JP5848880B2

JP5848880B2 - 計量装置

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Publication number: JP5848880B2
Application number: JP2011075650A
Authority: JP
Inventors: 田村　淳一; 淳一田村; 西尾　裕幸; 裕幸西尾
Original assignee: Anritsu Infivis Co Ltd
Current assignee: Anritsu Infivis Co Ltd
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2016-01-27
Anticipated expiration: 2031-03-30
Also published as: JP2012208083A

Description

本発明は、例えば、肉、魚、加工食品、医薬品などの被計量物を計量して良否を判定する計量装置に関する。

従来より、食品等の生産ラインにおいては、生産ラインに組み込まれ、生産される物品が前段から順次搬入され、搬入された物品を搬送しながら計量し、後段に搬出または選別手段により生産ラインから排除する計量装置が用いられている。

このような計量装置は、生産ラインに組み込まれて設置されるため、他の生産設備等により起こる床振動や計量コンベアのローラやベルトによる低周期振動成分などが雑音成分として計量器の出力信号に定常的に重畳し、計量精度を悪化させる要因となっている。

従来の振動除去方式としては、振動センサをロードセル本体の自由端または固定端に取り付けて振動成分を除去する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、従来の振動除去方式としては、重力加速度センサによって検出した重力加速度で計量器の出力信号を除算して秤量台と被計量物との合計質量を求め、その合計質量から秤量台の質量を減じて被計量物の質量を求めるようにした技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００４−３０９１４８号公報特開平１０−３３９６６０号公報

しかしながら、振動影響は秤量台の重さ、秤の自由端側に秤量台が支持される計量装置の構造で秤量台の重心と秤の重心とが不一致になる場合に起こりうる偏荷重等により影響レベルが変わり、また振動方向も多軸方向の成分となるため、特許文献１、２のような１軸方向の振動成分を検出する従来の計量装置では、十分に振動影響を除去することができず、高精度に計量を行うことができないという問題があった。

そこで、本発明は、前述のような従来の問題を解決するためになされたもので、振動の複数軸の成分を検出して秤量信号から振動除去を行うことで、十分に振動影響を除去して高精度に計量を行うことができる計量装置を提供することを目的とする。

本発明に係る計量装置は、順次投入される被計量物を所定の搬送条件で秤量台上を搬送する搬送手段と、前記秤量台に載置された被計量物の荷重に応じた秤量信号を出力する秤量手段と、前記秤量手段に設けられ、前記秤量手段に加わる振動を鉛直方向に対して所定角をなして傾斜している互いに異なる少なくとも２軸方向で検出して、各軸についてそれぞれ振動検出信号を出力する振動検出手段と、前記振動検出手段が出力した各軸の振動検出信号の振幅を所定の感度比でそれぞれ補正する振幅補正手段を含み、前記振幅補正手段により振幅が補正された各軸の振動信号に基づいて、前記秤量信号に含まれる振動成分を除去するための補正信号を生成する補正信号生成手段と、前記秤量信号と、前記補正信号を合成することで、前記秤量信号から前記振動成分を除去する信号合成手段と、前記信号合成手段から出力され、前記振動成分が除去された秤量信号を受け被計量物の計量値を算出する計量手段と、を備えたことを特徴とする。

この構成により、１つの振動検出手段により互いに異なる少なくとも２軸方向で検出し、各軸について、振幅補正手段により振動検出信号の振幅を所定の感度比でそれぞれ振幅が補正された各軸の振動信号に基づいて、秤量信号に含まれる振動成分を除去するための補正信号が補正信号生成手段により生成され、補正信号が信号合成手段により秤量信号に合成されることにより、秤量信号に含まれる振動成分を良好に除去することができる。したがって、振動の複数軸の成分を検出して秤量信号から振動除去を行うことで、十分に振動影響を除去して高精度に計量を行うことができる。また、この構成により、最も影響を受けやすい鉛直方向の振動を、ともに同レベルの振動検出信号を出力し、これらを合成することにより補正信号の精度を向上して、より確実に秤量信号から振動成分を除去することができる。

また、本発明に係る計量装置は、順次投入される被計量物を所定の搬送条件で秤量台上を搬送する搬送手段と、前記秤量台に載置された被計量物の荷重に応じた秤量信号を出力する秤量手段と、前記秤量手段に設けられ、前記秤量手段に加わる振動を互いに直交する３軸方向で検出して、各軸についてそれぞれ振動検出信号を出力する振動検出手段と、前記振動検出手段が出力した各軸の振動検出信号の振幅を所定の感度比でそれぞれ補正する振幅補正手段を含み、前記振幅補正手段により振幅が補正された各軸の振動信号に基づいて、前記秤量信号に含まれる振動成分を除去するための補正信号を生成する補正信号生成手段と、前記秤量信号と、前記補正信号を合成することで、前記秤量信号から前記振動成分を除去する信号合成手段と、前記信号合成手段から出力され、前記振動成分が除去された秤量信号を受け被計量物の計量値を算出する計量手段と、を備えたことを特徴とする。

