JP4885532B2

JP4885532B2 - 計量器用フィルタおよび計量器用フィルタリング方法

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Publication number: JP4885532B2
Application number: JP2005364885A
Authority: JP
Inventors: 孝橋　　徹; 誠真壁
Original assignee: Yamato Scale Co Ltd
Current assignee: Yamato Scale Co Ltd
Priority date: 2005-12-19
Filing date: 2005-12-19
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2025-12-19
Also published as: JP2007170837A

Description

この発明は、計量器用フィルタおよび計量器用フィルタリング方法に関し、特に例えば、被計量物が負荷される計量器の出力信号に重畳されている振動成分を除去する計量器用フィルタおよび計量器用フィルタリング方法に関する。

この種の計量器用フィルタおよび計量器用フィルタリング方法として、従来、例えば特許文献１に開示されたものがある。この従来技術によれば、ロードセル等の検出器から出力される信号に、当該検出器を含む計量器の固有振動等に起因する定周期振動波が重畳されている。そして、この検出器の出力信号は、定周期振動波の基本周波数の整数倍のサンプリング周波数でサンプリングされ、サンプリングされた値は、当該基本周波数の１周期分に相当する時間にわたって平均される。これによって、定周期振動波が除去され、被計量物の重量値が求められる。

特開昭５７−７１０９７号公報

しかし、上述の従来技術では、除去対象である定周期振動波の振幅が一定であることが、前提とされる。換言すれば、時間の経過と共に振幅が変化する振動波、特に被計量物が検出器に負荷された直後に現れ、当該検出器の過渡応答特性に従って時間の経過と共に減衰する振動波については、除去することができない。しかも、定周期振動波が除去されるまでに、当該定周期振動波の基本周波数の１周期分に相当する時間が掛かる。このため、従来技術は、台秤等の静的秤のように特段な高速性が要求されない用途に適用することはできるが、計量コンベヤや重量式充填装置等の動的秤のように高速性が要求される用途には不向きである。

そこで、この発明は、従来よりも高速な計量を可能とし、特に動的秤のように高速性が要求される用途に好適な計量器用フィルタおよび計量器用フィルタリング方法を提供することを、目的とする。

かかる目的を達成するために、第１の発明は、被計量物が負荷される計量器の出力信号に重畳されている振動成分を除去する計量器用フィルタにおいて、当該振動成分は計量器の過渡応答特性に従って時間の経過と共に減衰する第１振動波を含むものとする。そして、この第１振動波の周期よりも短いサンプリング周期で計量器の出力信号をサンプリングするサンプリング手段と、互いに第１振動波の略１／２周期に相当する時間を置いて得られたサンプリング手段による２つのサンプリング値と計量器の過渡応答特性に従う所定係数とに基づいて被計量物の重量に応じた濾波後重量値を算出する算出手段と、を具備することを特徴とするものである。

即ち、この第１の発明では、計量器の出力信号、言わば計量信号に、振動成分が重畳されている。そして、この振動成分には、計量器の過渡応答特性に従って時間の経過と共に減衰する第１振動波が、含まれている。かかる第１振動波を含む計量信号は、サンプリング手段によって、当該第１振動波の周期よりも十分に短いサンプリング周期、例えば偶数分の１のサンプリング周期で、サンプリングされる。そして、互いに第１振動波の略１／２周期に相当する時間を置いて得られた当該サンプリング手段による２つのサンプリング値と、計量器の過渡応答特性に従う所定係数と、に基づいて、算出手段が、被計量物の重量に応じた濾波後重量値を算出する。これによって、第１振動波が除去され、被計量物の正確な重量値が求められる。つまり、第１振動波の略１／２周期に相当する時間で、当該第１振動波が除去され、被計量物の正確な重量値が求められる。

なお、ここで言う所定係数は、上述した２つのサンプリング値のそれぞれと、被計量物の重量のみに対応する基準のサンプリング値、言い換えれば被計量物が計量器に負荷されておりかつ第１振動波を含む振動成分が計量信号に重畳されていない（または十分に減衰している）ときに得られるサンプリング値と、の差の比率に相当する。かかる所定係数は、被計量物の重量によって決まるので、例えば当該被計量物の重量が略一定であるとすると、当該所定係数と上述の２つのサンプリング値とから、被計量物の正確な重量値を求めることができる。つまり、この第１の発明は、被計量物の重量が略一定であることを前提とする計量器に、特に有効である。

また、算出手段は、サンプリング手段によるサンプリング周期の整数倍毎に上述の濾波後重量値を順次算出するものとしてもよい。そして、この場合、当該算出手段によって順次算出された複数の濾波後重量値を用いて所定のフィルタリング演算を行う演算手段を、さらに設けてもよい。このようにすれば、被計量物のより正確な重量値を求めることができる。

