JP5219328B2

JP5219328B2 - 重量測定装置

Info

Publication number: JP5219328B2
Application number: JP2004349314A
Authority: JP
Inventors: 孝橋　　徹; 年幸平田
Original assignee: Yamato Scale Co Ltd
Current assignee: Yamato Scale Co Ltd
Priority date: 2004-12-02
Filing date: 2004-12-02
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2024-12-02
Also published as: JP2006162252A

Description

本発明は、四隅が荷重センサにより支持される計量台上に被計量物を載置してその被計量物の重量を測定する際に、荷重センサに不良が生じたことを検出する重量測定装置に関するものである。

従来、複数個の荷重センサにより支持される計量部（計量台）を用いて被計量物の重量を測定する重量測定装置においては、荷重センサの不良もしくは故障による計測不良の事態を避けるために、各荷重センサの出力信号から荷重センサの良否を判定することが行われている。この種の良否判定装置として、特許文献１，２に開示されたものが知られている。

特許文献１に開示された装置は、ホッパ等の容器形状の計量台を複数個の荷重センサにて支持する構造のものであって、以下のような２種類の不良判定法が採用されている。
（ａ）各荷重センサが正常であって特定荷重の印加状態にあるときのそれぞれの出力を基準値として記憶させ、荷重センサ使用状態で前記特定荷重の印加状態にあるときの各荷重センサの出力と、それぞれに対応する各荷重センサの基準値とを比較し、その差が一定値以上である場合にその荷重センサが不良であると判定する。
（ｂ）各荷重センサにはその使用中にほぼ均等に荷重が加えられているものとして、荷重センサの使用中に各荷重センサの出力を相互に比較し、他の多くの荷重センサの出力に比べ大きく値の異なっている荷重センサを不良であると判定する。

一方、特許文献２に開示された装置は、四隅が荷重センサにより支持される計量台上にトラックを１車軸ずつ乗り込ませてそのトラックの重量を計量するトラックスケールにおいて、車軸を計量台上で移動させて各荷重センサの出力の合計値の変化を観測するように構成したものである。すなわち、トラックが計量台上を移動する過程で、各荷重センサから出力される荷重信号によって得られる荷重パターンを逐次チェックして荷重パターンに異常が生じた時と、計量台上にトラックがない無負荷時における計測基準点の変動値を逐次チェックしてその変動値が予め設定された許容範囲を越えた時に異常信号を出力するように構成されている。

特開平５−２６４３７５号公報特開平５−３２２６３７号公報

しかしながら、前記各特許文献に記載された不良判定法では次のような問題点がある。

（１）特許文献１に示された上記（ａ）の判定法について
１）特定荷重に対する荷重センサの出力を基準値として記憶させているので、荷重センサ使用中に不良検出のために特定荷重を印加する作業が余分に生じる。
２）トラックスケールのような台秤の場合には計量台面積が広いので、特定荷重であっても、計量台上で特定荷重物を置く位置によって荷重センサの出力が異なる。
３）予め定めた計量台上の位置に分銅などの特定荷重を置いてそのときの各荷重センサの出力を記憶させる作業を時々実施することにより、荷重センサのスパン変化を検出することができるが、通常の計量作業に対して、不良検出のための特別な作業が必要になり、また特定荷重物（トラックスケールのように大容量の計量器のスパンチェックでは、少なくとも数トンの分銅）を用意しなければならず、これを所定位置に置くための重機が必要になり、実際には定期点検日でも設けない限り困難である。したがって、一般の計量装置の使用者では異常の点検が困難であり、荷重センサに異常が生じても早期に発見・修復できないという問題がある。
４）計量台が無負荷の時に各荷重センサに印加される計量台の自重分の出力は一定であるので、特定重量物を用意しなくても、計量台上に被計量物がなければほぼ一定の条件で各荷重センサの出力の良否判定ができる。しかし、計量台上に被計量物がなくても荷重センサの出力には零点変化分も含まれる。ここで、零点出力は、荷重センサが正常であっても特に周囲気温の変化が大きい場合などに大きく変動し、また計量台上の付着物などによっても変動する。
５）計量台上に被計量物がないときの荷重出力変化量をもって荷重センサの異常検出手段に使用したものも知られているが、これは主として荷重センサの零点異常検出手段であって、異常判定に際しては大きな許容値が設定されているのが普通である。このように計量器の零点変化はある程度の大きさ以内であれば零調整しながら使用することができるが、スパンは小さい変化量でも直ちに計量精度に影響するため、スパンが不良でないと判定するための出力変化量の許容値は小さく取る必要があり、従来の計量台の無負荷時の荷重の変化量を判定する方法では高精度のスパン変化判定は困難である。

（２）特許文献１に示された上記（ｂ）の判定法について
計量部がホッパのような容器で、被計量物が粉粒体や液体のように計量器に対してほぼ均等な分布状態で収容される性質を持ったものである場合には、常に全ての荷重センサにほぼ等しい荷重が加わる。この場合には、荷重センサが良好であれば、通常の計量作業中に全ての荷重センサはいつでもほぼ等しい出力となる。したがって、スパン異常になった荷重センサがあれば、他の荷重センサと出力の大きさが異なるので通常の計量中に常に荷重センサの信号を相互に比較していれば不良荷重センサを検出することが可能である。しかし、台秤のように計量台が広く、通常の計量時に被計量物が積載される位置が特定できない計量器の場合には、被計量物を積載する度に被計量物の各荷重センサに配分される荷重が異なるので、荷重センサのスパンが正常であっても出力が大きく変化し、スパン異常の判定ができない。