この構成により、上記の効果に加えて、市販されている２軸もしくは３軸の加速度センサを用いることができ、構成を簡易化することができる。

また、本発明に係る計量装置は、前記振動検出手段が振動を検出する前記２軸方向は、互いに直交していることを特徴とする。

この構成により、振動検出手段により互いに直交する２軸方向の振動を検出することができる。

また、本発明に係る計量装置は、前記振動検出手段が振動を検出する各軸方向は、鉛直方向を含むことを特徴とする。

この構成により、最も影響を受けやすい鉛直方向の振動を効率よく検出することができる。

また、本発明に係る計量装置は、順次投入される被計量物を所定の搬送条件で秤量台上を搬送する搬送手段と、前記秤量台に載置された被計量物の荷重に応じた秤量信号を出力する秤量手段と、前記秤量手段に設けられ、前記秤量手段に加わる振動を鉛直方向を含み互いに直交する２軸方向で検出して、各軸についてそれぞれ振動検出信号を出力する２軸加速度センサと、前記振動検出手段が出力した各軸の振動検出信号の振幅を所定の感度比でそれぞれ補正する振幅補正手段を含み、前記振幅補正手段により振幅が補正された各軸の振動信号に基づいて、前記秤量信号に含まれる振動成分を除去するための補正信号を生成する補正信号生成手段と、前記秤量信号と、前記補正信号を合成することで、前記秤量信号から前記振動成分を除去する信号合成手段と、前記信号合成手段から出力され、前記振動成分が除去された秤量信号を受け被計量物の計量値を算出する計量手段と、を備えたことを特徴とする。

この構成により、上記の構成に加えて、２軸加速度センサは、検出する主感度方向以外の振動成分が重畳する割合（他軸感度）が数％程度（２〜５％）であり、各振動成分を精度よく検出して補正信号を生成することができる。

本発明は、振動の複数軸の成分を検出して秤量信号から振動除去を行うことで、十分に振動影響を除去して高精度に計量を行うことができる計量装置を提供することができる。

本発明の一実施の形態に係る計量装置の概要を示す斜視図である。本発明の一実施の形態に係る計量装置の内部構成を示すブロック図である。本発明の一実施の形態に係る計量装置の搬送部を示す側面図である。本発明の一実施の形態に係る計量装置の秤量手段の構成を示す側面図である。（ａ）、（ｂ）は、本発明の一実施の形態に係る計量装置の秤量手段および総合制御部の要部の概略構成を示す図である。（ａ）は、本発明の一実施の形態に係る計量装置の秤量手段から出力される振動成分が混ざった秤量信号を示す図であり、（ｂ）は、振動センサから出力される振動成分を示す図であり、（ｃ）は、信号合成部から出力される振動成分が除去された秤量信号を示す図である。本発明の一実施の形態に係る計量装置の秤量手段および総合制御部の要部の具体例を示す図であり、振動センサとして１つの３軸加速度センサを備える場合を示す図である。本発明の一実施の形態に係る計量装置の秤量手段および総合制御部の要部の具体例を示す図であり、振動センサとして３つの１軸加速度センサを備える場合を示す図である。（ａ）は、Ｚ軸の振動成分を示す図であり、（ｂ）は、Ｘ軸の振動成分を示す図であり、（ｃ）は、Ｙ軸の振動成分を示す図である。本発明の一実施の形態に係る計量装置の秤量手段および総合制御部の要部の具体例を示す図であり、振動センサとして１つの２軸加速度センサを備える場合を示す図である。本発明の一実施の形態に係る計量装置の秤量手段および総合制御部の要部の具体例を示す図であり、振動センサとして２つの１軸加速度センサを備える場合を示す図である。本発明の一実施の形態に係る計量装置の秤量手段および総合制御部の要部の具体例を示す図であり、振動センサとして１つの２軸加速度センサを備え、Ｚ軸（鉛直）方向に感度軸を設定しない場合を示す図である。

以下、本発明に係る計量装置の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１〜図４は、本発明に係る計量装置の一実施の形態を示している。

図１、図２に示すように、計量装置１は、装置本体部２と、搬送部３と、搬入センサ４とを備えて構成されている。また、計量装置１の後段には選別部５が接続されている。

計量装置１は、生産ラインの一部を構成するベルトコンベア１４の下流側に設置されており、所定の間隔で矢印Ａ方向に順次搬入されてくる肉、魚、加工食品、医薬品などの被計量物Ｗの重量を測定し、得られた測定値を測定結果として出力するようになっている。

さらに、計量装置１は、予め設定された重量の上限および下限の基準値とそれぞれ比較し、得られた測定値が基準値の範囲内にあるか否かを判定して範囲内のものを良品とし、範囲外のものを不良品として良否判定したり、複数の基準値に対応して重量ランク判定をするようになっていてもよい。

また、測定結果、良否判定結果や重量ランク判定結果は、表示手段１０に表示されるとともに、計量装置１の後段に接続された選別部５に出力されるようになっている。

選別部５では、計量装置１が出力した測定結果、良否判定結果や重量ランク判定結果に応じて被計量物Ｗを振り分けるようになっている。

装置本体部２は、秤量手段２１と、総合制御部７と、表示手段１０と、設定手段１１と、これらの各部を収納する収納筐体２ａとにより構成されている。

搬送部３は、ベルトコンベア１４から矢印Ａ方向に搬入されてくる被計量物Ｗを所定の搬送条件により搬送するようになっている。被計量物Ｗは、助走コンベア３１により測定するのに最適な速度になるよう加速または減速されて搬送され、秤量コンベア３２によりさらに搬送され、搬送されている間に重量が秤量手段２１により計量されるようになっている。

秤量コンベア３２は、被計量物を所定の搬送条件により搬送するようになっている。また、被計量物Ｗは、計量の後にさらに後段の選別部５に搬送され、振り分けられるようになっている。

搬送部３は、助走コンベア３１および秤量コンベア３２により構成されている。助走コンベア３１は、前段のベルトコンベア１４から搬送されてきた被計量物Ｗが秤量コンベア３２に移動する前に、被計量物Ｗの助走を行うものであり、２つのローラ３１ａ、３１ｃと、これらのローラに巻き付けられている無端状の搬送ベルト３１ｂとにより構成されている。

図４に示すように、秤量コンベア３２は、被計量物Ｗの計量を行う秤量手段２１の上部に支持されており、２つのローラ３２ａ、３２ｃとこれらのローラに巻き付けられている無端状の搬送ベルト３２ｂと、ローラ３２ｃを駆動するモータ３２ｄとにより構成されている。モータ３２ｄとローラ３２ｃは、それぞれプーリを有していて、駆動ベルトにより回転駆動されるようになっている。