ここで、演算手段による所定のフィルタリング演算として、例えば複数の濾波後重量値の平均値を求めてもよい。また、振動成分（第１振動波以外の振動波）の態様に応じて、当該フィルタリング演算の対象となる濾波後重量値の数を任意に設定してもよい。さらに、当該フィルタリング演算の対象となる濾波後重量値を順次新しいものに更新（シフト）することによって、いわゆる移動平均処理を実現することもできる。

また、振動成分に第１振動波とは別の振幅が一定の第２振動波が含まれている場合には、所定のフィルタリング演算として、例えば算出手段によって第２振動波の周期の略１／２に相当する時間を置いて算出された２つの濾波後重量値の平均値を求めてもよい。このようにすれば、当該第２振動波を高速かつ効果的に除去することができる。ただし、この場合、算出手段による濾波後重量値の算出周期が、第２振動波の周期よりも十分に短いこと、例えば偶数分の１であることが、前提となる。

そしてさらに、被計量物として重量が既知のテスト試料が負荷されたときの計量信号に基づいて上述の所定係数を導き出す係数導出手段を、さらに備えてもよい。即ち、事前に、被計量物と略同じ重量のテスト試料を用意し、このテスト試料を計量器に負荷させる。そして、このときに得られる計量信号を解析し、その解析結果から、所定係数を導き出してもよい。

第２の発明は、被計量物が負荷される計量器の出力信号に重畳されている振動成分を除去する計量器用フィルタリング方法において、当該振動成分は計量器の過渡応答特性に従って時間の経過と共に減衰する第１振動波を含むものとする。そして、この第１振動波の周期よりも短いサンプリング周期で計量器の出力信号をサンプリングするサンプリング過程と、互いに第１振動波の周期の略１／２に相当する時間を置いて得られたサンプリング過程における２つのサンプリング値と計量器の過渡応答特性に従う所定係数とに基づいて被計量物の重量に応じた濾波後重量値を算出する算出過程と、を具備することを特徴とするものである。

即ち、この第２の発明は、第１の発明に対応する方法発明であり、当該第１の発明と同様の作用を奏する。

上述したように、この発明によれば、計量器から出力される計量信号に、当該計量器の過渡応答特性に従って減衰する第１振動波が含まれていても、この第１振動波を、当該第１振動波の略１／２周期に相当する時間で除去することができる。これに対して、上述した従来技術では、振幅が一定の定周期振動波しか除去することができず、しかも、当該定周期振動波を除去するのにその基本周波数の１周期分に相当する時間が掛かる。従って、かかる従来技術に比べて高速な計量を可能とし、特に動的秤のように高速性が要求される用途にも良好に対応することができる。

この発明の一実施形態について、図１〜図８を参照して説明する。

この実施形態は、図１に示すような重量選別機１０にこの発明を適用したものであり、同図に示すように、当該重量選別機１０は、互いに直列に配置された３つのコンベヤ２０，３０および４０を備えている。このうち、中央にあるのは、計量コンベヤ３０である。そして、同図において、計量コンベヤ３０の左側にあるのは、当該計量コンベヤ３０に被計量物１００を送り込むための送り込みコンベヤ２０であり、右側にあるのは、計量コンベヤ２０から送り出された被計量物１００を図示しない選別装置に搬送するための送り出しコンベヤ４０である。これらのコンベヤ２０，３０および４０は、計量コンベヤ用電動機５０を含む動力源によって、同図に実線の矢印２００で示す方向（左側から右側に向かう方向）に一定の速度で被計量物１００を搬送するように、駆動される。そして、計量コンベヤ３０による搬送過程において、被計量物１００の重量が測定され、この測定結果に基づいて、上述の選別装置による選別が行われる。なお、選別装置については、この発明の本旨に直接関係しないので、ここでは、これ以上の詳しい説明を省略する。

さて、上述の如く、計量コンベヤ３０による搬送過程において被計量物１００の重量を測定するために、当該計量コンベヤ２０は、計量ユニット６０を構成している。具体的には、計量ユニット６０は、土台としての基部６２と、この基部６２に一端が結合された計量器としてのロードセル６４と、このロードセル６４の他端と計量コンベヤ３０とを連結するための連結部材６６とを、有している。そして、計量コンベヤ３０に被計量物１００が送り込まれると、ロードセル６４から、当該被計量物１００の質量ｍｏと計量コンベヤ３０（厳密には計量コンベヤ３０および連結部材６６を含むロードセル６４に負荷される計量部）の質量ｍとによる重量｛ｍ＋ｍｏ｝・ｇ（ｇ；重力加速度）に応じた電圧のアナログ計量信号Ｗ（ｔ）（ｔ；時間）が出力される。そして、このアナログ計量信号Ｗ（ｔ）は、図示しない操作パネルに組み込まれた指示計７０に入力される。

