JP4163824B2 - 計量装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、計量セルからの計量信号から、その計量セルを設置した床の振動成分による計量誤差を除去するようにした計量装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、工場生産ラインにおいて、被計量物を計量する際、計量装置の設置場所において地盤，建屋，床，架台などの環境に起因して床振動が生じ、これらの振動分が計量信号に重畳する。このため、計量装置において、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計量セルの近傍で該計量セルと同一の床に、床振動検出信号を出力する床振動検出セルを設置し、計量信号から床振動信号を減算することにより、計量信号中の床振動成分を除去する床振動補償を行う場合がある。
【０００３】
このとき、計量セルと床振動検出セルとでは、ばね定数および負荷重量（風袋を含む）が相違することに起因して、出力信号に対する入力信号のゲイン（伝達関数）が異なる場合があり、このため、いずれか一方のセルの出力感度を他方に合わせる感度補正を行って、両セルの出力のゲインを合わせる必要がある。以下、この感度補正について説明する。
【０００４】
図８の振動モデルにおいて、計量セルおよび床振動検出セルの運動方程式は、式（１）および式（２）で示すようになる。両式（１），（２）において、Ｍ0 は床振動検出セルの自由端の質量、Ｍ1 は被計量物が載置されていない状態での計量セルの自由端の質量、ｍは被計量物の質量、ｋ0 ，ｋ1 は床振動検出セルと計量セルのばね定数、ｘ0 ，ｘ1 は両セルの自由端の変位、ｘB は床Ｆの変位である。
【０００５】
【数１】
【０００６】
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、上記式（１）および式（２）は、式（３）および式（４）のように変形することができる。
【０００７】
【数２】
【０００８】
上記の両式（３）（４）を、床の変位を系の入力、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、さらに、振幅の周波数特性Ｇ1(ｊω）およびＧ0(ｊω）を求めると、式（５）および式（７）となる。両式において、ωは床振動の周波数、ω1 は被計量物がのった計量セルの固有振動数、ω0 は床振動検出セルの固有振動数である。計量セルの固有振動数ω1 は式（６）で示され、床振動検出セルの固有振動数ω0 は式（８）で示される。
【０００９】
【数３】
【００１０】
したがって、計量セル側と床振動検出セル側の出力感度比αは、次の式（９）となる。
【００１１】
【数４】
【００１２】
ここで、式（９）において、床振動の周波数ωが両セルの固有振動数ω1 ，ω0 より十分に低い周波数、即ち、1 ≫（ω/ ωo )2、1 ≫（ω/ ω1 )2である場合、式（１０）が成立し、この簡易な式（１０）で計算された一定の出力感度比αに基づいて、例えば計量セルの感度補正を行って、両セルの出力のゲインを合わせ、床振動補償を行う。すなわち、この場合、式（５）および式（７）に基づいて、床振動の周波数ω、計量セル，床振動検出セルの固有振動数ω1 ，ω0 から、両セルの伝達関数を演算しなくとも、一定の出力感度比αを用いることにより高精度の計量を確保できる。
【００１３】
【数５】
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように、一定の出力感度比αを用いることができるのは、床振動の周波数ωが十分に低い場合であり、図９に示すように、両セルの固有振動数ωo ，ω1 は相違しているので、床振動の周波数ωが固有振動数ωo ，ω1 に近い高周波の場合には、床振動の周波数ωの変化に対して出力感度比は一定にならない。ここで、横軸は床振動の周波数（Ｈｚ）で、縦軸は出力感度（ｇｆ／μｍ）である。
【００１５】
したがって、床振動の周波数ωが高周波の場合、式（１０）で質量ｍの変化のみに基づいて一定の出力感度比αで感度補正したのでは誤差が大きくなり、床振動補償の正確性を欠き高精度の計量が図れない。
【００１６】
一方、式（５）および式（７）に基づいて両セルの伝達関数を求め、式（９）に基づいて床振動周波数に応じた出力感度比を演算する場合、式（５）の演算に必要となる被計量物がのった計量セルの固有振動数ω1 は、被計量物の質量ｍに依存するため、これを求めるのが困難であるという問題があった。
【００１７】
さらに、両セルが同一形式のものでない場合には、その動特性の相違によって、計量信号と床振動検出信号の位相差による誤差も生じる。この誤差は、床振動の周波数ωが固有振動数ωo ，ω1 に近い高周波になる程大きくなる。
【００１８】
本発明は、上記の問題点を解決して、床振動周波数が計量セルおよび床振動検出セルの固有振動数に近い高周波の場合であっても、床振動周波数に応じて床振動補償を容易かつ正確に行うことができる計量装置を提供することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願請求項１の発明は、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計量セル、この計量セルが設置された床の振動を検出して、床振動検出信号を出力する床振動検出セル、計量信号に含まれる直流成分を抽出し、この直流成分から被計量物の質量を予測する質量予測手段、被計量物の質量と被計量物がのった計量セルの固有振動数との関係を示す、実測から得られた質量−固有振動数データを記憶する記憶手段と、記憶された質量−固有振動数データに基づき、前記予測された被計量物の質量から前記固有振動数を求める固有振動数取得手段と、この固有振動数に基づいて計量セルについての入力と出力の関係を示す伝達関数を演算する伝達関数演算手段と、この計量セルの伝達関数と、床振動検出セルの伝達関数とが一致するように信号を補正する伝達関数補正手段とを有する補償処理手段、および、前記補償処理手段による補正後に、計量信号から床振動検出信号を減算して床振動補正済計量信号を出力する減算処理手段を備えている。
【００２０】
上記構成によれば、計量信号から抽出した直流成分から被計量物の質量を予測し、この予測された質量から、予め実測から得られた質量−固有振動数データに基づいて、被計量物がのった計量セルの固有振動数を求め、計量セルの伝達関数をこの固有振動数に基づいて演算する。そして、この計量セルの伝達関数と、既知の床振動検出セルの伝達関数との比に基づいて、両セルの伝達関数が一致するように信号を補正したうえで、計量信号から床振動検出信号を減算して床振動補正済計量信号を出力する。
【００２１】
