JPS6378023A - 電子天びん - Google Patents

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〉 本発明は電子天びんに関し、特に、液体や粉体等のはか
り取り作業に適した電子天びんに関する。

〈従来の技術〉 電子天びんにおいては、−ａに、荷重センサからの荷重
信号から、振動等の外乱によるノイズを除去するために
、アナログもしくはデジタルフィルタが常用される。

第５図に従来の電子天びんの構成例を示す。この例はデ
ジタルフィルタを用いた例で、荷重センサ１１による検
出信号はアンプ１２．Ａ−Ｄ変換器１３を経てデジタル
フィルタ１４に導かれ、ここでノイズ成分が低減され、
演算部１５において荷重値に換算されて表示部１日に表
示される。なお、アナログフィルタを用いる場合には、
Ａ−Ｄ変換器１３の前段に挿入される。

以上の構成において、第６図（ａ）に示すようなステッ
プ状の荷重変化があったとき、荷重センサ１１の出力信
号は通常同図（ｂ）に示すような応答波形となる。これ
をフィルタ１４に通すと、このフィルタ１４の出力信号
は、フィルタ１４の時定数が大きいときは同図（Ｃ１に
示すように変化し、時定数が小さいときには同図（ｄｌ
に示すように変化する。すなわち、フィルタ４の時定数
が大きいと応答時間が長く、小さくすれば短かくできる
。

一方、第７図（ａｌに示すような外部振動等の外乱が存
在すると、荷重センサ１１の出力信号は同図（ｂ）に示
すような波形となるが、このとき、フィルタ１４の出力
信号は、時定数が大きい場合には同図（Ｃ）、小さい場
合には同図＋ｄ＋に、それぞれ示すようになる。すなわ
ち、時定数が大きければ外乱に強く、小さければ外乱に
弱くなる。

以上のことから、外乱があっても表示が安定するようフ
ィルタ時定数を設定すると、表示の応答が遅くなり、逆
に表示の応答が速くなるようフィルタ時定数を設定する
と、わずかな外乱でも表示値が大きく変化してしまうこ
とになる。

そこで、高速応答で、かつ、高安定の表示を得ることを
目的として、第５図における演算部１５に入るデータ、
すなわちフィルタ１４の出力が、ある変動幅ＩＷ、ｌ内
に入っているときにはフィルタ１４の時定数を大きくし
て表示を安定させ、別の変動幅１ｗ、ｌ　　（１ｗ２　
ｌ＞１ｗ、ｌ）を超えた場合にはフィルタ１４の時定数
を小さくして、大きな荷重変動が生じたときの応答性を
高めるという手法が既に実用化されている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところが、上述のような手法では、一旦フィルタ時定数
が大きくなると、荷重変動幅がＩＷ２１を越えるような
荷重変化に対しては自動的に時定数が小さくなって高速
に表示が応答するものの、ＩＷ２１を越えない比較的小
さな荷重変動があっても、時定数が変更されず、表示の
応答性は悪いままとなる。このことは、例えば液体や粉
体の定量はかり取り作業において、大きな欠点となる。

すなわち、この種の作業においては、はかり取り目標値
に表示値が近づくと、作業者は自然と投入ペースを低下
させる、いわゆる「チョビのせ」作業を行うが、この「
チョビのせ」時において荷重変動がＩＷ２１を越えない
ときがしばしばあって、表示値の応答が悪く、作業能率
が著しく低下してしまう。

以上の現象を解消するために、ＩＷ２１を小さく設定す
ると、結局、わずかな外乱によってデータの変動量がｌ
Ｗ、ｌを越え、時定数が小さくなって外乱に対して弱い
天ぴんとなってしまう。

また、前述の手法においては、演算部１５に入るデータ
が例えばＩＷ、ｌ　　（ＩＷ３１＜ＩＷ、　　１）内に
収まっており、安定していると判断したときに、オペレ
ータに表示値の読み取りを許可すべく、安定インジケー
タを設けてこれを点灯する等の手法がしばしば採用され
るが、この安定インジケータ点灯の判断基準となる変動
幅ＩＷ３１も、あまり小さく設定するときわめてわずか
な外乱の存在によって殆んど点灯されない状態となって
しまうので、ある程度の大きさを必要とする。その結果
、安定インジケータが点灯しているにも拘らず、１力ウ
ント程度の表示値変化が発生することもあった。

本発明は上記諸問題点を一挙に解決すべくなされたもの
で、外部振動等の外乱に対してはその大小に拘らず表示
値が安定し、しかも、定量はかり取りの際の「チョビの
せ」時等の、実際の荷重センサへの負荷変動に対しては
、表示値が高速に応答することのできる、電子天びんの
提供を目的としている。

