JP2524546B2 - ヒステリシス補償の計量装置及び方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、計量秤のような力測定
装置の精度の改善を図るためのヒステリシス補償の方法
及び計量装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】計量秤のような力測定装置の精度の改善
を求める研究者達は、ドリフト（ｄｒｉｆｔ）、非弾性
クリープ（ｃｒｅｅｐ）、温度によりもたらされる影響
及びヒステリシスといったような多種の現象についての
補償について考慮すること及びこれを達成するよう求め
られる。この後者のヒステリシス現象は、多年にわたっ
て重大な問題を提起しており、そのオリジン（ｏｒｉｇ
ｉｎ）が、力測定装置のロード・セル或いはトランスジ
ューサの中に見い出される。

【０００３】典型的に、力測定装置は、計算力または圧
迫構造を持ち、そしてプラットフォームに受け入れた荷
重と、装置或いはスケール基盤との間におけるストレー
ンとに、順次、応答するロード・セルにより支持された
荷重受入れプラットフォームを持つように構成されてい
る。ロード・セルの力測定器具、ストレーン・ゲージ及
び類似のものといったようなものは、上記の現象につい
て特別に補正を要する出力を供給するために、こうした
ストレーンに反応する。ヒステリシス或いは良く「内部
の摩擦」と呼ばれるものは、一連の荷重が加えられ、ま
た、無数のシーケンスのいずれかにおいて除去される場
合に、トランスジューサの出力内に表われる。

【０００４】典型的な秤の使用法において、荷重のこれ
らのシーケンスは、ほとんどの場合ランダムな性質のも
のであり、例えば、数値において部分から全体へ広がる
荷重がかけられ、そして、秤から全部か、または部分的
に除去されるというものである。荷重がかけられている
時に、同じ荷重でこうした荷重が読み取り値により除去
される場合に、装置の出力或いは読み取り値を比較する
と、結果は異なったものになる。この相違が、ヒステリ
シスと考えられている。

【０００５】このヒステリシス効果は、主として、計量
装置トランスジューサの物質特性及び位置より発生す
る。例えば、それが金属であれ、ガラス／セラミックで
あれ、すべての計算力物質は、程度の差はあるがヒステ
リシス現象を示す。計量装置に広範に使用されるよう
な、従来型のエポキシを基にするストレーン・ゲージ
も、同様にヒステリシス現象を示し、秤の出力に見られ
る全面的なヒステリシスの重要な一因となっている。こ
の効果のストレーン・ゲージによる生成とは別に、ヒス
テリシス現象は、秤トランスジューサの組み付け或いは
これへの荷重のかけ方によっても同様に発生する。この
関連で、ヒステリシスとして表われるロード・セル及び
秤構造間の滑り或いは動きが、しばしばなされる。

【０００６】このようにして、ヒステリシス効果を改善
するための従来の手法は、計算力、或いはトランスジュ
ーサ材質の品質を改良することであった。例えば、ベリ
リウム銅、或いはガラス／セラミック材のような材料よ
りなるロード・セルを製造すれば、表われるヒステリシ
スのレベルは低くなる。しかしながら、これらの技法
は、従来どおりの利用を意図した秤構造に採用するに
は、過度に高価過ぎると考えられる。後者の材料の場合
には、更に特定的な製造上の困難がある。ヒステリシス
の改善は、生産パラメータ及び熱処理工程を変動させる
ことにより、特定の応用例については達成された。しか
しながら、これらの技術は、独自的な性質のものであっ
て、実質的には、構成要素の全てに通用するわけではな
い。ヒステリシス効果が、ロード・セル器具のストレー
ン・ゲージに表われるのに対して、振動ワイヤ或いはキ
ャパシタ技術を表すような他のセンサは、それら自身に
おいてはヒステリシス現象を示さず、この現象は、これ
が全体的な計算力構造内に留まる限りにおいて、こうし
た器具を有するセルの出力内に表れるのである。

【０００７】マイクロプロセサ駆動の器具の到来と共
に、この現象についての実践的な手法は、ロード・セル
出力におけるヒステリシスのデジタル補正のための予測
的方式を達成することであろう。しかしながら、この手
法には、ヒステリシスに基づくロード・セルの反応の正
確な質量化が必要となる。このような予測的デジタル補
正の手法はクリープ現象に関して導入され、そして成功
を収めている。このことに関しては、１９８７年９月１
日に付与され、同日譲渡されたグリフェン氏のクリープ
補償の計量装置（ｃｒｅｅｐ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ
ｗｅｉｇｈｉｎｇ ａｐｐａｒａｔａｔｕｓ）という
名称の米国特許Ｎｏ．４，６９１，２９０を参照された
い。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
ロード・セル計量秤に発生するヒステリシス現象に鑑み
なされたものであり、その目的とするところは、計測す
る力または重量のための計測装置及び材料分析並びに関
連したデェビエント・システム（ｄｅｖｉｅｎｔｓｙｓ
ｔｅｍｓ）によって表出した、ヒステリシス現象の補正
を実施できるようにした方法及び装置を提供することに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、例えば、力或
いは重量、変位を測定するような測定装置、材料分析及
び関連するデェビエント・システムにより示される、ヒ
ステリシス現象の補正を行うための方法及び装置に向け
られる。補正のための新規性の手法は、実験に基づく発
見及び現象の特定的な特性の観察を行うことによって生
じる。これの関連では、ヒステリシス効果は、反復可能
なものであり、時間依存的でないということが観察され
た。こうした反復可能性という特性は、計量装置のロー
ディング進行と関連したヒストリとかかわり合ってい
る。

【００１０】更に、計量測定装置にかけられる重量或い
は荷重のゼロ或いは最低限の荷重から、最大限の荷重値
への進展或いはシーケンスにより、結果として、出力、
或いは読み取り値が直線性能より逸脱してしまうことに
なり、これはまた、反復可能である。直線性能は、装置
の表わされる出力が、かけられる重量に比例している性
能と考えられる。

【００１１】上記の追加シーケンスの出力は、グラフ形
状にプロットされる場合には、線形が増加することが特
徴付けされている。同様に、秤にかけられる荷重の、最
大限荷重から最小限或いはゼロ荷重への進行、或いはシ
ーケンスは、同様に反復可能であり、直線性能からの逸
脱のシーケンスに結果として表われる。

【００１２】この漸減荷重における出力は、漸減線形と
してプロットされ特徴ずけられる。漸増線形曲線と漸減
線形曲線を比較することにより、最大限及び最小限荷重
位置に集中するエンベロップ・パターン（ｅｎｖｅｌｏ
ｐｅ ｐａｔｔｅｒｎ）が作成できる。ヒステリシスに
帰することのできる計量上の逸脱は全て、このエンベロ
ップ・パターン内で起こることがわかる。更に分析して
みると、いかなる続きの荷重進展についても、その出力
読み取り値は、重量が漸増重量進展、或いは漸減重量進
展の意味合いにおいて、同じ方向に変わり続ける間は、
エンベロップ・パターンの限界に戻ろうとする逸脱を引
き起こしがちであることが明らかになった。

【００１３】上述した観察及び発見に基づいて、力測定
装置ヒステリシス特性は数量化することができ、かくし
て、必要な制度の補正する手法が従来のマイクロプロセ
サ機能の電算性能により実行可能に案出することができ
る。

【００１４】このようにしてなされた本発明は、第１に
計量秤が現出した最小限、最大限の荷重間のヒステリシ
ス現象に関し、荷重の進行のヒストリ保持と併せて、計
量秤の出力を補正する方法は、以下のステップからなる
ものである。 イ）最小限から最大限荷重へ広がる秤の漸増的線形特性
数値を表わす多項式を生じさせるステップ。 ロ）最大限から最小限荷重へ広がる秤の漸減的線形特性
数値を表わす多項式を生じさせるステップ。 ハ）１つの多項式からのオフセットを表わす補正式を提
供するステップ。 ニ）秤にかけられる荷重の数値Ｒの表示を得るステッ
プ。 ホ）数値Ｒの補正式への適用としての補正値を生じさせ
るステップ。 ヘ）数値Ｒを補正値の量により調整するステップ。 ト）調整された数値を出力するステップ。

【００１５】第２に、以下の手段からなるヒステリシス
補償の測定装置である。 イ）測定機構にかけられる荷重進展ヒストリ並びに最大
限及び最小限荷重間のこれらの漸増的及び漸減的逸脱線
形特性を保持するための記憶手段。 ロ）測定機構上の荷重の表示値Ｒを得るための手段。 ハ）荷重表示値Ｒ、荷重進展ヒストリを蓄積する記憶手
段及び記憶手段において、荷重表示値Ｒにより表される
荷重進展ヒストリにおける変化をするため及び補正され
た重量表示を提供するために、補正値を生じさせ、補正
値を、荷重表示値Ｒと組み合わせるための選択逸脱線形
特性に応答的な制御手段。

