JPH06103212B2

JPH06103212B2 - 重量検出装置

Info

Publication number: JPH06103212B2
Application number: JP62107033A
Authority: JP
Inventors: 博田中
Original assignee: Teraoka Seiko Co Ltd
Current assignee: Teraoka Seiko Co Ltd
Priority date: 1987-04-30
Filing date: 1987-04-30
Publication date: 1994-12-14
Anticipated expiration: 2009-12-14
Also published as: JPS63273028A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、偏荷重による計量誤差を補正する補正手段を
具備する重量検出装置に関するものである。

〔従来技術〕

第27図は最も一般的なロードセル式秤の概略構造の一例
を示す図であり、同図（ａ）はロードセル式秤の平面
図、同図（ｂ）はその側面図である。該ロードセル式秤
は図示するようにダブルビーム型の起歪体１の一端を支
持部材で支持し、他端に計量皿４を取付け部材３を介し
て取付けている。起歪体１の起歪部1a〜1dには歪ケージ
Z₁，Z₂，Z₃，Z₄を貼り付けている。

計量皿４に計量物を載置することにより起歪体１は起歪
部1a〜1dで変形し、歪ゲージZ₁，Z₃に圧縮応力が発生
し、Z₂，Z₄に引張応力が発生する。該圧縮応力及び引張
応力により歪ゲージZ₁，Z₃及びZ₂，Z₄の抵抗値が変化す
る。該抵抗値の変化を第28図に示すようなブリッジ回路
５で検出し、該ブリッジ回路５の出力を増幅器６で増幅
し、A/D変換器７でディジタル信号に変換し、演算器８
で測定荷重に変換し、計量物の荷重を測定し得る。

上記構造のダブルビーム型のロードセルを具備する秤に
おいては、第28図に示すようにブリッジ回路５を組んで
出力を取り出すため、仮に上記ロードセルに曲げモーメ
ントやねじりモーメントが作用した場合でも、これが歪
ゲージZ₁，Z₂，Z₃，Z₄に与える変化を相殺することがで
き曲げモーメントやネジリモーメントに不感なロードセ
ルとなる。しかしながら、実際には歪ゲージZ₁，Z₂，
Z₃，Z₄の貼る位置が僅かにずれたり、起歪体１の加工に
バラツキが生じたり、その他歪ゲージZ₁，Z₂，Z₃，Z₄の
感度のバラツキ、歪ゲージZ₁，Z₂，Z₃，Z₄の非対称等か
ら無視できない誤差が生じる。

そこで従来、上記誤差を調整する調整方法として下記の
ような調整方法があった。

Ａ）上下の起歪部1a,1b,1c,1dの一部を削り去りその断
面形状を変え、偏荷重に対して不感になるように調整す
る方法（特公昭58−51604号）。

Ｂ）歪ゲージZ₁，Z₂，Z₃，Z₄のを予め傾けて貼るなどし
て補正可能な出力応答を発生し得るようにし、抵抗器を
偏荷重に影響されない様に補償手段としてブリッジ回路
５に負荷する方法。

また、ロードセル式秤以外には振動式秤フォースバラン
ス式秤等の荷重検出手段の異なる秤があるが、一部のロ
ードセル式秤や上記荷重検出手段の異なる秤は、いずれ
もロバーバール機構や複合テコ等の機構を有し、ロバー
バール機構の場合には平行四辺形のリンクの１辺の長さ
を調整するなどして荷重検出手段に直接ないし間接的に
モーメントが伝わらない様にする方法があった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながらロードセル式秤の場合の上記Ａ）及びＢ）
のいずれの調整方法も下記のような欠点を有している。

上記Ａ）の調整方法の欠点繰り返し編荷重を与えて調整具合をチェックしなけれ
ばならず、調整に非常に多くの工数がかかる。

起歪部1a〜1dの一部を削り去るため、起歪体１を設計
した時の設計通り出力が得られず、個々のロードセルの
出力のバラツキも大きい。

起歪部1a〜1dの一部を削り去るため、強度的にも弱く
なる。

機械的な対称性をくずしているため、ねじれ程度が一
定にならず計量皿の四隅にストッパーを設ける場合スト
ッパーのクリアランスが一定にならない。

四隅誤差は実際にはx,yの距離に対して非直線多岐に
変化するため、完全なる補正が行なえない。

上記Ｂ）の調整方法の欠点また、一部のロードセル式秤、振動式秤、フォースバラ
ンス式秤等に使用される四隅調整手段であるロバーバル
機構の辺の長さの調整や、その他の機構の調整も下記の
ような欠点がある。

（１）繰り返し偏荷重を与えて調整具合をチェックしな
ければならず、調整に非常に多くの工数がかかる。

（２）四隅誤算は実際にはx,yの距離に対して非直線多
岐に変化するため完全なる補正が行なえない。

（３）調整機構が大変複雑となる。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、従来の誤差
調整方法の上記一般的なロードセル秤の〜及びの欠点や一部のロードセルその他の高度検出手段におけ
る四隅調整機構の（１）〜（３）欠点を除去し、誤差調
整を極めて簡単で高精度の調整ができる調整手段を具備
する重量検出装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するため本発明は、一端が支持された
ダブルビーム型の起歪体の他端に水平方向に広がりを有
する計量皿を取り付け、該起歪体の起歪部に貼付た歪ゲ
ージをブリッジ回路に組み該ブリッジ回路の出力から計
量皿に作用した荷重を検出する荷重検出手段を具備する
重量検出装置において、起歪体の所定位置に貼り付け該
起歪体に作用する曲げモーメント及びねじりモーメント
を検出する歪ゲージからなるモーメント検出手段と、予
め測定された前記計量皿の任意の位置における四隅誤差
とそれに対応する曲げモーメント及びねじりモーメント
のデータを具備すると共に、計量時に偏荷重が生じた際
モーメント検出手段で検出された曲げモーメント及びね
じりモーメントよりその時の四隅誤差を前記データを参
照して求め荷重検出手段の出力の四隅誤差を補正する補
正手段とを具備することを特徴とする。

