(57)【要約】【課題】測定の正確性、安定性及び応答時間、デザインや動作におけるシンプルさ、コスト対効果の高さに関する要求を満足する力測定装置を提供する。【解決手段】本発明は、作用する力Ｌに対応した測定信号ＳＬを生成する測定変換器１０を有する電気的力測定装置１、具体的にははかり、における信号処理のための方法、装置及びプログラムに関する。電気的力測定装置１においては、測定信号ＳＬは、直接、又は前処理ステージを介して、表示関数ＦＡ（ＳＬ）に入力され、表示関数は、測定信号ＳＬの値に、対応する出力値Ａを割り当て、出力値Ａは、その後、表示部に表示されるか、更なる処理部に渡される。表示関数ＦＡ（ＳＬ）の入力範囲は、キャプチャレンジＤＳＬを備えており、当該キャプチャレンジ内にある測定信号ＳＬの値には、表示関数ＦＡ（ＳＬ）により、共通出力値Ａ＊が割り当てられ、入力範囲内におけるキャプチャレンジの位置は、測定信号ＳＬに依存して制御される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定変換器（１０）に作用する力（Ｌ）に対応した測定信号（ＳＬ）を生成するその変換器を有する電気的力測定装置（１）、具体的にははかり、における信号の処理方法であって、
当該電気的力測定装置においては、前記測定信号は、直接、又は前処理ステージを介して、表示関数（ＦＡ（ＳＬ））に入力され、当該表示関数は、前記測定信号（ＳＬ）の値に、対応する出力値（Ａ）を割り当て、前記出力値は、その後、表示部に表示されるか、更なる処理部に渡されるものであり、
前記表示関数（ＦＡ（ＳＬ））の入力範囲は、キャプチャレンジを備えており、当該キャプチャレンジ（ＤＳＬ）内にある測定信号（ＳＬ）の値には、前記表示関数（ＦＡ（ＳＬ））により、共通出力値（Ａ＊）が割り当てられ、前記入力範囲内における前記キャプチャレンジの位置は、前記測定信号（ＳＬ）に依存して制御されることを特徴とする信号処理方法。
【請求項２】
前記共通出力値（Ａ）は、とりわけ予め定義された開始値（ＤＳＬ０）及び／又は過去の時間における前記測定信号（ＳＬ）の時間座標図に関連して、予め定義されることを特徴とする請求項１に記載の信号処理方法。
【請求項３】
前記キャプチャレンジ（ＤＳＬ）は、第一境界（ＤＳＬ１）及び第二境界（ＤＳＬ２）により、前記入力範囲に対して、範囲が定められ、前記キャプチャレンジ（ＤＳＬ）の制御においては、前記２つの境界（ＤＳＬ１，ＤＳＬ２）の間隔は、実質的に一定に保たれることを特徴とする請求項１又は２に記載の信号処理方法。
【請求項４】
前記キャプチャレンジ（ＤＳＬ）は、特性値（ＤＳＬ０）、特にキャプチャレンジ（ＤＳＬ）の中点の値を含んでおり、当該値は、前記キャプチャレンジ（ＤＳＬ）の位置を特徴付け、また前記測定信号（ＳＬ）に依存して制御されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の信号処理方法。
【請求項５】
前記キャプチャレンジ（ＤＳＬ）の大きさは、前記測定信号（ＳＬ）の予想される揺らぎよりも大きく、及び／又は、前記測定信号（ＳＬ）の分散の大きさの２倍よりも大きく、特にその３倍又は４倍よりも大きく、及び／又は、前記表示部の解像度よりも大きく、及び／又は、前記更なる処理の精度よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の信号処理方法。
【請求項６】
前記キャプチャレンジ（ＤＳＬ）は、階段状に制御され、特に、第一補正パラメータ（ｋ１）に対応した一定の段差の大きさで制御されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の信号処理方法。
【請求項７】
前記測定信号（ＳＬ）に対応した値が形成され、当該値は閾値（Ｓ，Ｓｐ，Ｓｎ）と比較され、当該比較結果に応じて、前記キャプチャレンジ（ＤＳＬ）の位置を設定する動作が起動されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の信号処理方法。
【請求項８】
