JPS63158425A

JPS63158425A - 重量計量装置

Info

Publication number: JPS63158425A
Application number: JP30731586A
Authority: JP
Inventors: Kengo Fukuda; 謙吾福田
Original assignee: Yamato Scale Co Ltd
Current assignee: Yamato Scale Co Ltd
Priority date: 1986-12-22
Filing date: 1986-12-22
Publication date: 1988-07-01
Anticipated expiration: 2010-02-01
Also published as: JPH079376B2

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）この発明は、受皿に被計量物を載置し、直流的な定常状
態（静止状態）になる以前の安定した振動状態下におい
て、被計量物の正確な重量が検出できる重量計量装置（
単に計量装置ともいう）に関する。

（従来技術）一般に、秤等の計量装置には、第５図に示すように、バ
ネ、ロードセル等の弾性体ｌを有する検出部が用いられ
、この弾性体１は、下端が機台２等の固定側に支持され
、上端に受皿３を介してその上に被計量物４をＲ置する
よう構成されている。

ところで、このように構成された計量装置において、受
皿に被計量物を載置し、その被計量物の重量を測定する
場合、自由振動させると、第９図の実線に示すように、
載置の際にその衝撃のピークが生じるとともに振動が重
畳し、載置が完了してはじめて振動の中心変位は一定（
安定した振動状態）に達するが、なお振動は持続する。

このような振動状態を呈する検出値を増幅し、Ａ／Ｄ変
換しても、得られた値は振動的な成分を有して安定しな
いため、正確な重量を得ることができなかった。

このため〈従来、上記構成の計量装置に、被計量物を載
置する受皿と機台側との間に減衰用のダンパーを付設し
、また信号回路あるいは増幅回路に直列にフィルターを
設けるのが一般的であった。

このように、計量装置にダンパーあるいはフィルターを
設は又信号回路あるいは増幅回路に直列にフィルターを
設けると、第９図の一点鎖線に示すような時間的応答を
有する検出値が得られ、所定時間範囲経過後には上記検
出値は直流的な定常状態になり、正確な重量を得ること
ができる。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、上述のように計量装置にダンパーとフィ
ルターを設けても、−ａに、検出値が直流的な定常状態
に達するまでには比較的長い応答遅れを有し、例えば、
高精度且つ高感度の計量装置を得ようとして、それに応
じた強いダンパーと、低周波の有害振動に対して有効な
フィルターを設けても、被計量物の載置完了後一般に０
．６〜１秒程度の時間が必要であった。

また、この場合には、高価なダンパーとフィルターを必
要とし、装置自体もその分天型になるという欠点を有し
ていた。

本発明は、上述のような現況に鑑みおこなわれたもので
、被計量物を受皿にｆ２置しこの被計量物が受皿に対し
相対的に静止した後（載置完了後）、振動が安定した状
態下（第９図Ｔ、以降の状態下）においてその振動のデ
ータを用いて、極短い時間で被計量物の重量を検出でき
る重量計量装置を提供することを目的とする。

（問題を解決するための手段）本発明である重量計量装置は、被計量物を載置した弾性
体が安定した振動状態を呈する状態下において、被計量
物の重量を検出するよう構成された重量計量装置であっ
て、上記重量計量装置が、少なくとも、被計量物の重量が作
用し該重量に合わせて変形する弾性体を備えこの弾性体
の各変位点での変化速度あるいは弾性体の変位を得るた
めのデータを出力する検出部と、この検出部からのデー
タをサンプリング（量子化）するＡ／Ｄ変換部と、時系
列になったＡ／Ｄ変換部からの出力信号から各変位点で
の変化速度の絶対値を得る変化速度算出器、各変位点毎
に上記変化速度の絶対値を積算記憶する積算記憶器、積
算記憶器に記憶されたデータの内から最大値を持つ変位
点を判別しこの変位点の値を被計量物の真価として出力
する極値判別器を有する演算ユニットとを具備すること
を特徴とする。