く問題点を解決するための手段〉 上記目的を達成するための構成を、実施例に対応する第
１図を参照しつつ説明すると、本発明は、荷重センサ１
と、この荷重センサ１からの荷重信号のノイズを除去す
るノイズフィルタ４とを有し、このノイズフィルタ４の
出力信号に基づいて荷重値を算出して表示する天びんに
おいて、ノイズフィルタ４が、荷重信号を入力する第１
のフィルタ４１と、時定数可変の第２のフィルタ４２と
、第１のフィルタ４１の出力信号を導入する判定部４３
からなり、第１のフィルタ４１の出力値が、あらかじめ
設定された所定の時間間隔の開始時点（Ｔｏ）から終了
時点（Ｔ１）に至るまで、開始時点（Ｔｏ）における値
に比して同方向に偏在しているか否かを判定し、同方向
に偏在しているときに限り、第２のフィルタ４２の時定
数を小さい側に変化させることにより、当該ノイズフィ
ルタ４の時定数を小さくするよう構成したことによって
特徴づけられる。

〈作用〉 いわゆる「チョビのせ」時における荷重センサ１の出力
波形は第２図（ｂ）に示すような形状となり、外乱発生
時の出力波形は第３図（ｂｌに示すような形となる。本
発明のポイントは、この両者の波形の明らかな相違に着
目して、荷重信号の変化がこれら両者のいずれに起因す
るものであるかを識別する点にある。

すなわち、ある一定の時定数を存する第１のフィルタ４
１の出力信号は、「チョビのせ」時等にみられるステッ
プ状の荷重変化に対しては第２図ｆｃ）に示すような波
形に、また外部振動等の外乱の作用に対しては第３図（
Ｃ１に示すような波形となるが、この出力値を監視し、
所定の時間間隔の開始時点Ｔ０から終了時点Ｔ、に至る
まで、第２図（Ｃ１に示すように、Ｔｏにおける値に比
して他の刻々の値が同方向に偏在しておればステップ状
の荷重変化、第３図（Ｃ）に示すように偏在していなけ
れば外乱の作用と、それぞれ判定可能である。そこで、
この判定結果に基づいて、ステップ状の荷重変化があっ
たときに限り、第２のフィルタ４２の時定数を小さくし
てノイズフィルタ４全体としての時定数を小さくするこ
とにより、表示値は「チョビのせ」に対して迅速に応答
し、外乱に対しては安定する。

〈実施例〉 本発明の実施例を、以下、図面に基づいて説明する。

第１図は本発明実施例の構成を示すブロック図である。

この実施例は、第１および第２のフィルタ４１および４
２のいずれをもデジタルフィルタで構成した例を示して
いる。

荷重センサ１の出力信号はアンプ２．Ａ−Ｄ変換器３を
経て、ノイズフィルタ４を通って演算部５に導かれる。

演算部５は、ノイズフィルタ４の出力信号を荷重値に変
換して表示部６に表示する。

ノイズフィルタ４は、Ａ−Ｄ変換器３の出力を入力する
第１のフィルタ４１と、この第１のフィルタ４１の出力
を入力する時定数可変の第２のフィルタ４２．および第
１のフィルタ４１の出力から後述の判定を行い、その判
定結果に基づいて第２のフィルタ４２の時定数の変更を
指示する判定部４３から成っている。

第２のフィルタ４２の時定数を変更する手法としては、
例えば次の２つの手法がある。

その１つは、第２のフィルタ４２の処理式として、例え
ば、 Ｙ、ｌ＝１／２　Ｙｎ−＋　＋１／４　−　（Ｌ、　十
Ｘ、、−＋　）　−（４）ｙ、　＝３／４　Ｙ、−、＋
１／８　　・（Ｘｎ　　＋Ｘｎ−１）　　・−（２）の
２つの式を設定して、時定数を小さくするときは（１）
式を、時定数を大きくするときは（２）式を選択する方
法である。なお、Ｙｎはこれから出力すべき第２のフィ
ルタ４２の出力値、Ｙ、、は前回の第２のフィルタ４２
の出力値、Ｘ、は最新の第１のフィルタ４１の出力値、
Ｘｌ−１はその直前の第１のフィルタ４２の出力値で、
以下、同じである。

他の手法としては、例えば第２のフィルタ４２の処理式
として、上述の（２）式のみを設定しておき、判定部４
３による判定結果が時定数を小さい側に変更する旨の結
果であるときに限り、（２）式の旧項、すなわちＹ、、
とＸｌ−３とを、最新の第１のフィルタ４１の出力値Ｘ
、ｌに置換することにより、Ｙ、＝Ｘ、　　　　　　・
−（３） として、第１のフィルタ４１のその時点における出力値
を第２のフィルタ４２の初期値とする方法である。この
後者の方法では、表示が高速に応答すべき、大きな荷重
変化の発生時に演算時間を短かくすることができ、より
好適である。

