秤用デジタルフィルタにおいて、前記制御手段は、フィルタ次数を所定数増加させることにより、適応部で除去する振動成分の周波数領域を変化させるように構成されていてもよい。これにより、濾波処理されたデジタル計量信号に含まれる振動成分の振幅が所定の許容減衰範囲内であるか否かに応じて適応部のフィルタ次数を変化させることにより除去する振動成分を変化させるため、適応部における濾波処理の演算量を低減させることができる。 In the digital filter for a digital scale, the control means may be configured to change the frequency region of the vibration component to be removed by the adaptive unit by increasing the filter order by a predetermined number. Accordingly, the vibration component to be removed is changed by changing the filter order of the adaptive unit according to whether the amplitude of the vibration component included in the filtered digital measurement signal is within a predetermined allowable attenuation range. The amount of computation of the filtering process in the adaptation unit can be reduced.
上記デジタル秤用デジタルフィルタにおいて、前記固定部は、入力されたデジタル計量信号のうち、被計量物を計量するデジタル秤の重量センサの固有振動数を除去するように構成されていてもよい。この構成によれば、予め想定される振動成分のうち、最も大きい振動成分であるデジタル秤の重量センサの固有振動数に基づく振動成分が固定部で除去されるため、濾過処理されたデジタル計量信号を迅速に許容減衰範囲に減衰させることができ、許容部における濾波処理の演算量をより低減させることができる。 In the digital filter for a digital scale, the fixing unit may be configured to remove a natural frequency of a weight sensor of the digital scale for weighing an object to be weighed from the input digital weighing signal. According to this configuration, the vibration component based on the natural frequency of the weight sensor of the digital scale, which is the largest vibration component among the vibration components assumed in advance, is removed by the fixed portion. Can be quickly attenuated to the allowable attenuation range, and the amount of filtering processing in the allowable portion can be further reduced.
上記デジタル秤用デジタルフィルタにおいて、前記適応部は、格子型FIRフィルタが所定数接続されることにより構成されていてもよい。この構成によれば、適応部として格子型FIRフィルタが採用されているため、適応部における濾波処理の演算誤差を少なくすることができる。 In the digital filter for a digital scale, the adaptation unit may be configured by connecting a predetermined number of lattice-type FIR filters. According to this configuration, since the lattice type FIR filter is employed as the adaptation unit, it is possible to reduce the calculation error of the filtering process in the adaptation unit.
上記デジタル秤用デジタルフィルタにおいて、前記固定部は、格子型FIRフィルタが所定数接続されることにより構成されていてもよい。この構成によれば、固定部として格子型FIRフィルタが採用されているため、固定部における濾波処理の演算誤差を少なくすることができる。 In the digital filter for a digital scale, the fixed portion may be configured by connecting a predetermined number of lattice type FIR filters. According to this configuration, since the lattice type FIR filter is employed as the fixed portion, it is possible to reduce the calculation error of the filtering process in the fixed portion.
上記デジタル秤用デジタルフィルタにおいて、前記固定部は、前記FIRフィルタに入力されたデジタル計量信号を濾波処理し、前記適応部は、前記固定部で濾波処理されたデジタル計量信号を濾波処理するように構成されていてもよい。この構成によれば、デジタル計量信号に含まれる振動成分のうち、予め想定される振動成分が固定部において除去された後、残りの振動成分を除去するために、適応部において除去する振動成分の周波数領域を変化させるための演算が行われるため、適応部における演算量をより低減させることができる。 In the digital filter for a digital scale, the fixed unit may filter the digital weighing signal input to the FIR filter, and the adaptive unit may filter the digital weighing signal filtered by the fixed unit. It may be configured. According to this configuration, of the vibration components included in the digital measurement signal, after the vibration component assumed in advance is removed in the fixed portion, the vibration component to be removed in the adaptive portion is removed in order to remove the remaining vibration component. Since the calculation for changing the frequency domain is performed, the calculation amount in the adaptive unit can be further reduced.
また、本発明に係るデジタル秤は、上記何れかの構成を有するデジタル秤用デジタルフィルタを備えている。本発明のデジタル秤は、上記効果を奏するデジタル秤用デジタルフィルタを備えているため、デジタル秤の計量精度を低下させることなくデジタル秤の計量速度を高速化することができる。 Moreover, the digital balance according to the present invention includes a digital filter for a digital scale having any one of the above-described configurations. Since the digital balance of the present invention includes the digital filter for digital balance that exhibits the above-described effects, the measurement speed of the digital balance can be increased without reducing the measurement accuracy of the digital balance.
また、本発明に係るデジタル秤用デジタルフィルタを用いた濾波処理方法は、振動成分を含むデジタル計量信号を濾波処理するFIRフィルタと、前記FIRフィルタで濾波処理されたデジタル計量信号に含まれる振動成分の振幅が所定の許容減衰範囲内であるか否かを1計量サイクル中のデジタル計量信号の所定サンプリングごとに判定する判定手段と、制御手段と、を備え、前記FIRフィルタは、所定の周波数領域の振動成分を除去する固定部と、変化させることが可能な周波数領域の振動成分を除去する適応部とを有し、前記制御手段は、前記判定手段の判定結果に応じて前記適応部のフィルタ係数を変更するように構成されているデジタル秤用デジタルフィルタを用いた濾波処理方法であって、固定部のフィルタ係数をデジタル秤の重量センサの固有振動数に応じた正弦波に基づいて演算するステップと、適応部の格子型フィルタのフィルタ係数を所定の積算計量信号に基づいて演算するステップと、前記デジタル計量信号を前記デジタル秤用デジタルフィルタに入力するステップと、入力された前記デジタル計量信号を前記固定部及び前記適応部においてそれぞれ演算されたフィルタ係数に基づいて濾波処理するステップと、を含み、前記判定手段が、所定の計量サイクルの後、前記フィルタ係数を変更すべきと判断した場合、前記制御手段が、前記適応部のフィルタ係数を前回の計量サイクルにおけるデジタル計量信号に基づいて演算し、更新するものである。 The filtering method using the digital filter for a digital scale according to the present invention includes an FIR filter for filtering a digital weighing signal including a vibration component, and a vibration component included in the digital weighing signal filtered by the FIR filter. Determining means for determining whether or not the amplitude of the signal is within a predetermined allowable attenuation range for each predetermined sampling of the digital weighing signal in one weighing cycle, and a control means, wherein the FIR filter has a predetermined frequency range A fixing unit that removes the vibration component of the filter, and an adaptation unit that removes the vibration component in the frequency domain that can be changed, wherein the control unit filters the adaptive unit according to a determination result of the determination unit A filtering method using a digital filter for a digital scale configured to change a coefficient, wherein the filter coefficient of a fixed part is a digital scale. A step of calculating based on a sine wave corresponding to the natural frequency of the weight sensor, a step of calculating a filter coefficient of the lattice type filter of the adaptive unit based on a predetermined integrated weighing signal, and the digital weighing signal being converted to the digital weighing signal. And a step of filtering the input digital metric signal based on filter coefficients respectively calculated in the fixed unit and the adaptive unit, and the determination means includes a predetermined unit. When it is determined that the filter coefficient should be changed after the weighing cycle, the control means calculates and updates the filter coefficient of the adaptive unit based on the digital weighing signal in the previous weighing cycle.
