JP3693764B2 - 計量方法及び計量装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、計量用荷重変換手段と補正用荷重変換手段を備える計量装置に関し、詳しくは、例えば船上のように振動する床に設置されても正確な重量又は質量の計量を可能にする計量装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記従来の計量装置として特開平６−３１７４５７号公報に開示されているものがある。その計量装置は、図９に示すように、複数の計量セル３1 〜３m と複数のダミーセル４1 〜４n を備えており、これら計量セル３1 〜３m とダミーセル４1 〜４n は同一のフレームＦＲに同一の所定高さ位置に設けられており、このフレームＦＲは床Ｆに設置されている。そして、これら複数のダミーセル４1 〜４n から出力されるダミー信号Ｄ1 〜Ｄn の振動成分に基づいて床Ｆの振動モードを検出して各計量セル３1 〜３m が設置されている夫々の位置における上下方向の振動を算出し、その算出した振動に基づく計量誤差を各計量セル３1 〜３m から出力される計量信号Ｗ1 〜Ｗm から除去する。これによって、床Ｆの振動に基づく計量誤差を除去した補正済み計量信号を出力することができる。
【０００３】
次に、これを理論的に説明すると、図８に示すように、ＸＹ平面上の点Ｐ（ｘa1、ｙa1、０）の位置に１台のダミーセル４1 が固定されているとする。ＸＹ平面の挙動は、Ｘ軸回りの回転、Ｙ軸回りの回転、及びＸＹ平面に垂直なＺ軸方向の運動から成る。それ以外の運動は、このダミーセルでは検出しないので、ここでは論じない。ここで、Ｘ軸回りの回転運動で生じるＺ軸方向成分の運動をＢ（ｔ）、Ｙ軸回りの回転運動で生じるＺ軸方向成分の運動をＡ（ｔ）、Ｚ軸方向の運動をＣ（ｔ）とすると、点Ｐ（ｘa1、ｙa1、０）の位置でのダミーセル４1 の出力するダミー信号Ｄ1 のうち、床Ｆの振動成分Ｖpa1 （ｔ）は、
【０００４】
【数１】
【０００５】
となる。この式（１）におけるＡ（ｔ）、Ｂ（ｔ）、Ｃ（ｔ）を求めることにより床Ｆの振動モードを求めることができる。これを求めるためには、一直線上にない３点に設置された３台のダミーセル４1 〜４3 によって床Ｆの運動を検出して、この３台のダミーセル４1 〜４3 の出力する各ダミー信号Ｄ1 〜Ｄ3 に基づいて３元１次連立方程式を解けばよい。そして、このようにして求めた振動モードを表すＡ（ｔ）、Ｂ（ｔ）、Ｃ（ｔ）を式（１）に代入し、この式（１）に各計量セル３1 〜３m が設けられている夫々の位置のｘ、ｙ座標を順次代入することにより、各計量セル３1 〜３m が設置されている位置における床Ｆの振動に基づく夫々の振動成分を算出する。次に、各計量セルの計量信号Ｗ1 〜Ｗm から対応する振動成分を除去することにより振動成分の影響が除去された補正済み計量信号を得ることができる。
【０００６】
このように、上記計量装置によると、複数の計量セル３1 〜３m 及び複数のダミーセル４1 〜４n を、図８に示す同一のＸＹ平面内に設置する必要があるが、複数のダミーセル４1 〜４n をこれら複数の計量セル３1 〜３m に近づけて設置する必要がなく、互いに離れた位置に設置することができる。なお、このＸＹ平面は、各計量セルの計量信号から除去しようとしている振動成分の振動方向に対して直角をなす平面をいう。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の計量装置では、複数のダミーセル４1 〜４n 、及び複数の計量セル３1 〜３m を全て同一の平面内に設置する必要があり、従って、これらダミーセル４1 〜４n 及び計量セル３1 〜３m を設置するために広い床面積を必要とするという問題がある。これによってこの計量装置の設置面積において大型化するという問題がある。よって、床面積が狭い場合は、この計量装置を設置することができないことがあり、重要な問題となっている。また、高さの異なる複数の各床面に計量セルを設置して使用する場合には、各床面が同一の振動モードで振動している場合でも計量セルが設置されている各床面ごとにダミーセルを夫々設置する必要があり、これによってダミーセルの台数が多くなるし、コストも嵩むという問題もある。
【０００８】
本発明は、所定方向の床振動に基づく計量誤差を排除する計量装置において、計量用荷重変換手段と補正用荷重変換手段を、その床振動方向に対して互いに離れた位置に設置できる計量装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る計量方法は、物体上に設置されている複数の補正用荷重変換手段が上記物体の振動によって補正信号を出力する段階と、上記物体上において夫々が互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を座標軸としてＸ軸回りの回転運動の加速度Ｂ（ｔ）、Ｙ軸回りの回転運動の加速度Ａ（ｔ）、Ｚ軸方向の直線運動の加速度Ｃ（ｔ）、及びＸ軸回りの回転運動の速度とＹ軸回りの回転運動の速度とに基づいて決まる速度Ｄ（ｔ）を、上記複数の補正信号を使用して求める段階と、これら求めた加速度Ａ（ｔ）、加速度Ｂ（ｔ）、加速度Ｃ（ｔ）及び速度Ｄ（ｔ）からなる上記物体の振動モードに基づいて、被計量物を計量するための計量用荷重変換手段が設置されている上記物体上の位置における上記Ｚ軸方向の振動成分を算出する段階と、上記計量用荷重変換手段の出力する計量信号からその計量用荷重変換手段に対して算出された上記物体の振動に基づく上記Ｚ軸方向の振動成分を除去する段階とを、備え、上記補正用荷重変換手段と上記計量用荷重変換手段を、Ｚ軸方向の振動方向に対して互いに離れた位置に設けているものである。
【００１０】
第１の発明に係る計量方法によると、計量用荷重変換手段が被計量物を計量してその重量に対応した計量信号を出力すると同時に、その計量用荷重変換手段と同一の物体上に設置されている複数の補正用荷重変換手段から出力される補正信号を使用して物体の振動モードＡ（ｔ）、Ｂ（ｔ）、Ｃ（ｔ）、及びＤ（ｔ）を求めて、計量用荷重変換手段が設置されている物体上の位置におけるＺ軸方向の振動成分を算出する。そして、計量用荷重変換手段の出力する計量信号からその計量用荷重変換手段に対して算出された物体の振動に基づくＺ軸方向の振動成分を除去する。即ち、物体の振動モードとしてＡ（ｔ）、Ｂ（ｔ）、Ｃ（ｔ）に加えて、Ｘ軸回りの回転運動の速度とＹ軸回りの回転運動の速度に基づいて決まる速度Ｄ（ｔ）を求めているから、補正用荷重変換手段と計量用荷重変換手段、補正用荷重変換手段どうし、又は計量用荷重変換手段どうしを、Ｚ軸方向の振動方向に対して互いに離れた位置に設けた場合であっても、計量信号を正確に補正することが可能であり、精度の高い計量を行うことができる。しかも、従来と同様に、補正用荷重変換手段と計量用荷重変換手段、補正用荷重変換手段どうし、又は計量用荷重変換手段どうしを、Ｘ軸方向、又はＹ軸方向に対して互いに離れた位置に設けた場合であっても、計量信号を正確に補正することが可能である。
【００１１】
第２の発明に係る計量装置は、物体上に設置され既知の補正用質量に基づく重量を受けてこの重量に対応する補正信号を生成する複数の補正用荷重変換手段と、上記物体上に設置され被計量物の重量を受けてこの重量に対応する計量信号を生成する計量用荷重変換手段と、上記複数の補正用荷重変換手段から生成される上記補正信号の振動成分に基づいて上記物体の振動モードを検出し、この振動モードを使用して上記計量用荷重変換手段が設置されている位置における振動成分を算出する振動算出手段と、上記計量信号から上記振動算出手段により算出された上記振動成分を除去した補正済み計量信号を生成する振動補正手段と、を具備し、上記補正用荷重変換手段と上記計量用荷重変換手段は、上記振動算出手段が算出する振動成分の振動方向及びこの振動成分の振動方向と直交する方向に対して互いに離れた位置に設けられている。さらに、上記振動算出手段は、夫々が互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を座標軸としてＸ軸回りの回転運動の加速度Ｂ（ｔ）、Ｙ軸回りの回転運動の加速度Ａ（ｔ）、Ｚ軸方向の直線運動の加速度Ｃ（ｔ）、及びＸ軸回りの回転運動の速度とＹ軸回りの回転運動の速度に基づいて決まる速度Ｄ（ｔ）を、上記複数の補正信号を使用して求め、これら求めた加速度Ａ（ｔ）、加速度Ｂ（ｔ）、加速度Ｃ（ｔ）及び速度Ｄ（ｔ）を上記物体の振動モードとして、上記計量用荷重変換手段が設置されている上記物体上の位置における上記Ｚ軸方向の振動成分を算出する。
【００１２】
第２の発明に係る計量装置によると、振動算出手段が、複数の補正信号を使用してＸ軸回りの回転運動の加速度Ｂ（ｔ）、Ｙ軸回りの回転運動の加速度Ａ（ｔ）、Ｚ軸方向の直線運動の加速度Ｃ（ｔ）、及びＸ軸回りの回転運動の速度とＹ軸回りの回転運動の速度に基づいて決まる速度Ｄ（ｔ）を求めて、これら求めた加速度Ａ（ｔ）、加速度Ｂ（ｔ）、加速度Ｃ（ｔ）及び速度Ｄ（ｔ）を物体の振動モードとして、計量用荷重変換手段が設置されている物体上の位置におけるＺ軸方向の振動成分を算出することができる。
【００１５】
第３の発明に係る計量装置は、第２の発明の計量装置において、上記補正用質量及び上記計量用荷重変換手段の風袋質量と、上記補正用荷重変換手段及び上記計量用荷重変換手段のばね定数と、に基づいて、上記補正用荷重変換手段と計量用荷重変換手段との間、複数の上記補正用荷重変換手段どうしの間、及び複数の上記計量用荷重変換手段どうしの間のうち、少なくとも上記補正用荷重変換手段と上記計量用荷重変換手段との間の感度比を設定する感度設定手段と、上記計量信号及び上記補正信号のうち少なくとも一方を上記感度比で補正して感度補正済み信号を生成する感度補正手段と、を設けたことを特徴とするものである。
【００１６】
第３の発明によると、感度補正手段が、計量信号及び補正信号のうち少なくとも一方を、感度設定手段により設定した感度比によって補正して感度補正済み信号を生成することができる。これによって、補正用荷重変換手段と計量用荷重変換手段の間、複数の上記補正用荷重変換手段どうしの間、及び複数の上記計量用荷重変換手段どうしの間のうち、少なくとも補正用荷重変換手段と計量用荷重変換手段の間の感度比の違いに基づく計量誤差の発生を防止することができる。
【００１７】