次に、判定部４３における動作について説明する。

判定部４３においては、「チョビのせ」等による荷重の
ステップ状の変化と、外部振動等の外乱による変化とを
識別するわけであるが、先に述べた従来のｌＷｌ　１．
ＩＷ、１等の変動幅による判定が、荷重信号の、ある値
を中心としての±ＩＷ２１等の、量の変化のみによる判
定であるのに対して、本発明の判定部４３では、変化の
方向についてもフィルタ時定数の変更要否の判定材料と
して用いている。以下、第２図および第３図を参照しつ
つ、判定部４３における判定動作を詳述する。

第２図（ａ）は「チョビのせ」時においてよくみられる
ステップ状の荷重変化を示すグラフで、このときの荷重
センサ１の出力信号は同図（ｂ）に示すような波形とな
り、更に第１のフィルタ４１を通ると同図（Ｃ）に示す
ような波形となる。この第１のフィルタ４１の出力は、
荷重信号をＡ−Ｄ変換している関係上、一般的に時間的
には離散的な存在となる。つまり、例えば１０ｍ５ｅｃ
ごとの荷重データとなる。判定部４３においては、この
荷重データの到来ごとに、あらかじめ設定された所定の
時間間隔、例えば０，１ｓｅｃを区切って、その間に到
来したデータについて以下に示すような判定を行う。

最新のデータの到来時刻をＴＩ、その時刻Ｔ。

から０．１ｓｅｃ前の時刻をＴ。とすると、Ｔ０〜Ｔ１
間には、０．１ｓｅｃ　／　０．０１ｓｅｃ＝　１０個
のデータが到来していることになる。今、Ｔｏにおける
データをＸｏとし、ｌＱｍｓｅｃごとに順次Ｘ　Ｉ　＋
　ｘ２　’−’のデータが入ってＴ、におけるデータを
Ｘ、とする。

第２図（Ｃ）から明らかなように、「チョビのせ」によ
るステップ上の荷重変化時には１ ８．≧Ｘｏ　　　　　　　　　　　　−・・（４）ここ
で、ｉ＝１．２．−・・９ ｘ、Ｉａｘｏ　　＋ε　　　　　　　　−・（５）ここ
で、ｊ＝１〜９の少くとも１つの数、ε＝所定の大きさ
の定数 が同時に成立する。

判定部４３ではこの（４１，（５１式が同時に成立した
ときに、第２のフィルタ４２の時定数を小さくする旨の
指令を出し、例えば前述したようにその時点における第
１のフィルタ４１の出力値を第２のフィルタ４２の初期
値とする。このときの第２のフィルタ４３の出力波形は
第２図（ｄ）に実線で示す通りとなる。ちなみに、第２
のフィルタ４２の時定数を大きいままにしておいたとき
には、その出力波形は破線で示した通りとなり、最終値
に到達するまでの時間、つまり応答速度はこの時定数の
変更により大幅に向上する。

一方、第３図（ａ）は外部振動等の外乱により荷重セン
サ１に作用する力の波形図で、このときの荷重センサ１
の出力は同図（ｂ）に示すような波形となり、第１のフ
ィルタ４１を通すと同図（Ｃ）に示すような波形となる
。この第３図（Ｃ）に示す信号波形上の１０〜１３間の
データＸｏ”’Ｘｑに関して、前述した（４）、　＋５
）式が同時に成立する確率は殆んどゼロとなる。特に、
第４図に示すように、Ｔ０〜Ｔ。

間の時間を、外乱による荷重センサ１の振動の周期の１
７２以上に設定しておけば、（４）、　（５１式の同時
成立の可能性はゼロとなる。電子天びんにおける荷重セ
ンサは、一般に、固有振動数を有しており、外乱の作用
による振動の周期はその固有振動数に対応する周期で殆
んど一定していることが多い。

従って、Ｔ０〜Ｔ１間の時間を荷重センサ１の固有振動
周期の１７２以上に設定しておけば、ステップ状の荷重
変化と外乱とを、（４）、　（５１式の同時成立／不成
立の判定により、確実に識別することができる。

以上のように、　＋４１．　（５）式が同時に成立しな
いときには、第２のフィルタ４２に時定数を小さくしな
い旨の指令を与える。このときの第２のフィルタ４２の
出力信号は、その時定数が大きい状態であるから、第３
図（ｄ）に示すようになり、外乱を確実に除去できる。

