JP2868616B2

JP2868616B2 - 補償形計量器

Info

Publication number: JP2868616B2
Application number: JP3500059A
Authority: JP
Inventors: ヴィリーブクス，; ローランコシャール，; ピエールジャネン，
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1990-01-20
Filing date: 1990-12-04
Publication date: 1999-03-10
Anticipated expiration: 2014-03-10
Also published as: EP0511217B1; US5347092A; ES2052281T3; DE4001614A1; DE59005389D1; JPH05508218A; EP0511217A1; EP0511217B2; WO1991010884A1; ES2052281T5

Description

【発明の詳細な説明】従来の技術本発明は、例えばドイツ連邦共和国特許第3230998号
公報により公知のような補償形計量器に関する。補償形
計量器は、可動的に案内されており測定されるべき荷重
物体により静止位置から旋回可能な部材と、この旋回可
能な部材を荷重物体とは無関係に例えば静止位置に保持
する力を発生させる電磁装置を有する。電磁装置のコイ
ルを流れる電流は荷重物体の尺度であって、例えば荷重
物体の重量の尺度である。計量器は通常、その設置場所
が振動すれば測定値の誤りをともなって応動する恐れが
ある、という特性を有している。この原因は、計量器の
機械的な部材と荷重物体への質量加速度のために生じる
力である。

ドイツ連邦共和国特許第3230998号公報により次のよ
うな補償形計量器が提案されている。すなわちこの計量
器の出力信号は、計量器近傍の設置場所と固定的に連結
された加速度センサから導出された補正信号により制御
される。この加速度センサは、設置場所における障害加
速度を測定する。

本発明の課題は、測定信号が広い周波数範囲にわたっ
て広範囲に障害信号の取り除かれた補償形計量器を提供
することにある。

発明の利点請求項１の特徴による本発明の補償形計量器は、荷重
物体の重量または質量を短時間後に高い精度で送出する
ことができる、という利点を有する。障害信号抑圧の改
善は次のようにして達成される。すなわち可動的に案内
され荷重の加えられる部分に少なくとも１つの加速度セ
ンサを配置し、この加速度センサは、測定結果を制御す
る少なくとも１つの補正信号を算出する補正信号処理装
置へ信号を送出する。加速度センサを可動部材に設けた
構成により、計量器の可動部材と固定的な部材との間に
生じる相対的加速度を付加的に測定して、測定結果を誤
らせる実際の障害信号を検出することができる。このこ
とは公知の装置では不可能である。

有利な実施形態は請求項２以下に示されている。

例えば１つの有利な実施形態の場合、少なくとも２つ
の加速度センサが計量器の可動部材に配置されており、
これらのセンサは、計量方向における並進加速度と可動
部材の旋回加速度を測定する。旋回加速度は、レバーを
有する計量器において著しい障害として現れる。上記の
レバーを用いて、荷重物体により引き起こされる力に関
連づけて電磁装置により形成される力を制御可能であ
り、有利には低減可能である。少なくとも２つのセンサ
は、これらのセンサから送出される信号の差の形成によ
り旋回加速度が得られるように、レバーの旋回軸に対し
て配置されている。これに対する代案として、旋回加速
度だけを検出するように、１つのセンサが配置される。

本発明による補償形計量器の構成によれば、電磁装置
のコイルを流れる電流−これは荷重物体の重量または質
量の尺度である−の捕捉検出後、少なくとも１つの補正
信号が測定結果を補正制御する。

補償形計量器の動作速度の上昇は以下の構成により可
能である。すなわち、少なくとも１つの補正信号が、コ
イルを流れる電流を捕捉検出する信号処理装置の一部分
において補正制御を行なうことにより可能である。信号
走行時間による遅延は簡単に回避される。

補正信号処理装置は有利には２つの信号経路に分割さ
れており、それらの経路のうちの一方は、並進加速度を
補正するために設けられており、他方の経路は旋回加速
度を補正するために設けられている。旋回加速度は例え
ば、両方の加速度センサから送出される信号の差を形成
することにより得られる。そして両方の加速度センサの
うちの少なくとも一方の信号から旋回加速度を減算する
ことにより、並進加速度を別個に抽出することができ
る。

