JP2014182036A

JP2014182036A - 計量方法及び計量装置

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Publication number: JP2014182036A
Application number: JP2013057385A
Authority: JP
Inventors: Futoshi Yurugi; 太万木; Makoto Nakatani; 誠中谷
Original assignee: Ishida Co Ltd
Current assignee: Ishida Co Ltd
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2013-03-19
Publication date: 2014-09-29
Anticipated expiration: 2033-03-19
Also published as: JP6159111B2

Abstract

【課題】電源投入直後の過渡期や周囲温度が変化するような場合でも、床振動検出セルに生じるＤＣ成分を効果的に除去して、計量精度を向上させることのできる新たな計量方法とその方法を実施する計量装置を提供する。
【解決手段】被計量物を計量する計量セルの出力から、振動検出セルの出力を減算して前記計量セルの出力に含まれる振動成分を除去するに際し、振動検出セルに含まれるＤＣ成分を除去するために、振動検出セルの出力の平均値を求め、それを振動検出セルの出力から減算することにより、振動検出セルに含まれるＤＣ成分の影響を除去する。
【選択図】図１

Description

この発明は、計量セルから出力される計量信号から、床の振動成分を除去して計量精度を向上させることのできる計量方法およびその方法を実施する計量装置に関する。

計量セルから出力される計量信号から、そこに含まれる床の振動成分を除去する方法として、下記特許文献に記載の技術が知られている。その除去方法は、被計量物の重量を計量する計量セルの近傍に計量セルが受ける床振動を検出する検出セルを設置して床の振動成分を検出し、それを計量セルの出力信号から減算するものである。

この他にも、計量セルの出力信号をフィルタリングして、床の振動成分を除去する方法も知られている。しかし、被計量物を計量セルに載荷した際に生じる機械的振動よりも、床の振動成分の方が低周波数であることから、この方法で床の振動成分を除去しようとすると、フィルタのカットオフ周波数を低く設定する必要がある。そのため、この方法を採ると、フィルタリング時間が長くなって計量速度が低下する問題がある。これに対し、床振動を検出し、その床振動成分を計量セルの出力信号から減算すると、フィルタのカットオフ周波数を高く設定することができることから、高速計量が可能となる。

特開昭５９−１９０６２７号公報特公平０４−０４７７７３号公報

ところが、床振動検出セルの出力は、ＡＣ成分である振動成分のみとなることが理想であるが、床振動検出セルによっては、直流成分、すなわち、ＤＣ成分を含むことがあり、それが計量誤差を生じさせてしまう。そのため、計量セルの出力信号から床振動検出セルの出力を減算する前に、そのＤＣ成分を除去しなければならないが、このＤＣ成分は、一定ではなく、電源投入直後の過渡期や、周囲温度が変化する場合には、このＤＣ成分が急激に或いは徐々に変化して無視できない計量誤差を発生させてしまう問題があった。

この発明は、電源投入直後の過渡期や周囲温度が変化するような場合でも、床振動検出セルに生じるＤＣ成分を効果的に除去して、計量精度を向上させることのできる新たな計量方法とその方法を実施する計量装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、第１の発明に係る計量方法は、被計量物を計量する計量セルの出力から、振動検出セルの出力を減算して前記計量セルの出力に含まれる振動成分を除去する計量方法であって、予め振動検出セルの出力の平均値を異なる時間幅で複数求める工程と、求めた複数の平均値を前記振動検出セルの出力からそれぞれ減算して複数の補正済振動成分を求める工程と、求めた複数の補正済振動成分を前記計量セルの出力からそれぞれ減算して複数の補正済計量信号を求める工程と、求めた複数の補正済計量信号の中から誤差の最も少ない補正済計量信号を出力させる工程とを有する。

また、第２の発明に係る計量装置は、被計量物を計量する計量セルと、前記計量セルが受ける振動を検出する振動検出セルと、前記振動検出セルの出力の平均値を異なる時間幅で複数個算出する平均値算出手段と、算出された複数の平均値を前記振動検出セルの出力からそれぞれ減算して複数の補正済振動成分を求める第１減算手段と、求めた複数の補正済振動成分を前記計量セルの出力からそれぞれ減算して複数の補正済計量信号を求める第２減算手段と、求めた複数の補正済計量信号の中から誤差の少ない信号を選んで出力する選択手段とを備える。