〔作用〕

本発明は重量検出装置を上記のように構成することによ
り、計量時に偏荷重が生じた際、モーメント検出手段で
検出された曲げモーメント及びねじりモーメントの出力
データから四隅誤差を求め、この出力誤差を荷重検出手
段で検出された出力データから差し引き真の荷重測定値
を得る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明に係る重量検出装置に用いるロードセル
の構造を示す図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は
側面図、同図（ｃ）は底面図、同図（ｄ）は同図（ｂ）
の矢印Ａ方向から見た図である。なお、第１図におい
て、第27図及び第28図に示す符号と同一符号を付した部
分は同一又は相当部分を示す（以下他の図面においても
同様とする）。図示するようにダブルビーム型の起歪体
１の起歪部1a〜1dにはそれぞれ荷重検出用歪ゲージZ₁〜
Z₄が貼付けられている。また、起歪体１の略中央部分の
上面及び下面に曲げモーメント（矢印Ｍ方向に加わるモ
ーメント）を検出する曲げモーメント検出用歪ゲージ
Z₅，Z₆が貼り付けられ、更に起歪体１の上面の略中央部
分に軸方向から所定角度傾斜させてねじりモーメント
（矢印Ｑ方向に加わるモーメント）を検出するねじりモ
ーメント検出用歪ゲージZ₇，Z₈が貼り付けられている。

上記荷重検出用歪ゲージZ₁〜Z₄、曲げモーメント検出用
歪ゲージZ₅，Z₆及びねじりモーメント検出用歪ゲージ
Z₇，Z₈は、それぞれ第２図に示すロードセル出力回路の
ブリッジＩ、ブリッジII及びブリッジIIIに組み込まれ
ている。ブリッジＩ、ブリッジII及びブリッジIIIは、
それぞれ荷重検出用、曲げモーメント検出用及びねじり
モーメント検出用である。ブリッジIIのR₅，R₆はダミー
用抵抗器、ブリッジIIIのR₇，R₈もダミー用抵抗器であ
る。

また、第２図において、10,11は増幅器、12,13はA/D変
換器、14は表示器、15はメモリである。

第３図（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ第１図（ａ）〜
（ｄ）に対応し、平面図、側面図、底面図、矢印Ａ方向
から見た図を示す。図示するように、起歪体１にねじり
モーメントＱが作用すると、一点鎖線L₁に示すように変
形し、曲げモーメントＭが作用すると破線L₂に示すよう
に変形する。なお、一点鎖線L₀は偏荷重により、ねじり
モーメントＱ及び曲げモーメントＭが作用せず、測定荷
重により起歪体１が正常に変位した場合を示す。

第４図は、上記ねじりモーメントＱ及び曲げモーメント
Ｍが作用した場合のブリッジII及びブリッジIIIの応答
を説明するための図で、同図（ａ），（ｂ）はねじりモ
ーメントＱが作用した場合（起歪体１が第３図の一点鎖
線L₀に示すように変形する場合）、同図（ｃ），（ｄ）
はねじりモーメントＱ及び曲げモーメントＭが作用しな
い場合（起歪体１が第３図の一点鎖線L₀に示すように変
形する場合）、同図（ｅ），（ｆ）は曲げモーメントＭ
が作用した場合（起歪体１が第３図の破線L₂に示すよう
に変形する場合）をそれぞれ示す。

起歪体１にねじりモーメントＱが作用すると、第４図
（ａ），（ｂ）に示すように、ねじりモーメント検出用
歪ゲージZ₈には引っ張り力Ｔが作用し、ねじりモーメン
ト検出用歪ゲージZ₇には圧縮力Ｃが作用する。この場合
曲げモーメント検出用歪ゲージZ₅及びZ₆はなんら力が作
用しない。従って、ブリッジIIには出力電圧が発生しな
いが、ブリッジIIIにはねじりモーメントＱの大きさに
応じた出力電圧V₀が発生する。

起歪体１に偏荷重によるねじりモーメントＱや曲げモー
メントＭが作用しない場合は、第４図（ｃ），（ｄ）に
示すように、曲げモーメント検出用歪ゲージZ₅，Z₆及び
ねじりモーメント検出用歪ゲージZ₇，Z₈には引っ張り力
Ｔも圧縮力Ｃも作用せず、ブリッジII及びブリッジIII
には出力電圧は発生しない。

起歪体１に曲げモーメントＭが作用すると、第４図
（ｅ），（ｆ）に示すように曲げモーメント検出用歪ゲ
ージZ₅に引っ張り力Ｔが作用し、曲げモーメント検出用
歪ゲージZ₆には圧縮力Ｃが作用する。ブリッジIIからは
該曲げモーメントＭに応じた、出力電圧V₀が発生する。
また、この時ねじりモーメント検出用歪ゲージZ₇及びZ₈
には引っ張り力Ｔが作用するが、この引っ張り力Ｔは互
いに等しいので、ブリッジIIIには出力電圧は発生しな
い。