したがって、床振動周波数が計量セルおよび床振動検出セルの固有振動数に近い高周波の場合であっても、実測による質量−固有振動数データに基づいて、計量セルの伝達関数を容易かつ正確に演算し、両セルの伝達関数が一致するように正確に補正できるので、床振動周波数に応じて床振動補償を容易かつ正確に行うことができる。また、両セルの伝達関数を一致させることにより、両セルの動特性が相違することによって生じる計量信号と床振動検出信号の位相差による誤差も解消されることとなり、床振動補償の正確性がさらに増して、高精度の計量が可能となる。しかも、本発明は、減算処理手段の入力の計量信号から質量を予測し、補償処理手段により、予め実測から得られた質量−固有振動数データを用いて、計量セルの伝達関数を演算し、両セルの伝達関数が一致するように補正した床振動検出信号を、減算処理手段により、入力の計量信号からそのまま減算して床振動補正済計量信号を得るフィードフォワード型になっており、高速計量が可能になる。
【００２２】
本願請求項２の発明は、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計量セル、この計量セルが設置された床の振動を検出して、床振動検出信号を出力する床振動検出セル、前記計量セルと床振動検出セルの各入出力の関係を示す伝達関数が一致するように信号を補正する補償処理手段、前記補償処理手段による補正後に、計量信号から床振動検出信号を減算して床振動補正済計量信号を出力する減算処理手段、および、前記床振動補正済計量信号に含まれる直流成分を抽出し、この直流成分から被計量物の質量を予測する質量予測手段を備え、前記補償処理手段は、被計量物の質量と被計量物がのった計量セルの固有振動数との関係を示す、実測から得られた質量−固有振動数データを記憶する記憶手段と、記憶された質量−固有振動数データに基づき、前記予測された被計量物の質量から前記固有振動数を求める固有振動数取得手段と、この固有振動数に基づいて計量セルの伝達関数を演算する伝達関数演算手段と、この計量セルの伝達関数と床振動検出セルの伝達関数とが一致するように信号を補正する伝達関数補正手段とを備えている。
【００２３】
上記構成によれば、床振動補正済計量信号から抽出した直流成分から被計量物の質量を予測し、この予測された質量から、予め実測から得られた質量−固有振動数データに基づいて、被計量物がのった計量セルの固有振動数を求め、計量セルの伝達関数をこの固有振動数に基づいて演算する。そして、この計量セルの伝達関数と、既知の床振動検出セルの伝達関数との比に基づいて、両セルの伝達関数が一致するように信号を補正したうえで、計量信号から床振動検出信号を減算して床振動補正済計量信号を出力する。
【００２４】
したがって、上記と同様に、床振動周波数が計量セルおよび床振動検出セルの固有振動数に近い高周波の場合であっても、実測による質量−固有振動数データに基づいて、計量セルの伝達関数を容易かつ正確に演算し、両セルの伝達関数が一致するように正確に補正できるので、床振動周波数に応じて床振動補償を容易かつ正確に行うことができる。また、本発明は、減算処理手段の出力の床振動補正済計量信号から質量を予測し、補償処理手段により、予め実測から得られた質量−固有振動数データを用いて、計量セルの伝達関数を演算し、両セルの伝達関数が一致するように補正した床振動検出信号を、減算処理手段の入力側へ戻し、入力の計量信号からこの補正した床振動検出信号を減算して床振動補正済計量信号を得るフィードバック型になっているので、床振動成分が減算された後の計量信号を用いて伝達関数を求めるから、被計量物の質量値のばらつきが減少して、その推定値がより一層正確になり、計量精度を向上でき、より正確な床振動補償を行うことができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に、本発明の第１実施形態に係る計量装置の構成を示す。
本発明に係る計量装置は、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計量セル２、この計量セル２が設置された床Ｆの振動を検出して、床振動検出信号を出力する床振動検出セル４、各信号を増幅するアンプ５、各信号について一定周波数以上の信号を除去するアンチエイリアスフィルタ（もしくはローパスフィルタ）６、各信号をディジタル変換するＡ／Ｄコンバータ７、およびマイクロコンピュータ２０を備えている。
【００２６】
上記マイクロコンピュータ２０は、ディジタル変換された計量信号をフィルタ処理して計量信号ｙm を出力する第１フィルタ（ディジタルフィルタ）１１、質量予測手段１２、ディジタル変換された床振動検出信号をフィルタ処理して床振動検出信号を出力する第２フィルタ（ディジタルフィルタ）１３、両セル２，４の伝達関数の相違に基づく上記信号の補償処理を行うもので、例えば床振動検出信号を両セル２，４の伝達関数が一致するように補正して床振動検出信号ｙc を出力させる補償処理手段１０、および減算処理手段１８を備えている。
【００２７】
上記質量予測手段１２は、計量信号ｙm に含まれる直流成分を抽出し、この直流成分から被計量物の質量ｍを予測する。計量信号ｙm に含まれる直流成分を抽出する方法としては、例えば、第１ディジタルフィルタ１１で固有振動成分を除去した信号を移動平均や畳み込み演算等により所定時間で平均化して使うような方法が用いられる。
【００２８】
上記補償処理手段１０は、被計量物の質量ｍと被計量物がのった計量セル２の固有振動数との関係を示す、実測から得られた質量−固有振動数データを記憶する記憶手段１７と、記憶された質量−固有振動数データに基づき、上記予測された被計量物の質量ｍから上記固有振動数を求める固有振動数取得手段１４と、この固有振動数に基づいて、計量セル２の入出力の関係を示す伝達関数を演算する伝達関数演算手段１５と、この計量セル２の伝達関数と、床振動検出セル４の伝達関数との比に基づいて、床振動検出信号を両セル２，４の伝達関数が一致するように補正して、床振動検出信号ｙc を出力する伝達関数補正手段１６とを有する。
【００２９】
上記記憶手段１７には、図３に一例を示す質量−固有振動数データが記憶されている。このデータは、予め本装置の設置場所において、被計量物の質量（真値）ｍと、その被計量物がのった計量セル２の固有振動数ｆn との関係を実験によって求めたものである。横軸は質量ｍ（ｇ）、縦軸は固有振動数ｆn （Ｈｚ）である。質量ｍは、上述したように所定時間における平均値である。同図における質量−固有振動数の関係式は、例えば、固有振動数ｆn が質量ｍを変数とする２次関数で表現されており、この関係式は、例えば実験データと関数との差の二乗和を最小にする関数を求める最小二乗法によって求められている。なお、固有振動数ｆn を質量ｍの１次関数で表現してもよい。この実測から得られた質量−固有振動数データに基づいて、固有振動数取得手段１４により、上記予測された被計量物の質量ｍから、固有振動数ω1 （＝２πｆn ）の推定値が求められる。この被計量物がのった計量セル２の固有振動数ω1 は伝達関数演算手段１５に入力されて、計量セル２の伝達関数が演算され、伝達関数補正手段１６により、床振動検出信号を両セル２，４の伝達関数が一致するように補正して、床振動検出信号ｙc が出力される。
