JP2011179960A - ロードセル秤および過荷重警告方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ロードセル秤に故障の原因となるような過荷重が加わらないようユーザに注意を喚起し、ロードセル秤の故障を未然に防止すること。
【解決手段】 載置部に載置された被計量物の荷重の大きさに応じた電気信号を出力するロードセルユニットを備えたロードセル秤において、ロードセルユニットから出力される電気信号にて示される荷重の大きさが予め定めされた閾値を超える場合に過荷重を警告させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ロードセル秤に係り、特に、静的あるいは瞬間的な過荷重によるロードセル秤の変形や破壊を防止する技術に関する。

従来、流通の分野等において、ロードセルを用いたロードセル秤が広く利用されている。ロードセル秤は、起歪体に歪ゲージを貼着したロードセルを用い、このロードセルに荷重を加えたときに生じる起歪体の歪み量に応じた歪ゲージの抵抗値の変化を電気信号として出力し、この電気信号に基づいてロードセルへの荷重量を算出する秤である。一般的に流通するロードセル秤には計量皿が設けられており、この計量皿に載置された被計量物の重量がロードセルに加えられるようになっている。

ロードセルに定格荷重以上の負荷が加わると起歪体が塑性変形する虞があり、ロードセル秤の故障原因となりかねない。かかる事態を防止するため、計量皿に秤量を超える荷重が加わった場合であってもロードセルの定格荷重を超えないように、メカ的なストッパ機構を設けることが一般的である。

なお、ロードセル秤のような電子天秤に生じる故障に対応する先行技術としては、例えば特許文献１に記載された電子天秤が知られている。この電子天秤は、異常が生じた際にその内容を表示するとともに、表示された情報を不揮発性の記憶手段に記憶することで、故障の原因追及を容易化しようとするものである。

従来のロードセル秤のようにメカ的なストッパ機構を設けた場合であっても、秤量を超えるほどに重い物品を計量皿に載置すれば部品の破損等を生じ得るため、その後の計量結果に悪影響を及ぼしかねない。

また、手荒に被計量物を計量皿に載せた場合には、瞬間的に秤量を超える衝撃荷重がロードセル秤に加わることがある。このように衝撃荷重が加えられた場合には、ストッパ機構を設けたとしてもロードセルに大きな負荷が加わるため、起歪体の塑性変形や部品の破損等を招きかねない。

このような問題を解決するためには、ユーザに対しロードセル秤を手荒に扱わないよう注意を喚起する必要があった。

本発明は、上記のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、ロードセル秤に故障の原因となるような過荷重が加わらないようユーザに注意を喚起し、ロードセル秤の故障を未然に防止することである。

上記目的を達成するため、本発明は、次のような手段を講じている。

本発明の第１の視点は、被計量物を載置する載置部と、前記載置部に載置された被計量物の荷重の大きさに応じた電気信号を出力するロードセルユニットと、前記ロードセルユニットから出力される電気信号にて示される荷重の大きさが予め定めされた閾値を超える場合に過荷重を警告する警告手段とを備えたロードセル秤である。

本発明の第２の視点は、負荷される荷重に応じて電気信号を出力するロードセルユニットを用いたロードセル秤への過荷重を警告する過荷重警告方法であって、被計量物からの荷重に応じた電気信号を前記ロードセルユニットが出力するステップと、前記電気信号にて示される荷重の大きさと予め定められた閾値とを比較するステップと、比較の結果、前記荷重の大きさが前記閾値を超える場合に過荷重を警告するステップとを備えた過荷重警告方法である。

かかる手段を講じた本発明によれば、ロードセル秤に故障の原因となるような過荷重が加わらないようユーザに注意を喚起し、ロードセル秤の故障を未然に防止することができる。

第１の実施形態におけるロードセル秤のブロック図。 同ロードセル秤の動作を示すフローチャート。 同ロードセル秤のＡ／Ｄ変換器の出力を時系列で示す図。 第２の実施形態におけるロードセル秤の動作を示すフローチャート。 変形例におけるロードセル秤のブロック図。