【００１６】第３に、力測定装置の出力のヒステリシス
を補正するための方法が、以下のステップからなるもの
である。 イ）力測定装置にかけられる力の表示を得るステップ。 ロ）上記の表示を使用する力測定装置のヒステリシス状
態及び装置の直前の過去の力の適用シーケンス・ヒスト
リを生じさせるステップ。 ハ）力測定装置にかけられる力のヒステリシスの影響を
補償した表示を提供するために、力測定装置の生じさせ
られたヒステリシス状態と、力の表示とを組み合わせる
ステップ。

【００１７】第４に、漸増的及び漸減的タイプのローデ
ィング・シーケンス内で発生する、荷重に応答的な測定
装置の測定された出力における不明瞭性を低減するため
の方法が、以下のステップからなるものである。 イ）力測定装置上にかけられる荷重の荷重進展ヒストリ
を、測定された出力、ローディング・シーケンス及びこ
れの転移のタイプ並びに最大限及び最小限荷重の間の装
置の漸増的、漸減的逸脱線形特性として保持するステッ
プ。 ロ）現行の出力された出力を、値Ｒとして得るステッ
プ。 ハ）値Ｒに基づく補正値、荷重進展ヒストリ及び選択線
形特性を生じさせるステップ。 ニ）値Ｒを、補正値の量により調節するステップ。 ホ）調節された値を出力するステップ。

【００１８】第５に、所定の荷重進展ヒストリを伴う、
それにかけられる最小限及び最大限荷重の間で発生する
ヒステリシス現象の補償された計量装置が、以下の手段
によりなるものである。 イ）計量機構；最小限及び最大限荷重の間で広がる、計
量機構の漸増的及び漸減的逸脱線形特性を表わす式を蓄
積するための手段。 ロ）計量機構にかけられる荷重の値Ｒの表示を得るため
の手段。 ハ）補正値を、値Ｒの１つの逸脱線形特性からのオフセ
ットを表わす補正式への適用値として生じさせるための
手段。 ニ）値Ｒを、補正値の量により調節する手段。 ホ）その調節された数値を出力する手段。

【００１９】本発明の他の目的は、部分的には明白であ
り、また、部分的には、これ以後において説明する。従
って、本発明は、以下において詳細に述べるエレメント
の組成、ステップの組合せ、及びパーツの配列を有する
装置及び方法によりなるものである。本発明の性質、目
的を一層より良く理解するために、以下の実施例の詳細
な説明と図面とを参照していただきたい。

【００２０】

【作用】デジタル秤は、ヒステリシス・エラーのリミッ
トを明らかにする漸増及び漸減線形が持つ性質の特徴を
描いたエンベロップ・パターンに、よって補償される。
多項式が、このエンベロップ・パターンを明らかにし、
そして補正手順が展開される。その展開は、エンベロッ
プ・パターンを明らかにし、そして補正手順が展開され
る。その展開は、エンベロップ・パターンからのオフセ
ットと同様に、複雑なローディング・ヒストリから証拠
付けされた逸脱の合併的特性に基礎付けされたものであ
る。後者のヒストリ・データは、適正値の生成のために
必要な、ローディング進展推移を同一視するために使用
される。

【００２１】

【実施例】ここにおいて記載される、ヒステリシスの補
正手法は、研究室の調査及び観測によるものであるが、
それに基いて補正のための計算手法が達成された。以
下、これらの基礎的実験による情報を、より明確にする
ために、単純化した代表的図面により説明する。

【００２２】先ず第一に図１を見てみると、本発明のヒ
ステリシス補正特性を組み込むことができる典型的な力
測定装置或いは秤が全体的に符号１０で示されている。
多くの場合、秤１０には、ロード・セル１４の上方に配
置されるプラッタ（ｐｌａｔｔｅｒ）またはプラットフ
ォームと称される重量受け入れパン（ｐａｎ）１２を備
えた計量機構が存在している。

【００２３】ロード・セル１４は、ブロック１６に表わ
されるストレーン・ゲージ・ブリッジとの関連で作動す
る。パン１２に荷重がかけられると、ロード・セル１４
内にストレーンが生じるが、これは、ロード・セルのス
トレーン・ゲージにより検知され、反面、ブリッジ式平
衡計器１６を不平衡とする。ブリッジ１６の不平衡感応
出力がアナグロ重量シグナルを、コンバータ機能がアナ
グロ値をデジタル形のシグナルに変換するアナグロ・デ
ジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ１８に供給する。コンバー
タ１８は、制御を操作するマイクロ・プロセッサ、或は
ブロック２０で示すマイクロコンピュータに従属してい
る。

【００２４】Ａ／Ｄコンバータ１８からブロック２０の
制御機能に供給されたデータは、基礎となる適切な測
定、及び予測的補正のために処理され、そして図中にデ
ィスプレイ２２として表現した適切な出力に供給され
る。適切な制御、及びヒストリ・データは、マイクロコ
ンピュータ２０によって利用するために、ブロック２４
に表わされるメモリ機能に保有される。この関連で言え
ば、このメモリ機能は、即時補正の手順を命じる保存デ
ータを有するランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）と
同様に、普通のリード・オンリ・メモリ（ＲＯＭ）を含
むものである。そしてそのようにして、不揮発性データ
保持機能を有するということになる。

【００２５】図２は、ヒステリシス効果のみを考慮し
た、ストレーン・ゲージによるトランスデューサの線形
出力（ｓｔｒａｉｇｈｔ ｌｉｎｅ ｌｉｎｅａｒ ｏ
ｕｔｐｕｔ）からの変動を描く代表的グラフである。こ
のグラフは、荷重が例えばゼロという最小限荷重値より
最大限荷重値までに表わされるところの、任意の単位に
おいて表われた線形からの逸脱のプロットを表わしたも
のである。

【００２６】記述された最小限から最大限の値まで、重
量が秤に漸増的に加えられたとして、また秤がヒステリ
シス現象、或いは理想的な線形を示さなかったとしたな
らば、秤の出力は、荷重の漸増的進行中に、最小限荷重
値、及び最大限荷重値の間に延びている直線性能を表す
ライン３０により表わされ、両者の逸脱が線形からゼロ
であることを示している。荷重、或いは重量が漸増的に
除去される場合に、この完全なモデルを採り続けるなら
ば、秤の出力は、再び、ライン３０に沿って引き返し、
線形出力からの逸脱を示さない。

【００２７】しかしながら、漸増的荷重が秤にかけられ
るような複数のヒステリシスを説明すると、「漸増的線
形」として、下方の曲線３２によって表わされるところ
の、線形３０から整然とした逸脱が示されている。重量
のこの最小限より最大限荷重値への進行中に、秤の出力
は低めの傾向があり、簡単に示す目的で、曲線３２で負
の弓形の曲線の形状に示される。

【００２８】この簡単な観測に従い、ここで重量を最大
限の荷重から始まって、秤から漸増的に除去したとする
と、秤の読み取り値は、今、弓形を形成する曲線３４に
より表わされるような方法で、ライン３０によって描か
れる線形から逸脱するであろう。その曲線３４が、曲線
３２の対称形を示し、そして逸脱の度合いにおいて等し
くなるものとして表わされることに注意されたい。曲線
３２と３４により明確にされるエンベロップのこの対称
性は、特定の測定装置において固有のものではない。

【００２９】しかしながら、こうした装置として開発さ
れるような、数学的調整によって、準備した方法が、し
ばしば、当業者にとって有益であることが分かった。曲
線３４は、「漸減的線形」と称される。ヒステリシス
は、漸増的線形３２及び漸減的線形３４の間の差であ
り、例えば、それらのうちのあるものが３５において示
され、また、それらが曲線３２及び３４に取り囲まれた
閉鎖的囲み内に包含されているのが分かる垂直の矢印に
よって、グラフ状に表わすことができる。

【００３０】秤が、最小限、或いはゼロ荷重から最大限
荷重まで漸進し、それからゼロ・ローディングに再び到
達するまでに荷重を除去するという制限的パラメータの
下で作動するものと仮定すると、その場合には、結果的
なヒステリシスの補正は、容易に達成できる。例えば、
曲線３２及び３４の放物線の性質を表わすために、数式
が展開できる。計量の条件が、ロードが漸増しているも
のなのか、或いは漸減しているものなのかを知れば、漸
増条件、或いは漸減条件についての秤の出力を補正する
多項式、例えば４次式が容易に展開できる。