（３）特許文献２に示された判定法について
トラックスケールにおいて通常の計量動作は、計量台上に乗り込んだ車両が計量台上でほぼ停止、もしくは完全に停止してから計量動作に入って重量値が求められる。車両が移動中の重量測定値は振動などの大きいノイズが混入して高い精度が得られないからである。この場合、スパンのわずかなドリフト分は、車両が計量台上で移動する時の荷重パターンを検出しても、ノイズによる振動信号のため重量信号の傾斜を高い精度で検出することができない。また、この検出動作は、通常の静止計量という高精度計量動作の妨げになる。

本発明は、前述のような問題点に鑑みてなされたもので、複数の荷重センサで支持された計量台における各荷重センサのスパン異常を、通常の計量作業の中で高精度に検出することのできる重量測定装置を提供することを目的とするものである。
また、本発明は、スパン異常という不良が生じているのがどの荷重センサであるかを判定することのできる重量測定装置を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、第１発明による重量測定装置は、
四隅が各々荷重センサにより支持される計量台上に被計量物を載置してその被計量物の重量を測定する重量測定装置において、
前記計量台上の任意の位置に被計量物を静止状態で置いたときの前記四隅の荷重センサの各出力信号の合計値である第１の合計出力信号値と、被計量物を前記計量台上において前記任意の位置から別の位置に所定距離だけ移動させる際にその移動方向に直交する方向に配置された２個ずつの荷重センサの中心点間を結ぶ直線付近を移動させてその移動後の位置に被計量物を静止状態で置いたときの前記四隅の荷重センサの各出力信号の合計値である第２の合計出力信号値との差の値を求め、この差の値と、前記第１の合計出力信号値または前記第２の合計出力信号値との比の値によっていずれかの荷重センサの異常状態を検出する異常検出手段を備えることを特徴とするものである。

本発明において、前記比の値の許容値が予め設定され、前記異常検出手段は、前記比の値が前記許容値を越える場合に荷重センサの異常状態を検出し、かつ警報手段に異常警報信号を出力するのが好ましい（第２発明）。

また、第３発明による重量測定装置は、
四隅が各々荷重センサにより支持される計量台上に被計量物を載置してその被計量物の重量を測定する重量測定装置において、
前記計量台上の任意の位置に被計量物を静止状態で置いたときの各荷重センサの出力信号を個別に求め、前記各荷重センサのうちの隣り合う２個の荷重センサの出力信号の比の値である第１の比と、残りの２個の荷重センサの出力信号の比の値である第２の比とを求め、前記荷重センサのスパンが正常である時点において、前記第１の比と前記第２の比との比である第３の比を求めて正常時の第３の比の値とするとともに、前記荷重センサの任意の調整時点で求めた前記第３の比を任意時点の第３の比の値とし、これら正常時の第３の比の値と任意時点の第３の比の値との比較結果に基づいて前記任意時点におけるいずれかの荷重センサが異常であることを判定する異常荷重センサ判定手段を備えることを特徴とするものである。

前記第１発明によれば、被計量物を静止状態にして各荷重センサの出力が測定されるので、荷重センサには振動ノイズの混入がなく、極めて高精度に出力の測定を行うことができる。また、被計量物の荷重の大きさに影響を受けずに荷重センサのスパン異常を判定することができ、荷重センサのスパン変化判定を高精度に行うことができる。

この場合、荷重センサの異常時に第２発明のように警報手段に異常警報信号を出力するようにすれば、オペレータがその異常状態を確実に認識することができる。

次に、前記第３発明によれば、毎回の通常計量作業時にいずれかの荷重センサの異常の有無を診断できるので、異常判定時にはすぐ個別の荷重センサを診断することによって、複数の荷重センサの同時異常の発生を確実に回避することができる。この場合、異常特定に際して使用する被計量物は重量が未知のものであっても良く、分銅など基準重量のサンプルを用意しなくても、被計量物の静止状態での安定した荷重センサ出力を測定して演算されるので、極めて高精度に異常な荷重センサを特定することができる。

次に、本発明による重量測定装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

（第１の実施形態）
図１には、本発明の第１の実施形態に係る重量測定装置の平面図（ａ）および断面図（ｂ）がそれぞれ示されている。また、図２には、本実施形態の重量測定装置の回路構成図が示されている。

本実施形態の重量測定装置１は、図１において左方から右方へ進行する２軸のトラック２の前輪２ａ，２ｂおよび後輪２ｃ，２ｄが同時に載ることのできる大きさの計量台３を備えるとともに、この計量台３の下方の四隅に設けられる計４個の荷重センサ（ロードセル）４，５，６，７を備えて構成されている。以下の説明において、４個のロードセル４，５，６，７をそれぞれ、第１ロードセル４、第２ロードセル５、第３ロードセル６、第４ロードセル７と称することとする。ここで、各ロードセル４，５，６，７は、予め所定の荷重Ｍに対して一定の出力が出るように調整されている。なお、これらロードセルとしては、ストレインゲージ式、磁歪式、弦振動式など、負荷荷重を電気信号に変換して出力できるものであれば、各種形式のものを用いることができる。

