JPH10104045A - 電子天びん - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ビームの変位を検出するための変位センサの
取り付け位置が多少ずれていても、その取り付け位置に
自動的に適応してビームを水平な姿勢で平衡させること
のできる電子天びんを提供する。 【解決手段】 ビーム２を平衡状態に制御するためのサ
ーボ機構１０として目標値を設定できる構成のものと
し、その目標値として種々の値を仮設定したときの平衡
電流量の大きさに基づき、ビーム２を水平な姿勢で平衡
させ得る値を記憶して、以後、その値をサーボ機構１０
に供給すべき目標値として設定することで、変位センサ
３の取り付け位置のずれ分を目標値によりキャンセルす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電磁力平衡型の電子
天びんに関する。

【０００２】

【従来の技術】電磁力平衡型の電子天びんにおいては、
一般に、皿に係合するビームに電磁力発生装置による電
磁力を作用させるように構成するとともに、ビームの変
位を変位センサで検出し、その変位検出結果が０となる
ように電磁力発生装置のコイルに供給する電流量をサー
ボ機構によって制御することにより、皿に作用する荷重
に抗してビームを平衡させると同時に、その平衡させる
に要した電流量から皿に作用する荷重の大きさ、つまり
計量値を算出するように構成されている。

【０００３】ここで、ビームの平衡位置、つまり変位セ
ンサによる変位検出結果が０となるビームの姿勢は、外
乱振動に伴うビームの振れに起因する計量値の変動が、
ビームの平衡点に相当する値の両側で対称となることが
好ましいことから、一般には水平に設定される。

【０００４】すなわち、ビームは支点を中心として回動
自在に支承され、その支点からそれぞれに固有の距離だ
け離れた位置に、鉛直方向に作用する被測定荷重の負荷
点と、同じく鉛直方向に作用する電磁力の作用点が設け
られるのであるが、ビームの姿勢が水平から逸脱すれば
するほど、これらの力によって支点を中心としてビーム
に作用するトルクが小さくなる。

【０００５】ビームが水平な姿勢で平衡状態となるよう
に設定されていると、ビームは水平な姿勢を中心として
振れるため、ビームが振れている状態でコイルに流れる
電流量は平衡点に相当する電流量を中心に対称に変動
し、その平均値は平衡点に相当する電流量に一致する。

【０００６】一方、ビームが水平でない姿勢で平衡状態
となれば、ビームは水平でない姿勢を中心として振れる
ため、その振れの範囲内でビームが水平に近づくほど、
被測定荷重並びに電磁力によりビームに作用するトルク
は大きくなるが故に、ビームが振れている状態でコイル
に流れる電流量は、平衡点に相当する電流量を中心とし
て対称とはならない。従って、このような状態で電流量
を平均化しても、その平均値は平衡点に相当する電流量
を正しく表さず、その平均値を基に換算した計量値には
僅かではあるが誤差が含まれることになる。

【０００７】以上のことから、ビームが水平な姿勢で平
衡状態となるように設定することにより、外乱振動の大
きな環境下においても正確な計量値を表示することがで
き、従って外乱振動に強い電子天びんが得られ、また、
応答性を向上させるべくサーボ機構のフィードバック量
を大きくとることにより、過渡的なビームの振動が比較
的長い時間にわたって発生しても、その間の計量値は正
確なものとなるため、高精度でしかも応答性の良好な電
子天びんが得られる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
にビームが水平な姿勢で平衡状態となるようにするため
には、変位センサの設計上の配設位置を、ビームが水平
になっている状態においてその変位検出結果が０となる
ような位置とすればよい。

【０００９】しかし、変位センサの天びん機構への組み
込み時において、ビームが水平な状態で変位検出結果が
０となるような位置に厳密に変位センサを取り付けるこ
とは容易ではなく、全ての製品についてそのような保証
をすることは実質的に極めて困難である。