また、第３の発明に係る計量装置は、第２の発明に係る計量装置において、前記選択手段は、前記第２減算手段で求めた補正済計量信号が有する誤差がより小さくなる方向に前記平均値算出手段の時間幅を調整する。

また、第４の発明に係る計量方法は、被計量物を計量する計量セルの出力から、振動検出セルの出力を減算して前記計量セルの出力に含まれる振動成分を除去する計量方法であって、振動検出セルの出力の平均値を求める工程と、求めた平均値を前記振動検出セルの出力から減算して補正済振動成分を求める工程と、求めた補正済振動成分を前記計量セルの出力から減算して補正済計量信号を求める工程と、求めた補正済計量信号が有する誤差がより小さくなる方向に前記平均値を算出するための時間幅を調整する工程とを有する。

例えば、電源投入直後の過渡期には、振動検出セルには、短時間に急激に変化するＤＣ成分が生じる。このＤＣ成分は、振動検出セルの出力をある時間幅で平均すれば、それに近似した直流成分を得ることができるから、その直流成分を振動検出セルの出力から減算すれば、そのＤＣ成分を振動検出セルの出力から除去することができる。そうして除去された補正済振動成分は、ほぼ振動成分だけの信号となる。それを計量セルの出力から減算すれば、振動成分の除去された計量信号が得られる。しかし、どの程度の時間幅で平均値を求めれば、振動検出セルに生じたＤＣ成分を除去できるかは不明である。また、そのＤＣ成分も一定ではなく、時間とともに変動していくので、それに対応させる必要もある。

そこで、この発明では、時間幅の異なる平均値を複数個求め、求めたそれぞれの平均値で補正済振動成分を算出してから、何れの補正済振動成分を使えば、最終の補正済計量信号の誤差を最小にすることができるかを調べる。そして、最小にすることができる補正済振動成分がわかれば、それを使って補正済計量信号を出力する。

この発明は、それに止まらず、さらに平均値を求める時間幅を、補正済計量信号に含まれる誤差がより小さくなる方向に調整する。これにより、振動検出セルで発生する種々の特性を有するＤＣ成分、例えば、時間とともに変動していくＤＣ成分を効果的に減衰させることができる。

第１、第２の発明によれば、電源投入直後の過渡期や周囲温度の変化等によって振動検出セルの出力にＤＣ成分が現れても、それを振動検出セルの出力から除去してその影響を排除してから、振動成分の除去された計量信号を出力させることができる。したがって、計量方法や計量装置としての精度をより向上させることができる。また、第３、第４の発明によれば、平均値を算出する時間幅を調整することによって、振動検出セルの出力に含まれる、変動するＤＣ成分を、その変動に対応させて効果的に減衰することができるから、振動検出セルにどのような特性のＤＣ成分が発生しても、常に高い計量精度を維持することができる。

この発明に係る計量装置の一実施形態の信号処理系の構成ブロック図。ＤＣ成分の変動が安定しているときの振動検出セルの出力波形と、平均値算出手段から出力される各平均値Ａ１，Ａ２の出力波形図。ＤＣ成分が急激に変化するときの振動検出セルの出力波形と、平均値算出手段から出力される平均値Ａ１，Ａ２の出力波形図。（ａ）振動検出セルの出力波形と、補正済振動成分Ｖ１，Ｖ２の出力波形図。（ｂ）計量セルの出力波形と、補正済計量信号Ｗ１，Ｗ２の出力波形図。この発明に係る計量装置の他の実施形態の信号処理系の構成ブロック図。（ａ）他の実施形態に係る振動検出セルのＤＣ成分の変化と、平均時間を変化させてそのＤＣ成分を減衰させた場合のグラフ。（ｂ）前記図６（ａ）のグラフに対応する振動検出セルの出力波形と、平均時間を変化させた場合の補正済計量信号の出力波形図。