指示計７０は、図２に示すように、アナログ計量信号Ｗ（ｔ）が入力される増幅回路７２を有しており、この増幅回路７２によって増幅されたアナログ計量信号Ｗ（ｔ）は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）回路７４に入力される。ローパスフィルタ回路７４は、アナログ計量信号Ｗ（ｔ）に含まれる比較的に高周波数のノイズ、例えば１００［Ｈｚ］以上の主に電気的要因によるノイズ、を除去する。そして、このローパスフィルタ回路７４によるノイズ除去後のアナログ計量信号Ｗ（ｔ）は、サンプリング手段としてのＡ／Ｄ変換回路７６に入力される。

Ａ／Ｄ変換回路７６は、ローパスフィルタ７４から入力されたアナログ計量信号Ｗ（ｔ）を、例えば１［ｍｓ］のサンプリング周期（１［ｋＨｚ］のサンプリング周波数）Δｔでサンプリングし、離散的な複数のサンプリング値Ｗ［ｎ］（ｎ；サンプリング番号）から成るディジタル計量信号に変換する。そして、変換されたディジタル計量信号Ｗ［ｎ］は、算出手段としてのＣＰＵ（Central
Processing Unit）７８に入力される。なお、このＡ／Ｄ変換回路７６による１［ｍｓ］というサンプリング周期Δｔは、後述する第１振動波の周期２πよりも遥かに短く、詳しくは当該周期２πの略偶数分の１（例えば１／２０〜１／１００程度）に相当する。

ＣＰＵ７８は、Ａ／Ｄ変換回路７６から入力されたディジタル計量信号Ｗ［ｎ］に基づいて、被計量物１００の重量ｍｏ・ｇを算出する。そして、その算出結果を、表示手段としての液晶ディスプレイ構成の表示器８０に表示する。なお、このＣＰＵ７８の一連の動作は、記憶手段としてのメモリ８２に記憶されている制御プログラムによって制御される。また、ＣＰＵ７８には、当該ＣＰＵ７８に各種命令を与えるための命令入力手段としての操作キー８４も、接続されている。

ところで、計量コンベヤ３０に被計量物１００が送り込まれたときのアナログ計量信号Ｗ（ｔ）は、例えば図３に示すように推移する。この図３によれば、時刻ｔｓにおいて、送り込みコンベヤ２０から計量コンベヤ３０に被計量物１００が送り込まれ、当該アナログ計量信号Ｗ（ｔ）の電圧値が、計量コンベヤ３０の重量ｍ・ｇに相当する値Ｗ０から、当該計量コンベヤ３０の重量ｍ・ｇに被計量物１００の重量ｍｏ・ｇを加えた重量｛ｍ＋ｍｏ｝・ｇに相当する値Ｗｘにまで上昇する。そして、時刻ｔｅにおいて、計量コンベヤ３０から送り出しコンベヤ４０に被計量物１００が送り出され、アナログ計量信号Ｗ（ｔ）の電圧値が、計量コンベヤ３０の重量ｍ・ｇに相当する値Ｗ０に戻る。

ところが、図３からも明らかなように、アナログ計量信号Ｗ（ｔ）には、周期が略一定の振動成分が重畳されている。この振動成分は、主に計量ユニット６０の固有振動によるものであるが、被計量物１００が計量コンベヤ３０に置かれている期間Ｔ（＝ｔｅ−ｔｓ）中は、当該振動成分の振幅は、ロードセル（起歪部）６４の過渡応答特性に従って時間の経過と共に徐々に減衰する。そして、このように時間の経過と共に減衰する振動成分を、例えば第１振動波と称すると、この第１振動波が重畳されている期間Ｔ中のアナログ計量信号Ｗ（ｔ）に基づいて、計量コンベヤ３０の重量ｍ・ｇと被計量物１００の重量ｍｏ・ｇとの合計重量｛ｍ＋ｍｏ｝・ｇが求められ、ひいてはこの合計重量｛ｍ＋ｍｏ｝・ｇから零点重量である計量コンベヤ３０の重量ｍ・ｇが差し引かれることで被計量物１００の重量ｍｏ・ｇが求められることになる。従って、被計量物１００の重量ｍｏ・ｇを正確に求めるには、当該第１振動波を適切に除去する必要がある。また、計量コンベヤ３０による搬送距離（働長）が短いほど、または当該計量コンベヤ３０による搬送速度が速いほど、期間Ｔが短くなるので、高速性も要求される。そこで、この実施形態では、かかる要求に応えるべく、次のような手順によって、被計量物１００の重量ｍｏ・ｇが求められる。