上記濾波処理方法によれば、固定部のフィルタ係数がデジタル秤の重量センサの固有振動数に基づいて演算されるため、予め想定される振動成分のうち、最も大きい振動成分であるデジタル秤の重量センサの固有振動数に基づく振動成分が固定部で除去される。また、適応部のフィルタ係数が所定の積算計量信号に基づいて演算されるため、FIRフィルタが適応部で除去する周波数成分を実際に発生し得る振動成分に即した周波数領域に設定することができる。さらに、フィルタ係数を更新する際、当該フィルタ係数が前回の計量サイクルにおけるデジタル計量信号に基づいて演算されるため、実際に発生している振動成分を適応部において確実に除去することができる。これにより、デジタルフィルタを用いて濾波処理する際に、適応部においてフィルタ係数の更新する回数を減少させることができる。従って、計量精度を保持しつつ適応させるフィルタの演算時間を短縮することができる。 According to the above filtering method, since the filter coefficient of the fixed part is calculated based on the natural frequency of the weight sensor of the digital balance, the weight of the digital balance which is the largest vibration component among the vibration components assumed in advance. A vibration component based on the natural frequency of the sensor is removed by the fixed portion. In addition, since the filter coefficient of the adaptive unit is calculated based on a predetermined integrated metric signal, the frequency component that the FIR filter removes in the adaptive unit can be set to a frequency region that matches the vibration component that can actually be generated. . Furthermore, when the filter coefficient is updated, the filter coefficient is calculated based on the digital weighing signal in the previous weighing cycle, so that the vibration component that is actually generated can be reliably removed in the adaptive unit. Accordingly, when the filtering process is performed using the digital filter, the number of times the filter coefficient is updated in the adaptive unit can be reduced. Accordingly, it is possible to shorten the calculation time of the filter to be applied while maintaining the weighing accuracy.
以下、特許請求の範囲及び明細書の記載に用いられる用語の定義について説明する。 Hereinafter, definitions of terms used in claims and description will be described.
特許請求の範囲及び明細書にいう「FIRフィルタ」は、電気回路や電子回路等のような現実のフィルタ回路を意味するものではなく、FIRフィルタによってデジタル計量信号が濾波処理されることは、制御装置の制御部(例えば、マイクロコンピュータのCPU等)が制御装置の記憶部(例えば、マイクロコンピュータの内部メモリ)に記憶された制御プログラムに基づいて制御動作することによって、デジタル計量信号が演算処理されることを意味する。FIRフィルタは、伝達関数がフィルタ係数及び/又はフィルタ次数を変更することにより変化するものである。 The “FIR filter” in the claims and the specification does not mean an actual filter circuit such as an electric circuit or an electronic circuit, and the fact that the digital weighing signal is filtered by the FIR filter is a control function. The control unit (for example, the CPU of the microcomputer) of the device performs a control operation based on a control program stored in the storage unit (for example, the internal memory of the microcomputer) of the control device, so that the digital weighing signal is processed. Means that. In the FIR filter, the transfer function is changed by changing the filter coefficient and / or the filter order.
特許請求の範囲及び明細書にいう「1計量サイクル」とは、ある被計量物の重量を検出することによって得られたデジタル計量信号が入力されてから当該被計量物の計量終了処理が行われるまでの間を意味する。 The term “one weighing cycle” as used in the claims and the specification means that after a digital weighing signal obtained by detecting the weight of a certain weighing object is inputted, the weighing end processing of the weighing object is performed. Means between.
特許請求の範囲及び明細書にいう「積算計量信号」とは、例えば、複数の被計量物又は被計量物のサンプルを実際に計量した際に得られた複数のデジタル計量信号を足し合わせ、平均した信号を意味する。 The “integrated weighing signal” in the claims and the specification means, for example, the sum of a plurality of digital weighing signals obtained when actually weighing a plurality of objects or samples of the objects to be weighed. Signal.
本発明は以上に説明したように構成され、計量精度を保持しつつ適応させるフィルタの演算時間を短縮することができるという効果を奏する。 The present invention is configured as described above, and has an effect that the calculation time of a filter to be adapted can be shortened while maintaining measurement accuracy.
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding elements are denoted by the same reference symbols throughout the drawings, and redundant description thereof is omitted.
まず、本発明の一実施形態に係るデジタル秤用デジタルフィルタが適用されたデジタル秤の概略構成について説明する。図1は、本発明の一実施形態に係るデジタル秤用デジタルフィルタが適用されたデジタル秤の概略構成を示すブロック図である。 First, a schematic configuration of a digital scale to which a digital filter for a digital scale according to an embodiment of the present invention is applied will be described. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a digital balance to which a digital filter for a digital balance according to an embodiment of the present invention is applied.