図４において、Ｇｓは、秤量手段２１の起歪体１１０の中心であり、Ｇｔは、秤量手段２１に負荷を加える状態で固定される秤量コンベア３２の重心である。秤量コンベア３２の重心は、モータ３２ｄの配置により中心線Ｃから外れた位置にある。なお、中心線Ｃは、秤量手段２１と秤量コンベア３２の固定位置を含む鉛直線である。

床面がＺ方向に振動する場合、秤量手段２１に固定された秤量コンベア３２の荷重は、重心Ｇｔを質点としてＺ方向に作用する。このとき、秤量コンベア３２の荷重の振動成分は、秤量手段２１の中心Ｇｓに関してモーメントを生じる。また、同様に、床面がＹ方向やＸ方向に振動する場合も、秤量コンベア３２の荷重の振動成分は、秤量手段２１の中心Ｇｓに関してモーメントを生じる。

このように、秤量手段２１の中心Ｇｓと秤量コンベア３２の重心Ｇｔとが一致していないことにより、各方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の床振動による荷重変動を精度よく補正するためには、振動の強さ（加速度）に応じた振動成分だけでなく、上記したようなモーメントを考慮する必要があった。そして、特開２００２−０１３９７１号公報に記載のように、重量のあるモータを秤量手段２１の下方に配置して秤量コンベア３２の重心Ｇｔを下げ、振動によるモーメントを低減する技術があった。

しかしながら、重心を下げるためにモータを秤量手段２１の下方に配置したため、モータを安定的に支持するための構造が複雑になり重量が増加したり、駆動力を伝達する駆動ベルトが長くなって駆動ベルトの振動や回転むらにより振動が増加するといった、新たな問題が生じることとなり、床振動のある場所で高精度の計量を行うという点では課題があった。本実施の形態の計量装置１は、この課題を解決できる構成となっている。

搬入センサ４は、一対の投光部４ａおよび受光部４ｂからなる透過形光電センサで構成されており、助走コンベア３１と秤量コンベア３２との間に配置されている。具体的には、投光部４ａは、搬送ベルト３２ｂの装置本体部２側に配置され、受光部４ｂは、搬送ベルト３２ｂの他の側面側で投光部４ａに対向するように配置されており、被計量物Ｗが投光部４ａおよび受光部４ｂの間を通過すると被計量物Ｗにより受光部４ｂが遮光されるので被計量物Ｗの搬入が開始されたことが検出されるようになっている。検出された搬入開始の信号は、装置本体部２内の総合制御部７に出力されるようになっている。

秤量手段２１は、秤量コンベア３２を支持し被計量物Ｗの荷重に基づいて秤量信号を出力する荷重センサであり、電気抵抗線式秤（ロードセル）の構成を有し、被計量物Ｗが秤量コンベア３２で搬送されている間に、秤量手段２１に加わる荷重を測定するようになっている。

具体的には、秤量手段（ロードセル）２１は、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、金属性の起歪体１１０と、この起歪体１１０の応力集中部に貼り付けた電気抵抗線１１３ａ〜１１３ｄからなるブリッジ回路１１３と、から構成され、秤量手段２１に加わる荷重を受けて起歪体１１０の応力集中部が変形することにより、貼り付けられた電気抵抗線（ひずみゲージ）１１３ａ、１１３ｄが圧縮されて電気抵抗値が減少する一方、電気抵抗線（ひずみゲージ）１１３ｂ、１１３ｃが伸張されて電気抵抗値が増加して、ブリッジ回路１１３の抵抗値が変化するため、この抵抗値の変化を秤量信号として測定するようになっている。

起歪体１１０は、その固定端１１１が固定ベース８７に固定される一方、その自由端１１２には秤量コンベア３２の荷重を受ける支持部２１ａの下端部が連結されている。

また、起歪体１１０の固定端１１１には、振動センサ１００が設けられている。振動センサ１００は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の加速度を検出する１つの３軸加速度センサから構成されており、起歪体１１０の固定端１１１における振動のＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の各方向の振動成分を検出して出力するようになっている。

ここで、Ｘ軸方向は、ベルトコンベア１４による被計量物Ｗの搬送方向であり、Ｙ軸方向は、水平面上における被計量物Ｗの搬送方向と直交する方向（ベルトコンベア１４の幅方向）であり、Ｘ軸方向は鉛直方向である。また、振動センサ１００としては、起歪体１１０の固有振動数よりも高い固有振動数を持つ加速度センサが用いられている。

総合制御部７は、信号処理手段７１、計量手段７２、記憶手段７３、制御手段７４、良否判定手段７６、モード切替手段７７を備えている。

信号処理手段７１は、秤量手段２１からの秤量信号を受け所定の信号処理条件に基づいて信号処理して信号処理済の秤量信号を出力するようになっていて、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を備えている。

具体的には、信号処理手段７１は、秤量手段２１からの秤量信号に対して、種類や特性の異なる複数のローパスフィルタから選択したフィルタを用いて、秤量信号の低周波成分のみを信号処理済の秤量信号として通過させるようになっている。

なお、信号処理手段７１が選択するローパスフィルタは、１つの場合、または、複数を組み合わせたものの場合がある。このローパスフィルタとしては、ＦＩＲ（ＦｉｎｉｔｅＩｍｐｕｌｓｅＲｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタと、ＩＩＲ（ＩｎｆｉｎｉｔｅＩｍｐｕｌｓｅＲｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタとがある。