第４の発明に係る計量装置は、第２又は第３の発明の計量装置において、被計量物の質量に応じて、上記補正用荷重変換手段と上記計量用荷重変換手段との間、及び複数の上記計量用荷重変換手段どうしの間のうち、少なくとも上記補正用荷重変換手段と上記計量用荷重変換手段との間の質量感度比を算出する質量感度算出手段と、上記計量信号及び上記補正信号のうち少なくとも一方を上記質量感度比で補正して質量感度補正済み信号を生成する質量感度補正手段と、を設けたことを特徴とするものである。
【００１８】
第４の発明によると、質量感度補正手段が、計量信号及び補正信号のうち少なくとも一方を質量感度算出手段により算出された質量感度比で補正して質量感度補正済み信号を生成する。これによって、補正用荷重変換手段と計量用荷重変換手段の間、及び複数の計量用荷重変換手段どうしの間のうち、少なくとも補正用荷重変換手段と計量用荷重変換手段の間における被計量物の質量による感度の変化に基づく計量誤差の発生を防止することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施形態を各図を参照して説明する。この実施形態は、本発明に係る計量装置を組合せ秤に適用したものであり、図１は、この実施形態に係る組合せ秤の信号処理系の概略構成を示すブロック図である。同図において、１1 〜１m は計量器であり、４1 〜４n は補正用荷重変換手段（以下、「ダミーセル」という。）である。
計量器１1 〜１m は、重量検出部（計量用荷重変換手段であり、以下、「計量セル」という。）３1 〜３m を有している。これら各計量セル３1 〜３m は、図１に示すように、一方の端部が床Ｆに設置されているこの組合せ秤のフレームＦＲに固定され、他方の端部には被計量物Ｘが投入される計量ホッパ２1 〜２m が取り付けられており、各計量ホッパ２1 〜２m に投入された被計量物Ｘの重量を計量して、その重量に応じたアナログ計量信号Ｗ1 〜Ｗm を出力する。
【００２０】
ダミーセル４1 〜４n は、フレームＦＲを介して伝わってくる床Ｆの振動を検出するためのものであり、一方の端部が計量セル３1 〜３m と同等の床振動を受けるように計量セル３1 〜３m が取り付けられている同一のフレームＦＲに固定され、他方の端部には既知質量Ｍ0 の分銅（補正用質量）３３を取り付けて自由端としてある。各ダミーセル４1 〜４n は、床Ｆからの振動を受ける状態で分銅３３の既知質量Ｍ0 に基づく重量を受けてこの重量と対応するアナログ補正信号（ダミー信号）Ｄ1 〜Ｄn を出力する。質量Ｍ0 は、各ダミーセル４1 〜４n の風袋質量を含むものとする。
【００２１】
なお、計量セル３1 〜３m は、床Ｆから所定の同一の高さＨ1 であって、所定の直径Ｄ1 の円周上に沿って設置してある。そして、ダミーセル４1 〜４n-1 は、床Ｆから所定の同一の高さＨ2 （Ｈ2 ＜Ｈ1 ）であって、所定の直径Ｄ2 （Ｄ2 ＜Ｄ1 ）の円周上に沿って設置してあり、４n は、床Ｆから所定の高さＨ3 （Ｈ3 ＜Ｈ2 ）の位置に設置してある。ここで、計量セル３の設置位置とは、計量ホッパ２に投入されている被計量物Ｘの質量ｍと計量セル３の風袋質量Ｍ1 との合成質点をいう。ダミーセル４の設置位置とは、ダミーセル４に設けられている分銅３３の質量Ｍ0 （この質量Ｍ0 は、ダミーセル４の風袋質量を含む質量である。）の質点をいう。ただし、所定の複数の計量セルを使用して１つの被計量物を計量する場合は、これら所定の複数の計量セルによって計量される被計量物の質量ｍ、及びこれら複数の計量セルの風袋質量Ｍ1 、Ｍ1 、・・・・の合成質点をこれら複数の計量セルの設置位置という。
【００２２】
５はマルチプレクサである。マルチプレクサ５は、各計量セル３1 〜３m から出力される計量信号Ｗ1 〜Ｗm が増幅器６1 〜６m で増幅されて入力されると共に、ダミーセル４1 〜４n から出力されるダミー信号Ｄ1 〜Ｄn が、増幅器７1 〜７n で増幅されて入力される。マルチプレクサ５は、後述する中央演算処理装置（ＣＰＵ）９からの切り換え信号ｃにより計量信号Ｗ1 〜Ｗm 及びダミー信号Ｄ1 〜Ｄn を選択的に出力してＡ／Ｄ変換器（アナログ・デジタル変換器）８に供給する。
Ａ／Ｄ変換器８は、マルチプレクサ５から選択的に供給されるアナログ計量信号Ｗ1 〜Ｗm 及びアナログダミー信号Ｄ1 〜Ｄn をデジタル計量信号及びデジタルダミー信号に変換する。
【００２３】
図２は、ＣＰＵ９の内部構造を示すブロック図であり、同図において、１０1 〜１０m 及び１１1 〜１１n は夫々デジタルフィルタ（ローパスフィルタ）である。図１に示すマルチプレクサ５から選択的に出力されてＡ／Ｄ変換器８によってデジタル信号に変換された計量信号Ｗ1 〜Ｗm 及びダミー信号Ｄ1 〜Ｄn は、図２に示す切換回路１２を経て夫々と対応するデジタルフィルタ１０1 〜１０m 、１１1 〜１１n を通過するように構成されており、各デジタルフィルタは、主として被計量物Ｘを計量ホッパ２1 〜２m に投入された際に生じる比較的高周波数の振動成分を除去することができる。
【００２４】
１３は、床振動算出手段である。床振動算出手段１３は、デジタルフィルタ１１1 〜１１n を通過したデジタルダミー信号Ｄ1 〜Ｄn の振動成分に基づいて床Ｆの振動モードを検出して、フレームＦＲの各計量セル３1 〜３m が設置されている位置における上下方向（Ｚ軸方向）の振動成分を算出することができるものである。
【００２５】
１４1 〜１４m は、床振動補正手段である。床振動補正手段１４1 〜１４m は、床振動算出手段１３により算出された各計量セル３1 〜３m が設置されている位置における上下方向の振動信号Ｓ1 〜Ｓm を使用して、デジタルフィルタ１０1 〜１０m を通過してきた対応するデジタル計量信号Ｗ1 〜Ｗm を夫々別個に補正するものである。即ち、各床振動補正手段１４1 〜１４m は、各重量値と対応するデジタル計量信号Ｗ1 〜Ｗm から対応する上下方向の振動信号Ｓ1 〜Ｓm を減算することにより、床振動による影響を除去した振動補正済み計量信号ＢＳ1 〜ＢＳm を出力することができる。このように、低周波数の床振動成分を除去する補正により、フィルタ１０1 〜１０m のカットオフ周波数を高く設定することを可能にして、高速計量を実現することができる。これら各振動補正済み計量信号ＢＳ1 〜ＢＳm は、組合せ演算手段２０に入力する。
【００２６】
組合せ演算手段２０は、補正済み計量信号ＢＳ1 〜ＢＳm のうちから、合計重量値が予め設定されている目標重量値に等しいか若しくは最も近い予め定めた条件を満足する組合せを構成するものを選択し、その選択した補正済み計量信号ＢＳと対応する被計量物Ｘが投入されている計量ホッパ２の排出ゲートを開放するための選択信号ＯＳを出力することができるものである。
【００２７】
上記のように、床Ｆに据え付けられている組合せ秤の同一のフレームＦＲに各計量セル３1 〜３m 、及び各ダミーセル４1 〜４n が設けられている構成において、各ダミーセル４1 〜４n から出力されるダミー信号Ｄ1 〜Ｄn の振動成分に基づいて床Ｆの振動モードを検出して、フレームＦＲにおけるダミーセル４1 〜４n-1 が設置されている水平面（高さＨ2 ）と高さが異なる水平面（高さＨ1 ）に設置されている各計量セル３1 〜３m の各々の設置位置における上下方向（鉛直方向）の振動成分を算出し、その算出した各振動成分を対応する各計量信号Ｗ1 〜Ｗm から減算することによって床振動による影響を除去した補正済み計量信号ＢＳ1 〜ＢＳm を出力することができる。
【００２８】
次に、ダミーセル４1 〜４n の必要な台数と設置位置を説明する。ここで、図１に示すように、床Ｆに対して鉛直方向（重力方向）をＺ軸方向とし、床Ｆと平行する方向をＹ軸方向及びＸ軸方向とし、Ｘ軸方向はＺ軸とＹ軸のなす平面に対して直角をなす方向とする。３台以上の計量セル３1 〜３m が、それらの設置位置をＺ軸方向から見たときのＸＹ平面上の投影位置が同一直線上にないように設置されている上記実施形態のような場合は、少なくとも４台のダミーセル４1 〜４n の設置位置を、Ｚ軸方向から見たときのＸＹ平面上の投影位置が同一直線上にないように、かつ、Ｚ軸座標が夫々異なる２以上の位置に設置する必要がある。そして、１台、２台、又は３台以上の計量セル３1 〜３m が、それらの設置位置をＺ軸方向から見たときのＸＹ平面上の投影位置が同一直線上にあるように設置されている場合は、少なくとも３台のダミーセル４1 〜４n を、その設置位置をＺ軸方向から見たときのＸＹ平面上の投影位置が計量セルの投影位置を通る直線と同一直線上にあるように、かつ、Ｚ軸座標が夫々異なる２以上の位置に設置する必要がある。
【００２９】
次に、上記組合せ秤に設けられているＣＰＵ９が、各計量信号Ｗ1 〜Ｗm から対応する振動成分を除去した補正済み計量信号ＢＳ1 〜ＢＳm を出力する理論について説明する。
上記組合せ秤において使用する計量セル３1 〜３m 及びダミーセル４1 〜４n （以下、「ロードセル」という。）を図３に示す。このタイプのロードセル３（４）は、４箇所のノッチ部３１の夫々の外側表面に張り付けられた歪ゲージ３２によって、ロードセル３（４）の変形状態を歪み量として検出するものである。更に、これら４枚の歪ゲージ３２はホイートストンブリッジを構成しており、ロードセル３（４）が破線で示すようにロバーバル（平行四辺形）状態に変形した場合のみ出力が変化し、それ以外の変形状態では、出力は変化しないようになっている。従って、ロードセル３（４）の固定（フレームＦＲ）側３ａ（４ａ）と荷重（分銅３３）側３ｂ（４ｂ）の相対変位のうち、変形の成分のみが検出されるから、床振動に対して垂直方向成分（Ｚ軸方向成分）のみを考慮すればよいことがわかる。
【００３０】
今、図４に示すように、ＸＹ平面上の点Ｐd （ｘd 、ｙd 、ｚd ）の位置にダミーセル４が固定されているとする。ＸＹ平面の挙動は、Ｘ軸回りの回転θx （ｔ）、Ｙ軸回りの回転θy （ｔ）、及びＸＹ平面に垂直なＺ軸方向の運動ｄz （ｔ）から成る。それ以外の運動は、ここで使用するロードセル３（４）では検出しないので、ここでは論じない。従って、図４に示す点Ｐd （ｘd 、ｙd 、ｚd ）の位置でのダミーセル４の補正信号Ｄ中の床Ｆの振動成分Ｄ（ｔ）は、
【００３１】
【数２】
【００３２】
と表すことができる。ここで、
【００３３】
【数３】
【００３４】
と置くと、（２）式を
【００３５】
【数４】
【００３６】
と書き直すことができる。