【００３１】言うまでもなく、これらの条件下の秤の読
み取り、或いは出力表示は、それ自体において、ヒステ
リシス・エラーを表わすものである。研究室における観
察によって、最小限及び最大限荷重値の間における偏位
を必要とする、上記で検討した性能パラメータについ
て、ヒステリシス条件が反復可能であることが分った。
上記のように、補正のための容易な救済策が提供される
一方で、それに従属する操作上のパラメータは、記述し
たように、極めて制限されている。

【００３２】ここで図３を見ると、次のオペレーション
・パラメータ或いは秤とか測定装置の使用の条件は、図
２において曲線３２と３４によって表されているものと
同様な、同じ第１パラメータを保持する状態を考慮して
いる。常に最小限或いはゼロで始まり、そして漸増する
重量が、前記した曲線３２を明らかにするように限界付
けされる。

【００３３】しかしながら、加えられた修正条件下にお
いて、荷重はゼロまたは最小限荷重よりかけられつつあ
った後、最大限荷重値に達する前に除去される。例え
ば、荷重が、転換点ＴＡＰ１により表されるような、最
大限の荷重条件に近いある位置より除去される場合には
漸減的線形、或いは点の荷重漸減位置は、ＴＡＰ１か
ら、ゼロ或いは最小限位置までトレースする曲線３６を
限界付けする。同様に、展開点ＴＡＰ２に示されるよう
なより早い位置において荷重を除去すると、ＴＡＰ２か
らゼロ或いは最小限位置へと広がる曲線３８を限界付け
する出力点の荷重の漸減する軌跡を現出させる。最後に
例えば展開点ＴＡＰ３におけるような、早い位置での荷
重の除去は、曲線４０を限界付けする点の漸減する荷重
軌跡という結果になる。

【００３４】前記のことから、エンベロップ曲線３２及
び３４は、これを表わすにはそのままで良く、また漸増
的線形曲線３２も、その条件についてはそのままで良い
が、しかし、漸減荷重曲線３６、４０の場合には、この
簡単な条件について、異なる数学的定義が必要になるこ
とが分かるだろう。読み出しの補正を決定する必須のア
ルゴリズム（ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）或いは補式を作るた
めには、適正な転換点（ＴＡＰ）を知らねばならないこ
とが分かるだろう。更に加えて、曲線３６、３８及び４
０が漸増的線形曲線３２及び漸減的線形曲線３４により
明らかにされるエンベロップ・パターン内に留まること
に注意されたい。

【００３５】図４に関して言えば、ローディングが最小
限或いはゼロ荷重で始まり、最大限荷重へと漸進するロ
ーディング・モデルから起こる別のヒステリシス条件が
描かれている。その最大限荷重になったときに重量が除
去され、そこで重量は、再び最大限ローディング条件に
なるということである。結果として生じるヒステリシス
・パターンは、実質的に、図３に示されるものの回転し
たイメージを表わすものである。これに関しては、漸減
的線形曲線３４と同様に、漸増的線形曲線３２も前と変
わりないことに注意されたい。

【００３６】しかしながら、荷重が最大限位置から除去
され、そして、ヒステリシス条件が漸減的線形曲線３４
に沿ってたどられる時に、荷重除去が停止され、また、
重量が再び最大限値に向けられる転換点のシーケンスが
考察できるだろう。そうした条件は、漸減的線形曲線３
４上の転換点ＴＡＰ４から広がる曲線４２により表され
ることに注意されたい。同様に、システムが漸減的線形
曲線３４を、転換点ＴＡＰ５までたどるようにするため
に荷重が除去され、その後に荷重が再び確保される時
に、漸増的線形曲線４４は、最大限の荷重点まで展開さ
れ、また、同様に荷重或いは重量がＴＡＰ６において表
される転換点６にまで除去され、その後に最大限値まで
再確保される時、４６において表わされるような低い高
さの漸増的線形曲線が展開される。

【００３７】この配列では、漸減的線形曲線３４につい
ての数学的アルゴリズムは、以前と同じままであるのに
対して、漸増的線形曲線４２、４４及び４６は、前もっ
て短縮され、調整された数学的定義が必要となる。図４
に表されるパターンは、秤が決してアンロードされるこ
となく、重量が加えられて、そして除去される秤の使用
法において出会う条件を表わしている。

【００３８】図３及び図４のローディング・パラメー
タ、或いは条件についての補償の処理方法を考慮する
と、所定の荷重ヒストリの多様な条件下において秤にか
けられる所定の重量について、各々が独自の補償を必要
とする、その単一の重量用に、多数の秤出力が展開され
るということが考えられよう。例えば、図４において、
一点細線４８のライン３０との交差により表わされる実
質重量値を有する荷重が、曲線３２、３４及び４２〜４
６により表わされる条件下でかけられたとすると、Ａー
Ｅ間において表わされる５つの異なる未補正の出力が可
能となる。

【００３９】図３及び図４の条件についての補正を達成
するためには、ローディングのヒストリを知ることが必
要である。これの関連では、適正な転移位置、或いは転
換点が荷重の進展を、つまり最小限或いはゼロ荷重から
の荷重の漸増または最大限の荷重からの荷重漸減と同様
に、知ることが求められる。

【００４０】ここまで記述してきたローディング条件、
或いはパラメータについては、ヒステリシスの補正を達
成するために、多様なアルゴリズムを生じさせることが
できる。漸増的線形曲線３２及び漸減的線形曲線３４を
表わす数学式が知られるであろうし、また、これらの曲
線が、例えば、ライン３０に関して対称であるように、
調整を表わすものであることが望ましい。このような補
正のための苦心して作る処理方法には、例えば曲線３２
及び３４に沿う１％の増分において展開されるとして示
される条件の各々についての曲線用の数学式を決定する
ことが含まれる。

【００４１】単純な処理方法は、適正かつ相応する漸増
的線形曲線３２或いは漸減的線形曲線３４に関しての前
もって短縮した曲線の比率より生じる。転換点を監視す
ることにより、補正は、転換点の適正な最小限、或いは
ゼロ及び最大限ローディング値に対する比率を表わす乗
法により誘導される。実際には、念入りでないモデル
で、より複雑な条件が後に続く場合には、転換点が、荷
重ヒストリの点となる。上記記載の進行及び後続するも
のについては、計量装置のヒステリシスの状態が、予測
的補正を達成するために必要となる。

【００４２】図５に関して言えば、より通常的に遭遇
し、そしてより複雑なローディング・ヒストリに相応す
るヒステリシス特性が、図２〜４に示されるのと類似の
方法で、グラフ形態に示されている。図５においては、
理想的な出力ライン３０が、再び漸増的線形曲線３２及
び漸減的線形曲線３４に沿って再生され、以前と同じエ
ンベロップ・パターンを提供している。描かれているロ
ーディング条件については、荷重はゼロ荷重或いは最小
限荷重で始まり、フル荷重まで仕向けられる。曲線３４
において表わされるように、重量は、それからゼロ、或
いは最小限荷重まで除去され、そしてそれから、ローデ
ィングは、曲線３２において再び表わされるように、転
換点ＴＡＰ７まで増加する。荷重は、それから除去され
るが、完全にではない。つまり、ゼロローディングまで
ではない。

【００４３】この条件は、図３に関連して３６、３８及
び４０において述べた曲線と優先を争うロード漸減曲線
５０を展開する。しかしながら、曲線５０は、内部エン
ベロップ転回、或いは転移位置、換言すれば、転換点Ｔ
ＡＰ８において終結するが、そこにおいて重量は、再
び、装置にかけられて、ＴＡＰ８から最大限荷重位置へ
延びる荷重漸増曲線５２を作り出す。曲線５２は、図４
に関連して記述される４２、４４及び４６において表わ
されるような曲線に似ていることが分る。図３及び図４
に関連して記述されるものと同様に、曲線５０及び５２
により表される脱線は全て、漸増的線形曲線３２及び漸
減的線形曲線３４により明らかにされるエンベロップ・
パターン内に留まることが観察できるだろう。