即ち、まず、計量コンベヤ３０に被計量物１００が送り込まれることによって、ロードセル６４にステップ入力が作用するとすると、当該ロードセル６４の変位ｘに関する運動方程式は、次の式１で表される。

《式１》
（ｍ＋ｍｏ）・ｄｘ^２／ｄｔ^２＋ｃ・ｄｘ／ｄｔ＋ｋ・ｘ＝（ｍ＋ｍｏ）・ｇ

この式１において、ｃは、ロードセル６４の粘性減衰係数であり、ｋは、当該ロードセル６４（起歪部）のバネ定数である。また、参考までに、計量コンベヤ３０の重量ｍ・ｇは、零点重量であり、例えば被計量物１００の重量ｍｏ・ｇが算出される際に差し引かれる。

ここで、計量ユニット６０の固有振動数ωおよびロードセル６４の粘性減衰率ζは、それぞれ式２および式３で表されるので、これら固有振動数ωおよび粘性減衰率ζを用いると、上述の式１は、さらに式４のように表すことができる。

《式２》
ω＝｛ｋ／（ｍ＋ｍｏ）｝^１／２

《式３》
ζ＝ｃ／［２・｛ｋ・（ｍ＋ｍｏ）｝^１／２］

《式４》

ｄｘ^２／ｄｔ^２＋２・ζ・ω・ｄｘ／ｄｔ＋ω^２・ｘ＝（ｍ＋ｍｏ）・ｇ／ｋ

そしてさらに、この式４で表されるステップ応答に基づいて、第１振動波を含むアナログ計量信号Ｗ（ｔ）を時間関数で表すと、次の式５のようになる。

《式５》
Ｗ（ｔ）＝｛（ｍ＋ｍｏ）・ｇ／ｋ｝
・［１−ｅ^{−ζ・ω・ｔ}｛ｃｏｓ（（１−ζ^２）^１／２・ω・ｔ）
＋（ζ／（１−ζ^２）^１／２）・ｓｉｎ（（１−ζ^２）^１／２・ω・ｔ）｝］
＝Ｗｘ・［１−ｅ^{−ζ・ω・ｔ}・ｓｉｎ｛（１−ζ^２）^１／２・ω・ｔ＋φ｝］
∵ φ＝ｔａｎ^−１｛（１−ζ^２）^１／２／ζ｝，Ｗｘ＝（ｍ＋ｍｏ）・ｇ／ｋ

この式５において、例えば、互いに位相が第１振動波の１／２周期、つまりπだけ異なる２つの時点ｔ１およびｔ２を、考える。即ち、次の式６および式７が成立する、と仮定する。

《式６》
（１−ζ^２）^１／２・ω・ｔ１＋φ＝θ

《式７》
（１−ζ^２）^１／２・ω・ｔ２＋φ＝θ＋π

この場合、例えばｓｉｎθ＝Ａと置くと、ｓｉｎ（θ＋π）＝−Ａであるから、時点ｔ１およびｔ２のそれぞれにおけるアナログ計量信号Ｗ（ｔ）は、次の式８および式９で表される。

《式８》
Ｗ（ｔ１）＝Ｗｘ・［１−ｅ^{−ζ・ω・ｔ１}・Ａ］

《式９》
Ｗ（ｔ２）＝Ｗｘ・［１＋ｅ^{−ζ・ω・ｔ２}・Ａ］

また、上述の式７から式６を差し引くと、次の式１０が導き出される。

《式１０》
（１−ζ^２）^１／２・ω・（ｔ２−ｔ１）＝π

そして、任意の符号、例えばｐを用いて、式１０を整理すると、次の式１１のようになる。

《式１１》
ω・（ｔ２−ｔ１）＝π／（１−ζ^２）^１／２＝ｐ

さらに、計量コンベヤ３０の重量ｍ・ｇと被計量物１００の重量ｍｏ・ｇとの合計重量｛ｍ＋ｍｏ｝・ｇに相当する値Ｗｘを、例えば振動成分が重畳されていないときに得られる安定した重量値、という意味を込めて「安定重量値」と称すると、時点ｔ１およびｔ２におけるアナログ計量信号Ｗ（ｔ１）およびＷ（ｔ２）の当該安定重量値Ｗｘからの振幅の比率ｒは、例えば図４（ａ）に示すように、Ｗ（ｔ１）＞Ｗ（ｔ２）の場合（つまりＡ＜０の場合）、上述した式８，式９および式１１から、次の式１２のように表される。

