JP3720163B2 - 質量計量装置の零点設定方法及び質量計量装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、振動する物体上で被計量物の質量を計量するための質量計量装置の風袋変化量、又はオフセット量を補正するための零点設定方法及びその方法を使用する質量計量装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、揺動する例えば床１上で被計量物２の質量Ｍを計量するための質量計量装置の一例として図３に示すものがある。図３は、その質量計量装置の正面図であり、図４は、質量計量装置の電気回路を示すブロック図である。この質量計量装置は、揺動する床１に設置されている計量用ロードセル３と補正用ロードセル４を備えており、この補正用ロードセル４は、計量用ロードセル３が床１から受ける振動と略同一の振動を受けるように床１に設置されている。この質量計量装置によると、計量用ロードセル３の計量信号ｅ1 に含まれている振動成分を補正用ロードセル４の補正信号ｅ2 を用いて補償して、床振動成分を含まない被計量物２の質量Ｍを出力することができる。
【０００３】
次に、これを式を用いて説明する。例えば、被計量物２の質量をＭ、計量用ロードセル３の風袋（載置台１３等）の質量をｍ1 、計量用ロードセル３の計量信号を増幅する増幅部５の利得をＫ1 、増幅部５が出力する計量信号をｅ1 とし、補正用ロードセル４の補正用分銅６と風袋の合計質量をｍ2 、補正用ロードセル４の補正信号を増幅する増幅部７の利得をＫ2 、増幅部７が出力する補正信号をｅ2 とすると、計量信号ｅ1 及び補正信号ｅ2 は、
ｅ1 ＝Ｋ1 （Ｍ＋ｍ1 ）（ｇ＋ａ） ・・・・（１）
ｅ2 ＝Ｋ2 ｍ2 （ｇ＋ａ） ・・・・（２）
で表される。ただし、ｇは重力加速度、ａは床振動による加速度である。そして、図４に示す８、９はアナログ・デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）である。１０は計量信号ｅ1 に含まれている床振動成分を補償するための質量演算記憶手段であり、ＣＰＵにより構成されている。そして、１１、・・・は、計量用ロードセル３に設けられているブリッジ回路を構成する歪ゲージ、１２、・・・は、補正用ロードセル４に設けられているブリッジ回路を構成する歪ゲージである。
【０００４】
この床振動成分を補償する方法には、除算方法と減算方法があり、質量演算記憶手段１０は、この除算方法又は減算方法を使用して演算処理を行って被計量物２の質量Ｍを出力することができる。
除算方法は、（１）、（２）式において
Ｋ1 ｍ1 ＝Ｋ2 ｍ2 ・・・・（３）
となるように利得Ｋ1 、Ｋ2 を調整する。これによって、（１）、（２）、（３）式より、
（ｅ1 −ｅ2 ）／ｅ2 ＝Ｋ1 Ｍ／（Ｋ2 ｍ2 ） ・・・・（４）
の関係式が得られる。ここで、ｅ1 は計量用ロードセル３の計量信号、ｅ2 は補正用ロードセル４の補正信号であり、Ｋ1 、Ｋ2 、及びｍ2 は既知の値であるので、被計量物２の質量Ｍを（４）式により床振動による加速度ａに影響されずに求めることができる。
【０００５】
減算方法は、まず、補償係数ｋ3 を
ｋ3 ＝ｅ1 ／ｅ2 ＝Ｋ1 （Ｍ＋ｍ1 ）／（Ｋ2 ｍ2 ） ・・・・（５）
の演算により求め、そして（１）、（２）、（５）式を用いて、
ｅ1 −ｋ3 （ｅ2 −ｍ2 ｇ）＝Ｋ1 （Ｍ＋ｍ1 ）ｇ ・・・・（６）
の式を得ることができる。（６）式は、被計量物２の質量Ｍ以外のｅ1 、ｋ3 、ｅ2 、ｍ2 、ｇ、Ｋ1 、ｍ1 は、既知であるので、被計量物２の質量Ｍを床振動による加速度ａに影響されずに求めることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の質量計量装置の実際の使用状況では、被計量物２が計量用ロードセル３の載置台１３に載せられる際の過衝撃、環境温度及び湿度の変化、粘着性を有する被計量物２が載置台１３上に残留すること等の原因により、計量用ロードセル３の計量信号ｅ1 及び補正用ロードセル４の補正信号ｅ2 の各オフセット量ｍｏ1 、ｍｏ2 の変化、更に計量用ロードセル３の風袋の質量変化（この風袋質量変化量をｍｆ1 とする。）がしばしば起こり、これらオフセット量ｍｏ1 、ｍｏ2 の変化、及び風袋質量変化量ｍｆ1 が原因することにより被計量物２の質量Ｍを正確に計量することができないという問題がある。
【０００７】
ここで、オフセット量ｍｏ1 は、計量用ロードセル３そのものが有するオフセット量が増幅部５によりＫ1 倍されたオフセット量と増幅器５そのものが有するオフセット量の合計オフセット量を言い、オフセット量ｍｏ2 は、補正用ロードセル４そのものが有するオフセット量が増幅部７によりＫ2 倍されたオフセット量と増幅器７そのものが有するオフセット量の合計オフセット量を言う。
【０００８】
上記各オフセット量ｍｏ1 、ｍｏ2 、及び風袋質量変化量ｍｆ1 を考慮すると、（１）、（２）式の計量用及び補正用ロードセル３、４の各計量及び補正信号ｅ1 、ｅ2 は、
ｅ1 ＝Ｋ1 （Ｍ＋ｍ1 ＋ｍｆ1 ）（ｇ＋ａ）＋ｍｏ1 ・・・・（７）
ｅ2 ＝Ｋ2 ｍ2 （ｇ＋ａ）＋ｍｏ2 ・・・・（８）
の各式で表され、各オフセット量ｍｏ1 、ｍｏ2 の変化、及び風袋質量変化量ｍｆ1 は、被計量物２の質量Ｍの計量精度を低下させる要因となっている。
【０００９】
次に、床振動がない場合に使用される質量計量装置の従来の零点設定（風袋引き）方法を、床振動がある場合に使用される質量計量装置の零点設定方法として使用しても、被計量物２の質量Ｍを正確に計量することができない理由を説明する。
床振動がない場合に使用される質量計量装置の載置台１３に、被計量物２を載置すると、その計量信号ｅ1 は、
ｅ1 ＝Ｋ1 （Ｍ＋ｍ1 ＋ｍｆ1 ）ｇ＋ｍｏ1 ・・・・（９）
となる。そして、載置台１３から被計量物２を除去した状態での風袋信号ｅ0 は、
ｅ0 ＝Ｋ1 （ｍ1 ＋ｍｆ1 ）ｇ＋ｍｏ1 ・・・・（１０）
となるので、風袋信号ｅ0 が０となるように質量計量装置を調整することにより零点設定を行う。つまり、
ｅ1 −ｅ0 ＝Ｋ1 Ｍｇ ・・・・（１１）
の演算を行うことによりオフセット量ｍｏ1 の変化、及び風袋質量変化量ｍｆ1 の影響を除去することができ、これによって被計量物２の質量Ｍを正確に計量することができる。
【００１０】
この（１１）式の演算により零点設定を行う方法を床振動がある場合に使用される質量計量装置の零点設定に適用すると、（１０）式に対応する風袋信号ｅ0 は、
ｅ0 ＝Ｋ1 （ｍ1 ＋ｍｆ1 ）（ｇ＋ａ）＋ｍｏ1 ・・・・（１２）
となり、風袋信号ｅ0 は、床振動の加速度ａの変化により変動するので、この変動する風袋信号ｅ0 を（１１）式に代入しても、右辺を一定値として得られないので質量Ｍを正確に計量することができない。このように、床振動がない場合に使用される質量計量装置の従来の零点設定方法を床振動がある場合に使用される質量計量装置の零点設定方法に適用しても、被計量物２の質量Ｍを正確に計量することができない。
【００１１】
ここで、（１２）式の風袋信号ｅ0 に含まれている振動成分を除去するために、遮断周波数が床振動周波数よりも低く設定されたローパスフィルタを用いて一定値の風袋信号ｅ0 を得ることができるが、この風袋信号ｅ0 を得るための演算は、載置台１３に被計量物２が載置されていない計量の休止状態で行われるが、このローパスフィルタによる零点設定に要する時間分だけその休止時間が長くなり、高速計量を達成することができないという問題がある。
また、仮に、一定値の風袋信号ｅ0
ｅ0 ＝Ｋ1 （ｍ1 ＋ｍｆ1 ）ｇ＋ｍｏ1 ・・・・（１３）
が得られたとしても、この（１３）式だけではオフセット量ｍｏ1 と風袋質量変化量ｍｆ1 をそれぞれ別個に求めることができないので、（７）式に含まれているオフセット量ｍｏ1 と風袋質量変化量ｍｆ1 を除去することができず、従って、被計量物２の質量Ｍを正確に計量することができない。
【００１２】
本発明は、振動する物体上で被計量物の質量を計量するための質量計量装置の風袋質量変化量、オフセット量を補正するための零点設定方法及びその方法を使用する質量計量装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る質量計量装置の零点設定方法は、物体上に設置可能であり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、上記物体上に設置可能であり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補正用荷重変換手段と、上記計量信号と上記補正信号を演算して上記物体の振動により生じる振動成分を除去した上記被計量物の質量信号を生成する振動補正手段と、を具備する質量計量装置の零点設定方法において、上記計量用荷重変換手段が上記被計量物の重量を受けていない状態で２以上の各時点で風袋重量に対応する風袋信号を生成する段階と、上記補正用荷重変換手段が上記２以上の各時点で上記補正信号を生成する段階と、上記２以上の各時点における上記各風袋信号と上記各補正信号に基づいて上記計量用荷重変換手段の振動成分を含まない風袋変化量を風袋変化量演算手段が演算する段階と、上記被計量物の質量信号から上記風袋変化量を除去して振動成分を含まない風袋変化量補正済み質量信号を風袋補正手段が生成する段階と、を具備することを特徴とするものである。
【００１４】
第２の発明に係る質量計量装置は、物体上に設置可能であり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、上記物体上に設置可能であり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補正用荷重変換手段と、上記計量信号と上記補正信号を演算して上記物体の振動により生じる振動成分を除去した上記被計量物の質量信号を生成する振動補正手段と、を具備する質量計量装置において、上記計量用荷重変換手段が上記被計量物の重量を受けていない状態で２以上の各時点で生成する風袋重量に対応する各風袋信号、及び上記２以上の各時点における上記各補正信号に基づいて上記計量用荷重変換手段の振動成分を含まない風袋変化量を演算する風袋変化量演算手段と、上記被計量物の質量信号から上記風袋変化量を除去して振動成分を含まない風袋変化量補正済み質量信号を生成する風袋補正手段と、を設けたことを特徴とするものである。
【００１５】