２つの補正信号経路への分割により、異なる種類の両
方の加速度をそれぞれ１つの機能ブロックにおいて処理
することによって、改善された補正が実現される。この
機能ブロックは、少なくとも１つの定数ならびに別の１
つの定数を含む伝達関数を有しており、上記の定数の荷
重物体の重量または質量を表わす出力信号と乗算する。
これらの定数は、計量器の質量配分および幾何学的形状
から算出される。

さらに、それぞれ補正信号経路中に配置されたフィル
タ段により、障害抑圧力を高めることができる。このフ
ィルタ段は、それぞれ計量器に対して調整された２次の
伝達関数をシミュレートする。より簡単な構成の場合、
補正信号の統合後の位置に配置された１つのフィルタが
設けられている。

電流の捕捉検出後に少なくとも１つの補正信号が測定
結果を補正制御するときには、場合によっては生じる、
測定信号または補正信号の信号遅延を予め考慮すること
ができ、これによって信号合成時にコヒーレントが与え
られる。

さらに、信号処理装置に含まれる比例微分制御装置内
の微分成分の制御により、計量器の動作速度をいっそう
高めることができる。これは、荷重被測定物体の重量ま
たは質量を表わす計量器の出力信号に依存して行われ、
その際まず最初に信号の平方根が算出される。

例えば本発明による補償形計量器を、いわゆるシング
ルブロック組立方式で実現すると有利である。この場
合、計量器の複数個の組立部品がただ１つの部品から形
成される。有利には電磁装置、荷重の加えられる可動に
案内された部材、補正用加速度センサ、ならびに場合に
よってはレバーを、１つの部品から形成する。この場
合、たわみ軸受、および必要に応じて設けられる旋回軸
受けも、同様に１つの部品から形成される。この構成に
より、両方の加速度センサの均一な形状が得られる。さ
らに同種の材料を用いることにより、あらかじめ既知の
温度分布を得ることができる。このためシングルブロッ
ク組立方式により、測定精度ならびにその再現性が高め
られる。

本発明による補償形計量器の詳細ならびに改善点は以
下の説明により明らかにされる。

図面第１図は補償形計量器の構造を示す図であり、第２図
は荷重被測定物体の重量または質量を測定する評価ユニ
ットのブロック図である。

第１図に示された補償形計量器10は基板11上に組み立
てられており、この基板は計量器10の設置場所と固定的
に結合されている。基板11は固定的な支持体12を有して
おり、この支持体には弾性の平行四辺形案内部13を介し
て可動部材14が取り付けられている。可動部材14上に、
重量または質量を測定すべき荷重被測定物体15が載置さ
れる。弾性の平行四辺形案内部13はたわみ軸受け16を有
しており、これを介して連結が形成されている。

レバー18は、たわみ継ぎ手19により支持体12に取り付
けられていて、一方の端部にたわみ軸受け20を有してお
り、これは可動部材14と連結されている。レバー18の他
方の端部は、コイル22を有する電磁装置21と共働する。
このコイルは、第１図ではレバー18と結合されて示され
ている。荷重被測定物体15により可動部に荷重が加えら
れることにより、または障害振動で計量器10が荷重を受
けることにより生じるレバー18の旋回運動は、少なくと
も小さな旋回時には位置センサ23によりy_W方向への近似
的に直線的な変位として検出可能である。

可動部材14は第１の加速度センサ24と第２の加速度セ
ンサ25を有しており、これらのセンサはそれぞれy₁方向
とy₂方向における加速度を検出する。両方のセンサ24、
25は、計量方向と一致しレバー18の支点17をとおるｙ方
向から、それぞれ異なる間隔d₁、d₂を有している。

この補償形計量器10は、座標系ω、x₀、y₀において並
進運動によるノイズ（障害）と旋回運動によるノイズ
（障害）の双方の作用を受ける。レバー18は支持体12に
対して、図面平面上に直立しており支点17をとおる軸を
中心にした旋回運動θを行い得るので、ω、x₀、y₀の座
標系内で作用する外部からの旋回運動θにより障害が生
じせしめられる。並進運動によるノイズ（障害）は、
ω、x₀、y₀の座標系においてx₀、y₀方向に生じ、その成
分はｙ方向に作用する。可動部材14は、弾性の平行四辺
形案内部13のために支持体12に関してｙ方向に相対的な
運動を行う。この運動の加速度をy_Rで表わす。