《式１２》
ｒ＝｛Ｗ（ｔ１）−Ｗｘ｝／｛Ｗｘ−Ｗ（ｔ２）｝
＝｛−ｅ^{−ζ・ω・ｔ１}・Ａ｝／｛−ｅ^{−ζ・ω・ｔ２}・Ａ｝
＝ｅ^{−ζ・ω・（ｔ２−ｔ１）}
＝ｅ^{−ζ・ω・ｐ}

一方、図４（ｂ）に示すように、Ｗ（ｔ１）＜Ｗ（ｔ２）の場合（つまりＡ＞０の場合）には、振幅比率ｒは、次の式１３のように表される。

《式１３》
ｒ＝｛Ｗｘ−Ｗ（ｔ１）｝／｛Ｗ（ｔ２）−Ｗｘ｝
＝｛ｅ^{−ζ・ω・ｔ１}・Ａ｝／｛ｅ^{−ζ・ω・ｔ２}・Ａ｝
＝ｅ^{−ζ・ω・（ｔ２−ｔ１）}
＝ｅ^{−ζ・ω・ｐ}

つまり、Ｗ（ｔ１）＞Ｗ（ｔ２）の場合も、Ｗ（ｔ１）＜Ｗ（ｔ２）の場合も、振幅比率ｒは同じである。そして、式１２または式１３を、安定重量値Ｗｘについての式に変形すると、次の式１４のようになる。

《式１４》
Ｗｘ＝｛Ｗ（ｔ１）＋ｒ・Ｗ（ｔ２）｝／（ｒ＋１）

ここで、振幅比率ｒは、上述した式２，式３，式１１，式１２および式１３から明らかなように、ロードセル６４を含む計量ユニット６０の特性（詳しくは粘性減衰率ζおよび固有振動数ω、より詳しくは粘性減衰係数ｃ，バネ定数ｋおよび質量ｍ）と、被計量物１００の質量ｍｏと、によって決まる。従って、例えば被計量物１００が或る一定の規格品であり、その質量ｍｏ（または重量ｍｏ・ｇ）が略一定である場合には、当該質量ｍｏの規格値（基準値）と、計量ユニット６０の特性とから、振幅比率ｒを予め求めておくことができる。そして、このように振幅比率ｒを予め求めておけば、当該振幅比率ｒと、時点ｔ１およびｔ２における各値Ｗ（ｔ１）およびＷ（ｔ２）とから、安定重量値Ｗｘを求めることができ、ひいては被計量物１００の重量ｍｏ・ｇを求めることができる。つまり、時点ｔ１から時点ｔ２までの第１振動波の１／２周期に相当する時間で、当該第１振動波を除去することができる。

なお、振幅比率ｒは、実測によって求めることもできる。具体的には、当該振幅比率ｒを実測するためのテストモードを設ける。そして、このテストモードにおいて、被計量物１００と略同じ質量ｍｏ’（≒ｍｏ）のテスト用試料を、停止状態にある計量コンベヤ３０上に載置し、このときに得られるサンプリング値Ｗ［ｎ］（または複数の当該サンプリング値Ｗ［ｎ］の平均値）を、安定重量値Ｗｘとする。続いて、計量コンベヤ３０を含む各コンベヤ２０，３０および４０によって実際にテスト用試料を搬送させ、このときに得られる各時点ｔ１および時点ｔ２におけるサンプリング値Ｗ［ｎ］を、上述のＷ（ｔ１）およびＷ（ｔ２）に対応する重量値とする。そして、これら各重量値Ｗｘ，Ｗ（ｔ１）およびＷ（ｔ２）を、式１２（または式１３）に代入することによって、振幅比率ｒを求めることができる。なお、求められた振幅比率ｒは、メモリ８２に記憶される。また、正確さを期するために、各時点ｔ１およびｔ２をシフトさせることによって複数個の振幅比率ｒを求め、それらの平均値をメモリ８２に記憶してもよい。さらに、当該テストモードにおいて、実際にテスト用試料を搬送させたときに得られるサンプリング値Ｗ［ｎ］をフーリエ変換処理等によって解析することで、第１振動波を含むアナログ計量信号Ｗ（ｔ）（厳密にはディジタル計量信号Ｗ［ｎ］）の周波数解析を行ってもよい。なお、式１２〜式１３において、Ｗｘが、計量コンベヤ３０の重量ｍ・ｇを含まない（つまり純粋に被計量物１００の重量ｍｏ・ｇのみを表す）場合には、Ｗ（ｔ１）およびＷ（ｔ２）のそれぞれもまた、当該計量コンベヤ３０の重量ｍ・ｇを含まないものとする。

