JP3600355B2 - 秤 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、バランスウエイトの役割を果たすと共に、被計量物の質量又は重量を比較的短時間で測定するための補正用ロードセルを有する電子式の秤に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のバランスウエイトを備える秤の一例を図11、及び図12を参照して説明する(特開平7−198458号公報、特公平2−7415号公報参照)。この秤は、各図に示すように、固定基部1、荷重印加部2及び上下ビーム部3、4を有する起歪体5を用いたロードセル6において、上下ビーム部3、4の中間に両側の固定基部1と荷重印加部2の間に亘って中間ビーム部7を架設し、この中間ビーム部7の両側面に固定基部1側に延びる一対の補助ビーム8、8を取り付けると共に、この補助ビーム8、8の固定基部1を越えて延びた自由端部に、荷重印加部2に印加されるベルトコンベア9(風袋)の重量を相殺するモーメントPを発生させるバランスウエイト10を取り付けてなるものである。
【0003】
上記秤においてバランスウエイト10を設けたことにより、ロードセル6に作用するベルトコンベア9のモーメントとは逆方向のモーメントPを与えてそのベルトコンベア9のモーメントを打ち消すことができる。従って、起歪体5に貼着されているストレインゲージ11、・・・に掛かろうとするベルトコンベア9による曲げ応力分の一部又は全部は、バランスウエイト10による逆方向の曲げ応力で打ち消すことができる。これによって、ロードセル6は、風袋重量としてのベルトコンベア9の重量が消去された状態となり、被計量物12の重量のみが電気的出力として取り出され、ロードセル6としては被計量物12の重量に対応した適切な小容量のものを使用することができ、その結果、被計量物12の重量を精度良く測定することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図11及び図12に示す上記従来の秤では、ロードセル6にバランスウエイト10を設けたことにより、荷重印加部2の慣性モーメントがその分だけ大きくなり、ロードセル6の固有振動数、即ち、被計量物12がベルトコンベア9上に載った際の衝撃によって生じた振動成分の周波数(固有振動数)が低下するという問題が生じる。つまり、被計量物12の重量を正確に測定するためには、ロードセル6の固有振動数の振動成分をフィルタによって除去する必要があるが、この固有振動数が低下するほど重量測定の応答性が低下することとなり、その結果、重量測定時間が長くかかるという問題が生じている。
【0005】
本発明は、被計量物の質量又は重量を短時間で測定することができると共に、計量用ロードセルを被計量物の重量に対応した適切な小容量のものを使用することができる秤を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、一方を固定基部とし、他方を荷重印加部とした計量用ロードセルと、一端が上記計量用ロードセルと結合され、他端が上記固定部を越えて、上記荷重印加部と反対側に伸延する補助ビームと、この補助ビームの上記他端に設けてあり、上記荷重印加部に作用する風袋重量の一部または全部を相殺するモーメントを発生する重量を持ち、上記計量用ロードセルよりも充分高い固有振動数を持つ補正用ロードセルと、上記計量用ロードセルの上記荷重印加部に被計量物が印加されている状態における上記計量用ロードセルの計量電気信号を入力し、この計量電気信号から上記補正用ロードセルの固有振動に基づく成分を遮断し、上記被計量物の質量に基づく成分と上記計量用ロードセルの固有振動に基づく成分とを含む第1フィルタ出力信号を生成する第1フィルタ手段と、上記計量用ロードセルの上記荷重印加部に被計量物が印加されている状態における上記補正用ロードセルの補正電気信号を入力し、この補正電気信号から上記補正用ロードセルの固有振動に基づく成分を遮断し、第1フィルタ出力信号の上記計量用ロードセルの固有振動に基づく成分とは異なる振幅を持つ上記計量用ロードセルの固有振動に基づく成分を含む第2フィルタ出力信号を生成する第2フィルタ手段と、第1及び第2のフィルタ出力信号が入力され、第1フィルタ出力信号中の上記計量用ロードセルの固有振動に基づく成分を、第2フィルタ出力信号を使用して補正処理を行い、上記被計量物の重量信号又は質量信号を出力する演算部とを、具備するものである。
【0007】
