JPH03220426A - 秤量装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、秤量対象物を秤量台に乗せて通過移動させて
、秤量台の荷重検出手段からの出力を秤量値データとし
て順次取り込み、取り込んだ秤量値データから秤量対象
物の静止重量値を演算する秤量装置に関する。

〔従来の技術〕

この種の秤量装置としては、例えば本出願人から提案さ
れている歩行動物の秤量装置がある。

この秤量装置では、秤量対象物をして秤量台の上を通過
移動させ、秤量台に加わる荷重を検出するとともに、こ
の検出された出力を平滑化して、所定時間毎にサンプリ
ングし、このサンプリングされた秤量値データを一旦記
憶する。そして、この記憶された秤量値データから秤量
対象物が秤量台に乗っている区間（以下、基準データ区
間と称する）を設定し、更にこの基準データ区間から演
算に有効な区間（以下有効データ区間と称する）を設定
し、この有効データ区間内の秤量値データから秤量対象
物の静止重量値を演算するようになっている。

具体的には、記憶された秤量値データの中から最大値：
　Ｗｍａｘを探し出し、この最大値：　Ｗｍａｘにある
数を、例えば０．８を掛けた値：　０．８Ｗｍａｘ以上
の秤量値データが連続する区間を基準データ区間として
設定する。そして、この基準データ区間内で極太値を調
べて、いくつかの極太値に挟まれる区間を有効データ区
間として設定している。

また、秤量台に加わる荷重の検出には、荷重を電気信号
に直接変換できるロードセルを主に使用している。ロー
ドセルは、基本的には金属弾性体にひずみゲージを取り
付けて構成したものであり、秤量台の荷重が金属弾性体
に加わるとひすみゲージの抵抗が変化することを利用し
て、ひずみケージを流れる電流の変化を検出することで
、荷重を検出するようになっている。

ロードセルのように、弾性体の弾性変形を利用すること
で荷重を検出する検出器は、その出力に弾性体の持つ固
有の振動が含まれる。したかってその出力は、時定数の
大きいローノくスフィルタによって固有振動をカットし
て平滑化してから、Ａ／Ｄ変換器によってサンプリング
するようにしている。

〔発明か解決しようとする課題〕

時定数の大きいローパスフィルタは遅れ時間か長いため
、データの立ち上がりに時間がかかる。そのため、第１
２図の実線で示すような秤量値データか出力されても、
ローパスフィルタを通すことによって、実際には第１２
図の破線で示すような秤量値データが得られる。この２
つの出力を比較すると、ローパスフィルタの出力はロー
ドセルの出力に比較して遅れぎみであり、誤差が生じて
いることがわかる。

このような遅れに伴う誤差が生じてくると、従来のよう
にして基準データ区間を設定している場合には、基準デ
ータ区間の広さが変化する現象が起こる。基準データ区
間は、有効データ区間を広く確保する上ではできるだけ
広い方が好ましいが、遅れに伴う誤差の影響を受けると
狭くなる傾向がある。

これは第１２図に示されるグラフからも分かる。

ローパスフィルタの出力から求めた基準データ区間（Ｔ
ｏ　）は、ロードセルの出力から求めた基準データ区間
（’ｒ、’　）よりも狭くなり、本来は有効である秤量
値データが除外されている。その結果、除外された秤量
値データは有効データ区間内に含ませることができず、
静止重量値を求める前に切り捨てられてしまうことにな
る。

本発明では、ローパスフィルタによる平滑化の効果は活
かしながらも、遅れによる効果を改善して、なるべく多
くの秤量値データを用いて静止重量値を演算できるよう
にすることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の特徴構成は、秤量対象物を乗せて通過移動させ
る秤量台と、この秤量台に加わる荷重を検出する荷重検
出手段と、この検出された出力を平滑化するローパスフ
ィルタと、平滑化された出力を所定時間毎にサンプリン
グするＡ／Ｄ変換器と、このサンプリングされた秤量値
データを記憶する記憶部と、記憶された秤量値データの
それぞれを、前記ローパスフィルタの動特性に基づいて
補正する補正手段と、この補正された秤量値データから
歩行周期性を評価する歩行周期性評価手段と、この歩行
周期性評価手段の評価に基づいて秤量対象物が秤量台に
乗っている有効データ区間を設定する有効データ区間設
定手段と、この有効データ区間内の秤量値データから秤
量対象物の静止重量値を演算する演算手段とを備えた点
にある。