ここで、上記のようにダミーセルの台数と設置位置で説明したようにして、例えば４台のダミーセル４1 〜４4 を４箇所Ｐd1（ｘd1、ｙd1、ｚd1）〜Ｐd4（ｘd4、ｙd4、ｚd4）に設置したとすると、各ダミーセル４1 〜４4 のダミー信号Ｄ1 （ｔ）〜Ｄ4 （ｔ）を式（４）に夫々代入して４元１次連立方程式を解くことにより床Ｆの振動モードＡ（ｔ）、Ｂ（ｔ）、Ｃ（ｔ）、Ｄ（ｔ）を求めることができる。なお、実際には、各ダミーセル４1 〜４4 のダミー信号Ｄ1 （ｔ）〜Ｄ4 （ｔ）は、誤差を含んでいるので４台以上のダミーセル４1 〜４n を設けて、最小自乗法等を用いてダミー信号Ｄ1 （ｔ）〜Ｄn （ｔ）、
【００３７】
【数５】
【００３８】
から振動モードＡ（ｔ）、Ｂ（ｔ）、Ｃ（ｔ）、Ｄ（ｔ）を求めるのがよい。本実施形態では４台以上のダミーセル４1 〜４n を設けてある。なお、Ｐd1（ｘd1、ｙd1、ｚd1）〜Ｐdn（ｘdn、ｙdn、ｚdn）は各ダミーセル４1 〜４n が設置されている位置を示す座標である。
一方、図４に示すＸ’Ｙ’平面内のｍ箇所Ｐp1（ｘp1、ｙp1、ｚp1）〜Ｐpm（ｘpm、ｙpm、ｚpm）に設置されている各計量セル３1 〜３m の計量信号Ｗ1 〜Ｗm 中の床Ｆの振動成分Ｓ1 （ｔ）〜Ｓm （ｔ）は、
【００３９】
【数６】
【００４０】
として表され、この式（６）に、式（５）を解いて求めた床Ｆの振動モードＡ（ｔ）、Ｂ（ｔ）、Ｃ（ｔ）、Ｄ（ｔ）を代入して計量信号Ｗ1 〜Ｗm 中の床Ｆの振動成分Ｓ1 （ｔ）〜Ｓm （ｔ）を算出することができる。床振動算出手段１３は、これら床Ｆの振動モードＡ（ｔ）、Ｂ（ｔ）、Ｃ（ｔ）、Ｄ（ｔ）を求めて各計量信号Ｗ1 〜Ｗm と対応する床Ｆの振動成分Ｓ1 （ｔ）〜Ｓm （ｔ）を算出する機能を備えている。そして、床振動補正手段１４1 〜１４m は、各計量信号Ｗ1 〜Ｗm から対応する振動成分Ｓ1 （ｔ）〜Ｓm （ｔ）を減算して補正済み計量信号ＢＳ1 〜ＢＳm を出力する機能を備えている。
【００４１】
図７は、床振動算出手段１３が各振動成分Ｓ1 （ｊ）〜Ｓm （ｊ）を算出して出力する手順を示すフローチャートである。ここで、ＣＰＵ９がデジタル処理を行うのでｔをｊに置き換えている。まず、各ダミーセル４1 〜４n から出力されるダミー信号Ｄ1 （ｊ）〜Ｄn （ｊ）を入力する（ステップ１００）。そして、式（５）から床Ｆの振動モードＡ（ｊ）、Ｂ（ｊ）、Ｃ（ｊ）、Ｄ（ｊ）を求め（ステップ１０２）、次に、振動モードＡ（ｊ）、Ｂ（ｊ）、Ｃ（ｊ）、Ｄ（ｊ）を式（６）に代入すると共に、各計量セル３1 〜３m の設置されている座標Ｐp1（ｘp1、ｙp1、ｚp1）〜Ｐpm（ｘpm、ｙpm、ｚpm）を入力して各計量信号Ｗ1 〜Ｗm と対応する振動成分Ｓ1 （ｊ）〜Ｓm （ｊ）を算出する（ステップ１０４）。そして、これら振動成分Ｓ1 （ｊ）〜Ｓm （ｊ）を対応する各床振動補正手段１４1 〜１４m に出力して終了する（ステップ１０６）。
【００４２】
また、上記実施形態においては、次の機能を付加しておくのが好ましい。カットオフ周波数が比較的高い各デジタルフィルタ１０1 〜１０m と並列させてカットオフ周波数が非常に低く安定時間の長いデジタルフィルタを接続し、各計量セル３が組合せに参加したり組合せに選択された場合は、各デジタルフィルタ１０1 〜１０m を通って処理された計量信号を各床振動補正手段１４1 〜１４m に出力するが、予め設定されている例えば２回以上連続して組合せに選択されなかった計量セル３があった場合は、その計量セル３の出力する計量信号のうちカットオフ周波数が非常に低く安定時間の長いデジタルフィルタを通って処理された計量信号に基づいて被計量物Ｘを正確に計量し、そしてその計量セル３の出力する計量信号をダミー信号として床振動算出手段１３に出力する構成とする。この構成によると、計量セルの出力する計量信号をダミー信号として使用することができるので、ダミーセルの台数を増加することなく、床振動モードＡ（ｊ）、Ｂ（ｊ）、Ｃ（ｊ）、Ｄ（ｊ）を正確に演算することができ、これによって計量信号を精度よく補正することができる。そして、補正の精度を同一とすると、ダミーセルとして使用することができる計量セルの台数分だけダミーセルの台数を少なくすることができ、費用の低減、及び嵩の縮小を図ることができる。
【００４３】
次に、本発明の第２実施形態を図５を参照して説明する。第２実施形態は、第１実施形態と同様に、本発明に係る計量装置を組合せ秤に適用したものであり、第１実施形態と相違するところは、ＣＰＵ３４の構成である。これ以外は、第１実施形態と同等であり、同等部分の詳細な説明を省略する。
【００４４】
図５は、第２実施形態のＣＰＵ３４の構成を示すブロック図である。同図において、図２に示すＣＰＵ９の内部構成と相違する点は、次の２点であり、これ以外は同等であり、同等部分は同一の図面符号で示し、それらの詳細な説明を省略する。まず、第１の相違点は、ダミーセル４1 〜４n に設けられている分銅３３の質量Ｍ0 及び被計量物が投入されていない状態での計量セル３1 〜３m の質量Ｍ1 （風袋質量Ｍ1 ）と、計量セル３1 〜３m 及びダミーセル４1 〜４n のばね定数と、に基づいて、計量セル３1 〜３m とダミーセル４1 〜４n とのセル感度比（請求項４に記載の感度比）を、計量セル３1 〜３m のいずれか１台のセル感度を基準として予め設定するセル感度設定手段１５と、このセル感度設定手段１５で設定されたセル感度比で上記ダミー信号Ｄ1 〜Ｄn を補正してセル感度補正済み信号（請求項４に記載の感度補正済み信号）ＣＳ1 〜ＣＳn を生成するセル感度補正手段１６と、を設けた点である。
【００４５】
第２の相違点は、各計量セル３1 〜３m により計量される被計量物の質量ｍが異なることによる床振動に対す各計量セル３1 〜３m の感度の変化を補正するものである。即ち、被計量物の質量ｍに応じて変化する計量セル３1 〜３m とダミーセル４1 〜４n 間の質量感度比を算出する質量感度算出手段１７と、この質量感度算出手段１７で算出された質量感度比により、いずれか１台の計量セル３を基準として、上記床振動算出手段１３から出力される振動信号Ｓ1 〜Ｓm を補正して、質量感度補正済み信号ＷＳ1 〜ＷＳm を生成し、対応する各床振動補正手段１４1 〜１４m に出力する質量感度補正手段１８と、を設けた点である。
【００４６】
セル感度補正手段１６はセル感度を補正して、ダミー信号Ｄ1 〜Ｄn を計量信号Ｗ1 〜Ｗm のレベルに換算して、この換算信号（セル感度補正済み信号）ＣＳ1 〜ＣＳn を出力する。そして、床振動算出手段１３は、これらセル感度補正済み信号ＣＳ1 〜ＣＳn に基づいて振動モード、及び各計量セル３が設置されている位置における床振動信号Ｓ1 〜Ｓm を算出する。更に、質量感度補正手段１８は、これら各床振動信号Ｓ1 〜Ｓm に対して計量セル３1 〜３m に付加された被計量物の質量ｍに応じた感度補正を行い、質量感度補正済み信号ＷＳ1 〜ＷＳm を出力する。そして、床振動補正手段１４1 〜１４m が計量信号Ｗ1 〜Ｗm から床振動成分であるこれら質量感度補正済み信号ＷＳ1 〜ＷＳm を差し引いて、振動補正済み信号計量ＢＳ1 〜ＢＳm を出力する。
【００４７】
次に、図５に示すＣＰＵ３４による感度補正処理を式を使用して説明する。計量セル３及びダミーセル４は、図６に示す振動モデルで表すことができる。これら計量セル（計量側）３及びダミーセル（床振動検出側）４の運動方程式は、式（７）および式（８）で表すことができる。両式（７）、（８）において、Ｍ0 はダミーセル４の自由端に設けられている分銅３３の質量、Ｍ1 は被計量物が投入されていない状態での計量セル３の自由端の質量（風袋質量）、ｍは被計量物の質量、ｋ0 、ｋ1 はダミーセル４と計量セル３のばね定数、ｘ0 、ｘ1 は両セルの自由端の変位、ｘB は床Ｆの変位である。
【００４８】
【数７】
【００４９】
ここで、床側と荷重側の相対変位が各セルの出力となるので、上式（７）、（８）は、式（９）、（１０）のように変形することができる。
【００５０】
【数８】
【００５１】
上記の両式（９）、（１０）を、床Ｆの変位を系の入力、各セルの出力を系の出力として、その入出力の関係である伝達関数を求め、更に、振幅の周波数特性Ｇ1 （ｊω）及びＧ0 （ｊω）を求めると、式（１１）、（１２）となる。式（１１）、（１２）において、ω1 は計量セル３の固有振動数、ω0 はダミーセル４の固有振動数である。
【００５２】
【数９】
【００５３】
従って、計量セル３側とダミーセル４側の感度の比βは、次の式（１３）となる。
【００５４】
【数１０】
【００５５】
ここで、１≫（ω／ω0 ）2 、１≫（ω／ω1 ）2 、即ち、補正対象とする床Ｆの振動周波数に対して、計量セル３側、ダミーセル４側共に各固有振動数が十分に高い周波数である場合は、式（１４）となる。
【００５６】
【数１１】
【００５７】
この式（１４）において、▲２▼の部分は、ｍ＝０、つまり、被計量物が計量ホッパ２に投入されていない状態での計量セル３とダミーセル４と間のセル感度比を表し、また、▲１▼の部分は、被計量物が投入されることによって計量セル３の感度がどれだけ変化したか、つまり、計量セル３とダミーセル４と間の質量感度比を表している。
【００５８】
計量セル３及びダミーセル４のばね定数ｋ0 、ｋ1 と、ダミーセル４の分銅３３の質量Ｍ0 と、計量セル３の風袋質量Ｍ1 と、を式（１４）の▲２▼に代入してセル感度比を求めておき、次に、図５に示すセル感度設定手段１５でこのセル感度を設定して、セル感度補正手段１６でセル感度の補正を行う。このセル感度の補正は、複数の各計量セル３とダミーセル４との間のセル感度の補正である。他方、質量感度設定手段１７によって、上記式（１４）の▲１▼で示す式で質量感度比を求め、質量感度補正手段１８で質量感度の補正を行う。この質量感度補正は、いずれか１つの計量セル３を基準として複数の各計量セル３とダミーセル４との間の質量感度補正を行うようにしたものであり、これによって、計量セル３どうしの質量感度補正も行うことができる。ただし、複数の各計量セル３に対して夫々別個にダミーセル４との間における質量感度補正を行う構成としてもよい。
【００５９】