【００３０】
上記減算処理手段１８は、計量信号ｙm から補償処理手段１０により補正した床振動検出信号ｙc を減算して床振動補正済計量信号ｙを出力する。つまり、本装置は、減算処理手段１８の入力の計量信号ｙm から質量ｍを予測し、補償処理手段１０により、予め実測から得られた質量−固有振動数データを用いて、計量セル２の伝達関数を演算し、両セルの伝達関数が一致するように補正して得られた床振動補正済信号ｙc を、減算処理手段１８により、入力の計量信号ｙm からそのまま減算して床振動補正済計量信号ｙを得るフィードフォワード型になっている。
【００３１】
つぎに、上記構成を有する本装置の動作を、図１、および、計量セル２と床振動検出セル４の伝達関数の関係を示す図２を用いて説明する。本装置は、主として、床振動周波数ωが、被計量物がのった計量セル２，床振動検出セル４の固有振動数ω1 ，ω0 に近い高周波の場合に適用される。
【００３２】
図２において、床振動に相当する系の入力をＸB (s) 、計量セル２の伝達関数をＧ1(s)，出力をＸ1B(s) ，アンプ５からの出力をＹm (s) とし、床振動検出セル４の伝達関数をＧ0(s)，出力をＸ0B(s) ，補償処理手段１０の補償伝達関数をＧX (s) 、補償処理手段１０からの出力をＹC (s) とし、系の出力をＹ(s) とする。ここで、s は複素数であり、周波数特性ではs=ｊωである。
【００３３】
予め、床振動検出セル４における既知の自由端の質量Ｍ0 とばね定数ｋ0 から、上述した式（８）で床振動検出セル４の固有振動数ω0 が求められ、これと床振動の周波数ωから、式（７）に基づいて、床振動検出セル４側の伝達関数Ｇ0(ｊω) が求められている。また、計量セル２における被計量物が載置されていない状態での自由端の質量Ｍ1 およびばね定数ｋ1 も既知である。
【００３４】
まず、図１の計量セル２からの計量信号は、アンプ５、アンチエイリアスフィルタ６、Ａ／Ｄコンバータ７を経て、第１ディジタルフィルタ１１によりフィルタ処理されて、減算処理手段１８に計量信号ｙm として出力する。これとともに、質量予測手段１２により、計量信号ｙm に含まれる直流成分が抽出され、この直流成分から被計量物の質量ｍが予測される。この質量ｍは、補償処理手段１０の記憶手段１７に入力される。
【００３５】
一方、床振動検出セル４からの床振動検出信号は、アンプ５、アンチエイリアスフィルタ６、Ａ／Ｄコンバータ７を経て、第２ディジタルフィルタ１３によりフィルタ処理された後、補償処理手段１０の伝達関数補正手段１６に入力される。
【００３６】
上記補償処理手段１０において、固有振動数取得手段１４により、記憶手段１７に記憶された被計量物の質量ｍと被計量物がのった計量セル２の固有振動数ｆn との関係を示す、実測から得られた質量−固有振動数データに基づき、上記予測された質量ｍから被計量物がのった計量セル２の固有振動数ω1 （＝２πｆn ）が求められる。
【００３７】
つぎに、上記伝達関数演算手段１５により、上記求められた計量セル２の固有振動数ω1 と、床振動の周波数ωから、式（５）に基づいて、計量セル側の伝達関数Ｇ1(ｊω) が演算される。以下、Ｇ1(ｊω) をＧ1(s)で、Ｇ0(ｊω) をＧ0(s)で示す。そして、この伝達関数Ｇ1(s)と既知の床振動検出セル４側の伝達関数Ｇ0(s)から、図２の補償伝達関数ＧX (s) ＝Ｇ1(s)／Ｇ0(s)（床振動周波数ωにおける出力感度比）が演算される。
【００３８】
そして、伝達関数補正手段１６において、床振動検出信号に上記補償伝達関数ＧX (s) を乗じて、床振動検出セル４の伝達関数を計量セル２の伝達関数に一致させるように補正し、この伝達関数補正手段１６を通して補正した床振動検出信号ｙc を出力する。
すなわち、図２において、補償処理手段１０からの出力ＹC (s) は、床振動検出セル４の出力Ｘ0B(s) に補償伝達関数ＧX (s) を乗ずることにより、次式のように、計量セル２のアンプ５からの出力Ｙm (s) と等しくなる。
したがって、上式（１１）から、系の出力Ｙ(s) は、
Ｙ(s) ＝Ｙm (s) −Ｙc (s) ＝０ (12)
となり、両セル２，４の伝達関数Ｇ1(s)，Ｇ0(s)は一致した状態となる。
【００３９】
図４に、質量−固有振動数の実測値を用いた場合において、被計量物の質量（真値）ｍに対して、本装置で実際に被計量物をのせて測定した測定値ｍs と質量ｍとの誤差ｅ（（ｍs −ｍ）の所定時間における平均値）の評価結果を示す。横軸は質量ｍ（ｇ）、縦軸は誤差ｅ（ｇ）である。図４のように、この場合の誤差ｅは０．２ｇ以内である。
【００４０】
一方、図１の記憶手段１７および固有振動数取得手段１４に代えて、固有振動数演算手段を設け、上記予測された質量ｍ、および既知のばね定数ｋ1 ，質量ｍ1 から、上記式（６）に基づいて、被計量物がのった計量セル２の固有振動数ω1 を演算して求めることが考えられる（特願平１０−２０４７６６号参照）。図５に、この計算値を用いた場合において、上記と同様の質量ｍに対する誤差ｅの評価結果を示す。図５のように、この場合の誤差ｅは７．５ｇ以内である。したがって、質量−固有振動数の実測値を用いた場合、計算値を用いた場合より誤差ｅが小さくなっており、正確な床振動補正済計量信号ｙが得られる。
【００４１】
これにより、本装置は、予め実測された質量−固有振動数データに基づいて、両セル２，４の伝達関数Ｇ1(s)，Ｇ0(s)を正確に一致させた状態で、計量信号ｙm と床振動検出信号ｙc が出力され、減算処理手段１８により、計量信号ｙm から補正した床振動検出信号ｙc を減算して、正確な床振動補正済計量信号ｙを出力する。
【００４２】
こうして、本装置は、床振動周波数が計量セル２および床振動検出セル４の固有振動数に近い高周波の場合であっても、計量信号から抽出した直流成分から被計量物の質量ｍを予測し、この予測された質量ｍから、実測による質量−固有振動数データに基づいて被計量物がのった計量セル２の固有振動数ω1 を求めるので計量セル２の伝達関数Ｇ1(s)を容易かつ正確に演算でき、これに基づいて床振動検出信号を両セル２，４の伝達関数Ｇ1(s)，Ｇ0(s)が一致するように正確に補正できるので、床振動周波数に応じて床振動補償を容易かつ正確に行うことができる。また、減算処理手段１８において、入力の計量信号ｙm から、質量予測手段１２および補償処理手段１０により得られた補正した床振動検出信号ｙc をそのまま直ちに減算して床振動補正済計量信号ｙを得るフィードフォワード型になっているので、高速計量が可能になる。
【００４３】
なお、本発明では、計量セル２，床振動検出セル４が同一型式のものでない場合であっても、補償処理手段１０により各伝達関数Ｇ1(s)，Ｇ0(s)を一致させることによって、両セル２，４の動特性も一致する。したがって、両セル２，４の動特性が相違することによって生じる計量信号と床振動検出信号の位相差による誤差も解消されることとなり、床振動補償の正確性がさらに増して、高精度の計量が可能となる。