第３の発明に係る質量計量装置は、物体上に設置可能であり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、上記物体上に設置可能であり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補正用荷重変換手段と、上記補正用荷重変換手段が生成する上記補正信号から上記物体の振動により生じる振動成分を除去する演算を行い振動除去済み補正信号を生成しこの生成した振動除去済み補正信号と上記補正用質量の重量とから上記補正用荷重変換手段の補正側オフセット量を演算する補正側オフセット演算手段と、上記計量用荷重変換手段が上記被計量物の重量を受けていない状態で生成する風袋重量に対応する風袋信号、及び上記補正信号に対して上記補正側オフセット量を補正して得られたオフセット補正済み補正信号に基づいて上記計量用荷重変換手段の計量側オフセット量を演算する計量側オフセット演算手段と、上記計量信号に対して上記計量側オフセット量を補正して得られたオフセット補正済み計量信号、及び上記オフセット補正済み補正信号を演算して上記物体の振動により生じる振動成分を除去した上記被計量物の質量信号を生成する補正手段と、を具備することを特徴とするものである。
【００１６】
第４の発明に係る質量計量装置は、物体上に設置可能であり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、上記物体上に設置可能であり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補正用荷重変換手段と、上記補正用荷重変換手段が生成する上記補正信号から上記物体の振動により生じる振動成分を除去する演算を行い振動除去済み補正信号を生成しこの生成した振動除去済み補正信号と上記補正用質量の重量とから上記補正用荷重変換手段の補正側オフセット量を演算する補正側オフセット演算手段と、上記計量用荷重変換手段が上記被計量物の重量を受けていない状態で２以上の各時点で生成する風袋重量に対応する風袋信号、及び上記２以上の各時点における上記補正信号に基づいて上記計量用荷重変換手段の風袋変化量を演算する風袋変化量演算手段と、上記計量用荷重変換手段が上記被計量物の重量を受けていない状態で生成する風袋重量に対応する風袋信号、上記補正信号に対して上記補正側オフセット量を補正して得られたオフセット補正済み補正信号、及び上記風袋変化量に基づいて上記計量用荷重変換手段の計量側オフセット量を演算する計量側オフセット演算手段と、上記計量信号に対して上記計量側オフセット量を補正して得られたオフセット補正済み計量信号、上記オフセット補正済み補正信号、及び上記風袋変化量を演算して上記物体の振動により生じる振動成分と上記風袋変化量を除去した上記被計量物の質量信号を生成する補正手段と、を具備することを特徴とするものである。
【００１７】
第１、及び第２の発明に係る質量計量装置の零点設定方法、及び質量計量装置によると、計量用荷重変換手段が被計量物の重量を受けていない状態で２以上の各時点で生成する風袋重量に対応する風袋信号と補正用荷重変換手段が上記２以上の各時点で生成する補正信号とに基づいて、計量用荷重変換手段の振動成分を含まない風袋変化量を風袋変化量演算手段が演算することができる。そして、風袋補正手段は、振動補正手段が生成した振動成分を含まない質量信号から振動成分を含まない風袋変化量を除去して振動成分を含まない風袋変化量補正済み質量信号を生成することができる。
【００１８】
第３の発明に係る質量計量装置によると、計量側オフセット演算手段が計量用荷重変換手段の計量側オフセット量を演算し、補正側オフセット演算手段が補正用荷重変換手段の補正側オフセット量を演算し、補正手段が、計量信号に対して計量側オフセット量を補正して得られたオフセット補正済み計量信号、及び補正信号に対して補正側オフセット量を補正して得られたオフセット補正済み補正信号を演算して、計量側及び補正側オフセット量と物体の振動により生じる振動成分とを除去した被計量物の質量信号を生成することができる。
【００１９】
第４の発明に係る質量計量装置によると、計量用荷重変換手段の風袋変化量、計量用荷重変換手段の計量側オフセット量、及び補正用荷重変換手段の補正側オフセット量をそれぞれ別個に演算して求め、計量信号に対して計量側オフセット量を補正して得られたオフセット補正済み計量信号、補正信号に対して補正側オフセット量を補正して得られたオフセット補正済み補正信号、及び風袋変化量を演算して、風袋変化量、計量側オフセット量、及び補正側オフセット量に基づく誤差と物体の振動により生じる振動成分を除去した被計量物の質量信号を補正手段が生成することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施形態を図１、図３、及び図４を参照して説明する。この実施形態の質量計量装置は、図３に示す振動する物体、例えば振動している工場設備、又は船舶等の床１に据え付けられており、この場合、例えば８Ｈｚ（０．２〜１０Ｈｚの間）の周波数で上下に振動するものとする。そして、この振動する状態で、計量用ロードセル３の風袋変化量ｍｆ1 、計量用ロードセル３と増幅部５の計量側オフセット量ｍｏ1 、及び補正用ロードセル４と増幅部７の補正側オフセット量ｍｏ2 の補正を行うことができ、高速で高精度の計量を行うことができるものである。この実施形態の質量計量装置と図３及び図４に示す従来の質量計量装置とが相違するところは、従来の質量演算記憶手段１０に代えて質量演算記憶手段１４を設けたところであり、これ以外は同等であり、同等部分は同一の符号を使用して説明する。各図に示す３は、計量用ロードセル、４は補正用ロードセル、１０は質量演算記憶手段である。
【００２１】
計量用ロードセル３（計量用荷重変換手段）は、図３に示すように、一方の端部が振動物体１に固定され、他方の端部には被計量物２を載置するための載置台１３が取り付けられている。そして、この計量用ロードセル３の表面の４箇所には、歪ゲージ１１、・・・が貼着されている。この計量用ロードセル３は、振動を受ける状態で被計量物２の質量Ｍと載置台１３（風袋）の質量ｍ1 の重量に対応するアナログ計量信号を生成し、このアナログ計量信号は、増幅部５により増幅され、Ａ／Ｄ変換器８によりデジタル計量信号ｅ1 に変換される。即ち、計量信号ｅ1 は、
ｅ1 ＝Ｋ1 （Ｍ＋ｍ1 ＋ｍｆ1 ）（ｇ＋ａ）＋ｍｏ1 ・・・・（７）
として表される。ただし、Ｋ1 は増幅部の利得、Ｍは被計量物２の質量、ｍ1 は計量用ロードセル３の風袋（載置台１３等）の質量、ｍｆ1 は計量用ロードセル３の風袋変化量、ｇは重力加速度、ａは被計量物２及び風袋質量に掛かる床振動による鉛直方向の加速度、ｍｏ1 は計量側オフセット量である。そして、ｅ1 のデジタル計量信号ｅ1jは、
ｅ1j＝Ｋ1 （Ｍ＋ｍ1 ＋ｍｆ1 ）（ｇ＋ａj ）＋ｍｏ1
として表される。ただし、ｊは計量信号ｅ1 の時系列順番１、２、３、・・・を表している。被計量物２を載置台１３に載置していない風袋のみのデジタル風袋信号ｅ0jは、
ｅ0j＝Ｋ1 （ｍ1 ＋ｍｆ1 ）（ｇ＋ａj ）＋ｍｏ1 ・・・・（１４）
として表される。ただし、ｊは風袋信号ｅ0 の時系列順番１、２、３、・・・を表している。
【００２２】
補正用ロードセル４（補正用荷重変換手段）は、物体の振動を検出するためのものであり、図３に示すように、計量用ロードセル３と同一の加速度を受けるように、一方の端部が振動物体１に固定され、他方の端部には既知質量ｍ2 の分銅（補正用質量）６を取り付けて自由端としてある。そして、この補正用ロードセル４の表面の４箇所には、歪ゲージ１２、・・・が貼着されている。この補正用ロードセル４は、振動を受ける状態で分銅６の質量ｍ2 に基づく重量に対応するアナログ補正信号を生成し、このアナログ補正信号は、増幅部７により増幅され、Ａ／Ｄ変換器９によりデジタル補正信号ｅ2jに変換される。即ち、補正信号ｅ2jは、
ｅ2j＝Ｋ2 ｍ2 （ｇ＋ａj ）＋ｍｏ2 ・・・・（１５）
として表される。ただし、Ｋ2 は増幅部の利得、ｍ2 は分銅６の質量、ａj は分銅６に掛かる床振動による鉛直方向の加速度、ｍｏ2 は補正側オフセット量である。ただし、ｊは補正信号ｅ2 の時系列順番１、２、３、・・・を表している。
【００２３】
質量演算記憶手段１４は、補正側オフセット演算手段１５と、切換手段１６と、風袋変化量及び計量側オフセット量演算手段１７と、補正手段１８と、減算器１９を備えている。
補正側オフセット演算手段１５は、図１に示すように、ローパスフィルタ２０と減算手段２１からなっている。ローパスフィルタ２０は、遮断周波数が物体１の振動周波数より低く設定されているフィルタであり、補正用ロードセル４から出力された（１５）式により表される補正信号ｅ2jをフィルタ処理して振動成分を除去した振動除去済み補正信号ｅ2 ’
ｅ2 ’＝Ｋ2 ｍ2 ｇ＋ｍｏ2 ・・・・（１６）
を出力する。減算手段２１は、この振動除去済み補正信号ｅ2 ’から分銅６の質量ｍ2 の重量と対応する既知の値Ｋ2 ｍ2 ｇを減算して補正側オフセット量ｍｏ2 を演算して出力する。即ち、補正側オフセット量ｍｏ2 を
ｍｏ2 ＝ｅ2 ’−Ｋ2 ｍ2 ｇ ・・・・（１７）
の演算によって生成して記憶部（図示せず）に記憶することができる。
なお、補正側オフセット量ｍｏ2 は、補正用ロードセル４が被計量物２の衝撃を受けないので、主に環境の温度や湿度の変化の影響によって変化する。従って、補正側オフセット演算手段１５は、計量のたびにオフセット量ｍｏ2 を演算する必要性が少ないために、予め設定されている例えば５分おきにオフセット量ｍｏ2 を演算することとしている。ただし、このオフセット量ｍｏ2 を演算するタイミングは、変更可能であり、環境の条件に応じてこれ以外の時間間隔で演算を行わせることができる。また、予め設定されている所定時間おきにｍｏ2 を演算する代わりに、予め設定した所定の計量回数、例えば１０回の計量回数ごとにｍｏ2 を演算するようにしてもよい。
【００２４】
減算器１９は、（１８）式に示すように、補正用ロードセル４側から出力される補正信号ｅ2j（（１５）式参照）から補正側オフセット量ｍｏ2 を減算してオフセット補正済み補正信号ｅ2 ’j を生成する。
ｅ2 ’j ＝ｅ2j−ｍｏ2 ＝Ｋ2 ｍ2 （ｇ＋ａj ） ・・・・（１８）
ｊは補正信号ｅ2 ’の時系列順番１、２、３、・・・を表している。
【００２５】
切換手段１６は、外部から入力する信号（図示せず）の指令により計量用ロードセル３の計量側オフセット量ｍｏ1 及び風袋変化量ｍｆ1 を計算するか否かを判定するための手段である。つまり、例えば載置台１３の近傍に設けられている光センサ（図示せず）が載置台１３上に載置された被計量物２を検出して、計量状態であることを示す所定信号を切換手段１６に出力すると、計量信号ｅ1jとオフセット補正済み補正信号ｅ2 ’j を補正手段１８に出力する。そして、載置台１３上に被計量物２が載置されておらず上記光センサが上記所定信号を切換手段１６に出力していない休止状態では、風袋信号ｅ0j（（１４）式参照）とオフセット補正済み補正信号ｅ2 ’j を風袋変化量及び計量側オフセット量演算手段１７に出力する。
【００２６】
風袋変化量及び計量側オフセット量演算手段１７は、図１に示すように、減算手段２２、減算手段２３、演算記憶手段２４、及び判定手段２５を備えている。