かかる技術的思想の下、例えば図５に示すように、上述したサンプリング周期Δｔに従って順次得られるサンプリング値Ｗ［ｎ］を、ｗ１１，ｗ１２，ｗ１３，…とする。そして、これらのサンプリング値ｗ１１，ｗ１２，ｗ１３，…よりも、第１振動波の１／２周期に相当する時間だけ遅れて得られるサンプリングＷ［ｎ］を、それぞれｗ２１，ｗ２２，ｗ２３，…とする。さらに、これらのサンプリング値ｗ１１，ｗ１２，ｗ１３，…，ｗ２１，ｗ２２，ｗ２３，…のうち、互いに当該第１振動波の１／２周期に相当する時間を置いて得られたサンプリング値、例えばｗ１１およびｗ２１を、それぞれＷ（ｔ１）およびＷ（ｔ２）として上述の式１４に代入すれば、安定重量値Ｗｘと略等しい濾波後重量値Ｗｘ１１を求めることができる。そして、後続のサンプリング値ｗ１２，ｗ１３，…，ｗ２２，ｗ２３，…についても、これと同様の処理を施すことによって、同様の濾波後重量値Ｗｘ１２，Ｗｘ１３，…を順次求めることができる。

かかる処理を実現するために、ＣＰＵ７８は、図６に示すように、第１振動波の１／２周期に相当する時間分のサンプリング値、例えばｗ１１〜ｗ２１を、時系列で記憶するための、レジスタを備えている。そして、このレジスタに記憶されたサンプリング値ｗ１１〜ｗ２１のうち、両端にある、つまり互いに当該第１振動波の１／２周期に相当する時間を置いて得られたサンプリング値ｗ１１およびｗ２１を、それぞれＷ（ｔ１）およびＷ（ｔ２）として式１４に代入することで、濾波後重量値Ｗｘ１１を求める。そして、サンプリング周期Δｔに従って、レジスタに記憶するサンプリング値を順次シフト（更新）させることによって、これ以降の濾波後重量値Ｗｘ１２，Ｗｘ１３，…を順次求めていく。

以上のように、この実施形態によれば、ロードセル６４から出力されるアナログ計量信号Ｗ（ｔ）（ディジタル計量信号Ｗ［ｎ］）に、当該ロードセル６４の過渡応答特性に従って減衰する第１振動波が含まれているとしても、この第１振動波を、当該第１振動波の１／２周期に相当する時間で除去することができる。従って、振幅が一定の定周期振動波しか除去することができず、しかも当該定周期振動波を除去するのにその基本周波数の１周期分に相当する時間が掛かるという上述した従来技術に比べて、高速な計量が可能となる。このことは、特に、この実施形態で説明した重量選別機１０のように、高速性が要求される動的秤にとって、極めて有効である。

さらに、上述の濾波後重量値Ｗｘ１１，Ｗｘ１２，Ｗｘ１３，…を用いて所定のフィルタリング演算を施すことによって、より正確な安定重量値Ｗｘを求めることができる。

例えば、図７に示すように、互いに連続する２以上の所定数αの濾波後重量値の移動平均値Ｗｘ１１’，Ｗｘ１２’，Ｗｘ１３’，…を求めてもよい。ここで、当該所定数αとして、例えば第１振動波の１／４周期（＝π／２）に相当する値が設定されたとしても、最終的な移動平均値Ｗｘ１１’，Ｗｘ１２’，Ｗｘ１３’，…が求められるまでに要する時間は、第１振動波の３／４周期相当となり、上述の従来技術と比べて、依然、高速性が保たれる。

また、アナログ計量信号Ｗ（ｔ）に、第１振動波とは別の一定振幅の第２振動波が含まれている場合には、ここで言うフィルタリング演算として、次のような演算を施してもよい。即ち、第２振動波の振幅が一定であるということは、上述した式１４において、振幅比率ｒをｒ＝１とすると共に、互いに当該第２振動波の１／２周期（例えばπ’）を隔てた２つの時点ｔ１’およびｔ２’におけるアナログ計量信号Ｗ（ｔ１’）およびＷ（ｔ２’）の値をそれぞれ式１４におけるＷ（ｔ１）およびＷ（ｔ２）に代入することで、当該第２振動波を除去することができる。