以下、本発明の第１の実施形態および第２の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態におけるロードセル秤１の制御回路を示すブロック図である。
ロードセル秤１は、ロードセルユニット２と、増幅器３と、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器４（変換手段）と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５と、メモリ６と、表示部７と、入力部８と、プリンタ９とを備えている。

ロードセルユニット２は、図示せぬ起歪体の所定箇所に複数の歪ゲージ２０を貼着し、この歪ゲージ２０にホイートストンブリッジ等のブリッジ回路２１を接続して構成されている。ロードセル秤１の筐体上に設けられた計量皿１０（載置部）に被計量物が載置されると、該被計量物の重量に応じた荷重がロードセルユニット２に加わり、前記起歪体が歪むようになっている。このときの歪ゲージ２０の電気抵抗値に応じた電圧出力をブリッジ回路２１が検知し、増幅器３に出力する。

増幅器３は、ロードセルユニット２から出力される電気信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換器４に出力する。

Ａ／Ｄ変換器４は、増幅器３から出力された増幅後の電気信号（アナログ信号）を、該信号の大きさに応じたカウント値（デジタル信号）に変換し、ＣＰＵ５に出力する。

ＣＰＵ５は、Ａ／Ｄ変換器４から出力されたカウント値を用いて計量皿１０に載置された被計量物の重量を演算し、表示部７に出力する。

メモリ６は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）で構成されており、ロードセル秤１の動作プログラム等を記憶している。また、ロードセル秤１のシステムが起動しているときには、ゼロ点エリア６０や過負荷ポイントエリア６１等の作業用記憶領域を形成する。ゼロ点エリア６０および過負荷ポイントエリア６１の用途については、図２の説明にて後述する。

表示部７は、ＬＣＤ（Liquid Cristal Display）等の表示素子で構成され、計量された被計量物の重量や後述の警告メッセージ等を選択的に表示する。

入力部８は、数値入力用のテンキーやゼロ点設定時にゼロ点の確定を指示するゼロ設定キー１１を備えたキーボードと、表示部７の表示画面上に設けられたタッチパネルとで構成されている。なお、前記タッチパネルは、図２の説明にて後述する警告を解除する解除手段として機能する。

プリンタ９は、例えばサーマルヘッドを発熱させて感熱紙等の印刷媒体に文字、図形等のパターンを印刷するサーマルプリンタであり、計量皿１０に載置された被計量物の重量を含むラベルやレシート等を印刷する。

ＣＰＵ５は、メモリ６に記憶された動作プログラムを実行することによって、次の（１）〜（３）の機能を実現する。
（１）Ａ／Ｄ変換器４から時系列に出力されるカウント値を平均化する平均化機能。
（２）平均化機能にて平均化されたカウント値を用いて被計量物の計量値を演算する演算機能。
（３）ロードセルユニット２から出力される電気信号にて示される荷重の大きさが予め定めされた閾値を超える場合に過荷重を警告する警告機能。特に本実施形態では、ロードセルユニット２から出力され、増幅器３およびＡ／Ｄ変換器４を経てデジタル化されたカウント値が、過負荷ポイントＸεを超える場合に過荷重を警告する。

次に、ロードセル秤１の動作について説明する。
ロードセル秤１は、外部電源からの電源供給が開始されたことに応じて、図２に示したフローチャートに沿って動作する。このフローチャートに示す処理は、ＣＰＵ５がメモリ６に記憶された動作プログラムを実行することで実現される。なお、以下の動作の説明においては、ロードセルユニット２に１ｇの負荷が加わった場合にＡ／Ｄ変換器４から出力されるカウント値をＣ（カウント／ｇ）とし、ロードセルユニット２にロードセル秤1の秤量に相当する荷重が加わった場合にＡ／Ｄ変換器４から出力されるカウント値をＸ１（カウント）とし、ロードセルユニット２に定格荷重が加わった場合にＡ／Ｄ変換器４から出力されるカウント値をＸ２（カウント）とする。