【００４４】
図６に、本発明の第２実施形態に係る計量装置の構成を示す。
本発明に係る計量装置は、第１実施形態と以下の点で相違する。すなわち、本装置は、減算処理手段１８からの出力ラインにスイッチＳを介して質量予測手段１２が接続されており、この質量予測手段１２が、減算処理手段１８からの床振動補正済計量信号ｙに含まれる直流成分を抽出し、この直流成分から被計量物の質量ｍを予測する。さらに、本装置は、減算処理手段１８の出力の床振動補正済計量信号ｙから質量ｍを予測し、補償処理手段１０により、予め実測から得られた質量−固有振動数データを用いて、計量セル２の伝達関数を演算し、両セル２，４の伝達関数が一致するように補正して得られた床振動検出信号ｙc を、減算処理手段１８の入力側へ戻し、入力の計量信号ｙm からこの補正した床振動検出信号ｙc を減算して床振動補正済計量信号ｙを得るフィードバック型になっている。その他の構成は図１と同様である。
【００４５】
本装置の場合、フィードバック効果を上げるために、例えば被計量物が計量セル２に載ったタイミングを光電管のようなセンサで検知しておき、被計量物の全体が計量セル２に載って安定状態に達したと予測される時点で、スイッチＳをＯＮして一定時間後にＯＦＦにし、その間に床振動補正済計量信号ｙを取り込むことにより、床振動成分を平均化処理したデータを得て、このデータによりフィードバックをかける。
【００４６】
本装置も、上述した第１実施形態と同様に、予め実測された質量−固有振動数データに基づいて、両セル２，４の伝達関数Ｇ1(s)，Ｇ0(s)を正確に一致させた状態で、計量信号ｙm と床振動検出信号ｙc が出力され、減算処理手段１８により、計量信号ｙm から補正した床振動検出信号ｙc を減算して、正確な床振動補正済計量信号ｙを出力する。
【００４７】
図７は、本発明に係る床振動補正済計量信号ｙの振動特性を示す図である。横軸は時間ｔ（ｓ）、縦軸は床振動補正済計量信号ｙ（ｇ）である。実線２１は第２実施形態におけるフィードバック型の場合、破線２２は第１実施形態におけるフィードフォワード型の場合を示す。フィードバック型の場合、床振動成分が減算された後の計量信号を用いて伝達関数を求めるから、同図に示すように、被計量物の質量のばらつきが減少して、その推定値がより一層正確になり、計量精度を向上でき、より正確な床振動補償を行うことができる。フィードバックの時間を長くすると、床振動成分が平均化され、精度が向上するが、計量速度が低下する。なお、フィードバックの回数は複数回行ってもよい。
【００４８】
なお、上記各実施形態では、単一の計量セルおよび床振動検出セルを設けているが、被計量物の載置面積の大きさに応じて、複数の計量セルおよび床振動検出セルを設けてもよい。
【００４９】
また、上記各実施形態では、補償処理手段１０を床振動検出セル４の出力側に設けているが、これとは異なり、計量セル２の出力側に設けてもよく、また両セル２，４の両方側に設けるようにしてもよい。
【００５０】
また、上記各実施形態では、１次元で床振動が生じる場合に床振動補正を行うものであるが、２，３次元で床振動を生じる場合であっても同様に適用できる。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように、本発明の一構成によれば、床振動周波数が計量セルおよび床振動検出セルの固有振動数に近い高周波の場合であっても、計量セルの伝達関数を容易に演算し、実測による質量−固有振動数データに基づいて両セルの伝達関数が一致するように正確に補正できるので、床振動周波数に応じて床振動補償を容易かつ正確に行うことができる。また、両セルの伝達関数を一致させることにより、両セルの動特性が相違することによって生じる計量信号と床振動検出信号の位相差による誤差も解消されることとなり、床振動補償の正確性がさらに増して、高精度の計量が可能となる。しかも、本発明は、入力の計量信号から質量を予測し、補償処理手段により、予め実測から得られた質量−固有振動数データを用いて、計量セルの伝達関数を演算し、両セルの伝達関数が一致するように補正した床振動検出信号を、減算処理手段により、入力の計量信号からそのまま減算して床振動補正済計量信号を得るフィードフォワード型になっており、高速計量が可能になる。
【００５２】
また、本発明の他の構成によれば、減算処理手段の出力の床振動補正済計量信号から質量を予測し、補償処理手段により、予め実測から得られた質量−固有振動数データを用いて、計量セルの伝達関数を演算し、両セルの伝達関数が一致するように補正した床振動検出信号を、減算処理手段の入力側へ戻し、入力の計量信号からこの補正した床振動検出信号を減算して床振動補正済計量信号を得るフィードバック型になっているので、床振動成分が減算された後の計量信号を用いて伝達関数を求めるから、被計量物の質量のばらつきが減少して、その推定値がより一層正確になり、計量精度を向上でき、より正確な床振動補償を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る計量装置を示す構成図である。
【図２】計量セルと床振動検出セルの伝達関数の関係を示す図である。
【図３】実測値に基づく質量−固有振動数データを示す特性図である。
【図４】実測値に基づく質量と誤差の評価結果を示す特性図である。
【図５】計算値に基づく質量と誤差の評価結果を示す特性図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る計量装置を示す構成図である。
【図７】本発明に係る床振動補正済計量信号の振動特性を示す図である。
【図８】計量セルと床振動検出セルの振動モデルを示す図である。
【図９】計量セルと床振動検出セルの対床振動感度周波数を示す特性図である。
【符号の説明】
２…計量セル、４…床振動検出セル、１０…補償処理手段、１２…質量予測手段、１４…固有振動数取得手段、１５…伝達関数演算手段、１６…伝達関数補正手段、１７…記憶手段、１８…減算処理手段。
【発明の属する技術分野】
本発明は、計量セルからの計量信号から、その計量セルを設置した床の振動成分による計量誤差を除去するようにした計量装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、工場生産ラインにおいて、被計量物を計量する際、計量装置の設置場所において地盤，建屋，床，架台などの環境に起因して床振動が生じ、これらの振動分が計量信号に重畳する。このため、計量装置において、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計量セルの近傍で該計量セルと同一の床に、床振動検出信号を出力する床振動検出セルを設置し、計量信号から床振動信号を減算することにより、計量信号中の床振動成分を除去する床振動補償を行う場合がある。
【０００３】