本実施形態のデジタル秤1は、図1に示すように、被計量物を計量する重量センサ2を備えている。重量センサ2には、例えば、ロードセルが用いられる。重量センサ2は、制御装置3に接続されており、重量センサ2で検出された重量は、増幅器4で増幅された上で制御装置3に送信される。なお、増幅器4には、不要な高周波成分を減衰させるためのローパスフィルタが設けられていてもよい。
As shown in FIG. 1, the
制御装置3は、各種演算を行う制御部30及び各種演算の結果を記憶する記憶部34を有している。制御装置3は、例えば、制御部30及び記憶部34が実装された制御基板(図示せず)により構成される。制御装置3は、例えば、マイクロコンピュータを備えており、制御部30には、例えばこのマイクロコンピュータのCPUが用いられる。記憶部34には、例えばこのマイクロコンピュータの内部メモリが用いられる。制御部30と記憶部34とは相互に接続されている。記憶部34には濾波処理等のための各種制御プログラムが格納されている。さらに、記憶部34はフィルタ係数等の各種データを記憶する。また、制御部30は、記憶部34に格納された制御プログラムを読み出して実行することにより、演算等の処理や制御を行う。なお、制御部30は、デジタル秤1に設けられるホッパ等の駆動制御を行うマイクロコンピュータを用いてもよいし、駆動制御用のマイクロコンピュータとは別に、デジタルフィルタにおける濾波処理専用のマイクロコンピュータ又はDSP(デジタルシグナルプロセッサ)を用いてもよい。
The
制御装置3は、アナログ計量信号をデジタル化するA/D変換器35を有している。A/D変換器35は、増幅器4で増幅されたアナログ計量信号をデジタル化し、デジタル計量信号として制御部30に入力する。このデジタル計量信号には、被計量物の重量に相当する直流成分の他に種々の振動成分が含まれている。
The
また、デジタル秤1は、制御装置3の処理結果等を表示する表示部5と、制御装置3の各種設定入力等を行う操作部6と、外部のコンピュータ10と通信可能な通信部7とを備えている。表示部5、操作部6及び通信部7と制御部30とは、入出力インターフェイス36を介して信号の授受を行う。
In addition, the
制御部30は、A/D変換器35、操作部6及び通信部7から信号を受け取り、これらの信号に基づいてフィルタ係数演算モード及び濾波処理モードを起動する。制御部30は、濾波処理モードにおいては、フィルタ演算処理及び判定処理を行い、フィルタ係数演算モードにおいては、判定処理の結果に応じてフィルタ次数及びフィルタ係数を変更する制御を行い、これらの処理結果を記憶部34に記憶する。換言すると、制御部30は、FIR(有限インパルス応答)フィルタ31、判定手段32及び制御手段33として機能する。従って、本実施形態のデジタル秤用デジタルフィルタは、FIRフィルタ31、判定手段32及び制御手段33として機能する制御部30によって実現される。
The
なお、本実施形態においては1つの制御基板で制御装置3を構成しているが、本発明は同様の制御を行い得る限りこれに限られない。即ち、例えば、各種制御に応じて複数の制御基板を設け、その複数の制御基板で制御装置3を構成してもよい。また、この制御装置3を、必ずしもデジタル秤1に備える必要はなく、例えば、パソコン等を外部の制御装置3として接続することにより当該外部の制御装置3で制御することとしてもよい。
In the present embodiment, the
本実施形態のデジタル秤用デジタルフィルタにおいて、FIRフィルタ31として機能する制御部30は、A/D変換器35から入力される振動成分を含むデジタル計量信号を濾波処理する。
In the digital filter for a digital scale according to the present embodiment, the
より詳しくは、FIRフィルタ31は、所定の周波数領域の振動成分を除去する固定部311と、変化させることが可能な周波数領域の振動成分を除去する適応部312とを有している。従って、A/D変換器35から入力されるデジタル計量信号は、固定部311においてデジタル秤の固有振動数等の予め想定される所定の振動成分が除去され、適応部312において例えば、デジタル秤1である組合せ秤に設けられたホッパの開閉や外的要因によって計量中に生じた様々な振動成分が除去される。
More specifically, the
また、判定手段32として機能する制御部30は、FIRフィルタ31で濾波処理されたデジタル計量信号に含まれる振動成分の振幅が所定の許容減衰範囲内であるか否かを1計量サイクル中のデジタル計量信号の所定サンプリングごとに判定する。そして、制御手段33は、判定手段32の判定結果に応じて、適応部312において除去する振動成分の周波数成分を変更することにより、入力されたデジタル計量信号に含まれる振動成分のうち、固定部311で除去されない振動成分を除去する。なお、本実施形態においては、1計量サイクルとは、ある被計量物の重量を検出することによって得られたデジタル計量信号が入力されてから当該被計量物の計量終了処理(排出処理)が行われるまでの間を意味する。
Further, the
このように、入力されるデジタル計量信号のうち、予め想定される振動成分の周波数領域については、計量中に演算を行うことなく固定部311で除去しつつ、随時発生する振動成分の周波数領域についてのみ、適応部312において除去する振動成分の周波数領域を変化させる演算を行うため、計量精度が低下することを防止しつつ、適応部312における濾波処理の演算量を減少させ、演算時間を短縮することができる。以上のように、本実施形態のデジタル秤用デジタルフィルタによれば、計量精度を保持しつつ適応させるフィルタの演算時間を短縮することができる。
As described above, the frequency range of the vibration component that is assumed in advance in the input digital measurement signal is removed by the fixing
本実施形態においては、制御部30は、濾波処理後の振動成分の振幅が許容減衰範囲内でない場合に、適応部312のフィルタ次数を所定数増加させることにより、適応部312で除去する振動成分の周波数領域を変化させる。これにより、適応部312における濾波処理の演算量を低減させることができる。適応部312は、後述する単位フィルタがm個接続されて構成されており、当該単位フィルタの接続数mがフィルタ次数に相当している。
In this embodiment, when the amplitude of the vibration component after the filtering process is not within the allowable attenuation range, the
ここで、FIRフィルタ31の構成について、より詳細に説明する。図2から図4は、図1に示すデジタル秤のデジタル秤用デジタルフィルタに設けられたFIRフィルタの具体例を示すブロック図である。図2は固定部を示すブロック図であり、図3は適応部を示すブロック図であり、図4は適応部の単位フィルタを示すブロック図である。なお、前述したように、図2から図4に示すFIRフィルタは、電気回路や電子回路等により構成される現実のフィルタ回路を意味するものではなく、記憶部34に記憶された制御プログラムに基づいて制御動作する制御部30によって構成されるものである。
Here, the configuration of the
まず、図3に示す適応部312について説明する。適応部312は、仮想的には図4に示す単位フィルタ310がm個直列接続されて構成されている。ここで、単位フィルタ310がm個直列接続されているとは、制御部30が単位フィルタ310における演算をフィルタ係数(本実施形態においては後述する反射係数km)をフィルタ次数mに応じて変化させつつ(k1,k2,…,km)m回繰り返すことを意味する。本実施形態の単位フィルタ310は、格子型FIRフィルタにより構成されている。格子型FIRフィルタを採用することにより適応部312における濾波処理の演算誤差を少なくすることができる。
First, the
適応部312においては、単位フィルタ310である格子型FIRフィルタがm個直列接続されている。格子型FIRフィルタは、2つの入力f(n)(m−1)及びg(n)(m−1)に対し、前向き予測誤差f(n)(m)及び後ろ向き予測誤差g(n)(m)を出力するものである。このような単位フィルタ310を直列接続することで、前向き予測誤差f(n)(m)及びg(n)(m)のそれぞれが次段の単位フィルタ310に入力される。さらに、単位フィルタ310は、所定の反射係数kmを有している。即ち、適応部312は、仮想的には、同じ構成を有し且つ反射係数kmが接続数(フィルタ次数)mに応じて異なる単位フィルタ310がm個接続されて構成されている。
In the
反射係数km、前向き予測誤差f(n)(m)及び後向き予測誤差g(n)(m)の関係式は、以下の式(1)から式(4)で表される。なお、x(n)は、デジタル計量信号(入力信号)を示し、n(n=0,1,2,…,N)は、サンプリング数を示している。単位フィルタ310の接続数m(m=1,2,…,M)は、以下の式におけるフィルタ次数として示される。
Relationship of the reflection coefficient k m, forward prediction error f (n) (m) and backward prediction errors g (n) (m) is represented by the formula (4) from the following equation (1). Note that x (n) represents a digital weighing signal (input signal), and n (n = 0, 1, 2,..., N) represents the number of samplings. The connection number m (m = 1, 2,..., M) of the
適応部312は、所定のフィルタ係数ai (m)を有している。適応部312の伝達関数F(z)をフィルタ係数ai (m)を用いて表すと、以下の式(5)が得られる。
The
このフィルタ係数ai (m)と反射係数kmとは、以下の式(6)に示す関係を有している。 The filter coefficients a i (m) and the reflection coefficient k m has a relationship shown in the following equation (6).