第2の発明は、第1の発明の秤において、上記計量用ロードセルが、等長な上下ビーム部と、その双方のビーム部の各々の両端部に設けた弾性支点部と、上記上ビーム部と下ビーム部が互いに所定間隔を隔てた状態で上記弾性支点部を介して上記上下ビーム部を両側から支持している両縦部とからなり、上記縦部の一方を固定基部とし他方を荷重印加部とした平行四辺形方式のロードセルであり、上記補助ビームが、上記上下ビーム部の中間位置に両側の上記縦部に亘って架設した中間ビーム部から上記固定基部を越えて上記荷重印加部と反対側へ伸延する構成としたことを特徴とするものである。
【0008】
第3の発明は、第1の発明の秤において、上記計量用ロードセルが、等長な上下ビーム部と、その双方のビーム部の各々の両端部に設けた弾性支点部と、上記上ビーム部と下ビーム部が互いに所定間隔を隔てた状態で上記弾性支点部を介して上記上下ビーム部を両側から支持している両縦部とからなり、上記縦部の一方を固定基部とし他方を荷重印加部とした平行四辺形方式のロードセルであり、上記補助ビームが、上記上ビーム部又は下ビーム部のいずれか一方のビーム部から上記固定基部を越えて上記荷重印加部と反対側へ伸延する構成としたことを特徴とするものである。
【0009】
第1、第2及び第3の各発明によると、補正用ロードセルの重量により、計量用ロードセルに作用するモーメントとは逆方向のモーメントを与えて、その風袋重量によるモーメントを打ち消すことができる。従って、計量用ロードセルに貼着されているストレインゲージに掛かろうとする風袋重量による曲げ応力の一部又は全部は、補正用ロードセルの重量による逆方向の曲げ応力で打ち消すことができる。そして、補正用ロードセルは、補助ビームを介して計量用ロードセルと結合し、かつ計量用ロードセル及び補正用ロードセルの出力信号から、第1及び第2のフィルタ手段によって補正用ロードセルの固有振動に基づく成分を遮断されているので、第1フィルタ出力信号中の計量用ロードセルの固有振動に基づく成分と対応する成分が、第2フィルタ出力信号中に含まれており、演算部は、第2フィルタ出力信号を使用して、第1フィルタ出力信号の補正処理を行い、被計量物の重量又は質量信号を出力することができる。
【0010】
第2の発明によると、補正用ロードセル及び補助ビームの重量に基づく垂直荷重による剪断荷重は、中間ビーム部に作用して上下ビーム部に夫々均等に掛かることとなり、そして、補助ビームを中間ビーム部に設けているので補助ビームを取り付ける際のねじ部材の締め付けによる弾性支点部表面に対する影響も存在しない。従って、被計量物の重量が印加されたときに、上下ビーム部の各弾性支点部における歪の発生及び計量用ロードセル全体としての変形に、アンバランスが生じることがなく、各弾性支点部の表面における歪、及び固定基部に対する荷重印加部の変位が被計量物の重量に精度良く対応することとなる。
【0011】
第3の発明によると、補助ビームを上又は下ビーム部に設けてあるので、第2の発明の中間ビームを不要とすることができ、これによって計量用ロードセルの構造を簡単なものにすることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明に係る秤を計量コンベア式の質量測定装置に適用した第1実施形態を各図を参照して説明する。図1及び図2において、6は計量用ロードセル、8は補助ビーム、13は補正用ロードセル、14は補正処理装置である。
計量用ロードセル6は、図1に示すように、平行四辺形方式の起歪体5を備えている。この起歪体5は、等長な上及び下ビーム部3、4と、その双方のビーム部3、4の各々の両端部に設けた弾性支点部15a、15b、16a、16bと、その弾性支点部を介して上及び下ビーム部3、4の両端間を所定間隔に維持している固定基部1及び荷重印加部2と、で構成してある。
【0013】
そして、図1及び図2に示すように、起歪体5における上及び下ビーム部3、4の各弾性支点部15a、15b、16a、16bの表面にはストレインゲージ11、・・・・を貼着してある。これら各ストレインゲージ11は、固定基部1に対して荷重印加部2が下方(又は上方)に変位したときの上ビーム部3の固定基部1側の弾性支点部15aの表面、及び下ビーム部4の荷重印加部2側の弾性支点部16bの表面における引っ張り歪(又は圧縮歪)と、上ビーム部3の荷重印加部2側の弾性支点部15bの表面、及び下ビーム部4の固定基部1側の弾性支点部16aの表面における圧縮歪(又は引っ張り歪)と、を夫々検出し、所定の電気回路を介して計量電気信号を出力することができるようになっている。この計量電気信号は、荷重印加部2の固定基部1に対する変位量、即ち、荷重印加部2に印加された被計量物12の質量Mに対応する信号である。
【0014】