電源投入直後において、先ずＣＰＵ５は、メモリ６から前記動作プログラムを読み込んで実行し、ロードセル秤１が備える各ハードウェアを初期化する（ステップＳ１）。

次に、ＣＰＵ５は、Ａ／Ｄ変換器４から出力されるカウント値Ｘを読み込んで（ステップＳ２）、カウント値Ｘが予めメモリ６に記憶された初期零設定範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ３）。初期零設定範囲とは、計量の正確性を担保すべく、秤量に相当するカウント値に対して一定の割合となるよう設定された範囲である。計量皿１０に所定重量を超える物品が載置されている場合等には、カウント値Ｘが初期零設定範囲を超過する（ステップＳ３のＮｏ）。かかる場合、ＣＰＵ５は、表示部７にエラーメッセージを表示させ（ステップＳ４）、ゼロ設定キー１１の押下げを待ち受ける（ステップＳ５）。表示部７に表示されたメッセージを確認したユーザは、計量皿１０に載置された物品を取り除くなどした後にゼロ設定キー１１を押下げる。ＣＰＵ５は、ゼロ設定キー１１が押下げられると（ステップＳ５のＹｅｓ）、表示部７のエラーメッセージを消去して再びＡ／Ｄ変換器４から出力されるカウント値Ｘを読み込み（ステップＳ２）、カウント値Ｘが初期零設定範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ３）。

ステップＳ２の処理にて読み込んだカウント値Ｘが初期零設定範囲内にある場合（ステップＳ３のＹｅｓ）、ＣＰＵ５は、カウント値Ｘをゼロ点Ｘ０（カウント）としてメモリ６のゼロ点エリア６０に記憶する（ステップＳ６）。

ゼロ点を記憶した後、ＣＰＵ５は、前記過負荷ポイントＸε（カウント）を算出してメモリ６の過負荷ポイントエリア６１に記憶する（ステップＳ７）。
ステップＳ７の処理における過負荷ポイントＸεの算出について説明する。過負荷ポイントＸεは、秤量に相当する荷重がロードセルユニット２に加えられた際のカウント値Ｘ１よりも大きく、かつ定格荷重がロードセルユニット２に加えられた際のカウント値Ｘ２よりも小さい値（Ｘ１＜Ｘε＜Ｘ２）に設定すべきである。過負荷ポイントＸεは、後の処理においてユーザに対する警告を行うか否かを隔てる閾値としての役割を担っている。したがって、過負荷ポイントＸεを低く設定し過ぎると、必要以上に高頻度で警告が行われることになる。かかる事情を考慮した上で、過負荷ポイントＸεは、ロードセル秤１の使用状況に応じて適切な値に設定することが望ましい。

例えば、ロードセル秤１の秤量が６ｋｇ、カウント値Ｃが１０カウント、ゼロ点Ｘ０が４００００カウントである場合に、過負荷ポイントＸεの値を秤量の１．５倍にあたる９ｋｇ負荷時にＡ／Ｄ変換器４から出力される値とすると、過負荷ポイントＸεは次のように決定される。

このようにして過負荷ポイントＸεを決定し、過負荷ポイントエリア６１に記憶した後、ロードセル秤１は、計量皿１０に載置される被計量物の計量が可能な状態に移行する。このとき、ＣＰＵ５は、Ａ／Ｄ変換器４から出力されるカウント値Ｘを読み込んで（ステップＳ８）、カウント値Ｘと過負荷ポイントエリア６１に記憶された過負荷ポイントＸεとを比較する（ステップＳ９）。その結果、カウント値Ｘが過負荷ポイントＸε未満である場合（ステップＳ９の「Ｘ＜Ｘε」）、ＣＰＵ５は、補正処理（安定化・平均化処理、あるいはちらつき処理ともいう）を実行し、カウント値Ｘ´を算出する（ステップＳ１０）。