そして、式(5)に示す伝達関数F(z)を用いて濾波処理された適応部312の出力信号y(n)(m)は、以下の式(7)で表される。
Then, the output signal y (n) (m) of the
このように、式(1)から式(4)及び式(7)を演算することにより、入力されるデジタル計量信号x(n)(本実施形態においては後述するy’(n)(m’))に対する適応部312の出力y(n)(m)を得ることができる。なお、本実施形態の単位フィルタ310は、乗算器によって前向き予測誤差f(n)(m)及び後向き予測誤差g(n)(m)に予め1/(1+km)が乗算されて出力されるため、定常ゲインが1となる。従って、単位フィルタ310の接続数(フィルタ次数m)に拘わらず、適応部312の定常ゲインを、1で一定とすることができる。ただし、本発明はこれに限られず、例えば、このような乗算器を単位フィルタ310のそれぞれに接続せずに、最終的に出力された前向き予測誤差f(n)(m)及び後向き予測誤差g(n)(m)にそのときのフィルタ次数mに対応する乗算値を乗算することとしてもよい。
In this way, by calculating the equations (1) to (4) and (7), the input digital weighing signal x (n) (in this embodiment, y ′ (n) (m ′ described later) will be described later. ) ), The output y (n) (m ) of the
さらに、式(5)に示すように、フィルタ次数、即ち、単位フィルタ310の接続数mが変化することにより、適応部312の伝達関数F(z)が変化する。また、フィルタ係数ai (m)が変化することによっても、適応部312の伝達関数F(z)が変化する。なお、フィルタ係数ai (m)が変化することは反射係数kmが変化することと同じ意味を持つ。このように、フィルタ次数m及び/又はフィルタ係数ai (m)(反射係数km)を変化させることにより、適応部312において除去する振動成分の周波数領域を変化させることができる。なお、伝達関数F(z)のタップ数Lは、L=m+1である。
Furthermore, as shown in Expression (5), the transfer function F (z) of the
次に、図3に示す固定部311について説明する。固定部311は、適応部312と同様に、図4に示す単位フィルタ310と同様の格子型FIRフィルタがM’個(m=1,2,…,M’)接続されて構成されている。格子型FIRフィルタを採用することにより固定部311における濾波処理の演算誤差を少なくすることができる。
Next, the fixing
固定部311のフィルタ係数a’i (m)及び反射係数k’mの関係も上記適用部312で求めたのと同様に求められる。従って、同様にデジタル計量信号x(n)に対する固定部311の出力y’(n)(m)を得ることができる。
The relationship between the filter coefficient a ′ i (m) and the reflection coefficient k ′ m of the fixed
このようなデジタル秤1は、例えば、組合せ秤に適用され得る。この場合、組合せ秤は、複数の重量センサ2と、これに対応する複数の増幅器4と、複数の増幅器4の出力信号が入力されるマルチプレクサ(図示せず)と、制御装置3とを備えている。複数の重量センサ2で検出されたアナログ計量信号は、対応する増幅器4で増幅され、マルチプレクサを介して制御装置3のA/D変換器35に入力される。A/D変換器35に入力されたアナログ計量信号は、デジタル化され、デジタル計量信号x(n)として出力される。デジタル計量信号x(n)は、制御部30に入力され、FIRフィルタ31として機能する制御部30において濾波処理される。制御部30は、濾波処理された出力信号y(n)(m)を出力する。この濾波処理された出力信号y(n)(m)は、制御部30において重量値に変換される。変換された重量値は、記憶部34に記憶され、表示部5に表示される。
Such a
続いて、本実施形態のデジタル秤用デジタルフィルタ及びこれを用いた濾波処理方法における濾波処理の流れについて詳しく説明する。図5は、本実施形態のデジタル秤用デジタルフィルタのフィルタ係数演算モードにおける制御動作を示すフローチャートであり、図6は、本実施形態のデジタル秤用デジタルフィルタの濾波処理モードにおける制御動作を示すフローチャートである。 Next, the flow of the filtering process in the digital filter for the digital scale of the present embodiment and the filtering process method using the same will be described in detail. FIG. 5 is a flowchart showing the control operation in the filter coefficient calculation mode of the digital filter for the digital balance of the present embodiment, and FIG. 6 is a flowchart showing the control operation in the filtering process mode of the digital filter for the digital scale of the present embodiment. It is.
まず、濾波処理を行う前に、固定部311及び適応部312の反射係数k’m,kmを設定するために、制御部30は、図5に示すフィルタ係数演算モードを実行する。フィルタ係数演算モードでは、まず、制御部30は、FIRフィルタ31の固定部311の反射係数k’mを演算し、記憶部34に記憶する(ステップSA1)。具体的には、デジタル秤の重量センサ2の固有振動数に応じた正弦波をサンプル信号として反射係数演算用フィルタに入力することにより、制御部30は、固定部311の反射係数k’mを演算する。
First, before filtering process, the reflection coefficient of the fixed
また、制御部30は、FIRフィルタ31の適応部312の反射係数kmを演算し、記憶部34に記憶する(ステップSA2及びSA3)。具体的には、デジタル計量信号に関するサンプルデータxs(n)を取得し(ステップSA2)、当該サンプルデータxs(n)を反射係数演算用フィルタに入力することにより、制御部30は、適応部312の反射係数kmを演算する(ステップSA3)。サンプルデータxs(n)は、例えば、被計量物又は被計量物のサンプルを実際に計量した際に得られたデジタル計量信号でもよいし、複数の被計量物又は被計量物のサンプルを実際に計量した際に得られた複数のデジタル計量信号を足し合わせ、平均した積算計量信号でもよいし、当該デジタル計量信号又は積算計量信号を何らかのフィルタで濾波処理した信号でもよい。
The
図7は、本実施形態のデジタル秤用デジタルフィルタにおける反射係数演算用フィルタを示すブロック図である。なお、本実施形態においては反射係数演算用フィルタを濾波処理用のフィルタとは別に用いているが、濾波処理用のフィルタ(即ち、図2及び図3に示すフィルタ)に基づいて各反射係数を演算してもよい。 FIG. 7 is a block diagram showing a reflection coefficient calculation filter in the digital filter for digital scale of the present embodiment. In this embodiment, the reflection coefficient calculation filter is used separately from the filter for filtering processing. However, each reflection coefficient is calculated based on the filter for filtering processing (that is, the filters shown in FIGS. 2 and 3). You may calculate.