以下、この発明に係る計量方法、計量装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、この発明の一実施形態に係る計量装置の信号処理系の構成ブロック図である。同図において、計量装置１００は、計量部１０と、振動検出部２０と、これらの出力信号を演算処理する信号処理部３０とを備えている。

計量部１０は、被計量物Ｘを載置する載置部１と、載置部１に載置された被計量物Ｘの重量を検出する計量セル２と、増幅器５と、Ａ／Ｄ変換器７とを備えている。計量セル２は、載置部１に載置された被計量物Ｘを計量して、その重量に対応したアナログ計量信号を出力する。出力されたアナログ計量信号は、増幅器５で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器７でディジタル計量信号に変換されて、信号処理部３０に入力される。

振動検出部２０は、載置部１に相当する錘３が負荷された振動検出セル４と、増幅器６と、Ａ／Ｄ変換器８とを備えている。振動検出セル４は、計量セル２が受ける振動を検出するために、同じフレームＦＲに、或いは、計量セル２と同一の床Ｆに設置されて、計量セル２が受ける振動を検出してアナログ振動信号を出力する。出力されたアナログ振動信号は、増幅器６で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器８でディジタル振動信号に変換されて、信号処理部３０に入力される。

信号処理部３０は、高速演算が可能なＣＰＵで構成され、プログラムを実行することにより、ディジタルフィルタ３１，３２としての機能と、平均値算出手段３３としての機能と、第１減算手段３４の機能と、第２減算手段３５の機能と、選択手段３６の機能とをそれぞれ有する。

ディジタルフィルタ３１，３２は、主として、被計量物Ｘが計量セル２に負荷された際に生じる計量セル２の機械的振動によって生ずる高周波数の振動成分を除去するもので、その機械的振動は、フレームＦＲを介して振動検出セル４にも伝わる。そのため、ディジタルフィルタ３１，３２は、計量セル２と振動検出セル４のそれぞれの出力側に設けられている。

平均値算出手段３３は、振動検出セル４のディジタル振動信号Ｖの平均値を異なる時間幅で複数個算出する。図１では、一例として、時間幅として平均時間Ｔ１と平均時間Ｔ２を用い、それぞれの平均時間Ｔ１，Ｔ２で２つの平均値Ａ１，Ａ２を算出する場合を示しているが、これに限定されるものではなく、必要に応じて増やすこともできる。そして、この実施形態では、平均時間Ｔ２を、電源投入直後に振動検出セル４の出力に現れる、急激に変化するＤＣ成分をキャンセルできる時間幅Ｔ２に設定し、平均時間Ｔ１を、電源投入から一定の時間が経過した時の振動検出セル４の出力に現れる、緩やかに変化するＤＣ成分をキャンセルできる時間幅Ｔ１に設定している。そして、これらの平均時間Ｔ１，Ｔ２は、それらの平均時間Ｔ１，Ｔ２で求めた各平均値Ａ１，Ａ２が振動検出セル４で生じたＤＣ成分により近づくように、選択手段３６によって適宜に調整される。

