JPH09184750A - 計量装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】低秤量のものでも簡易にロードセルの振動を早
く減衰させて高速・高精度な計量を行うことができる計
量装置を提供する。 【構成】ロードセル１からの重量信号に含まれた抑制対
象の振動（ＡＣ）成分を取り出し、フォースコイル８に
その逆相分の電流を流して、ロードセル１の振動を抑制
するので、振動成分を早く減らすことができ高速・高精
度計量を図ることができる。また、従来のように、フォ
ースコイル８に重量信号に相当する電流を流すのではな
く振動成分の逆相分の電流だけを流すので、フォースコ
イル８の発熱を大幅に減少させることができ、マグネッ
トの温度特性は重量精度に影響しないため温度の影響が
大きい希土類系の強力マグネット７ａを使用できるか
ら、装置の小型化を図ることもできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ロードセルを用
いた計量装置に関し、特に、ロードセルの振動の抑制に
よる計量速度および計量精度の向上に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、被計量物の重量を計測する場
合に、基台に固定される固定部および被計量物が負荷さ
れる可動部を有するロードセルを組み込んだ計量装置が
用いられている。このロードセルは、可動部の変位を歪
検出素子により検出して、それを被計量物に対応した電
気信号に変換して出力するが、ビーム型のロードセル
は、一般に減衰定数が小さく、可動部に荷重を負荷する
と、自由振動が持続し収束に数秒以上の時間を要する。
このため、ロードセル出力の信号処理回路にローパスフ
ィルタを設けて、この自由振動による振動（ＡＣ）成分
を電気的に除去するようにしている。

【０００３】一方、この自由振動自体を抑制することの
できる電子はかりとしては、フォースコイルを用いる電
磁力平衡式はかりが知られている。この電子はかりは、
ゼロ検出器で検出された偏位信号を微分して、フォース
コイルの電磁石コイルに加えるため、機械式よりもはる
かに強力なダンピング機能をもたせることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記ローパ
スフィルタは、遮断周波数を低くすると応答性が悪くな
るという問題がある。これに対しては、ロードセルの固
有振動数を上げて、ローパスフィルタの遮断周波数を上
げ、被計量物を計量する時の応答時間を短くすることが
考えられる。しかし、低秤量のものほどロードセルの固
有振動数は低くなるので、特に、ロードセルで低秤量の
ものを構成する場合は、高速，高精度のものは得られな
いという問題があった。

【０００５】一方、電磁力平衡式はかりの場合では、重
量を零位法で検出するため、コイルに変位に比例した電
流を流すと、上記コイルに発熱が起こってコイルの抵抗
値が増し、さらに永久磁石（マグネット）に熱が伝わっ
て、マグネットの磁束密度が下がり、電磁力が減るの
で、特に温度依存性の少ないマグネットを使用して温度
補正を行う必要があった。また、磁力が強力な希土類の
マグネットは温度依存性が高い（温度係数が大きい）も
のが多く、温度依存性が低いアルニコ系のマグネットを
用いても、一定の磁界を得るためには大型のアルニコ系
のマグネットが必要になって、小型化を図ることが困難
であるという問題もあった。

【０００６】この発明は、上記の問題点を解決して、低
秤量のものでも簡易にロードセルの振動を早く減衰させ
て高速・高精度の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している。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、基台に固定される固定部および被計量
物が負荷される可動部を有し、可動部の変位に対応した
被計量物の重量を検出して重量信号を出力するロードセ
ルと、被計量物の荷重を受けて変位するロードセルの可
動部に装着されたフォースコイルと、ロードセルからの
重量信号に含まれた、抑制対象の振動成分を取り出す振
動成分抽出手段と、取り出された振動成分の逆相分の電
流を生成する逆相生成手段とを備え、上記フォースコイ
ルに上記逆相分の電流を流して、ロードセルの振動を抑
制する。上記構成によれば、ロードセルからの重量信号
に含まれた抑制対象の振動成分だけを取り出し、これを
フォースコイルに対しその逆相分の電流として流すこと
により、ロードセルの振動を機械的に抑制するので、振
動成分を早く減衰させることができるとともに、ロード
セルからは、被計量物に対応する重量信号を出力させる
ことができる。従って、低秤量のものであっても、高速
・高精度の計量を行うことができる。