ここで、適応部312の反射係数kmを演算する例を説明する。図7に示す反射係数演算用フィルタ330は、図5に示す単位フィルタ310から前向き及び後向き双方における出力側の乗算器を取り除いたものをm個接続したもの(フィルタ次数がmとなるもの)である。反射係数演算用フィルタ330の伝達関数をH(z)とし、サンプルデータxs(n)の離散時間系列における差分値Δxs(n)=xs(n)−xs(n−1)を図7に示す反射係数演算用フィルタ330に入力したときの前向き予測誤差をu(n)(m)、後ろ向き予測誤差をv(n)(m)とすると、反射係数km及びフィルタ係数ai (m)は、以下の式のような関係を有する。
Here, an example for calculating the reflection coefficient k m of the
式(12)に示す伝達関数H(z)は、サンプルデータxs(n)に含まれる持続的な振動成分が存在する周波数領域に対して大きい減衰率でフィルタリングすることができるため、濾波処理におけるフィルタ次数mを比較的少なくすることができる。 Since the transfer function H (z) shown in the equation (12) can be filtered with a large attenuation rate with respect to the frequency region where the continuous vibration component included in the sample data x s (n) exists, the filtering process The filter order m in can be made relatively small.
以上の式(8)から式(14)に基づいて適応部312の反射係数km(m=1,2,…,M)が演算される。固定部311の反射係数k’m(m=1,2,…,M’)も入力信号をデジタル秤の重量センサ2の固有振動数に応じた正弦波に変えることにより同様に演算される。このときのフィルタ次数mの最大値M、M’は特に限定されないが、ある程度大きな値まで演算することが好ましい。例えば、M=40,M’=20に設定する。このようにして演算された反射係数km,k’mは記憶部34に記憶される。
Reflection coefficient k m (m = 1,2, ... , M) of the
なお、固定部311及び/又は適応部312の反射係数k’m,kmは、図1に示すように、デジタル秤1の通信部7を通じて接続された外部コンピュータ10において演算されてもよい。
The reflection coefficient k 'm, k m of the fixed
以上のように反射係数k’m,kmが設定された固定部311及び適応部312を用いて濾波処理が行われる。濾波処理においては、初期設定として後述する計量サイクル数j=1及びカウンタc=1が設定される(ステップSA4)。制御部30は、このような計量サイクル数j及びカウンタcを用いて以下に示す濾波処理モードを実行する(ステップSA5)。濾波処理モードは、作業者のモード切替操作を受けてから実行することとしてもよいし、制御部30が自動的に実行することとしてもよい。
Reflection coefficient k 'm as described above, filtering processing using a fixed
濾波処理モードにおいては、図6に示すように、初期設定として適応部312のフィルタ次数m=p及びサンプリング数n=1が設定される(ステップSB1)。適応部312のフィルタ次数mの初期設定値pは、特に限定されないが、例えば、p=20に設定される。また、図示しないが、固定部311のフィルタ次数mも所定値M’(固定値)に設定される。固定部311のフィルタ次数mの固定値M’も特に限定されないが、例えば、M’=20に設定される。
In the filtering processing mode, as shown in FIG. 6, the filter order m = p and the sampling number n = 1 of the
制御部30は、デジタル入力信号xj(n)(j=1,2,…)を取得する(ステップSB2)。ここで、計量サイクル数jは、重力センサ2から送られてくる複数の入力信号の順番を意味するべく便宜的に付与したものである。即ち、計量サイクル数jが1増加することは、次の計量サイクルに移行することを意味する。制御部30は、取得したデジタル入力信号xj(n)をFIRフィルタ31の固定部311に入力し、出力信号y’j(n)(m)を演算して出力する(ステップSB3)。即ち、制御部30は、固定部311において、取得したデジタル入力信号xj(n)、設定された反射係数k’m及びフィルタ次数m’に基づいて、式(1)から式(4)及び式(7)を演算し、出力信号y’j(n)(m)を出力する。
The
さらに、制御部30は、固定部311から出力された信号y’j(n)(m)を適応部312に入力し、出力信号yj(n)(m)を演算して出力する(ステップSB4)。即ち、制御部30は、適応部312において、入力信号y’j(n)(m)、設定された反射係数km及びフィルタ次数mに基づいて、式(1)から式(4)及び式(7)を演算し、出力信号yj(n)(m)を出力する。制御部30は、適応部312から出力された信号yj(n)(m)を記憶部34に記憶し、入出力インターフェイス36を介して表示部5に表示させる(ステップSB5)。
Further, the
続いて、制御部30は、判定手段32として機能する。即ち、制御部30は、FIRフィルタ31で濾波処理されたデジタル計量信号yj(n)(m)に含まれる振動成分の振幅が所定の許容減衰範囲V内であるか否かを判定する(ステップSB6,SB7)。具体的には、まず、適応部312から出力されたデジタル計量信号yj(n)(m)と前回のサンプリングにおいて適応部312から出力されたデジタル計量信号yj(n−1)(m)から変動量Δyj(n)(m)を演算する(ステップSB6)。本実施形態において、変動量Δyj(n)(m)は、以下の式(15)で表される。ここで、変動量Δyj(n)(m)は、サンプリング数nに基づいた所定の幅u(u=0,1,2,…,w)を有している。
Subsequently, the
なお、変動量Δyj(n)(m)を式(15)により算出する代わりに、例えば、デジタル計量信号yj(n)(m)の移動平均を加算して算出してもよい。 Instead of calculating the fluctuation amount Δy j (n) (m) according to the equation (15), for example, the moving average of the digital weighing signals y j (n) (m) may be added.