また、固定基部1がブラケット17を介して固定支持されていると共に、荷重印加部2には風袋物としてのベルトコンベア9を取り付けてあり、このベルトコンベア9上に被計量物12が搬入されるようになっている。
【0015】
更に、図1に示すように、この起歪体5には、中間ビーム部7を設けてある。この中間ビーム部7は、上及び下ビーム部3、4と平行すると共に、これら上ビーム部3と下ビーム部4の丁度中間位置に配置してあり、両端部に設けた各弾性支点部18a、18bを介して固定基部1と荷重印加部2の間に架設してある。
【0016】
補助ビーム8は、図1及び図2に示すように、中間ビーム部7の両側面にその一端をボルト19により固締してあり、他端が固定基部1を越えて荷重印加部2と反対側に伸延する一対のビームであり、その先端に補正用ロードセル13を設けてある。
【0017】
補正用ロードセル13は、梁型起歪体20を備えている。この起歪体20は、図1に示すように、補助ビーム8の先端(自由端部)にブラケット21を介して固定基部22を取り付けてあり、この固定基部22に弾性支点部24を介して感知用重量部23を設けてなる構成である。
【0018】
そして、図1及び図2に示すように、起歪体20における弾性支点部24の表面及び裏面にはストレインゲージ25を貼着してある。これら各ストレインゲージ25は、固定基部22に対して感知用重量部23が上下方向に変位したときの弾性支点部24の表面における引っ張り歪(又は圧縮歪)と、裏面における圧縮歪(又は引っ張り歪)と、を夫々検出して所定の電気回路を介して補正用電気信号を出力することができるようになっている。この補正用電気信号は、計量用ロードセル6における荷重印加部2の固有振動数の振動成分と対応する信号、即ち、周波数が同一であり、振幅が相違する信号である。
【0019】
また、この補正用ロードセル13の固有振動数が計量用ロードセル6の固有振動数よりも十分高くなるように形成してある。このようにしたのは、補正用及び計量用ロードセル3、6の両方の固有振動数における振動成分の夫々の加速度が一定の比例関係を満足するようにするためである。
【0020】
補正処理装置14は、請求項1に記載の演算部である。図7及び図9に示す補正処理装置14は、計量用ロードセル6の生成する計量電気信号中の固有振動数の振動成分を補正用ロードセル13の生成する補正用電気信号を使用して補正処理を行い、荷重印加部2に印加された被計量物12の質量信号Mを出力する機能を備えている。
【0021】
上記構成の質量測定装置によると、図1に示すように、起歪体5の荷重印加部2には、ベルトコンベア9の重量とこのベルトコンベア9上の被計量物12の重量とが下向きの荷重として作用する。一方、補正用ロードセル13の重量は、補助ビーム8の左端部が取り付けられている中間ビーム部7に下向きの荷重Fとして作用すると同時に、図1において時計方向のモーメントPを中間ビーム部7に作用することとなる。そして、このモーメントPは、荷重印加部2に対しては、上向きの力として作用することとなる。従って、補正用ロードセル13の重量、及び補助ビーム8の長さ等を適切に設定し、モーメントPに基づいて荷重印加部2に作用する上向きの力がベルトコンベア9の重量に基づく下向きの荷重に等しくなるように設定すれば、これら上向きと下向きの各力が荷重印加部2内で互いに相殺して、荷重印加部2にはベルトコンベア9上の被計量物12の重量に基づく荷重のみが作用することになる。
【0022】
これにより、計量用ロードセル6としては、ベルトコンベア9が構成する計量コンベアの秤量に対応する容量を備えていれば足りることになり、被計量物12の質量測定精度が著しく向上することとなる。そして、補正用ロードセル13及び補助ビーム8の重量に基づく垂直荷重Fによる剪断荷重は、中間ビーム部7の固定基部1側の弾性支点部18aに作用することになるので、この剪断荷重が上及び下ビーム部3、4における各弾性支点部15、16(15a、15b、16a、16b)の表面の歪にアンバランスを生じさせることがないし、補助ビーム8を固締するボルト19の締め付けによる影響がこれら弾性支点部15、16の表面に及ぶこともない。更に、補正用ロードセル13の重量に基づくモーメントPが、荷重印加部2を介して上及び下ビーム部3、4に均等に掛かるので、各弾性支点部15、16の表面における歪にアンバランスを生じさせることがない。その結果、被計量物12の質量Mをより精度良く測定することができる。
【0023】