【００４４】ラボラトリ条件下で、上記検討のヒステリ
シス現象を見てみると、以下のような観察結果が得られ
た。 (1) ヒステリシス現象は、反復可能である。全く同じ重
量を、同じ順序で、秤にかけた場合には、秤の出力は反
復する。 (2) もしも最大限及び最小限荷重或いは重量が確立され
る（ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ）とすると、かけられた荷
重を、最小限から最大限に漸増し、そして最小限に戻す
ことによって生成される線形曲線３２及び３４により表
わされる逸脱エンベロップ・パターンは、限定エンベロ
ップとなる。これらの範囲内の重量の変動があったとし
ても、このエンベロップ・パターンの外側に出力を生成
しない。 (3) かけられる荷重或いは重量が、単一方向に、つまり
エンベロップ・パターンの最大限荷重の一点に集合、或
いはゼロ、または最小限の一点集合の方向へ変動し続け
る場合には、秤の出力は、エンベロップ・パターン・リ
ミットに戻りがちである。

【００４５】ここで、本発明に従い、ヒステリシスの補
償を行うマイクロコンピュータによって使用されるプロ
グラムについて考えてみると、最初に考えられるのは、
上記の図２及び図３に関連して表わされ、記述されるよ
うな最も単純な計量手順のケースである。これらのケー
スについての予測的補正プログラムを作成するために
は、まず第１に、曲線３２及び３４の間に現存する記載
のエンベロップ・パターンが特徴づけされる。これを行
うためのテクニックは、最小限荷重から最大限荷重へ、
そして再び最小限荷重へと戻る単純なサイクルで、重量
を問題となるトランスジューサへかけるということであ
る。アルゴリズムに適合する２つの曲線がそれから展開
する、第１には、漸増的線形曲線３２に適合ないしマッ
チし、第２には、漸減的線形曲線３４にマッチするもの
である。こうすれば、これら２本の曲線は、これらが集
合する時に、記載のエンベロップ・パターンを明らかに
する。上述したように、このパターンは、曲線３２及び
３４が、直線３０を介して対称であるように、数学的に
調整されることが望ましい。上記の適合性を成し遂げる
ために採用される多項式は、以下のようなものである。

【００４６】Ａ＊Ｒ＋Ｂ＊Ｒ² ＋Ｃ＊Ｒ³

【００４７】上の式において、Ｒはクリープ（ｃｒｅｅ
ｐ）について補正し、そしてデジタル的にフィルタされ
た計量装置の計算出力を表わすことが望ましいベーシッ
ク・リーディング（ｂａｓｉｃ ｒｅａｄｉｎｇ）値で
ある。ヒステリシス以外の現象が補正されているか、補
正されていないかのデータの形の選択はデザインの選択
の問題である。この式においては、用語Ａ、Ｂ、及びＣ
は定数である。上記したように、多くのケースにおい
て、この簡単な目的のためには、単純な２次式で十分で
あって、例えばそのような２次式は、以下のようなもの
である。

【００４８】Ａ＊Ｒ＋Ｂ＊Ｒ²

【００４９】プログラム・アルゴリズムにおいて使用さ
れる補正式、或いは公式は、曲線３２及び３４のエンベ
ロップ・パターンを明らかにするために使用する曲線適
合方程式の単純に負数（ｓｉｎｐｌｙ ｔｈｅ ｎｅｇ
ａｔｉｖｅ）である。直線３０の出力に同等のものを与
えるために、粗データ、入力データ或いは読み取り値か
ら屈曲が取り除かれる。

【００５０】図６に関して言えば、図２のケースの補正
策を提供し、そして上記のヒステリシス補償式を採用す
るためのプログラム・アプローチを描くフロー・チャー
トが示されている。図面を見ていると、ノード（ｎｏｄ
ｅ）６０のプログラムの開始時に、プログラムは、ブロ
ック６２のトランスジューサ出力の読み取りを求める。
これは、上述したように、より好ましくファイルされ、
そして望まれた補償プロトコル（ｐｒｏｔｃｏｌ）に従
って、他の現象が補償されるであろうところの器具から
受信したデータである。

【００５１】トランスジューサ出力を読み取ると、直
に、６４で表わしたブロックで、暫定的な不揮発性メモ
リに保持されている以前のデータ、読み取り値、或いは
計量装置との比較が行われる。この入力は、読み取り値
が漸増的線形曲線３２或いは漸減的線形曲線３４上のあ
る位置を表わすかどうかを決定する。こうした情報は、
数学的式それ自体のサイン及び数値が漸増或いは漸減荷
重条件に従って変動する限りにおいて必要とされる。点
線のブロック６６において表わされるように、現在の読
み取り値が以前の読み取り値よりも大きい場合には、そ
うしたヒストリ・データは、漸増的重量数学式、または
公式が漸増的線形曲線３２と関連するものとして求めら
れるということを表わす。こうしてブロック６８に表わ
されるように、その式が採用される。

【００５２】それから、プログラムは、ブロック７０に
表わされるように、現在の読み取り値を蓄積し、そし
て、この蓄積された値は、プログラムの次に繰り返しの
ための以前の出力を表わすが、その繰り返しでは、ブロ
ック６４に示されるように、これが、次の出力読み取り
値と比較される。この蓄積プロシージヤーに続いて、ブ
ロック７２に示されるように、ヒステリシスを補正した
重量読み取り値が、ディスプレ、或いは類似の目的のた
めの次の補正プロシージヤ或いはデータ処理に出力され
る。プログラムは、その後ブロック７４に表わされるよ
うに、開始ノード６０に復帰する。

【００５３】例えば、最大限ロード・レベルにおいて、
エンベロップ曲線３２と３４のコンバージェンス（ｃｏ
ｎｖｅｒｇｅｎｃｅ）が起こると、ブロック６４におい
て行われた比較は、ブロック７６において示されるよう
に、この即時の読み取り値が、以前の読み取り値よりも
小さいことを判定する。このような場合には、ブロック
７８に示されるように、漸減的線形曲線３４に関連する
補正式が採用される。それからプログラムは、ブロック
７０及びそれ以後に示されるように継続する。

【００５４】ここで例えば、図３〜図５に関連して検討
された計量条件、或いはパラメータに関係するようなヒ
ステリシス補償より複雑な形について考えてみると、図
７が参照される。図７においては、ライン直線３０との
関係で曲線３２と３４により特徴つけられるエンベロッ
プ・パターンが再演される。加えて図面に示されるの
は、荷重が図１の方法で計量機構から加えられ、そして
除去される計量条件である。

【００５５】しかしながら、第２のエクスカーション
（ｅｘｃｕｒｓｉｏｎ）においては、転換点ＴＡＰ９が
示され、漸増か漸減かに関係なく重量ローディング方向
における変化は、エンベロップ・パターンのエクストリ
マル・ポイント（ｅｘｔｒｅｍａｌ ｐｏｉｎｔ）にお
いては起こっていない。転換点がＴＡＰ９にあるような
場合、漸減的荷重曲線８６は、ゼロ・コンバーゼンス
（ｚｅｒｏ ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ）、或いはエンベ
ロップ・パターンの最小限の位置に継続する図３との関
連で記述された方法で続いて発生する。

【００５６】図９から、複数の垂直線にって区切った、
そして漸増的線形カーブ３４の展開点ＴＡＰ９で「Ｗ
Ｏ」と名付けた第一の垂直線から延びている記号８８で
総体的に示す地域が見られるであろう。ラインＷＯから
ゼロ集合に延びる地域８８は、そのゼロ集合に近付くに
つれて短くなる垂直線からなることに注意されたい。

【００５７】このように曲線８６に沿って下降する漸減
ローディングについては、漸減的線形曲線３４、曲線８
６の既知の曲線に基づいて出力が予測できる。従って、
上述したような比率ファクターの形式による与えられた
乗法を採用する代わりに、エラー値が既知からそしてエ
ンベロップ・パターンの画かれている連続的なカーブ３
２と３４とからなる幅の相違として展開されるであろ
う。こうしたエラー・データを展開するための多様な技
術が用いられている。例えば地域８８は、エンベロップ
・パターンのラインＷＯからゼロ・コンバーゼンス・ポ
イントまでの指数衰退という属性を有する。

【００５８】図８に目を向けると、図４との関連におい
て検討されたものと反対の条件が示されている。この図
においては、エンベロップ・パターンの両極端の境界を
表す曲線３２及び３４が、重量ライン３０との関連で再
び再現される。前と同様に計量装置は、ゼロ・或いは最
小限のローディングから、最大限或いはフル荷重に負荷
され、それから、漸減的線形曲線３４をゼロの方向にた
どるように漸増的にアンロード（ｕｎｌｏａｄ）され
る。