図２に示されるように、各ロードセル４，５，６，７はそれぞれ増幅器８，９，１０，１１およびアナログ・デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）１２，１３，１４，１５、更にはＩ／Ｏ回路１６を介して演算処理装置（ＣＰＵ）１７に接続され、各ロードセル４〜７にて検出された歪み量に応じたアナログ荷重信号は、対応する増幅器８〜１１にて増幅された後、Ａ／Ｄ変換器１２〜１５によってデジタル信号に変換され、演算処理装置１７に入力される。

前記演算処理装置１７は、所定プログラムを実行することにより所要の演算処理を行うように構成されている。また、この演算処理装置１７は、前記プログラムおよび各種データを記憶するＲＯＭ，ＲＡＭ，ＥＥＰＲＯＭ等からなるメモリー１８に接続されるとともに、Ｉ／Ｏ回路１６を介して、各種データの入力等を行うキースイッチ（入力手段）１９および各種のデータを表示する表示器２０に接続されている。

次に、本実施形態の重量測定装置１における、ロードセルのスパン異常を検出する方法（不良ロードセル診断法）について説明する。

いま、図３に示されるように、計量台３上に重量Ｗｘのトラック（被計量物）２が置かれ、このトラック２の重心が座標（ｘ，ｙ）の位置にあるとすると、各ロードセル４〜７に配分される荷重Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４は次式で表される。
Ｗ１＝（ｘ・ｙ／Ａ・Ｂ）・Ｗｘ・・・・・（１）
Ｗ２＝｛ｘ・（Ｂ−ｙ）／Ａ・Ｂ｝・Ｗｘ・・・・・（２）
Ｗ３＝｛（Ａ−ｘ）・ｙ／Ａ・Ｂ｝・Ｗｘ・・・・・（３）
Ｗ４＝｛（Ａ−ｘ）・（Ｂ−ｙ）／Ａ・Ｂ｝・Ｗｘ・・・・（４）

各ロードセル４〜７の出力信号を負荷荷重値に変換するための変換係数をｋ１〜ｋ４とし、また各ロードセル４〜７に既知の荷重値Ｍの負荷を与えたときの出力変化をＶ１〜Ｖ４とすると、これらＶ１〜Ｖ４を測定し演算処理装置１７の中でＶ１／ｋ１＝Ｍ、Ｖ２／ｋ２＝Ｍ、Ｖ３／ｋ３＝Ｍ、Ｖ４／ｋ４＝Ｍと表せるようにｋ１〜ｋ４が決定される。

この場合、被計量物の重心を計量台３上の座標（ｘ，ｙ）の位置にして重量Ｗｘの被計量物が置かれたときの各ロードセル４〜７の出力変化量をＶ１〜Ｖ４とすると、次式が得られる。
Ｖ１／ｋ１＝（ｘ・ｙ／Ａ・Ｂ）・Ｗｘ・・・・・（５）
Ｖ２／ｋ２＝｛ｘ・（Ｂ−ｙ）／Ａ・Ｂ｝・Ｗｘ・・・・・（６）
Ｖ３／ｋ３＝｛（Ａ−ｘ）・ｙ／Ａ・Ｂ｝・Ｗｘ・・・・・（７）
Ｖ４／ｋ４＝｛（Ａ−ｘ）・（Ｂ−ｙ）／Ａ・Ｂ｝・Ｗｘ・・・・（８）
ここで、変換係数ｋ１〜ｋ４の値はロードセル４〜７の調整時にメモリー１８に記憶されている。

各ロードセル４〜７のスパンに変化がなければ、ある重量Ｗｘのトラック２が計量台３上に乗り込んだときに各ロードセル４〜７の出力Ｖ１〜Ｖ４を測定し、それぞれｋ１〜ｋ４で割り算すると、各ロードセル４〜７の負荷荷重換算値Ｖ１／ｋ１〜Ｖ４／ｋ４を求めることができる。そして、これら負荷荷重換算値Ｖ１／ｋ１〜Ｖ４／ｋ４を加算すると、任意の座標（ｘ，ｙ）、言い換えればトラック２の計量台３上の任意の位置における負荷荷重換算値の合計値は、式（５）〜（８）より次式で表される。
Ｖ１／ｋ１＋Ｖ２／ｋ２＋Ｖ３／ｋ３＋Ｖ４／ｋ４＝Ｗｘ・・・・（９）
なお、トラック２がｘ軸またはｙ軸方向に任意の距離だけ移動して（ｘ，ｙ）座標が変化しても負荷荷重換算値の合計値は変化しない。

そこで、本実施形態では、トラック２を前記任意の位置からｘ軸方向に平行に距離Ｄだけ移動させて、前輪タイヤの停止位置をもう一箇所指定し、この位置において各ロードセル４〜７の出力を測定するようにされている。本実施形態では、このように被計量物を静止状態にして各ロードセル４〜７の出力が測定されるので、ロードセルには振動ノイズの混入がなく、極めて高精度に出力の測定を行うことが可能である。なお、本実施形態では、被計量物がトラックの場合であるが、計量物が任意の荷物である場合には、荷物の外観上の所定の場所に着目し、指定された２箇所に荷物の所定の位置を合わすようにすれば良い。