そして、補正用ロードセル13を設けたことにより、計量用ロードセル6の荷重印加部2の慣性モーメントがその分だけ大きくなり、これによって計量用ロードセル6の固有振動数が低下するが、計量用ロードセル6の生成する計量電気信号中の固有振動数の振動成分と対応する振動成分を補正用ロードセル13が補正用電気信号として生成し、補正処理装置14がこの補正用電気信号を使用して計量電気信号の補正処理を行い、被計量物12の質量信号Mを出力することができる。従って、補正用ロードセル13を設けたことにより計量用ロードセル6の固有振動数が低下したにも拘わらず、質量測定の応答性を低下させることを防止することができる。即ち、補正用ロードセル13を設けていない場合の計量用ロードセル6の比較的高い固有振動数における測定時間、つまり、比較的短い測定時間で質量信号Mを出力することができる。
【0024】
次に、この実施形態に係る質量測定装置の補正処理装置14、及びこの補正処理装置14により被計量物12の質量Mを演算する理論を計算式を用いて説明する。図3は、図1に示す質力測定装置の各部の寸法、位置、及び質量を表す図である。図4は、図1に示す質量測定装置の等価モデルである。図3及び図4において、Mは被計量物12の質量、m1 は計量用ロードセル6に掛かる風袋質量、即ち、ベルトコンベア9の質量、k1 は計量用ロードセル6のばね定数、L1 は中間ビーム部7の両側の弾性支点部18aと18b間の距離、m0 は補助ビーム8と補正用ロードセル13の固定基部22の合計質量、L0 は中間ビーム部7の固定基部1側の弾性支点部18aから上記質量m0 の質点までの距離、m2 は補正用ロードセル13の感知用重量部23の質量、k2 は補正用ロードセル13のばね定数、L2 は中間ビーム部7の固定基部1側の弾性支点部18aから上記質量m2 の質点O2 ’(O2 )までの距離である。
【0025】
計量用ロードセル6に設けられているベルトコンベア9上に被計量物12が載ったときに生じる振動の運動方程式は、
【0026】
【数1】
【0027】
で表される。ただし、
h0 =L0 /L1 、h2 =L2 /L1 ・・・・(3)
としてあり、図4に示すように、x1 は質量Mとm1 の質点O1 の変位、x2 は質量m2 の質点O2 ’の変位である。
従って、計量用ロードセル6の計量信号e1 と補正用ロードセル13の補正用信号e2 は、式(1)、(2)より、
で表される。ただし、
E1 は計量用ロードセル6への載荷重量と電気的出力との比例定数、即ち感度、E2 は補正用ロードセル13への載荷重量と電気的出力との比例定数、即ち感度、gは重力加速度であり、
【0028】
【数2】
【0029】
である。また、質量Mとm1 の質点O1 の加速度a1 、及び質量m2 の質点の加速度a2 は、
a1 =a1 ’+a1 ” ・・・・(8)
a2 =a2 ’+a2 ” ・・・・(9)
で表される。ただし、a1 ’、a2 ’は計量用ロードセル6の固有振動数に基づく振動成分の加速度、a1 ”、a2 ”は補正用ロードセル13の固有振動数に基づく振動成分の加速度である。
ここで、補正用ロードセル13の固有振動数を計量用ロードセル6の固有振動数よりも十分高くなるように構成してあるので、この補正用ロードセル13に基づく振動成分を適切なフィルタによって遮断すると、a1 ”とa2 ”を除去することができ、式(8)、(9)は、
a1 =a1 ’ ・・・・(10)
a2 =a2 ’ ・・・・(11)
h2 a1 ’≒a2 ’ ・・・・(12)
と表すことができる。以下、a1 ’をa1 と、a2 ’をa2 という。
【0030】
次に、本発明の計量信号の補正処理の方法をデジタル方式で説明する。
図7は、この実施形態に係る質量測定装置の電気回路を示すブロック図である。図7に示すように、計量用ロードセル6と補正用ロードセル13の出力するアナログ電気信号は、夫々前置増幅器26、27により増幅された後、各A/D変換器28、29によりデジタルデータに変換され、ついで補正用ロードセル13の固有振動数における高域振動成分を遮断するデジタルフィルタ30、31を通って後述する補正処理装置14に入力する。従って、式(4)、(5)で表される計量電気信号e1 、補正用電気信号e2 は次のように書き直すことができる。
e1 (j)=E1 Mg+E1 (M+m1 +h0 2 m0 )a1 (j)+E1 h2 m2 a2 (j)+C1 ・・・・(13)
e2 (j)=−E2 m2 a2 (j)+C2 ・・・・(14)
ただし、j=1、2、・・・、Nであり、e1 (j)、e2 (j)は計量用ロードセル6と補正用ロードセル13の出力のjサンプル時点でのサンプル値、a1 (j)、a2 (j)(ただし、h2 a1 ’≒a2 ’とする。)は計量用及び補正用の各ロードセル6、13の質点O1 、O2 ’における加速度のjサンプル時点でのサンプル値、Nは測定時間TK とサンプリング時間Tで決まる数(TK /Tの最大整数)である。