減算手段２２は、２つの計量時点における風袋信号ｅ0(j+1)とｅ0jの差（ｅ0(j+1)−ｅ0j）を演算して演算結果を演算記憶手段２４に出力する手段であり、減算手段２３は、２つの計量時点におけるオフセット補正済み補正信号のｅ2 ’(j+1) とｅ2 ’j の差（ｅ2 ’(j+1) −ｅ2 ’j ）を演算して演算結果を判定手段２５を介して演算記憶手段２４に出力する手段である。
演算記憶手段２４は、（ｅ0(j+1)−ｅ0j）と（ｅ2 ’(j+1) −ｅ2 ’j ）の演算結果に基づいて風袋変化量ｍｆ1 及び計量側オフセット量ｍｏ1 を演算する手段である。つまり、（１４）式と（１８）式の
（ｅ0(j+1)−ｅ0j）／（ｅ2 ’(j+1) −ｅ2 ’j ）＝Ｋ1 （ｍ1 ＋ｍｆ1 ）／（Ｋ2 ｍ2 ） ・・・・（１９）
の関係より、計量用ロードセル３の風袋変化量ｍｆ1 を、
ｍｆ1 ＝（（ｅ0(j+1)−ｅ0j）／（ｅ2 ’(j+1) −ｅ2 ’j ））（Ｋ2 ｍ2 ／Ｋ1 ）−ｍ1 ・・・・（２０）
の演算を行うことにより生成して記憶部（図示せず）に記憶することができる。更に、（１８）式を（ｇ＋ａｊ）＝ｅ2 ’j ／（Ｋ2 ｍ2 ）と変形して、これを（１４）式に代入して得られた（２１）式により、計量側オフセット量ｍｏ1 を
ｍｏ1 ＝ｅ0j−ｅ2 ’j Ｋ1 （ｍ1 ＋ｍｆ1 ）／（Ｋ2 ｍ2 ）・・（２１）
の演算を行うことにより生成して記憶部（図示せず）に記憶することができる。なお、ｅ0jとｅ2 ’j は、切換手段１６と減算手段２２、２３を介して演算記憶手段２４に入力する。
【００２７】
判定手段２５は、ｅ2 ’(j+1) ＝ｅ2 ’j であるか否かを判定して、振動を受けており、ｅ2 ’(j+1) ≠ｅ2 ’j と判定したときに（ｅ2 ’(j+1) −ｅ2 ’j ）の減算値を演算記憶手段２４に出力する手段である。つまり、ｊ＝１においてｅ2 ’(j+1) ＝ｅ2 ’j と判定した場合は、ｅ2 ’(j+1) −ｅ2 ’j ＝０となり、演算記憶手段２４がｍｆ1 及びｍｏ1 を演算することができないので、ｊ＝２、３、・・・の時系列順に判定を繰り返して行い、
ｅ2 ’(j+1) ≠ｅ2 ’j ・・・・（２２）
を満足するときのｊの時刻における（ｅ2 ’(j+1) −ｅ2 ’j ）を演算記憶手段２４に出力する手段である。
【００２８】
補正手段１８は、図１に示すように、計量側オフセット量ｍｏ1 を補正するｍｏ1 補正手段２６、振動補正手段２７、及び風袋変化量ｍｆ1 を補正するｍｆ1 補正手段２８からなっている。
ｍｏ1 補正手段２６は、計量用ロードセル３から出力された計量信号ｅ1jから計量側オフセット量ｍｏ1 を減算してオフセット補正済み計量信号ｅ1 ’j を生成して振動補正手段２７に出力する手段である。（７）式より、
ｅ1 ’j ＝ｅ1j−ｍｏ1 ＝Ｋ1 （Ｍ＋ｍ1 ＋ｍｆ1 ）（ｇ＋ａj ） ・・・（２３）
を演算することによりオフセット補正済み計量信号ｅ1 ’j を生成することができる。ただし、ｊは計量信号ｅ1 ’の時系列順番１、２、３、・・・を表している。
【００２９】
振動補正手段２７は、計量側オフセット量ｍｏ1 が除去されたオフセット補正済み計量信号ｅ1 ’j （（２３）式参照）と、補正側オフセット量ｍｏ2 が除去されたオフセット補正済み補正信号ｅ2 ’j （（１８）式参照）と、を除算補償方法の（４）式のｅ1 、ｅ2 にそれぞれ代入することにより風袋変化量ｍｆ1 を含む被計量物２の質量Ｍ’を演算する手段である。質量Ｍ’は、
Ｍ’＝Ｍ＋ｍｆ1 ＝Ｋ2 ｍ2 （ｅ1 ’j −ｅ2 ’j ）／（Ｋ1 ｅ2 ’j ）・・・（２４）
によって得られる。
ただし、振動補正手段２７は、（４）式の除算補償方法のプログラムによって風袋変化量ｍｆ1 を含む被計量物２の質量Ｍ’を演算する構成としたが、（６）式の減算方法のプログラムによって風袋変化量ｍｆ1 を含む被計量物２の質量Ｍ’を演算する構成としてもよい。この場合の質量Ｍ’は、
Ｍ’＝Ｍ＋ｍｆ1 ＝〔（ｅ1 ’j −ｋ3 （ｅ2 ’j −ｍ2 ｇ））／（Ｋ1 ｇ）〕−ｍ1 ・・・（２５）
によって得られる。なお、補償係数ｋ3 は、
ｋ3 ＝ｅ1 ’j ／ｅ2 ’j ＝（Ｋ1 （Ｍ＋ｍ1 ＋ｍｆ1 ））／（Ｋ2 ｍ2 ）・・・・（２６）
の演算より求める。
【００３０】
ｍｆ1 補正手段２８は、風袋変化量ｍｆ1 を含む被計量物２の質量Ｍ’から風袋変化量ｍｆ1 を減算して被計量物２の質量Ｍを演算する手段であり、質量Ｍを
Ｍ＝Ｍ’−ｍｆ1 ・・・・（２７）
の演算により求めることができる。
【００３１】
次に、上記構成の零点設定方法を使用した質量計量装置の作用を説明する。今、計量用ロードセル３が被計量物２の重量を受けておらず、休止状態であるとする。計量用ロードセル３が生成する図１に示す風袋信号ｅ0jは、切換手段１６を通って風袋変化量及び計量側オフセット量演算手段（以下、「風袋変化量等の演算手段」ともいう。）１７の減算手段２２に入力する。そして、補正用ロードセル４が生成する補正信号ｅ2jは、補正側オフセット演算手段１５と減算器１９に入力する。補正側オフセット演算手段１５は、補正信号ｅ2jに含まれている補正側オフセット量ｍｏ2 を演算してそのｍｏ2 を減算器１９に出力し、減算器１９は、補正信号ｅ2jから補正側オフセット量ｍｏ2 を減算してオフセット補正済み補正信号ｅ2 ’j を風袋変化量等の演算手段１７の減算手段２３に出力する。風袋変化量等の演算手段１７は、これら風袋信号ｅ0jの時系列順に入力する２つの風袋信号ｅ0j、ｅ0(j+1)、及び時系列順に入力する２つのオフセット補正済み補正信号ｅ2 ’j 、ｅ2 ’(j+1) に基づいて、計量用ロードセル３の振動成分を含まない風袋変化量ｍｆ1 と計量側オフセット量ｍｏ1 を演算して補正手段１８に出力する。
【００３２】
このように、質量計量装置の休止状態において風袋変化量ｍｆ1 と計量側オフセット量ｍｏ1 をローパスフィルタを使用せずに演算により得ることができるので、計量と計量の間の毎回の休止状態に必要とする時間の短縮を図ることができる。そして、計量用ロードセル３の振動成分ａj を含まない風袋変化量ｍｆ1 と計量側オフセット量ｍｏ1 、及び補正側オフセット量ｍｏ2 を演算により求めて、これらに基づく計量誤差を除去する零点設定を行うことができるので、計量状態において被計量物２の質量Ｍを正確に演算することができるし、前回以前に計量された被計量物２の残留分があっても、今回の被計量物２の質量Ｍを正確に演算することができる。また、補正側オフセット演算手段１５には、ローパスフィルタ２０が設けられているので、補正側オフセット量ｍｏ2 を生成するのに比較的時間を要するが、この補正側オフセット量ｍｏ2 は、計量側オフセット量ｍｏ1 と比較して変動し難いものであるので、予め設定した例えば５分おきにｍｏ2 を演算することとしてあり、５分が経過するまでは直前に演算されて記憶されているｍｏ2 を減算器１９に出力しており、従って、休止状態の平均時間を長引かせないようにすることができる。
【００３３】
次に、休止状態から計量用ロードセル３が被計量物２の重量を受けている計量状態となったときは、計量用ロードセル３が生成する図１に示す計量信号ｅ1j、及び補正側オフセット量ｍｏ2 が除去されたオフセット補正済み補正信号ｅ2 ’j は、切換手段１６を通って補正手段１８に入力する。補正手段１８は、計量信号ｅ1jから計量側オフセット量ｍｏ1 を除去してオフセット補正済み計量信号ｅ1 ’j を演算する。そして、このオフセット補正済み計量信号ｅ1 ’j とオフセット補正済み補正信号ｅ2 ’j により計量用ロードセル３の振動成分を除去した風袋変化量ｍｆ1 を含む被計量物２の質量Ｍ’を演算し、質量Ｍ’から風袋変化量ｍｆ1 を減算して被計量物２の質量Ｍを生成することができる。
【００３４】
このように、質量計量装置の計量状態において、計量信号ｅ1jに対してローパスフィルタを使用せずに、計量側及び補正側オフセット量ｍｏ1 、ｍｏ2 、及び風袋変化量ｍｆ1 の零点設定を行い、被計量物２の質量Ｍを演算により得ることができるので、質量Ｍの演算時間の短縮を図ることができ、その結果、質量Ｍの高速計量を実現することができる。
【００３５】
次に、本発明に係る零点設定方法を使用する質量計量装置の第２実施形態を図２を参照して説明する。第２実施形態の質量計量装置は、計量側オフセット量ｍｏ1 と補正側オフセット量ｍｏ2 が０であることが常に成立する場合、又はｍｏ1 とｍｏ2 に基づく計量誤差が計量精度に対して無視できる場合等に適用することができる。第１実施形態と第２実施形態の質量計量装置が相違するところは、第１実施形態では、計量側オフセット量ｍｏ1 、補正側オフセット量ｍｏ2 、及び風袋変化量ｍｆ1 を演算して求めてそれらの零点設定を行う構成としたのに対して、第２実施形態では、計量側オフセット量ｍｏ1 、及び補正側オフセット量ｍｏ2 の零点設定を行わずに風袋変化量ｍｆ1 の零点設定を行う構成としたところである。つまり、第２実施形態の質量計量装置の質量演算記憶手段（ＣＰＵ）２９の構成は、図２に示すように、第１実施形態の質量演算記憶手段１４の構成のうちから、補正側オフセット演算手段１５と、減算器１９と、ｍｏ1 補正手段２６と、を削除し、演算記憶手段２４に代えて演算記憶手段３０を設け、この演算記憶手段３０が風袋変化量ｍｆ1 を演算する構成である。これ以外は第１実施形態と同等であり、同等部分は同一図面符号で示し、それらの詳細な説明を省略する。
【００３６】
第２実施形態の質量計量装置の作用を説明する。今、計量用ロードセル３が被計量物２の重量を受けておらず、休止状態であるとする。計量用ロードセル３が生成する図２に示す計量側オフセット量ｍｏ1 を含まない風袋信号ｅ0j＝Ｋ1 （ｍ1 ＋ｍｆ1 ）（ｇ＋ａj ）は、切換手段１６を通って減算手段２２に入力する。そして、補正用ロードセル４が生成する補正側オフセット量ｍｏ2 を含まない補正信号ｅ2j＝Ｋ2 ｍ2 （ｇ＋ａj ）は、切換手段１６を通って減算手段２３に入力する。減算手段２２は、これら風袋信号ｅ0jの時系列順に入力する２つの風袋信号ｅ0jとｅ0(j+1)の差を演算し、減算手段２３は、これら補正信号ｅ2jの時系列順に入力する２つの補正信号ｅ2jとｅ2(j+1)の差を演算する。演算記憶手段３０は、判定手段２５がｅ2(j+1)≠ｅ2jであると判断して（ｅ2(j+1)−ｅ2j）が演算記憶手段３０に入力したときに、
ｍｆ1 ＝（（ｅ0(j+1)−ｅ0j）／（ｅ2 (j+1) −ｅ2 j ））（Ｋ2 ｍ2 ／Ｋ1 ）−ｍ1 ・・・・（２８）
の演算を行うことにより風袋変化量ｍｆ1 を生成して記憶部（図示せず）に記憶することができる。そして、この計量用ロードセル３の振動成分を含まない風袋変化量ｍｆ1 をｍｆ1 補正手段２８に出力する。
【００３７】
このように、質量計量装置の休止状態において、風袋信号ｅ0jに対してローパスフィルタを使用せずに風袋変化量ｍｆ1 を演算により得ることができるので、第１実施形態と同様に、計量と計量の間の毎回の休止状態に必要とする時間の短縮を図ることができる。そして、振動成分ａj を含まない風袋変化量ｍｆ1 を演算により求めて、これに基づく計量誤差を除去する零点設定をすることができるので、被計量物２の質量Ｍを正確に演算することができるし、第１実施形態と同様に、前回以前に計量された被計量物２の残留分があっても、今回の被計量物２の質量Ｍを正確に演算することができる。