【０００８】また、好ましくは、上記振動抽出手段は、
抑制対象の振動成分を通過させる周波数通過帯域に設定
されたバンドパスフィルタである。従って、ロードセル
からの重量信号に含まれる抑制対象の振動成分だけを取
り出して、これをフォースコイルで抑制するので、振動
振幅が小さくなり高速・高精度計量を図ることができ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を図面
に基づいて説明する。図１に、本発明の一実施形態に係
る計量装置の構成図を示す。この装置は、被計量物Ｍの
重量を検出するロードセル１、電磁石コイル６および磁
界発生手段７からなるフォースコイル８、ブリッジ回路
９、増幅器１２、レベルシフト回路１４、アンチェリア
スフィルタ１６、Ａ／Ｄコンバータ１８、ＤＳＰ（Digi
tal Signal Processor）２０、Ｄ／Ａコンバータ２２、
増幅器２４およびＣＰＵ２６を備えている。

【００１０】また、ＤＳＰ２０は、ロードセル１の自由
振動の補正処理および重量信号のフィルタリング処理を
行うものであり、ロードセル１からの重量信号に含まれ
た抑制対象の振動（ＡＣ）成分を取り出すバンドパスフ
ィルタ（ＢＰＦ）からなるＡＣ成分抽出手段２７と、重
量を取り出すローパスフィルタからなるＤＣ成分抽出手
段２８とを備え、ここで取り出されたＡＣ成分の逆相分
を、Ｄ／Ａコンバータ２２と増幅器２４とからなる逆相
生成手段２９で生成するように構成されている。

【００１１】ロードセル１は、基台Ｆに固定された固定
部１ａ、上下のビーム部２及びこれらビーム部２を介し
て固定部１ａに支持された可動部１ｂからなる起歪体１
０と、この起歪体１０に取り付けられたブリッジ回路９
とを有している。また、ビーム部２にはノッチ部３が設
けられ、このノッチ部３に対応するそれぞれの表面に歪
ゲージ４が貼り付けられている。歪ゲージ４はブリッジ
回路９に接続されており、このブリッジ回路９を通して
重量信号が増幅器１２に出力される。

【００１２】一方、ロードセルの可動部１ｂには、計量
皿５ａを支持する支柱５ｂがボルトＢで固定されてい
る。この可動部１ｂの下端に電磁石コイル６が固定され
ている。磁界生成手段７は、棒状の永久磁石７ａを有底
筒形のヨークからなる磁気回路７ｂの中心部に同心状に
固定しており、永久磁石７ａの外周面とこれに対向する
磁気回路７ｂの内周面とで囲まれた空間に磁界を生成す
る。この磁界中に電磁石コイル６が配置されている。計
量皿５ａに被計量物Ｍが載置されてロードセル１に荷重
が加わると、ロードセルの可動部１ｂは、図２に示すよ
うに、被計量物の重量値に相当する重量（ＤＣ）成分の
上に、振動（ＡＣ）成分が乗っている状態で自由振動が
持続し、ロードセル１からの重量信号の信号波形に表れ
る。フォースコイル８は、電磁石コイル６にＡＣ成分に
相当する電流を流すことによって電磁力を発生させて、
ロードセルの可動部１ｂの自由振動による移動に制動力
を付加する。

【００１３】以下、この装置の動作について説明する。
まず、図１において、計量皿５ａに被計量物Ｍが載置さ
れると、ロードセル１の可動部１ｂの変位に対応した歪
を歪ゲージ４により検出し、ブリッジ回路９によりこの
歪に比例した被計量物Ｍの重量信号を出力する。この重
量信号には、振動（ＡＣ）成分と重量（ＤＣ）成分が含
まれている。重量信号は、増幅器１２により増幅され、
レベルシフト回路１４，アンチェリアスフィルタ１６を
介してＡ／Ｄコンバータ１８に入力される。レベルシフ
ト回路１４は、風袋荷重分をシフトして、Ａ／Ｄコンバ
ータ２２のレンジを有効に活用するためのものであり、
アンチェリアスフィルタ１６は、Ａ／Ｄコンバータ１８
のサンプリング周波数との関係で一定の周波数以上を除
去して、折り返し誤差を取り除く目的で使用される。

【００１４】重量信号は、Ａ／Ｄコンバータ１８でディ
ジタル変換されて、ＤＳＰ２０のバンドパスフィルタ
（ＢＰＦ）２７とローパスフィルタ（ＬＰＦ）２８に入
力される。バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２７は、周波
数通過帯域が数十Ｈｚ、例えば、２０Ｈｚ〜７０Ｈｚに
設定されており、ＡＣ成分のうち、振動抑制の対象とな
っている周波数帯域のみを通過させて、ＡＣ成分を取り
出す。この振動抑制の対象としては、ロードセル１の振
動を最も効果的に減衰させる周波数帯域が選ばれる。Ｄ
ＳＰ２０は、取り出したＡＣ成分を逆相生成手段２９に
出力すると同時に、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２８を
通過した重量に対応するＤＣ成分をＣＰＵ２６に出力す
る。ＣＰＵ２６は、ＤＣ成分に応じて被計量物Ｍの重量
値を演算する。