なお、図５では、セル感度補正手段１６を、デジタルフィルタ１１1 〜１１n の出力側に接続すると共に、質量感度補正手段１８を床振動算出手段１３の出力側に接続し、計量セル３のいずれか１つを基準としてダミー信号Ｄ1 〜Ｄn の方を感度補正して、計量信号Ｗ1 〜Ｗm のレベルに換算したうえで、床振動補正を行う構成としたが、この構成とする代わりに、セル感度補正手段１６及び質量感度補正手段１８を、計量信号側のデジタルフィルタ１０1 〜１０m の出力側に接続し、ダミーセル４のいずれか１つを基準として計量信号Ｗ1 〜Ｗm の方を感度補正して、ダミー信号Ｄ1 〜Ｄn のレベルに換算したうえで、床振動補正を行う構成としてもよい。ただし、その場合、感度補正された計量信号Ｗ1 〜Ｗm を再度、補正前のレベルに換算するための補正を行う必要がある。
【００６０】
また、図５に示すブロック図において、別個のセル感度補正手段１６を計量信号側のデジタルフィルタ１０1 〜１０m の出力側に接続して計量信号Ｗ1 〜Ｗm 間のセル感度補正を行うと共に、別個のセル感度補正手段１６をダミー信号側のデジタルフィルタ１１1 〜１１n の出力側に接続してダミー信号Ｄ1 〜Ｄn 間のセル感度補正を行う構成としてもよい。
【００６１】
更に、図５に示すブロック図において、別個の質量感度補正手段１８をダミー信号側のデジタルフィルタ１１1 〜１１n の出力側に接続してダミー信号Ｄ1 〜Ｄn 間の質量感度補正を行う構成としてもよい。これにより、各ダミーセル４に設けられている分銅３３の質量Ｍ0 にばらつきがある場合でも、このばらつきによる誤差を補正して計量精度の向上を図ることができる。要するに、セル感度補正手段及び質量感度補正手段は、計量信号とダミー信号のうち少なくとも一方について感度補正を行うものであればよい。
【００６２】
また、上記第１及び第２実施形態では、デジタルフィルタ１０1 〜１０m 、１１1 〜１１n を使用しているから、個々の部品や素子の特性にばらつきが大きいアナログフィルタを使用した場合と比較して、カットオフ特性の誤差が小さくなるので、各デジタルフィルタ１０1 〜１０m 、１１1 〜１１n のカットオフ周波数を高く設定することが可能となり、その結果、より一層応答性が良くなり、計量の高速化を図ることができる。
【００６３】
更に、第２実施形態においては、次の機能を付加しておくのが好ましい。床振動補正後の誤差を少なくする為に、被計量物が計量セル３に付加されたときには質量感度補正を行うが、式（１４）に代入する被計量物の質量ｍこそが最終的に求めたい結果であり、補正する際には確定しない値である。そこで、最初は質量感度補正を行わないで床振動補正を行って被計量物の質量ｍ’を求め、その質量ｍ’を使用して再度質量感度補正を付けた床振動補正を行って被計量物の質量ｍ’を求める。これを複数回繰り返すことにより高い計量精度を得るようにすることができる。
【００６４】
床振動が小さい場合、ＣＰＵ９又は３４による床振動補正を行うことによって却って計量精度が低下する場合がある。そこで、振動検出用のダミーセルが出力するダミー信号の振動成分が一定基準以下であるか否かを判定して、一定基準以下であると判定した場合は、自動的に床振動補正を停止して精度の劣化を防ぐ構成とすることができる。
【００６５】
ただし、上記第１及び第２実施形態では、デジタルフィルタ１０1 〜１０m 、１１1 〜１１n を使用する構成としたが、デジタルフィルタ１０1 〜１０m 、１１1 〜１１n の代わりに、アナログフィルタを使用する構成としてもよく、その場合、図１の仮想線で示す位置にアナログフィルタ１９を接続する。
【００６６】
そして、上記第１及び第２実施形態において、床振動補正手段１４1 〜１４m が出力する振動補正済み計量信号ＢＳ1 〜ＢＳm は、被計量物の重量値であり、これら重量値を組合せ演算手段２０に入力させる構成としたが、これら重量値を重力加速度で除算して質量を求め、これら質量を組合せ演算手段２０に入力させる構成としてもよい。
【００６７】
【発明の効果】
第１の発明に係る計量方法によると、物体の振動モードＡ（ｔ）、Ｂ（ｔ）、Ｃ（ｔ）、及びＤ（ｔ）を求めて、物体上の計量用荷重変換手段が設置されている位置におけるＺ軸方向の振動成分を算出して、計量信号からこの算出した振動成分を除去する構成であるから、補正用荷重変換手段と計量用荷重変換手段を、従来と同様にＸ軸方向、又はＹ軸方向に対して互いに離れた位置に設けた場合であっても、計量信号を正確に補正することが可能である上に、Ｚ軸方向に対して互いに離れた位置に設けた場合であっても、計量信号を正確に補正することが可能である。従って、計量用荷重変換手段に対する補正用荷重変換手段の設置場所の自由度を、従来よりもＺ軸方向の分だけ増大させることができるという効果がある。また、複数の計量用荷重変換手段がＸＹ平面と平行し、Ｚ軸方向に対して互いに離れた複数の各平面に設けられている場合でも、各平面ごとに補正用荷重変換手段を設ける必要がなく、１組の補正用荷重変換手段を使用して各平面に設置されている計量用荷重変換手段の計量信号を補正することができる。これにより、補正用荷重変換手段の台数が従来よりも少なくて済むという効果がある。また、複数の補正用荷重変換手段をＺ軸方向に対して互いに離れた複数の各平面（ＸＹ平面と平行する平面）に設けることができるので、この点でも補正用荷重変換手段の設置場所の自由度を従来よりも増大することができる。
【００６８】
第２の発明に係る計量装置によると、補正用荷重変換手段と計量用荷重変換手段が、振動算出手段の算出する振動成分の振動方向及びこの振動成分の振動方向と直交する方向に対して互いに離れた位置に設けられており、振動算出手段が、複数の補正用荷重変換手段から生成される補正信号の振動成分に基づいて物体の振動モードを検出し、この振動モードを使用して計量用荷重変換手段が設置されている位置における振動成分を算出する構成である。従って、補正用荷重変換手段と計量用荷重変換手段、補正用荷重変換手段どうし、又は計量用荷重変換手段どうしを、振動算出手段の算出する振動成分の振動方向、及びその振動方向に対して直角をなす方向に対して互いに離れた位置に設けた場合であっても、計量信号を正確に補正することが可能である。よって、計量用荷重変換手段及び補正用荷重変換手段の設置場所の自由度を、従来よりも振動算出手段の算出する振動成分の振動方向の分だけ増大させることができるという効果がある。
【００６９】
第３の発明によると、計量信号及び補正信号のうち少なくとも一方を感度設定手段により設定された感度比によって補正して感度補正済み信号を生成する構成としたので、少なくとも補正用荷重変換手段と計量用荷重変換手段の間における物体の振動に対する感度の違いに基づく計量誤差の発生を防止することができ、これによって、被計量物の計量精度の一層の向上を図ることができる。
【００７０】
第４の発明によると、計量信号及び補正信号のうち少なくとも一方を質量感度算出手段により算出された質量感度比で補正して質量感度補正済み信号を生成する構成としたので、少なくとも補正用荷重変換手段と計量用荷重変換手段の間における被計量物の質量による感度の変化に基づく計量誤差の発生を防止することができ、これによって、被計量物の計量精度の一層の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施形態に係る計量装置の信号処理系の概略構成を示すブロック図である。
【図２】同第１実施形態のＣＰＵの内部構成を示すブロック図である。
【図３】同第１実施形態のロードセルのモデルを示す図である。
【図４】同第１実施形態のロードセルの配置を示す図である。
【図５】同発明の第２実施形態のＣＰＵの内部構成を示すブロック図である。
【図６】同第１実施形態の計量セル及びダミーセルの振動モデルを示す図である。
【図７】同第１実施形態の床振動算出手段の処理手順を示すフローチャートである。
【図８】従来のロードセルの配置を示す図である。
【図９】従来の計量装置の信号処理系の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
３、３1 〜３m 計量セル
４、４1 〜４n ダミーセル
９、３４ ＣＰＵ
１３ 床振動算出手段
１４ 床振動補正手段
１５ セル感度設定手段
１６ セル感度補正手段
１７ 質量感度算出手段
１８ 質量感度補正手段
Ｗ1 〜Ｗm 計量信号
Ｄ1 〜Ｄn ダミー信号
ＢＳ1 〜ＢＳm 振動補正済み計量信号
ＣＳ1 〜ＣＳn セル感度補正済み信号
ＷＳ1 〜ＷＳm 重量感度補正済み信号
【発明の属する技術分野】
この発明は、計量用荷重変換手段と補正用荷重変換手段を備える計量装置に関し、詳しくは、例えば船上のように振動する床に設置されても正確な重量又は質量の計量を可能にする計量装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記従来の計量装置として特開平６−３１７４５７号公報に開示されているものがある。その計量装置は、図９に示すように、複数の計量セル３1 〜３m と複数のダミーセル４1 〜４n を備えており、これら計量セル３1 〜３m とダミーセル４1 〜４n は同一のフレームＦＲに同一の所定高さ位置に設けられており、このフレームＦＲは床Ｆに設置されている。そして、これら複数のダミーセル４1 〜４n から出力されるダミー信号Ｄ1 〜Ｄn の振動成分に基づいて床Ｆの振動モードを検出して各計量セル３1 〜３m が設置されている夫々の位置における上下方向の振動を算出し、その算出した振動に基づく計量誤差を各計量セル３1 〜３m から出力される計量信号Ｗ1 〜Ｗm から除去する。これによって、床Ｆの振動に基づく計量誤差を除去した補正済み計量信号を出力することができる。
【０００３】
次に、これを理論的に説明すると、図８に示すように、ＸＹ平面上の点Ｐ（ｘa1、ｙa1、０）の位置に１台のダミーセル４1 が固定されているとする。ＸＹ平面の挙動は、Ｘ軸回りの回転、Ｙ軸回りの回転、及びＸＹ平面に垂直なＺ軸方向の運動から成る。それ以外の運動は、このダミーセルでは検出しないので、ここでは論じない。ここで、Ｘ軸回りの回転運動で生じるＺ軸方向成分の運動をＢ（ｔ）、Ｙ軸回りの回転運動で生じるＺ軸方向成分の運動をＡ（ｔ）、Ｚ軸方向の運動をＣ（ｔ）とすると、点Ｐ（ｘa1、ｙa1、０）の位置でのダミーセル４1 の出力するダミー信号Ｄ1 のうち、床Ｆの振動成分Ｖpa1 （ｔ）は、
【０００４】
【数１】