ＦＩＲフィルタは、インパルス応答波形が入力された場合に、ある決まった時間（有限時間）だけ出力を出す有限インパルス応答フィルタであり、ＩＩＲフィルタは、無限にインパルス応答波形の減衰波形を出力する無限インパルス応答フィルタである。

ここで、ＦＩＲフィルタは、Ａ／Ｄ変換器によりデジタル信号に変換された秤量信号に対して、所定の低周波成分を通過するローパスフィルタを構成し、単純平均化処理や公知の窓関数を用いた重み付け平均化処理を行うようになっている。

ＩＩＲフィルタは、スイッチトキャパシタフィルタのように特性変更が可能なハードウェアを用いて秤量手段２１からの秤量信号（アナログ秤量信号）を直接受けて処理済信号をＡ／Ｄ変換器に出力するアナログフィルタで構成してもよいし、Ａ／Ｄ変換器からのデジタル秤量信号（図示せず）を受けるデジタルフィルタで構成してもよい。

信号処理手段７１は、具体的には、図７に示すように、秤量手段２１からの秤量信号を増幅する増幅器９４と、増幅された信号をデジタル変換するＡ／Ｄ変換器９６と、デジタル変換された信号をフィルタ処理するフィルタ９７と、を備えている。

計量手段７２は、信号処理手段７１が出力する信号処理済の秤量信号に基づいて被計量物Ｗの計量値を算出（グラム換算）するようになっている。また、計量手段７２においては、搬入センサ４によって被計量物Ｗが秤量コンベア３２に搬入されたことが検知されてから所定の基準時間Ｔｋが経過し、秤量手段２１から秤量信号が出力された被計量物Ｗに対して、計量値を算出するようになっている。計量手段７２により算出された個々の重量は、記憶手段７３に算出データとして記憶されるようになっている。

計量手段７２は、搬入センサ４によって被計量物Ｗが秤量コンベア３２に搬入されたことが検知されてから予め設定された基準時間Ｔｋが経過したときに計量を行うようになっている。ここで、基準時間Ｔｋは、搬入センサ４で被計量物Ｗが秤量コンベア３２に搬入を開始したことを検出してから、被計量物Ｗが秤量コンベア３２に完全に乗り移り、さらに秤量手段２１から出力された秤量信号が安定するまでに必要な時間を意味する。

具体的には、基準時間Ｔｋは、秤量コンベア３２の速度（ｍ／ｍｉｎ）、秤量コンベア３２の矢印Ｂ方向の長さ（ｍｍ）および被計量物Ｗの搬送方向である矢印Ｂ方向の長さ（ｍｍ）、被計量物Ｗのサイズやラインの処理能力、その他の条件などに基づいて設定される。また、図３に示すように、基準時間Ｔｋが経過すると、被計量物Ｗは、搬入開始検出位置Ｐ_ＯからＬ_１だけ移動して質量測定位置Ｐ_Ｓに到達し、計量が行われる。

なお、計量手段７２においては、被計量物Ｗの品種（特に、サイズ）に応じて、その測定範囲、測定能力および検査精度などの検査条件（パラメータ）が選択されるようになっており、被計量物Ｗの品種に応じて、例えば、測定範囲が６ｇ〜６００ｇ、測定能力が最大１５０個／ｍｉｎで選択されるようになっている。

この場合、被計量物Ｗの１個当たりの基準時間Ｔｋは、最小４００ｍｓｅｃに設定されていることになり、基準時間Ｔｋは４００ｍｓｅｃ以上であればよいが、被計量物Ｗのサイズ、ラインの処理能力、生産その他の条件により設定されるようになっている。

基準時間Ｔｋは、４００ｍｓｅｃに近いほど短時間で測定されるので検査効率は高まり、遠くなるほど検査時間はかかるが、秤量コンベア３２上を安定して搬送されるようになるから計量精度は高まることになる。

また、被計量物Ｗの品種に応じて、例えば、測定範囲が１ｇ〜３００ｇ、測定能力が最大６００個／ｍｉｎで選択されるようになっている。測定能力が最大６００個／ｍｉｎであると、被計量物Ｗの１個当たりの測定時間は最小１００ｍｓｅｃに設定されていることになり、被計量物Ｗのサイズ、ラインの処理能力、生産やその他の条件により設定されるようになっている。

この基準時間Ｔｋは、１００ｍｓｅｃに近いほど短時間で測定されるので検査効率は高まり、遠くなるほど検査時間はかかるが、秤量コンベア３２上を安定して搬送されるようになるから計量精度は高まる。このように、計量手段７２においては、被計量物Ｗの品種に応じて、その範囲、能力などの検査条件（パラメータ）が選択される。

記憶手段７３は、記憶媒体などから構成されており、秤量コンベア３２による被計量物Ｗの所定の搬送条件、および信号処理手段７１における所定の信号処理条件を含む条件パラメータを被計量物Ｗの品種に対応させて記憶するようになっている。

記憶手段７３には、被計量物Ｗの品種毎に付された各品種番号に対応して、搬送速度、ＬＰＦ（ＬｏｗＰａｓｓＦｉｌｔｅｒ）特性が記憶されている。また、記憶手段７３には、被計量物Ｗの良否を判定するための良品範囲が記憶されている。搬送速度は、被計量物Ｗを搬送する搬送部３の速度であり、ＬＰＦ特性は、どのような特性のローパスフィルタであるかを示すものであり、良品範囲とは、良品と判定される被計量物Ｗの重量の範囲である。

これらの記憶情報は、設定手段１１からの設定操作または外部機器との接続により予め記憶されるようになっている。記憶手段７３は、計量値、良品判定結果等の種々のデータを記憶するようになっている。

制御手段７４は、被計量物Ｗの品種に応じて記憶手段７３から所定の搬送条件および所定の信号処理条件を読み出して秤量コンベア３２および信号処理手段７１をそれぞれ制御するようになっている。