この補償形計量器10は、有利にはいわゆるシングルブ
ロック組立方式により実現される。この場合、１つの加
工部材から種々の組立部品が作り出される。有利には少
なくとも可動部材14、たわみ軸受け16を備えた弾性の平
行四辺形案内部13、レバー18、たわみ継ぎ手19、レバー
18に配置された電磁装置21の一部、ならびに加速度セン
サ24、25が、１つの加工部材から作り出される。

第２図には、計量器10の評価ユニットのブロック図が
示されている。第１図に示された部材と一致する第２図
中の部材には、この図でも第１図と同じ参照符号が付さ
れている。このブロック図には信号処理装置30が含まれ
ており、この装置は、電磁装置21のコイル22を流れる電
流を検出する電流センサ32において発生する、少なくと
も１つの補正されていない計量器出力信号31を送出す
る。電磁装置21により形成される力34はレバー18に作用
し、このレバーへは同様に障害36も作用を及ぼす。レバ
ー18はこれに対してy_W方向での旋回により応動し、この
旋回は位置センサ23により捕捉検出されて制御装置37へ
転送される。制御装置37のための目標値設定器は第２図
には示されていない。それというのはこの目標値は通
常、固定的にまえもって与えられており、有利にはレバ
ー18の静止位置と、ひいては可動部材14の静止位置と一
致しているからである。制御装置37の出力信号38は電流
であって、電磁装置21はこの電流を力34へ変換する。

計量器10の補正されていない出力信号31は、遅延素子
39を介して加算器40へ導かれる。この加算器の出力信号
41は、低域通過フィルタ42を通過後、計量器の出力信号
43として荷重被測定物体15の重量または質量の尺度とし
て外部へ送出される。

さらに第２図によるブロック図には、補正信号処理装
置50が含まれている。この装置は両方の加速度センサ2
4、25の出力信号51、52から補正信号53、54を算出す
る。これらの信号は加算器55で合成され、合成補正信号
56として加算器40へ導かれる。補正信号処理装置50は、
加速度センサ24、25から送出された両方の信号51、52の
差を算出する加算器57を有している。加算器57の出力信
号58は一方では機能ブロック59に達し、他方では第１の
入力信号として加算器60へ達する。この加算器へは、さ
らにに別の入力信号としてセンサ24の出力信号が導かれ
る。加算器60は、センサ24の信号51から加算器57により
求められた信号58を減算し、出力信号61を機能ブロック
62へ転送する。両方の機能ブロック59、62はその出力信
号63、64をそれぞれフィルタ65、66へ転送する。これら
のフィルタの出力側には、それぞれ補正信号53、54が生
じる。

さらに機能ブロック59、62へ、補正された出力信号43
が導かれる。補正された出力信号43はさらに特性曲線素
子67へ導かれ、この素子は出力信号68を制御装置37へ転
送する。

補償形計量器10の動作機能ならびに計量器10へ作用す
る障害36を考慮した測定結果の補正について、第１図お
よび第２図に基づき詳細に説明する：補償形計量器10は、荷重被測定物体15の重量または質
量を、計量器10に作用する力ｍ、ｇに関して測定する。
ここにおいてｍは荷重被測定物体15の質量を表わし、ｇ
は重力加速度を表わしている。計量器10の可動部材14が
荷重を受けることにより、レバー18はy_W方向へ旋回し、
この旋回は位置センサ23により検出される。制御装置37
は位置センサ23から導かれる実際値と、有利には静止位
置に相応する目標値とに依存して、出力信号38として電
磁装置21のための電流を供給し、この電流はコイル22を
流れる。このようにして電磁装置21は、荷重被測定物体
15から生じる力に逆らう力を発生し、この力により有利
にはレバー18ないし可動部材14の静止位置が再び形成さ
れる。荷重被測定物体15の載置後の静止位置の再形成
は、電磁力により重力が完全に補償されたことに相応す
る。