【００１５】ここで、ローパスフィルタではなくバンド
パスフィルタ（ＢＰＦ）２７を用いているのは、本装置
は、ロードセル１からの重量信号のうち振動抑制の対象
となっているＡＣ成分だけを取り出して振動抑制に使用
するためで、これにより、重量信号からＡＣ成分を早く
減らすことができ高速計量を図ることができる。

【００１６】そして、取り出されたＡＣ成分は、Ｄ／Ａ
コンバータ２２に入力されてアナログ変換され、増幅器
２４により増幅されたのち、逆相電流として電磁石コイ
ル６に入力される。これにより、電磁石コイル６に、コ
イル６の振動、つまり可動部１ｂの振動を減衰させる方
向に磁気力が作用して、ロードセル１に発生した自由振
動のＡＣ成分を減少させ、ロードセル１の自由振動を抑
制する。こうして、ＤＳＰ２０において重量信号に含ま
れるＡＣ成分を早く減らすことになり、ＣＰＵ２６でＤ
Ｃ成分である重量値の出力が早く得られことから、計量
の高速化が図れる。

【００１７】また、従来の電磁力平衡式はかりのよう
に、ＡＣ成分の電流に加えてＤＣ成分に相当する電流を
フォースコイルに流すと、フォースコイルの発熱が大き
くなるが、この装置は、ＡＣ成分（逆相分）のみを流す
ので電流値も小さくコイルの発熱も大幅に減らすことが
できる。このため、フォースコイル８に、温度依存性が
大きい磁力の強力な希土類のマグネット７ａを使用する
ことができ、装置の小型化を図ることができる。なお、
電磁石コイル６は自由振動の抑制にのみ使用されるの
で、その温度特性は計量値に関係しないので、温度補償
する必要がないし、また、温度補償するとしてもラフな
ものでよい。

【００１８】以上のように、本装置は、ロードセル１か
らの重量信号に含まれるＡＣ成分だけを応答性よく取り
出し、その逆相分の電流を電磁石コイル６に流して、ロ
ードセル１の振動を抑制するので、ＡＣ成分を早く減ら
すことができ高速計量を図ることができる。

【００１９】なお、この実施形態では、振動成分抽出手
段２７に、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を用いている
が、ハイパスフィルタ，ローパスフィルタを併用しても
よい。また、この実施形態では、電磁石コイル６をロー
ドセル１の可動部１ｂ側に取り付けているが、磁界生成
手段７を可動部１ｂ側に取り付ける構成であってもよ
い。

【００２０】なお、この発明は、図１に示した計量装置
を複数設けて、一定の許容範囲内で目標値に近い計量値
の組合せを選択して所望重量の商品を得る組合せ計量装
置に適用してもよい。

【００２１】

【発明の効果】この発明によれば、ロードセルからの重
量信号に含まれた抑制対象の振動成分を取り出し、フォ
ースコイルにその逆相分の電流を流して、ロードセルの
振動を抑制するので、振動成分を早く減衰させることが
でき高速計量を図ることができる。また、従来の電磁力
平衡式はかりのように、フォースコイルに重量信号に相
当する電流を流すのではなく振動成分の逆相分の電流だ
けを流すので、コイルの発熱を大幅に減少させることが
でき、かつ、重量信号は、ロードセルで取り出すため、
マグネットの温度特性は重量精度に影響しないため温度
の影響が大きい希土類系の強力マグネットを使用でき、
装置の小型化を図ることができる。これにより、高速・
高精度な計量装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態に係る計量装置を示す構
成図である。

【図２】自由振動を示す図である。

【符号の説明】

１…ロードセル、１ａ…固定部、１ｂ…可動部、６…電
磁石コイル、７ａ，７ｂ…磁界生成手段、８…フォース
コイル、２７…ＡＣ成分抽出手段、２８…ＤＣ成分抽出
手段、２９…逆相生成手段。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基台に固定される固定部および被計量
   物が負荷される可動部を有し、可動部の変位に対応した
   被計量物の重量を検出して重量信号を出力するロードセ
   ルと、 被計量物の荷重を受けて変位するロードセルの可動部に
   装着されたフォースコイルと、 ロードセルからの重量信号に含まれた、抑制対象の振動
   成分を取り出す振動成分抽出手段と、 取り出された振動成分の逆相分の電流を生成する逆相生
   成手段とを備え、 上記フォースコイルに上記逆相分の電流を流して、ロー
   ドセルの振動を抑制する計量装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 上記振動抽出手段は、抑制対象の振動成分を通過させる
   周波数通過帯域に設定されたバンドパスフィルタである
   計量装置。