ステップＳ１０における補正処理について説明する。図３は、Ａ／Ｄ変換器４から出力されるカウント値Ｘを時系列で示すグラフである。計量皿１０に被計量対象物が載置された際に、ロードセル秤１の各部に振動が生じる。この振動に起因して、Ａ／Ｄ変換器４から出力されるカウント値Ｘも振動する。したがって、Ａ／Ｄ変換器４から出力されるカウント値Ｘをそのまま用いて被計量物の重量を演算すると、振動が減衰しきるまで演算結果にちらつきが生じる。かかる事態を防止して演算結果を安定させるべく、時系列に並べたカウント値Ｘを移動平均処理して安定化させたカウント値Ｘ´を計量物の重量の演算に使用する。なお、ＣＰＵ５によって補正処理を行うのではなく、Ａ／Ｄ変換器４とＣＰＵ５との間にローパスフィルタを介在させ、低周波の振動成分を除去するようにしてもよい。

補正処理を経た後、ＣＰＵ５は、補正後のカウント値Ｘ´からゼロ点Ｘ０を減算し（ステップＳ１１）、算出した値をカウント値Ｃで除すことで被計量物の重量を演算する（ステップＳ１２）。そして、ＣＰＵ５は、演算結果である重量を計量値として表示部７に表示させる（ステップＳ１３）。また、入力部８を介してユーザから計量値の印刷が指令された場合、ＣＰＵ５は、メモリ６から印刷用のフォーマットデータを読み出して計量値を含む印刷データを作成し、該印刷データに基づくラベルやレシートをプリンタ９に印刷させる（ステップＳ１４）。このように表示処理や印刷処理を経た後、ＣＰＵ５は、ステップＳ８の処理に戻って動作を継続する。

一方、ステップＳ９の処理においてカウント値Ｘと過負荷ポイントＸεとを比較した結果、カウント値Ｘが過負荷ポイントＸεを超過している場合（ステップＳ９の「Ｘ≧Ｘε」）、ＣＰＵ５は、計量皿１０に過荷重，衝撃荷重が加わらないよう注意して使用すべき旨の警告メッセージを表示部７に表示させる（ステップＳ１５）。この警告メッセージが表示された状態で、ＣＰＵ５は、表示部７の表示画面の接触操作を待ち受ける（ステップＳ１６）。ユーザが表示部７に表示されたメッセージを確認し、表示部７の表示画面を接触操作すると、前記タッチパネルが当該接触操作を検知してＣＰＵ５に通知する（ステップＳ１６のＹｅｓ）。ＣＰＵ５は、この通知を受けたことに応じて表示部７から警告メッセージを消去し、再びステップＳ８の処理に戻って動作を継続する。
なお、ステップＳ８〜ステップＳ１４の処理は、ロードセル秤１への電源供給が停止するまで継続される。

以上説明したように、本実施形態におけるロードセル秤１は、ロードセルユニット２から出力される電気信号にて示される荷重の大きさが予め定められた閾値を超える場合、過荷重を警告する。この警告により、ユーザに対して計量皿１０に過荷重を加えないように注意を喚起することができる。

具体的には、Ａ／Ｄ変換器４から出力されるカウント値Ｘと過負荷ポイントＸεとを比較し、カウント値Ｘが過負荷ポイントＸεを超える場合に過荷重を警告する。このように補正処理（ステップＳ１０）を経る前の数値を用いて過荷重を判定することにより、瞬間的に加わる衝撃荷重をも検知して過荷重を警告することができる。

また、過負荷ポイントＸεは、ロードセル秤１の秤量を超える荷重に相当するカウント値に設定されているので、計量皿１０に秤量以下の荷重を加えても過荷重は警告されない。さらに、過負荷ポイントＸεは、ロードセルユニット２の定格荷重未満の荷重に相当するカウント値に設定されているので、過荷重が警告されないまま定格荷重を超える荷重がロードセルユニット２に加えられることはない。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
Ａ／Ｄ変換器４から出力されるカウント値Ｘを用いて過荷重を判定した場合、カウント値Ｘが瞬間的に過負荷ポイントＸεを超える場合であっても過荷重が警告されることになる。したがって、過負荷ポイントＸεに相当する重量よりも僅かに重量が小さい物品を計量する場合には、ロードセル秤１の振動等によって頻繁にカウント値Ｘが過負荷ポイントＸεを超える状況が生じ得る。このような場合には、何度も連続して過荷重が警告されることになり、ロードセル秤１を用いた業務が遅延しかねない。そこで本実施形態では、過荷重の警告を必要最小限に止めるべく、補正処理を経て平均化された後のカウント値Ｘ´を用いて過荷重を判定する。その他、第１の実施形態と同一の構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。