また、制御手段７４は、記憶手段７３に記憶している複数の品種に対応する条件パラメータを順次切り替えて搬送部３および信号処理手段７１を制御するようになっている。また、制御手段７４は、図示しないモータの回転速度（ｒｐｍ）を駆動制御して、搬送部３による被計量物Ｗの搬送速度を制御するようになっている。

良否判定手段７６は、被計量物Ｗの良否を判定するものであり、判定回路などから構成され、計量手段７２が算出した計量値と良否判定基準とを比較して被計量物Ｗの良否を判定するようになっている。

具体的には、良否判定手段７６は、計量手段７２から出力された被計量物Ｗの重量信号を受けると、記憶手段７３に予め記憶されている重量の上限値Ｇａおよび下限値Ｇｂを読み出し、算出した被計量物Ｗの重量と上限値Ｇａおよび下限値Ｇｂとをそれぞれ比較し、上限値Ｇａおよび下限値Ｇｂで決定される重量の許容範囲内に被計量物Ｗの重量が入っているか否かを判定するようになっている。

良否判定手段７６において判定された判定結果は、表示手段１０に出力され、良品または不良品として表示されるようになっている。また、判定結果は、計量装置１の後段に接続された選別部５に出力され、被計量物Ｗが良品または不良品として選別されるようになっている。さらに、この判定結果は、記憶手段７３に出力され、各被計量物Ｗについての判定結果が記憶されるようになっている。

モード切替手段７７は、制御手段７４に指令を出し、計量装置１の動作モードを、運転モードと設定モードとの間で切り替えるものである。ここで、運転モードとは、計量装置１が被計量物Ｗの計量、重量の算出および良否判定を行う通常の動作モードのことであり、設定モードとは、運転モードの動作のための各種パラメータの設定をしたり、運転モードの動作を正常に行うことができるか否かの動作確認のための動作モードである。

モード切替手段７７は、設定手段１１からの入力操作に応じて動作モードを設定モードに切り替えたり、または、装置の運転開始時に動作モードを設定モードに切り替えるようになっている。

また、総合制御部７は、図２、図５（ａ）に示すように、補正信号生成部１０２と、信号合成部１０８と、を備え、更に、図７に示すように、Ａ／Ｄ変換器１０１Ｘ、１０１Ｙ、１０１Ｚと、感度補正部１０３Ｘ、１０３Ｙ、１０３Ｚと、を備えている。

補正信号生成部１０２は、振動センサ１００から出力された振動信号に対する制御対象モデルの応答信号を利用し、秤量手段２１から出力された秤量信号から振動影響を除去するための補正信号を生成するものである。

具体的には、補正信号生成部１０２は、Ｘ軸方向の振動値をＸ１、・・・、Ｘｎ、Ｘ軸方向の振動値をＹ１、・・・、Ｙｎ、Ｘ軸方向の振動値をＺ１、・・・、Ｚｎ、秤量値をＷ１、・・・、Ｗｎ（ｎは自然数）としたとき、秤量手段２１に被計量物Ｗがない状態で同時に得られる複数組（ｎ組）の各振動成分の値（Ｘｋ、Ｙｋ、Ｚｋ；ｋ＝１、・・・、ｎ）の一次結合を左辺、秤量値（Ｗｋ；ｋ＝１、・・・、ｎ）を右辺として得られた連立方程式
ａ［Ｘ］＋ｂ［Ｙ］＋ｃ［Ｚ］＝［Ｗ］を解いて、定数ａ、ｂ、ｃを算出して求めることにより、計量センサである秤量手段２１の振動影響を除去するためのある時点ｔにおける補正信号Ｃ（ｔ）を、振動センサ１００の各振動成分Ｘ（ｔ）、Ｙ（ｔ）、Ｚ（ｔ）を一次結合により合成して生成するようになっている（Ｃ（ｔ）＝ａＸ（ｔ）＋ｂＹ（ｔ）＋ｃＺ（ｔ））。

信号合成部１０８は、秤量手段２１が出力する振動成分の混ざった秤量信号（図６（ａ）参照）に対して、補正信号生成部１０２により生成された補正信号（図６（ｂ）参照）を、逆位相で加算または同位相で減算することにより、秤量手段２１が出力する秤量信号から振動成分を除去するようになっている。これにより、図６（ｃ）に示すような振動影響の無い秤量信号が得られる。

また、図７に示すように、振動センサ１００と補正信号生成部１０２との間には、振動センサ１００からのＸ軸の振動成分、Ｙ軸の振動成分、Ｚ軸の振動成分をそれぞれアナログ信号からデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１０１Ｘ、１０１Ｙ、１０１Ｚが設けられている。

さらに、補正信号生成部１０２と信号合成部１０８との間には、補正信号生成部１０２により生成されたＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各補正信号に対して所定の感度比によりそれぞれ振幅補正を行う感度補正部１０３Ｘ、１０３Ｙ、１０３Ｚが設けられている。

すなわち、本実施の形態では、振動センサ１００から出力されたＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各振動成分は、Ａ／Ｄ変換器１０１Ｘ、１０１Ｙ、１０１Ｚによりアナログ信号からデジタル信号に変換され、これらの振動成分に基づいて補正信号生成部１０２によりＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各補正信号が生成され、生成された各補正信号は、感度補正部１０３Ｘ、１０３Ｙ、１０３Ｚによりそれぞれ振幅補正され、振幅補正された各補正信号は、信号合成部１０８により秤量信号に合成（加算または減算）されるようになっている。