前述のようにトラック２を距離Ｄだけ移動させると、その重心位置も距離Ｄだけ移動したことになる。ここで、通常の計量作業において被計量物の重心位置の計量台３上での座標を特定することは極めて困難であるが、本実施形態のように被計量物の移動距離Ｄを与えることによって重心位置のｘ軸上の移動距離を与えることはさほど困難ではなく、図１に示される計量台３上で被計量物の所定位置をｘ軸に平行移動させれば良い。

いま、第１ロードセル４のスパンが正常値１に対して変化率ｅだけ変化した、すなわちスパンが１から１＋ｅに変化したとすると、荷重Ｗｘの被計量物が計量台３上でその重心のｘ座標をｘ＝ｘ０からｘ＝ｘ１に移動したとき、座標ｘ＝ｘ０およびｘ＝ｘ１のそれぞれにおける各ロードセル４〜７の出力の負荷荷重換算値の合計値の差Ｗａｄは、式（５）〜式（８）より次式で表される。
Ｗａｄ＝ｅ・（ｘ１−ｘ０）・ｙ・Ｗｘ／ＡＢ・・・・（１０）

ところで、前記特許文献２に記載の従来方法では、この式（１０）に示される負荷荷重換算値の合計値の差Ｗａｄを評価している。しかし、この従来方法は、被計量物が移動している状態で各ロードセルの出力を測定しているので、大きい振幅で振動ノイズが混入し、正確な測定値が得られないという欠点がある。ここで、前記移動距離Ｄの値として（１／２）・Ａを与え、被計量物の重心のｙ座標もｙ＝（１／２）・Ｂであるとすると、式（１０）は次式となる。
Ｗａｄ＝（ｅ／４）・Ｗｘ・・・・（１１）
ロードセルの不良もしくは異常を判定するには、ロードセルが許容値以上にスパン変化しているので、Ｗａｄの値に対してある許容限界値を設ける必要があるが、式（１１）には被計量物の荷重Ｗｘが残っており、スパン変化率ｅの大小を独立して評価することができず、厳密な良否判定が困難である。

そこで、本実施形態では、次式（１２）にて与えられる、被計量物の重心のｘ座標がｘ＝ｘ０にあるときの各ロードセル４〜７の出力から求めた負荷荷重換算値の合計値と、式（１０）で与えられる、負荷荷重換算値の合計値の差Ｗａｄとの比Ｒを取るようにしている。
｛ＡＢ＋ｅ・ｘ０・ｙ｝・Ｗｘ／ＡＢ＝｛１＋ｅ・ｘ０・ｙ／ＡＢ｝・Ｗｘ
・・・・（１２）
すなわち、式（１０）／式（１２）を演算して、比Ｒは次式で与えられる。
Ｒ＝｛ｅ・（ｘ１−ｘ０）・ｙ／ＡＢ｝／｛１＋ｅ・ｘ０・ｙ／ＡＢ｝

ここで、被計量物を常に計量台３上のｙ座標の中心付近に置くようにすると、ｙ≒（１／２）・Ｂ、またｘ０＜Ａであるから、ｘ０・ｙ＜ＡＢである。そして、スパン変化率がｅ＝０．０００５程度のときに不良判定するものとすると、１≫ｅ・ｘ０・ｙ／ＡＢであるから、１＋ｅ・ｘ０・ｙ／ＡＢ≒１となり、上式で与えられる比Ｒは次式となる。
Ｒ＝ｅ・（ｘ１−ｘ０）・ｙ／ＡＢ・・・・（１３）

ここで、上記と同様に移動距離Ｄの値として（１／２）・Ａを与え、被計量物の重心のｙ座標もｙ＝（１／２）・Ｂであるとすると、式（１３）は次式となる。
Ｒ＝ｅ／４・・・・（１４）
こうして、ほぼｅの値のみの変化の大きさを判定できるようになる。
なお、式（１２）の代わりに、被計量物の重心のｘ座標がｘ＝ｘ１にあるときの各ロードセル４〜７の出力から求めた負荷荷重換算値の合計値を採用しても同様である。

以上のように、本実施形態の判定方法によれば、従来方法に比べて、測定値の安定性の観点からも、被計量物荷重の大小という、スパン変化量に無関係な値の影響を受けることがなく、ロードセルのスパン変化判定を高精度に行うことが可能となる。

式（１４）において、Ｒ≒１がスパン変化のない場合の比率値であるから、スパン変化が１／２０００で不良と判定する場合には、この判定用の上下限許容値として±０．０００５／４＝±０．０００１２５を設定し、Ｒの値が次式
−０．０００１２５＜Ｒ＜０．０００１２５・・・・（１５）
を満足すればスパン正常とし、式（１５）を満足しなければスパン異常としてロードセル不良と判定するようにする。

なお、本実施形態において、各ロードセル４〜７の出力信号の合計値をｘ＝ｘ０、ｘ＝ｘ１において測定し、予め調整時点で合計出力信号を合計荷重値に変換する係数を定めてメモリー１８に記憶させておき、運転中に定めた変換係数によって合計荷重出力信号を合計荷重値に変換して前述の判定演算を実施するようにしても良い。