前記測定信号（ＳＬ）と前記出力値（Ａ）の差分値が算出され、当該差分値が積分されて積分値（Ｉ，Ｉｐ，Ｉｎ）が得られ、当該積分値に基づいて、前記キャプチャレンジ（ＤＳＬ）の位置が制御されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の信号処理方法。
【請求項９】
前記積分値（Ｉ，Ｉｐ，Ｉｎ）は、特に第二補正パラメータ（ｋ２，ｋ２ｐ，ｋ２ｎ）に応じた一定の大きさの段差を有する階段状に変化し、前記第二補正パラメータは前記キャプチャレンジ（ＤＳＬ）の位置変化に対応していることを特徴とする請求項８に記載の信号処理方法。
【請求項１０】
前記積分値（Ｉ，Ｉｐ，Ｉｎ）は、変化後の積分値（Ｉ，Ｉｐ，Ｉｎ）の大きさが零より大きいように変化することを特徴とする請求項８又は９に記載の信号処理方法。
【請求項１１】
キャプチャレンジ（ＤＳＬ）の位置は、実質的に積分値（Ｉ）の調整と同時に制御されることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載の信号処理方法。
【請求項１２】
前記積分器（ＩＮＴ）は、正の差分値に対応した積分値（Ｉｐ）と負の差分値に対応した積分値（Ｉｎ）とを生成し、これらの積分値に基づいて、キャプチャレンジ（ＤＳＬ）の位置が制御されることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載の信号処理方法。
【請求項１３】
前記測定信号（ＳＬ）の前記測定値とは反対の符号を有した付随量（ｅｐｓ）が、前記積分器（ＩＮＴ）により積分されることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれかに記載の信号処理方法。
【請求項１４】
表示処理ユニット（３０）を有する電気的力測定装置（１）、具体的にははかり、における信号の処理のための装置であって、
前記表示処理ユニット（３０）の入力は、測定変換器（１０）に作用する力（Ｌ）に対応した少なくとも１つの測定信号（ＳＬ）を受け取るために、直接、又は前処理ステージを介して、測定変換器（１０）に接続され、前記表示処理ユニット（３０）の出力は、当該表示処理ユニット（３０）内の表示関数（ＦＡ（ＳＬ））により生成された出力値（Ａ）を渡すために、指示ユニット（３１）及び／又は更なる処理ユニット（３２）に接続され、
前記表示関数（ＦＡ（ＳＬ））の入力範囲は、キャプチャレンジを備えており、当該キャプチャレンジ（ＤＳＬ）内にある測定信号（ＳＬ）の値には、共通出力値（Ａ＊）が割り当てられ、前記入力範囲内における前記キャプチャレンジの位置は、前記測定信号（ＳＬ）に依存して制御されることを特徴とする信号処理方法。
【請求項１５】
前記表示処理ユニット（３０）は、トリガー（ＴＲＩＧ）を備え、測定信号（ＳＬ）に対応した値を比較し、当該比較結果に応じて、前記キャプチャレンジ（ＤＳＬ）の位置の設定処理を起動することを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記表示処理ユニット（３０）は、前記測定信号（ＳＬ）と前記出力値（Ａ）の差分値を算出する役割の差分演算器と、前記差分値を積分して積分値（Ｉ）を求める役割の積分器（ＩＮＴ）と、を備え、前記積分値（Ｉ）は、前記キャプチャレンジ（ＤＳＬ）の位置を制御するためにその後使用されることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の装置。
【請求項１７】
請求項１乃至１３で特定された方法により出力値（Ａ）を算出するために、信号処理ユニット、特に表示処理ユニット（３０）又は算術ユニット、で実行可能なプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、力測定装置、具体的にははかり、に使用される信号処理方法、及びその方法を実行するのに適した力測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