上記の振動センサ１００による振動成分の検出、補正信号生成部１０２による補正信号の生成、信号合成部１０８による定数（ａ、ｂ、ｃ）の算出は、計量装置１の動作モードが運転モードのときに被計量物Ｗが搬入されるごとに搬入直前の振動センサ１００の各振動成分および秤量値を用いて行って逐次更新するようにしてもよいし、動作モードが設定モードのときに振動センサ１００による振動成分の検出、補正信号生成部１０２による定数（ａ、ｂ、ｃ）の算出を行って、この定数を記憶手段７３に記憶させておき、動作モードが運転モードのときに、信号合成部１０８による信号の合成を行うようにしてもよい。前者の構成は、振動方向が一定でなく経時変化するようなときに適しており、後者の構成は、振動方向が変化せず一定であるときに適している。

表示手段１０は、図１に示すように、装置本体部２の搬送部３側の上端部に設けられ、液晶ディスプレイなどの表示デバイスで構成される。表示手段１０は、計量装置１の動作モードが運転モードのときにおいては、計量装置１の動作状態、被計量物Ｗの計量値、良否判定結果を表示し、計量装置１の動作モードが設定モードのときにおいては、パラメータの設定や動作確認に関する表示をするようになっている。なお、表示手段１０は、表示された数字、文字などがタッチ操作により入力されるタッチパネルとして構成し、設定手段１１と一体化した構成にしてもよい。

選別部５は、計量装置１の後段に接続されており、選別機構部５ａおよび搬送ベルト５ｂにより構成されている。選別機構部５ａは、例えば、押し出し型の選別機構により構成されている。

選別機構部５ａは、良品と不良品とを選別できるものであればよく、フリッパ機構、ドロップアウト機構、エアジェット機構などの選別機構で構成してもよい。選別機構部５ａは、上流の秤量コンベア３２から搬送される被計量物Ｗが搬送ベルト５ｂで矢印Ｂ方向に搬送されている間に、不良品と判定された被計量物Ｗに対して搬送ベルト５ｂの側面方向への押し出しやジェットエアの吹き付けを行うようになっており、不良の被計量物Ｗを搬送ベルト５ｂ上から排出し、良品の被計量物Ｗと区別することにより選別を行っている。また、搬送ベルト５ｂは、ローラ５ｃおよびローラ５ｃに対向して配置されるローラ（不図示）と、これらのローラに巻き付けられている無端状の搬送ベルトとして構成されており、測定を終了した被計量物Ｗを所定の速度で下流側に搬送するようになっている。

また、搬送ベルト５ｂは、ローラ５ｃおよびローラ５ｃに対向して配置されるローラ（不図示）と、これらのローラに巻き付けられている無端状の搬送ベルト５ｄとにより構成されており、測定を終了した被計量物Ｗを所定の速度で下流側に搬送するようになっている。

ここで、図７に示す構成では、振動センサ１００は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各振動成分を検出して出力する３軸加速度センサとして構成されているが、この振動センサ１００に代えて、図８に示すように、３つの１軸加速度センサ、すなわち、Ｘ軸の振動成分を検出および出力する振動センサ１００Ｘと、Ｙ軸の振動成分を検出および出力する振動センサ１００Ｙと、Ｚ軸の振動成分を検出および出力する振動センサ１００Ｚと、を用いるようにしてもよい。

ここで、３つの振動成分のうち、Ｚ軸の振動成分は、図９（ａ）に示すように最も振幅が大きく、Ｘ軸の振動成分は、図９（ｂ）に示すように、Ｚ軸の振動成分に次いで振幅が大きく、Ｙ軸の振動成分は、図９（ｃ）に示すように、最も振幅が小さい。

このため、最も振幅が小さいＹ軸の振動成分の検出を省略して、Ｚ軸およびＸ軸の２つの振動成分から補正信号を生成するように構成しても、秤量信号から十分に振動成分を除去することができる。

すなわち、図１０に示すように、振動センサ１００に代えて、２軸加速度センサからなる振動センサ１００ＸＺを備えるとともに、Ｙ軸用のＡ／Ｄ変換器１０１Ｙ、感度補正部１０３Ｙを省略した構成とすることができる。

この場合、振動センサ１００ＸＺによりＸ軸およびＺ軸の振動成分を検出し、振動センサ１００から出力されたＸ軸、Ｚ軸の各振動成分は、Ａ／Ｄ変換器１０１Ｘ、１０１Ｚによりアナログ信号からデジタル信号に変換され、これらの振動成分に基づいて補正信号生成部１０２によりＸ軸、Ｚ軸の各補正信号が生成され、生成された各補正信号は、感度補正部１０３Ｘ、１０３Ｚによりそれぞれ振幅補正され、振幅補正された各補正信号は、信号合成部１０８により秤量信号に合成（加算または減算）される。振動センサ１００ＸＺとしては、例えば、櫛歯構造の電極を用いた静電容量式の加速度センサや、片持ち構造の梁部を圧電素子で支持する構造の圧電式の加速度センサ等を用いることができる。これらの加速度センサは、検出する主感度方向以外の振動成分が重畳する割合（他軸感度）が数％程度（２〜５％）であり、各振動成分を精度よく検出して補正信号を生成することができる。

また、図１１に示すように、振動センサ１００、１００ＸＺに代えて、１軸加速度センサからなる振動センサ１００Ｘ、１００Ｚを備えるとともに、Ｙ軸用のＡ／Ｄ変換器１０１Ｙ、感度補正部１０３Ｙを省略した構成とすることができる。

