JPH0797043B2 - 秤量装置の直線性補正方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は秤量装置の補正方法に係り、特に電磁平衡式の
秤量装置において好適に実施することができる補正方法
に関する。

〔従来の技術〕

秤量装置においては、秤量物の荷重（真値）とこの荷重
の測定値とは直線的には対応せず、何らかの方法により
直線性を補正して測定精度を向上させる必要がある。

直線性補正方法として従来から次のよな方法が採用され
ている。

この従来法は要するに、複数個の測定点に対する測定値
または測定値に相当する値と、これらの値に対応する真
値をデータとして記憶しておき、隣接する値を相互に直
線で結び、この各直線により直線性を補正するようにし
た方法である。

第３図を参考に説明すると、真値ＸがP₁、P₂、P₃・・・
・・P_i、P_i+1・・・・の点において、これらの真値に対
応する測定値ＹをQ₁、Q₂、Q₃・・・・・Q_i、Q_i+1・・・
とした場合、これらの測定を直線OA₁、A₁A₂、A₂A₃、・
・・A_i、A_i+1、・・・で結び、これらの直線により測定
装置の特性曲線ハに近似する直線を各点の間に設定す
る。

ここで、真値P_xがP_i≦P_x≦P_i+1であり、このP_xに対応す
る測定値をQ_xとすると、このQ_xは実際には特性曲線ハの
Ｙ座標であるが、これを、この曲線ハに近似する直線A_i
A_i+1間のＹ座標とみなす。

この場合、真値P_xと測定値Q_xとの間には次式が成立す
る。

従って上記式を解いて次式に示すように真値P_xを得る。

以上の方法により真値P_xを得る。

以上の方法では（ａ）ゼロ点から秤量までをカバーする
ためには非常に多くの測定点が必要であって、ほぼ満足
できる精度を確保するにはこの測定点は20点程度必要と
なり、測定点のデータの収集に多くの手間がかかるこ
と、（ｂ）電磁平衡式の秤量装置では同じ構成を有しか
つ同じ秤量の装置であっても、厳密には一台毎にその特
性が相違し、特定の装置で取ったデータをそのまま他の
装置に利用することはできず、従って電磁平衡式の秤量
装置にあっては各装置毎に前記した多数の測定点のデー
タを取る必要がありその手間は更に膨大なものとなるこ
と、（ｃ）装置自体の精度を高け保持するためには、デ
ータ収集用の分銅の精度も高くなければならず、これら
の分銅を測定点の数に対応して多数揃える必要があり、
コストが上昇する等の問題がある。また更に（ｄ）多数
のデータを収納する必要があるため、大容量の不揮発性
メモリを配置する必要が生じ、この点もコスト上昇の大
きな原因となっている。

〔発明者等が別途提案中の発明の概要〕

このため発明者等は以上の問題点を解決すべく以下に示
す方法を別途提案している。

電磁平衡式の秤量装置は、秤量物の荷重に平衡するよう
電磁部に於いて電磁力を発生させる構成となっているた
め、測定値と真値との関係が直線で表示されることが期
待される。

具体的には、前記秤量装置では秤量物の荷重が加わった
場合、永久磁石により作られる磁場の中のコイルに電流
を流すことによって電磁力を発生させ、この荷重に平衡
させる構成となっている。従って磁束密度及びコイルの
長さがそれぞれ一定であれば電磁力は電流の一次関数と
して表され、測定値と真値との関係も直線として表され
るはずである。しかしながら、コイルに流れる電流自体
が磁場を発生し、この磁場が磁石の磁束密度に影響を及
ぼすために実際には測定値と真値との関係は直線ではな
い。

発明者らは各種試験を行った結果、測定値ｙと真値ｘと
の間には次式が成立することを確認した。

ｙ＝ｘ−ax² ・・・（α） |a|＜＜１ つまり電磁平衡式の秤量装置では特性曲線自体が一定の
式（α）で表示でき、かつ定数ａが定まればこの式
（α）は定まることになる。従って真値を求める方法と
して以下に示す方法を提案している。

すなわち第２図において、曲線イは前記式（α）に示す
電磁平衡式秤量装置の特性曲線を示し、この曲線はその
式からも明らかなとおり放物線となる。

先ず前記式ｙ＝ｘ−ax²におけるａは以下の方法により
定める。

所定の質量Ａを有する分銅（秤量装置の秤量のほぼ1/2
が適当）と、質量Ｂを有する分銅とを用意し、 分銅Ａの測定値・・・y_A 分銅Ｂの測定値・・・y_B 分銅Ａと分銅Ｂの合計の測定値・・・y_A+B とする。

即ち、この方法ではデータを取る測定点はゼロ点、質量
Ａ、質量Ｂ、質量Ａ＋Ｂの４点でよい。以上の点から式
（α）の定数ａは次式で表すことができる。

以上の方法により式（α）のａが定まったならば次の方
法により真値を得る。

即ち、ゼロ点と装置の秤量との間に複数の区画を設け、
それぞれの区画を直線をもって曲線イに近似させる。

例えば真値x₀、x₁、x₂・・・x_i、x_i+1・・・・に対する
測定値y₀、y₁、y₂・・・y_i、y_i+1・・・を前記式（α）
により算出しておく。これにより所定の区画（x_i、
x_i+1）に於ける直線は次式（β）で与えられる。