より具体的には、図８に示すように、上述した濾波後重量値Ｗｘ１１，Ｗｘ１２，Ｗｘ１３，…よりも、第２振動波の１／２周期に相当する時間だけ遅れて得られた濾波後重量値を、それぞれＷｘ２１，Ｗｘ２２，Ｗｘ２３，…とする。そして、これらの濾波後重量値Ｗｘ１１，Ｗｘ１２，Ｗｘ１３，…，Ｗｘ２１，Ｗｘ２２，Ｗｘ２３，…のうち、互いに第２振動波の１／２周期に相当する時間を置いて得られた濾波後重量値、例えばＷｘ１１およびＷｘ２１を、それぞれ式１４におけるＷ（ｔ１）およびＷ（ｔ２）として代入すると共に、当該式１４における振幅比率ｒにｒ＝１を代入することで、当該第２振動波による影響が除去されたより正確な濾波後重量値Ｗｙ１１を求めることができる。そして、後続の濾波後重量値Ｗｘ１２，Ｗｘ１３，…，Ｗｘ２２，Ｗｘ２３，…についても、これと同様の演算を施すことによって、同様の正確な濾波後重量値Ｗｙ１２，Ｗｙ１３，…を順次求めることができる。

なお、このように式１４において振幅比率ｒとしてｒ＝１を代入するということは、当該式１４におけるＷ（ｔ１）およびＷ（ｔ２）の平均値を求めることになる。また、かかる手順によって第２振動波を除去するには、上述した図６と同様に、当該第２振動波の１／２周期に相当する時間分の濾波後重量値、例えばＷｘ１１〜Ｗｘ２１を、時系列で記憶するための、別のレジスタを設ける必要がある。そして、言うまでもなく、第２振動波の周期（２π’）に比べて、濾波後重量値Ｗｘ１１，Ｗｘ１２，Ｗｘ１３，…，Ｗｘ２１，Ｗｘ２２，Ｗｘ２３，…の算出周期（サンプリング周期Δｔ）が短いこと、具体的には偶数分の１であることが、前提となる。このような第２振動波としては、例えば上述した計量コンベヤ用電動機５０による振動ノイズ等が、ある。また、第２振動波以外にさらに別の一定振幅の振動波がアナログ計量信号Ｗ（ｔ）に含まれている場合には、当該第２振動波を除去するのと同じ手順で、当該別の振動波を除去してもよい。さらにまた、この手順による濾波後重量値Ｗｙ１１，Ｗｙ１２，Ｗｙ１３，…の移動平均値Ｗｙ１１’，Ｗｙ１２’，Ｗｙ１３’，…を求めてもよい。

以上、この実施形態では、計量コンベヤ３０を含む重量選別機１０にこの発明を適用する場合について説明したが、これに限らない。例えば、重量式充填装置等のように、当該重量選別機１０以外の動的秤にも、この発明を適用することができることは、言うまでもない。また、的秤に限らず、台秤等の静的秤にも、この発明を適用してもよい。

そして、計量器として、ロードセル６４を例に挙げたが、これに限らない。即ち、フォースバランス式等のように、当該ロードセル６４以外の計量器についても、この発明を適用することができる。

さらに、複数種類の被計量物１００に対応するべく、それぞれの被計量物１００に応じた複数の振幅比率ｒを予めメモリ８２に記憶させておき、状況に応じて当該振幅比率ｒを適宜選択できるようにしてもよい。

ここで説明した内容は、飽くまでもこの発明を実現するための一例であり、この発明を限定するものではない。

この発明の一実施形態の概略構成を示す図である。同実施形態における指示計の電気的な構成を示すブロック図である。同実施形態におけるロードセルから出力される計量信号の一例を示す図解図である。同実施形態において被計量物の重量値を算出する際の基本的な考え方を示す図解図である。同実施形態において被計量物の重量値を算出する際のＣＰＵの処理手順を示す図解図である。同実施形態において被計量物の重量値を算出する際に用いられるレジスタの概念的な構成を示す図解図である。同実施形態の応用例を示す図解図である。図７とは別の応用例を示す図解図である。