計量器10へ作用する障害力36は、以下の式で表わされ
る。

Ｐ＝−（Ａ・ｍ＋Ｂ）・−（Ｃ・ｍ＋Ｄ）・＋ｋ・ｍ・ｇ項Ｋ・ｍ・ｇは、とりあえず障害力として扱われる可
動部材14への荷重被測定物体15の作用を意味する。

定数Ｋは、計量器の構造ならびに補償に必要な電流に
依存する。

定数Ａ、Ｂ、ＣおよびＤは、計量器10の質量分布なら
びに幾何学的条件により得られる。

可動部材14に作用する障害力と荷重被測定物体15によ
り、レバー18はy_W方向へ旋回し、この旋回により補正さ
れていない出力信号31が生じる。この信号は以下のよう
に表わされる。

Ｖ（ｓ）＝Ｇ（Ｓ）・［−（Ａ・ｍ＋Ｂ）・ −（Ｃ・ｍ＋Ｄ）・＋ｋ・ｍ・ｇ］ｓはラプラス変換の変量を表わす。Ｇ（ｓ）は計量器
10の伝達関数を表わし、これは少なくとも近似的に２次
の系に相応する。

信号Ｖ（ｓ）は測定信号Ｇ（ｓ）・ｋ・ｍ・ｇから合
成されたものであり、信号Ｐ・Ｇ（ｓ）により障害を受
けている。

障害成分Ｇ（ｓ）・Ｐを除去する目的で、補正信号処
理装置50において、可動部材14に配置された加速度セン
サ24、25から送出される信号51、52に依存して、合成補
正信号56が形成される。補正信号56が正確に障害信号Ｐ
に相応してれば、加算器40において障害信号Ｐを相殺す
ることができる。したがって両方の信号はコヒーレント
でなければならない。例えば０〜100Hzのような、対象
とする周波数範囲内の各周波数に関するその比は１と等
しくあるべきである。周波数の上限が高ければ、相応に
測定時間が短いことを意味し、この時間内において所定
の精度で例えば１‰の精度で、測定結果が供給される。

合成補正信号56を供給する際、まず加算器57において
加速度センサ24、25から送出された信号51、52の差が形
成される。加速度センサ24の信号51は、V1＝K1・（＋
d₁・＋_Ｒ）として表わすことができ、加速度センサ
25の信号は、V2＝K2・（＋d2・＋_Ｒ）として表わ
すことができる。加速度センサ24、25は、同じ加速度で
同じ出力信号51、52が生じるように調整されている。加
算器57における差の形成により、旋回加速度Θが出力信
号58として生じる。加算器57における差の形成により、
並進運動による加速度_Ｒならびにが生じる。距離d₁
とd₂の差は同様に既知であり、一定の重み付け係数によ
り考慮することができる。機能ブロック59は入力量を項
Ｃ・ｍ＋Ｄと乗算する。荷重被測定物体15の質量ｍは、
低域通過フィルタ42の出力側において出力信号43から導
出される。さらに出力信号43は、必要に応じて重み付け
係数により重み付けされる。この重み付けは、他の重み
付けと同様に第２図には示されていない。必要に応じて
機能ブロック59の出力信号63がフィルタ65へ導かれる。
このフィルタの伝達関数F2（ｓ）は、少なくとも近似的
に計量器10の伝達関数Ｇ（ｓ）と等しく選定される。有
利にはこの伝達関数F2（ｓ）は、これが障害加速度に
対するコイル22の電流の比を表わすように選定される。
さらにフィルタ65は写像フィルタと称される。このため
出力信号54は、旋回加速度を補正するための合成補正
信号56の成分である。

加算器60において加速度センサ24の出力信号51から旋
回加速度の成分が減算される。この減算の前に、加算
器60の出力側61には旋回加速度がもはや生じないよう
に、旋回加速度の重み付けが行なわれる。出力信号61
は、ｕ（ｓ）＝Ｋ・（＋_Ｒ）として表わすことがで
きる。この信号は、のみが変量として含まれるような
式に変換できる。この信号は機能ブロック62へ導かれ、
この機能ブロックは上記の信号を項Ａ・ｍ＋Ｂと乗算す
る。場合によってはフィルタ66が設けられている。この
フィルタの伝達関数F1（ｓ）も、少なくとも近似的に計
量器の伝達関数と等しい。フィルタ66の伝達関数F1
（ｓ）も有利には、これが電磁装置21のコイル22を流れ
る電流と障害加速度との比を表わすように実現され
る。そしてフィルタ66を写像フィルタと称する。