【００５９】しかしながら、その後この計量する手順
は、転換点ＴＡＰ１０において逆転され、そして、重量
は、曲線３２及び３４についての最大限ローディングに
おけるコンバーゼンス・ポイントへと伸張する漸増荷重
曲線９０を発生させるために加えられる。同じ分析法
が、図７に関連して記述されるような実施法にも適用さ
れるが、しかしながら、ここでは、フル荷重における開
始の条件用に、回転されたイメージによるアプローチが
採られている。再び、垂直線ＷＯが転換点ＴＡＰ１０か
ら線引きされ、そしてその地域９２が、曲線３２と９０
の間で伸張し、最大限ロード位置において集合する時
に、観察できる。以前と同様に、垂直線から生ずる補正
或いは地域９２内の値と、漸増的線形曲線３２について
の数学式とを組み合わせることにより、曲線９０におけ
る所定の位置について、補正が達成可能である。例えば
地域９２は、数学的に表わすことのできる指数の減少を
示す。

【００６０】この減少を考えてみると、図７及び図８の
実施法により、曲線３２及び３４が描かれているエンベ
ロップ・パターン上の任意の位置から開始して、その際
に表わされる重量進展の対極方向に荷重をかけると、
（矢印がその上に示されている）、その傾向というのは
計量装置の実際の出力が、エンベロップ・パターンの外
部輪郭或いは曲線のうちの１つの中に減少していくか、
或いはこれに近づくと結論ずけられよう。荷重進展転移
が転換点のどこで行われようと、制限エンベロップ・パ
ターンに近づき、それの振幅値が、そのエンベロップ・
パターンを越えたり、またこれを越える偏向を決して示
さない傾向を持つ曲線が生成されると法則化できよう。
こうして、ヒステリシス補償のためのコンポーネントを
発生させるために、常に逸脱を、予測される制限エンベ
ロップ・パターン方向へ戻す傾向を有する数学式ができ
るだろう。装置上の荷重が漸減ローディング曲線は、漸
減的線形曲線に近付づく傾向を有し、また荷重が増加す
るという逆の条件が与えられると、漸増的線形曲線３２
に近づく傾向を有する特性曲線が現われる。

【００６１】ここで、図７及び図８の場合の各々につい
て、エラー決定の指数の減少フォームについて考えてみ
ると、地域８８或いは９２内の垂直線の範囲或いは幅
は、以下のように変動すると考えられるだろう。

【００６２】

【数９】

【００６３】ここにおいて、ＷＯは、図７及び図８にお
いて表わされるような初期の巾で、ＲＯは、ＴＡＰ９或
いはＴＡＰ１０に表わされるような転換点における装置
の出力であり；Ｒは、問題となる所定の読み取り値であ
り、ＴＡＵは、漸増或いは漸減荷重シーケンスを表わす
サイン及び数値を有するかもしれない減少を表わす定数
である。上記のことを意中におくと、採用可能な補正式
は、以下のようなものになるだろう。

【００６４】

【数１０】

【００６５】一般的に、エラー補正式は、上記のような
外観を有する。力測定装置上の重量ローディングが方向
を変える度毎に、ＷＯについての新しい値が計算され、
補正式が適用される。この数学的考察は、図５に示す詳
記したローディング条件、或いはパラメータに関しても
同様に得られる。その図面に戻ってみると、曲線５０及
び３４の間に現存する地域９４を構成する点線が再び、
この識別可能な補正地域を表わすということが分かるで
あろう。この地域９４は、減少的、或いは限定的な方法
で、漸減的線形曲線３４により表わされる制限エンベロ
ップに近づく傾向を有し、かくして、補正を認識し得る
コンポーネントとなる。同様な方法で、曲線３２及び５
２の間の９６における点線により表わされる地域も、ま
た、リミットとして漸増的線形曲線３２に近づき、そし
て類似の減少或いは言い方を換えると限定的機能を示す
ことが分かる。

【００６６】図９に関して言えば、上記説明の一般的な
補正事例を行えることのできるプログラムのフロー・チ
ヤート表示が描かれている。チヤートのプログラムは、
ノード１００に示される開始指示に従って始まり、そし
てブロック１０２の指令に従って進展する。ここでは、
トランスジューサ出口が、後で説明するように、フィル
タできるデータ値Ｒを達成するために読み取られる。設
計者の好みの立案に従って、例えば、クリープ補正等々
といったような他の補正手順が、このデータＲを達成す
るために適用されたであろうということを、加えて思い
起こされたい。

【００６７】プログラムは、それから、ブロック１０４
に表わされるように、先の出力との比較の測定のために
進展する。この測定は、重量が漸増されているか、或い
は漸減されているかについて知る必要がある場合だけ行
われる。これの関連では、現行の読み取り値が、最後の
または以前の読み取り値よりも大きい場合には、点線の
境界１０６に表わされるように、プログラムは、ブロッ
ク１０８の指令に従って進展する。ブロック１０８にお
いて、重力のローディング方向が変更した場合には、測
定が行われる。実質的には、この測定は、転換点或いは
推移があったかどうかについて評価するものである。

【００６８】このように、重量が漸増しているかどう
か、そして重量が漸増しつつある開始時のことであるか
どうかを測定して、２つの問題が処理される。もし現行
の計量が、転換点を表わすものならば、ブロック１１０
に示すように、値ＷＯを再び計算することが必要であ
る。それに対して、転換点が表わされなかった場合に
は、ＷＯの値は、以前のパス（ｐａｓｓ）或いは評価値
と同じままである。転換点が表わされ、重量の漸増或い
は漸減方向における変化を示す時毎にＷＯの再計算がな
される。それからプログラムは、ブロック１１２に向か
って進み、ある漸増中良識が値ＤＲを見つけ出すように
採用される。

【００６９】ここにおいてＤＲは、補正された出力を生
じさせるために、受信された読み取り値に加えられるべ
き差位、或いはデルタ（ｄｅｌｔａ）値である。値ＤＲ
が見つけ出されるとすぐに、プログラムは、補正された
出力値ＣＲを、ブロック１１３に表わすように生じさせ
る。それからプログラムは、ブロック１１４に書かれて
いるように、プログラムの次の繰り返しのために、現行
の読み取り値を蓄積するが、この現行の読み取り値は、
こうした次の繰り返しについて、先の読み取り値ＰＲと
なる。補正された読み取り値は、ＣＲとして示されるよ
うな、それからブロック１１６に示されるように、使
用、或いはディスプレ・エージェンシに出力され、そし
て、プログラムは、ブロック１１８に示されるところの
スタートに復帰する。

【００７０】ブロック１０４の指令に関連して行われる
測定が、現行の読み取り値が、点線の囲み１２０に表わ
されるように、最後の読み取り値よりも小さいと示す場
合には、プログラムは、フロー・チヤートの右のコンポ
ーネントに沿って前進するが、そこにおいて、重量ロー
ディング方向が、ブロック１２２に示すように変更した
かどうかについての測定が行われる。測定の結果が肯定
的である場合には、転換点（ＴＡＰ）が検出され、値Ｗ
Ｏが、ブロック１２４に示されるように、再び計算され
る。それから漸減重量式がブロック１２６に示されるよ
うに、値ＤＲを見つけ出すように採用され、そして、プ
ログラムは、前と同じように前進して、補正された出力
値ＣＲを生じさせ、ブロック１１３、１１４及び１１６
に表わされるように、読み取り値を出力し、その後に、
ブロック１１８に示されるように、スタートに復帰す
る。

【００７１】良く知られるたコンピュータ言語であるベ
ーシックのあるプログラムが、図９に示されるフロー・
チヤートに続いて、以下に示されている。このプログラ
ムは、後に説明する改善策という観点から、本発明の実
際の例には採用されていないが、主題要件に対する初期
の教育的アプローチとしての役割を果たす。プログラム
９の右方の番号は、下表のプログラムにおいてその番号
が識別子としてカッコ内に示されている。図９内のブロ
ックを識別する示されたプログラムにおいては、Ａ１、
Ｂ１、Ｃ１、ＡＤ、ＢＤ、ＣＤ、Ｂ１ＥおよびＢＤＥ
は、ロード・セルによって変動する定数であり、これら
の製作過程における測定プロシージャの部分として展開
されるものである。