【００１０】本発明はこのような実情に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、ビームの姿勢が水平
でない状態で、そのビームの変位検出結果が０となるよ
うな位置に変位センサを取り付けても、そのセンサの取
り付け位置に自動的に適応して、ビームが水平な姿勢で
平衡状態となり、もって変位センサの取り付け位置を厳
密に規定することなく、外乱振動に強く、かつ、高応答
の電子天びんを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの構成を、実施の形態を表す図１を参照しつつ説明す
ると、本発明の電子天びんは、皿１に係合するビーム２
の変位を検出する変位センサ３と、その変位センサ３の
出力に基づき、皿１に作用する荷重に抗してビーム２を
平衡させるべく電磁力発生装置４のコイル４１に供給す
る電流量を制御するサーボ機構１０を備え、その電流量
に基づいて計量値を求める電子天びんにおいて、サーボ
機構１０を、設定された目標値ｓに対して変位センサ３
による変位検出値ｄが一致するようにコイル４１に供給
する電流量を制御するように構成するとともに、複数の
仮目標値を記憶する仮目標値記憶手段７３と、指令の発
生によりその各仮目標値をサーボ機構１０の目標値とし
て順次仮設定しつつ、その各仮設定状態においてコイル
４１に流れる電流量に基づいて、最適な値を算出し真の
目標値とする目標値算出手段７４と、その算出された真
の目標値を記憶して、以後、その記憶内容をサーボ機構
１０に設定目標値ｓとして供給する目標値記憶手段７５
を備えていることによって特徴づけられる。

【００１２】本発明は、ビーム２の変位検出結果が０と
なる位置で単純にビーム２の平衡状態とはせず、設定さ
れた目標値ｓとビーム２の変位検出結果ｄが一致した状
態で平衡状態となるように、サーボ機構１０を目標値が
設定できる構成とするとともに、変位センサ３の取り付
け位置のずれ分を、その目標値の値を適宜に設定するこ
とによってキャンセルするとともに、その目標値の設定
を自動的に行うことにより、所期の目的を達成しようと
するものである。

【００１３】すなわち、例えばキー操作によって指令を
与えることにより、仮目標値記憶手段７３に記憶されて
いる複数の仮目標値が、順次、サーボ機構１０の目標値
に仮設定される。この各仮設定状態においては、サーボ
機構１０の作用によってビーム２は互いに異なる姿勢で
平衡状態となるように制御される。この各仮設定状態で
は、ビーム２の平衡状態における姿勢の相違により、皿
１に対して作用している荷重が一定であっても、コイル
４１に流れる電流量（平衡電流量）は後述するように異
なる値を示し、その電流量に基づいて、各仮目標値のな
かから、平衡状態におけるビーム２の姿勢を水平とする
ことのできる、もしくは水平に最も近くすることのでき
るもの、つまり真の目標値を自動的に算出することがで
きる。このように算出された真の目標値を記憶して、以
後、サーボ機構１０の目標値ｓとして供給すれば、変位
センサ３の取り付け位置に関わらず、ビーム２は水平も
しくは水平に極めて近い状態で平衡する。

【００１４】次に、皿１に作用する荷重が一定の状態に
おいて、ビーム２の平衡状態における姿勢の相違による
平衡電流量の変化について述べる。皿１に作用する荷重
が一定の状態においては、その荷重に抗してビーム２を
平衡させるに要する電流量と、ビーム２の平衡状態にお
ける姿勢との関係は、荷重の負荷点と電磁力の作用点の
位置関係によっても相違するが、前記したトルクの変化
に起因して、例えば図２にＡで示す通り、同じ型式の電
子天びんでは略一定となり、この例では、ビーム２の平
衡状態における姿勢が水平である場合において、ビーム
２を平衡させるに要する力が最大となり、従ってこの場
合における平衡電流量が最大となる。ここで、ビーム２
の姿勢は、天びん機構のビーム２の支持系がビーム２に
与えるバネ力にも影響を及ぼし、そのバネ力の変化に起
因しても、ビーム２を平衡させるに要する力ないしは電
流量は変化する。このバネ力の変化に伴う平衡電流量と
ビーム２の姿勢との関係についても、同じ型式の電子天
びんでは略一定であり、例えば図２にＢで示す通りとな
る。これらのことから、皿１に一定の荷重を負荷した状
態において、平衡状態におけるビームの姿勢を種々に変
化させたとき、その計量値は図２におけるＡとＢの影響
を重畳したＣで示すように変化する。

【００１５】従って、一定荷重の負荷状態、例えば無負
荷状態において、あらかじめ図２Ｃに例示される関係、
つまり平衡状態におけるビーム２の姿勢と、ビーム２を
平衡させたときの計量値の総合的な関係を求めておけ
ば、その荷重の負荷状態においてサーボ機構１０に対す
る目標値を種々に変化させて仮設定しつつ、その各仮設
定状態における計量値を読み込むことによって、ビーム
２を水平な姿勢で平衡させることのできる目標値を自動
的に算出することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態の構成
図で、機械的構成を示す模式図と電気的構成を示すブロ
ック図とを併記して示す図である。