ｙ＝｛１−ａ（x_i＋x_i+1）｝ｘ＋ax_i x_i+1 ・・・・
（γ） となる。

ここで、未知の質量xpを測定した測定値をｙとし、この
測定値ypが（y_i、y_i+1）の間に入っていることを検出す
ると、上記式（γ）に対して質量xpとこれに対応する測
定値ypを代入すると yp＝｛１−ａ（x_i＋x_i+1）｝xp＋ax_i・x_i+1 ・・・・
（γ）′ となり、更に となる。この式を解くことによりxpの値を得ることがで
きる。

つまり発明者等が別途提案中の発明では、用意する分銅
は２つのみでよくデータの収集作業を大幅に低減するこ
とができるという利点がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記方法は以上のような利点を有するが、２つの分銅は
ある程度の誤差は許容されるものの、プログラム上に設
定された値を有する分銅であることが必要である。また
区間分割による直線近似を行うため、プログラム作成に
おいても複雑さがあり、従って不揮発性メモリ自体は小
容量であってもよいが、各区画のデータを記憶する必要
があるため、メモリ全体としては大きな容量が必要とな
り、この点において更に改良の余地がある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上述の要望に鑑み、発明者等が別途提案してい
る方法を更に改良した方法であり、電磁平衡式の秤量装
置に於ける特性曲線が二次式で表現できることに基づ
き、この二次式の定数を定める式を、真値が不明であっ
ても構わない２つの物体の測定値に基づいて求めること
によりこの二次式を特定するよう構成したものであり、
これにより直線性を補正するようにした電磁平衡式の秤
量装置に於ける直線性補正方法である。

〔作用〕

電磁平衡式秤量装置の特性曲線を表す式の定数を、所定
の式を用いて特定する回路を構成し、ゼロ点、分銅等特
定の質量を有する二つの物体の各々の測定値、及びこれ
らの物体の合計の測定値のデータを上記回路に入力して
直線性を補正する。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を具体的に説明する。

先ず、電磁平衡式の秤量秤量装置では、永久磁石により
形成された磁場の中に配置されたコイルに電流を流すこ
とにより電磁力を発生させている。ここで、電流ｉの流
れる向きと磁束密度の方向が直交するように配置する
と、電磁力Ｆに対しては以下の関係が成立するとが期待
される。

ここでＢは磁束密度を表すが、コイルに流れる電流の影
響により実際にはＦはｉには比例しない。つまり測定値
（出力した電流ｉに相当）と真値ｘ（前記Ｆに相当）と
は実際には直線（比例）関係ではなくなる。

発明者等は各種試験を行った結果、コイルに流れる電流
の影響を一次式で近似させると、測定値ｙと真値ｘとは
結局以下の式で表す関係が成立することを確認した。

ｘ＝ay²＋ｙ ・・・（１） ここで上記式（１）と前述の式（α）との関係を具体的
に示せば次のとおりである。

即ちコイルにより構成される磁場Ｂと電流ｉにより発生
する力Ｆとの間には前述の如く次の関係が成立すること
が期待される（但しコイルの長さは一定とする）。

ここで、Ｂはコイルに流れる電流ｉにより発生する磁場
の影響を受けるため、 Ｂ＝B₀＋BiI となり、ｉの一次まで近似する（但し、B₀、Ｂ′は定
数）。

従って となる。これを荷重（真値）ｘと、電流ｉから求まる測
定値ｙとの関係で表せば、 ay²＋by＝ｘ ・・・（１）′ （|a|＜＜ｂ） であり、上記式の両辺をｘで微分して、 ここで（ｘ＝０、ｙ＝０）の点でdy/dx＝１あるから、
ｂ＝１となる。

このため式（１）′は ay²＋ｙ＝ｘ （|a|＜＜１） となり、これをｙについて解くことにより、 を得る。

つまり測定値ｙに基づいて上記式（１）を解けば真値が
わかることになる。このため、いかにして定数ａを求め
るかが真値のを知るポイントとなる。

以下上記式の定数ａを求める方法について具体的に示
す。

先ず分銅等、特定の質量を有する物体（以下「分銅」を
例に説明する）を２個用意する。但しこの２つの分銅の
真値は全く不明であってよい。

但し、演算誤差を少なくするためには２つの分銅の真値
はこの秤量装置の秤量の約1/2が適当である。この外２
つの分銅の合計の質量が秤量装置の秤量以内であること
が必要である。