【００７２】 ＳＴＡＲＴ： （１０２） ＩＮＰＵＴ Ｒ （１０４，１０６） ＩＦ Ｒ＝ＰＲ ＴＨＥＮ Ｓ＝１ （１０４，１２０） ＥＬＳＥ Ｓ＝−１ （１０４） ＥＮＤ ＩＦ （１０６） ＩＦ Ｒ＝ＰＲ ＴＨＥＮ （１０８，１１０） ＩＦ ＰＳ Ｓ ＴＨＥＮ ＡＩＥ＝ＤＲ−ＡＩ＊ＰＲ− ＢＲ＊ＰＲ² −ＣＩ＊ＰＲ ³ ＲＯ＝ＰＲ （１０８） ＥＮＤ ＩＦ （１１２） ＤＲ＝ＡＩ＊Ｒ＋ＢＩ＊Ｒ ²＋ＣＩ＊Ｒ³ ＋ＡＩＥ＊ｅｘ ｐ（−ＢＩＥ＊（Ｒ−ＲＯ）） （１２０） ＥＬＳＥ （１２２，１２４） ＩＦ ＰＳ Ｓ ＴＨＥＮ ＡＤＥ＝ＤＲ−ＡＤ＊ＰＲ− ＢＤ＊ＰＲ² −ＣＤ＊ＰＲ ³ ＲＯ＝ＰＲ ＥＮＤ ＩＦ （１２６） ＤＲ＝ＡＤ＊Ｒ＋ＢＤ＊Ｒ² ＋ＣＤ＊Ｒ³ ＋ＡＤＥ＊ｅｘ ｐ（−ＢＤＥ＊（Ｒ−ＲＯ）） （１２２） ＥＮＤ ＩＦ （１１３） ＣＲ＝Ｒ＋ＤＲ （１１４） ＰＲ＝Ｒ ＰＳ＝Ｓ （１１６） ＰＲＩＮＴ ＣＲ （１１８） ＧＯ ＴＯ ＳＴＡＲＴ

【００７３】ブロック１０２及び相応するプログラム・
ラインにおいて、粗データＲが読み取られる。それか
ら、識別子Ｓがブロック１０４ １０６、１２０及び相
応するプログラム・ラインにおいて表わされるように、
重量が、漸増か、漸減かによって進展する方向のインデ
ィケータとして採用される。ブロック１０６に相応する
プログラム・ラインを注意してみてみると、そこでは、
識別子が＋１に等しく設定されており、そうすると、増
加条件があることになり、そして、ブロック１０４及び
１２０に相応するプログラム・ラインに隣接して示され
るように、そこでは、値Ｒが以前の読み取り値よりも小
さく、そうすると、減少条件があることになり、する
と、識別子Ｓは、−１に設定される。ブロック１０６に
表わされるプログラム・ラインに隣接して示される時に
は、そこでは、重量進展が、増加そのものであるという
測定が行われる。そうすると、プログラムは、重量が前
進していることを知り、そして、１０８及び１１０に隣
接するプログラム・ラインによって表わされるように、
これが最初のこうした増加であるかどうかについての照
会がなされる。実際上は、ＰＳと称されるＳの以前の値
が、Ｓに等しくないかどうかについての測定が行われ
る。そうである場合には、ＷＯに相応する値ＡＩＥ或い
は増加エラーについての減少が計算される。加えて、用
語ＲＯが用語ＰＲに等しくされるが、後者は、粗データ
の以前の読み取り値を表わす。値ＰＳが、Ｓに等しくな
い場合には、転換点が識別される。以前のＳ、つまり、
ＰＳが、識別される現在のＳに等しい場合には、ＷＯ
は、転換点がない限りにおいて、再計算される必要はな
い。転換点ＲＯが存在するものとすると、ブロック１１
２に隣接して示されるように、ＤＲ値は計算される。

【００７４】ブロック１２０に隣接するＥＬＳＥステー
トメントにおいて示されるように、粗データ読み取り値
が、そうした以前の読み取り値を満たさない、或いはこ
れを越える場合には、漸減荷重条件があることになり、
ブロック１２２及び１２４に隣接して示されるように、
値Ｓの以前の値Ｓ或いはＰＳとの評価が行われる。これ
らの値の間に、等性が存在していない場合には、転換点
があることになり、ここでは、減少上のエラーによる減
少についてのＡＤＥとして識別される値ＷＯが測定さ
れ、転換点ＲＯは、以前の読み取り値ＰＲということに
なる。これに対して、転換点が測定されない場合には、
ＥＮＤ ＩＦステートメントにしたがって、ＷＯのこう
した測定は行われない。それから、ブロック１２６に隣
接して示されるように、Ｒにおける変動を表わすデルタ
或いは差異値ＤＲが計算される。ブロック１１３に隣接
して示されるように、それから補正された出力ＣＲが、
Ｒ及びＤＲの合計として発生される。ブロック識別子１
１４は、以前の読み取り値が、ここでＲに等しくされ、
また、Ｓの以前の読み取り値が、次の繰り返しのため
に、Ｓに等しくされていることを示す。ブロック１１６
に隣接して示されるように、補正された読み取り値ＣＲ
がプリントされ、ブロック１１８に示されるように、プ
ログラムは、開始に復帰する。

【００７５】荷重漸増或いは荷重漸減状況の間における
補正システムにおいて、望ましい左右対称性が存在する
ということが、上記のプログラムから観察できよう。転
換点を生じさせるための同等のテクニックが提供され、
ＡＩＥ及びＡＤＥの出所間において、類似性が即座に認
識される。更にＤＲについての２つの数学的パスが、こ
の同じ望ましい左右対称性を示す。このアプローチは、
例えば、マイクロプロセッサが、使用器械の駆動のため
のプログラミングにおいては、極めて望ましい。要する
に、このプログラムは、”ＩＦ”ステートメントにから
始まり、”ＥＮＤ ＩＦ”ステートメントによって終結
する。別の補正的分析が、下記の式に基づくアプローチ
によって実現される。

【００７６】

【数１１】

【００７７】上記の式において、ＰＲは、以前の最新値
からのＲ値であり、ＰＷＯは、先に次の以前の最新値と
して述べた垂直線の長さである。このように、上記式の
第２のコンポーネントは、出力読み取り値の変化の結果
として、その垂直線がどのくらい短かくなるかを示すも
のである。この式は、本質的に、差異フォーマットの中
にある。以前の式とは対称的に、条件”ＲＯ”が存在し
ないことが観察できよう。

【００７８】図７の８８及び図８の９２におけるような
線引きした地域の計算についての改良式は、指数減少の
利用が避けられ、その代わりに、直線の近似値の使用に
向けられる。このアプローチにより、転換点における上
記図の曲線３２或いは３４を明らかにするエンベロップ
からの距離が計算される。そうすると、この出力がたど
る曲線が、起点方法に伸張する開始点からの直線である
ことが想定される。例えば図７において、ライン１１４
が、転換点ＴＡＰ９から、起点或いは、最小限数値に伸
張しているのが見られる。重量を漸増させるために、式
は、可能な最大限読み取り値を表わす下記のＲＭＡＸの
形を取る。

【００７９】

【数１２】

【００８０】ローディングを漸減させるためには、図８
のライン１１６により表わされるように、転換点ＴＡＰ
１０から曲線３２及び３４を明らかにするエンベロップ
内において、最大限のローディングに伸び循環アプロー
チが使用できよう。これ以外に使用できると考えられる
条件ＲＭＩＮがゼロであると想定すると、この漸減重量
式は、下記の形を取る。

【００８１】

【数１３】

【００８２】実質的に、図７、図８のライン１１４及び
１１６を湾曲させることにより、より高いレベルの精度
が達成できる。これは、定数ＤＩにより始まる以下に見
られるような条件を挿入することにより達成できる。そ
うすると、ローディング、或いは重量を漸増するための
式は、下記の形を取っても良い。

【００８３】

【数１４】

【００８４】これに相応して、定数条件ＤＤを採用す
る、ローディング或いは重量を漸減するための式は下記
のようになる。

【００８５】

【数１５】

【００８６】定数ＤＩ及びＤＲは、復帰曲線の湾曲の量
を調節する役を果たす。

【００８７】前に説明したように、計量装置の出力にお
けるヒステリシスの影響を低減させるために採用される
補償式は、いずれかの現行の読み取り値が、以前の読み
取り値よりも高いか、或いは低いかを測定するために、
ロードセルのヒストリを確認する。このヒストリ測定の
結果に従って、補正ファクターが計算される。野外での
実際の計量プロシージャにおいては、すべてのトランス
デューサ・タイプの装置の出力が、はねかえり、静電的
騒音、温度要因、その他の影響を受けるということで、
スムーズに行われないことがしばしばである。このこと
により、最新化手順において、実行されるべき制御シス
テムが、解像度を失ってしまうということにもなり得
る。そのために、例えば、受信したデータをフィルター
して更新する前に、かなり重要な重量の変化を待つとい
うことが望ましい。より簡単で、より望ましいアプロー
チは、実質的に、重量データを”平滑”にし、そうし
て、転換点の数を減じることである。そうしたアプロー
チは、下記の式に従って展開できるであろう。