となる。この式（１）におけるＡ（ｔ）、Ｂ（ｔ）、Ｃ（ｔ）を求めることにより床Ｆの振動モードを求めることができる。これを求めるためには、一直線上にない３点に設置された３台のダミーセル４1 〜４3 によって床Ｆの運動を検出して、この３台のダミーセル４1 〜４3 の出力する各ダミー信号Ｄ1 〜Ｄ3 に基づいて３元１次連立方程式を解けばよい。そして、このようにして求めた振動モードを表すＡ（ｔ）、Ｂ（ｔ）、Ｃ（ｔ）を式（１）に代入し、この式（１）に各計量セル３1 〜３m が設けられている夫々の位置のｘ、ｙ座標を順次代入することにより、各計量セル３1 〜３m が設置されている位置における床Ｆの振動に基づく夫々の振動成分を算出する。次に、各計量セルの計量信号Ｗ1 〜Ｗm から対応する振動成分を除去することにより振動成分の影響が除去された補正済み計量信号を得ることができる。
【０００６】
このように、上記計量装置によると、複数の計量セル３1 〜３m 及び複数のダミーセル４1 〜４n を、図８に示す同一のＸＹ平面内に設置する必要があるが、複数のダミーセル４1 〜４n をこれら複数の計量セル３1 〜３m に近づけて設置する必要がなく、互いに離れた位置に設置することができる。なお、このＸＹ平面は、各計量セルの計量信号から除去しようとしている振動成分の振動方向に対して直角をなす平面をいう。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の計量装置では、複数のダミーセル４1 〜４n 、及び複数の計量セル３1 〜３m を全て同一の平面内に設置する必要があり、従って、これらダミーセル４1 〜４n 及び計量セル３1 〜３m を設置するために広い床面積を必要とするという問題がある。これによってこの計量装置の設置面積において大型化するという問題がある。よって、床面積が狭い場合は、この計量装置を設置することができないことがあり、重要な問題となっている。また、高さの異なる複数の各床面に計量セルを設置して使用する場合には、各床面が同一の振動モードで振動している場合でも計量セルが設置されている各床面ごとにダミーセルを夫々設置する必要があり、これによってダミーセルの台数が多くなるし、コストも嵩むという問題もある。
【０００８】
本発明は、所定方向の床振動に基づく計量誤差を排除する計量装置において、計量用荷重変換手段と補正用荷重変換手段を、その床振動方向に対して互いに離れた位置に設置できる計量装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る計量方法は、物体上に設置されている複数の補正用荷重変換手段が上記物体の振動によって補正信号を出力する段階と、上記物体上において夫々が互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を座標軸としてＸ軸回りの回転運動の加速度Ｂ（ｔ）、Ｙ軸回りの回転運動の加速度Ａ（ｔ）、Ｚ軸方向の直線運動の加速度Ｃ（ｔ）、及びＸ軸回りの回転運動の速度とＹ軸回りの回転運動の速度とに基づいて決まる速度Ｄ（ｔ）を、上記複数の補正信号を使用して求める段階と、これら求めた加速度Ａ（ｔ）、加速度Ｂ（ｔ）、加速度Ｃ（ｔ）及び速度Ｄ（ｔ）からなる上記物体の振動モードに基づいて、被計量物を計量するための計量用荷重変換手段が設置されている上記物体上の位置における上記Ｚ軸方向の振動成分を算出する段階と、上記計量用荷重変換手段の出力する計量信号からその計量用荷重変換手段に対して算出された上記物体の振動に基づく上記Ｚ軸方向の振動成分を除去する段階とを、備え、上記補正用荷重変換手段と上記計量用荷重変換手段を、Ｚ軸方向の振動方向に対して互いに離れた位置に設けているものである。
【００１０】
第１の発明に係る計量方法によると、計量用荷重変換手段が被計量物を計量してその重量に対応した計量信号を出力すると同時に、その計量用荷重変換手段と同一の物体上に設置されている複数の補正用荷重変換手段から出力される補正信号を使用して物体の振動モードＡ（ｔ）、Ｂ（ｔ）、Ｃ（ｔ）、及びＤ（ｔ）を求めて、計量用荷重変換手段が設置されている物体上の位置におけるＺ軸方向の振動成分を算出する。そして、計量用荷重変換手段の出力する計量信号からその計量用荷重変換手段に対して算出された物体の振動に基づくＺ軸方向の振動成分を除去する。即ち、物体の振動モードとしてＡ（ｔ）、Ｂ（ｔ）、Ｃ（ｔ）に加えて、Ｘ軸回りの回転運動の速度とＹ軸回りの回転運動の速度に基づいて決まる速度Ｄ（ｔ）を求めているから、補正用荷重変換手段と計量用荷重変換手段、補正用荷重変換手段どうし、又は計量用荷重変換手段どうしを、Ｚ軸方向の振動方向に対して互いに離れた位置に設けた場合であっても、計量信号を正確に補正することが可能であり、精度の高い計量を行うことができる。しかも、従来と同様に、補正用荷重変換手段と計量用荷重変換手段、補正用荷重変換手段どうし、又は計量用荷重変換手段どうしを、Ｘ軸方向、又はＹ軸方向に対して互いに離れた位置に設けた場合であっても、計量信号を正確に補正することが可能である。
【００１１】
第２の発明に係る計量装置は、物体上に設置され既知の補正用質量に基づく重量を受けてこの重量に対応する補正信号を生成する複数の補正用荷重変換手段と、上記物体上に設置され被計量物の重量を受けてこの重量に対応する計量信号を生成する計量用荷重変換手段と、上記複数の補正用荷重変換手段から生成される上記補正信号の振動成分に基づいて上記物体の振動モードを検出し、この振動モードを使用して上記計量用荷重変換手段が設置されている位置における振動成分を算出する振動算出手段と、上記計量信号から上記振動算出手段により算出された上記振動成分を除去した補正済み計量信号を生成する振動補正手段と、を具備し、上記補正用荷重変換手段と上記計量用荷重変換手段は、上記振動算出手段が算出する振動成分の振動方向及びこの振動成分の振動方向と直交する方向に対して互いに離れた位置に設けられている。さらに、上記振動算出手段は、夫々が互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を座標軸としてＸ軸回りの回転運動の加速度Ｂ（ｔ）、Ｙ軸回りの回転運動の加速度Ａ（ｔ）、Ｚ軸方向の直線運動の加速度Ｃ（ｔ）、及びＸ軸回りの回転運動の速度とＹ軸回りの回転運動の速度に基づいて決まる速度Ｄ（ｔ）を、上記複数の補正信号を使用して求め、これら求めた加速度Ａ（ｔ）、加速度Ｂ（ｔ）、加速度Ｃ（ｔ）及び速度Ｄ（ｔ）を上記物体の振動モードとして、上記計量用荷重変換手段が設置されている上記物体上の位置における上記Ｚ軸方向の振動成分を算出する。
【００１２】
第２の発明に係る計量装置によると、振動算出手段が、複数の補正信号を使用してＸ軸回りの回転運動の加速度Ｂ（ｔ）、Ｙ軸回りの回転運動の加速度Ａ（ｔ）、Ｚ軸方向の直線運動の加速度Ｃ（ｔ）、及びＸ軸回りの回転運動の速度とＹ軸回りの回転運動の速度に基づいて決まる速度Ｄ（ｔ）を求めて、これら求めた加速度Ａ（ｔ）、加速度Ｂ（ｔ）、加速度Ｃ（ｔ）及び速度Ｄ（ｔ）を物体の振動モードとして、計量用荷重変換手段が設置されている物体上の位置におけるＺ軸方向の振動成分を算出することができる。
【００１５】
第３の発明に係る計量装置は、第２の発明の計量装置において、上記補正用質量及び上記計量用荷重変換手段の風袋質量と、上記補正用荷重変換手段及び上記計量用荷重変換手段のばね定数と、に基づいて、上記補正用荷重変換手段と計量用荷重変換手段との間、複数の上記補正用荷重変換手段どうしの間、及び複数の上記計量用荷重変換手段どうしの間のうち、少なくとも上記補正用荷重変換手段と上記計量用荷重変換手段との間の感度比を設定する感度設定手段と、上記計量信号及び上記補正信号のうち少なくとも一方を上記感度比で補正して感度補正済み信号を生成する感度補正手段と、を設けたことを特徴とするものである。
【００１６】
第３の発明によると、感度補正手段が、計量信号及び補正信号のうち少なくとも一方を、感度設定手段により設定した感度比によって補正して感度補正済み信号を生成することができる。これによって、補正用荷重変換手段と計量用荷重変換手段の間、複数の上記補正用荷重変換手段どうしの間、及び複数の上記計量用荷重変換手段どうしの間のうち、少なくとも補正用荷重変換手段と計量用荷重変換手段の間の感度比の違いに基づく計量誤差の発生を防止することができる。
【００１７】
第４の発明に係る計量装置は、第２又は第３の発明の計量装置において、被計量物の質量に応じて、上記補正用荷重変換手段と上記計量用荷重変換手段との間、及び複数の上記計量用荷重変換手段どうしの間のうち、少なくとも上記補正用荷重変換手段と上記計量用荷重変換手段との間の質量感度比を算出する質量感度算出手段と、上記計量信号及び上記補正信号のうち少なくとも一方を上記質量感度比で補正して質量感度補正済み信号を生成する質量感度補正手段と、を設けたことを特徴とするものである。
【００１８】
第４の発明によると、質量感度補正手段が、計量信号及び補正信号のうち少なくとも一方を質量感度算出手段により算出された質量感度比で補正して質量感度補正済み信号を生成する。これによって、補正用荷重変換手段と計量用荷重変換手段の間、及び複数の計量用荷重変換手段どうしの間のうち、少なくとも補正用荷重変換手段と計量用荷重変換手段の間における被計量物の質量による感度の変化に基づく計量誤差の発生を防止することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施形態を各図を参照して説明する。この実施形態は、本発明に係る計量装置を組合せ秤に適用したものであり、図１は、この実施形態に係る組合せ秤の信号処理系の概略構成を示すブロック図である。同図において、１1 〜１m は計量器であり、４1 〜４n は補正用荷重変換手段（以下、「ダミーセル」という。）である。
計量器１1 〜１m は、重量検出部（計量用荷重変換手段であり、以下、「計量セル」という。）３1 〜３m を有している。これら各計量セル３1 〜３m は、図１に示すように、一方の端部が床Ｆに設置されているこの組合せ秤のフレームＦＲに固定され、他方の端部には被計量物Ｘが投入される計量ホッパ２1 〜２m が取り付けられており、各計量ホッパ２1 〜２m に投入された被計量物Ｘの重量を計量して、その重量に応じたアナログ計量信号Ｗ1 〜Ｗm を出力する。
【００２０】
ダミーセル４1 〜４n は、フレームＦＲを介して伝わってくる床Ｆの振動を検出するためのものであり、一方の端部が計量セル３1 〜３m と同等の床振動を受けるように計量セル３1 〜３m が取り付けられている同一のフレームＦＲに固定され、他方の端部には既知質量Ｍ0 の分銅（補正用質量）３３を取り付けて自由端としてある。各ダミーセル４1 〜４n は、床Ｆからの振動を受ける状態で分銅３３の既知質量Ｍ0 に基づく重量を受けてこの重量と対応するアナログ補正信号（ダミー信号）Ｄ1 〜Ｄn を出力する。質量Ｍ0 は、各ダミーセル４1 〜４n の風袋質量を含むものとする。