上記構成のロードセル及びその出力回路において、計量
皿の任意の点に荷重を加えた時、ロードセルの起歪体１
には曲げモーメントＭ及びねじりモーメントＱが作用す
るものとすると、それぞれモーメントは、曲げモーメン
ト検出用歪ゲージZ₅，Z₆及びねじりモーメント検出用歪
ゲージZ₇，Z₈で検出される。ここで、曲げモーメントＭ
による荷重の出力誤差をK_M、ねじりモーメントＱによる
荷重の出力誤差をK_Q、曲げモーメントをＭ、めじりモー
メントをＱとおくと、任意の点に荷重を加えた時の誤差
ＫはＫ＝K_M＋K_Q＝pM＋qQ＋ｃ・・・・（１）（但しp,q,cは定数）但し、上記（１）式は、曲げモーメント検出用歪ゲージ
Z₅，Z₆及びねじりモーメント検出用歪ゲージZ₇，Z₈の出
力に対する荷重出力の誤差の割合を直線的に対応すると
考えたもので、更に厳密に２次式で現わすと、Ｋ＝ｐ′M²＋rM＋ｑ′Q²＋sQ＋ｃ・・・・（２）となる。（１）式，（２）式共両モーメントが同時に零
の点を計量皿の中心とする場合は、c,r,s＝０である。
従って、（１）式，（２）式の場合には、計量皿上の任
意の２点の出力とモーメントの大きさを求めれば定数が
決まる。

両モーメントが同時に零の点にならない場所を計量皿の
中心とする場合は、（１）式の場合は計量皿上の任意の
３点の荷重出力とモーメント検出用歪ゲージZ₅〜Z₈の出
力の大きさを、（２）式の場合は計量皿上の５点の荷重
出力とモーメント検出用歪ゲージZ₅〜Z₈の出力の大きさ
を求めれば定数が決まる。

また、非直線的誤差の大きいいずれかのモーメントのみ
２次式としてもよい。また必要であれば３次式及び４次
式を立てることも可能である。

上記各定数は、上記のように定数決定に必要な測定デー
タをパソコン等のコンピュータに直接伝送し、該コンピ
ュータで上記計算を実行すれば、簡単に求めることがで
きる。

第２図に示すようにロードセル出力回路は、マイクロコ
ンピュータ９を具備しており、上記（１）式，（２）式
及び上記コンピュータで求められた定数を予めメモリ15
に記憶しておく。

荷重計量時には、マイクロコンピュータ９の命令で、ブ
リッジIIで検出され、増幅器10及びA/D変換器12を介し
てディジタル信号に変換された曲げモーメント検出用歪
ゲージZ₅，Z₆の出力及びブリッジIIIで検出され増幅器1
1及びA/D変換器13を介してディジタル信号に変換された
ねじりモーメント検出用歪ゲージZ₇，Z₈の出力を取り込
み、前記メモリ15に記憶されている（１）式又は（２）
式に該取り込んだデータを入れて演算することにより、
四隅誤差が検出できる。該四隅誤差を、ブリッジＩで検
出され増幅器６及びA/D変換器７を介してディジタル信
号に変換された荷重検出出力から差し引き、その値を真
の荷重測定値として重量値（kg,g,ボンド等）に変換
し、デイスプレーやプリンタ等の表示器に表示する。

なお、第２図においては、A/D変換器12及びA/D変換器13
を、それぞれブリッジII及びブリッジIIIの出力に対応
して設けたが、A/D変換器を１個とし、アナログスイッ
チで切換えるようにすることも可能である。

また、A/D変換器12及びA/D変換器13は、曲げモーメント
Ｍ及びねじりモーメントＱを測定するためのものであ
り、これら曲げモーメントＭ及びねじりモーメントＱに
よる秤の四隅誤差は普通多いものでも２％程度であり、
1/200の分解能をもたせれば、1/10000の精度が得られ、
それほど大きい分解能を必要としないから、上記のよう
にアナログスイッチで切換えても必要な精度は保持でき
る。また、A/D変換器12及びA/D変換器13の精度はA/D変
換器７の精度ほど精密である必要はない。

また、第２図のブリッジII及びブリッジIIIにおいて、R
₅，R₆，R₇，R₈をダミーの抵抗器としたが、ダミー抵抗
器R₅，R₆に代え起歪体１の所定位置に貼り付けた曲げモ
ーメント検出用歪ゲージを用い、ダミー抵抗器R₇，R₈に
代え起歪体１の所定位置に貼り付けたねじりモーメント
検出用歪ゲージを用いれば、更に倍のねじりモーメント
Ｑ及び曲げモーメントＭを測定できる。

なお、第１図においては、起歪体１の曲げモーメント検
出用歪ゲージZ₅，Z₆及びねじりモーメント検出用歪ゲー
ジZ₇，Z₈の貼り付け場所に切り欠きを設けていないが、
同図（ａ）の一点鎖線で示すように、切欠部17及び18を
設ければ、ねじりモーメントＱ及び曲げモーメントＭの
出力は大きくなる。この場合水平ビームの座屈が生じや
すくなるという問題もあるが、切欠部17及び18を設ける
ことにより形成される水平ビームの厚さh₂を適当に選定
することにより、分解能的に満足でき且つ座屈に対して
も満足できるものとすることが可能である。

第５図は第２図に示す出力回路のA/D変換器7,12,13以降
を示す回路構成を示す図で、メモリ15はROM15−１とRAM
15−２とに分かれ、操作部（キーボード）16から操作デ
ータが入力されるようになっている。ROM15−１は、上
記定数p,q,c又はｐ′,q′,c,r,sを格納する演算定数格
納エリア15−1a、上記（１）式，（２）式の四隅補正演
算式等を格納する四隅演算式格納エリア15−1b、秤の一
般機能のためのプログラムを格納するためのプログラム
格納エリア15−1cを具備している。

第６図は、第５図に示す出力回路を具備するロードセル
式秤の製造工場での四隅補正作業の流れを示すフローチ
ャートであり、第７図は、その計量時の四隅補正処理の
流れを示すフローチャートである。