【００３８】
次に、休止状態から計量用ロードセル３が被計量物２の重量を受けている計量状態となったときは、計量用ロードセル３が生成する図２に示す計量信号ｅ1j＝Ｋ1 （Ｍ＋ｍ1 ＋ｍｆ1 ）（ｇ＋ａj ）、及び補正用ロードセル４が生成する補正信号ｅ2jは、切換手段１６を通って振動補正手段２７に入力する。振動補正手段２７は、第１実施形態と同様に、計量側オフセット量ｍｏ1 を含まない計量信号ｅ1jと補正側オフセット量ｍｏ2 を含まない補正信号ｅ2jを（２４）式に代入して演算を行うことにより、計量用ロードセル３の振動成分を除去した風袋変化量ｍｆ1 を含む被計量物２の質量Ｍ’を生成し、ｍｆ1 補正手段２８は質量Ｍ’から風袋変化量ｍｆ1 を減算して被計量物２の質量Ｍを生成することができる。
【００３９】
このように、質量計量装置の計量状態において、計量信号ｅ1jに対してローパスフィルタを使用せずに風袋変化量ｍｆ1 の零点設定を行い、被計量物２の質量Ｍを演算により得ることができるので、第１実施形態と同様に、質量Ｍの演算時間の短縮を図ることができ、その結果、質量Ｍの高速計量を実現することができる。
【００４０】
ただし、第１実施形態では、時系列順の２つの時刻における風袋信号の（ｅ0(j+1)−ｅ0j）とオフセット補正済み補正信号の（ｅ2 ’(j+1) −ｅ2 ’j ）を（２０）式に代入して演算を行い風袋変化量ｍｆ1 を生成したが、時系列順の３つ以上の時刻における風袋信号の（ｅ0(j+1)−ｅ0j）とオフセット補正済み補正信号の（ｅ2 ’(j+1) −ｅ2 ’j ）のサンプルデータを使用して風袋変化量ｍｆ1 を生成する構成としてもよい。つまり、（１９）式を
（ｅ0(j+1)−ｅ0j）＝〔Ｋ1 （ｍ1 ＋ｍｆ1 ）／（Ｋ2 ｍ2 ）〕（ｅ2 ’(j+1 ) −ｅ2 ’j ） ・・・・（２９）
と変形する。そして、３つ以上のサンプルｊ（ｊ＝１、２、３、・・・）のサンプルデータ、例えば（ｅ02−ｅ01）、（ｅ03−ｅ02）、（ｅ04−ｅ03）、・・・、及び（ｅ2 ’2 −ｅ2 ’1 ）、（ｅ2 ’3 −ｅ2 ’2 ）、（ｅ2 ’4 −ｅ2 ’3 ）、・・・を（３０）式にそれぞれ代入して、
（ｅ0(j+1)−ｅ0j）＝Ｃ（ｅ2 ’(j+1) −ｅ2 ’j ） ・・・・（３０）
（３０）式のパラメータＣを最小２乗法を内容とするプログラムによって演算して生成するようにする。次に、（２９）式と（３０）式より、
Ｃ＝Ｋ1 （ｍ1 ＋ｍｆ1 ）／（Ｋ2 ｍ2 ） ・・・・（３１）
の関係が得られ、（３１）式を変形すると、風袋変化量ｍｆ1 は
ｍｆ1 ＝（ＣＫ2 ｍ2 ／Ｋ1 ）−ｍ1 ・・・・（３２）
の演算を行うことによって生成することができる。
このようにして風袋変化量ｍｆ1 を第１実施形態よりも更に正確に演算することができる。
【００４１】
そして、演算記憶手段２４は、上記のようにして得られた風袋変化量ｍｆ1 と時系列順に入力するｅ0j、ｅ2 ’j とに基づいて（２１）式の演算を２回以上行うことにより２以上の計量側オフセット量ｍｏ1jを生成し、これら２以上の計量側オフセット量ｍｏ1jの平均値ｍｏ1 を演算により求める構成とすることができる。これにより、第１実施形態よりも正確に計量側オフセット量ｍｏ1 を求めることができる。
【００４２】
また、第２実施形態においても、上記と同様に、時系列順の３つ以上の時刻における風袋信号の（ｅ0(j+1)−ｅ0j）と補正信号の（ｅ2 (j+1) −ｅ2 j ）のサンプルデータを使用してパラメータＣを演算し、そして、（３２）式の演算を行うことにより風袋変化量ｍｆ1 を生成する構成としてもよい。
【００４３】
更に、第１実施形態では、計量側オフセット量ｍｏ1 、補正側オフセット量ｍｏ2 、及び風袋変化量ｍｆ1 を演算して求めて零点設定を行う構成としたが、風袋変化量ｍｆ1 を演算せずに、計量側オフセット量ｍｏ1 と補正側オフセット量ｍｏ2 を演算して求めてこれの零点設定を行う構成としてもよい。このように構成した質量計量装置は、被計量物２が例えば包装されたものである場合のように、前回に計量した被計量物２の一部が載置台１３に残らない場合に適している。
【００４４】
【発明の効果】
第１、及び第２の発明に係る質量計量装置の零点設定方法、及び質量計量装置は、計量用荷重変換手段が被計量物の重量を受けていない状態で２以上の各時点で生成する風袋重量に対応する風袋信号と補正用荷重変換手段が上記２以上の各時点で生成する補正信号とに基づいて、計量用荷重変換手段の振動成分を含まない風袋変化量を演算し、振動補正手段が生成した質量信号からその風袋変化量を除去して振動成分を含まない風袋変化量補正済み質量信号を生成する構成である。つまり、遮断周波数が床振動周波数よりも低く設定したローパスフィルタを用いて計量用荷重変換手段が生成する風袋信号（（１２）式）から物体の振動に基づく振動成分（振動加速度ａを含む成分）を除去する構成を採用していないので、振動を受ける場所でも被計量物の質量を高速で計量することができるという効果がある。
そして、振動成分を含まない風袋変化量を演算により得ることができるので、計量用荷重変換手段の載置台上に前回までに計量した被計量物品の残留分等が存在している場合でも被計量物の質量を精度良く計量することができるという効果がある。
【００４５】
第３の発明に係る質量計量装置によると、オフセット補正済み計量信号、及びオフセット補正済み補正信号を演算して、計量側及び補正側オフセット量と振動成分とを除去した被計量物の質量信号を生成する構成であるので、振動を受ける場所でも補正用荷重変換手段の補正側オフセット量、計量用荷重変換手段の計量側オフセット量、及び振動成分に基づく誤差を除去した被計量物の質量信号を得ることができる。これによって、振動を受ける場所でも被計量物の質量を高精度、高速で計量することができるという効果がある。この第３の発明は、前回までに計量した被計量物の残留分が載置台に残らないような被計量物の質量の計量に適している。
【００４６】
第４の発明に係る質量計量装置によると、第１及び第２の発明と同様に、計量用荷重変換手段が被計量物の重量を受けていない状態で２以上の各時点で生成する風袋重量に対応する風袋信号と補正用荷重変換手段が上記２以上の各時点で生成する補正信号とに基づいて、計量用荷重変換手段の振動成分を含まない風袋変化量を風袋変化量演算手段が演算し、補正手段が生成した質量信号からその風袋変化量を除去して振動成分を含まない風袋変化量補正済み質量信号を生成する構成であり、遮断周波数が床振動周波数よりも低く設定したローパスフィルタを用いて計量用荷重変換手段が生成する風袋信号から振動成分を除去する構成を採用していないので、振動を受ける場所でも被計量物の質量を高速で計量することができるという効果がある。そして、風袋変化量を除去した風袋変化量補正済み質量信号が得られるので、被計量物が載置台等に付着して風袋質量の変化がある場合でも被計量物の質量を精度良く計量することができるという効果がある。
【００４７】
また、第３の発明と同様に、振動を受ける場所でも、補正用荷重変換手段の補正側オフセット量、及び計量用荷重変換手段の計量側オフセット量に基づく誤差を含まない被計量物の質量信号を得ることができるので、被計量物の質量を高精度で計量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計量装置の質量演算記憶手段の構成を示すブロック図である。
【図２】同発明の第２実施形態に係る質量計量装置の質量演算記憶手段の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明及び従来の質量計量装置の計量用ロードセル及び補正用ロードセルを示す正面図である。
【図４】従来の質量計量装置の電気回路を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 床
２ 被計量物
３ 計量用ロードセル
４ 補正用ロードセル
１４、２９ 質量演算記憶手段
１５ 補正側オフセット演算手段
１７ 風袋変化量及び計量側オフセット量演算手段
１８ 補正手段
１９ 減算器
２１、２２、２３ 減算手段
２４、３０ 演算記憶手段
２６ ｍｏ1 補正手段
２７ 振動補正手段
２８ ｍｆ1 補正手段
【発明の属する技術分野】
この発明は、振動する物体上で被計量物の質量を計量するための質量計量装置の風袋変化量、又はオフセット量を補正するための零点設定方法及びその方法を使用する質量計量装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、揺動する例えば床１上で被計量物２の質量Ｍを計量するための質量計量装置の一例として図３に示すものがある。図３は、その質量計量装置の正面図であり、図４は、質量計量装置の電気回路を示すブロック図である。この質量計量装置は、揺動する床１に設置されている計量用ロードセル３と補正用ロードセル４を備えており、この補正用ロードセル４は、計量用ロードセル３が床１から受ける振動と略同一の振動を受けるように床１に設置されている。この質量計量装置によると、計量用ロードセル３の計量信号ｅ1 に含まれている振動成分を補正用ロードセル４の補正信号ｅ2 を用いて補償して、床振動成分を含まない被計量物２の質量Ｍを出力することができる。
【０００３】
次に、これを式を用いて説明する。例えば、被計量物２の質量をＭ、計量用ロードセル３の風袋（載置台１３等）の質量をｍ1 、計量用ロードセル３の計量信号を増幅する増幅部５の利得をＫ1 、増幅部５が出力する計量信号をｅ1 とし、補正用ロードセル４の補正用分銅６と風袋の合計質量をｍ2 、補正用ロードセル４の補正信号を増幅する増幅部７の利得をＫ2 、増幅部７が出力する補正信号をｅ2 とすると、計量信号ｅ1 及び補正信号ｅ2 は、
ｅ1 ＝Ｋ1 （Ｍ＋ｍ1 ）（ｇ＋ａ） ・・・・（１）
ｅ2 ＝Ｋ2 ｍ2 （ｇ＋ａ） ・・・・（２）
で表される。ただし、ｇは重力加速度、ａは床振動による加速度である。そして、図４に示す８、９はアナログ・デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）である。１０は計量信号ｅ1 に含まれている床振動成分を補償するための質量演算記憶手段であり、ＣＰＵにより構成されている。そして、１１、・・・は、計量用ロードセル３に設けられているブリッジ回路を構成する歪ゲージ、１２、・・・は、補正用ロードセル４に設けられているブリッジ回路を構成する歪ゲージである。
【０００４】
この床振動成分を補償する方法には、除算方法と減算方法があり、質量演算記憶手段１０は、この除算方法又は減算方法を使用して演算処理を行って被計量物２の質量Ｍを出力することができる。
除算方法は、（１）、（２）式において
Ｋ1 ｍ1 ＝Ｋ2 ｍ2 ・・・・（３）
となるように利得Ｋ1 、Ｋ2 を調整する。これによって、（１）、（２）、（３）式より、