〔作　用〕

先ず秤量対象物を秤量台に乗せて通過移動させ、この秤
量台に加わる荷重を荷重検出手段によって検出する。こ
の検出された出力をローノくスフィルタによって平滑化
し、Ａ／Ｄ変換器によって所定時間毎にサンプリングす
るとともに、このサンプリングされた秤量値データを記
憶部に記憶する。そして記憶された秤量値データのそれ
ぞれを補正手段によってローノくスフイルタの動特性に
基づいて補正する。

ここでは、−度サンプリングされた秤量値データがロー
パスフィルタの特性に基づいて一個ずつ補正され、荷重
検出手段の出力に近い秤量値データが得られることにな
る。これら補正された秤量値データを結ぶと、荷重検出
手段の出力を単純に平滑化して得られた出力に近似した
ものとなる。

この補正された秤量値データから秤量対象物が秤量台に
乗っている有効データ区間を有効データ区間設定手段に
よって設定し、この有効データ区間内の秤量値データか
ら秤量対象物の静止重量値を演算手段によって演算する
。

〔発明の効果〕

荷重検出手段の出力を単純に平滑化したような位相遅れ
のない秤量値データが得られるので、全ての有効な秤量
値データを含む広い基準データ区間から有効データ区間
を設定することができるようになった。それによって従
来よりも正確な静止重量値を求められるようになった。

〔実施例〕

以下、本発明の秤量装置の実施例を牛の秤量に適用した
場合について図面に基づいて説明する。

第１１図に示すように、畜舎と放牧場との間等の牛が習
慣的に歩き慣れている歩行通路の途中に牛の秤量システ
ムが設けられている。この秤量システムは、牛誘導用の
入口シュート（１）と、秤量装置（２）と、牛誘導用の
出口シュート（３）とから構成され、牛が秤量装置（２
）の秤量器（４）に乗って歩行して通過するに伴って牛
の静止重量値を計測するようになっている。

前記秤量装置（２）は、第１０図にも示すように、前後
一対の基板（６Ａ）、　（６Ｂ）上に設けられている。

つまり、これら基板（６Ａ）、　（６Ｂ）に亘って秤量
器（４）が載設されるとともに、前方の基板（６Ａ）に
はドア付きの入口ゲート（７）が立設され、後方の基板
（６Ｂ）にはドア付きの出口ゲート（８）が立設されて
いる。また、入口ゲート（７）と出口ゲート（８）に亘
って、秤量器（４）の両横側部に位置させて牛を秤量器
上で直線上の経路に沿って歩行させるように牛の歩行方
向を両側から規制する一対の柵（９）が架設されている
。

前記秤量器（４）は、長方形状の秤量台（１０）の四角
を４個のロードセル（１１）　（荷重検出手段に相当す
る）で各別に受は止め支持するようにしたものである。

ちなみに、秤量台（１０）の全長は牛かその全体を乗せ
た状態で散歩（例えば３歩）を歩ける長さに設定してあ
り、前記左右の１１１３）（９）の間隔は１頭の牛が通
れる間隔（例えば７０乃至８０ｃｍ）に設定しである。

前記入口ゲート（７）は、入口近傍に並設された一対の
操作レバー（１２）、　（１３）のうちの前方の第１操
作レバー（１２）を下方へ操作することによって、左右
のドア（７ａ）が同時に外方へスライドして開くように
構成されている。

前記出口ゲート（８）は、基本的には入口ゲート（７）
と対称構造である。出口ゲート（８）のドア（８ａ）を
開く場合には、第１操作レバー（１２）の後方に並んで
いる第２操作レバー（１３）を下方へ揺動操作する。

牛を秤量器（４）上において直線状の歩行経路に沿って
歩行させるに、前述の如く、秤量器（４）の左右両側に
＠（９）が設けられるとともに、それら柵（９）の下方
に、幅寄ａ（１４）が設けられている。前記１１１（９
）は牛の胴体部分の横移動を規制するために設けられ、
前記幅寄５（１４）は牛の足部分の横移動を規制するた
めに設けられている。

前記右の柵（９）の外側部に箱形のケーシング（１５）
が設けられている。第９図に示すように、ケーシング（
１５）内には計器ボックス（１６）が収納され、この計
器ボックス（１６）内には、誘導されてきた牛が秤量器
（４）上を歩いている間にその秤量値データを順次取り
込み、取り込んだ秤量値データから牛の静止重量値を算
出する計測処理部（Ｈ）が備えられている。