第１減算手段３４は、算出された複数の平均値Ａ１，Ａ２を振動検出セル４のディジタル振動信号Ｖからそれぞれ減算して複数の補正済振動成分Ｖ１，Ｖ２を出力する。

第２減算手段３５は、求めた複数の補正済振動成分Ｖ１，Ｖ２を計量セル２のディジタル計量信号ｗからそれぞれ減算して複数の補正済計量信号Ｗ１，Ｗ２を出力する。

選択手段３６は、得られた複数の補正済計量信号Ｗ１，Ｗ２の中から誤差の小さい方の信号を選んで出力する。ここでの誤差とは、被計量物Ｘの真の重量との誤差である。しかし、被計量物Ｘの重量は、未知数であるから、被計量物Ｘが載荷された状態では、どちらの平均値Ａ１，Ａ２の方が、より誤差が小さいかは、直ちには判明しない。そこで、計量セル２の載置部１に被計量物Ｘを載置していない時の零点と、その無負荷状態で算出した補正済計量信号Ｗ１，Ｗ２とを比較し、零点により近い方の補正済計量信号Ｗ１，Ｗ２の方を記憶しておく。そうすれば、被計量物Ｘを載荷したときでも、記憶した側の補正済計量信号Ｗ１，Ｗ２を選ぶことで、誤差の小さい方を出力させることができる。そこで、この選択手段３６は、無負荷状態のときの補正済計量信号Ｗ１，Ｗ２の中で、零点により近い方を記憶しておき、被計量物Ｘを載荷したときは、記憶した側の補正済計量信号Ｗ１，Ｗ２を出力するようにしている。

また、この選択手段３６は、上記誤差がより小さくなる方向に各平均時間Ｔ１，Ｔ２を調整する。例えば、緩く変化するＤＣ成分を除去するために初期設定された平均時間Ｔ１を少し長くしたり短くしたりして、誤差がより小さくなる方へ平均時間Ｔ１を調整する。また、急激に変化するＤＣ成分を除去するために設定された平均時間Ｔ２も誤差を見ながら逐次調整する。

出力調整手段３７は、計量セル２と振動検出センサ４との感度差を無くすもので、第１減算手段３３で得られた複数の補正済振動成分Ｖ１，Ｖ２の出力レベルを計量セル２から出力される振動成分の出力レベルに一致させる。

次に、計量装置１００の動作を説明する。
まず、計量セル２から出力される振動成分と振動検出セル４の検出出力とを一致させるために、計量装置１００に通電した後、十分時間が経過して安定状態になってから、計量セル２のディジタル計量信号ｗと振動検出セル４のディジタル振動信号Ｖとを直接比較して、両者の値ｗ、Ｖが一致するように出力調整手段３７の調整値を設定しておく。例えば、ｗ／Ｖ＝ｋとなれば、Ｖの値をｋ倍すれば、両者が一致するので、その係数ｋを出力調整手段３７に設定しておく。

次に、電源投入直後に発生する振動検出セル４の急激に変化するＤＣ成分をキャンセルするための平均時間Ｔ２と、ある時間が経過してから現れる、緩慢に変化するＤＣ成分をキャンセルするための平均時間Ｔ１とを設定して、一旦電源を切る。そして、通常の使用状態に戻すために、十分な冷却期間を置いてから再び電源を投入すると、計量セル２の出力にも、振動検出セル４の出力にも、温度上昇に伴って急激に変化するＤＣ成分が現れる。しかし、計量セル２の側には、載置部１が無負荷である時には、零点の自動更新が働くために、温度上昇に伴って現れるＤＣ成分は、零点として記憶更新されるから、ディジタルフィルタ３１の出力を処理して得られる計量信号は、ゼロとなる。これに対し、振動検出セル４の側には、零点の自動更新が働かないから、振動検出セル４の出力には、急激に変化するＤＣ成分が現れる。

そのＤＣ成分は、増幅器６、Ａ／Ｄ変換器８、ディジタルフィルタ３２を介して平均値算出手段３３に入力され、そこで２つの平均時間Ｔ１，Ｔ２でそれぞれ平均されて、一方の算出手段３３ａからは、平均値Ａ１が算出され、他方の算出手段３３ｂからは、ＤＣ成分に見合った平均値Ａ２が算出される。そして、それらの平均値Ａ１，Ａ２が第１減算手段３４に入力されて、上記ＤＣ成分がまだ残っている補正済振動成分Ｖ１と、ＤＣ成分がほぼ除去された補正済振動成分Ｖ２とが出力される。

そして、これらの補正済振動成分Ｖ１，Ｖ２は、出力調整手段３７においてレベル調整された後、第２減算手段３５に出力される。第２減算手段３５では、ディジタル計量信号ｗから補正済振動成分Ｖ１，Ｖ２を減算して、振動成分のない補正済計量信号Ｗ１，Ｗ２を選択手段３６に出力する。