（作用）しかして、このように構成された本重量計量装置は、検
出部で連続的に検出された弾性体の変化速度あるいは変
位に関する検出値（データ）はＡ／Ｄ変換部で時系列化
され、演算ユニットの、変化速度算出器において時系列
化された検出値から各変位点での変化速度の絶対値が算
出され、積算記憶器でこれらの変化速度の絶対値が各変
位点毎に積算記憶され、極値判別器で上記積算記憶され
たデータの内最大値をもつ変位点が判別される。そして
、この最大値をもつ変位点の値（変位点の位置；弾性体
の変形ｆｉ）が出力される。従って、通常の重量計量装
置においては、この値に弾性体の弾性係数を掛けて、被
計量物の計量値を表示することとなる。

上述のように、最大値となる変位点の値を、定常状態に
おける被計量物による弾性体の変形量とみなすのは、安
定した振動状態下において、振動変位の同じ変位点にお
ける変位速度の絶対値を各変位点毎に積算すると、被計
量物の重量値となる変位点では、弾性体の弾性エネルギ
ーと速度の関係から最も速い速度で通過するためである
。

（実施例）以下、本発明の重量計量装置に用いられている基本的な
考え方である重量検出方法を説明し、続いて実施例であ
る重量計量装置について説明する。

第５図に示す如く、重力の方向を正とする工座標を与え
、計量開始時刻からの時間をｔとすると、モデル化され
たロードセル等の弾性体１を有する計量装置において、
受皿３上に被計量物４が載置され、弾性体ｌに荷重が加
わった場合の振動の変位Ｘ　（ｔ）は、下記の（１）式
で表される。

Ｘ　（ｔ）　＝Ａｃｏｓ　ａｃｔ　＋Ｂｓ１ｎ　ωｔ　
＋Ｐ・・・　（１）ｌの等価バネ定数、Ｍは受皿３の等価質量、ｍは被計量
物４の等価質量、９は重力加速度を表す。

ところで、上記Ｐは定常状態になった際に得られる値で
ある直流成分、ｒＡｃｏｓωｔ＋Ｂｓ１ｎωｔ」は調和
振動成分、ωは振動系の固有振動数である。

いま、第７図の実線に示す振動状態の内で、第６図（ａ
）に示す如き所定時間範囲（Ｔ１．　Ｔ２）　、所定変
位範囲（Ｘｌ、　Ｘ２）について計測すると、上記（１
１式で表される振動Ｘ　（ｔ）は、ある変位点Ｘ、　（
Ｚε〔χｌ、に２〕）を複数回通過する。いま仮に、上
記振動が、変位点りを（Ｔ１．　Ｔ２）内にｎ回通過し
、上記変位点美をｉ回目に通過する時刻をｔ　□：、、
ｔ）、ｉ＝１．・・・、　ｎ　（ｘ４）とすると、下記
の（２）式の如く表される。

）ＣＩ＝Ｘ　（ｔ　（ｒ、＋、　　１）　）　＝Ｘ　（
ｔ　（：ｌＣ１，２））−・・・＝Ｘ　（ｔ　　（：Ｃ
１，ｉ）　）−・・・また、変位点論における振動の速
度は、下記の（３）式の如く表される。

・・・　（３）従って・ｔ　”　１　＊　・ｍｅ、　　ｎ　（工）　・・・　（
４）装置系に依存する単調関数である。）上記（４）式の如く表されるＶｉを工の関数とし、第６
図（ｂ）に示すように各変位点についてＶｉを積算する
と、下記の（５）式が得られる。

Ｆ　（ｘ）　＝　　Σ　Ｖｉ　　（１）　　　・・・　
（５）Ｉ１１上記（１１弐においてＸ　（ｔ）＝Ｐとなるとき、弾性
エネルギーと変位速度との関係より、また減衰振動の場
合には通過する回数が最も多（なることより、変位速度
Ｖｉの積算値（シ、〜Ｖａ（ェ））が極値（第６図（ｂ
）において最大値；Ｆ（１）　、ＡＩ　）をもつことか
ら、極値を求める下記の（６）式を満足するχの４ｆｉ
（＝：ｃｐ）が直流成分となる（第６図（ｂ）参照）。

この直流成分工ｐから、被計量物の重量ｍ　（＝尚、上
記極値は、上述のように変位速度の積算値を表す関数Ｆ
　（ｘ）　ｆ：ｃで微分することにより求めてもよいし
、あるいは各変位点の積算値を単純に比較することによ
り求めてもよい。