【0031】
次に、補正処理装置14によるe1 (j)、e2 (j)の補正処理を説明する。まず、e1 (j)、e2 (j)から初期荷重として出力される直流成分C1 、C2 を零レベルに補正すると、
を式(16)を使用して表すと、
e3 (j)=E1 Mg+Kg (j)e4 (j)
となり、よって、被計量物12の質量M(j)を、
M(j)=〔e3 (j)+Kg (j)e4 (j)〕/(E1 g)・・(18)
の計算によって求めることができる。
【0032】
即ち、係数Kg (j)は、
となる。ここで、質量Mは、未知であるので、式(19)のMにM(j−1)の前回のデータを入力することとすると、
となる。ただし、
であり、M(j−1)の初期値として例えば質量Mの標準値若しくはそれに近い値、又は0を入力する。
上記式(18)、(20)に示すように、被測定物12の質量の測定データM(j−1)に基づき、係数Kg (j)を修正しながら被計量物12の質量の測定データM(j)を逐次的に求めることができる。
【0033】
次に、上記演算を行う補正処理装置14を図9を参照して説明する。図9は補正処理装置14の詳細を示すブロック図である。同図に示すように、補正処理装置14は、デジタルフィルタ30、31から出力される計量電気信号e1 (j)、補正用電気信号e2 (j)をメモリ32、33で順次記憶する。そして、零点補正手段34がe2 (j)からA/D変換器29からの初期荷重として出力されるC2 に相当するデジタルデータを減算して(e2 (j)−C2 =e4 (j)・・・式(16))、e4 (j)を係数乗算手段35に出力する。係数乗算手段35は、e4 (j)に係数Kg (j)を乗算して(Kg (j)e4 (j)=e4 (j)’・・・式(18)参照)、e4 (j)’を加算手段36に出力する。
【0034】
一方、メモリ32で順次記憶された計量電気信号e1 (j)については、零点補正手段37がe1 (j)からA/D変換器28からの初期荷重として出力されるC1 に相当するデジタルデータを減算して(e1 (j)−C1 =e3 (j)・・・式(15))、e3 (j)を加算手段36に出力する。加算手段36は、零点補正手段37から入力するデータe3 (j)と係数乗算手段35から入力するデータe4 (j)’を加算して(e3 (j)+e4 (j)’=A・・・式(18)参照)、この加算値Aを感度除算手段38に出力する。この感度除算手段38は、加算手段36の出力データAを計量用ロードセル6の感度E1 と重力加速度gで除算して(A/E1 g=M(j)・・・式(18)参照)、被計量物12の質量M(j)を所定の表示部と係数修正手段39に出力する。係数修正手段39は、質量M(j)のデータに基づいて次回の係数Kg (j)を修正してこの修正した係数Kg (j)を係数乗算手段35に出力する。このように、前回の演算で得られたデータ質量M(j−1)に基づいて係数Kg (j)を修正して被計量物12の質量M(j)を表示部に逐次的に表示することができる。
【0035】
次に、この質量測定装置の動作手順及びオペレータの操作手順を図10を参照して説明する。まず、オペレータがキーボード(図示せず)を操作して計量用ロードセル6の風袋質量、即ち、ベルトコンベア9の質量m1 、中間ビーム部7の両側の弾性支点部18aと18b間の距離L1 、補助ビーム8と補正用ロードセル13の固定基部22の合計質量m0 、中間ビーム部7の固定基部1側の弾性支点部18aの中心Oから質量m0 の質点O0 までの距離L0 、補正用ロードセル13の感知用重量部23の質量m2 、中間ビーム部7の固定基部1側の弾性支点部18aの中心Oから質量m2 の質点O2 までの距離L2 、被計量物12の初期測定値M(0)、計量用ロードセル6の感度E1 、補正用ロードセル13の感度E2 、重力加速度g、最大サンプル数Nを入力する(S100)。ただし、M(0)については適切な標準質量を使用する。例えばこの質量測定装置を被計量物12の質量測定範囲がかなり制限されている重量選別機に適用する場合は、その選別基準質量をM(0)に使用することができる。次に、この質量測定装置に設けられている中央演算処理装置(CPU)(図示せず)がステップ100で入力されたパラメータを式(21)、(7)使用してK1 、K2 、C1 、C2 を計算する(S102)。なお、C1 、C2 は計量用ロードセル6と補正用ロードセル13の初期荷重として出力されるので、これら初期荷重の出力をオペレータが記録しておき、ステップ100でキーボードにより入力してもよい。