前記計器ボックス（１６）の前面には、第１表示部（１
７）と第２表示部（１８）の他、データ入力用のテンキ
ー（１９）、秤量の開始と終了を指令するＯＮ・ＯＦＦ
キー（２０）、　（２１）、外部接続のプリンター（２
２）に印字を指令する印字キー（２３）等の各種キーが
設けられている。また、計器ボックス（１６）にはブザ
ー（ＢＺ）が設けられている。前記第１表示部（１７）
には、テンキー（１９）によって入力された牛の識別番
号が表示され、また、前記第２表示部（１８）には、随
時読み取られる秤量値データや演算された牛の静止重量
値が表示されるようなっている。

次に秤量装置の作動やその操作手順を簡単に説明する。

牛が入口シュート（１）に誘導されて入口ゲート（７）
の手前に来たら、読み取った牛の識別番号をテンキー（
１９）を押して入力する。入力し終わったら第１操作レ
バー（１２）を操作して入口ゲート（７）を開放し、牛
を秤量器（４）に乗せる。

牛が秤量器（４）に乗ったら入口ゲート（７）を閉鎖す
る。前記計測処理部（Ｈ）により静止重量値が求められ
ると前記ブザー（ＢＺ）が作動して秤量の終了を報知す
る。そして出口ゲート（８）を開放して牛を秤量器（４
）から降ろすとともに印字キー（２３）を押し、第２表
示部（１８）に表示された静止重量値を牛の認識番号と
共に外部接続のプリンター（２２）に印字させる。

次に前記計測処理部（Ｈ）について詳述する。

この計測処理部（Ｈ）は、第１図に示すように、前記４
個のロードセル（１１）の検出信号を加算した秤量値信
号（アナログ電気信号）を受は取る入力部（２４）と、
受は取った秤量値信号を時系列秤量値データとして順次
取り込んで記憶し、静止重量値を求める中央制御部（２
５）とから成る。

前記入力部（２４）は、前記秤量値信号を増幅するアン
プ（２４Ａ）と、このアンプ出力を平滑化するローパス
フィルタ（２４Ｂ）と、平滑された信号を所定のサンプ
リング時間でもって量子化するＡ／Ｄ変換器（２４Ｃ）
とから成る。尚、ローパスフィルタ（２４Ｂ）には、カ
ットオフ周波数がＩＨｚ前後で、時定数の非常に大きい
ものが使用されている。

前記中央制御部（２５）は、サンプリングされた時系列
の秤量値データを記憶する記憶部（２４Ａ）と、記憶さ
れた秤量値データをローパスフィルタ（２４Ｂ）の動特
性に基づいて補正する補正部（２５Ｂ）と、補正された
秤量値データから歩行周期性を算出する歩行周期性評価
部（２５Ｃ）と、その歩行周期性に基づいて前記の秤量
値データから有効データ区間（Ｔ）を設定する有効デー
タ区間設定部（２５Ｄ）と、前記有効データ区間（Ｔ）
における秤量値データから歩行する動物の静止重量値を
演算する演算部（２５Ｂ）　　とから成り、マイクロコ
ンピュータを主要部として構成されている。

次に秤量器（１）を歩行している牛の静止重量決定の手
順を説明する。

前記計測処理部（）ｌ）では、−頭の牛が歩行するに伴
ってロードセル（１１）から送られてくる秤量値を示す
アナログ信号は合算された後、アンプ（２４Ａ）によっ
て増幅される。第２図のグラフにおいて実線で示す部分
がアンプ出力である。

このグラフにおいて、ａで示す領域が、牛の前足のみが
秤量器（４）に乗った状態であり、ｂで示す領域が、牛
の全重量が秤量器（４）に乗った状態であり、Ｃで示す
領域が、牛の後足が秤量器（４）に残った状態である。

前記アンプ（２４Ａ）の出力は、ローパスフィルタ（２
４Ｂ）を通されて平滑化された信号となる。

第２図のグラフにおいて破線で示す部分がローパスフィ
ルタ（２４Ｂ）の出力である。

秤量が開始された後、量子化された秤量値データが秤量
器（４）の重量より少しだけ大なる設定値（Ｋ）を越え
ると、牛が秤量器（４）に乗り始めたものとして、秤量
値データがサンプリング系列として取り込まれて記憶部
（２５Ａ）に順次記憶される。この記憶部（２５Ａ）に
よる記憶は、設定時間経過するまで続けられる。第３図
は、前記すで示す領域部分の拡大図であり、この図より
、アナログ秤量値信号がどのようにサンプリングされ、
量子化されているかも理解できる。