制御部30は、記憶部34に記憶されている所定の許容減衰範囲Vを読み出し、演算された変動量Δyj(n)(m)と比較する(ステップSB7)。変動量Δyj(n)(m)が許容減衰範囲Vより小さい場合、即ち、濾波処理されたデジタル計量信号yj(n)(m)が十分減衰されたと判断された場合(ステップSB7でYes)、制御部30は、計量終了処理(組合せ秤においては排出処理)が行われたか否かを判定する(ステップSB8)。計量終了処理が行われた場合(ステップSB8でYes)は、濾波処理モードを終了し、計量終了処理が行われなかった場合(ステップSB8でNo)は、サンプリング数nに1を加えて(ステップSB9)、次のデジタル計量信号xj(n)(n=n+1)のサンプリングを行う(ステップSB2)。以降、計量終了処理が行われるまで(ステップSB8がYesとなるまで)、ステップSB2からステップSB9が繰り返される。組合せ秤の場合、記憶部34に逐次記憶される信号yj(n)(m)に基づいて組合せ演算が行われる。
The
変動量Δyj(n)(m)が許容減衰範囲Vより大きい場合、即ち、濾波処理されたデジタル計量信号yj(n)(m)が十分に減衰されていないと判断された場合(ステップSB7でNo)、制御部30は、フィルタ次数mが最大値M以上か否かを判定する(ステップSB10)。フィルタ次数mが最大値M未満である場合(ステップSB10でNo)、制御部30は、制御手段33として機能し、適応部312のフィルタ次数mを所定数q(例えば、q=1)だけ増加させる(ステップSB11)。そして、次回のサンプリング(サンプリング数n=n+1)においては、フィルタ次数がm+qとなった適応部312によってステップSB4の濾波処理が行われる。フィルタ次数mが最大値M以上である場合(ステップSB10でYes)、制御部30は、それ以上適応部312のフィルタ次数mを増やすことなく計量終了処理が行われるまで、次回以降のサンプリングを行う(ステップSB8,SB9)。このように、濾波処理されたデジタル計量信号yj(n)(m)に含まれる振動成分の振幅が所定の許容減衰範囲V内であるか否かに応じて適応部312のフィルタ次数m(即ち、適応部312における単位フィルタ330の接続数m)を変化させることにより除去する振動成分を変化させるため、適応部312における濾波処理の演算量を低減させることができる。なお、図示していないが、フィルタ次数mが最大値M以上となってから所定数のサンプリングを繰り返しても許容減衰範囲Vより小さくならない場合には、反射係数kmの更新が必要であるとしてエラー報知する。
When the fluctuation amount Δy j (n) (m) is larger than the allowable attenuation range V, that is, when it is determined that the filtered digital weighing signal y j (n) (m) is not sufficiently attenuated (step) The
計量終了処理が行われた場合(ステップSB8でYes)、制御部30は、モード切替操作を受けて又は自動的に濾波処理モードを終了し、フィルタ係数演算モードに復帰する。制御部30は、図5に示すように、当該濾波処理モードで演算処理したデジタル計量信号yj(n)(m)について適応部312のフィルタ次数mが最大値M以上となったか否かを判定する(ステップSA6)。適応部312のフィルタ次数mが最大値M以上となっていない場合(ステップSA6でNo)には、制御部30は、カウンタcをリセットし、c=1の状態で計量サイクル数jを1増やし(ステップSA8)、次に入力されるデジタル計量信号xj(n)(j=j+1)について濾波処理を行う(ステップSA5)。なお、次回の計量サイクルの開始時において、適応部312のフィルタ次数mは、初期設定値pに再設定される(ステップSB1)。
When the measurement end process is performed (Yes in Step SB8), the
適応部312のフィルタ次数mが最大値M以上となった場合(ステップSA6でYes)には、制御部30は、カウンタcを1増やし(ステップSA9)、当該カウンタcが所定値Cになったか否かを判定する(ステップSA10)。即ち、制御部30は、予め設定された回数Cの計量サイクルで連続して適応部312のフィルタ次数mが最大値M以上となったか否かを判定する。カウンタcが所定値Cになっていない場合(ステップSA10でNo)には、カウンタcをリセットせずに計量サイクル数jを1増やす(ステップSA8)。
When the filter order m of the
カウンタcが所定値Cになった場合(ステップSA10でYes)、制御部30は、制御手段33として機能し、適応部312のフィルタ係数ai (m)を変更することにより、適応部312において除去する振動成分の周波数領域を変化させる(ステップSA11,SA12)。より詳しくは、制御部30は、適応部312のフィルタ係数ai (m)を前回の計量サイクルにおけるデジタル計量信号xj(n)に基づいて演算する。具体的には、制御部30は、デジタル計量信号xj(n)の離散時間系列における差分値Δxj(n)=xj(n)−xj(n−1)を図7に示す反射係数演算用フィルタ330に入力し、式(8)から式(14)に基づいて適応部312の反射係数kmjを演算する(ステップSA11)。そして、制御部30は、演算された反射係数kmjを適応部312の反射係数kmとして設定し(ステップSA12)、次回(j=j+1)の計量サイクルを実行する(ステップSA8,SA5)。
When the counter c reaches the predetermined value C (Yes in step SA10), the
このように、適応部312のフィルタ係数ai (m)を変更することにより、適応部312において除去する振動成分の周波数領域を大きく変えることができる。従って、判定手段32による所定の計量サイクルの判定結果により濾波処理されたデジタル計量信号yj(n)(m)が許容減衰範囲V内になり難いと判断された際、制御手段33が適応部312のフィルタ係数ai (m)を変更することにより、より確実且つ早期に次回以降の計量サイクルにおけるデジタル計量信号xj(n)の振動成分を減衰させることができる。このように、判定手段32による判定結果に応じて必要なときのみフィルタ係数ai (m)が変更されるため、フィルタ係数ai (m)の演算回数を減少させることができる。なお、本実施形態においては、デジタル計量信号xj(n)を1回サンプリングするごとに判定手段32が判定することとしているが、本発明はこれに限られず、例えば、所定回数のサンプリングごとに濾波処理されたデジタル計量信号yj(n)(m)について判定することとしてもよい。
Thus, by changing the filter coefficient a i (m) of the
以上のように、入力されるデジタル計量信号xj(n)のうち、予め想定される振動成分の周波数領域については、1計量サイクル中に演算を行うことなく固定部311で除去しつつ、随時発生する振動成分の周波数領域についてのみ、適応部312において除去する振動成分の周波数領域を変化させる演算を行うため、計量精度が低下することを防止しつつ、FIRフィルタ31における濾波処理の演算量を減少させ、演算時間を短縮することができる。
As described above, among the input digital weighing signal x j (n), the frequency region of the vibration component assumed in advance is removed by the fixing
また、本実施形態においては、前述した通り、入力されるデジタル計量信号xj(n)に対し、固定部311で濾波処理された後、適応部312で濾波処理される。これにより、デジタル計量信号xj(n)に含まれる振動成分のうち、予め想定される振動成分が固定部311において除去された後、残りの振動成分を除去するために、適応部312において除去する振動成分の周波数領域を変化させるための演算が行われるため、適応部312における演算量をより低減させることができる。
In this embodiment, as described above, the input digital weighing signal x j (n) is filtered by the fixing
さらに、固定部311のフィルタ係数(反射係数k’m)がデジタル秤1の重量センサ2の固有振動数に基づいて演算されるため、予め想定される振動成分のうち、最も大きい振動成分であるデジタル秤1の重量センサ2の固有振動数に基づく振動成分が固定部311で除去される。また、適応部312のフィルタ係数(反射係数km)が所定の積算計量信号に基づいて演算されるため、FIRフィルタ31が適応部312で除去する周波数成分を実際に発生し得る振動成分に即した周波数領域に設定することができる。さらに、フィルタ係数を更新する際、当該フィルタ係数が前回の計量サイクルにおけるデジタル計量信号に基づいて演算されるため、実際に発生している振動成分を適応部312において確実に除去することができる。これにより、デジタルフィルタを用いて濾波処理する際に、適応部312においてフィルタ係数の更新する回数を減少させることができる。従って、計量精度を保持しつつ適応させるフィルタの演算時間を短縮することができる。
Further, since the filter coefficient (reflection coefficient k ′ m ) of the fixed
ここで、本実施形態のデジタル秤用デジタルフィルタを用いて濾波処理したデジタル計量信号の例を示す。まず、適応部312においてフィルタ次数mを変更した場合の濾波処理の効果について説明する。図8は本実施形態のデジタル秤用デジタルフィルタに入力されるデジタル計量信号x(n)の一例を示すグラフであり、図9は図8に示すデジタル計量信号x(n)を濾波処理した後のデジタル計量信号y(n)(m)の一例を示すグラフである。さらに、図10は図9に示すグラフを拡大して示した図である。