この場合、振動センサ１００ＸによりＸ軸の振動成分を検出するとともに、振動センサ１００ＺによりＺ軸の振動成分を検出し、振動センサ１００Ｘ、１００Ｚから出力されたＸ軸、Ｚ軸の各振動成分は、Ａ／Ｄ変換器１０１Ｘ、１０１Ｚによりアナログ信号からデジタル信号に変換され、これらの振動成分に基づいて補正信号生成部１０２によりＸ軸、Ｚ軸の各補正信号が生成され、生成された各補正信号は、感度補正部１０３Ｘ、１０３Ｚによりそれぞれ振幅補正され、振幅補正された各補正信号は、信号合成部１０８により秤量信号に合成（加算または減算）される。振動センサ１００Ｘ、１００Ｚとしては、検出可能な加速度範囲が±数Ｇ（Ｇは重力加速度を表す）の高感度タイプの半導体加速度センサを用いるのがよく、具体的設計にあたっては、「センサ活用ハンドブック第９章」（ＣＱ出版社、２００６年刊）に紹介されているようなものから、検知軸数（１軸乃至３軸）、検知感度（ｍＶ／Ｇ）、サイズといった仕様を種々検討して、選定することとなる。

なお、本実施の形態では、秤量手段２１は、起歪体１１０を備える電気抵抗線式秤として構成されているが、秤量手段２１が、電磁平衡式秤（フォースバランス）、または差動トランス式秤の構成であってもよい。

秤量手段２１が電磁平衡式秤または差動トランス式秤の構成である場合、振動センサ１００、１００Ｘ、１００Ｙ、１００Ｚまたは１００ＸＺを、秤量手段２１内の振動を良好に検出できる部位、例えば、支持部２１ａに相当する部位に設ければよい。

さらに、加速度センサの感度軸は、必ずしも鉛直方向（Ｚ）を含まなくてもよいし、各加速度センサの感度軸は互いに直交する方向でなくてもよい。これは、秤量手段２１の振動成分を除去するための補正信号が、複数の加速度センサの一次結合による合成で得られることから、各加速度センサの感度方向が一次独立の関係であればよいことに基づいている。すなわち、１軸加速度センサを２つもしくは３つ用いる場合、各加速度センサの感度軸を鉛直方向に設定しなくてもよい。具体的には、３軸方向の振動を検出する場合、各加速度センサの感度軸を互いに一次独立な（Ｉ、Ｊ、Ｋ）となるように取付けし、これらの加速度センサからの信号をそれぞれＸ成分、Ｙ成分、Ｚ成分として取扱い、補正信号をＣ（ｔ）＝ａＸ（ｔ）＋ｂＹ（ｔ）＋ｃ（ｔ）のように一次結合により生成する。このように、各感度軸が互いに一次独立であれば、各感度軸の角度が多少ばらついたり、傾いて取付けられたりしても、精度のよい補正信号を生成することができる。

また、２軸加速度センサや３軸加速度センサを用いる場合も、１軸加速度センサを用いる場合と同様に、感度軸の１つを鉛直方向に設定しなくてもよい。例えば、２軸加速度センサは、直交する感度軸を有する２つの加速度検出素子を備えている。通常、秤量手段２１に作用する振動は、鉛直方向（Ｚ方向）が主成分で、他方向（Ｘ方向やＹ方向）は１／３〜１／１０程度であり、振動のレベルが小さい場合には、ノイズ信号に埋もれてしまう。このような場合は、ノイズ信号を用いて定数（ａ、ｂ、ｃ）を求めることとなり、精度良く補正信号による振動成分の除去ができないことがあり、このような場合には、むしろ鉛直方向を感度軸に含まないようにしたほうがよい。

図１２に、鉛直方向を含まない互いに一次独立な３軸方向（Ｉ、Ｊ、Ｋ）の振動を検出して補正信号を算出し、秤量信号から振動成分を除去する構成の例を示す。また、Ｉ軸を除いたＪ、Ｋ軸の２軸による２軸方向の振動を検出するようにしてもよい。何れの場合でも、１軸の加速度センサを３つあるいは２つ用いて取付方向が多少ばらついても、振動信号を合成する定数が適宜算出されるから補正信号の精度は悪化しない。なお、２軸あるいは３軸の加速度センサを用いると、より容易に実施することができる。

以上説明したように、本実施の形態に係る計量装置１は、順次投入される被計量物Ｗを所定の搬送条件で秤量コンベア３２上を搬送するベルトコンベア１４と、秤量コンベア３２に載置された被計量物Ｗの荷重に応じた秤量信号を出力する秤量手段２１と、秤量手段２１に設けられ、秤量手段２１に加わる振動を互いに異なる少なくとも２軸方向で検出してそれぞれ振動検出信号を出力する振動センサ１００と、振動センサ１００が出力した各軸の振動検出信号の振幅を所定の感度比でそれぞれ補正する感度補正部１０３Ｘ、１０３Ｙ、１０３Ｚを含み、これら感度補正部１０３Ｘ、１０３Ｙ、１０３Ｚにより振幅が補正された各軸の振動信号に基づいて、秤量信号に含まれる振動成分を除去するための補正信号を生成する補正信号生成部１０２と、秤量信号と、補正信号を合成することで、秤量信号から振動成分を除去する信号合成部１０８と、信号合成部１０８から出力され、振動成分が除去された秤量信号を受け被計量物Ｗの計量値を算出する計量手段７２と、を備えたことを特徴とする。

この構成により、振動センサ１００により互いに異なる少なくとも２軸方向で振動検出信号が出力され、振動検出信号に基づいて秤量信号に含まれる振動成分を除去するための振幅が補正された補正信号が補正信号生成部１０２により生成され、補正信号が信号合成部１０８により秤量信号に合成されることにより、秤量信号に含まれる振動成分を良好に除去することができる。

したがって、振動の複数軸の成分を検出して秤量信号から振動除去を行うことで、十分に振動影響を除去して高精度に計量を行うことができる。

また、本実施の形態に係る計量装置１は、振動センサ１００が振動を検出する２軸方向は、少なくとも鉛直方向を含むことを特徴とする。

また、秤量信号への影響が小さいＹ軸方向の振動成分の検出を省略した場合は、秤量信号に含まれる多軸成分の振動成分の良好な除去を維持したまま、振動センサ１００の小型化、補正信号生成部１０２、感度補正部１０３Ｘ、１０３Ｙ、１０３Ｚ、信号合成部１０８の小規模化を行うことができる。