頻繁に使用されるタイプの電気的力測定装置としては、その力測定装置に作用する力を対応する電気的測定信号に変換する機械／電気測定変換器がある。類似の関係として、はかりでの測定値変換においては、重量物により及ぼされる重力に対応した電気的測定信号を生成している。その変換の後、測定信号は、表示装置、又はマスターコンピュータもしくはシステムコントローラ等の他の処理装置に転送される。
【０００３】
その電気的測定信号が表示されるか、又は更なる処理が行われる前に、多くの場合、その表示装置及び／又は更なる処理部の前の信号経路に前処理ユニットとして配置されている信号処理ステージに送られる。この前処理ステージにおいては、測定信号は処理され、評価され、そして多くの場合、補正され、増幅される。
【０００４】
測定信号を表示装置又は更なる処理ステージに適合させるために、通常、その信号は適したフォーマットに変換される。例えば、アナログ表示装置の場合、測定信号の電圧値は、その表示装置で示すことができる範囲に調整され、又は、デジタル表示装置の場合、対応する出力値がその測定信号に割り当てられる。
【０００５】
その変換は、対応する出力値を入力値に割り当てるという表示装置の機能として、一般的に記述される。測定信号の値は、その表示機能の入力値であり、表示機能の出力値が、表示装置に表示されたり、更なる処理へと送られたりする。測定信号をデジタル出力値に変換することは、例えば、離散的出力値を連続的入力値に割り当てるというような階段状特性を有する表示機能として記述される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
力測定装置、具体的にははかりは、とりわけ個々の物体を量るために使用され、また、より大量の商品を計量するための自動生産及びテストシステムにおいて使用される。この種の力測定装置は、高い測定精度と、測定の高い再現性、すなわち高度の安定性という要件を満たす必要がある。力測定装置は、更に、シンプルで費用対効果の高い設計が要求されている。
【０００７】
特に測定精度が高い応用においては、測定信号のほんのわずかな外乱も、出力信号のかなりの不安性化を引き起こすことが知られている。これらの不安定化により、表示装置に表示される値が頻繁に素早く変化すること、すなわち、いわゆる表示揺らぎが引き起こされる。表示揺らぎの結果、特に最も下の桁、又は最も細かい目盛りにおいて、値を読むことが困難であったり、不可能でさえもあったりする。そして、その結果、これらの不安性化が、下段の処理の不正確性という問題を引き起こす可能性がでてくる。
【０００８】
従来技術は、これらの問題を解決する各種の方法を提示している。例えば、特許文献１（Ｕ．Ｓ．３，８２６，３１９）においては、デジタル表示部を有したはかりが開示されており、重量負荷が変わった後、最も下の桁を表示せず、その後表示部に一つ一つ回復するようなことが行われている。しかしながら、桁を表示しないということは正確性の低下であり、高い正確性が要求される場合には、この方法は適したものではなかった。
【０００９】
測定信号の平均化により表示の安定性を確保するような方法によれば、ある程度は、表示の正確性の低下は避けられる。しかしながら、平均化処理によれば、力測定装置の、負荷の変化に対する応答性を劣化させることになる。すなわち、表示装置の、入力信号に従った能力というのが遅れることとなり、測定に要する時間も増加する。従来技術は、平均化に拘わらず応答時間を短くする各種方法を提示している。例えば、特許文献２（ＤＥ１０２００５０２１５４７）は、より素早く負荷の変化に従うことができるようにするため、重量負荷が変化している間は、平均化処理を一時的に中断するという概念が開示されている。しかしながら、この方法では、かなり手の込んだ回路設計が必要となる。
【００１０】
故に、本発明の目的は、力測定装置、具体的にははかり、の信号を処理する方法を提案することにあり、また、その方法を実行するのに適したものであり、測定の正確性、安定性及び応答時間に関するものと共にデザインや動作におけるシンプルさやコスト対効果の高さに関する厳しい要求を満足する力測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的は、独立請求項に記述された特徴を備えた信号処理方法、適した力測定装置、及びコンピュータプログラムにより達成される。本発明の有利な実施形態は、付加的な従属請求項に提示されている。