本実施形態によれば、トラック２を停止させた状態での荷重信号を測定し、予め定めた判定演算によって異常判定がなされるので、ノイズ信号を影響を受けることなく判定を正確に行うことができる。また、本実施形態においては、計量台３上のｘ座標の異なる２点における合計荷重測定値の差と、計量台上のある位置での荷重信号との比率を評価するように構成されているので、被計量物の荷重の大きさに影響を受けずにロードセル（荷重センサ）のスパン異常を判定することができる。

なお、本実施形態における演算処理装置１７が、本発明における異常検出手段に対応し、本実施形態における表示器２０が、本発明における警報手段に対応する。

（第２の実施形態）
本実施形態は、計量台３上の任意の位置に被計量物があるときに、各ロードセル４〜７の出力を個別に測定して各ロードセル４〜７の荷重換算値を求め、これら荷重換算値を組み合わせて構成した比率を評価値として、この評価値の変化量の大きさを判定することにより、ロードセルのスパン異常を検出するようにしたものである。以下、本実施形態の判定法について説明する。

未知の重量値Ｗｘの被計量物を計量台３の任意の座標位置（ｘ，ｙ）で測定し、各ロードセル４〜７の出力を読み取る。これら読み取った出力を予め記憶させていた変換係数ｋ１〜ｋ４を用いて負荷荷重に換算するとともに、２個のロードセル（第１ロードセル４および第３ロードセル６）に係る負荷荷重の比率と、他の２個のロードセル（第２ロードセル５および第４ロードセル７）に係る負荷荷重の比率とを求めると、式（１）〜（４）および式（５）〜（８）より次式が得られる。
（Ｖ１／ｋ１）／（Ｖ３／ｋ３）＝Ｗ１／Ｗ３＝ｘ／（Ａ−ｘ）（１６）
（Ｖ２／ｋ２）／（Ｖ４／ｋ４）＝Ｗ２／Ｗ４＝ｘ／（Ａ−ｘ）（１７）

ここで、Ｒ＝式（１６）／式（１７）とすると、Ｗｘおよびｘの任意の値に対してＲ＝１である。ただし、各ロードセル４〜７が図３のようにｘｙ座標の理想的な位置に配置されていない場合は、全てのロードセル４〜７がスパン変化していない状態でも比率Ｒの値は正確に１とはならない場合がある。

そこで、各ロードセル４〜７のスパンが正常である調整時点の比率をＲ０として、このＲ０をメモリー１８に記憶させる。任意の調整時点でロードセル４〜７のうちのいずれかのロードセルのスパンが±ｅだけ変動すると、次式
Ｒｔ＝（１±ｅ）・Ｒ０・・・・（１８）
であるから、
（Ｒｔ−Ｒ０）／Ｒ０＝±ｅ・・・・（１９）
となる。

いま、正常判定の許容値をｅ＝０．０００５とすると、（Ｒｔ−Ｒ０）／Ｒ０の値が、次式
−０．０００５＜（Ｒｔ−Ｒ０）／Ｒ０＜０．０００５・・・（２０）
を満たせばロードセルは正常で、式（２０）を満たさなければロードセルが異常であると判定される。

本実施形態の判定法によれば、被計量物を計量台３上の任意の位置で重量測定すると同時に、ロードセル４〜７の出力を個別に取り込んで演算処理し、良否判定を行うことができるので、ロードセルの良否判定のために通常の計量動作以外に何ら特別の操作をする必要がない。勿論、静的に高い精度でロードセル出力を測定して良否判定が行えるのは言うまでもない。よって、第１の実施形態に係る判定法よりも優れた方法であると言える。

本実施形態において、第１ロードセル４および第２ロードセル５に係る負荷荷重の比率と、第３ロードセル６および第４ロードセル７に係る負荷荷重の比率を次式
（Ｖ１／ｋ１）／（Ｖ２／ｋ２）＝Ｗ１／Ｗ２＝ｙ／（Ｂ−ｙ）（１６'）
（Ｖ３／ｋ３）／（Ｖ４／ｋ４）＝Ｗ３／Ｗ４＝ｙ／（Ｂ−ｙ）（１７'）
で求め、Ｒ'＝式（１６'）／式（１７'）として、上記と同様にして判定することもできる。

なお、式（１６）（１７）で、Ｗ１＝Ｗ２・Ｗ３／Ｗ４であるから、Ｗ１とＷ２・Ｗ３／Ｗ４との比率を算出し、この比率の大きさに許容値を設けて判定するようにしても等価であることは言うまでもない。また、Ｗ１／Ｗ２−Ｗ３／Ｗ４またはＷ１−Ｗ２・Ｗ３／Ｗ４の差の大きさに許容値を設けて判定するようにしても良い。

（第３の実施形態）
前記第１の実施形態および第２の実施形態においては、通常の計量作業の中でロードセルのいずれかにスパン変動が生じているか否かを検出・監視する方法について述べた。しかし、これら各実施形態に係る方法では、どのロードセルにスパン異常が生じているかを判定することはできない。そこで、本実施形態では、前記各実施形態の方法によりスパン異常のロードセルの存在が検出されたときに、このスパン異常（スパン不良）のロードセルを特定する方法を提供する。