【００２１】
なお、計量セル３1 〜３m は、床Ｆから所定の同一の高さＨ1 であって、所定の直径Ｄ1 の円周上に沿って設置してある。そして、ダミーセル４1 〜４n-1 は、床Ｆから所定の同一の高さＨ2 （Ｈ2 ＜Ｈ1 ）であって、所定の直径Ｄ2 （Ｄ2 ＜Ｄ1 ）の円周上に沿って設置してあり、４n は、床Ｆから所定の高さＨ3 （Ｈ3 ＜Ｈ2 ）の位置に設置してある。ここで、計量セル３の設置位置とは、計量ホッパ２に投入されている被計量物Ｘの質量ｍと計量セル３の風袋質量Ｍ1 との合成質点をいう。ダミーセル４の設置位置とは、ダミーセル４に設けられている分銅３３の質量Ｍ0 （この質量Ｍ0 は、ダミーセル４の風袋質量を含む質量である。）の質点をいう。ただし、所定の複数の計量セルを使用して１つの被計量物を計量する場合は、これら所定の複数の計量セルによって計量される被計量物の質量ｍ、及びこれら複数の計量セルの風袋質量Ｍ1 、Ｍ1 、・・・・の合成質点をこれら複数の計量セルの設置位置という。
【００２２】
５はマルチプレクサである。マルチプレクサ５は、各計量セル３1 〜３m から出力される計量信号Ｗ1 〜Ｗm が増幅器６1 〜６m で増幅されて入力されると共に、ダミーセル４1 〜４n から出力されるダミー信号Ｄ1 〜Ｄn が、増幅器７1 〜７n で増幅されて入力される。マルチプレクサ５は、後述する中央演算処理装置（ＣＰＵ）９からの切り換え信号ｃにより計量信号Ｗ1 〜Ｗm 及びダミー信号Ｄ1 〜Ｄn を選択的に出力してＡ／Ｄ変換器（アナログ・デジタル変換器）８に供給する。
Ａ／Ｄ変換器８は、マルチプレクサ５から選択的に供給されるアナログ計量信号Ｗ1 〜Ｗm 及びアナログダミー信号Ｄ1 〜Ｄn をデジタル計量信号及びデジタルダミー信号に変換する。
【００２３】
図２は、ＣＰＵ９の内部構造を示すブロック図であり、同図において、１０1 〜１０m 及び１１1 〜１１n は夫々デジタルフィルタ（ローパスフィルタ）である。図１に示すマルチプレクサ５から選択的に出力されてＡ／Ｄ変換器８によってデジタル信号に変換された計量信号Ｗ1 〜Ｗm 及びダミー信号Ｄ1 〜Ｄn は、図２に示す切換回路１２を経て夫々と対応するデジタルフィルタ１０1 〜１０m 、１１1 〜１１n を通過するように構成されており、各デジタルフィルタは、主として被計量物Ｘを計量ホッパ２1 〜２m に投入された際に生じる比較的高周波数の振動成分を除去することができる。
【００２４】
１３は、床振動算出手段である。床振動算出手段１３は、デジタルフィルタ１１1 〜１１n を通過したデジタルダミー信号Ｄ1 〜Ｄn の振動成分に基づいて床Ｆの振動モードを検出して、フレームＦＲの各計量セル３1 〜３m が設置されている位置における上下方向（Ｚ軸方向）の振動成分を算出することができるものである。
【００２５】
１４1 〜１４m は、床振動補正手段である。床振動補正手段１４1 〜１４m は、床振動算出手段１３により算出された各計量セル３1 〜３m が設置されている位置における上下方向の振動信号Ｓ1 〜Ｓm を使用して、デジタルフィルタ１０1 〜１０m を通過してきた対応するデジタル計量信号Ｗ1 〜Ｗm を夫々別個に補正するものである。即ち、各床振動補正手段１４1 〜１４m は、各重量値と対応するデジタル計量信号Ｗ1 〜Ｗm から対応する上下方向の振動信号Ｓ1 〜Ｓm を減算することにより、床振動による影響を除去した振動補正済み計量信号ＢＳ1 〜ＢＳm を出力することができる。このように、低周波数の床振動成分を除去する補正により、フィルタ１０1 〜１０m のカットオフ周波数を高く設定することを可能にして、高速計量を実現することができる。これら各振動補正済み計量信号ＢＳ1 〜ＢＳm は、組合せ演算手段２０に入力する。
【００２６】
組合せ演算手段２０は、補正済み計量信号ＢＳ1 〜ＢＳm のうちから、合計重量値が予め設定されている目標重量値に等しいか若しくは最も近い予め定めた条件を満足する組合せを構成するものを選択し、その選択した補正済み計量信号ＢＳと対応する被計量物Ｘが投入されている計量ホッパ２の排出ゲートを開放するための選択信号ＯＳを出力することができるものである。
【００２７】
上記のように、床Ｆに据え付けられている組合せ秤の同一のフレームＦＲに各計量セル３1 〜３m 、及び各ダミーセル４1 〜４n が設けられている構成において、各ダミーセル４1 〜４n から出力されるダミー信号Ｄ1 〜Ｄn の振動成分に基づいて床Ｆの振動モードを検出して、フレームＦＲにおけるダミーセル４1 〜４n-1 が設置されている水平面（高さＨ2 ）と高さが異なる水平面（高さＨ1 ）に設置されている各計量セル３1 〜３m の各々の設置位置における上下方向（鉛直方向）の振動成分を算出し、その算出した各振動成分を対応する各計量信号Ｗ1 〜Ｗm から減算することによって床振動による影響を除去した補正済み計量信号ＢＳ1 〜ＢＳm を出力することができる。
【００２８】
次に、ダミーセル４1 〜４n の必要な台数と設置位置を説明する。ここで、図１に示すように、床Ｆに対して鉛直方向（重力方向）をＺ軸方向とし、床Ｆと平行する方向をＹ軸方向及びＸ軸方向とし、Ｘ軸方向はＺ軸とＹ軸のなす平面に対して直角をなす方向とする。３台以上の計量セル３1 〜３m が、それらの設置位置をＺ軸方向から見たときのＸＹ平面上の投影位置が同一直線上にないように設置されている上記実施形態のような場合は、少なくとも４台のダミーセル４1 〜４n の設置位置を、Ｚ軸方向から見たときのＸＹ平面上の投影位置が同一直線上にないように、かつ、Ｚ軸座標が夫々異なる２以上の位置に設置する必要がある。そして、１台、２台、又は３台以上の計量セル３1 〜３m が、それらの設置位置をＺ軸方向から見たときのＸＹ平面上の投影位置が同一直線上にあるように設置されている場合は、少なくとも３台のダミーセル４1 〜４n を、その設置位置をＺ軸方向から見たときのＸＹ平面上の投影位置が計量セルの投影位置を通る直線と同一直線上にあるように、かつ、Ｚ軸座標が夫々異なる２以上の位置に設置する必要がある。
【００２９】
次に、上記組合せ秤に設けられているＣＰＵ９が、各計量信号Ｗ1 〜Ｗm から対応する振動成分を除去した補正済み計量信号ＢＳ1 〜ＢＳm を出力する理論について説明する。
上記組合せ秤において使用する計量セル３1 〜３m 及びダミーセル４1 〜４n （以下、「ロードセル」という。）を図３に示す。このタイプのロードセル３（４）は、４箇所のノッチ部３１の夫々の外側表面に張り付けられた歪ゲージ３２によって、ロードセル３（４）の変形状態を歪み量として検出するものである。更に、これら４枚の歪ゲージ３２はホイートストンブリッジを構成しており、ロードセル３（４）が破線で示すようにロバーバル（平行四辺形）状態に変形した場合のみ出力が変化し、それ以外の変形状態では、出力は変化しないようになっている。従って、ロードセル３（４）の固定（フレームＦＲ）側３ａ（４ａ）と荷重（分銅３３）側３ｂ（４ｂ）の相対変位のうち、変形の成分のみが検出されるから、床振動に対して垂直方向成分（Ｚ軸方向成分）のみを考慮すればよいことがわかる。
【００３０】
今、図４に示すように、ＸＹ平面上の点Ｐd （ｘd 、ｙd 、ｚd ）の位置にダミーセル４が固定されているとする。ＸＹ平面の挙動は、Ｘ軸回りの回転θx （ｔ）、Ｙ軸回りの回転θy （ｔ）、及びＸＹ平面に垂直なＺ軸方向の運動ｄz （ｔ）から成る。それ以外の運動は、ここで使用するロードセル３（４）では検出しないので、ここでは論じない。従って、図４に示す点Ｐd （ｘd 、ｙd 、ｚd ）の位置でのダミーセル４の補正信号Ｄ中の床Ｆの振動成分Ｄ（ｔ）は、
【００３１】
【数２】
と表すことができる。ここで、
【００３３】
【数３】
と置くと、（２）式を
【００３５】
【数４】
と書き直すことができる。
ここで、上記のようにダミーセルの台数と設置位置で説明したようにして、例えば４台のダミーセル４1 〜４4 を４箇所Ｐd1（ｘd1、ｙd1、ｚd1）〜Ｐd4（ｘd4、ｙd4、ｚd4）に設置したとすると、各ダミーセル４1 〜４4 のダミー信号Ｄ1 （ｔ）〜Ｄ4 （ｔ）を式（４）に夫々代入して４元１次連立方程式を解くことにより床Ｆの振動モードＡ（ｔ）、Ｂ（ｔ）、Ｃ（ｔ）、Ｄ（ｔ）を求めることができる。なお、実際には、各ダミーセル４1 〜４4 のダミー信号Ｄ1 （ｔ）〜Ｄ4 （ｔ）は、誤差を含んでいるので４台以上のダミーセル４1 〜４n を設けて、最小自乗法等を用いてダミー信号Ｄ1 （ｔ）〜Ｄn （ｔ）、
【００３７】
【数５】
から振動モードＡ（ｔ）、Ｂ（ｔ）、Ｃ（ｔ）、Ｄ（ｔ）を求めるのがよい。本実施形態では４台以上のダミーセル４1 〜４n を設けてある。なお、Ｐd1（ｘd1、ｙd1、ｚd1）〜Ｐdn（ｘdn、ｙdn、ｚdn）は各ダミーセル４1 〜４n が設置されている位置を示す座標である。
一方、図４に示すＸ’Ｙ’平面内のｍ箇所Ｐp1（ｘp1、ｙp1、ｚp1）〜Ｐpm（ｘpm、ｙpm、ｚpm）に設置されている各計量セル３1 〜３m の計量信号Ｗ1 〜Ｗm 中の床Ｆの振動成分Ｓ1 （ｔ）〜Ｓm （ｔ）は、
【００３９】
【数６】
として表され、この式（６）に、式（５）を解いて求めた床Ｆの振動モードＡ（ｔ）、Ｂ（ｔ）、Ｃ（ｔ）、Ｄ（ｔ）を代入して計量信号Ｗ1 〜Ｗm 中の床Ｆの振動成分Ｓ1 （ｔ）〜Ｓm （ｔ）を算出することができる。床振動算出手段１３は、これら床Ｆの振動モードＡ（ｔ）、Ｂ（ｔ）、Ｃ（ｔ）、Ｄ（ｔ）を求めて各計量信号Ｗ1 〜Ｗm と対応する床Ｆの振動成分Ｓ1 （ｔ）〜Ｓm （ｔ）を算出する機能を備えている。そして、床振動補正手段１４1 〜１４m は、各計量信号Ｗ1 〜Ｗm から対応する振動成分Ｓ1 （ｔ）〜Ｓm （ｔ）を減算して補正済み計量信号ＢＳ1 〜ＢＳm を出力する機能を備えている。
【００４１】