本発明にかかる重量計量装置は、上記重量検出方法を利
用しており、以下この計量装置について説明する。

第１図は本実施例にかかるロードセル式の計量装置の検
出部の概略構成を示す構成図、第２図は同計量装置全体
の概略の構成を示すブロック図である。

本実施例にかかる計量装置の検出部ｌＯは、第１図に示
すように、機台１２から突出したロードセル支持台１５
にロードセル１１の固定端側か取着され、このロードセ
ル１１の自由端側には支持枠１６が取着されることによ
り構成されている。また、この支持枠の上端には受皿１
３が取着され、ロードセル１１の自由端側か受皿１３上
の被計量物１４の重量により変位するよう構成されてい
る。

そして、上記検出部１０は、第２図に示すように、電気
的にアンプ２１に接続され、このアンプ２１はＡ／Ｄ　
（アナログデジタル）変換器２２を介して、演算ユニッ
ト３０に接続されている。この演算ユニット３０は、差
分器３１、積算記憶器３２、極値判定器３３を有し、本
実施例では、本演算ユニット３０はこれらの各機能を備
え第４図のフローチャートに示す如き一連の処理を行う
ワンチップのマイクロコンピータで構成されている。

本計量装置においては、検出部で検出された検出値を増
幅するために、検出部と演算処理する演算ユニツｌ−３
０との間にアンプ２１が介装されているが、このため、
本装置においては上述しり（ｌ）式ニオケルＰハＰ＝Ｇ
ｒ５−９トナル。尚、Ｇはアンプ２１のゲインである。

しかして、ロードセル１１により検出部１０で検出され
た振動状態を呈する検出値（変位）ｘｌ（ｔ）　（ここ
でＸｌはＡ／Ｄ変換器の検出部側での検出値を示す）は
、アンプ２１で増幅されて検出値Ｘ　（ｔ）になり、Ａ
／Ｄ変換器２２でデジタル信号に変換され、演算ユニッ
ト３０に伝達される。即ち、連続的に変化するアナログ
値である検出値Ｘ　（ｔ）は、量子化された時系列にな
るので、演算ユニットにおいてはＸ　（ｔ）は整数値、
ｔは正の整数値となっている。いま、このようにデジタ
ル化された検出値をＸｏ（ｔ）とする。

上記（３）、（４）式の微分処理は、差分器３１におけ
る検出値Ｘｓ　（ｔ）　（Ｄ差分処理（Ｘｏ　（ｔ）　
　Ｘ（ｔ−１））で代用されている。また、かかる速度
は、絶対値になるよう処理され、負の速度もその絶対値
が用いられる。

そして、このように差分器３１で得られた刻々の変位速
度（絶対値）は、所定時間範囲（Ｔｌ、Ｔ２〕、所定変
位範囲（Ｘｌ、Ｘ２　）内のものが、各変位点毎に積算
記憶器３２の予め定められたアドレス（ＡＤＤ（ＸＩ）
　〜ＡＤＤ（Ｘ２））ニ積算記憶される（第３図参照）
、所定時間範囲内（ＴＩからＴ２まで）に得られた、積
算記憶器３２内のデータが極値判定器３３によってユそ
のアドレスに記憶されている値（積算値）の内、極値（
本装置においては最大値）を示す変位点Ｘｐが判定され
る。この積算記憶器３２は上述の（５）式を実行し、極
値判定器３３は上述の（６）式を実行することとなる。

そして、上記判定により得られた極値を示す変位点Ｘｐ
が直流成分で、この直流成分χｐから被計量物の重量ｍ
　（＝Ｎ）を検出することができる。なぜなら、弾性エ
ネルギーと速度との関係より、直流成分の変位点を通過
する速度が最も速くなるためである。

本計量装置は、上述のように、比較的簡単な構成でもっ
て、振動状態下においても、被計量物の正確な重量を正
確に得ることができる。また、被計量物の重量を得るた
めのデータは、極短時間の内に多くのデータが得られる
（例えば、計量装置の極振動周波数が２０〜４０サイク
ルとすれば、０．２５秒〜０．５秒間に１０回の振動が
生じ、この間に２０回程度ものデータの採取が可能とな
る）ため、短時間で正確な計量ができる。