本実施形態において、不良ロードセルの特定は、図４に示されるように、任意の重量Ｗｘを持つ被計量物Ｃを計量台３の上で、重心位置が（ｘ，ｙ）にある場合と、（ｘ＋ａ，ｙ＋ｂ）にある場合の２箇所での各ロードセル４〜７の出力を測定することによって実施される。以下に、その特定方法について説明する。

まず、予め計量台３上に任意の座標位置ｍ_１（ｘ_１，ｙ_１）と、この座標位置ｍ_１からｘ軸方向にａ、ｙ軸方向にｂだけ離れた座標位置ｍ_１'（ｘ_１'，ｙ_１'）とにライン引きなどによる目印を設ける。なお、被計量物Ｃについてはその重心位置を正確に知る必要はない。

次に、図４に示される被計量物Ｃの特定位置が座標ｍ_１点に一致するように置き、この状態で各ロードセル４〜７の出力を測定する。続いて、被計量物Ｃをｘ軸方向とｙ軸方向に対してその向きを変えずに前記特定位置が座標ｍ_１'に一致するように置き、この状態で各ロードセル４〜７の出力を測定する。

ここで、被計量物Ｃが前記実施形態のようなトラック２の場合には、例えば被計量物特定位置を右側前輪タイヤの接地中心と定め、トラック２をｘ軸に平行に、その右側前輪を計量台３上に引いたガイドラインＬに沿わせて進入させ、右側前輪の接地中心が所定の位置ｍ_１に来るようにして停車させて各ロードセル４〜７の出力を測定する。次いで、この出力測定が終わると、トラック２を一旦計量台３から降ろし、再びｘ軸に平行に、その右側前輪を計量台３上に引いたガイドラインＬ'に沿わせて進入させ、右側前輪の接地中心が所定の位置ｍ_１'に来るようにして停車させて各ロードセル４〜７の出力を測定する。このようにすれば、トラック２の重心位置は不明であるが、その重心位置が座標（ｘ，ｙ）から（ｘ＋ａ，ｙ＋ｂ）に移動したことになる。

計量台３上において被計量物Ｃの重心位置が任意の座標（ｘ，ｙ）にあるとき、例えば第２ロードセル５と第４ロードセル７のそれぞれの出力Ｖ２，Ｖ４を測定し、これら出力Ｖ２，Ｖ４をそれぞれ変換係数ｋ２、ｋ４で割り算してロードセル負荷荷重に変換し、それらの比率ｒ２４を求めると次式のようになる。
ｒ２４＝（Ｖ２／ｋ２）／（Ｖ４／ｋ４）＝ｘ／（Ａ−ｘ）
また、被計量物Ｃの重心位置をｘ軸方向に所定の距離ａだけ移動させたときの比率ｒ２４'は次式で表される。
ｒ２４'＝（Ｖ２'／ｋ２）／（Ｖ４'／ｋ４）
＝（ｘ＋ａ）／｛Ａ−（ｘ＋ａ）｝
ただし、ロードセル４〜７は図３に示されるように理想的に配置されていないので、実際には係数ｑ２４が掛けられ、比率ｒ２４、ｒ２４'は次式のようになる。
ｒ２４＝ｑ２４・｛ｘ／（Ａ−ｘ）｝・・・（２１）
ｒ２４'＝ｑ２４・［（ｘ＋ａ）／｛Ａ−（ｘ＋ａ）｝］・・・（２２）
ここで、第２ロードセル５と第４ロードセル７のいずれかのスパンが±ｅだけ変化すると係数ｑ２４が変化するものとみなす。

式（２１）、式（２２）より、次式が成立し、ｑ２４の値を求めることができる。
ａ・ｑ２４^２＋（ｒ２４・Ａ＋ｒ２４・ａ−ｒ２４'・Ａ＋ｒ２４'・ａ）
・ｑ２４＋ａ・ｒ２４・ｒ２４'＝０・・・（２３）

したがって、各ロードセル４〜７が正常である調整時点で式（２３）により係数ｑ２４を導き、メモリー１８内にｑ２４０として記憶させておく。そして、被計量物Ｃを測定する任意の時点で、式（２３）より求められるｑ２４が、第２ロードセル５と第４ロードセル７のいずれかのスパンが±ｅだけ変化し、ｑ２４ｔ＝ｑ２４０（１±ｅ）になっていたとすると、次式
（ｑ２４ｔ−ｑ２４０）／ｑ２４０＝±ｅ・・・（２４）
が成り立つから、例えばロードセルのスパン変化率の許容値を±０．０００５とすると、次式
−０．０００５＜（ｑ２４ｔ−ｑ２４０）／ｑ２４０＜０．０００５
・・・（２５）
を満足すれば第２ロードセル５および第４ロードセル７はいずれも正常、式（２５）を満足しなければ第２ロードセル５と第４ロードセル７のいずれか一方が異常であると判定することができる。

また、第１ロードセル４と第３ロードセル６との関係についても、図４に示される２箇所でそれぞれのロードセルの出力を測定し、上述の第２ロードセル５と第４ロードセル７との関係の評価と同様にして並列に実施することができる。