（ｅ1 −ｅ2 ）／ｅ2 ＝Ｋ1 Ｍ／（Ｋ2 ｍ2 ） ・・・・（４）
の関係式が得られる。ここで、ｅ1 は計量用ロードセル３の計量信号、ｅ2 は補正用ロードセル４の補正信号であり、Ｋ1 、Ｋ2 、及びｍ2 は既知の値であるので、被計量物２の質量Ｍを（４）式により床振動による加速度ａに影響されずに求めることができる。
【０００５】
減算方法は、まず、補償係数ｋ3 を
ｋ3 ＝ｅ1 ／ｅ2 ＝Ｋ1 （Ｍ＋ｍ1 ）／（Ｋ2 ｍ2 ） ・・・・（５）
の演算により求め、そして（１）、（２）、（５）式を用いて、
ｅ1 −ｋ3 （ｅ2 −ｍ2 ｇ）＝Ｋ1 （Ｍ＋ｍ1 ）ｇ ・・・・（６）
の式を得ることができる。（６）式は、被計量物２の質量Ｍ以外のｅ1 、ｋ3 、ｅ2 、ｍ2 、ｇ、Ｋ1 、ｍ1 は、既知であるので、被計量物２の質量Ｍを床振動による加速度ａに影響されずに求めることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の質量計量装置の実際の使用状況では、被計量物２が計量用ロードセル３の載置台１３に載せられる際の過衝撃、環境温度及び湿度の変化、粘着性を有する被計量物２が載置台１３上に残留すること等の原因により、計量用ロードセル３の計量信号ｅ1 及び補正用ロードセル４の補正信号ｅ2 の各オフセット量ｍｏ1 、ｍｏ2 の変化、更に計量用ロードセル３の風袋の質量変化（この風袋質量変化量をｍｆ1 とする。）がしばしば起こり、これらオフセット量ｍｏ1 、ｍｏ2 の変化、及び風袋質量変化量ｍｆ1 が原因することにより被計量物２の質量Ｍを正確に計量することができないという問題がある。
【０００７】
ここで、オフセット量ｍｏ1 は、計量用ロードセル３そのものが有するオフセット量が増幅部５によりＫ1 倍されたオフセット量と増幅器５そのものが有するオフセット量の合計オフセット量を言い、オフセット量ｍｏ2 は、補正用ロードセル４そのものが有するオフセット量が増幅部７によりＫ2 倍されたオフセット量と増幅器７そのものが有するオフセット量の合計オフセット量を言う。
【０００８】
上記各オフセット量ｍｏ1 、ｍｏ2 、及び風袋質量変化量ｍｆ1 を考慮すると、（１）、（２）式の計量用及び補正用ロードセル３、４の各計量及び補正信号ｅ1 、ｅ2 は、
ｅ1 ＝Ｋ1 （Ｍ＋ｍ1 ＋ｍｆ1 ）（ｇ＋ａ）＋ｍｏ1 ・・・・（７）
ｅ2 ＝Ｋ2 ｍ2 （ｇ＋ａ）＋ｍｏ2 ・・・・（８）
の各式で表され、各オフセット量ｍｏ1 、ｍｏ2 の変化、及び風袋質量変化量ｍｆ1 は、被計量物２の質量Ｍの計量精度を低下させる要因となっている。
【０００９】
次に、床振動がない場合に使用される質量計量装置の従来の零点設定（風袋引き）方法を、床振動がある場合に使用される質量計量装置の零点設定方法として使用しても、被計量物２の質量Ｍを正確に計量することができない理由を説明する。
床振動がない場合に使用される質量計量装置の載置台１３に、被計量物２を載置すると、その計量信号ｅ1 は、
ｅ1 ＝Ｋ1 （Ｍ＋ｍ1 ＋ｍｆ1 ）ｇ＋ｍｏ1 ・・・・（９）
となる。そして、載置台１３から被計量物２を除去した状態での風袋信号ｅ0 は、
ｅ0 ＝Ｋ1 （ｍ1 ＋ｍｆ1 ）ｇ＋ｍｏ1 ・・・・（１０）
となるので、風袋信号ｅ0 が０となるように質量計量装置を調整することにより零点設定を行う。つまり、
ｅ1 −ｅ0 ＝Ｋ1 Ｍｇ ・・・・（１１）
の演算を行うことによりオフセット量ｍｏ1 の変化、及び風袋質量変化量ｍｆ1 の影響を除去することができ、これによって被計量物２の質量Ｍを正確に計量することができる。
【００１０】
この（１１）式の演算により零点設定を行う方法を床振動がある場合に使用される質量計量装置の零点設定に適用すると、（１０）式に対応する風袋信号ｅ0 は、
ｅ0 ＝Ｋ1 （ｍ1 ＋ｍｆ1 ）（ｇ＋ａ）＋ｍｏ1 ・・・・（１２）
となり、風袋信号ｅ0 は、床振動の加速度ａの変化により変動するので、この変動する風袋信号ｅ0 を（１１）式に代入しても、右辺を一定値として得られないので質量Ｍを正確に計量することができない。このように、床振動がない場合に使用される質量計量装置の従来の零点設定方法を床振動がある場合に使用される質量計量装置の零点設定方法に適用しても、被計量物２の質量Ｍを正確に計量することができない。
【００１１】
ここで、（１２）式の風袋信号ｅ0 に含まれている振動成分を除去するために、遮断周波数が床振動周波数よりも低く設定されたローパスフィルタを用いて一定値の風袋信号ｅ0 を得ることができるが、この風袋信号ｅ0 を得るための演算は、載置台１３に被計量物２が載置されていない計量の休止状態で行われるが、このローパスフィルタによる零点設定に要する時間分だけその休止時間が長くなり、高速計量を達成することができないという問題がある。
また、仮に、一定値の風袋信号ｅ0
ｅ0 ＝Ｋ1 （ｍ1 ＋ｍｆ1 ）ｇ＋ｍｏ1 ・・・・（１３）
が得られたとしても、この（１３）式だけではオフセット量ｍｏ1 と風袋質量変化量ｍｆ1 をそれぞれ別個に求めることができないので、（７）式に含まれているオフセット量ｍｏ1 と風袋質量変化量ｍｆ1 を除去することができず、従って、被計量物２の質量Ｍを正確に計量することができない。
【００１２】
本発明は、振動する物体上で被計量物の質量を計量するための質量計量装置の風袋質量変化量、オフセット量を補正するための零点設定方法及びその方法を使用する質量計量装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る質量計量装置の零点設定方法は、物体上に設置可能であり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、上記物体上に設置可能であり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補正用荷重変換手段と、上記計量信号と上記補正信号を演算して上記物体の振動により生じる振動成分を除去した上記被計量物の質量信号を生成する振動補正手段と、を具備する質量計量装置の零点設定方法において、上記計量用荷重変換手段が上記被計量物の重量を受けていない状態で２以上の各時点で風袋重量に対応する風袋信号を生成する段階と、上記補正用荷重変換手段が上記２以上の各時点で上記補正信号を生成する段階と、上記２以上の各時点における上記各風袋信号と上記各補正信号に基づいて上記計量用荷重変換手段の振動成分を含まない風袋変化量を風袋変化量演算手段が演算する段階と、上記被計量物の質量信号から上記風袋変化量を除去して振動成分を含まない風袋変化量補正済み質量信号を風袋補正手段が生成する段階と、を具備することを特徴とするものである。
【００１４】
第２の発明に係る質量計量装置は、物体上に設置可能であり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、上記物体上に設置可能であり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補正用荷重変換手段と、上記計量信号と上記補正信号を演算して上記物体の振動により生じる振動成分を除去した上記被計量物の質量信号を生成する振動補正手段と、を具備する質量計量装置において、上記計量用荷重変換手段が上記被計量物の重量を受けていない状態で２以上の各時点で生成する風袋重量に対応する各風袋信号、及び上記２以上の各時点における上記各補正信号に基づいて上記計量用荷重変換手段の振動成分を含まない風袋変化量を演算する風袋変化量演算手段と、上記被計量物の質量信号から上記風袋変化量を除去して振動成分を含まない風袋変化量補正済み質量信号を生成する風袋補正手段と、を設けたことを特徴とするものである。
【００１５】
第３の発明に係る質量計量装置は、物体上に設置可能であり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、上記物体上に設置可能であり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補正用荷重変換手段と、上記補正用荷重変換手段が生成する上記補正信号から上記物体の振動により生じる振動成分を除去する演算を行い振動除去済み補正信号を生成しこの生成した振動除去済み補正信号と上記補正用質量の重量とから上記補正用荷重変換手段の補正側オフセット量を演算する補正側オフセット演算手段と、上記計量用荷重変換手段が上記被計量物の重量を受けていない状態で生成する風袋重量に対応する風袋信号、及び上記補正信号に対して上記補正側オフセット量を補正して得られたオフセット補正済み補正信号に基づいて上記計量用荷重変換手段の計量側オフセット量を演算する計量側オフセット演算手段と、上記計量信号に対して上記計量側オフセット量を補正して得られたオフセット補正済み計量信号、及び上記オフセット補正済み補正信号を演算して上記物体の振動により生じる振動成分を除去した上記被計量物の質量信号を生成する補正手段と、を具備することを特徴とするものである。
【００１６】
第４の発明に係る質量計量装置は、物体上に設置可能であり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、上記物体上に設置可能であり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補正用荷重変換手段と、上記補正用荷重変換手段が生成する上記補正信号から上記物体の振動により生じる振動成分を除去する演算を行い振動除去済み補正信号を生成しこの生成した振動除去済み補正信号と上記補正用質量の重量とから上記補正用荷重変換手段の補正側オフセット量を演算する補正側オフセット演算手段と、上記計量用荷重変換手段が上記被計量物の重量を受けていない状態で２以上の各時点で生成する風袋重量に対応する風袋信号、及び上記２以上の各時点における上記補正信号に基づいて上記計量用荷重変換手段の風袋変化量を演算する風袋変化量演算手段と、上記計量用荷重変換手段が上記被計量物の重量を受けていない状態で生成する風袋重量に対応する風袋信号、上記補正信号に対して上記補正側オフセット量を補正して得られたオフセット補正済み補正信号、及び上記風袋変化量に基づいて上記計量用荷重変換手段の計量側オフセット量を演算する計量側オフセット演算手段と、上記計量信号に対して上記計量側オフセット量を補正して得られたオフセット補正済み計量信号、上記オフセット補正済み補正信号、及び上記風袋変化量を演算して上記物体の振動により生じる振動成分と上記風袋変化量を除去した上記被計量物の質量信号を生成する補正手段と、を具備することを特徴とするものである。
【００１７】
第１、及び第２の発明に係る質量計量装置の零点設定方法、及び質量計量装置によると、計量用荷重変換手段が被計量物の重量を受けていない状態で２以上の各時点で生成する風袋重量に対応する風袋信号と補正用荷重変換手段が上記２以上の各時点で生成する補正信号とに基づいて、計量用荷重変換手段の振動成分を含まない風袋変化量を風袋変化量演算手段が演算することができる。そして、風袋補正手段は、振動補正手段が生成した振動成分を含まない質量信号から振動成分を含まない風袋変化量を除去して振動成分を含まない風袋変化量補正済み質量信号を生成することができる。