第６図において、計量皿の必要な複数個所に測定荷重を
載置し、荷重検出用歪ゲージZ₁〜Z₄からの荷重値及び曲
げモーメント検出用歪ゲージZ₅，Z₆、ねじりモーメント
検出用歪ゲージZ₇，Z₈からの各モーメント値を測定する
（ステップ101）。次に（１）式，（２）式の四隅補正
演算式から定数p,q,c又はｐ′,q′,c,r,sを求める（ス
テップ102）。次に定数p,q,c又はｐ′,q′,c,r,s及び
（１）式，（２）式の四隅補正演算式を、それぞれ重量
検出器のメモリ演算定数格納エリア15−1a及び四隅演算
式格納エリア15−1bに格納する。

荷重計量時には、第７図に示すように、計量皿に計量物
に載置し（ステップ201）、ブリッジＩの出力値から荷
重出力値を読み取り（ステップ202）、続いてブリッジI
Iの出力値から曲げモーメント出力及びブリッジIIIの出
力値からねじりモーメント出力を、それぞれ読み取る
（ステップ203）及び（ステップ204）。次に（１）式，
（２）式に各モーメント値を代入して四隅誤差の算出を
行なう（ステップ205）、次に前記荷重出力値から四隅
誤差値を減算し荷重出力値の四隅誤差補正を行ない（ス
テップ206）、続いて補正後の荷重出力値を重量（kg,
g、ポンド等）変化し（ステップ207）、表示部14に表示
する（ステップ208）。

第８図は上記R₅〜R₈に代えて、曲げモーメント検出用歪
ゲージZ₅′，Z₆′及びねじりモーメント検出用歪ゲージ
Z₇′，Z₈′を貼り付けたロードセルの例を示す図で、同
図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は側面図、同図（ｃ）は
底面図である。起歪体１の起歪部1aの上面に荷重検出用
歪ゲージZ₁と曲げモーメント検出用歪ゲージZ₅，Z₅′を
貼り付け、起歪部1bの上面に荷重検出用歪ゲージZ₂とね
じりモーメント検出用歪ゲージZ₇，Z₈を貼り付け、起歪
部1cの下面に荷重検出用歪ゲージZ₄とねじりモーメント
検出用歪ゲージZ₇′，Z₈′を貼り付け、起歪部1dの下面
に荷重検出用歪ゲージZ₃と曲げモーメント検出用歪ゲー
ジZ₆，Z₆′を貼り付けている。

また、この場合、モーメント検出用歪ゲージZ₇，Z₈及び
Z₇′，Z₈′のたわみに与える影響によって出力のクリー
プ特性が変わるが、その影響を見越して、歪ゲージを選
定したり、起歪体１の形状を考慮すれば優れたクリープ
特性を有するロードセルを得ることは容易である。

第９図は本発明に係るロードセル式秤に用いる他のロー
ドセルの構造を示す図で、同図（ａ）は平面図、同図
（ｂ）は側面図、同図（ｃ）は底面図である。図示する
ように、起歪体１の起歪部1aの上面にはねじりモーメン
ト検出用歪ゲージZ₇，Z₈と荷重検出用歪ゲージZ₁とを貼
り付け、起歪部1bの上面には曲げモーメント検出用歪ゲ
ージZ₅と荷重検出用歪ゲージZ₂を貼り付け、起歪部1cの
下面には曲げモーメント検出用歪ゲージZ₆と荷重検出用
歪ゲージZ₄を貼り付け、起歪部1dの下面には荷重検出用
歪ゲージZ₃を貼り付ける。

第10図（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ第９図のロードセルの
平面図、側面図、底面図、矢印Ａ方向から見た図を示
す。図示するように、起歪体１にねじりモーメントＱが
作用すると、一点鎖線L₁に示すように変形し、曲げモー
メントＭが作用すると一点鎖線L₂に示すように変形す
る。なお、一点鎖線L₀は偏荷重により、ねじりモーメン
トＱ及び曲げモーメントＭが作用せず、測定荷重により
起歪体１が正常に変位した場合を示す。

第11図は、上記ねじりモーメントＱ及び曲げモーメント
Ｍが作用した場合のブリッジII及びブリッジIIIの応答
を説明するための図で、同図（ａ），（ｂ）はねじりモ
ーメントＱが作用する場合（起歪体１が第10図の一点鎖
線L₁に示すように変形する場合）、同図（ｃ），（ｄ）
はねじりモーメントＱ及び曲げモーメントＭが作用しな
い場合（起歪体１が第10図の一点鎖線L₀に示すように変
形する場合）、同図（ｅ），（ｆ）は曲げモーメントＭ
が作用した場合（起歪体１が第10図の破線L₂に示すよう
に変形する場合）をそれぞれ示す。

第９図に示すロードセルにおいて、起歪体１にねじりモ
ーメントＱが作用した場合、第11図（ａ），（ｂ）に示
すようにねじりモーメント検出用歪ゲージZ₇には圧縮力
Ｃが作用し、ねじりモーメント検出用歪ゲージZ₈には引
っ張り力Ｔが作用する。また、この時曲げモーメント検
出用歪ゲージZ₅，Z₆には何らの力も作用しない。従っ
て、ブリッジIIIからねじりモーメントＱの大きさに応
じた出力電圧V₀が発生する。

また、起歪体１にねじりモーメントＱ及び曲げモーメン
トＭのいずれも作用しない場合は、第11図（ｃ），
（ｄ）に示すように、曲げモーメント検出用歪ゲージ
Z₅，Z₆には引っ張り力Ｔが作用し、ねじりモーメント検
出用歪ゲージZ₇，Z₈には圧縮力Ｃが作用するが、曲げモ
ーメント検出用歪ゲージZ₅とZ₆とに作用する引っ張り力
Ｔは互いに等しく、またねじりモーメント検出用歪ゲー
ジZ₇とZ₈に作用する圧縮力Ｃも互いに等しいから、ブリ
ッジII及びブリッジIIIには出力電圧は発生しない。