【００８８】ＦＲ＝０．１＊Ｒ＋０．１＊ＰＦＲ

【００８９】ここにおいては、ＦＲは、上記のデータ処
理を実行するに当たって使用されるフィルターされた読
み取り値であり、Ｒは、実際のデータ・ポイントであ
り、またＰＦＲは、以前の繰り返しにおいて使用される
ＦＲである。

【００９０】このように、出力が受信される毎に、現在
の読み取り値の１０分の１が、直ぐ前のフィルタされた
読み取り値の１０分の９に加えられる。このことは、い
ずれもの１つの読み取り値は、システムの出力に１０％
しか影響を与えられないということである。読み取り値
が安定的である場合には、ほぼＲ＝ＦＲである。読み取
り値が変化している場合には、影響は、ノイズ及びオー
バーシュートを、平滑に変化する曲線にまで低下するほ
ど強いものである。もちろん、より高いノイズ、或いは
振動を受けるような環境については、荷重に起因する振
動及びノイズに帰せられる転換点の数を減らす目的で、
より強力なフィルタを採用することもできる。

【００９１】曲線３２及び３４により表わされるエンベ
ロップは、研究室の環境内で作られたものである。例え
ば、あるシーケンスの重量が圧縮ビーム・セルにかけら
れたとすると、５，０００ポンドのシーケンスは、ゼロ
・ポンドから２０，０００ポンドの間の範囲で増分し、
その後ゼロ・ポンドに戻る。この実施例の結果としての
セル出力は、漸減的線形曲線１２０として図１０に表わ
されているが、これらの曲線の対称性は調整されていな
い。上記の数式（１９）の形を使用して、適合するエン
ベロップ・パターンを展開するために、２つの曲線が作
り出される。

【００９２】曲線作成の結果は、図１１に示されている
が、ここにおいては、長方形は、曲線１２０において示
されるように、漸減荷重についての計算されたポイント
を示し、複数のＸは、曲線１１８に関連する計算された
ポイントを示す。曲線１２０及び１１８は、図１２にお
いて、それぞれの曲線１２２及び１２４に沿って、再生
される。後者の方の曲線は、ゼロから最大限、そして復
帰という単純な荷重の負荷の場合についての、本願発明
のヒステリシス補償のアプローチがうまく作動すること
を表わす。

【００９３】再び、計測され、アナログデジタルを基に
したシグナル処理を含めた適正な器具と組み合わされる
圧縮ビーム・ロード・セルを採用して、本願発明のヒス
テリシス補償アプローチの数値を求めることが行われ
た。このセルの出力は、それから処理及び分析のため
に、コンピュータに負荷された。結果としての分析は、
補正された出力及びこの出力を展開するために必要とし
た補正の量、の読み取り値からなるものであった。こう
して、適正な組み合わせにより、未補償のデータが、観
察のために使用可能となる。

【００９４】この数値を求めることにおいて採用された
重量負荷のシーケンスには、重量が最小限から最大限
へ、そして復帰へと進展するにつれての、いくつかの完
全な実行が含まれていた。引き続いて最小限のローディ
ングに始まり、最小限の荷重に復帰する前に、最大限の
ローディングの途上で一部のみ進展するいくつかの実行
が行われた。この実行に続いて、全重量がかけられ、そ
れから重量或いは荷重が部分的に除去され、再び何回か
かけられた。更に、野外において遭遇し得る何らかの、
或いは総ての重量の変化をシミュレートする目的で、任
意の重量の変動を起こしてみた。

【００９５】図１３は、エラー或いは逸脱の図式形態に
おける粗データを示す。本願発明の補償手順を適用する
ことにより、図１４に示される逸脱の相応する図式表示
が展開された。後者の補償アプローチにおいては、数式
２６及び数式２７に示されるような式が採用された。

【００９６】図１５に関して言えば、本願発明を具体化
する計量装置の１つの形が、一般的に記号１３０におい
て表わされている。装置１３０には、全体的に１３２で
示す”デジタル・ロード・セル”が含まれるが、これ
は、ホスト（ｈｏｓｔ）或いは秤システム・マイクロコ
ンピュータ１３４と共にインターフェイスされる。マイ
クロコンピュータ１３４は他の機能と合わせて、ディス
プレー１３６及びプリンタ１３８を制御し、キーボード
１４０あるいはキーパッドを通して、オペレータ情報を
受信する。

【００９７】図１５の装置は図１に表されるより典型的
な配列とは異なる。それは、第一に各種の電子回路が、
Ａ／Ｄ変換機能を有する同じプリント回路基盤上で組み
合わされ、公開されたロードセル・マイクロセサ及びメ
モリが付けられたということである。その結果は、それ
自体の中のユニットして、補償され及び補正され、更
に、多様なマイクロコンピュータ制御の秤システムに組
み込むことのできるデジタル・ロード・セルとなる。そ
のように組み込まれた場合には、このデジタル・ロード
・セルは、記号１３４におけるような秤、或いはホスト
・マイクロコンピュータと共にインターフェイスとされ
る。

【００９８】図１５に示される形においては、デジタル
・ロード・セル１３２には、アナログ重量シグナルを、
前増幅機能１４４に供給するストレーン・ゲージ・ブリ
ッジ１４２が含まれるが、これは、順次、アナログ・フ
ィルタ機能１４６に送られる増幅された出力を供給す
る。それから、このフィルタされ、前増幅された出力
は、ブロック１５０に示されるプログラムされたマイク
ロプロセッサの制御下にある記号１４８に示されるアナ
ログーデジタルコンバータにより、デジタル・フォーマ
ットに変換される。デジタル化された重量データは、マ
イクロプロセッサに転送されるが、これは、１５２に示
されるようなメモリとの関連で作動するが、そのコンポ
ーネントは、ヒストリデータ、ヒステリシス及びデジタ
ル方式で実行できる補正の他の形を保持するために揮発
性ではない。

【００９９】マイクロプロセッサ１５０は、また秤シス
テムは、マイクロコンピュータ１３４とコミュニケート
し、更に処理し、そして例えば１３６のデイスプレイに
表示できる重量データを転送する。上記に説明の方法及
び装置において、これに関与する発明の範囲より逸脱す
ることなく、いろいろな変形を行うことが可能であるか
ら、これの記載に含まれる。或いは付随する図面に示さ
れる総てのことは、例示的なものであって、制限的意味
において意図されるものではない。

【０１００】

【発明の効果】ヒステリシス効果を改善するために反撃
力或いはトランスジューサの材質を、ベリリウム銅、ガ
ラス／セラミック材のような材料用いてヒステリシスレ
ベルを低くする従来の手段では過度に高価すぎたり製造
上の困難があったが、本発明は前記したように、ヒステ
リシスの改善を生産パラメータ及び熱処理工程を変動さ
せることにより達成された。そして所定の荷重進行ヒス
トリを伴い、これにかけられる最小及び最大荷重の間で
発生するヒステリシス行かについて計量秤の出力を補正
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ヒステリシスの影響を受け、そして本発明を具
現化するマイクロコンピュータ制御の計量装置のブロッ
ク・ダイアグラムである。

【図２】漸増的及び漸減的線形特性により形成されるエ
ンビロープ・パターンを表わす計量装置についての線形
よりの逸脱を示すグラフである。

【図３】図２と類似図形であるが、転換点から最小限の
ローディングへの増加荷重条件の終結を表わすグラフ表
示である。

【図４】図２と類似図形ではあるが、ローディングが、
転換点において荷重低減条件から逆転して、最大限ロー
ディング値に増加される荷重進展の変更を示すグラフ表
示である。

【図５】図２と類似図形であるが、ローディングの複雑
な進展についての逸脱特性を示すグラフ表示である。

【図６】複雑でない荷重進展についての補正した進行を
示すフロー・チャートである。

【図７】図２と類似図形ではあるが、荷重の進展におけ
る荷重増加進展から転換点への転移及び復帰を示すグラ
フ表示である。

【図８】図２と類似図形ではあるが、転換点における増
加荷重進展の妨害、そしてその結果としての、最大限荷
重への増加荷重進展を示すグラフ表示である。

【図９】より複雑な秤ローディング・シーケンスについ
ての、本発明による補正進行を表わすフロー・チャート
である。

【図１０】観察に基づく研究にして関連して実行された
簡単なローディング進行のグラフ表示である。

【図１１】図１０のデータではあるが、これに対応する
多項式を基にしたプロットに関連してのグラフである。

【図１２】図１０との関連において作成されるデータか
ら導き出される修正処理されたグラフ表示である。

【図１３】秤にかけられる荷重の複雑な進展を表わすリ
ードアウトについてのヒステリシス効果をグラフ的に表
わした図である。

【図１４】図１３に表わされるヒステリシスに基づく、
逸脱の補正のための線形よりの逸脱をグラフ的に描いた
図である。

【図１５】 本発明の計量装置をより詳細に表わしてい
るブロック・ダイアグラムである。フ゛

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−195518（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−156527（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−153125（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−248879（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−57774（ＪＰ，Ａ)