【００１７】被測定荷重を負荷するための皿１は、支点
２ａを中心として回動自在のビーム２の一端部に支承さ
れている。ビーム２の他端部には変位センサ３が配設さ
れており、この変位センサ３によってビーム２の回動変
位が検出される。また、ビーム２には、支点２ａを挟ん
で皿１と反対側にフォースコイル４１が固着されてお
り、そのフォースコイル４１は磁気回路４２が作る静磁
場中に配置されており、これらによって電磁力発生装置
４を構成している。すなわち、フォースコイル４１に電
流を流すことによって電磁力が発生し、その電磁力は被
測定荷重に抗してビーム２を平衡させるべく作用する。

【００１８】変位センサ３によるビーム２の変位検出信
号は、アンプ５、Ａ−Ｄ変換器６を経てデジタル変位検
出データｄとして、数ｍｓｅｃ程度の微小時間ごとに刻
々とデジタル演算装置７に取り込まれる。

【００１９】デジタル演算装置７は、後述する目標値デ
ータｓから変位検出データｄを減算する比較部７１と、
その比較部７１からの出力を偏差データεとして取り込
み、その偏差データεに対してデジタル演算によって比
例（Ｐ）・積分（Ｉ）・微分（Ｄ）の各演算処理を施す
ＰＩＤ演算部７２と、あらかじめ設定された複数の仮目
標値を記憶する仮目標値記憶部７３と、指令が供給され
ることにより、後述する手法によって上記の各仮目標値
のなかから最適のものを算出する目標値算出部７４と、
その算出された目標値を記憶し、以後、その値を比較部
７１に対して目標値データｓとして供給する目標値記憶
部７５と、刻々のＰＩＤ出力を公知の手法によって平均
化して、質量値に換算する計量値算出部７６によって構
成されている。

【００２０】そして、ＰＩＤ演算部７２からのＰＩＤ出
力は、Ｄ−Ａ変換器８によってアナログ化された後、パ
ワーアンプ９により電流量に変換され、電磁力発生装置
４のフォースコイル４１に流され、そのフォースコイル
４１に流れる電流によって生じる電磁力が、皿１に作用
する荷重に抗してビーム２を平衡させる。すなわち、変
位センサ３からデジタル演算装置７を経てフォースコイ
ル４１に到るループによってデジタルサーボ機構１０が
構成され、そのデジタルサーボ機構１０は、比較部７１
に供給される目標値データｓに対して変位センサ３によ
るビーム２の変位検出データｄが一致するように、フォ
ースコイル４１に流れる電流量を制御して、ビーム２が
平衡状態を維持するように動作する。

【００２１】ここで、図１においては、デジタル演算装
置７を各機能ごとにブロック図で示しているが、実際に
はマイクロコンピュータとその周辺機器、並びにこれら
の各機能を実行するためのプログラムによって構成され
る。ここで、仮目標値記憶部７３についてはＲＯＭによ
り、また、目標値記憶部７５については不揮発性ＲＡＭ
等によって構成される。

【００２２】さて、目標値算出部７４は指令が供給され
ることによって動作を開始するが、その指令は、例えば
当該電子天びんに対して感度較正指令を与えたときに、
感度較正動作の直前に、従って無負荷状態において自動
的に発生するように構成される。

【００２３】この指令が供給されたとき、目標値算出部
７４では、まず、仮目標値記憶部７３内の複数の仮目標
値を順次比較部７１に対して目標値データｓとして仮に
設定していく。その各仮設定状態において、デジタルサ
ーボ機構１０はそれぞれの仮目標値と変位検出データｄ
とが一致するようにフォースコイル４１に流れる電流量
を制御して、ビーム２を平衡させるように動作する。従
ってこの各仮設定時においては、ビーム２の平衡状態に
おける姿勢が、仮設定された目標値データｓの大きさに
応じて種々に変化することになる。この各仮設定時にお
いてビーム２を平衡させるべくフォースコイル４１に流
れる電流量、従ってＰＩＤ演算部７２からのＰＩＤ出力
の大きさは、ビーム２の平衡状態における姿勢の変化に
起因する荷重負荷点等の支点２ａからの水平距離の変化
に伴って変化することになるが、目標値算出部７４で
は、この各仮設定時におけるＰＩＤ出力を取り込んで、
各仮目標値のなかから、ビーム２を水平または水平に最
も近い姿勢で平衡させることのできる真の目標値を算出
する。