【0036】
次に、CPUがサンプル数jを1とし(S104)、係数修正手段39が係数Kg (j)を前回の測定結果M(j−1)に基づいて修正する(S106)。そして、計量用ロードセル6と補正用ロードセル13の出力するデータe1 (j)、e2 (j)を順次メモリ32、33に記憶し(S108)、零点補正手段34が、このe2 (j)に対して、A/D変換器29から出力される初期荷重C2 に相当するデジタルデータを零レベルに補正してe4 (j)を出力する(S110)。更に、係数乗算手段35がこの零レベルに補正したe4 (j)に係数Kg (j)を乗算してe4 (j)’を出力する(S112)。一方、零点補正手段37は、e1 (j)に対して、A/D変換器28から出力される初期荷重C1 に相当するデジタルデータを零レベルに補正してe3 (j)を出力する(S114)。次に、加算手段36がe3 (j)とe4 (j)’とを加算してデジタルデータAを出力する(S116)。そして、感度除算手段38がデータAを感度と重力加速度の乗算値E1 gにより除算して質量データM(j)を出力する(S118、S120)。そして、サンプル数jが最大サンプル数N以下であるか否かを判定し(S122)、サンプル数jがN以下であると判定したときは、今回のjに1を加算した値を次回のjとし(S124)、上記ステップ106〜124を順次繰り返して行う。そして、j=(N+1)となったときに測定を終了する。この時、表示部には、被計量物12の質量Mが表示されている。
【0037】
次に、第2実施形態の質量測定装置を図5を参照して説明する。図5に示す第2実施形態と図1に示す第1実施形態が相違するところは、補正用ロードセル13として、第1実施形態では、梁型起歪体20を備える梁型ロードセルとしたのに対して、第2実施形態では、平行四辺形方式の起歪体40を備えるロバーバル型ロードセルとしたところである。これ以外は、第1実施形態と同等であり、同等部分を同一の図面符号で示し、その説明を省略する。
【0038】
つまり、補正用ロードセル13の固有振動数を計量用ロードセル6の固有振動数よりも十分高い振動数とする必要があることから、固有振動数が比較的高くなるように設計可能なロバーバル型ロードセルを採用することにより、補正用ロードセル13の固有振動数を十分高くすることができる。
【0039】
次に、第3実施形態の質量測定装置を図6を参照して説明する。図6に示す第3実施形態と図1に示す第1実施形態が相違するところは、第1実施形態では、補正用ロードセル13が設けられている補助ビーム8を中間ビーム部7に設けた構成としているのに対して、第3実施形態では、補正用ロードセル13が設けられている補助ビーム8を上ビーム部3に設け、中間ビーム部7を省略した構成としているところである。これ以外は、第1実施形態と同等であり、同等部分を同一の図面符号で示し、その説明を省略する。
【0040】
第3実施形態によると、中間ビームを不要とすることができ、これによって構造が簡単で費用の安価な計量用ロードセル6を備える質量測定装置を提供することができる。そして、この質量測定装置によると、図6に示すように、起歪体5の荷重印加部2には、ベルトコンベア9の重量とこのベルトコンベア9上の被計量物12の重量とが下向きの荷重として作用する。一方、補正用ロードセル13の重量は、補助ビーム8の一端が取り付けられている上ビーム部3に下向きの荷重Fとして作用すると同時に、図6において時計方向のモーメントPを上ビーム部3に作用することとなる。そして、このモーメントPは、荷重印加部2に対しては、上向きの力として作用することとなる。従って、補正用ロードセル13の重量、及び補助ビーム8の長さ等を適切に設定し、モーメントPに基づいて荷重印加部2に作用する上向きの力がベルトコンベア9の重量に基づく下向きの荷重に等しくなるように設定すれば、これら上向きと下向きの各力が荷重印加部2内で互いに相殺して、荷重印加部2にはベルトコンベア9上の被計量物12の重量に基づく荷重のみが作用することになる。
【0041】
これにより、計量用ロードセル6としては、ベルトコンベア9が構成する計量コンベアの秤量に対応する容量を備えていれば足りることになり、被計量物12の質量測定精度が著しく向上することとなる。そして、第1実施形態と同様に、被計量物12の質量Mを比較的短時間で測定することができる。ただし、第3実施形態では、図6に示すように、補助ビーム8を計量用ロードセル6の上ビーム部3に設けた構成としたが、補助ビーム8を計量用ロードセル6の下ビーム部4に設けた構成としてもよい。
【0042】