したがって合成補正信号56は次のとおりになる：Ｇ（ｓ）＝［（Ａ・ｍ＋Ｂ）・＋（Ｃ・ｍ＋Ｄ）・
］そしてこれは障害信号成分Ｐに正確に一致する。加算
器40における位相の正しい加算により、障害信号成分が
除去される。

１つまたは両方のフィルタ65、66の省略により、障害
信号の除去される周波数範囲が狭められる。別の構成
は、加算器55の出力側にただ１つのフィルタを設けるこ
とにより得られる。このフィルタの伝達関数は、コイル
電流と障害加速度の比を表わす写像フィルタの伝達関数
に少なくとも近似的に等しい。周波数範囲の減縮は、測
定時間が伸びることと同義である。これに対して測定時
間の短縮は、出力信号43を変換後に制御装置37へ導くこ
とによりに達成される。特性曲線素子67は出力信号43か
ら、この信号がすでに正規化されていないかぎり荷重被
測定物体15の質量を算出し、さらにこれから平行根を算
出する。この結果は、比例微分制御装置として構成され
ている制御装置37の微分成分を決定する際に考慮され
る。

補正のための別の構成は、閉ループ制御回路内の補正
信号53、54または合成補正信号56を導くことにある。こ
のような補正制御は、電磁装置21におけるコイル電流を
定める信号処理装置30内の一部分で実現可能である。例
えば、制御装置37の出力信号38に補正信号が加算され
る。例えば、補正信号54により行なわれる旋回加速度
の補正を、信号処理装置30内において関与させることが
でき、他方、並進加速度の補正がさらに加算器40にお
いて行なわれる。少なくとも１つの補正制御を制御回路
内へ移すことにより、計量器の動作速度が高まる。この
構成により制御回路の安定性は僅かであるが低減され、
相応に比較的高い調整費用がかかる。

補正信号処理装置50において引き起こされる、補正さ
れない出力信号31に対しての信号遅延時間は、加算器40
の入力側に接続されている遅延装置39において簡単に除
去される。

出力側43の前に接続された低減通過フィルタ42によ
り、対象とする周波数範囲のはるか上方に位置する高周
波障害振動が除去される。

既述の装置は、レバーを有する補償形計量器において
障害信号を補正するのに適している。この形式の計量器
の場合、旋回加速度は著しい障害として現われる。レ
バーを持たない比較的簡単な補償形計量器においても、
第２図による装置により障害の十分な除去が達成され
る。可動部材14が電磁装置21と直接連結されているこの
ような計量器の場合、旋回加速度の検出を行なう補正
信号処理装置50内の信号経路25、57、59、65は省略され
る。同様に加算器60ももはや不要である。

評価回路全体を、プログラムとしてコンピュータシス
テムで実行可能である。入力信号として、センサ23、2
4、25により捕捉検出された測定値が用いられる。出力
信号として、障害の補償のために予め与えるべき電流38
に関する情報、ならびに測定結果43を用いることができ
る。

さらに別個の評価回路またはコンピュータシステムの
入力信号として、測定場所に存在する重力加速度ｇおよ
び／または温度をプリセットすることができる。そして
これらの量に基づく測定結果への影響も同様に補正可能
である。

フロントページの続き (72)発明者ジャネン，ピエールスイス国 1110 モルジュグロースピエール 12 (56)参考文献特開昭59−54932（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−61719（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−77722（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−83918（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01G 23/01