また、起歪体１に曲げモーメントＭが作用した場合、第
11図（ｅ），（ｆ）に示すように曲げモーメント検出用
歪ゲージZ₅には引っ張り力Ｔが作用し、曲げモーメント
検出用歪ゲージZ₆には圧縮力Ｃが作用する。更に、ねじ
りモーメント検出用歪ゲージZ₇，Z₈には同じ大きさの引
っ張り力が作用する。その結果ブリッジIIから曲げモー
メントＭの大きさに応じた出力電圧V₀が発生する。

第９図に示す構造のロードセルは、第１図に示す構造の
ロードセルと略等価であるが、若干の違いはモーメント
検出用歪ゲージZ₅〜Z₈を荷重検出用歪ゲージZ₁〜Z₄を貼
り付けたと同じ起歪部1a〜1dに貼り付けたため、モーメ
ント検出用歪ゲージZ₅〜Z₈はモーメント成分以外の作用
も受けることになるが、これらはブリッジII及びブリッ
ジIII上でキャンセルでき、出力としては純粋に各モー
メントのみを検出できる。また、クリーブ特性が変わる
が、第８図の実施例と同様歪ゲージを適当に設定したり
起歪体１の形状を考慮すればよい。

第12図は本発明に係るロードセル式秤に用いるロードセ
ルの構造を示す図であり、同図（ａ）は平面図、同図
（ｂ）は側面図、同図（ｃ）は底面図である。図示する
ように、本実施例では第15図に示すような、１枚のゲー
ジ基板21に３つの歪ゲージ23.24,25をまとめたものを、
起歪体１の起歪部1a〜1dに一個つづ貼り付けたものであ
る。即ち、起歪部1aの上面には１枚のゲージ基板上にま
とめられた荷重検出用歪ゲージZ₁と曲げモーメント検出
用歪ゲージZ₅，Z₅′とを貼り付けられ、起歪部1bの上面
にも同じく１枚のゲージ基板にまとめられたねじりモー
メント検出用歪ゲージZ₈と荷重検出用歪ゲージZ₂とが貼
り付けられている。同様に起歪部1cの底面にはねじりモ
ーメント検出用歪ゲージZ₇′Z₈′と荷重検出用歪ゲージ
Z₄とが、起歪部1dの下面には曲げモーメント検出用歪ゲ
ージZ₆，Z₆′とがそれぞれ１枚のゲージ基板にまとめた
ものを貼り付けられている。

第13図（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ第３図（ａ）〜
（ｄ）に対応し、平面図、側面図、底面図、矢印Ａ方向
から見た図を示す。図示するように、起歪体１にねじり
モーメントＱが作用すると、一点鎖線L₁に示すように変
形し、曲げモーメントＭが作用すると破線L₂に示すよう
に変形する。なお、一点鎖線L₀は偏荷重により、ねじり
モーメントＱ及び曲げモーメントＭが作用せず、測定荷
重により起歪体１が正常に変位した場合を示す。

第12図に示すロードセルにおいて、起歪体１にねじりモ
ーメントＱが作用した場合、第14図（ａ），（ｂ）に示
すように曲げモーメント検出用歪ゲージZ₅，Z₆′には引
っ張り力Ｔが作用すると共に曲げモーメント検出用歪ゲ
ージZ₅′，Z₆には圧縮力Ｃが作用する。更に、ねじりモ
ーメント検出用歪ゲージZ₇，Z₇′には引っ張り力Ｔが作
用すると共にねじりモーメント検出用歪ゲージZ₈，Z₈′
には圧縮力Ｃが作用する。従ってブリッジIIには出力は
発生せず、ブリッジIIIにはねじりモーメントＱの大き
さに応じた出力電圧が発生する。

また、起歪体１にねじりモーメントＱ及び曲げモーメン
トＭのいずれも作用しない場合は、第14図（ｃ），
（ｄ）に示すように、曲げモーメント検出用歪ゲージ
Z₅，Z₆，Z₅′，Z₆′にはそれぞれ圧縮力Ｃが作用し、ね
じりモーメント検出用歪ゲージZ₇，Z₈，Z₇′，Z₈′には
引っ張り力Ｔが作用する。その結果ブリッジII及びブリ
ッジIIIには出力電圧は発生しない。

また、起歪体１に曲げモーメントＭが作用する場合、第
14図（ｅ），（ｆ）に示すように曲げモーメント検出用
歪ゲージZ₅及びZ₅′にはそれぞれ引っ張り力Ｔが作用す
ると共に曲げモーメント検出用歪ゲージZ₆及びZ₆′には
それぞれ圧縮力Ｃが作用する。また、ねじりモーメント
検出用歪ゲージZ₇，Z₈にはそれぞれ引っ張り力Ｔが作用
すると共にねじりモーメント検出用歪ゲージZ₇′，Z₈′
には圧縮力Ｃが作用する。その結果ブリッジIIには曲げ
モーメントＭの大きさに応じた出力電圧が発生する。