次に、第4実施形態の質量計測装置を図8を参照して説明する。第1実施形態と第4実施形態が相違するところは、第1実施形態では、計量用ロードセル6の出力信号に含まれている計量用ロードセル6の固有振動数の低域振動成分を、補正用ロードセル13の出力信号を使用してデジタル的に補正して被計量物12の質量Mを出力する構成としたのに対して、第4実施形態では、アナログ的に補正して被計量物12の質量Mを出力する構成としたところである。これ以外は、第1実施形態と同等であり、同等部分を同一の図面符号で示しその説明を省略する。
【0043】
即ち、図8に示すように、計量用ロードセル6及び補正用ロードセル13の各出力信号を、まず、補正用ロードセル13の固有振動数に基づく高域振動成分を遮断するローパスフィルタ41、42に通す。次に、補正用ロードセル13と接続するローパスフィルタ42の出力信号をハイパスフィルタ43に通し、これによって、ローパスフィルタ42の出力信号に含まれている補正用ロードセル13の初期荷重として出力される直流成分(上記C2 に相当する成分)を零レベルに補正する。次に、ハイパスフィルタ43の出力信号を後述する適切な利得K3 の増幅器44に通して増幅し、そして、この信号をアナログ加算器45に入力させる。
【0044】
アナログ加算器45は、計量用ロードセル6の出力信号とこの出力信号と逆位相の補正用ロードセル13の出力信号(増幅器44から出力された信号)とを加算して振動成分を除去した荷重信号とし、そしてこの荷重信号を重力加速度gで除算し、更に、この除算値から計量用ロードセル6の初期荷重に基づく質量を減算して被計量物12の質量Mを出力するものである。
【0045】
次に、増幅器44の利得K3 について説明する。この利得K3 は、例えば、ハイパスフィルタ43から出力される補正用ロードセル13の信号の振幅が、ローパスフィルタから出力される計量用ロードセル6の信号の振幅と等しいか若しくはそれに近くなるようにすることができる大きさとすることができる。
【0046】
この第4実施形態のアナログ式質量測定装置によると、アナログ加算器45の構造及び処理内容がデジタル方式の補正処理装置14の構造及び処理内容と比較して非常に簡単になり、費用の低減を図ることができる。従って、アナログ方式を採用することによって振動成分を除去することができない既存の質量測定装置を振動成分を除去することができるようにするための改造、又は設計変更を容易に行うことができる。
【0047】
ただし、上記第1〜第4の各実施形態では、被計量物12の質量Mを出力する質量測定装置を例に掲げて説明したが、本発明を被計量物12の重量を出力する重量測定装置に適用することができる。つまり、第1〜第3実施形態において、図9に示す感度除算手段38が加算手段36の出力信号AをE1 gで除算したが、この感度除算手段38が出力信号AをE1 で除算して被計量物12の重量Gを出力する構成とすればよい。そして、第4実施形態では、図8に示すアナログ加算器が、振動成分を除去した荷重信号を重力加速度gで除算したが、この除算処理を省略したアナログ加算器とすればよい。
【0048】
【発明の効果】
第1、第2、及び第3の各発明によると、補正用ロードセルの重量に基づくモーメントにより、計量用ロードセルは、風袋重量として考えられる例えば単純な載台、或いはベルトコンベアやホッパを含む載台部の重量に基づくモーメントが消去された状態となり、被計量物の重量又は略その重量が電気的出力として取り出され、計量用ロードセルとしては被計量物の重量に対応した適切な小容量のものを使用することができ、その結果、被計量物の重量を精度よく測定することができるという効果がある。そして、本発明は、補正用ロードセルを設けたことにより、計量用ロードセルの荷重印加部の慣性モーメントがその分だけ大きくなり、これによって計量用ロードセルの固有振動数が低下するが、計量用ロードセルの生成する計量電気信号中の固有振動数の振動成分と対応する振動成分を補正用ロードセルが補正用電気信号として生成し、演算部がこの補正用電気信号を使用して計量電気信号の補正処理を行い、被計量物の重量信号又は質量信号を出力する構成である。従って、計量用ロードセルの固有振動数の低下に拘わらず、重量又は質量測定の応答性を低下させることなく、即ち、重量又は質量の測定時間を長びかせることなく上記重量信号又は質量信号を出力することができるという効果がある。
【0049】
第2の発明によると、計量用ロードセルを平行四辺形方式のロードセルとし、そして、この計量用ロードセルの上下ビーム部の中間に中間ビーム部を設けた構成としたので、被計量物の重量が荷重印加部に印加されたときに、上下ビーム部の各弾性支点部における歪の発生及び計量用ロードセル全体としての変形に、アンバランスが生じることがなく、各弾性支点部の表面における歪、及び固定基部に対する荷重印加部の変位が被計量物の重量に精度良く対応することとなり、その結果、被計量物の重量又は質量を精度良く測定することができるという効果がある。