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】可動に案内され、重量または質量（ｍ）を
測定すべき荷重被測定物体（15）により静止位置から変
位可能な部材（14）と、少なくとも１つのコイル（22）を含む電磁装置（21）
と、旋回点（17）を中心に可動に支承されており、荷重被測
定物体（15）に関連して該電磁装置（21）により形成さ
れるべき力を制御するレバー（18）と、補償形軽量器（10）の支持体（12）に対する可動部材
（14）の位置を検出する位置センサ（23）と、制御装置（37）とが設けられており、該制御装置は、前
記可動部材（14）が所定の位置をとるように、前記位置
センサ（23）から送出される信号に依存して前記コイル
（22）を流れる電流（33）の大きさを決定し、該電流
（33）は前記荷重被測定物体（15）の重量または質量
（ｍ）の尺度である、補償形計量器において、前記可動部材（14）に配置された少なくとも２つの加速
度センサ（24,25）が設けられており、該加速度センサ
（24,25）は、計量方向における前記部材（14）の並進
加速度（）と、前記旋回点（17）をとおり前記レバー
（18）上に実質的に直立する旋回軸を中心とした前記部
材（14）の旋回加速度（）を測定し、該加速度センサ
（24,25）は補正信号処理装置（50）へ信号を送出し、該補正信号処理装置（50）は、測定結果（43）に作用す
る少なくとも１つの補正信号（53,54,56）を算出するこ
とを特徴とする補償形計量器。
【請求項２】前記電流（33）の捕捉検出後、前記の少な
くとも１つの補正信号（53,54,56）を測定結果（43）中
へ関与させる、請求項１記載の計量器。
【請求項３】前記の少なくとも１つの補正信号（53,54,
56）により制御回路（37,38,21,34,18,23）が補正制御
される、請求項１記載の計量器。
【請求項４】前記補正信号処理装置（50）は２つの信号
経路（24,60,62,64,66;25,57,58,59,63,65）を有してお
り、一方の信号路（24,60,62,64,66）は前記並進加速度
（）に対する補正信号（53）を供給し、他方の信号路
（25,57,58,59,63,65）は、前記旋回加速度（）に対
する補正信号（54）を供給する、請求項１〜３のいずれ
か１項記載の計量器。
【請求項５】各補正信号経路内に１つの機能ブロック
（59、62）が設けられており、該機能ブロックは、前記
旋回加速度（）に対し項Ｃ・ｍ＋Ｄで、前記並進加速
度（）に対しては項Ａ・ｍ＋Ｂでそれぞれ連続的に重
み付けし、ここにおいてｍは出力信号（43）から重み付
けにより導出可能な荷重被測定物体（15）の質量（ｍ）
であり、Ａ、Ｂ、ＣおよびＤは定数である、請求項４記
載の計量器。
【請求項６】一方の信号路中にフィルタ（65）が設けら
れており、および／または他方の信号路中にフィルタ
（66）が設けられており、これらのフィルタの伝達関数
はそれぞれ２次の系に相応する、請求項４または５記載
の計量器。
【請求項７】前記フィルタ（65,66）は写像フィルタと
して構成されており、該フィルタの伝達関数は、前記電
磁装置（21）のコイル（22）を流れる電流と障害加速度
（，）の比を表わす、請求項６記載の計量器。
【請求項８】入力信号として両方の補正信号（53,54）
が導かれる１つのフィルタが設けられており、該フィル
タの伝達関数は２次の系に相応し、該伝達関数は、前記
電磁装置（21）のコイル（22）を流れる電流と障害加速
度（，）の比を表わす、請求項４または５記載の計
量器。
【請求項９】計量セルの補正されていない信号（31）を
遅延させる素子（39）が設けられている、請求項１〜８
のいずれか１項記載の計量器。
【請求項１０】比例微分（Ｄ）制御装置（37）が設けら
れており、ここにおいてＤ成分はに依存して変化する、請求項１〜９のいずれか１項記載
の計量器。
【請求項１１】低域通過フィルタ（42）が設けられてお
り、該フィルタは、補正信号（41）の後方かつ出力側
（43）の前方に配置されている、請求項１〜10のいずれ
か１項記載の計量器。
【請求項１２】少なくとも部分的にシングルブロック組
立方式で構成されており、少なくとも可動部材（14）、
センサ（24,25）、たわみ軸受け（16）を備えた平行四
辺形案内部（13）、電磁装置（21）の一部（22）、なら
びにレバー（18）が、１つの部材から形成されている、
請求項１〜11のいずれか１項記載の計量器。