第16図は本発明に係るロードセル式秤に用いる他のロー
ドセルの構造を示す図であり、同図（ａ）は平面図、同
図（ｂ）は側面図、同図（ｃ）は底面図である。図示す
るように、本実施例では第15図に示すゲージと第19図に
示すゲージの２種類のゲージを貼り付けたものである。
即ち、起歪部1aの上面には荷重検出用歪ゲージZ₁と曲げ
モーメント検出用歪ゲージZ₅，Z₅′とがまとめられた第
18図のゲージを、起歪部1bの上面にはねじりモーメント
検出用歪ゲージZ₈，Z₇と荷重検出用歪ゲージZ₂とがまと
められた第19図のゲージを、起歪部1cの下面には荷重検
出用歪ゲージZ₄とねじりモーメント検出用歪ゲージ，
Z₇′，Z₈′とがまとめられた第15図のゲージを、起歪部
1dの下面には荷重検出用歪ゲージZ₃と曲げモーメント検
出Z₆，Z₆′とがまとめられた第19図のゲージを貼り付け
ている。第17図（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ第16図に示
すロードセルの平面図、側面図、底面図、矢印Ａ方向か
ら見た図を示す。図示するように、起歪体１のねじりモ
ーメントＱが作用すると、一点鎖線L₁に示すように変形
し、曲げモーメントＭが作用すると破線L₂に示すように
変形する。なお、一点鎖線L₀は偏荷重により、ねじりモ
ーメントＱ及び曲げモーメントＭが作用せず、測定荷重
により起歪体１が正常に変位した場合を示す。第16図に
示すロードセルにおいて、起歪体１にねじりモーメント
Ｑが作用した場合、第18図（ａ），（ｂ）に示すように
曲げモーメント検出用歪ゲージZ₅，Z₆及びZ₅′，Z₆′に
はどんな力も作用せず、ねじりモーメント検出用歪ゲー
ジZ₇，Z₇′には引っ張り力Ｔが作用し、ねじりモーメン
ト検出用歪ゲージZ₈，Z₈′には圧縮力Ｃが作用する。そ
の結果ブリッジIIIにはねじりモーメントＱに応じた出
力電圧V₀が発生する。

また、起歪体１にねじりモーメントＱ及び曲げモーメン
トＭにずれも作用しない場合は、第18図（ｃ），（ｄ）
に示すように、曲げモーメント検出用歪ゲージZ₅，
Z₅′，Z₆，Z₆′にはそれぞれ圧縮力Ｃが作用し、ねじり
モーメント検出用歪ゲージZ₇，Z₇′，Z₈，Z₈′には引っ
張り力Ｔが作用する。その結果ブリッジII及びブリッジ
IIIには出力電圧は発生しない。

また、起歪体１に曲げモーメントＭが作用した場合、第
18図（ｅ），（ｆ）に示すように曲げモーメント検出用
歪ゲージZ₅，Z₅′には引っ張り力Ｔが作用すると共に曲
げモーメント検出用歪ゲージZ₆，Z₆′にはそれぞれ圧縮
力Ｃが作用し、ねじりモーメント検出用歪ゲージZ₇及び
Z₈にはそれぞれ引っ張り力Ｔが作用し、ねじりモーメン
ト検出用歪ゲージZ₇′及びZ₈′には圧縮力Ｃが作用す
る。その結果ブリッジIIには曲げモーメントＭの大きさ
に応じた出力電圧が発生する。

第12図に示すロードセルと第16図に示すロードセルを比
較した場合、第16図の方がブリッジIIの曲げモーメント
Ｍの検出用ゲージZ₅，Z₅′，Z₆，Z₆′に、ねじりモーメ
ントＱの影響を受けなくて済むが、第12図の場合でもブ
リッジIIはねじりモーメントＱの影響を相殺できるか
ら、第16図の場合と略同じ効果が得られる。また、第８
図は第16図と原理的に等価であるが、歪ゲージが分かれ
ている分、貼る手間が多くかかる。逆に歪ゲージはスタ
ンダードなものを使用できる。

第20図は本発明に係るロードセル式秤に用いる他のロー
ドセルの構造を示す図であり、同図（ａ）は平面図、同
図（ｂ）は側面図、同図（ｃ）は底面図である。図示す
るように起歪部1aの上面に歪ゲージZ_A、起歪部1bの上面
に歪ゲージZ_B、起歪部1cの下面に歪ゲージZ_D、起歪部1d
の下面に歪ゲージZ_Cを、それぞれ起歪体１の軸線から所
定角度傾斜させて貼り付けている。そしてこれらの歪ゲ
ージは第21図の出力回路のブリッジＩ〜IVに組み込む。
第21図において、抵抗器R_A〜R_Dはいずれもダミー抵抗器
である。また、30〜33は増幅器、34〜37はA/D変換器、3
8はマイクロコンピュータ、39は表示器、40はメモリで
ある。

第21図において、A/D変換器34,35,36,37の出力をそれぞ
れOUT（Ａ）,OUT（Ｂ）,OUT（Ｃ）,OUT（Ｄ）とする
と、曲げモーメントＭの出力M_OUT、ねじりモーメントＱ
の出力Q_OUT、測定荷重出力T_OUTは、 M_OUT＝｛OUT（Ａ）＋OUT（Ｂ）｝−｛OUT（Ｃ）＋OUT
（Ｄ）｝ Q_OUT＝｛OUT（Ａ）＋OUT（Ｄ）｝−｛OUT（Ｂ）＋OUT
（Ｃ）｝ T_OUT＝｛OUT（Ｂ）＋OUT（Ｄ）｝−｛OUT（Ａ）＋OUT
（Ｃ）｝となる。

上記実施例の如く、予め計測されたデータにより、
（１）式又は（２）式の定数を求め、これをメモリ40に
格納しておき、荷重計量時にそれぞれのモーメント出力
M_OUT及びQ_OUT値から誤差を演算し、測定荷重出力T_OUTを
補正し、表示器39に表示すればよい。

なお、この場合は、ブリッジＩ〜IVのそれぞれの出力値
を測定荷重出力T_OUTの演算に用いるため、増幅器30〜3
3、A/D変換器34〜37はそれぞれ精度の良いものを必要と
するが、１個の増幅器、又はA/D変換器を用いアナログ
スイッチで切り換えても良い。