【００１８】
第３の発明に係る質量計量装置によると、計量側オフセット演算手段が計量用荷重変換手段の計量側オフセット量を演算し、補正側オフセット演算手段が補正用荷重変換手段の補正側オフセット量を演算し、補正手段が、計量信号に対して計量側オフセット量を補正して得られたオフセット補正済み計量信号、及び補正信号に対して補正側オフセット量を補正して得られたオフセット補正済み補正信号を演算して、計量側及び補正側オフセット量と物体の振動により生じる振動成分とを除去した被計量物の質量信号を生成することができる。
【００１９】
第４の発明に係る質量計量装置によると、計量用荷重変換手段の風袋変化量、計量用荷重変換手段の計量側オフセット量、及び補正用荷重変換手段の補正側オフセット量をそれぞれ別個に演算して求め、計量信号に対して計量側オフセット量を補正して得られたオフセット補正済み計量信号、補正信号に対して補正側オフセット量を補正して得られたオフセット補正済み補正信号、及び風袋変化量を演算して、風袋変化量、計量側オフセット量、及び補正側オフセット量に基づく誤差と物体の振動により生じる振動成分を除去した被計量物の質量信号を補正手段が生成することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施形態を図１、図３、及び図４を参照して説明する。この実施形態の質量計量装置は、図３に示す振動する物体、例えば振動している工場設備、又は船舶等の床１に据え付けられており、この場合、例えば８Ｈｚ（０．２〜１０Ｈｚの間）の周波数で上下に振動するものとする。そして、この振動する状態で、計量用ロードセル３の風袋変化量ｍｆ1 、計量用ロードセル３と増幅部５の計量側オフセット量ｍｏ1 、及び補正用ロードセル４と増幅部７の補正側オフセット量ｍｏ2 の補正を行うことができ、高速で高精度の計量を行うことができるものである。この実施形態の質量計量装置と図３及び図４に示す従来の質量計量装置とが相違するところは、従来の質量演算記憶手段１０に代えて質量演算記憶手段１４を設けたところであり、これ以外は同等であり、同等部分は同一の符号を使用して説明する。各図に示す３は、計量用ロードセル、４は補正用ロードセル、１０は質量演算記憶手段である。
【００２１】
計量用ロードセル３（計量用荷重変換手段）は、図３に示すように、一方の端部が振動物体１に固定され、他方の端部には被計量物２を載置するための載置台１３が取り付けられている。そして、この計量用ロードセル３の表面の４箇所には、歪ゲージ１１、・・・が貼着されている。この計量用ロードセル３は、振動を受ける状態で被計量物２の質量Ｍと載置台１３（風袋）の質量ｍ1 の重量に対応するアナログ計量信号を生成し、このアナログ計量信号は、増幅部５により増幅され、Ａ／Ｄ変換器８によりデジタル計量信号ｅ1 に変換される。即ち、計量信号ｅ1 は、
ｅ1 ＝Ｋ1 （Ｍ＋ｍ1 ＋ｍｆ1 ）（ｇ＋ａ）＋ｍｏ1 ・・・・（７）
として表される。ただし、Ｋ1 は増幅部の利得、Ｍは被計量物２の質量、ｍ1 は計量用ロードセル３の風袋（載置台１３等）の質量、ｍｆ1 は計量用ロードセル３の風袋変化量、ｇは重力加速度、ａは被計量物２及び風袋質量に掛かる床振動による鉛直方向の加速度、ｍｏ1 は計量側オフセット量である。そして、ｅ1 のデジタル計量信号ｅ1jは、
ｅ1j＝Ｋ1 （Ｍ＋ｍ1 ＋ｍｆ1 ）（ｇ＋ａj ）＋ｍｏ1
として表される。ただし、ｊは計量信号ｅ1 の時系列順番１、２、３、・・・を表している。被計量物２を載置台１３に載置していない風袋のみのデジタル風袋信号ｅ0jは、
ｅ0j＝Ｋ1 （ｍ1 ＋ｍｆ1 ）（ｇ＋ａj ）＋ｍｏ1 ・・・・（１４）
として表される。ただし、ｊは風袋信号ｅ0 の時系列順番１、２、３、・・・を表している。
【００２２】
補正用ロードセル４（補正用荷重変換手段）は、物体の振動を検出するためのものであり、図３に示すように、計量用ロードセル３と同一の加速度を受けるように、一方の端部が振動物体１に固定され、他方の端部には既知質量ｍ2 の分銅（補正用質量）６を取り付けて自由端としてある。そして、この補正用ロードセル４の表面の４箇所には、歪ゲージ１２、・・・が貼着されている。この補正用ロードセル４は、振動を受ける状態で分銅６の質量ｍ2 に基づく重量に対応するアナログ補正信号を生成し、このアナログ補正信号は、増幅部７により増幅され、Ａ／Ｄ変換器９によりデジタル補正信号ｅ2jに変換される。即ち、補正信号ｅ2jは、
ｅ2j＝Ｋ2 ｍ2 （ｇ＋ａj ）＋ｍｏ2 ・・・・（１５）
として表される。ただし、Ｋ2 は増幅部の利得、ｍ2 は分銅６の質量、ａj は分銅６に掛かる床振動による鉛直方向の加速度、ｍｏ2 は補正側オフセット量である。ただし、ｊは補正信号ｅ2 の時系列順番１、２、３、・・・を表している。
【００２３】
質量演算記憶手段１４は、補正側オフセット演算手段１５と、切換手段１６と、風袋変化量及び計量側オフセット量演算手段１７と、補正手段１８と、減算器１９を備えている。
補正側オフセット演算手段１５は、図１に示すように、ローパスフィルタ２０と減算手段２１からなっている。ローパスフィルタ２０は、遮断周波数が物体１の振動周波数より低く設定されているフィルタであり、補正用ロードセル４から出力された（１５）式により表される補正信号ｅ2jをフィルタ処理して振動成分を除去した振動除去済み補正信号ｅ2 ’
ｅ2 ’＝Ｋ2 ｍ2 ｇ＋ｍｏ2 ・・・・（１６）
を出力する。減算手段２１は、この振動除去済み補正信号ｅ2 ’から分銅６の質量ｍ2 の重量と対応する既知の値Ｋ2 ｍ2 ｇを減算して補正側オフセット量ｍｏ2 を演算して出力する。即ち、補正側オフセット量ｍｏ2 を
ｍｏ2 ＝ｅ2 ’−Ｋ2 ｍ2 ｇ ・・・・（１７）
の演算によって生成して記憶部（図示せず）に記憶することができる。
なお、補正側オフセット量ｍｏ2 は、補正用ロードセル４が被計量物２の衝撃を受けないので、主に環境の温度や湿度の変化の影響によって変化する。従って、補正側オフセット演算手段１５は、計量のたびにオフセット量ｍｏ2 を演算する必要性が少ないために、予め設定されている例えば５分おきにオフセット量ｍｏ2 を演算することとしている。ただし、このオフセット量ｍｏ2 を演算するタイミングは、変更可能であり、環境の条件に応じてこれ以外の時間間隔で演算を行わせることができる。また、予め設定されている所定時間おきにｍｏ2 を演算する代わりに、予め設定した所定の計量回数、例えば１０回の計量回数ごとにｍｏ2 を演算するようにしてもよい。
【００２４】
減算器１９は、（１８）式に示すように、補正用ロードセル４側から出力される補正信号ｅ2j（（１５）式参照）から補正側オフセット量ｍｏ2 を減算してオフセット補正済み補正信号ｅ2 ’j を生成する。
ｅ2 ’j ＝ｅ2j−ｍｏ2 ＝Ｋ2 ｍ2 （ｇ＋ａj ） ・・・・（１８）
ｊは補正信号ｅ2 ’の時系列順番１、２、３、・・・を表している。
【００２５】
切換手段１６は、外部から入力する信号（図示せず）の指令により計量用ロードセル３の計量側オフセット量ｍｏ1 及び風袋変化量ｍｆ1 を計算するか否かを判定するための手段である。つまり、例えば載置台１３の近傍に設けられている光センサ（図示せず）が載置台１３上に載置された被計量物２を検出して、計量状態であることを示す所定信号を切換手段１６に出力すると、計量信号ｅ1jとオフセット補正済み補正信号ｅ2 ’j を補正手段１８に出力する。そして、載置台１３上に被計量物２が載置されておらず上記光センサが上記所定信号を切換手段１６に出力していない休止状態では、風袋信号ｅ0j（（１４）式参照）とオフセット補正済み補正信号ｅ2 ’j を風袋変化量及び計量側オフセット量演算手段１７に出力する。
【００２６】
風袋変化量及び計量側オフセット量演算手段１７は、図１に示すように、減算手段２２、減算手段２３、演算記憶手段２４、及び判定手段２５を備えている。
減算手段２２は、２つの計量時点における風袋信号ｅ0(j+1)とｅ0jの差（ｅ0(j+1)−ｅ0j）を演算して演算結果を演算記憶手段２４に出力する手段であり、減算手段２３は、２つの計量時点におけるオフセット補正済み補正信号のｅ2 ’(j+1) とｅ2 ’j の差（ｅ2 ’(j+1) −ｅ2 ’j ）を演算して演算結果を判定手段２５を介して演算記憶手段２４に出力する手段である。
演算記憶手段２４は、（ｅ0(j+1)−ｅ0j）と（ｅ2 ’(j+1) −ｅ2 ’j ）の演算結果に基づいて風袋変化量ｍｆ1 及び計量側オフセット量ｍｏ1 を演算する手段である。つまり、（１４）式と（１８）式の
（ｅ0(j+1)−ｅ0j）／（ｅ2 ’(j+1) −ｅ2 ’j ）＝Ｋ1 （ｍ1 ＋ｍｆ1 ）／（Ｋ2 ｍ2 ） ・・・・（１９）
の関係より、計量用ロードセル３の風袋変化量ｍｆ1 を、
ｍｆ1 ＝（（ｅ0(j+1)−ｅ0j）／（ｅ2 ’(j+1) −ｅ2 ’j ））（Ｋ2 ｍ2 ／Ｋ1 ）−ｍ1 ・・・・（２０）
の演算を行うことにより生成して記憶部（図示せず）に記憶することができる。更に、（１８）式を（ｇ＋ａｊ）＝ｅ2 ’j ／（Ｋ2 ｍ2 ）と変形して、これを（１４）式に代入して得られた（２１）式により、計量側オフセット量ｍｏ1 を
ｍｏ1 ＝ｅ0j−ｅ2 ’j Ｋ1 （ｍ1 ＋ｍｆ1 ）／（Ｋ2 ｍ2 ）・・（２１）
の演算を行うことにより生成して記憶部（図示せず）に記憶することができる。なお、ｅ0jとｅ2 ’j は、切換手段１６と減算手段２２、２３を介して演算記憶手段２４に入力する。
【００２７】
判定手段２５は、ｅ2 ’(j+1) ＝ｅ2 ’j であるか否かを判定して、振動を受けており、ｅ2 ’(j+1) ≠ｅ2 ’j と判定したときに（ｅ2 ’(j+1) −ｅ2 ’j ）の減算値を演算記憶手段２４に出力する手段である。つまり、ｊ＝１においてｅ2 ’(j+1) ＝ｅ2 ’j と判定した場合は、ｅ2 ’(j+1) −ｅ2 ’j ＝０となり、演算記憶手段２４がｍｆ1 及びｍｏ1 を演算することができないので、ｊ＝２、３、・・・の時系列順に判定を繰り返して行い、
ｅ2 ’(j+1) ≠ｅ2 ’j ・・・・（２２）
を満足するときのｊの時刻における（ｅ2 ’(j+1) −ｅ2 ’j ）を演算記憶手段２４に出力する手段である。
【００２８】
補正手段１８は、図１に示すように、計量側オフセット量ｍｏ1 を補正するｍｏ1 補正手段２６、振動補正手段２７、及び風袋変化量ｍｆ1 を補正するｍｆ1 補正手段２８からなっている。
ｍｏ1 補正手段２６は、計量用ロードセル３から出力された計量信号ｅ1jから計量側オフセット量ｍｏ1 を減算してオフセット補正済み計量信号ｅ1 ’j を生成して振動補正手段２７に出力する手段である。（７）式より、
ｅ1 ’j ＝ｅ1j−ｍｏ1 ＝Ｋ1 （Ｍ＋ｍ1 ＋ｍｆ1 ）（ｇ＋ａj ） ・・・（２３）