このとき、計量セルと床振動検出セルとでは、ばね定数および負荷重量（風袋を含む）が相違することに起因して、出力信号に対する入力信号のゲイン（伝達関数）が異なる場合があり、このため、いずれか一方のセルの出力感度を他方に合わせる感度補正を行って、両セルの出力のゲインを合わせる必要がある。以下、この感度補正について説明する。
【０００４】
図８の振動モデルにおいて、計量セルおよび床振動検出セルの運動方程式は、式（１）および式（２）で示すようになる。両式（１），（２）において、Ｍ0 は床振動検出セルの自由端の質量、Ｍ1 は被計量物が載置されていない状態での計量セルの自由端の質量、ｍは被計量物の質量、ｋ0 ，ｋ1 は床振動検出セルと計量セルのばね定数、ｘ0 ，ｘ1 は両セルの自由端の変位、ｘB は床Ｆの変位である。
【０００５】
【数１】
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、上記式（１）および式（２）は、式（３）および式（４）のように変形することができる。
【０００７】
【数２】
上記の両式（３）（４）を、床の変位を系の入力、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、さらに、振幅の周波数特性Ｇ1(ｊω）およびＧ0(ｊω）を求めると、式（５）および式（７）となる。両式において、ωは床振動の周波数、ω1 は被計量物がのった計量セルの固有振動数、ω0 は床振動検出セルの固有振動数である。計量セルの固有振動数ω1 は式（６）で示され、床振動検出セルの固有振動数ω0 は式（８）で示される。
【０００９】
【数３】
したがって、計量セル側と床振動検出セル側の出力感度比αは、次の式（９）となる。
【００１１】
【数４】
ここで、式（９）において、床振動の周波数ωが両セルの固有振動数ω1 ，ω0 より十分に低い周波数、即ち、1 ≫（ω/ ωo )2、1 ≫（ω/ ω1 )2である場合、式（１０）が成立し、この簡易な式（１０）で計算された一定の出力感度比αに基づいて、例えば計量セルの感度補正を行って、両セルの出力のゲインを合わせ、床振動補償を行う。すなわち、この場合、式（５）および式（７）に基づいて、床振動の周波数ω、計量セル，床振動検出セルの固有振動数ω1 ，ω0 から、両セルの伝達関数を演算しなくとも、一定の出力感度比αを用いることにより高精度の計量を確保できる。
【００１３】
【数５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように、一定の出力感度比αを用いることができるのは、床振動の周波数ωが十分に低い場合であり、図９に示すように、両セルの固有振動数ωo ，ω1 は相違しているので、床振動の周波数ωが固有振動数ωo ，ω1 に近い高周波の場合には、床振動の周波数ωの変化に対して出力感度比は一定にならない。ここで、横軸は床振動の周波数（Ｈｚ）で、縦軸は出力感度（ｇｆ／μｍ）である。
【００１５】
したがって、床振動の周波数ωが高周波の場合、式（１０）で質量ｍの変化のみに基づいて一定の出力感度比αで感度補正したのでは誤差が大きくなり、床振動補償の正確性を欠き高精度の計量が図れない。
【００１６】
一方、式（５）および式（７）に基づいて両セルの伝達関数を求め、式（９）に基づいて床振動周波数に応じた出力感度比を演算する場合、式（５）の演算に必要となる被計量物がのった計量セルの固有振動数ω1 は、被計量物の質量ｍに依存するため、これを求めるのが困難であるという問題があった。
【００１７】
さらに、両セルが同一形式のものでない場合には、その動特性の相違によって、計量信号と床振動検出信号の位相差による誤差も生じる。この誤差は、床振動の周波数ωが固有振動数ωo ，ω1 に近い高周波になる程大きくなる。
【００１８】
本発明は、上記の問題点を解決して、床振動周波数が計量セルおよび床振動検出セルの固有振動数に近い高周波の場合であっても、床振動周波数に応じて床振動補償を容易かつ正確に行うことができる計量装置を提供することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願請求項１の発明は、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計量セル、この計量セルが設置された床の振動を検出して、床振動検出信号を出力する床振動検出セル、計量信号に含まれる直流成分を抽出し、この直流成分から被計量物の質量を予測する質量予測手段、被計量物の質量と被計量物がのった計量セルの固有振動数との関係を示す、実測から得られた質量−固有振動数データを記憶する記憶手段と、記憶された質量−固有振動数データに基づき、前記予測された被計量物の質量から前記固有振動数を求める固有振動数取得手段と、この固有振動数に基づいて計量セルについての入力と出力の関係を示す伝達関数を演算する伝達関数演算手段と、この計量セルの伝達関数と、床振動検出セルの伝達関数とが一致するように信号を補正する伝達関数補正手段とを有する補償処理手段、および、前記補償処理手段による補正後に、計量信号から床振動検出信号を減算して床振動補正済計量信号を出力する減算処理手段を備えている。
【００２０】
上記構成によれば、計量信号から抽出した直流成分から被計量物の質量を予測し、この予測された質量から、予め実測から得られた質量−固有振動数データに基づいて、被計量物がのった計量セルの固有振動数を求め、計量セルの伝達関数をこの固有振動数に基づいて演算する。そして、この計量セルの伝達関数と、既知の床振動検出セルの伝達関数との比に基づいて、両セルの伝達関数が一致するように信号を補正したうえで、計量信号から床振動検出信号を減算して床振動補正済計量信号を出力する。
【００２１】
したがって、床振動周波数が計量セルおよび床振動検出セルの固有振動数に近い高周波の場合であっても、実測による質量−固有振動数データに基づいて、計量セルの伝達関数を容易かつ正確に演算し、両セルの伝達関数が一致するように正確に補正できるので、床振動周波数に応じて床振動補償を容易かつ正確に行うことができる。また、両セルの伝達関数を一致させることにより、両セルの動特性が相違することによって生じる計量信号と床振動検出信号の位相差による誤差も解消されることとなり、床振動補償の正確性がさらに増して、高精度の計量が可能となる。しかも、本発明は、減算処理手段の入力の計量信号から質量を予測し、補償処理手段により、予め実測から得られた質量−固有振動数データを用いて、計量セルの伝達関数を演算し、両セルの伝達関数が一致するように補正した床振動検出信号を、減算処理手段により、入力の計量信号からそのまま減算して床振動補正済計量信号を得るフィードフォワード型になっており、高速計量が可能になる。
【００２２】