本実施形態におけるＣＰＵ５は、メモリ６に記憶された動作プログラムを実行することによって、第１の実施形態にて説明した（３）の機能に代え、次の（４）の機能を実現する。
（４）平均化機能にて平均化されたカウント値が予め定められた閾値を超える場合に過荷重を警告する警告機能。

図４は、本実施形態におけるロードセル秤１の動作を示すフローチャートである。この図において、ステップＳ１〜ステップＳ８、およびステップＳ１１〜ステップＳ１６の処理は図３に示した処理と同一であり、ステップＳ９，Ｓ１０の処理をステップＳ９ａ，１０ａの処理に変更した点で異なっている。

すなわち、ゼロ点Ｘ０および過負荷ポイントＸεを設定し終え（ステップＳ６，Ｓ７）、カウント値Ｘを読み込んだ後（ステップＳ８）、ＣＰＵ５は、補正処理を実行する（ステップＳ９ａ）。この補正処理では、第１の実施形態と同様に、時系列に並べたカウント値Ｘを移動平均処理してカウント値Ｘ´を導出する。次に、ＣＰＵ５は、カウント値Ｘ´と過負荷ポイントエリア６１に記憶された過負荷ポイントＸεとを比較する（ステップＳ１０ａ）。その結果、カウント値Ｘ´が過負荷ポイントＸε未満である場合（ステップＳ１０ａの「Ｘ´＜Ｘε」）、被計量物の重量を演算して表示処理や印刷処理を実行する（ステップＳ１１〜ステップＳ１４）。

一方、ステップＳ９の処理においてカウント値Ｘ´と過負荷ポイントＸεとを比較した結果、カウント値Ｘ´が過負荷ポイントＸεを超過している場合（ステップＳ１０ａの「Ｘ´≧Ｘε」）、ＣＰＵ５は、計量皿１０に過荷重，衝撃荷重が加わらないよう注意して使用すべき旨の警告メッセージを表示部７に表示させ（ステップＳ１５）、表示部７の表示画面の接触操作を待ち受ける（ステップＳ１６）。ユーザが表示部７に表示されたメッセージを確認し、表示部７の表示画面を接触操作すると（ステップＳ１６のＹｅｓ）、ＣＰＵ５は、表示部７から警告メッセージを消去し、再びステップＳ８の処理に戻って動作を継続する。

以上説明したように、本実施形態におけるロードセル秤１は、ステップＳ９ａにおける補正処理を経て平均化されたカウント値Ｘ´と過負荷ポイントＸεとを比較し、過荷重を判定する。このように補正処理にて平均化された後のカウント値Ｘ´を過荷重の判定に用いれば、過負荷ポイントＸεに相当する重量よりも僅かに重量が小さいような物品を計量する場合であっても、頻繁に警告がなされることはない。

本実施形態のようにロードセル秤１を動作させても、過負荷ポイントＸεに相当する重量を超える物品が計量皿１０に載置された際に過荷重が警告される。したがって、過荷重の警告を必要最小限に止めつつも適確なタイミングでユーザに注意を喚起できる。

なお、本発明は、前記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。具体的な変形例としては、例えば次のようなものがある。

（１）すなわち、前記各実施形態では、表示部７に警告メッセージを表示することで、過荷重を警告するとした。しかしながら、過荷重の警告態様は表示部７を用いたものに限定されない。その他、例えばロードセル秤１にスピーカを設け、このスピーカから警告音を発生させて過荷重を警告するようにしてもよいし、ロードセル秤１に通信インターフェイスを介して接続された外部機器に警告ステータスを送信し、該外部機器に過荷重を警告させるようにしてもよい。