一方、第１ロードセル４と第２ロードセル５とのロードセル負荷荷重の比率ｒ１２は、次式で与えられる。
ｒ１２＝（Ｖ１／ｋ１）／（Ｖ２／ｋ２）＝ｙ／（Ｂ−ｙ）
また、被計量物Ｃの重心位置をｙ軸方向に所定の距離ｂだけ移動させたときの比率ｒ１２'は次式で表される。
ｒ１２'＝（Ｖ１'／ｋ１）／（Ｖ２'／ｋ２）
＝（ｙ＋ｂ）／｛Ｂ−（ｙ＋ｂ）｝
ただし、ロードセル４〜７は図３に示されるように理想的に配置されていないので、実際には係数ｑ１２が掛けられ、比率ｒ１２、ｒ１２'は次式のようになる。
ｒ１２＝ｑ１２・｛ｙ／（Ｂ−ｙ）｝・・・（２６）
ｒ１２'＝ｑ１２・［（ｙ＋ｂ）／｛Ｂ−（ｙ＋ｂ）｝］・・・（２７）
式（２６）、式（２７）より、次式が成立し、ｑ１２の値を求めることができる。
ｂ・ｑ１２^２＋（ｒ１２・Ｂ＋ｒ１２・ｂ−ｒ１２'・Ｂ＋ｒ１２'・ｂ）
・ｑ１２＋ｂ・ｒ１２・ｒ１２'＝０・・・（２８）

したがって、各ロードセル４〜７が正常である調整時点で式（２８）によりｑ１２を導き、メモリー１８内にｑ１２０として記憶させておく。そして、被計量物Ｃを測定する任意の時点で、式（２８）より求められるｑ１２が、第１ロードセル４と第２ロードセル５のいずれかのスパンが±ｅだけ変化し、ｑ１２ｔ＝ｑ１２０（１±ｅ）になっていたとすると、次式
（ｑ１２ｔ−ｑ１２０）／ｑ１２０＝±ｅ・・・（２９）
が成り立つから、上記と同様に（ｑ１２ｔ−ｑ１２０）／ｑ１２０を評価判定して第１ロードセル４および第２ロードセル５がいずれも正常であるか、あるいはいずれか一方が異常であると判定することができる。また、第３ロードセル６と第４ロードセル７との関係についても、同様にして、いずれも正常であるか、あるいはいずれか一方が異常であると判定することができる。

以上のような計量操作および演算処理により、例えば第１ロードセル４にスパン異常が生じた場合には、１）第１ロードセル４と第３ロードセル６との出力を用いた演算によっていずれかが異常であると判定され、２）第１ロードセル４と第２ロードセル５との出力を用いた演算によっていずれかが異常であると判定されるので、４個のロードセル４〜７の中で２個以上の異常品が同時に発生しないとの条件の下で、１）２）の判定結果より異常ロードセルは第１ロードセル４であると特定することができる。

本実施形態の不良ロードセル特定方法によれば、毎回の通常計量作業時にいずれかのロードセルの異常の有無を診断できるので、異常判定時にはすぐ個別のロードセルを診断することによって、複数のロードセルの同時異常の発生を確実に回避することができる。

この場合、異常特定に際して使用する被計量物は重量が未知のものであっても良く、分銅など基準重量のサンプルを用意しなくても、被計量物の静止状態での安定したロードセル出力を測定して演算されるので、極めて高精度で異常ロードセルを特定することができる。

また、トラックスケールの場合、従来のスパン検査法では大きい分銅を用意し、重機を使って計量台の中心に分銅を置いて各ロードセルに等しい荷重が加わるようにして異常ロードセルを特定しなければならなかったが、本実施形態の方法によれば、分銅も重機も不要であって容易な手段によって検出することができるので、不良ロードセルの交換も容易となり、経済的効果が極めて大きい方法であると言える。なお、本実施形態における演算処理装置１７が、本発明における異常荷重センサ判定手段に対応する。

次に、１個のロードセルの異常状態が検出された場合に、残りのロードセルによって被計量物の重量を正しく求めるようにする計量器動作の復帰方法について説明する。

全てのロードセル４〜７が正常な場合には、式（１）〜式（４）より次式が成立する。
Ｖ１／ｋ１＋Ｖ２／ｋ２＋Ｖ３／ｋ３＋Ｖ４／ｋ４＝Ｗｘ・・・（３０）
ここで、もし第１ロードセル４の異常が検出されると、式（３０）をこのまま用いるとすると、ロードセルのスパン変化率がｅのとき、被計量物Ｃが計量台３上の各ロードセル４〜７に等しく負荷配分されるような位置にあるときにｅ／４のスパン誤差が現われる。この場合、被計量物Ｃが計量台３上での第１ロードセル４に負荷配分が大きい位置にあるほど測定重量への誤差は大きくなる。

しかし、例えば第１ロードセル４のスパンが変動し、この第１ロードセル４の異常判定がなされたとき、式（１）〜式（４）より、Ｗ１／Ｗ３＝Ｗ２／Ｗ４であるから、次式（３１）（３２）が成り立つ。
Ｗ１＝（Ｗ２・Ｗ３）／Ｗ４・・・・（３１）
∴Ｖ１／ｋ１＝｛（Ｖ２／ｋ２）・（Ｖ３／ｋ３）｝／（Ｖ４／ｋ４）
・・・・（３２）
よって、スパン異常になった出力Ｖ１を用いず、他の３個のロードセル５〜７の出力を使って、式（３０）は次式のように表すことができる。
｛（Ｖ２／ｋ２）・（Ｖ３／ｋ３）｝／（Ｖ４／ｋ４）
＋Ｖ２／ｋ２＋Ｖ３／ｋ３＋Ｖ４／ｋ４＝Ｗｘ・・・・（３３）