本願請求項２の発明は、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計量セル、この計量セルが設置された床の振動を検出して、床振動検出信号を出力する床振動検出セル、前記計量セルと床振動検出セルの各入出力の関係を示す伝達関数が一致するように信号を補正する補償処理手段、前記補償処理手段による補正後に、計量信号から床振動検出信号を減算して床振動補正済計量信号を出力する減算処理手段、および、前記床振動補正済計量信号に含まれる直流成分を抽出し、この直流成分から被計量物の質量を予測する質量予測手段を備え、前記補償処理手段は、被計量物の質量と被計量物がのった計量セルの固有振動数との関係を示す、実測から得られた質量−固有振動数データを記憶する記憶手段と、記憶された質量−固有振動数データに基づき、前記予測された被計量物の質量から前記固有振動数を求める固有振動数取得手段と、この固有振動数に基づいて計量セルの伝達関数を演算する伝達関数演算手段と、この計量セルの伝達関数と床振動検出セルの伝達関数とが一致するように信号を補正する伝達関数補正手段とを備えている。
【００２３】
上記構成によれば、床振動補正済計量信号から抽出した直流成分から被計量物の質量を予測し、この予測された質量から、予め実測から得られた質量−固有振動数データに基づいて、被計量物がのった計量セルの固有振動数を求め、計量セルの伝達関数をこの固有振動数に基づいて演算する。そして、この計量セルの伝達関数と、既知の床振動検出セルの伝達関数との比に基づいて、両セルの伝達関数が一致するように信号を補正したうえで、計量信号から床振動検出信号を減算して床振動補正済計量信号を出力する。
【００２４】
したがって、上記と同様に、床振動周波数が計量セルおよび床振動検出セルの固有振動数に近い高周波の場合であっても、実測による質量−固有振動数データに基づいて、計量セルの伝達関数を容易かつ正確に演算し、両セルの伝達関数が一致するように正確に補正できるので、床振動周波数に応じて床振動補償を容易かつ正確に行うことができる。また、本発明は、減算処理手段の出力の床振動補正済計量信号から質量を予測し、補償処理手段により、予め実測から得られた質量−固有振動数データを用いて、計量セルの伝達関数を演算し、両セルの伝達関数が一致するように補正した床振動検出信号を、減算処理手段の入力側へ戻し、入力の計量信号からこの補正した床振動検出信号を減算して床振動補正済計量信号を得るフィードバック型になっているので、床振動成分が減算された後の計量信号を用いて伝達関数を求めるから、被計量物の質量値のばらつきが減少して、その推定値がより一層正確になり、計量精度を向上でき、より正確な床振動補償を行うことができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に、本発明の第１実施形態に係る計量装置の構成を示す。
本発明に係る計量装置は、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計量セル２、この計量セル２が設置された床Ｆの振動を検出して、床振動検出信号を出力する床振動検出セル４、各信号を増幅するアンプ５、各信号について一定周波数以上の信号を除去するアンチエイリアスフィルタ（もしくはローパスフィルタ）６、各信号をディジタル変換するＡ／Ｄコンバータ７、およびマイクロコンピュータ２０を備えている。
【００２６】
上記マイクロコンピュータ２０は、ディジタル変換された計量信号をフィルタ処理して計量信号ｙm を出力する第１フィルタ（ディジタルフィルタ）１１、質量予測手段１２、ディジタル変換された床振動検出信号をフィルタ処理して床振動検出信号を出力する第２フィルタ（ディジタルフィルタ）１３、両セル２，４の伝達関数の相違に基づく上記信号の補償処理を行うもので、例えば床振動検出信号を両セル２，４の伝達関数が一致するように補正して床振動検出信号ｙc を出力させる補償処理手段１０、および減算処理手段１８を備えている。
【００２７】
上記質量予測手段１２は、計量信号ｙm に含まれる直流成分を抽出し、この直流成分から被計量物の質量ｍを予測する。計量信号ｙm に含まれる直流成分を抽出する方法としては、例えば、第１ディジタルフィルタ１１で固有振動成分を除去した信号を移動平均や畳み込み演算等により所定時間で平均化して使うような方法が用いられる。
【００２８】
上記補償処理手段１０は、被計量物の質量ｍと被計量物がのった計量セル２の固有振動数との関係を示す、実測から得られた質量−固有振動数データを記憶する記憶手段１７と、記憶された質量−固有振動数データに基づき、上記予測された被計量物の質量ｍから上記固有振動数を求める固有振動数取得手段１４と、この固有振動数に基づいて、計量セル２の入出力の関係を示す伝達関数を演算する伝達関数演算手段１５と、この計量セル２の伝達関数と、床振動検出セル４の伝達関数との比に基づいて、床振動検出信号を両セル２，４の伝達関数が一致するように補正して、床振動検出信号ｙc を出力する伝達関数補正手段１６とを有する。
【００２９】
上記記憶手段１７には、図３に一例を示す質量−固有振動数データが記憶されている。このデータは、予め本装置の設置場所において、被計量物の質量（真値）ｍと、その被計量物がのった計量セル２の固有振動数ｆn との関係を実験によって求めたものである。横軸は質量ｍ（ｇ）、縦軸は固有振動数ｆn （Ｈｚ）である。質量ｍは、上述したように所定時間における平均値である。同図における質量−固有振動数の関係式は、例えば、固有振動数ｆn が質量ｍを変数とする２次関数で表現されており、この関係式は、例えば実験データと関数との差の二乗和を最小にする関数を求める最小二乗法によって求められている。なお、固有振動数ｆn を質量ｍの１次関数で表現してもよい。この実測から得られた質量−固有振動数データに基づいて、固有振動数取得手段１４により、上記予測された被計量物の質量ｍから、固有振動数ω1 （＝２πｆn ）の推定値が求められる。この被計量物がのった計量セル２の固有振動数ω1 は伝達関数演算手段１５に入力されて、計量セル２の伝達関数が演算され、伝達関数補正手段１６により、床振動検出信号を両セル２，４の伝達関数が一致するように補正して、床振動検出信号ｙc が出力される。
【００３０】
上記減算処理手段１８は、計量信号ｙm から補償処理手段１０により補正した床振動検出信号ｙc を減算して床振動補正済計量信号ｙを出力する。つまり、本装置は、減算処理手段１８の入力の計量信号ｙm から質量ｍを予測し、補償処理手段１０により、予め実測から得られた質量−固有振動数データを用いて、計量セル２の伝達関数を演算し、両セルの伝達関数が一致するように補正して得られた床振動補正済信号ｙc を、減算処理手段１８により、入力の計量信号ｙm からそのまま減算して床振動補正済計量信号ｙを得るフィードフォワード型になっている。
【００３１】
つぎに、上記構成を有する本装置の動作を、図１、および、計量セル２と床振動検出セル４の伝達関数の関係を示す図２を用いて説明する。本装置は、主として、床振動周波数ωが、被計量物がのった計量セル２，床振動検出セル４の固有振動数ω1 ，ω0 に近い高周波の場合に適用される。
【００３２】
図２において、床振動に相当する系の入力をＸB (s) 、計量セル２の伝達関数をＧ1(s)，出力をＸ1B(s) ，アンプ５からの出力をＹm (s) とし、床振動検出セル４の伝達関数をＧ0(s)，出力をＸ0B(s) ，補償処理手段１０の補償伝達関数をＧX (s) 、補償処理手段１０からの出力をＹC (s) とし、系の出力をＹ(s) とする。ここで、s は複素数であり、周波数特性ではs=ｊωである。