また、本実施の形態に係る計量装置１は、振動センサ１００が振動を検出する２軸方向は、ともに鉛直方向に対して所定角をなして傾斜していることを特徴とする。

この構成により、最も影響を受けやすい鉛直方向の振動を、ともに同レベルの振動検出信号を出力し、これらを合成することにより補正信号の精度を向上して、より確実に秤量信号から振動成分を除去することができる。

また、本実施の形態に係る計量装置１は、振動センサ１００が振動を検出する２軸方向は、互いに直交していることを特徴とする。

この構成により、振動センサ１００により互いに直交する２軸方向の振動を検出することができる。

また、本実施の形態に係る計量装置１は、振動センサ１００は、互いに直交する３軸方向の振動を検出することを特徴とする。

以上のように、本発明に係る計量装置は、振動の複数軸の成分を検出して秤量信号から振動除去を行うことで、十分に振動影響を除去して高精度に計量を行うことができるという効果を有し、肉、魚、加工食品、医薬品などの被計量物を計量して良否を判定する計量装置として有用である。

１計量装置
３搬送部
７総合制御部
１４ベルトコンベア（搬送手段）
２１秤量手段
２１ａ支持部
３２秤量コンベア（秤量台）
７１信号処理手段
７２計量手段
７３記憶手段
７４制御手段
７６良否判定手段
７７モード切替手段
８７固定ベース
９４増幅器
９６Ａ／Ｄ変換器
９７フィルタ
１００、１００Ｘ、１００Ｙ、１００Ｚ、１００ＸＺ振動センサ（振動検出手段）
１０１Ｘ、１０１Ｙ、１０１ＺＡ／Ｄ変換器
１０２補正信号生成部（補正信号生成手段）
１０３Ｘ、１０３Ｙ、１０３Ｚ感度補正部（振幅補正手段）
１０８信号合成部（信号合成手段）
１１０起歪体
１１１固定端
１１２自由端
Ｗ被計量物

Claims

順次投入される被計量物（Ｗ）を所定の搬送条件で秤量台（３２）上を搬送する搬送手段（１４）と、
前記秤量台に載置された被計量物の荷重に応じた秤量信号を出力する秤量手段（２１）と、
前記秤量手段に設けられ、前記秤量手段に加わる振動を鉛直方向に対して所定角をなして傾斜している互いに異なる少なくとも２軸方向で検出して、各軸についてそれぞれ振動検出信号を出力する振動検出手段（１００）と、
前記振動検出手段が出力した各軸の振動検出信号の振幅を所定の感度比でそれぞれ補正する振幅補正手段（１０３）を含み、前記振幅補正手段により振幅が補正された各軸の振動信号に基づいて、前記秤量信号に含まれる振動成分を除去するための補正信号を生成する補正信号生成手段（１０２）と、
前記秤量信号と、前記補正信号を合成することで、前記秤量信号から前記振動成分を除去する信号合成手段（１０８）と、
前記信号合成手段から出力され、前記振動成分が除去された秤量信号を受け被計量物の計量値を算出する計量手段（７２）と、を備えたことを特徴とする計量装置。
順次投入される被計量物（Ｗ）を所定の搬送条件で秤量台（３２）上を搬送する搬送手段（１４）と、
前記秤量台に載置された被計量物の荷重に応じた秤量信号を出力する秤量手段（２１）と、
前記秤量手段に設けられ、前記秤量手段に加わる振動を互いに直交する３軸方向で検出して、各軸についてそれぞれ振動検出信号を出力する振動検出手段（１００）と、
前記振動検出手段が出力した各軸の振動検出信号の振幅を所定の感度比でそれぞれ補正する振幅補正手段（１０３）を含み、前記振幅補正手段により振幅が補正された各軸の振動信号に基づいて、前記秤量信号に含まれる振動成分を除去するための補正信号を生成する補正信号生成手段（１０２）と、
前記秤量信号と、前記補正信号を合成することで、前記秤量信号から前記振動成分を除去する信号合成手段（１０８）と、
前記信号合成手段から出力され、前記振動成分が除去された秤量信号を受け被計量物の計量値を算出する計量手段（７２）と、を備えたことを特徴とする計量装置。
前記振動検出手段が振動を検出する前記２軸方向は、互いに直交していることを特徴とする請求項１に記載の計量装置。
前記振動検出手段が振動を検出する各軸方向は、鉛直方向を含むことを特徴とする請求項２に記載の計量装置。
順次投入される被計量物（Ｗ）を所定の搬送条件で秤量台（３２）上を搬送する搬送手段（１４）と、
前記秤量台に載置された被計量物の荷重に応じた秤量信号を出力する秤量手段（２１）と、
前記秤量手段に設けられ、前記秤量手段に加わる振動を鉛直方向を含み互いに直交する２軸方向で検出して、各軸についてそれぞれ振動検出信号を出力する２軸加速度センサ（１００ＸＺ）と、
前記振動検出手段が出力した各軸の振動検出信号の振幅を所定の感度比でそれぞれ補正する振幅補正手段（１０３）を含み、前記振幅補正手段により振幅が補正された各軸の振動信号に基づいて、前記秤量信号に含まれる振動成分を除去するための補正信号を生成する補正信号生成手段（１０２）と、
前記秤量信号と、前記補正信号を合成することで、前記秤量信号から前記振動成分を除去する信号合成手段（１０８）と、
前記信号合成手段から出力され、前記振動成分が除去された秤量信号を受け被計量物の計量値を算出する計量手段（７２）と、を備えたことを特徴とする計量装置。