Here, an example of a digital weighing signal that has been filtered using the digital filter for a digital scale of the present embodiment will be shown. First, the effect of the filtering process when the filter order m is changed in the
図8に示すデジタル計量信号x(n)は、40gの被計量物を計量したものであり、サンプリング時間Tは、5ミリ秒である。固定部311のフィルタ次数m’は20、適応部312のフィルタ次数mは、初期設定値p=20及び最大値M=40としている。固定部311は、被計量物を計量するデジタル秤1の重量センサ2の固有振動数を除去するように、反射係数k’mが設定されている。
The digital weighing signal x (n) shown in FIG. 8 is obtained by weighing 40 g of an object to be measured, and the sampling time T is 5 milliseconds. The filter order m ′ of the fixed
ここでは、適応部312の反射係数kmは、当該入力されたデジタル計量信号x(n)から演算されている。より具体的には、図8に示すグラフにおいて被計量物のデジタル秤1への投入が終了した状態を示す所定のデータサンプル時間Dにおけるデジタル計量信号x(n)をサンプルデータxs(n)としている。図8において、データサンプル時間Dは、サンプリング数n=50から250の間を採用している。
Here, the reflection coefficient k m of the
図9及び図10においては、ドット線が入力信号x(n)、破線が固定部311の出力信号y’(n)(m’)、実線が適応部312においてフィルタ次数m=20で固定した場合の出力信号y(n)(20)、鎖線が適応部312においてフィルタ次数m=40で固定した場合の出力信号y(n)(40)、及び、丸印が適応部312において本発明が適応された制御に基づいてフィルタ次数mを変更しつつ濾波処理された出力信号y(n)(m)をそれぞれ示している。
9 and 10, the dot line is the input signal x (n), the broken line is the output signal y ′ (n) (m ′) of the
図10に特に示されるように、本発明が適応された制御に基づいて濾波処理された出力信号y(n)(m)は、サンプリング数n=70まではフィルタ次数m=20のフィルタとして機能する適応部312によって濾波処理されたものであり、サンプリング数n=90からはフィルタ次数m=40のフィルタとして機能する適応部312によって濾波処理されたものであることが示されている。そして、サンプリング数n=70から90の間では適応部312のフィルタ次数mが20から40まで順次増加していることが示されている。これにより、濾波処理された出力信号y(n)(m)の信号波形を短時間で減衰させつつ演算量の増加を抑えることができる。
As particularly shown in FIG. 10, the output signal y (n) (m) filtered according to the control to which the present invention is applied functions as a filter of filter order m = 20 until the sampling number n = 70. It is shown that the signal is filtered by the
続いて、適応部312においてフィルタ係数ai (m)を変更した場合の濾波処理の効果について説明する。図11及び図12は本実施形態のデジタル秤用デジタルフィルタで濾波処理したデジタル計量信号y(n)(m)のフィルタ係数の変更前後における変化を例示するグラフである。図11はフィルタ係数の変更前を示し、図12はフィルタ係数の変更後を示している。図11及び図12のいずれにおいても、同じデジタル計量信号入力x(n)(図示せず)に対して得られた出力信号を示しており、破線が固定部311の出力信号y’(n)(m)、実線が適応部312においてフィルタ次数m=20で固定した場合の出力信号y(n)(20)、鎖線が適応部312においてフィルタ次数m=40で固定した場合の出力信号y(n)(40)、及び、丸印が適応部312において本発明が適応された制御に基づいてフィルタ次数mを変更しつつ濾波処理された出力信号y(n)(m)をそれぞれ示している。
Next, the effect of the filtering process when the
図11の例において、フィルタ次数m=40における出力信号y(n)(40)の波形は、サンプリング数nが増えても所定の範囲で振動してしまっているため、図8から図10に示す例と同様に、フィルタ次数mをサンプリング数n=70から90の間で増加させても濾波処理後のデジタル計量信号y(n)(m)を所定の許容減衰範囲V内に抑えることができない。このようなデジタル計量信号入力x(n)に対しては、適応部312のフィルタ係数ai (m)(反射係数km)を変更することにより、適応部312において除去する振動成分の周波数領域を変化させる(前述したステップSA11,SA12)。これにより、同じデジタル計量信号x(n)であっても、図12に示すフィルタ次数m=40における出力信号y(n)(40)は、図11の波形に比べて減衰した波形を得ることができる。さらに、適応部312のフィルタ係数ai (m)(反射係数km)を変更することにより、図8から図10に示す例と同様に、フィルタ次数mをサンプリング数n=70から90の間で増加させることで、デジタル計量信号y(n)(m)を迅速に許容減衰範囲V内に減衰させて出力することができる。
In the example of FIG. 11, the waveform of the output signal y (n) (40) at the filter order m = 40 oscillates within a predetermined range even if the sampling number n increases. Similar to the example shown, the digital weighing signal y (n) (m) after filtering is kept within the predetermined allowable attenuation range V even if the filter order m is increased between sampling numbers n = 70 to 90. Can not. For such digital weighing signal input x (n), by changing the filter coefficients a i of the adaptive part 312 (m) (the reflection coefficient k m), the frequency domain of the vibration component to be removed at the
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更、修正が可能である。例えば、本実施形態においては、固定部311として適応部312と同様の格子型フィルタを適用しているが、本発明はこれに限られず、例えば、移動平均フィルタ、ノッチフィルタ等のデジタルフィルタも適用可能である。また、固定部311は、装置固有の振動成分に応じて複数設けられてもよい。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various improvements, changes, and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the present embodiment, the same lattice type filter as that of the
また、本実施形態においては、1計量サイクル中にフィルタ係数ai (m)(反射係数km)を演算することはないが、これに限られず、例えば、判定手段32が1計量サイクル中にフィルタ次数mが最大値M以上になった際、フィルタ係数ai (m)を演算、更新した上で、再度当該デジタル計量信号xj(n)を更新されたフィルタ係数ai (m)で濾波処理し直すこととしてもよい。 In the present embodiment, although not for calculating the filter coefficients a i (m) (the reflection coefficient k m) during one weighing cycle is not limited to this, for example, the determination means 32 in one weighing cycle When the filter order m exceeds the maximum value M, the filter coefficient a i (m) is calculated and updated, and the digital weighing signal x j (n) is updated again with the updated filter coefficient a i (m) . It may be refiltered.