このような２つの分銅を用意し、電磁平衡式秤量装置に
おいて次の操作を行う。

（ａ）秤量装置の秤量皿上に何も載置しないでゼロ点の
データをとり込む。

〔ゼロ点データをy₁とする〕 （ｂ）二つの分銅のうち、一方の分銅Ａを載置しその測
定値をとり込む。

〔分銅Ａの測定値をy₁′とする〕 （ｃ）分銅Ａをのぞいて、代わりに別の分銅Ｂを載置
し、この分銅Ｂの測定値をとり込む。

〔分銅Ｂの測定値をy₂とする〕 （ｄ）分銅Ｂに加えて分銅Ａも載置し、両分銅の合計の
測定値をとり込む。

〔分銅Ａ＋分銅Ｂの測定値をy₂′とする〕 （ｅ）以上（ａ）〜（ｄ）のデータを演算回路に入力
し、以下に示す過程を経て直線性を補正する。

第１図は本発明における真値と測定値との関係を示す
が、この線図からも明らかなとおり、各点の座標は以下
のように示される。なおＡ点とは前記分銅Ａの座標、Ｂ
点とは分銅Ｂの座標、Ａ＋Ｂ点とは分銅Ａと分銅Ｂの合
計した場合の座標を示す。

ゼロ点（x₁,y₁） Ａ点（x₁′,y₁′） ＝（x₁＋Δx₁,y₁＋Δy₁） Ｂ点（x₂、y₂） Ａ＋Ｂ点（x₂′、y₂′） ＝（x₂＋Δx₂,y₂＋Δy₂） 以上において、式（１）が成り立つので、次式（３）〜
（６）が成り立つ。

x₁＝ay₁ ²＋y₁ ・・・（３） x₁＋Δx₁＝ａ（y₁＋Δy₁）^２＋（y₁＋Δy₁） ・・・
（４） x₂＝ay₂ ²＋y₂ ・・・（５） x₂＋Δx₂＝ａ（y₂＋Δy₂）^２＋（y₂＋Δy₂） ・・・
（６） ここで式（４）−（３）により次式が成立し、 Δx₁＝ａ（2y₁・Δy₁＋Δy₁ ²）＋Δy₁ ・・・（７） また、（６）−（５）により、 Δx₂＝ａ（2y₂・Δy₂＋Δy₂ ²）＋Δy₂ ・・・（８） ここにおいて、Δx₁及びΔx₂は何れも分銅Ａの質量を表
すから、Δx₁＝Δx₂であって、式（７）、（８）から次
式が成立する。

ａ（2y₁・Δy₁＋Δy₁ ²）＋Δy₁ ＝ａ（2y₂・Δy₂＋Δy₂ ²）＋Δy₂ ・・・（９） 式（９）をａに付いて解くことにより次式を得て、ａを
特定する。

つまり式（10）は測定値のみで式（１）の定数ａを定め
られることを示しており、この式を秤量装置の不揮発性
メモリに格納しておけば、秤量装置で得られた測定値ｙ
に対して定数ａの定まった式（１）により直線性の補正
された値を得る。

なお直線性の補正量は通常それほど大きくはなく、式
（10）において、Δy₁、Δy₂の２次の項を省略した式 を用いても実用上差し支えはない。

但し、一般的には上記方法により得られた値は校正され
た値そのものではないので、公知の次式に基づいて校正
（デジタルキャリブレーション）し、最終的な値Ｗを得
るのがよい。

なお、 x:（１）式により得られた未知重量 x₀:（１）式により得られたゼロ点の値 x_S:（１）式により得られたＳ点の値 S:校正質量値 以上、２個の分銅の質量が相違する場合の補正方法につ
いて示したが、二つの分銅Ａ、Ｂの質量が同一と判明し
ていれば、ゼロ点、Ａ点、Ａ＋Ｂ点の３点のみで補正を
行うことが可能である。

〔効果〕

本発明は以上の構成となっているので、各々の真値が未
知であってもよい２個の物体を使用するだけで電磁平衡
式の秤量装置の直線性を正確に補正することができる。
このため直線性の補正が極めて容易になり、かつ装置の
製造，調整コストを大幅に低下させることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る方法を説明する線図、第２図は発
明者等が別途提案している直線性補正方法を説明するた
めの測定値と真値との関係を示す線図、第３図は従来の
直線性補正方法を示す真値と測定値の関係を示す線図で
ある。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電磁平衡式の秤量装置の特性を示す曲線を
   二次関数とみなし、この二次関数に基づき測定値を真値
   に補正する方法であって、真値が未知であってもよい二
   つの物体を使用し、秤量装置のゼロ点、二つ物体のうち
   の一方の物体の測定値、他方の物体の測定値及び二つ物
   体の合計の測定値の各データに基づき上記二次関数を特
   定することにより直線性を補正することを特徴とする秤
   量装置の直線性補正方法。
2. 【請求項２】真値が等しい二つの物体を用いて、秤量装
   置のゼロ点、二つ物体のうちの一方の物体の測定値及び
   二つ物体の合計の測定値の３つのデータに基づき前記二
   次関数を特定することにより直線性を補正することを特
   徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の秤量装置の直
   線性補正方法。