符号の説明

１０重量選別機
３０計量コンベヤ
６０計量ユニット
６４ロードセル
７０指示計
７６Ａ／Ｄ変換回路
７８ＣＰＵ

Claims

被計量物が負荷される計量器の出力信号に重畳されている振動成分を除去する計量器用フィルタにおいて、
上記振動成分は上記計量器の過渡応答特性に従って時間の経過と共に減衰する第１振動波を含み、
上記第１振動波の周期よりも短いサンプリング周期で上記出力信号をサンプリングするサンプリング手段と、
互いに上記第１振動波の周期の略１／２に相当する時間を置いて得られた上記サンプリング手段による２つのサンプリング値と上記過渡応答特性に従う所定係数とに基づいて上記被計量物の重量に応じた濾波後重量値を算出する算出手段と、
上記被計量物として重量が既知のテスト試料が上記計量器に負荷された状態にあるときの上記出力信号に基づいて上記所定係数を導き出す係数導出手段と、
を具備し、
上記所定係数は、上記２つのサンプリング値のそれぞれと、上記被計量物の重量のみに対応する上記サンプリング手段による基準のサンプリング値と、の差の比率に相当し、
上記係数導出手段は、上記テスト試料が上記計量器に負荷された状態にあるときの上記サンプリング手段によるサンプリング値から上記基準のサンプリング値と上記２つのサンプリング値とを得ると共に、該基準のサンプリング値と該２つのサンプリング値とに基づいて上記所定係数を導き出し、さらに、該所定係数を導き出すための該２つのサンプリング値をシフトさせることによって複数の該所定係数を導き出し、該複数の所定係数の平均値を最終的な該所定係数とすること、
を特徴とする、計量器用フィルタ。
被計量物が負荷される計量器の出力信号に重畳されている振動成分を除去する計量器用フィルタにおいて、
上記振動成分は上記計量器の過渡応答特性に従って時間の経過と共に減衰する第１振動波を含み、
上記第１振動波の周期よりも短いサンプリング周期で上記出力信号をサンプリングするサンプリング手段と、
互いに上記第１振動波の周期の略１／２に相当する時間を置いて得られた上記サンプリング手段による２つのサンプリング値と上記過渡応答特性に従う所定係数とに基づいて上記被計量物の重量に応じた濾波後重量値を算出する算出手段と、
を具備し、
上記算出手段は上記サンプリング周期の整数倍毎に上記濾波後重量値を順次算出し、
上記算出手段によって順次算出されかつ上記第１振動波の周期の１／２よりも短い時間分の複数の上記濾波後重量値の平均値を求める演算手段をさらに備えること、
を特徴とする、計量器用フィルタ。
上記被計量物の重量は略一定である、請求項１または２に記載の計量器用フィルタ。
被計量物が負荷される計量器の出力信号に重畳されている振動成分を除去する計量器用フィルタリング方法において、
上記振動成分は上記計量器の過渡応答特性に従って時間の経過と共に減衰する第１振動波を含み、
上記第１振動波の周期よりも短いサンプリング周期で上記出力信号をサンプリングするサンプリング過程と、
互いに上記第１振動波の周期の略１／２に相当する時間を置いて得られた上記サンプリング過程における２つのサンプリング値と上記過渡応答特性に従う所定係数とに基づいて上記被計量物の重量に応じた濾波後重量値を算出する算出過程と、
上記被計量物として重量が既知のテスト試料が上記計量器に負荷されたときの上記出力信号に基づいて上記所定係数を導き出す係数導出過程と、
を具備し、
上記所定係数は、上記２つのサンプリング値のそれぞれと、上記被計量物の重量のみに対応する上記サンプリング過程における基準のサンプリング値と、の差の比率に相当し、
上記係数導出過程では、上記テスト試料が上記計量器に負荷された状態にあるときの上記サンプリング過程におけるサンプリング値から上記基準のサンプリング値と上記２つのサンプリング値とを得ると共に、該基準のサンプリング値と該２つのサンプリング値とに基づいて上記所定係数を導き出し、さらに、該所定係数を導き出すための該２つのサンプリング値をシフトさせることによって複数の該所定係数を導き出し、該複数の所定係数の平均値を最終的な該所定係数とすること、
を特徴とする、計量器用フィルタリング方法。
被計量物が負荷される計量器の出力信号に重畳されている振動成分を除去する計量器用フィルタリング方法において、
上記振動成分は上記計量器の過渡応答特性に従って時間の経過と共に減衰する第１振動波を含み、
上記第１振動波の周期よりも短いサンプリング周期で上記出力信号をサンプリングするサンプリング過程と、
互いに上記第１振動波の周期の略１／２に相当する時間を置いて得られた上記サンプリング過程における２つのサンプリング値と上記過渡応答特性に従う所定係数とに基づいて上記被計量物の重量に応じた濾波後重量値を算出する算出過程と、
を具備し、
上記算出過程では上記サンプリング周期の整数倍毎に上記濾波後重量値を順次算出し、
上記算出過程で順次算出されかつ上記第１振動波の周期の１／２よりも短い時間分の複数の上記濾波後重量値の平均値を求める演算過程をさらに備えること、
を特徴とする、計量器用フィルタリング方法。