さらに、デジタル計量信号の濾波処理において、本実施形態においては、固定部311及び適応部312の処理を直列的に行っているが、並列的に処理してもよい。また、直列的に処理する場合は、固定部311及び適応部312の何れを先に処理させてもよいが、本実施形態のように、固定部311の後に適応部312で処理させる方が適応部312における演算量を低減させるために好ましい。
Further, in the filtering process of the digital weighing signal, in the present embodiment, the processes of the fixed
また、本実施形態においては、デジタル秤用デジタルフィルタをデジタル秤である組合せ秤に適用した例について主に説明しているが、本発明はこれに限られず、例えば、重量センサ2を1つだけ有するデジタル秤等にも適用可能である。
In the present embodiment, an example in which the digital filter for a digital scale is applied to a combination scale that is a digital scale is mainly described. However, the present invention is not limited to this example. For example, only one
本発明のデジタル秤用デジタルフィルタ、これを備えたデジタル秤及びこれを用いた濾波処理方法は、周波数特性が時間的に変化する振動成分を含むデジタル計量信号を用いて各種制御を行うデジタル秤に有用である。 A digital filter for a digital balance according to the present invention, a digital balance including the digital filter, and a filtering method using the digital filter are applied to a digital balance that performs various controls using a digital measurement signal including a vibration component whose frequency characteristics change with time. Useful.
1 デジタル秤
2 重量センサ
3 制御装置
4 増幅器
5 表示部
6 操作部
7 通信部
10 外部コンピュータ
30 制御部(FIRフィルタ、判定手段、制御手段)
31 FIRフィルタ
32 判定手段
33 制御手段
34 記憶部
35 A/D変換器
36 入出力インターフェイス
310 単位フィルタ
311 固定部
312 適応部
330 反射係数演算用フィルタ
DESCRIPTION OF
31
Claims (9)
前記FIRフィルタで濾波処理されたデジタル計量信号に含まれる振動成分の振幅が所定の許容減衰範囲内であるか否かを1計量サイクル中のデジタル計量信号の所定サンプリングごとに判定する判定手段と、
制御手段と、を備え、
前記FIRフィルタは、所定の周波数領域の振動成分を除去する固定部と、変化させることが可能な周波数領域の振動成分を除去する適応部とを有し、
前記制御手段は、前記判定手段の判定結果に応じて、前記適応部において除去する振動成分の周波数領域を変化させるように構成されているデジタル秤用デジタルフィルタ。 An FIR filter for filtering digital weighing signals including vibration components;
Determining means for determining whether the amplitude of the vibration component included in the digital weighing signal filtered by the FIR filter is within a predetermined allowable attenuation range for each predetermined sampling of the digital weighing signal in one weighing cycle;
Control means,
The FIR filter includes a fixed unit that removes a vibration component in a predetermined frequency region, and an adaptive unit that removes a vibration component in a frequency region that can be changed.
The digital filter for a digital scale, wherein the control unit is configured to change a frequency region of a vibration component to be removed in the adaptive unit according to a determination result of the determination unit.
固定部のフィルタ係数をデジタル秤の重量センサの固有振動数に応じた正弦波に基づいて演算するステップと、
適応部の格子型フィルタのフィルタ係数を所定の積算計量信号に基づいて演算するステップと、
前記デジタル計量信号を前記デジタル秤用デジタルフィルタに入力するステップと、
入力された前記デジタル計量信号を前記固定部及び前記適応部においてそれぞれ演算されたフィルタ係数に基づいて濾波処理するステップと、を含み、
前記判定手段が、所定の計量サイクルの後、前記フィルタ係数を変更すべきと判断した場合、前記制御手段が、前記適応部のフィルタ係数を前回の計量サイクルにおけるデジタル計量信号に基づいて演算し、更新する濾波処理方法。
An FIR filter for filtering a digital weighing signal including a vibration component, and whether or not the amplitude of the vibration component contained in the digital weighing signal filtered by the FIR filter is within a predetermined allowable attenuation range during one weighing cycle Determination means for determining each predetermined sampling of the digital weighing signal, and a control means, wherein the FIR filter has a fixed portion that removes a vibration component in a predetermined frequency region, and a frequency region that can be changed. A filtering unit using a digital filter for a digital scale configured to change a filter coefficient of the adaptive unit in accordance with a determination result of the determination unit. A processing method,
Calculating the filter coefficient of the fixed part based on a sine wave corresponding to the natural frequency of the weight sensor of the digital scale;
Calculating a filter coefficient of the lattice filter of the adaptive unit based on a predetermined integrated weighing signal;
Inputting the digital weighing signal to the digital filter for the digital scale;
Filtering the input digital metric signal based on filter coefficients respectively calculated in the fixed unit and the adaptive unit;
When the determination means determines that the filter coefficient should be changed after a predetermined weighing cycle, the control means calculates the filter coefficient of the adaptation unit based on the digital weighing signal in the previous weighing cycle, The filtering method to update.
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