記憶が終了すると、補正部（２５Ｂ）によってローパス
フィルタ（２４Ｂ）の動特性に基づく補正が行われる。

これによって、ローパスフィルタ（２４Ｂ）の応答遅れ
が補正されて、アンプ（２４Ｂ）の出力を単純に平滑化
した出力に近い秤量値データが得られる。第４図のグラ
フにおいて破線で示す部分がローパスフルタ（１１）の
出力であり、実線で示す部分が補正した秤量値データを
プロットしてつないだものである。この補正については
後に詳しく説明する。

補正が終了すると、歩行周期性評価部（２５Ｃ）により
、補正された秤量値データ群からその最大値：　Ｗｍａ
ｘが求められ、この最大値：　Ｗｍａｘの８０％以上の
値を持つデータ群が、牛の全重量荷重か秤量器（４）に
乗った状態での秤量値データ群とみなして、秤量値デー
タ群として特定される。

この秤量値データ群を有する区間は、先に記した基準デ
ータ区間（Ｔｏ）に相当している。

秤量値データ群が特定されると、歩行周期性評価部（２
５Ｃ）により、この秤量値データ群の歩行周期性が、そ
の極大値を調べることによって評価される。第５図に示
す場合では、極大値は、Ｗ１〜Ｗ８までの８つが存在す
ることになる。

歩行周期性が評価されると、有効データ区間設定部（２
５Ｃ）により、最初の極大値Ｗｌが現れる時点を始点と
して複数回目の、ここでは７回目の極大値Ｗ７が現れる
時点を終点として有効データ区間（Ｔ）が設定されるこ
とになる。

但し、この有効データ区間（Ｔ）の設定において、いく
つの歩行周期の山をいれるかは、歩行動物の種類や秤量
器（４）の固有振動数等により前もって設定することが
できる。

このように設定された有効データ区間（Ｔ）内の秤量値
データが、演算部（２５Ｅ）によって平均演算され、秤
量器（４）を歩行している牛の静止重量値が算出される
。本計測によって、例えば１０００ｋｇの重量の動物を
誤差１ｋｇの範囲内となる精度で検出できることになる
。

次に前記の秤量値データを補正する方法について説明す
る。

本実施例における秤量装置（２）では、牛が秤量台（１
０）に乗った際の過渡的な現象や振動などによる波形歪
を、時定数の大きいローパスフィルタ（２４Ｂ）によっ
て吸収してからサンプリングしている。例えば、秤量台
（１０）が−個のロードセル（１１）に支持されている
と考え、この秤量台（１０）の上に分銅を落下した場合
、落下の衝撃によって金属弾性体の弾性振動モードを励
起し、アンプ（２４Ａ）からは第６図に示すような高周
波の成分を多く含んだ信号が出力される。これをローパ
スフィルタ（２４Ｂ）に通すと振動の高周波の成分か除
去され、第７図に示すような金属弾性体の弾性変形によ
って生ずる低周波の信号成分のみが出力されることにな
る。

ローパスフィルタ（２４Ｂ）を通すことによってサンプ
リングに有害な高周波の成分は一応除去されるか、応答
遅れを生じることによって出力が整定されるまでには時
間がかかる。そしてこの応答遅れがサンプリング時間に
比較して長い場合には、ロードセル（１１）の出力とロ
ーパスフィルタ（２４Ｂ）の出力との間に著しい誤差を
生じることになる。

この秤量値データの誤差を補正する方法としては、特願
昭６１−１１８９４４号により本出願人により提案され
ている高速計量技術なるものが使用される。この高速計
量技術は、数学的なモデルを利用し、時々刻々と変化す
る過渡的な秤量値データとローパスフィルタ（２４Ｂ）
の動特性に基づいて、整定する以前に秤量値を推定する
ものである。

一般に、二次のローパスフィルタの動特性は、次の離散
時間の数式モデルで近似することができる。

ｙ（ｋ）＋ａ＋　＠　ｙ（ｋ−１）＋ａｚ　’　ｙ（ｋ
−２）＝　ｂ−Ｆ・・・・・・（Ｉ） ここでＦは荷重、ｙ（ｋ）は測定値つまりＡ／Ｄ変換器
の秤量値データ、ａ、（ｉ・１，２）、ｂはローパスフ
ィルタの動特性を表す係数である。この式より荷重Ｆは
、 Ｆ　＝　（Ｙ（ｋ）＋ａ＋　・Ｙ（ｋ−１）＋ａｚ　・
ｙ（ｋ−２））／　ｂ・・・・・・（ＩＩ） となり、最低３点の測定値があれば良いことになるっ このように、高速計量の基本的な考え方は、動特性を（
Ｉ）式のように表すことにある。そうすれば（ＩＩ）式
を用いることにより、荷重Ｆを、信号か過渡状態のまま
でも求めることかできる。