を演算することによりオフセット補正済み計量信号ｅ1 ’j を生成することができる。ただし、ｊは計量信号ｅ1 ’の時系列順番１、２、３、・・・を表している。
【００２９】
振動補正手段２７は、計量側オフセット量ｍｏ1 が除去されたオフセット補正済み計量信号ｅ1 ’j （（２３）式参照）と、補正側オフセット量ｍｏ2 が除去されたオフセット補正済み補正信号ｅ2 ’j （（１８）式参照）と、を除算補償方法の（４）式のｅ1 、ｅ2 にそれぞれ代入することにより風袋変化量ｍｆ1 を含む被計量物２の質量Ｍ’を演算する手段である。質量Ｍ’は、
Ｍ’＝Ｍ＋ｍｆ1 ＝Ｋ2 ｍ2 （ｅ1 ’j −ｅ2 ’j ）／（Ｋ1 ｅ2 ’j ）・・・（２４）
によって得られる。
ただし、振動補正手段２７は、（４）式の除算補償方法のプログラムによって風袋変化量ｍｆ1 を含む被計量物２の質量Ｍ’を演算する構成としたが、（６）式の減算方法のプログラムによって風袋変化量ｍｆ1 を含む被計量物２の質量Ｍ’を演算する構成としてもよい。この場合の質量Ｍ’は、
Ｍ’＝Ｍ＋ｍｆ1 ＝〔（ｅ1 ’j −ｋ3 （ｅ2 ’j −ｍ2 ｇ））／（Ｋ1 ｇ）〕−ｍ1 ・・・（２５）
によって得られる。なお、補償係数ｋ3 は、
ｋ3 ＝ｅ1 ’j ／ｅ2 ’j ＝（Ｋ1 （Ｍ＋ｍ1 ＋ｍｆ1 ））／（Ｋ2 ｍ2 ）・・・・（２６）
の演算より求める。
【００３０】
ｍｆ1 補正手段２８は、風袋変化量ｍｆ1 を含む被計量物２の質量Ｍ’から風袋変化量ｍｆ1 を減算して被計量物２の質量Ｍを演算する手段であり、質量Ｍを
Ｍ＝Ｍ’−ｍｆ1 ・・・・（２７）
の演算により求めることができる。
【００３１】
次に、上記構成の零点設定方法を使用した質量計量装置の作用を説明する。今、計量用ロードセル３が被計量物２の重量を受けておらず、休止状態であるとする。計量用ロードセル３が生成する図１に示す風袋信号ｅ0jは、切換手段１６を通って風袋変化量及び計量側オフセット量演算手段（以下、「風袋変化量等の演算手段」ともいう。）１７の減算手段２２に入力する。そして、補正用ロードセル４が生成する補正信号ｅ2jは、補正側オフセット演算手段１５と減算器１９に入力する。補正側オフセット演算手段１５は、補正信号ｅ2jに含まれている補正側オフセット量ｍｏ2 を演算してそのｍｏ2 を減算器１９に出力し、減算器１９は、補正信号ｅ2jから補正側オフセット量ｍｏ2 を減算してオフセット補正済み補正信号ｅ2 ’j を風袋変化量等の演算手段１７の減算手段２３に出力する。風袋変化量等の演算手段１７は、これら風袋信号ｅ0jの時系列順に入力する２つの風袋信号ｅ0j、ｅ0(j+1)、及び時系列順に入力する２つのオフセット補正済み補正信号ｅ2 ’j 、ｅ2 ’(j+1) に基づいて、計量用ロードセル３の振動成分を含まない風袋変化量ｍｆ1 と計量側オフセット量ｍｏ1 を演算して補正手段１８に出力する。
【００３２】
このように、質量計量装置の休止状態において風袋変化量ｍｆ1 と計量側オフセット量ｍｏ1 をローパスフィルタを使用せずに演算により得ることができるので、計量と計量の間の毎回の休止状態に必要とする時間の短縮を図ることができる。そして、計量用ロードセル３の振動成分ａj を含まない風袋変化量ｍｆ1 と計量側オフセット量ｍｏ1 、及び補正側オフセット量ｍｏ2 を演算により求めて、これらに基づく計量誤差を除去する零点設定を行うことができるので、計量状態において被計量物２の質量Ｍを正確に演算することができるし、前回以前に計量された被計量物２の残留分があっても、今回の被計量物２の質量Ｍを正確に演算することができる。また、補正側オフセット演算手段１５には、ローパスフィルタ２０が設けられているので、補正側オフセット量ｍｏ2 を生成するのに比較的時間を要するが、この補正側オフセット量ｍｏ2 は、計量側オフセット量ｍｏ1 と比較して変動し難いものであるので、予め設定した例えば５分おきにｍｏ2 を演算することとしてあり、５分が経過するまでは直前に演算されて記憶されているｍｏ2 を減算器１９に出力しており、従って、休止状態の平均時間を長引かせないようにすることができる。
【００３３】
次に、休止状態から計量用ロードセル３が被計量物２の重量を受けている計量状態となったときは、計量用ロードセル３が生成する図１に示す計量信号ｅ1j、及び補正側オフセット量ｍｏ2 が除去されたオフセット補正済み補正信号ｅ2 ’j は、切換手段１６を通って補正手段１８に入力する。補正手段１８は、計量信号ｅ1jから計量側オフセット量ｍｏ1 を除去してオフセット補正済み計量信号ｅ1 ’j を演算する。そして、このオフセット補正済み計量信号ｅ1 ’j とオフセット補正済み補正信号ｅ2 ’j により計量用ロードセル３の振動成分を除去した風袋変化量ｍｆ1 を含む被計量物２の質量Ｍ’を演算し、質量Ｍ’から風袋変化量ｍｆ1 を減算して被計量物２の質量Ｍを生成することができる。
【００３４】
このように、質量計量装置の計量状態において、計量信号ｅ1jに対してローパスフィルタを使用せずに、計量側及び補正側オフセット量ｍｏ1 、ｍｏ2 、及び風袋変化量ｍｆ1 の零点設定を行い、被計量物２の質量Ｍを演算により得ることができるので、質量Ｍの演算時間の短縮を図ることができ、その結果、質量Ｍの高速計量を実現することができる。
【００３５】
次に、本発明に係る零点設定方法を使用する質量計量装置の第２実施形態を図２を参照して説明する。第２実施形態の質量計量装置は、計量側オフセット量ｍｏ1 と補正側オフセット量ｍｏ2 が０であることが常に成立する場合、又はｍｏ1 とｍｏ2 に基づく計量誤差が計量精度に対して無視できる場合等に適用することができる。第１実施形態と第２実施形態の質量計量装置が相違するところは、第１実施形態では、計量側オフセット量ｍｏ1 、補正側オフセット量ｍｏ2 、及び風袋変化量ｍｆ1 を演算して求めてそれらの零点設定を行う構成としたのに対して、第２実施形態では、計量側オフセット量ｍｏ1 、及び補正側オフセット量ｍｏ2 の零点設定を行わずに風袋変化量ｍｆ1 の零点設定を行う構成としたところである。つまり、第２実施形態の質量計量装置の質量演算記憶手段（ＣＰＵ）２９の構成は、図２に示すように、第１実施形態の質量演算記憶手段１４の構成のうちから、補正側オフセット演算手段１５と、減算器１９と、ｍｏ1 補正手段２６と、を削除し、演算記憶手段２４に代えて演算記憶手段３０を設け、この演算記憶手段３０が風袋変化量ｍｆ1 を演算する構成である。これ以外は第１実施形態と同等であり、同等部分は同一図面符号で示し、それらの詳細な説明を省略する。
【００３６】
第２実施形態の質量計量装置の作用を説明する。今、計量用ロードセル３が被計量物２の重量を受けておらず、休止状態であるとする。計量用ロードセル３が生成する図２に示す計量側オフセット量ｍｏ1 を含まない風袋信号ｅ0j＝Ｋ1 （ｍ1 ＋ｍｆ1 ）（ｇ＋ａj ）は、切換手段１６を通って減算手段２２に入力する。そして、補正用ロードセル４が生成する補正側オフセット量ｍｏ2 を含まない補正信号ｅ2j＝Ｋ2 ｍ2 （ｇ＋ａj ）は、切換手段１６を通って減算手段２３に入力する。減算手段２２は、これら風袋信号ｅ0jの時系列順に入力する２つの風袋信号ｅ0jとｅ0(j+1)の差を演算し、減算手段２３は、これら補正信号ｅ2jの時系列順に入力する２つの補正信号ｅ2jとｅ2(j+1)の差を演算する。演算記憶手段３０は、判定手段２５がｅ2(j+1)≠ｅ2jであると判断して（ｅ2(j+1)−ｅ2j）が演算記憶手段３０に入力したときに、
ｍｆ1 ＝（（ｅ0(j+1)−ｅ0j）／（ｅ2 (j+1) −ｅ2 j ））（Ｋ2 ｍ2 ／Ｋ1 ）−ｍ1 ・・・・（２８）
の演算を行うことにより風袋変化量ｍｆ1 を生成して記憶部（図示せず）に記憶することができる。そして、この計量用ロードセル３の振動成分を含まない風袋変化量ｍｆ1 をｍｆ1 補正手段２８に出力する。
【００３７】
このように、質量計量装置の休止状態において、風袋信号ｅ0jに対してローパスフィルタを使用せずに風袋変化量ｍｆ1 を演算により得ることができるので、第１実施形態と同様に、計量と計量の間の毎回の休止状態に必要とする時間の短縮を図ることができる。そして、振動成分ａj を含まない風袋変化量ｍｆ1 を演算により求めて、これに基づく計量誤差を除去する零点設定をすることができるので、被計量物２の質量Ｍを正確に演算することができるし、第１実施形態と同様に、前回以前に計量された被計量物２の残留分があっても、今回の被計量物２の質量Ｍを正確に演算することができる。
【００３８】
次に、休止状態から計量用ロードセル３が被計量物２の重量を受けている計量状態となったときは、計量用ロードセル３が生成する図２に示す計量信号ｅ1j＝Ｋ1 （Ｍ＋ｍ1 ＋ｍｆ1 ）（ｇ＋ａj ）、及び補正用ロードセル４が生成する補正信号ｅ2jは、切換手段１６を通って振動補正手段２７に入力する。振動補正手段２７は、第１実施形態と同様に、計量側オフセット量ｍｏ1 を含まない計量信号ｅ1jと補正側オフセット量ｍｏ2 を含まない補正信号ｅ2jを（２４）式に代入して演算を行うことにより、計量用ロードセル３の振動成分を除去した風袋変化量ｍｆ1 を含む被計量物２の質量Ｍ’を生成し、ｍｆ1 補正手段２８は質量Ｍ’から風袋変化量ｍｆ1 を減算して被計量物２の質量Ｍを生成することができる。
【００３９】
このように、質量計量装置の計量状態において、計量信号ｅ1jに対してローパスフィルタを使用せずに風袋変化量ｍｆ1 の零点設定を行い、被計量物２の質量Ｍを演算により得ることができるので、第１実施形態と同様に、質量Ｍの演算時間の短縮を図ることができ、その結果、質量Ｍの高速計量を実現することができる。
【００４０】
ただし、第１実施形態では、時系列順の２つの時刻における風袋信号の（ｅ0(j+1)−ｅ0j）とオフセット補正済み補正信号の（ｅ2 ’(j+1) −ｅ2 ’j ）を（２０）式に代入して演算を行い風袋変化量ｍｆ1 を生成したが、時系列順の３つ以上の時刻における風袋信号の（ｅ0(j+1)−ｅ0j）とオフセット補正済み補正信号の（ｅ2 ’(j+1) −ｅ2 ’j ）のサンプルデータを使用して風袋変化量ｍｆ1 を生成する構成としてもよい。つまり、（１９）式を
（ｅ0(j+1)−ｅ0j）＝〔Ｋ1 （ｍ1 ＋ｍｆ1 ）／（Ｋ2 ｍ2 ）〕（ｅ2 ’(j+1 ) −ｅ2 ’j ） ・・・・（２９）
と変形する。そして、３つ以上のサンプルｊ（ｊ＝１、２、３、・・・）のサンプルデータ、例えば（ｅ02−ｅ01）、（ｅ03−ｅ02）、（ｅ04−ｅ03）、・・・、及び（ｅ2 ’2 −ｅ2 ’1 ）、（ｅ2 ’3 −ｅ2 ’2 ）、（ｅ2 ’4 −ｅ2 ’3 ）、・・・を（３０）式にそれぞれ代入して、
（ｅ0(j+1)−ｅ0j）＝Ｃ（ｅ2 ’(j+1) −ｅ2 ’j ） ・・・・（３０）
（３０）式のパラメータＣを最小２乗法を内容とするプログラムによって演算して生成するようにする。次に、（２９）式と（３０）式より、
Ｃ＝Ｋ1 （ｍ1 ＋ｍｆ1 ）／（Ｋ2 ｍ2 ） ・・・・（３１）
の関係が得られ、（３１）式を変形すると、風袋変化量ｍｆ1 は