また、１つのICに４つの増幅器30〜33及び４つのA/D変
換器34〜37が封入されたものは、温度係数も等しいか
ら、増幅器及びA/D変換器を４つ使用する場合は１チッ
プのものが好ましい。さらに、実際にはブリッジＩ〜IV
の出力感度はブリッジ自体及びA/D変換器のバラツキで
異なるがそれぞれの出力に予め計測した係数をかけてや
ればよい。

第22図は、A/D変換器や増幅器を１個で済ます出力回路
の構成例を示す図である。同図において、50は増幅器、
51はA/D変換器、53は交流電源、54はトランス、55−１
〜55−４はそれぞれアナログスイッチ或いはリレー接点
等のスイッチである。

上記構成の出力回路において、今仮にアナログスイッチ
55−１をONにすると、ブリッジＩの出力のみがトランス
56、増幅器50及びA/D変換器を通してマイクロコンピュ
ータ38に入力されることになる。同じように、アナログ
スイッチ55−2,55−3,55−４を順次ONすることにより、
順次ブリッジII、ブリッジIII、ブリッジIVの出力がト
ランス56、増幅器50及びA/D変換器を通してマイクロコ
ンピュータ38に入力されることになる。

上記スイッチ55−１〜55−４の切り換えタイミングと読
み込みタイミングをマイクロコンピュータ38で制御すれ
ば素早く各ブリッジＩ〜IVの出力得ることができ、四隅
補正に必要なデーターを得ることができる。また、第２
図に示すようなブリッジＩ〜IIIの出力を得る場合も同
様の方法で対応することができる。

なお、上記実施例において、荷重検出用歪ゲージZ₁〜
Z₄、曲げモーメント検出用歪ゲージZ₅，Z₆，Z₅′，Z₆′
ねじりモーメント検出用歪ゲージZ₇，Z₈，Z₇′，Z₈′
は、ホイルゲージに限定されるものではなく、それ以外
の半導体歪ゲージ等でも良い。また、半導体歪ゲージの
場合は出力が大きく得られるため、増幅器の負担は軽く
なり、歪ゲージのリニアリティーが悪くても、（２）式
に乗るため、半導体ゲージの広範囲な領域を使用して出
力をかせぎ増幅器を省略することも可能である。

また、各モーメントの検出はこれら歪ゲージに限らず、
他の手段であってもよい。例えば第23図に示すように計
量皿41と秤本体42に設けた電極板43〜46の静電容量を検
知し、電極板43の容量C₄₃と電極板44の容量C₄₄との差
（C₄₃−C₄₄）から曲げモーメントを求め、電極板45の容
量C₄₅と電極板46の容量C₄₆との差（C₄₅−C₄₆）からねじ
りモーメントを求めるようにしてもよい。

また、曲げモーメント検出用歪ゲージZ₅，Z₆及びねじり
モーメント検出用歪ゲージZ₇，Z₈は、第24図に示す様に
ロードセル49の起歪体１以外のねじりモーメントＱや曲
げモーメントＭを受ける、計量皿41を支える支持ビーム
47に貼り付けてもよい。

更に、ロードセルのタイプも第25図及び第26図に示すよ
うに剪断力を検出する歪ゲージ9,10及び図示しない11,1
2を設けたものでもよい。

なお、ロードセル49はこれに限るものではなく振動式重
量検出器フォースバランス式であってもよい。

第25図に示すロードセルは起歪体１の上面所定位置に曲
げモーメント検出用歪ゲージZ₅，Z₅′及びねじりモーメ
ント検出用歪ゲージZ₇，Z₈を設け、下面所定位置に曲げ
モーメント検出用歪ゲージZ₆，Z₆′及びねじりモーメン
ト検出用歪ゲージZ₇′，Z₈′を設け、更に表側に剪断力
検出用歪ゲージZ₉，Z₁₀を裏面に剪断力検出用歪ゲージZ
₁₁Z₁₂を設けている（図示せず）。なお、第25図（ａ）
は平面図、同図（ｂ）は正面図、同図（ｃ）は底面図で
ある。

また、第26図に示すロードセルは起歪体１の表側及び裏
側に凹部を設け、表側凹部に剪断力検出用歪ゲージZ₉，
Z₁₀を裏側凹部に剪断力検出用歪ゲージZ₁₁Z₁₂を設け
（図示せず）、更に起歪体１の上面には曲げモーメント
検出用歪ゲージZ₅及びねじりモーメント検出用歪ゲージ
Z₇，Z₈を設け、下面には曲げモーメント検出用歪ゲージ
Z₆を設けた構造である。なお、第26図（ａ）は平面図、
同図（ｂ）は正面図、同図（ｃ）は底面図である。

また、一部のロードセル秤やその他の荷重検出手段にお
けるロバーバルや複合テコ等を有する秤にあってはそれ
ら機構部に四隅調整機構を設けることもなく、第23図や
第24図のようなモーメント検出手段を用いることによっ
て目的を高精度に達成できる。なお、機構部の四隅調整
機構を粗調整とし、本発明を微調整として四隅精度を向
上させるような複合的な用いかたをする場合も、本発明
の範囲内であることは言うまでもない。