第８図に示すのは、分銅を秤量台（１０）に置いた際に
サンプリングした秤量値と、この秤量値を上記の方法で
補正した場合の秤量値とをプロットしたグラフである。

このグラフから、補正した秤量値はサンプリングした秤
量値と比べて明らかに速く整定していることがわかる。

第８図において×で示すのがサンプリングした秤量値、
○て示すのが補正した秤量値である。

前記計測処理部（Ｈ）の補正部（２５Ｂ）もこれと同様
の処理を行うことになる。つまり、予め係数ａｌ（ｉ＝
１，２）、ｂの値を求めて記憶しておく。

そしてサンプリングした秤量値データがｙ　（ｋ）であ
るならば、前回と前々回にサンプリングした秤量値デー
タであるｙ（ｋ−１）、ｙ　（ｋ−２）を抽出して上記
（ＩＩ）式による補正を行い、このとき求めたＦを新た
な秤量値データとするのである。

このようにして補正された秤量値データは、第４図の実
線で示したように、アンプ（２４，４）の出力を単純に
平滑化しただけの出力の近傍に位置している。したがっ
て、誤差が少なくて信頼性の高いデータとして扱えると
ともに、基準データ区間（Ｔｏ）を広く確保できるよう
になり、その結果として静止重量値をより正確に演算で
きるようになるのである。

〔別実施例〕 （ａ）　　基準データ区間（Ｔｏ）をそのまま有効デー
タ区間（Ｔ）としてもよい。

（ｂ）　　秤量対象物としては牛に限らず、他の動物や
或いは車両であってもよい。

尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にするた
めに符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構
造に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る秤量装置の実施例を示し、第１図は
計測処理部のブロック図、第２図はアンプから出力され
た秤量値アナログ信号と、それをローパスフィルタにか
けた後の信号を示すグラフ、第３図は第２図の要部のサ
ンプリング状態を示す拡大図、第４図はローパスフィル
タから出力された秤量値アナログ信号と、補正後の秤量
値データを示すグラフ、第５図は補正後の秤量値データ
から有効データ区間を設定する際の説明図であり、第６
図は秤量台に分銅を落下させた場合にアンプから出力さ
れる秤量値アナログ信号を示すグラフ、第７図はそれを
ローパスフィルタにかけた後の信号を示すグラフ、第８
図は実測した秤量値データと、補正した秤量値データを
プロットしたグラフである。第９図は計器ボックスの正
面図、第１Ｏ図は秤量装置の正面図、第１１図は秤量シ
ステムの側面図である。また、第１２図は従来の秤量装
置の問題点を説明するためのグラフである。 （Ｔ）・・・・・・有効データ区間、（１０）・・・・
・・秤量台、（１１）・・・・・・荷重検出手段、（２
４Ｂ）・・・・・・ローパスフィルタ、（２４Ｃ）・・
・・・・Ａ／Ｄ変換器、（２５Ａ）・・・・・・記憶部
、（２５Ｂ）・・・・・・補正手段、（２５Ｄ）・・・
・・・有効データ区間設定手段、（２５Ｂ）・・・・・
・演算手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 秤量対象物を乗せて通過移動させる秤量台（１０）と、
   この秤量台（１０）に加わる荷重を検出する荷重検出手
   段（１１）と、この検出された出力を平滑化するローパ
   スフィルタ（２４Ｂ）と、平滑化された出力を所定時間
   毎にサンプリングするＡ／Ｄ変換器（２４Ｃ）と、この
   サンプリングされた秤量値データを記憶する記憶部（２
   ５Ａ）と、記憶された秤量値データのそれぞれを、前記
   ローパスフィルタ（２４Ｂ）の動特性に基づいて補正す
   る補正手段（２５Ｂ）と、この補正された秤量値データ
   から秤量対象物が秤量台（１０）に乗っている有効デー
   タ区間（Ｔ）を設定する有効データ区間設定手段（２５
   Ｄ）と、この有効データ区間（Ｔ）内の秤量値データか
   ら秤量対象物の静止重量値を演算する演算手段（２５Ｅ
   ）とを備えた秤量装置。