【００２４】すなわち、目標値算出部７４に、無負荷状
態においての、ビーム２の平衡状態における姿勢と、ビ
ーム２をその平衡状態に維持するために必要な電流量と
の関係、つまり前記した図２にＣで示されるような関係
をあらかじめ記憶させておけは、各仮目標値を目標値と
して仮設定したときのビーム２の平衡状態におけるＰＩ
Ｄ出力から、ビーム２が水平または水平に最も近い状態
で平衡させ得る目標値、つまり真の目標値を算出するこ
とができる。

【００２５】以上のようにして算出された真の目標値は
目標値記憶部７４に格納され、以後、その目標値記憶部
７４に格納された値が目標値データｓとして比較部７１
に供給される。

【００２６】従ってこの状態では、変位センサ３の取り
付け位置が設計上の位置からずれていても、デジタルサ
ーボ機構１０は常にビーム２が水平ないしはそれに極め
て近い姿勢で平衡状態となるようにフォースコイル４１
に供給すべき電流量を制御する。この状態では、外乱振
動があってもビーム２は水平の平衡状態を中心に上下に
振れ、ＰＩＤ出力はビーム２の水平な平衡状態に相当す
る値を中心に大小均等に変動するから、そのＰＩＤ出力
を平均化して換算された計量値は、外乱振動の影響を受
けにくい正確なものとなる。また、このようなビーム２
を水平な姿勢で平衡させ得る目標値データｓの設定状態
においては、サーボ機構１０のフィードバック量を大き
くとって応答性を向上させることに伴い、特に過渡状態
においてビーム２の振れがある程度大きくなっても、そ
の振れに伴うＰＩＤ出力の変動は上記と同様にビーム２
の平衡状態に相当する値を中心に大小均等に変動するか
ら、計量値には殆ど誤差が含まれない。

【００２７】ここで、本発明は、アナログサーボ機構に
より動作する電子天びんにも適用可能であるが、以上の
実施の形態のようにデジタルサーボ機構を備えた電子天
びんに本発明を適用することにより、殆どハード上の構
成要素を追加することなく、ソフト上の改良によって極
めて容易に本発明を実用化できるという利点がある。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、天びん
ビームを平衡させるためのサーボ機構として、設定され
た目標値とビームの変位検出結果とが一致する構成のも
のを採用し、そのサーボ機構に供給すべき目標値として
複数の値を仮設定するとともに、その各仮設定時におけ
る平衡電流量の大きさに基づいて、ビームを水平な姿勢
で平衡させることのできる値を自動的に算出して記憶
し、以後、その選択・記憶された値をサーボ機構に対し
て目標値として供給するから、変位センサの取り付け位
置が多少ずれていても、目標値によってそのずれ分がキ
ャンセルされてビームは常に水平な姿勢で平衡する。従
って本発明によれば、変位センサの取り付け位置を厳密
に規定することなく、外乱振動に強く、かつ、応答性を
向上させても正確な計量値を表示することのできる電子
天びんが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の構成図で、機械的構成を
示す模式図と電気的構成を示すブロック図とを併記して
示す図

【図２】天びんビームの平衡状態における姿勢と、一定
荷重の負荷下での平衡電流との関係例を示すグラフ

【符号の説明】

１ 皿 ２ ビーム ３ 変位センサ ４ 電磁力発生装置 ４１ フォースコイル ７ デジタル演算装置 ７１ 比較部 ７２ ＰＩＤ演算部 ７３ 仮目標値記憶部 ７４ 目標値算出部 ７５ 目標値記憶部 ７６ 計量値算出部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 皿に係合するビームの変位を検出する変
   位センサと、その変位センサの出力に基づき、上記皿に
   作用する荷重に抗して上記ビームを平衡させるべく電磁
   力発生装置のコイルに供給する電流量を制御するサーボ
   機構を備え、その電流量に基づいて皿に作用する被測定
   荷重の大きさを求める電子天びんにおいて、上記サーボ
   機構は、設定された目標値に対して変位センサによる変
   位検出値が一致するように上記コイルに供給する電流量
   を制御するように構成されているとともに、複数の仮目
   標値を記憶する仮目標値記憶手段と、指令の発生により
   その各仮目標値をサーボ機構の目標値として順次仮設定
   しつつ、その各仮設定状態における上記電流量に基づい
   て、最適な値を算出し真の目標値とする目標値算出手段
   と、その算出された真の目標値を記憶して、以後、その
   記憶内容をサーボ機構に設定目標値として供給する目標
   値記憶手段を備えていることを特徴とする電子天びん。