尚、上記実施例ではロードセルにより振動の変位を検出
しこの変位から振動の速度を算出しているが、これに代
えて第７図に示すように、弾性体１°に該弾性体の速度
を検出する速度計１１”を付設し、第８図に図示するよ
うに、上記速度計（第８図においては検°出部１０１の
中に含まれている）から得られた検出値（各変位点の位
置と速度）を、アンプ２１Ａ　　’、　２１Ｂ　’、及
びＡ／Ｄ変換器２２Ａ　　’、２２Ｂ”で増幅・サンプ
リング処理して、演算ユニット３０°で所定の処理、即
ち各変位点での変位速度の絶対値を求め、この値を積算
・記憶処理し、極値を判定するよう構成してもよい。

（発明の効果）本発明にかかる重量計量装置によれば、従来正確な計量
が不可能であった、安定した振動状態下においても、正
確な計量が可能になる。しかも、短時間（従来の２〜３
倍の速さ）で計量することができる。従って、従来のよ
うに、弾性体が定常状態になるまで、待つ必要がないた
め、コンベヤ等で移送されるライン上の大量の物を正確
且つ迅速に計測できる。即ち、移送工程において移送し
ている物を計量しなればならない場合、従来この計量工
程でかなりの時間を要し、移送速度がこの計量処理時間
に拘束されていたが、本発明にかかる重量計量装置を用
いれば、移送速度を大幅に向上させることができる。

しかも、変位の信号から得られる情報を積算して被計量
物の質量を検出しているので、平均値が０の外乱に対し
て計量誤差が発生しにくい。

また、比較的簡単な構成よりなるため、実施化が容易で
あり、重量検出処理に要する時間が短くて済み且つ高い
信幀性が期待できる。

また、本発明にかかる重量計量装置によれば、実施に際
し、従来の重量計量装置の如き、減衰用のダンパーが不
要になるため、大幅に生産原価を低減することができ、
且つ粘性抵抗要素がなくなるので、急激に被計量物を積
載した時に生じる衝撃が計量誤差として残ることがなく
、また装置の小型化も可能となる等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例にかかるロードセル式の計量装置の検
出部の概略構成を示す構成図、第２図は同計量装置全体
の概略構成を示すブロック図、第３図は各変位点と積算
記憶装置のアドレスとの関係を示す図、第４図は演算ユ
ニット内の処理プロセスを示すフローチャート、第５図
は計量装置の概略構成をモデル化した構成図、第６図（
ａ）、　（ｂ）は第５図の構成を有する計量装置におけ
る変位と時間及び変位と変位速度の関係を表した線図、
第７図は速度計を弾性体に付設した形式の実施例を示す
検出部の構成を示す構成図、第８図は第７図に示す実施
例における全体の構成を示すブロック図、第９図はばら
ものを落下させたときの種々の振動の状態を示す線図で
ある。１１・・・ロードセル（弾性体）、１０・・・検出部、
２２・・・Ａ／Ｄ変換器、３１．・・・差分器（変位速
度算出器）、３０・・・演算ユニット、３２・・・積算
記憶器、３３・・・極値判定器、。

Claims

【特許請求の範囲】

被計量物を載置した弾性体が安定した振動状態を呈する
状態下において、被計量物の重量を検出するよう構成さ
れた重量計量装置であって上記重量計量装置が、少なく
とも、被計量物の重量が作用し該重量に合わせて変形す
る弾性体を備えこの弾性体の各変位点での変化速度ある
いは弾性体の変位を得るためのデータを出力する検出部
と、この検出部からのデータをサンプリングするＡ／Ｄ
変換部と、時系列になったＡ／Ｄ変換部からの出力信号
から各変位点での変化速度の絶対値を得る変化速度算出
器、各変位点毎に上記変化速度の絶対値を積算記憶する
積算記憶器、積算記憶器に記憶されたデータの内から最
大値を持つ変位点を判別しこの変位点の値を被計量物の
真値として出力する極値判別器を有する演算ユニットと
を具備することを特徴とする。