【００３３】
予め、床振動検出セル４における既知の自由端の質量Ｍ0 とばね定数ｋ0 から、上述した式（８）で床振動検出セル４の固有振動数ω0 が求められ、これと床振動の周波数ωから、式（７）に基づいて、床振動検出セル４側の伝達関数Ｇ0(ｊω) が求められている。また、計量セル２における被計量物が載置されていない状態での自由端の質量Ｍ1 およびばね定数ｋ1 も既知である。
【００３４】
まず、図１の計量セル２からの計量信号は、アンプ５、アンチエイリアスフィルタ６、Ａ／Ｄコンバータ７を経て、第１ディジタルフィルタ１１によりフィルタ処理されて、減算処理手段１８に計量信号ｙm として出力する。これとともに、質量予測手段１２により、計量信号ｙm に含まれる直流成分が抽出され、この直流成分から被計量物の質量ｍが予測される。この質量ｍは、補償処理手段１０の記憶手段１７に入力される。
【００３５】
一方、床振動検出セル４からの床振動検出信号は、アンプ５、アンチエイリアスフィルタ６、Ａ／Ｄコンバータ７を経て、第２ディジタルフィルタ１３によりフィルタ処理された後、補償処理手段１０の伝達関数補正手段１６に入力される。
【００３６】
上記補償処理手段１０において、固有振動数取得手段１４により、記憶手段１７に記憶された被計量物の質量ｍと被計量物がのった計量セル２の固有振動数ｆn との関係を示す、実測から得られた質量−固有振動数データに基づき、上記予測された質量ｍから被計量物がのった計量セル２の固有振動数ω1 （＝２πｆn ）が求められる。
【００３７】
つぎに、上記伝達関数演算手段１５により、上記求められた計量セル２の固有振動数ω1 と、床振動の周波数ωから、式（５）に基づいて、計量セル側の伝達関数Ｇ1(ｊω) が演算される。以下、Ｇ1(ｊω) をＧ1(s)で、Ｇ0(ｊω) をＧ0(s)で示す。そして、この伝達関数Ｇ1(s)と既知の床振動検出セル４側の伝達関数Ｇ0(s)から、図２の補償伝達関数ＧX (s) ＝Ｇ1(s)／Ｇ0(s)（床振動周波数ωにおける出力感度比）が演算される。
【００３８】
そして、伝達関数補正手段１６において、床振動検出信号に上記補償伝達関数ＧX (s) を乗じて、床振動検出セル４の伝達関数を計量セル２の伝達関数に一致させるように補正し、この伝達関数補正手段１６を通して補正した床振動検出信号ｙc を出力する。
すなわち、図２において、補償処理手段１０からの出力ＹC (s) は、床振動検出セル４の出力Ｘ0B(s) に補償伝達関数ＧX (s) を乗ずることにより、次式のように、計量セル２のアンプ５からの出力Ｙm (s) と等しくなる。
Ｙ(s) ＝Ｙm (s) −Ｙc (s) ＝０ (12)
となり、両セル２，４の伝達関数Ｇ1(s)，Ｇ0(s)は一致した状態となる。
【００３９】
図４に、質量−固有振動数の実測値を用いた場合において、被計量物の質量（真値）ｍに対して、本装置で実際に被計量物をのせて測定した測定値ｍs と質量ｍとの誤差ｅ（（ｍs −ｍ）の所定時間における平均値）の評価結果を示す。横軸は質量ｍ（ｇ）、縦軸は誤差ｅ（ｇ）である。図４のように、この場合の誤差ｅは０．２ｇ以内である。
【００４０】
一方、図１の記憶手段１７および固有振動数取得手段１４に代えて、固有振動数演算手段を設け、上記予測された質量ｍ、および既知のばね定数ｋ1 ，質量ｍ1 から、上記式（６）に基づいて、被計量物がのった計量セル２の固有振動数ω1 を演算して求めることが考えられる（特願平１０−２０４７６６号参照）。図５に、この計算値を用いた場合において、上記と同様の質量ｍに対する誤差ｅの評価結果を示す。図５のように、この場合の誤差ｅは７．５ｇ以内である。したがって、質量−固有振動数の実測値を用いた場合、計算値を用いた場合より誤差ｅが小さくなっており、正確な床振動補正済計量信号ｙが得られる。
【００４１】
これにより、本装置は、予め実測された質量−固有振動数データに基づいて、両セル２，４の伝達関数Ｇ1(s)，Ｇ0(s)を正確に一致させた状態で、計量信号ｙm と床振動検出信号ｙc が出力され、減算処理手段１８により、計量信号ｙm から補正した床振動検出信号ｙc を減算して、正確な床振動補正済計量信号ｙを出力する。
【００４２】
こうして、本装置は、床振動周波数が計量セル２および床振動検出セル４の固有振動数に近い高周波の場合であっても、計量信号から抽出した直流成分から被計量物の質量ｍを予測し、この予測された質量ｍから、実測による質量−固有振動数データに基づいて被計量物がのった計量セル２の固有振動数ω1 を求めるので計量セル２の伝達関数Ｇ1(s)を容易かつ正確に演算でき、これに基づいて床振動検出信号を両セル２，４の伝達関数Ｇ1(s)，Ｇ0(s)が一致するように正確に補正できるので、床振動周波数に応じて床振動補償を容易かつ正確に行うことができる。また、減算処理手段１８において、入力の計量信号ｙm から、質量予測手段１２および補償処理手段１０により得られた補正した床振動検出信号ｙc をそのまま直ちに減算して床振動補正済計量信号ｙを得るフィードフォワード型になっているので、高速計量が可能になる。
【００４３】
なお、本発明では、計量セル２，床振動検出セル４が同一型式のものでない場合であっても、補償処理手段１０により各伝達関数Ｇ1(s)，Ｇ0(s)を一致させることによって、両セル２，４の動特性も一致する。したがって、両セル２，４の動特性が相違することによって生じる計量信号と床振動検出信号の位相差による誤差も解消されることとなり、床振動補償の正確性がさらに増して、高精度の計量が可能となる。
【００４４】
図６に、本発明の第２実施形態に係る計量装置の構成を示す。
本発明に係る計量装置は、第１実施形態と以下の点で相違する。すなわち、本装置は、減算処理手段１８からの出力ラインにスイッチＳを介して質量予測手段１２が接続されており、この質量予測手段１２が、減算処理手段１８からの床振動補正済計量信号ｙに含まれる直流成分を抽出し、この直流成分から被計量物の質量ｍを予測する。さらに、本装置は、減算処理手段１８の出力の床振動補正済計量信号ｙから質量ｍを予測し、補償処理手段１０により、予め実測から得られた質量−固有振動数データを用いて、計量セル２の伝達関数を演算し、両セル２，４の伝達関数が一致するように補正して得られた床振動検出信号ｙc を、減算処理手段１８の入力側へ戻し、入力の計量信号ｙm からこの補正した床振動検出信号ｙc を減算して床振動補正済計量信号ｙを得るフィードバック型になっている。その他の構成は図１と同様である。
【００４５】
本装置の場合、フィードバック効果を上げるために、例えば被計量物が計量セル２に載ったタイミングを光電管のようなセンサで検知しておき、被計量物の全体が計量セル２に載って安定状態に達したと予測される時点で、スイッチＳをＯＮして一定時間後にＯＦＦにし、その間に床振動補正済計量信号ｙを取り込むことにより、床振動成分を平均化処理したデータを得て、このデータによりフィードバックをかける。