式（３１）から、同様にＷ２，Ｗ３，Ｗ４についてもそれぞれ他の３個のロードセルに出力を用いて表すことができるので、式（３３）と同様に被計量物重量Ｗｘは基本的に３個のロードセルの出力でもって表すことができる。したがって、いずれのロードセルが不良であることが特定されると、この不良ロードセルの出力を用いず、残りの３個のロードセルの出力でもって式（３３）と同様の演算
行って被計量物の正しい重量を求めることができる。

ただし、理想的に図３のようにロードセル４〜７が配置されていなければ式（３３）は成立しないので、ロードセルが正常である調整時に予め計量台３上の座標（Ａ／２，Ｂ／２）の位置に重心が来るように重量Ｍの分銅を置き、第１ロードセル４の不良時に備えて、次式
［｛（Ｖ２／ｋ２）・（Ｖ３／ｋ３）｝／（Ｖ４／ｋ４）
＋Ｖ２／ｋ２＋Ｖ３／ｋ３＋Ｖ４／ｋ４］・Ｇ１＝Ｍ・・・（３４）
が成立するように係数Ｇ１を求めてメモリー（記憶手段）１８に記憶させ、第１ロードセル４が不良判定された場合には、演算処理装置１７（演算手段）において、式（３３）によってロードセル５〜７の出力を用いて被計量物Ｃの重量を求めるようにすれば良い。

同様に、第２ロードセル５、第３ロードセル６、第４ロードセル７のそれぞれが不良の場合に備え、計量器の調整時にＷ１／Ｗ３＝Ｗ２／Ｗ４の関係から、それぞれＷ２＝（Ｗ１・Ｗ４）／Ｗ３，Ｗ３＝（Ｗ１・Ｗ４）／Ｗ２，Ｗ４＝（Ｗ２・Ｗ３）／Ｗ１によって、不良になったロードセルを除いた出力でもって計量台３上の被計量物重量を求める式を作成し、それぞれの式の場合の係数Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４の値を求めメモリー１８に記憶させておく。

そして、計量器使用時にいずれかのロードセルの不良判定がなされたときは、オペレータが自己復帰の指令を重量測定装置１に対して与えると、不良と検出されたロードセルに応じて式（３４）と同様の式のうち、不良ロードセルを用いない式が選択され、被計量物の重量を求めるようにする。この場合、自己復帰中を示す警報と不良ロードセルを表示器２０に表示し、オペレータに故障したロードセルの修理を促すようにするのが好ましい。

本発明の第１の実施形態に係る重量測定装置の平面図（ａ）および断面図（ｂ）第１の実施形態に係る重量測定装置の回路構成図第１の実施形態における不良ロードセル診断法を説明する図第３の実施形態における不良ロードセル特定法を説明する図

符号の説明

１重量測定装置
２トラック
３計量台
４，５，６，７ロードセル（荷重センサ）
８，９，１０，１１増幅器
１２，１３，１４，１５アナログ・デジタル変換器
１６Ｉ／Ｏ回路
１７演算処理装置
１８メモリー
１９キースイッチ
２０表示器
Ｃ被計量物

Claims

四隅が各々荷重センサにより支持される計量台上に被計量物を載置してその被計量物の重量を測定する重量測定装置において、
前記計量台上の任意の位置に被計量物を静止状態で置いたときの前記四隅の荷重センサの各出力信号の合計値である第１の合計出力信号値と、被計量物を前記計量台上において前記任意の位置から別の位置に所定距離だけ移動させる際にその移動方向に直交する方向に配置された２個ずつの荷重センサの中心点間を結ぶ直線付近を移動させてその移動後の位置に被計量物を静止状態で置いたときの前記四隅の荷重センサの各出力信号の合計値である第２の合計出力信号値との差の値を求め、この差の値と、前記第１の合計出力信号値または前記第２の合計出力信号値との比の値によっていずれかの荷重センサの異常状態を検出する異常検出手段を備えることを特徴とする重量測定装置。
前記比の値の許容値が予め設定され、前記異常検出手段は、前記比の値が前記許容値を越える場合に荷重センサの異常状態を検出し、かつ警報手段に異常警報信号を出力する請求項１に記載の重量測定装置。
四隅が各々荷重センサにより支持される計量台上に被計量物を載置してその被計量物の重量を測定する重量測定装置において、
前記計量台上の任意の位置に被計量物を静止状態で置いたときの各荷重センサの出力信号を個別に求め、前記各荷重センサのうちの隣り合う２個の荷重センサの出力信号の比の値である第１の比と、残りの２個の荷重センサの出力信号の比の値である第２の比とを求め、前記荷重センサのスパンが正常である時点において、前記第１の比と前記第２の比との比である第３の比を求めて正常時の第３の比の値とするとともに、前記荷重センサの任意の調整時点で求めた前記第３の比を任意時点の第３の比の値とし、これら正常時の第３の比の値と任意時点の第３の比の値との比較結果に基づいて前記任意時点におけるいずれかの荷重センサが異常であることを判定する異常荷重センサ判定手段を備えることを特徴とする重量測定装置。