図７は、床振動算出手段１３が各振動成分Ｓ1 （ｊ）〜Ｓm （ｊ）を算出して出力する手順を示すフローチャートである。ここで、ＣＰＵ９がデジタル処理を行うのでｔをｊに置き換えている。まず、各ダミーセル４1 〜４n から出力されるダミー信号Ｄ1 （ｊ）〜Ｄn （ｊ）を入力する（ステップ１００）。そして、式（５）から床Ｆの振動モードＡ（ｊ）、Ｂ（ｊ）、Ｃ（ｊ）、Ｄ（ｊ）を求め（ステップ１０２）、次に、振動モードＡ（ｊ）、Ｂ（ｊ）、Ｃ（ｊ）、Ｄ（ｊ）を式（６）に代入すると共に、各計量セル３1 〜３m の設置されている座標Ｐp1（ｘp1、ｙp1、ｚp1）〜Ｐpm（ｘpm、ｙpm、ｚpm）を入力して各計量信号Ｗ1 〜Ｗm と対応する振動成分Ｓ1 （ｊ）〜Ｓm （ｊ）を算出する（ステップ１０４）。そして、これら振動成分Ｓ1 （ｊ）〜Ｓm （ｊ）を対応する各床振動補正手段１４1 〜１４m に出力して終了する（ステップ１０６）。
【００４２】
また、上記実施形態においては、次の機能を付加しておくのが好ましい。カットオフ周波数が比較的高い各デジタルフィルタ１０1 〜１０m と並列させてカットオフ周波数が非常に低く安定時間の長いデジタルフィルタを接続し、各計量セル３が組合せに参加したり組合せに選択された場合は、各デジタルフィルタ１０1 〜１０m を通って処理された計量信号を各床振動補正手段１４1 〜１４m に出力するが、予め設定されている例えば２回以上連続して組合せに選択されなかった計量セル３があった場合は、その計量セル３の出力する計量信号のうちカットオフ周波数が非常に低く安定時間の長いデジタルフィルタを通って処理された計量信号に基づいて被計量物Ｘを正確に計量し、そしてその計量セル３の出力する計量信号をダミー信号として床振動算出手段１３に出力する構成とする。この構成によると、計量セルの出力する計量信号をダミー信号として使用することができるので、ダミーセルの台数を増加することなく、床振動モードＡ（ｊ）、Ｂ（ｊ）、Ｃ（ｊ）、Ｄ（ｊ）を正確に演算することができ、これによって計量信号を精度よく補正することができる。そして、補正の精度を同一とすると、ダミーセルとして使用することができる計量セルの台数分だけダミーセルの台数を少なくすることができ、費用の低減、及び嵩の縮小を図ることができる。
【００４３】
次に、本発明の第２実施形態を図５を参照して説明する。第２実施形態は、第１実施形態と同様に、本発明に係る計量装置を組合せ秤に適用したものであり、第１実施形態と相違するところは、ＣＰＵ３４の構成である。これ以外は、第１実施形態と同等であり、同等部分の詳細な説明を省略する。
【００４４】
図５は、第２実施形態のＣＰＵ３４の構成を示すブロック図である。同図において、図２に示すＣＰＵ９の内部構成と相違する点は、次の２点であり、これ以外は同等であり、同等部分は同一の図面符号で示し、それらの詳細な説明を省略する。まず、第１の相違点は、ダミーセル４1 〜４n に設けられている分銅３３の質量Ｍ0 及び被計量物が投入されていない状態での計量セル３1 〜３m の質量Ｍ1 （風袋質量Ｍ1 ）と、計量セル３1 〜３m 及びダミーセル４1 〜４n のばね定数と、に基づいて、計量セル３1 〜３m とダミーセル４1 〜４n とのセル感度比（請求項４に記載の感度比）を、計量セル３1 〜３m のいずれか１台のセル感度を基準として予め設定するセル感度設定手段１５と、このセル感度設定手段１５で設定されたセル感度比で上記ダミー信号Ｄ1 〜Ｄn を補正してセル感度補正済み信号（請求項４に記載の感度補正済み信号）ＣＳ1 〜ＣＳn を生成するセル感度補正手段１６と、を設けた点である。
【００４５】
第２の相違点は、各計量セル３1 〜３m により計量される被計量物の質量ｍが異なることによる床振動に対す各計量セル３1 〜３m の感度の変化を補正するものである。即ち、被計量物の質量ｍに応じて変化する計量セル３1 〜３m とダミーセル４1 〜４n 間の質量感度比を算出する質量感度算出手段１７と、この質量感度算出手段１７で算出された質量感度比により、いずれか１台の計量セル３を基準として、上記床振動算出手段１３から出力される振動信号Ｓ1 〜Ｓm を補正して、質量感度補正済み信号ＷＳ1 〜ＷＳm を生成し、対応する各床振動補正手段１４1 〜１４m に出力する質量感度補正手段１８と、を設けた点である。
【００４６】
セル感度補正手段１６はセル感度を補正して、ダミー信号Ｄ1 〜Ｄn を計量信号Ｗ1 〜Ｗm のレベルに換算して、この換算信号（セル感度補正済み信号）ＣＳ1 〜ＣＳn を出力する。そして、床振動算出手段１３は、これらセル感度補正済み信号ＣＳ1 〜ＣＳn に基づいて振動モード、及び各計量セル３が設置されている位置における床振動信号Ｓ1 〜Ｓm を算出する。更に、質量感度補正手段１８は、これら各床振動信号Ｓ1 〜Ｓm に対して計量セル３1 〜３m に付加された被計量物の質量ｍに応じた感度補正を行い、質量感度補正済み信号ＷＳ1 〜ＷＳm を出力する。そして、床振動補正手段１４1 〜１４m が計量信号Ｗ1 〜Ｗm から床振動成分であるこれら質量感度補正済み信号ＷＳ1 〜ＷＳm を差し引いて、振動補正済み信号計量ＢＳ1 〜ＢＳm を出力する。
【００４７】
次に、図５に示すＣＰＵ３４による感度補正処理を式を使用して説明する。計量セル３及びダミーセル４は、図６に示す振動モデルで表すことができる。これら計量セル（計量側）３及びダミーセル（床振動検出側）４の運動方程式は、式（７）および式（８）で表すことができる。両式（７）、（８）において、Ｍ0 はダミーセル４の自由端に設けられている分銅３３の質量、Ｍ1 は被計量物が投入されていない状態での計量セル３の自由端の質量（風袋質量）、ｍは被計量物の質量、ｋ0 、ｋ1 はダミーセル４と計量セル３のばね定数、ｘ0 、ｘ1 は両セルの自由端の変位、ｘB は床Ｆの変位である。
【００４８】
【数７】
ここで、床側と荷重側の相対変位が各セルの出力となるので、上式（７）、（８）は、式（９）、（１０）のように変形することができる。
【００５０】
【数８】
上記の両式（９）、（１０）を、床Ｆの変位を系の入力、各セルの出力を系の出力として、その入出力の関係である伝達関数を求め、更に、振幅の周波数特性Ｇ1 （ｊω）及びＧ0 （ｊω）を求めると、式（１１）、（１２）となる。式（１１）、（１２）において、ω1 は計量セル３の固有振動数、ω0 はダミーセル４の固有振動数である。
【００５２】
【数９】
従って、計量セル３側とダミーセル４側の感度の比βは、次の式（１３）となる。
【００５４】
【数１０】
ここで、１≫（ω／ω0 ）2 、１≫（ω／ω1 ）2 、即ち、補正対象とする床Ｆの振動周波数に対して、計量セル３側、ダミーセル４側共に各固有振動数が十分に高い周波数である場合は、式（１４）となる。
【００５６】
【数１１】
この式（１４）において、▲２▼の部分は、ｍ＝０、つまり、被計量物が計量ホッパ２に投入されていない状態での計量セル３とダミーセル４と間のセル感度比を表し、また、▲１▼の部分は、被計量物が投入されることによって計量セル３の感度がどれだけ変化したか、つまり、計量セル３とダミーセル４と間の質量感度比を表している。
【００５８】
計量セル３及びダミーセル４のばね定数ｋ0 、ｋ1 と、ダミーセル４の分銅３３の質量Ｍ0 と、計量セル３の風袋質量Ｍ1 と、を式（１４）の▲２▼に代入してセル感度比を求めておき、次に、図５に示すセル感度設定手段１５でこのセル感度を設定して、セル感度補正手段１６でセル感度の補正を行う。このセル感度の補正は、複数の各計量セル３とダミーセル４との間のセル感度の補正である。他方、質量感度設定手段１７によって、上記式（１４）の▲１▼で示す式で質量感度比を求め、質量感度補正手段１８で質量感度の補正を行う。この質量感度補正は、いずれか１つの計量セル３を基準として複数の各計量セル３とダミーセル４との間の質量感度補正を行うようにしたものであり、これによって、計量セル３どうしの質量感度補正も行うことができる。ただし、複数の各計量セル３に対して夫々別個にダミーセル４との間における質量感度補正を行う構成としてもよい。
【００５９】
なお、図５では、セル感度補正手段１６を、デジタルフィルタ１１1 〜１１n の出力側に接続すると共に、質量感度補正手段１８を床振動算出手段１３の出力側に接続し、計量セル３のいずれか１つを基準としてダミー信号Ｄ1 〜Ｄn の方を感度補正して、計量信号Ｗ1 〜Ｗm のレベルに換算したうえで、床振動補正を行う構成としたが、この構成とする代わりに、セル感度補正手段１６及び質量感度補正手段１８を、計量信号側のデジタルフィルタ１０1 〜１０m の出力側に接続し、ダミーセル４のいずれか１つを基準として計量信号Ｗ1 〜Ｗm の方を感度補正して、ダミー信号Ｄ1 〜Ｄn のレベルに換算したうえで、床振動補正を行う構成としてもよい。ただし、その場合、感度補正された計量信号Ｗ1 〜Ｗm を再度、補正前のレベルに換算するための補正を行う必要がある。
【００６０】
また、図５に示すブロック図において、別個のセル感度補正手段１６を計量信号側のデジタルフィルタ１０1 〜１０m の出力側に接続して計量信号Ｗ1 〜Ｗm 間のセル感度補正を行うと共に、別個のセル感度補正手段１６をダミー信号側のデジタルフィルタ１１1 〜１１n の出力側に接続してダミー信号Ｄ1 〜Ｄn 間のセル感度補正を行う構成としてもよい。
【００６１】
更に、図５に示すブロック図において、別個の質量感度補正手段１８をダミー信号側のデジタルフィルタ１１1 〜１１n の出力側に接続してダミー信号Ｄ1 〜Ｄn 間の質量感度補正を行う構成としてもよい。これにより、各ダミーセル４に設けられている分銅３３の質量Ｍ0 にばらつきがある場合でも、このばらつきによる誤差を補正して計量精度の向上を図ることができる。要するに、セル感度補正手段及び質量感度補正手段は、計量信号とダミー信号のうち少なくとも一方について感度補正を行うものであればよい。
【００６２】
また、上記第１及び第２実施形態では、デジタルフィルタ１０1 〜１０m 、１１1 〜１１n を使用しているから、個々の部品や素子の特性にばらつきが大きいアナログフィルタを使用した場合と比較して、カットオフ特性の誤差が小さくなるので、各デジタルフィルタ１０1 〜１０m 、１１1 〜１１n のカットオフ周波数を高く設定することが可能となり、その結果、より一層応答性が良くなり、計量の高速化を図ることができる。
【００６３】
更に、第２実施形態においては、次の機能を付加しておくのが好ましい。床振動補正後の誤差を少なくする為に、被計量物が計量セル３に付加されたときには質量感度補正を行うが、式（１４）に代入する被計量物の質量ｍこそが最終的に求めたい結果であり、補正する際には確定しない値である。そこで、最初は質量感度補正を行わないで床振動補正を行って被計量物の質量ｍ’を求め、その質量ｍ’を使用して再度質量感度補正を付けた床振動補正を行って被計量物の質量ｍ’を求める。これを複数回繰り返すことにより高い計量精度を得るようにすることができる。