【００４６】
本装置も、上述した第１実施形態と同様に、予め実測された質量−固有振動数データに基づいて、両セル２，４の伝達関数Ｇ1(s)，Ｇ0(s)を正確に一致させた状態で、計量信号ｙm と床振動検出信号ｙc が出力され、減算処理手段１８により、計量信号ｙm から補正した床振動検出信号ｙc を減算して、正確な床振動補正済計量信号ｙを出力する。
【００４７】
図７は、本発明に係る床振動補正済計量信号ｙの振動特性を示す図である。横軸は時間ｔ（ｓ）、縦軸は床振動補正済計量信号ｙ（ｇ）である。実線２１は第２実施形態におけるフィードバック型の場合、破線２２は第１実施形態におけるフィードフォワード型の場合を示す。フィードバック型の場合、床振動成分が減算された後の計量信号を用いて伝達関数を求めるから、同図に示すように、被計量物の質量のばらつきが減少して、その推定値がより一層正確になり、計量精度を向上でき、より正確な床振動補償を行うことができる。フィードバックの時間を長くすると、床振動成分が平均化され、精度が向上するが、計量速度が低下する。なお、フィードバックの回数は複数回行ってもよい。
【００４８】
なお、上記各実施形態では、単一の計量セルおよび床振動検出セルを設けているが、被計量物の載置面積の大きさに応じて、複数の計量セルおよび床振動検出セルを設けてもよい。
【００４９】
また、上記各実施形態では、補償処理手段１０を床振動検出セル４の出力側に設けているが、これとは異なり、計量セル２の出力側に設けてもよく、また両セル２，４の両方側に設けるようにしてもよい。
【００５０】
また、上記各実施形態では、１次元で床振動が生じる場合に床振動補正を行うものであるが、２，３次元で床振動を生じる場合であっても同様に適用できる。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように、本発明の一構成によれば、床振動周波数が計量セルおよび床振動検出セルの固有振動数に近い高周波の場合であっても、計量セルの伝達関数を容易に演算し、実測による質量−固有振動数データに基づいて両セルの伝達関数が一致するように正確に補正できるので、床振動周波数に応じて床振動補償を容易かつ正確に行うことができる。また、両セルの伝達関数を一致させることにより、両セルの動特性が相違することによって生じる計量信号と床振動検出信号の位相差による誤差も解消されることとなり、床振動補償の正確性がさらに増して、高精度の計量が可能となる。しかも、本発明は、入力の計量信号から質量を予測し、補償処理手段により、予め実測から得られた質量−固有振動数データを用いて、計量セルの伝達関数を演算し、両セルの伝達関数が一致するように補正した床振動検出信号を、減算処理手段により、入力の計量信号からそのまま減算して床振動補正済計量信号を得るフィードフォワード型になっており、高速計量が可能になる。
【００５２】
また、本発明の他の構成によれば、減算処理手段の出力の床振動補正済計量信号から質量を予測し、補償処理手段により、予め実測から得られた質量−固有振動数データを用いて、計量セルの伝達関数を演算し、両セルの伝達関数が一致するように補正した床振動検出信号を、減算処理手段の入力側へ戻し、入力の計量信号からこの補正した床振動検出信号を減算して床振動補正済計量信号を得るフィードバック型になっているので、床振動成分が減算された後の計量信号を用いて伝達関数を求めるから、被計量物の質量のばらつきが減少して、その推定値がより一層正確になり、計量精度を向上でき、より正確な床振動補償を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る計量装置を示す構成図である。
【図２】計量セルと床振動検出セルの伝達関数の関係を示す図である。
【図３】実測値に基づく質量−固有振動数データを示す特性図である。
【図４】実測値に基づく質量と誤差の評価結果を示す特性図である。
【図５】計算値に基づく質量と誤差の評価結果を示す特性図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る計量装置を示す構成図である。
【図７】本発明に係る床振動補正済計量信号の振動特性を示す図である。
【図８】計量セルと床振動検出セルの振動モデルを示す図である。
【図９】計量セルと床振動検出セルの対床振動感度周波数を示す特性図である。
【符号の説明】
２…計量セル、４…床振動検出セル、１０…補償処理手段、１２…質量予測手段、１４…固有振動数取得手段、１５…伝達関数演算手段、１６…伝達関数補正手段、１７…記憶手段、１８…減算処理手段。
Claims (2)
- 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計量セル、
この計量セルが設置された床の振動を検出して、床振動検出信号を出力する床振動検出セル、
計量信号に含まれる直流成分を抽出し、この直流成分から被計量物の質量を予測する質量予測手段、
被計量物の質量と被計量物がのった計量セルの固有振動数との関係を示す、実測から得られた質量−固有振動数データを記憶する記憶手段と、記憶された質量−固有振動数データに基づき、前記予測された被計量物の質量から前記固有振動数を求める固有振動数取得手段と、この固有振動数に基づいて計量セルの入出力の関係を示す伝達関数を演算する伝達関数演算手段と、この計量セルの伝達関数と床振動検出セルの伝達関数とが一致するように信号を補正する伝達関数補正手段とを有する補償処理手段、および、
前記補償処理手段による補正後に、計量信号から床振動検出信号を減算して床振動補正済計量信号を出力する減算処理手段を備えた計量装置。 - 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計量セル、
この計量セルが設置された床の振動を検出して、床振動検出信号を出力する床振動検出セル、
前記計量セルと床振動検出セルの各入出力の関係を示す伝達関数が一致するように信号を補正する補償処理手段、
前記補償処理手段による補正後に、計量信号から床振動検出信号を減算して床振動補正済計量信号を出力する減算処理手段、および、
前記床振動補正済計量信号に含まれる直流成分を抽出し、この直流成分から被計量物の質量を予測する質量予測手段を備え、
前記補償処理手段は、
被計量物の質量と被計量物がのった計量セルの固有振動数との関係を示す、実測から得られた質量−固有振動数データを記憶する記憶手段と、記憶された質量−固有振動数データに基づき、前記予測された被計量物の質量から前記固有振動数を求める固有振動数取得手段と、この固有振動数に基づいて計量セルの伝達関数を演算する伝達関数演算手段と、この計量セルの伝達関数と床振動検出セルの伝達関数とが一致するように信号を補正する伝達関数補正手段とを備えた計量装置。
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