ｍｆ1 ＝（ＣＫ2 ｍ2 ／Ｋ1 ）−ｍ1 ・・・・（３２）
の演算を行うことによって生成することができる。
このようにして風袋変化量ｍｆ1 を第１実施形態よりも更に正確に演算することができる。
【００４１】
そして、演算記憶手段２４は、上記のようにして得られた風袋変化量ｍｆ1 と時系列順に入力するｅ0j、ｅ2 ’j とに基づいて（２１）式の演算を２回以上行うことにより２以上の計量側オフセット量ｍｏ1jを生成し、これら２以上の計量側オフセット量ｍｏ1jの平均値ｍｏ1 を演算により求める構成とすることができる。これにより、第１実施形態よりも正確に計量側オフセット量ｍｏ1 を求めることができる。
【００４２】
また、第２実施形態においても、上記と同様に、時系列順の３つ以上の時刻における風袋信号の（ｅ0(j+1)−ｅ0j）と補正信号の（ｅ2 (j+1) −ｅ2 j ）のサンプルデータを使用してパラメータＣを演算し、そして、（３２）式の演算を行うことにより風袋変化量ｍｆ1 を生成する構成としてもよい。
【００４３】
更に、第１実施形態では、計量側オフセット量ｍｏ1 、補正側オフセット量ｍｏ2 、及び風袋変化量ｍｆ1 を演算して求めて零点設定を行う構成としたが、風袋変化量ｍｆ1 を演算せずに、計量側オフセット量ｍｏ1 と補正側オフセット量ｍｏ2 を演算して求めてこれの零点設定を行う構成としてもよい。このように構成した質量計量装置は、被計量物２が例えば包装されたものである場合のように、前回に計量した被計量物２の一部が載置台１３に残らない場合に適している。
【００４４】
【発明の効果】
第１、及び第２の発明に係る質量計量装置の零点設定方法、及び質量計量装置は、計量用荷重変換手段が被計量物の重量を受けていない状態で２以上の各時点で生成する風袋重量に対応する風袋信号と補正用荷重変換手段が上記２以上の各時点で生成する補正信号とに基づいて、計量用荷重変換手段の振動成分を含まない風袋変化量を演算し、振動補正手段が生成した質量信号からその風袋変化量を除去して振動成分を含まない風袋変化量補正済み質量信号を生成する構成である。つまり、遮断周波数が床振動周波数よりも低く設定したローパスフィルタを用いて計量用荷重変換手段が生成する風袋信号（（１２）式）から物体の振動に基づく振動成分（振動加速度ａを含む成分）を除去する構成を採用していないので、振動を受ける場所でも被計量物の質量を高速で計量することができるという効果がある。
そして、振動成分を含まない風袋変化量を演算により得ることができるので、計量用荷重変換手段の載置台上に前回までに計量した被計量物品の残留分等が存在している場合でも被計量物の質量を精度良く計量することができるという効果がある。
【００４５】
第３の発明に係る質量計量装置によると、オフセット補正済み計量信号、及びオフセット補正済み補正信号を演算して、計量側及び補正側オフセット量と振動成分とを除去した被計量物の質量信号を生成する構成であるので、振動を受ける場所でも補正用荷重変換手段の補正側オフセット量、計量用荷重変換手段の計量側オフセット量、及び振動成分に基づく誤差を除去した被計量物の質量信号を得ることができる。これによって、振動を受ける場所でも被計量物の質量を高精度、高速で計量することができるという効果がある。この第３の発明は、前回までに計量した被計量物の残留分が載置台に残らないような被計量物の質量の計量に適している。
【００４６】
第４の発明に係る質量計量装置によると、第１及び第２の発明と同様に、計量用荷重変換手段が被計量物の重量を受けていない状態で２以上の各時点で生成する風袋重量に対応する風袋信号と補正用荷重変換手段が上記２以上の各時点で生成する補正信号とに基づいて、計量用荷重変換手段の振動成分を含まない風袋変化量を風袋変化量演算手段が演算し、補正手段が生成した質量信号からその風袋変化量を除去して振動成分を含まない風袋変化量補正済み質量信号を生成する構成であり、遮断周波数が床振動周波数よりも低く設定したローパスフィルタを用いて計量用荷重変換手段が生成する風袋信号から振動成分を除去する構成を採用していないので、振動を受ける場所でも被計量物の質量を高速で計量することができるという効果がある。そして、風袋変化量を除去した風袋変化量補正済み質量信号が得られるので、被計量物が載置台等に付着して風袋質量の変化がある場合でも被計量物の質量を精度良く計量することができるという効果がある。
【００４７】
また、第３の発明と同様に、振動を受ける場所でも、補正用荷重変換手段の補正側オフセット量、及び計量用荷重変換手段の計量側オフセット量に基づく誤差を含まない被計量物の質量信号を得ることができるので、被計量物の質量を高精度で計量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計量装置の質量演算記憶手段の構成を示すブロック図である。
【図２】同発明の第２実施形態に係る質量計量装置の質量演算記憶手段の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明及び従来の質量計量装置の計量用ロードセル及び補正用ロードセルを示す正面図である。
【図４】従来の質量計量装置の電気回路を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 床
２ 被計量物
３ 計量用ロードセル
４ 補正用ロードセル
１４、２９ 質量演算記憶手段
１５ 補正側オフセット演算手段
１７ 風袋変化量及び計量側オフセット量演算手段
１８ 補正手段
１９ 減算器
２１、２２、２３ 減算手段
２４、３０ 演算記憶手段
２６ ｍｏ1 補正手段
２７ 振動補正手段
２８ ｍｆ1 補正手段
Claims (4)
- 物体上に設置可能であり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、上記物体上に設置可能であり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補正用荷重変換手段と、上記計量信号と上記補正信号を演算して上記物体の振動により生じる振動成分を除去した上記被計量物の質量信号を生成する振動補正手段と、を具備する質量計量装置の零点設定方法において、
上記計量用荷重変換手段が上記被計量物の重量を受けていない状態で２以上の各時点で風袋重量に対応する風袋信号を生成する段階と、上記補正用荷重変換手段が上記２以上の各時点で上記補正信号を生成する段階と、上記２以上の各時点における上記各風袋信号と上記各補正信号に基づいて上記計量用荷重変換手段の振動成分を含まない風袋変化量を風袋変化量演算手段が演算する段階と、上記被計量物の質量信号から上記風袋変化量を除去して振動成分を含まない風袋変化量補正済み質量信号を風袋補正手段が生成する段階と、を具備することを特徴とする質量計量装置の零点設定方法。 - 物体上に設置可能であり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、上記物体上に設置可能であり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補正用荷重変換手段と、上記計量信号と上記補正信号を演算して上記物体の振動により生じる振動成分を除去した上記被計量物の質量信号を生成する振動補正手段と、を具備する質量計量装置において、
上記計量用荷重変換手段が上記被計量物の重量を受けていない状態で２以上の各時点で生成する風袋重量に対応する各風袋信号、及び上記２以上の各時点における上記各補正信号に基づいて上記計量用荷重変換手段の振動成分を含まない風袋変化量を演算する風袋変化量演算手段と、上記被計量物の質量信号から上記風袋変化量を除去して振動成分を含まない風袋変化量補正済み質量信号を生成する風袋補正手段と、を設けたことを特徴とする質量計量装置。 - 物体上に設置可能であり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、上記物体上に設置可能であり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補正用荷重変換手段と、上記補正用荷重変換手段が生成する上記補正信号から上記物体の振動により生じる振動成分を除去する演算を行い振動除去済み補正信号を生成しこの生成した振動除去済み補正信号と上記補正用質量の重量とから上記補正用荷重変換手段の補正側オフセット量を演算する補正側オフセット演算手段と、上記計量用荷重変換手段が上記被計量物の重量を受けていない状態で生成する風袋重量に対応する風袋信号、及び上記補正信号に対して上記補正側オフセット量を補正して得られたオフセット補正済み補正信号に基づいて上記計量用荷重変換手段の計量側オフセット量を演算する計量側オフセット演算手段と、上記計量信号に対して上記計量側オフセット量を補正して得られたオフセット補正済み計量信号、及び上記オフセット補正済み補正信号を演算して上記物体の振動により生じる振動成分を除去した上記被計量物の質量信号を生成する補正手段と、を具備することを特徴とする質量計量装置。
- 物体上に設置可能であり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、上記物体上に設置可能であり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補正用荷重変換手段と、上記補正用荷重変換手段が生成する上記補正信号から上記物体の振動により生じる振動成分を除去する演算を行い振動除去済み補正信号を生成しこの生成した振動除去済み補正信号と上記補正用質量の重量とから上記補正用荷重変換手段の補正側オフセット量を演算する補正側オフセット演算手段と、上記計量用荷重変換手段が上記被計量物の重量を受けていない状態で２以上の各時点で生成する風袋重量に対応する風袋信号、及び上記２以上の各時点における上記補正信号に基づいて上記計量用荷重変換手段の風袋変化量を演算する風袋変化量演算手段と、上記計量用荷重変換手段が上記被計量物の重量を受けていない状態で生成する風袋重量に対応する風袋信号、上記補正信号に対して上記補正側オフセット量を補正して得られたオフセット補正済み補正信号、及び上記風袋変化量に基づいて上記計量用荷重変換手段の計量側オフセット量を演算する計量側オフセット演算手段と、上記計量信号に対して上記計量側オフセット量を補正して得られたオフセット補正済み計量信号、上記オフセット補正済み補正信号、及び上記風袋変化量を演算して上記物体の振動により生じる振動成分と上記風袋変化量を除去した上記被計量物の質量信号を生成する補正手段と、を具備することを特徴とする質量計量装置。
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| JP11047797A JP3720163B2 (ja) | 1997-04-10 | 1997-04-10 | 質量計量装置の零点設定方法及び質量計量装置 |
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