（２）また、前記各実施形態では、Ａ／Ｄ変換器４から出力されるカウント値を用いて過荷重を判定するとして説明した。しかしながら、Ａ／Ｄ変換器４にてカウント値に変換される前の電気信号（アナログ信号）を用いて過荷重を判定するようにしてもよい。この場合に採用し得るロードセル秤１の構成の一例を、図５に示している。図示したように、判定回路１００をＣＰＵ５に接続し、この判定回路１００に増幅器３から出力される電気信号を入力する。判定回路１００には、増幅器３から入力される電気信号のレベルと比較して過荷重を判定するための閾値が設定されている。この閾値は、ゼロ点の設定時にＣＰＵ５が演算し、判定回路１００に設定させる。ロードセル秤１の動作時には判定回路１００が増幅器３から入力される電気信号のレベルと前記閾値とを比較し、過荷重と判定される場合にはＣＰＵ５に警告ステータスを出力する。警告ステータスの入力を受けたＣＰＵ５は、表示部７に警告メッセージを表示するなどして過荷重を警告する。このように、Ａ／Ｄ変換される前のアナログ信号を用いて過荷重を判定させるようにした場合であっても、本発明に係るロードセル秤１を具体化することができる。

この他、前記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば各実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

Ｘε…過負荷ポイント、Ｘ０…ゼロ点、１…ロードセル秤、２…ロードセルユニット、３…増幅器、４…Ａ／Ｄ変換器、５…ＣＰＵ、６…メモリ、７…表示部、８…入力部、９…プリンタ、１０…計量皿、１１…ゼロ設定キー

特開平４−２６４２２０号公報

Claims (6)

1. 被計量物を載置する載置部と、
   前記載置部に載置された被計量物の荷重の大きさに応じた電気信号を出力するロードセルユニットと、
   前記ロードセルユニットから出力される電気信号にて示される荷重の大きさが予め定めされた閾値を超える場合に過荷重を警告する警告手段と、
   を備えていることを特徴とするロードセル秤。
2. 被計量物を載置する載置部と、
   前記載置部に載置された被計量物の荷重の大きさに応じた電気信号を出力するロードセルユニットと、
   前記ロードセルユニットから出力された電気信号を荷重の大きさを示す数値に変換する変換手段と、
   前記変換手段から出力される数値が予め定められた閾値を超える場合に過荷重を警告する警告手段と、
   を備えていることを特徴とするロードセル秤。
3. 被計量物を載置する載置部と、
   前記載置部に載置された被計量物の荷重の大きさに応じた電気信号を出力するロードセルユニットと、
   前記ロードセルユニットから出力された電気信号を荷重の大きさを示す数値に変換する変換手段と、
   前記変換手段から時系列に出力される数値を平均化する平均化手段と、
   前記平均化手段から出力される数値が予め定められた閾値を超える場合に過荷重を警告する警告手段と、
   を備えていることを特徴とするロードセル秤。
4. 前記閾値は、当該ロードセル秤の秤量よりも大きく、かつ前記ロードセルユニットの定格荷重未満の荷重に相当するように設定されていることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１に記載のロードセル秤。
5. 前記警告手段が発する警告の解除を指示する解除指示手段をさらに備え、
   前記警告手段は、前記解除指示手段によって警告の解除が指示されるまで警告を継続することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１に記載のロードセル秤。
6. 負荷される荷重に応じて電気信号を出力するロードセルユニットを用いたロードセル秤への過荷重を警告する過荷重警告方法であって、
   被計量物からの荷重に応じた電気信号を前記ロードセルユニットが出力するステップと、
   前記ロードセルユニットから出力される電気信号にて示される荷重の大きさと予め定められた閾値とを比較するステップと、
   比較の結果、前記荷重の大きさが前記閾値を超える場合に過荷重を警告するステップと、
   を備えていることを特徴とする過荷重警告方法。

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