なお、上記実施例では、各モーメントの大きさを検出し
て、それに（１），（２）式の四隅誤差式に代入して演
算する方法をとったが、各モーメントの大きさと、四隅
誤差をテーブル化してメモリに格納し、該当するモーメ
ントの誤差を該テーブルから引き出して荷重出力値を補
正する方法でもよい。但しこの場合は秤の測定精度にみ
あった分解能のテーブルが必要である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、ダブルビーム型の
起歪体に作用する曲げモーメント及びねじりモーメント
の大きさを検出する歪ゲージからなるモーメント検出手
段と、荷重検出手段の出力の四隅誤差を補正する補正手
段とを設けるだけで、ダブルビーム型の起歪体のバラン
スが崩れる場合や各歪ゲージがバラツク場合に生じる計
量皿への偏荷重による出力誤差を補正でき、重量検出装
置の起歪体等に機械的加工を施したり、その都度調整具
合をチェックする等面倒な調整作業をせず簡単な構成で
高精度に四隅誤差の補正ができるという優れた効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る重量検出装置に用いるロードセル
の構造を示す図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は
側面図、同図（ｃ）は底面図、同図（ｄ）は同図（ｂ）
の矢印Ａ方向から見た図、第２図はそのロードセル出力
回路構成を示す図、第３図はその動作を説明するための
図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は側面図、同図
（ｃ）は底面図、同図（ｄ）は同図（ｂ）の矢印Ａ方向
から見た図、第４図（ａ）〜（ｆ）はロードセルにねじ
りモーメントＱ及び曲げモーメントＭが作用した場合の
ブリッジII及びブリッジIIIの応答を説明するための
図、第５図は第２図に示す出力回路のA/D変換器以降の
回路構成を示す図、第６図は重量検出装置の製造工場で
の四隅補正作業の流れを示すフローチャート、第７図は
その計量時の四隅補正処理の流れを示すフローチャー
ト、第８図は本発明に係る重量検出装置に用いるロード
セルの構造を示す図で、同図（ａ）は平面図、同図
（ｂ）は側面図、同図（ｃ）は底面図、第９図は本発明
に係る重量検出装置に用いる他のロードセルの構造を示
す図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は側面図、同
図（ｃ）は底面図、第10図はその動作を説明するための
図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は側面図、同図
（ｃ）は底面図、同図（ｄ）は同図（ｂ）の矢印Ａ方向
から見た図、第11図（ａ）〜（ｆ）はロードセルにねじ
りモーメントＱ及び曲げモーメントＭが作用した場合の
ブリッジII及びブリッジIIIの応答を説明するための
図、第12図は本発明に係る重量検出装置に用いる他のロ
ードセルの構造を示す図で、同図（ａ）は平面図、同図
（ｂ）は側面図、同図（ｃ）は底面図、第13図はその動
作を説明するための図で、同図（ａ）は平面図、同図
（ｂ）は側面図、同図（ｃ）は底面図、同図（ｄ）は同
図（ｂ）の矢印Ａ方向から見た図、第14図（ａ）〜
（ｆ）はロードセルにねじりモーメントＱ及び曲げモー
メントＭが作用した場合のブリッジII及びブリッジIII
の応答を説明するための図、第15図は歪ゲージの構造を
示す図、第16図は本発明に係るロードセル式秤に用いる
他のロードセルの構造を示す図で、同図（ａ）は平面
図、同図（ｂ）は側面図、同図（ｃ）は底面図、第17図
はその動作を説明するための図で、同図（ａ）は平面
図、同図（ｂ）は側面図、同図（ｃ）は底面図、同図
（ｄ）は同図（ｂ）の矢印Ａ方向から見た図、第18図
（ａ）〜（ｆ）はロードセルにねじりモーメントＱ及び
曲げモーメントＭが作用した場合のブリッジII及びブリ
ッジIIIの応答を説明するための図、第19図は歪ゲージ
の構造を示す図、第20図は本発明に係る重量検出装置に
用いる他のロードセルの構造を示す図で、同図（ａ）は
平面図、同図（ｂ）は側面図、同図（ｃ）は底面図、第
21図及び第22図はその出力回路の構成を示す図、第23図
及び第24図は本発明に係る重量検出装置の曲げモーメン
ト及びねじりモーメント検出手段の構成例を示す図、第
25図は本発明に係る重量検出装置に用いる他のロードセ
ルの構造を示す図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）
は側面図、同図（ｃ）は底面図、第26図は本発明に係る
重量検出装置に用いる他のロードセルの構造を示す図
で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は側面図、同図
（ｃ）は底面図、第27図（ａ），（ｂ）は従来のロード
セル式秤の構造を示す図、第28図はその出力回路の構成
を示す図である。図中、１……起歪体、6,10,11……増
幅器、7,12,13……A/D変換器、９……マイクロコンピュ
ータ、14……表示器、15……メモリ、Z₁，Z₂，Z₃，Z₄…
…荷重検出用歪ゲージ、Z₅，Z₅′，Z₆，Z₆′……曲げモ
ーメント検出用歪ゲージ、Z₇，Z₇′，Z₈，Z₈′……ねじ
りモーメント検出用歪ゲージ、Z₉，Z₁₀……剪断力検出
用歪ゲージ、30〜33……増幅器、34〜37……A/D変換
器、38……マイクロコンピュータ、39……表示器、40…
…メモリ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一端が支持されたダブルビーム型の起歪体
の他端に水平方向に広がりを有する計量皿を取り付け、
該起歪体の起歪部に貼付た歪ゲージをブリッジ回路に組
み該ブリッジ回路の出力から前記計量皿に作用した荷重
を検出する荷重検出手段を具備する重量検出装置におい
て、前記起歪体の所定位置に貼り付け該起歪体に作用する曲
げモーメント及びねじりモーメントを検出する歪ゲージ
からなるモーメント検出手段と、予め測定された前記計量皿の任意の位置における四隅誤
差とそれに対応する曲げモーメント及びねじりモーメン
トのデータを具備すると共に、計量時に偏荷重が生じた
際前記モーメント検出手段で検出された曲げモーメント
及びねじりモーメントよりその時の四隅誤差を前記デー
タを参照して求め前記荷重検出手段の出力の四隅誤差を
補正する補正手段とを具備することを特徴とする重量検
出装置。