ここで、各出力Ｗ１，Ｗ２をＷｈ（ｔ）と置くと、Ｗｈ（ｔ）は、次式（１）で表される。

Ｗｈ（ｔ）＝ｗ（ｔ）−ｋ・Ｖｎ（ｔ）・・・（１）
Ｖｎ（ｔ）＝（Ｖ（ｔ）−Ａｎ（ｔ））・・・（２）
ここで、
ｗ（ｔ）：補正前の計量セル２の出力（計量信号）
Ｖｎ（ｔ）：第２減算手段３５から出力されるディジタル振動信号Ｖ１，Ｖ２
Ａｎ（ｔ）：平均値算出手段３３から出力される平均値Ａ１，Ａ２
ｋ：出力調整手段３７で設定した係数
である。

そして、電源投入直後の場合には、第１減算手段３４から出力される補正済振動成分Ｖ２の方が、他方の補正済振動成分Ｖ１よりも誤差が小さいから、選択手段３６は、補正済振動成分Ｖ２の方を選択して出力する。また、電源投入直後のＤＣ成分は、急激に変化していくから、当初に設定された平均時間Ｔ２では、その変化に対応できなくなり、誤差が次第に大きくなっていく。そこで、選択手段３６は、平均時間Ｔ２を徐々に長くしてＤＣ成分の変化に追従させていく。

しかし、時間経過に伴ってＤＣ成分の変動は、次第に収まっていくから、今度は、平均時間Ｔ１で求めた補正済振動成分Ｖ１の方が他方の補正済振動成分Ｖ２よりも誤差が小さくなる。すると、選択手段３６は、補正済振動成分Ｖ１の方を選択して出力する。そして、振動検出セル４のＤＣ成分がさらに安定してくると、選択手段３６は、それに対応して、平均時間Ｔ１をより長く設定して、安定したＤＣ成分を除去させて行く。

図２に示す波形は、振動検出セルのＤＣ成分が安定している場合のディジタル振動信号Ｖと、各平均値Ａ１，Ａ２の変化を表したものである。この波形を見れば、平均時間Ｔ１が長く設定された平均値Ａ１の方が、ディジタル振動信号Ｖに含まれるＤＣ成分をよく再現しているから、この場合には、ディジタル振動信号Ｖから平均値Ａ１を除去する方が、ＤＣ成分を効果的に除去できることが解る。

図３に示す波形は、振動検出セルのＤＣ成分が１秒から２秒の間に急激に上昇した場合のディジタル振動信号Ｖと、各平均値Ａ１，Ａ２の変化を表したものである。この場合には、平均時間Ｔ２を短く設定した平均値Ａ２の方が、ＤＣ成分の変化によく追従しているから、この場合には、ディジタル振動信号Ｖから平均値Ａ２を除去する方が、ＤＣ成分を効果的に除去できることが解る。

図４（ａ）に示す波形は、ディジタル振動信号Ｖのサンプリング間隔を１／６４０秒、平均時間Ｔ１を約１秒、平均時間Ｔ２を約０．１秒とした場合の補正済振動成分Ｖ１，Ｖ２の波形である。このグラフを見ると、１秒付近においてＤＣ成分が変化した際、補正済振動成分Ｖ１の方は、元の波形に対してＤＣ成分が残っているが、補正済振動成分Ｖ２の方は、減算後の値は安定しないものの、ＤＣ成分は除去されているから、Ｖ１よりは良いことが分かる。

図４（ｂ）に示す波形は、第２減算後の補正済計量信号Ｗ１，Ｗ２を表しているが、ディジタル計量信号ｗに０ｇ付近で振動成分が含まれているとすると、補正済計量信号Ｗ１は、１秒付近においてＤＣ成分の誤差が生じていることが分かる。これに対し、補正済計量信号Ｗ２は、Ｗ１に比べて誤差が小さくなっている。この誤差の差から、選択手段３６は、１秒付近においては、Ｗ２を補正済計量信号Ｗとして出力するが、２秒付近からは、Ｗ１の方がＷ２に比べて誤差が小さくなるから、選択手段３６は、Ｗ１を補正済計量信号Ｗとして出力する。したがって、計量精度の良い振動補正が可能となる。