なお、（４）、　（５１式は、荷重が加えられた場合の
判定式であるが、逆に、荷重センサ１に負荷されている
液体等をスポイト等で減量する場合もあるから、 Ｘｉ　　≦Ｘ（１−（４１’ ｉ＝ｔ、２．　−・−９ Ｘ、≦ｘ（、−・・（５）′ ｊ＝１〜９の少なくとも１つの数、 ε＝所定の大きさの定数 の同時成立の是非も、同時に判別するのが妥当である。

以上の実施例では、第１．第２のフィルタをいずれもデ
ジタルフィルタで構成したが、これらをいずれも、もし
くはいずれか一方を、アナログフィルタで構成し得るこ
とは勿論である。ただし、少くとも第２のフィルタがデ
ジタルフィルタである場合には、その時定数の変更処理
をマイクロコンピュータによって行い易く、より望まし
い。

また、第１、第２のフィルタは必らずしも直列に接続す
る必要はなく、第１、第２のフィルタに荷重信号を並列
に導入して第１のフィルタの出力の判定に基づいて第２
のフィルタの時定数を変更しても良いが、この場合、第
１のフィルタは判定専用のフィルタとなって合理的でな
い。直列に接続することにより、第２のフィルタの時定
数をより小さくでき、また、第１のフィルタがデジタル
フィルタである場合には、桁落ちを防ぐための計算用の
メモリエリアを設定する必要がな（、使用メモリ領域の
節減を計れる。

更に、第１のフィルタは、例えば単なる移動平均処理で
あってもよい。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、荷重センサから
の荷重信号を入力してノイズを除去するためのノイズフ
ィルタを、荷重信号を入力する第１のフィルタと、時定
数可変の第２のフィルタと、第１のフィルタの出力信号
を導入する判定部とで構成し、第１のフィルタの出力信
号が、あらかしめ設定された所定の時間間隔において、
その開始時点Ｔ０における値ｘ０に比して、同方向に偏
在しているときに限り、第２のフィルタの時定数を小さ
い側に変化させて、ノイズフィルタ全体としての時定数
を小さくするよう構成したから、従来のように荷重デー
タの変化の量のみによってフィルタ時定数を変更するの
ではなく、変化の方向をも荷重変化／外乱の識別用の材
料として採用したから、「チョビのせ」等によるわずか
な荷重変化に対しても高速にその表示が応答し、しかも
、外乱に対してはこれを確実に除去して安定した表示を
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の構成を示すブロック図、第２図
、第３図および第４図はそれぞれその作用説明図、 第５図は従来の電子天びんの構成例を示すブロック図、 第６図および第７図はその作用説明図である。 １・−・荷重センサ　　　　２−・・アンプ３−Ａ　−
Ｄ変換器　　　４−・−ノイズフィルタ４１−・第１の
フィルタ　４２−第２のフィルタ４３−判定部　　　　
　　５・−・演算部６−・−表示部 特許出願人　　　　株式会社島津製作所代　理　人　　
　　弁理士　西１）新 第４図 第６図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）荷重センサと、この荷重センサからの荷重信号の
   ノイズを除去するノイズフィルタとを有し、このノイズ
   フィルタの出力信号に基づいて荷重値を算出して表示す
   る天びんにおいて、上記ノイズフィルタが、上記荷重信
   号を入力する第１のフィルタと、時定数可変の第２のフ
   ィルタと、上記第１のフィルタの出力信号を導入する判
   定部からなり、上記第１のフィルタの出力値が、あらか
   じめ設定された所定の時間間隔の開始時点から終了時点
   に至るまで、上記開始時点における値に比して同方向に
   偏在しているか否かを判定し、同方向に偏在している場
   合に限り、上記第２のフィルタの時定数を小さい側に変
   化させることにより、当該ノイズフィルタの時定数を小
   さくするよう構成したことを特徴とする電子天びん。
2. （２）上記第１および第２のフィルタが直列に接続され
   ていることを特徴とする、特許請求の範囲第１項記載の
   電子天びん。
3. （３）上記第２のフィルタの時定数を小さい側に変化さ
   せる手段が、その時点における上記第１のフィルタの出
   力値を上記第２のフィルタの初期値として導入する手段
   であることを特徴とする、特許請求の範囲第２項記載の
   電子天びん。
4. （４）少くとも上記第２のフィルタがデジタルフィルタ
   であることを特徴とする、特許請求の範囲第１項、第２
   項または第３項記載の電子天びん。
5. （５）上記所定の時間間隔が、上記荷重センサの有する
   固有振動周期の少くとも１／２以上であることを特徴と
   する、特許請求の範囲第１項、第２項、第３項または第
   ４項記載の電子天びん。