【００６４】
床振動が小さい場合、ＣＰＵ９又は３４による床振動補正を行うことによって却って計量精度が低下する場合がある。そこで、振動検出用のダミーセルが出力するダミー信号の振動成分が一定基準以下であるか否かを判定して、一定基準以下であると判定した場合は、自動的に床振動補正を停止して精度の劣化を防ぐ構成とすることができる。
【００６５】
ただし、上記第１及び第２実施形態では、デジタルフィルタ１０1 〜１０m 、１１1 〜１１n を使用する構成としたが、デジタルフィルタ１０1 〜１０m 、１１1 〜１１n の代わりに、アナログフィルタを使用する構成としてもよく、その場合、図１の仮想線で示す位置にアナログフィルタ１９を接続する。
【００６６】
そして、上記第１及び第２実施形態において、床振動補正手段１４1 〜１４m が出力する振動補正済み計量信号ＢＳ1 〜ＢＳm は、被計量物の重量値であり、これら重量値を組合せ演算手段２０に入力させる構成としたが、これら重量値を重力加速度で除算して質量を求め、これら質量を組合せ演算手段２０に入力させる構成としてもよい。
【００６７】
【発明の効果】
第１の発明に係る計量方法によると、物体の振動モードＡ（ｔ）、Ｂ（ｔ）、Ｃ（ｔ）、及びＤ（ｔ）を求めて、物体上の計量用荷重変換手段が設置されている位置におけるＺ軸方向の振動成分を算出して、計量信号からこの算出した振動成分を除去する構成であるから、補正用荷重変換手段と計量用荷重変換手段を、従来と同様にＸ軸方向、又はＹ軸方向に対して互いに離れた位置に設けた場合であっても、計量信号を正確に補正することが可能である上に、Ｚ軸方向に対して互いに離れた位置に設けた場合であっても、計量信号を正確に補正することが可能である。従って、計量用荷重変換手段に対する補正用荷重変換手段の設置場所の自由度を、従来よりもＺ軸方向の分だけ増大させることができるという効果がある。また、複数の計量用荷重変換手段がＸＹ平面と平行し、Ｚ軸方向に対して互いに離れた複数の各平面に設けられている場合でも、各平面ごとに補正用荷重変換手段を設ける必要がなく、１組の補正用荷重変換手段を使用して各平面に設置されている計量用荷重変換手段の計量信号を補正することができる。これにより、補正用荷重変換手段の台数が従来よりも少なくて済むという効果がある。また、複数の補正用荷重変換手段をＺ軸方向に対して互いに離れた複数の各平面（ＸＹ平面と平行する平面）に設けることができるので、この点でも補正用荷重変換手段の設置場所の自由度を従来よりも増大することができる。
【００６８】
第２の発明に係る計量装置によると、補正用荷重変換手段と計量用荷重変換手段が、振動算出手段の算出する振動成分の振動方向及びこの振動成分の振動方向と直交する方向に対して互いに離れた位置に設けられており、振動算出手段が、複数の補正用荷重変換手段から生成される補正信号の振動成分に基づいて物体の振動モードを検出し、この振動モードを使用して計量用荷重変換手段が設置されている位置における振動成分を算出する構成である。従って、補正用荷重変換手段と計量用荷重変換手段、補正用荷重変換手段どうし、又は計量用荷重変換手段どうしを、振動算出手段の算出する振動成分の振動方向、及びその振動方向に対して直角をなす方向に対して互いに離れた位置に設けた場合であっても、計量信号を正確に補正することが可能である。よって、計量用荷重変換手段及び補正用荷重変換手段の設置場所の自由度を、従来よりも振動算出手段の算出する振動成分の振動方向の分だけ増大させることができるという効果がある。
【００６９】
第３の発明によると、計量信号及び補正信号のうち少なくとも一方を感度設定手段により設定された感度比によって補正して感度補正済み信号を生成する構成としたので、少なくとも補正用荷重変換手段と計量用荷重変換手段の間における物体の振動に対する感度の違いに基づく計量誤差の発生を防止することができ、これによって、被計量物の計量精度の一層の向上を図ることができる。
【００７０】
第４の発明によると、計量信号及び補正信号のうち少なくとも一方を質量感度算出手段により算出された質量感度比で補正して質量感度補正済み信号を生成する構成としたので、少なくとも補正用荷重変換手段と計量用荷重変換手段の間における被計量物の質量による感度の変化に基づく計量誤差の発生を防止することができ、これによって、被計量物の計量精度の一層の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施形態に係る計量装置の信号処理系の概略構成を示すブロック図である。
【図２】同第１実施形態のＣＰＵの内部構成を示すブロック図である。
【図３】同第１実施形態のロードセルのモデルを示す図である。
【図４】同第１実施形態のロードセルの配置を示す図である。
【図５】同発明の第２実施形態のＣＰＵの内部構成を示すブロック図である。
【図６】同第１実施形態の計量セル及びダミーセルの振動モデルを示す図である。
【図７】同第１実施形態の床振動算出手段の処理手順を示すフローチャートである。
【図８】従来のロードセルの配置を示す図である。
【図９】従来の計量装置の信号処理系の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
３、３1 〜３m 計量セル
４、４1 〜４n ダミーセル
９、３４ ＣＰＵ
１３ 床振動算出手段
１４ 床振動補正手段
１５ セル感度設定手段
１６ セル感度補正手段
１７ 質量感度算出手段
１８ 質量感度補正手段
Ｗ1 〜Ｗm 計量信号
Ｄ1 〜Ｄn ダミー信号
ＢＳ1 〜ＢＳm 振動補正済み計量信号
ＣＳ1 〜ＣＳn セル感度補正済み信号
ＷＳ1 〜ＷＳm 重量感度補正済み信号
Claims (4)
- 物体上に設置されている複数の補正用荷重変換手段が上記物体の振動によって補正信号を出力する段階と、
上記物体上において夫々が互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を座標軸としてＸ軸回りの回転運動の加速度Ｂ（ｔ）、Ｙ軸回りの回転運動の加速度Ａ（ｔ）、Ｚ軸方向の直線運動の加速度Ｃ（ｔ）、及びＸ軸回りの回転運動の速度とＹ軸回りの回転運動の速度とに基づいて決まる速度Ｄ（ｔ）を、上記複数の補正信号を使用して求める段階と、
これら求めた加速度Ａ（ｔ）、加速度Ｂ（ｔ）、加速度Ｃ（ｔ）及び速度Ｄ（ｔ）からなる上記物体の振動モードに基づいて、被計量物を計量するための計量用荷重変換手段が設置されている上記物体上の位置における上記Ｚ軸方向の振動成分を算出する段階と、
上記計量用荷重変換手段の出力する計量信号からその計量用荷重変換手段に対して算出された上記物体の振動に基づく上記Ｚ軸方向の振動成分を除去する段階とを、
備え、上記補正用荷重変換手段と上記計量用荷重変換手段を、Ｚ軸方向の振動方向に対して互いに離れた位置に設けている計量方法。 - 物体上に設置され既知の補正用質量に基づく重量を受けてこの重量に対応する補正信号を生成する複数の補正用荷重変換手段と、
上記物体上に設置され被計量物の重量を受けてこの重量に対応する計量信号を生成する計量用荷重変換手段と、
上記複数の補正用荷重変換手段から生成される上記補正信号の振動成分に基づいて上記物体の振動モードを検出し、この振動モードを使用して上記計量用荷重変換手段が設置されている位置における振動成分を算出する振動算出手段と、
上記計量信号から上記振動算出手段により算出された上記振動成分を除去した補正済み計量信号を生成する振動補正手段と、を具備し、
上記補正用荷重変換手段と上記計量用荷重変換手段は、上記振動算出手段が算出する振動成分の振動方向及びこの振動成分の振動方向と直交する方向に対して互いに離れた位置に設けられ、
上記振動算出手段は、夫々が互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を座標軸としてＸ軸回りの回転運動の加速度Ｂ（ｔ）、Ｙ軸回りの回転運動の加速度Ａ（ｔ）、Ｚ軸方向の直線運動の加速度Ｃ（ｔ）、及びＸ軸回りの回転運動の速度とＹ軸回りの回転運動の速度に基づいて決まる速度Ｄ（ｔ）を、上記複数の補正信号を使用して求め、これら求めた加速度Ａ（ｔ）、加速度Ｂ（ｔ）、加速度Ｃ（ｔ）及び速度Ｄ（ｔ）を上記物体の振動モードとして、上記計量用荷重変換手段が設置されている上記物体上の位置における上記Ｚ軸方向の振動成分を算出する
計量装置。 - 請求項２記載の計量装置において、上記補正用質量及び上記計量用荷重変換手段の風袋質量と、上記補正用荷重変換手段及び上記計量用荷重変換手段のばね定数と、に基づいて、上記補正用荷重変換手段と計量用荷重変換手段との間、複数の上記補正用荷重変換手段どうしの間、及び複数の上記計量用荷重変換手段どうしの間のうち、少なくとも上記補正用荷重変換手段と上記計量用荷重変換手段との間の感度比を設定する感度設定手段と、上記計量信号及び上記補正信号のうち少なくとも一方を上記感度比で補正して感度補正済み信号を生成する感度補正手段と、を設けた計量装置。
- 請求項２又は３記載の計量装置において、被計量物の質量に応じて、上記補正用荷重変換手段と上記計量用荷重変換手段との間、及び複数の上記計量用荷重変換手段どうしの間のうち、少なくとも上記補正用荷重変換手段と上記計量用荷重変換手段との間の質量感度比を算出する質量感度算出手段と、上記計量信号及び上記補正信号のうち少なくとも一方を上記質量感度比で補正して質量感度補正済み信号を生成する質量感度補正手段と、を設けた計量装置。
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| JP20931996A JP3693764B2 (ja) | 1996-07-19 | 1996-07-19 | 計量方法及び計量装置 |
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| JP20931996A JP3693764B2 (ja) | 1996-07-19 | 1996-07-19 | 計量方法及び計量装置 |
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| JPH1038668A JPH1038668A (ja) | 1998-02-13 |
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