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所与の荷重進捗履歴において、最小およ
   び最大荷重間に生じるヒステリシス効果に対して電子秤
   量スケールの出力を補正する方法であって、 前記最大から前記最小荷重までにわたる前記スケールの
   増加線形特性値を表す、経験的に得られた多項式を記憶
   するステップ、 前記最大から前記最小荷重までにわたる前記スケールの
   減少線形特性値を表す、経験的に得られた多項式を記憶
   するステップ、 前記経験的に得られた増加線形多項式を組み込み、それ
   らのずれを表す増加重量補正式を記憶するステップ、 前記経験的に得られた減少線形多項式を組み込み、それ
   らのずれを表す減少重量補正式を記憶するステップ、 前記スケールに加えられた荷重の表現値Ｒを得るステッ
   プ、 前記表現値Ｒを、記憶されている以前の荷重表現値ＰＲ
   と比較するステップ、 前記表現値Ｒが前記荷重進捗の反転を表すとき、前記以
   前の表現値ＰＲに対するオフセットを値ＷＯとして決定
   するステップ、 前記表現値Ｒが前記以前の表現値ＰＲより大きいとき、
   前記増加重量式へ適用する前記表現値ＲおよびＷＯとし
   て、補正値を得、前記表現値Ｒが前記以前の表現値ＰＲ
   より小さいとき、前記減少重量式へ適用する前記表現値
   ＲおよびＷＯとして、補正値を得るステップ、 前記補正値の量だけ、前記表現値Ｒを調節するステッ
   プ、 前記調節値を出力するステップ、および 次に得られる表現値Ｒと比較するために、前記調節値を
   前記以前の表現値ＰＲとして記憶するステップ、 から成ることを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 前記補正式は、前記得られた多項式によ
   って定義される値の包絡線内に常に入る値を有する前記
   多項式の１つからのずれを与えるように得られることを
   特徴とする請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 前記補正式は各々、前記多項式を限度と
   して有する対数減衰関数を含むことを特徴とする請求項
   ２記載の方法。
4. 【請求項４】 前記多項式は、 ＡＲ＋ＢＲ^２＋ＣＲ^３ という形状を有し、Ａ，ＢおよびＣは定数であることを
   特徴とする請求項目１記載の方法。
5. 【請求項５】 前記増加重量式は、 Ａ＊Ｒ＋Ｂ＊Ｒ^２＋Ｃ＊Ｒ^３＋ＷＯ＊（ＲＭＡＸ−Ｒ）
   ／（ＲＭＡＸ−ＲＯ） という形状を有し、ＲＭＡＸは前記最大荷重値、Ａ，Ｂ
   およびＣは定数、ＲＯはＷＯに対応する前記荷重表現値
   であることを特徴とする請求項１記載の方法。
6. 【請求項６】 前記増加重量式は、 Ａ＊Ｒ＋Ｂ＊Ｒ^２＋Ｃ＊Ｒ^３＋ＷＯ＊［（ＲＭＡＸ−
   Ｒ）／（ＲＭＡＸ−ＲＯ）−ＤＩ＊（ＲＭＡＸ−Ｒ）＊
   （Ｒ−ＲＯ）／（ＲＭＡＸ−ＲＯ）］ という形状を有し、ＲＭＡＸは前記最大荷重値、Ａ，Ｂ
   およびＣは定数、ＲＯはＷＯに対応する前記荷重表現値
   であることを特徴とする請求項１記載の方法。
7. 【請求項７】 前記減少重量式は、 Ａ＊Ｒ＋Ｂ＊Ｒ^２＋Ｃ＊Ｒ^３＋ＷＯ＊Ｒ／ＲＯ という形状を有し、Ａ，ＢおよびＣは定数、ＲＯはＷＯ
   に対応する前記荷重表現値であることを特徴とする請求
   項１記載の方法。
8. 【請求項８】 前記減少重量式は、 Ａ＊Ｒ＋Ｂ＊Ｒ^２＋Ｃ＊Ｒ^３＋ＷＯ＊［Ｒ／ＲＯ−ＤＤ
   ＊Ｒ＊（ＲＯ−Ｒ／ＲＯ）］ という形状を有し、Ａ，ＢおよびＣは定数、ＲＯはＷＯ
   に対応する前記荷重表現値であることを特徴とする請求
   項１記載の方法。
9. 【請求項９】 前記増加重量式は、 ＡＩ＊Ｒ＋ＢＩ＊Ｒ^２＋ＣＩ＊Ｒ^３＋ＷＯ＊ｅｘｐ（−
   ＢＩＥ＊（Ｒ−ＲＯ）） という形状を有し、ＡＩ，ＢＩ，ＣＩおよびＢＩＥは定
   数、ＲＯはＷＯに対応する前記荷重表現値であることを
   特徴とする請求項１記載の方法。
10. 【請求項１０】 前記減少重量式は、 ＡＤ＊Ｒ＋ＢＤ＊Ｒ^２＋ＣＤ＊Ｒ^３＋ＷＯ＊ｅｘｐ（−
    ＢＤＥ＊（Ｒ−ＲＯ）） という形状を有し、ＡＤ，ＢＤ，ＣＤおよびＢＤＥは定
    数、ＲＯはＷＯに対応する前記荷重表現値であることを
    特徴とする請求項１記載の方法。
11. 【請求項１１】 前記荷重表現を得るステップは、以前
    の荷重表現の次の値に対する所定の許容可能な増分変化
    に限定された値を得ることによって、受け取った前記荷
    重表現にフィルタ処理を施し、前記補正値を得るために
    用いられる前記表現値Ｒを得るステップを含むことを特
    徴とする請求項１記載の方法。
12. 【請求項１２】 前記フィルタ処理は、 ＦＲ＝Ｅ＊Ｒ＋Ｆ＊ＰＦＲ （ここで、ＥおよびＦはＥ＋Ｆ＝１．０という関係を満
    足する定数、ＦＲはフィルタ処理された荷重表現値、Ｐ
    ＦＲは以前にフィルタ処理された荷重表現値である。）
    という形状の式を用いて計算することによって実行され
    ることを特徴とする請求項１１記載の方法。
13. 【請求項１３】 所与の荷重進捗履歴において、加えら
    れた最小および最大荷重間に発生するヒステリシス効果
    を補償する秤量装置であって、 秤量機構： 前記最大から前記最小荷重までにわたる前記秤量機構の
    増加及び減少偏差線形特性値を表す、経験的に得られた
    所定式を記憶する手段、 前記経験的に得られた増加および減少線形特性をそれぞ
    れ組み込み、それからのずれを表す増加および減少重量
    補正式を記憶する手段、 前記秤量機構に加えられた荷重の表現値Ｒを得る手段、 前記表現値Ｒを、記憶されている以前の荷重表現値ＰＲ
    と比較する手段、 前記表現値Ｒを前記荷重進捗の反転を表すとき、前記以
    前の荷重表現値ＰＲに対するずれを値ＷＯとして決定す
    る手段、 前記表現値Ｒが前記以前の荷重表現値ＰＲより大きいと
    き、前記増加重量式へ適用する前記表現値ＲおよびＷＯ
    として補正値を得、前記表現値Ｒが前記以前の荷重表現
    値ＰＲより小さいとき、前記減少重量式へ適用する前記
    表現値ＲおよびＷＯとして補正値を得る手段、 前記補正値の量だけ、前記表現値Ｒを調節する手段、 前記調節値を出力する手段、および 次に得られる表現値Ｒと比較するために、前記調節値を
    前記以前の荷重表現値ＰＲとして記憶する手段、 から成ることを特徴とする秤量装置。
14. 【請求項１４】 前記所定式は、 ＡＲ＋ＢＲ^２＋ＣＲ^３ という形状を有し、Ａ，ＢおよびＣは定数であることを
    特徴とする請求項１３記載の秤量装置。