以上の実施形態では、異なる時間幅Ｔ１，Ｔ２で求めた２つの補正済振動成分Ｖ１，Ｖ２の中で、どちらかを選択する場合について説明したが、異なる時間幅を３つ以上設け、それらで求めた３つ以上の補正済振動成分Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の中から選択するように構成しても良い。

また、上記実施形態では、計量セル２および振動検出セル４をともに１つずつ設置して、１対１の振動補正を行うものであったが、１つ以上の計量セル２および複数の振動検出セル４を設けて補正する場合にも同様に適用することができる。

さらには、図５のように、電源投入直後に発生するＤＣ成分の変動などの特性が予め解っている場合は、そのＤＣ成分の変動に応じた平均時間を予め複数記憶させておき、時間経過とともに、平均時間を切り替えて、振動検出セル４に含まれる変動するＤＣ成分を減衰させるように構成しても良い。例えば、電源投入直後の振動検出セル４のＤＣ成分が、図６（ａ）のように変動する場合、電源投入直後は、ＤＣ成分の変動が大きいため、平均時間は短く設定する。そして、ＤＣ成分の変動が緩やかになっていくに従って、平均時間を長いものに切り替えていく。これにより、変動するＤＣ成分による影響を抑えることができる。

その効果を確かめたときのグラフを図６（ｂ）に示す。このグラフでは、平均時間を５秒、１５秒、１分と用意しておき、電源投入直後は、平均時間５秒で平均値を算出し、電源投入から１分経過後は、平均時間１５秒で平均値を算出し、電源投入から２分半経過後は、平均時間１分で平均値を算出した場合を示している。このようにすれば、図６（ａ）のようにディジタル振動信号ＶにＤＣ成分が含まれていても、平均時間を変えることで、電源投入直後に急激に変動するＤＣ成分をほぼ効果的に減衰させることができる。

１００計量装置
２計量セル
４振動検出セル
３３平均値算出手段
３４第１減算手段
３５第２減算手段
３６選択手段
Ｔ１時間幅（平均時間）
Ｔ２時間幅（平均時間）

Claims

被計量物を計量する計量セルの出力から、振動検出セルの出力を減算して前記計量セルの出力に含まれる振動成分を除去する計量方法であって、予め振動検出セルの出力の平均値を異なる時間幅でもって複数求める工程と、求めた複数の平均値を前記振動検出セルの出力からそれぞれ減算して複数の補正済振動成分を求める工程と、求めた複数の補正済振動成分を前記計量セルの出力からそれぞれ減算して、複数の補正済計量信号を求める工程と、求めた複数の補正済計量信号の中から誤差の最も少ない補正済計量信号を選んで出力する工程を有する計量方法。
被計量物を計量する計量セルと、前記計量セルが受ける振動を検出する振動検出セルと、前記振動検出セルの出力の平均値を異なる時間幅で複数個算出する平均値算出手段と、算出された複数の平均値を前記振動検出セルの出力からそれぞれ減算して複数の補正済振動成分を求める第１減算手段と、求めた複数の補正済振動成分を前記計量セルの出力からそれぞれ減算して複数の補正済計量信号を求める第２減算手段と、得られた複数の補正済計量信号の中から誤差の少ない信号を選んで出力する選択手段とを備える計量装置。
請求項２に記載の計量装置において、前記選択手段が、前記第２減算手段で求めた補正済計量信号が有する誤差がより小さくなる方向に前記平均値算出手段の時間幅を調整する計量装置。
被計量物を計量する計量セルの出力から、振動検出セルの出力を減算して前記計量セルの出力に含まれる振動成分を除去する計量方法であって、振動検出セルの出力の平均値を求める工程と、求めた平均値を前記振動検出セルの出力から減算して補正済振動成分を求める工程と、求めた補正済振動成分を前記計量セルの出力から減算して補正済計量信号を求める工程と、求めた補正済計量信号が有する誤差がより小さくなる方向に前記平均値を算出するための時間幅を調整する工程とを有する計量方法。