【0050】
第3の発明によると、補助ビームを上又は下ビーム部に設けてあるので、中間ビームを不要とすることができ、これによって構造が簡単で費用の安価な計量用ロードセルを備える秤を提供することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1実施形態に係る質量測定装置の概略側面図である。
【図2】同第1実施形態に係る質量測定装置のベルトコンベアを省略した概略平面図である。
【図3】同第1実施形態に係る質量測定装置の各部質量、及び寸法を付した概略側面図である。
【図4】同第1実施形態に係る質量測定装置の等価モデルである。
【図5】同発明の第2実施形態に係る質量測定装置の概略側面図である。
【図6】同発明の第3実施形態に係る質量測定装置の概略側面図である。
【図7】同発明の第1実施形態に係る質量測定装置の電気回路を示すブロック図である。
【図8】同発明の第4実施形態に係るアナログ式質量測定装置の電気回路を示すブロック図である。
【図9】同発明の第1実施形態に係る質量測定装置の補正処理装置の詳細を示すブロック図である。
【図10】同発明の第1実施形態に係る質量測定装置の動作手順を示すフローチャートである。
【図11】従来の秤の概略側面図である。
【図12】図11に示す従来の秤のベルトコンベアを省略した概略平面図である。
【符号の説明】
1 固定基部
2 荷重印加部
7 中間ビーム部
8 補助ビーム
9 ベルトコンベア
12 被計量物
13 補正用ロードセル
14 補正処理装置
Claims (3)
- 一方を固定基部とし、他方を荷重印加部とした計量用ロードセルと、
一端が上記計量用ロードセルと結合され、他端が上記固定部を越えて、上記荷重印加部と反対側に伸延する補助ビームと、
この補助ビームの上記他端に設けてあり、上記荷重印加部に作用する風袋重量の一部または全部を相殺するモーメントを発生する重量を持ち、上記計量用ロードセルよりも充分高い固有振動数を持つ補正用ロードセルと、
上記計量用ロードセルの上記荷重印加部に被計量物が印加されている状態における上記計量用ロードセルの計量電気信号を入力し、この計量電気信号から上記補正用ロードセルの固有振動に基づく成分を遮断し、上記被計量物の質量に基づく成分と上記計量用ロードセルの固有振動に基づく成分とを含む第1フィルタ出力信号を生成する第1フィルタ手段と、
上記計量用ロードセルの上記荷重印加部に被計量物が印加されている状態における上記補正用ロードセルの補正電気信号を入力し、この補正電気信号から上記補正用ロードセルの固有振動に基づく成分を遮断し、第1フィルタ出力信号の上記計量用ロードセルの固有振動に基づく成分とは異なる振幅を持つ上記計量用ロードセルの固有振動に基づく成分を含む第2フィルタ出力信号を生成する第2フィルタ手段と、
第1及び第2のフィルタ出力信号が入力され、第1フィルタ出力信号中の上記計量用ロードセルの固有振動に基づく成分を、第2フィルタ出力信号を使用して補正処理を行い、上記被計量物の重量信号又は質量信号を出力する演算部とを、
具備する秤。 - 請求項1に記載の秤において、上記計量用ロードセルが、等長な上下ビーム部と、その双方のビーム部の各々の両端部に設けた弾性支点部と、上記上ビーム部と下ビーム部が互いに所定間隔を隔てた状態で上記弾性支点部を介して上記上下ビーム部を両側から支持している両縦部とからなり、上記縦部の一方を固定基部とし他方を荷重印加部とした平行四辺形方式のロードセルであり、上記補助ビームが、上記上下ビーム部の中間位置に両側の上記縦部に亘って架設した中間ビーム部から上記固定基部を越えて上記荷重印加部と反対側へ伸延する構成としたことを特徴とする秤。
- 請求項1に記載の秤において、上記計量用ロードセルが、等長な上下ビーム部と、その双方のビーム部の各々の両端部に設けた弾性支点部と、上記上ビーム部と下ビーム部が互いに所定間隔を隔てた状態で上記弾性支点部を介して上記上下ビーム部を両側から支持している両縦部とからなり、上記縦部の一方を固定基部とし他方を荷重印加部とした平行四辺形方式のロードセルであり、上記補助ビームが、上記上ビーム部又は下ビーム部のいずれか一方のビーム部から上記固定基部を越えて上記荷重印加部と反対側へ伸延する構成としたことを特徴とする秤。
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