【００１２】
本発明は、測定変換器に作用する力に対応した測定信号を生成するその変換器を有する電気的力測定装置、具体的にははかり、における信号を処理する方法、装置及びコンピュータプログラムであって、当該電気的力測定装置においては、前記測定信号は、直接、又は前処理ステージを介して、表示関数に入力され、当該表示関数は、前記測定信号の値に、対応する出力値を割り当て、前記出力値は、その後、表示部に表示されるか、更なる処理部に渡される。前記表示関数の入力範囲は、キャプチャレンジを備えており、当該キャプチャレンジ内にある測定信号の値には、前記表示関数により、共通出力値が割り当てられ、前記入力範囲内における前記キャプチャレンジの位置は、前記測定信号に依存して制御される。それにより外乱の影響は効果的に抑えられ、力測定装置の測定精度、安定性又は応答時間について妥協することなく、表示部の揺らぎが回避できる。
【００１３】
困難な条件下、特に低周波数の外乱があるような条件下でも、驚くほどに、安定した表示指示が達成できる。高周波の干渉信号及び発振信号は、従来の方法により比較的簡単な方法で、濾過できる一方、本発明による方法は、低周波の外乱及び発振信号を抑制する可能性を提供している。語句「低周波の外乱及び発振信号」は、測定に要する典型的な時間長との関係で理解されるべきである。例えば、測定に１秒から数秒かかるとすれば、低周波発振信号というのは、とりわけ数秒から数分までの周期を有する信号である。
【００１４】
本発明により得られる利点というのは、特にデジタル表示部を備えたものに顕れるが、本発明はアナログ表示部を備えたものにも使用できる。この広い応用範囲により、本発明は、あらゆる種類の力測定装置において、費用効果と共に安定性と動作に関する利点を提供する。
【００１５】
キャプチャレンジは、その範囲にある測定信号の値に対して、共通出力値が割り当てられる、という事実により特徴付けられている。数学的な意味において、このことは、キャプチャレンジの値の集合の、一構成要素、すなわち共通出力値、の目的集合に対しての、全射を意味しており、それにより測定信号の個々の値がキャプチャレンジ内にある限り、後者はそれらの値に対して独立になっている。
【００１６】
この特徴により、キャプチャレンジの大きさを適切に選べば、非常に頑健で安定した出力値が得られる。その結果は、新しい測定値を算術部に入力することにより得られる出力値に、常に一定量の揺らぎが生じてしまうような平均化という従来の方法に対して、意義ある改良となっている。
【００１７】
表示関数は、好ましくは、表示処理ユニットで実現される。後者の出力は、表示ユニット及び／又は更なる処理ユニットに接続されるように設計され、それにより表示関数により決定される出力値は、これらのユニットの１つ又は双方に渡される。ここで使用されている語句「表示処理ユニット」には、回路、アナログ回路、アナログ／デジタル変換器、集積回路、演算増幅器、シフトレジスタ、プロセッサ、コンピュータ、算出ユニット等のあらゆる信号処理要素が含まれている。
【００１８】
本発明の好適な実施形態においては、共通出力値は、とりわけ予め定義された開始値及び／又は過去の時間における測定信号の時間座標図に関連して、予め定義されている。その結果、測定結果の短時間の揺らぎや、それによる表示の瞬間的な揺らぎを効果的に抑制することができる。
【００１９】
本発明の有利な実施形態においては、キャプチャレンジは、第一境界及び第二境界により、入力範囲に対して、範囲が定められ、キャプチャレンジの制御においては、２つの境界の間隔は、実質的に一定に保たれている。それによりキャプチャレンジの制御は、１つのパラメータの制御、すなわち単一の位置パラメータの制御、に簡略化でき、それにより特に単純な制御が達成できる。
【００２０】
本発明の更に有利な実施形態においては、キャプチャレンジの大きさは、測定信号の予想される揺らぎよりも大きく、及び／又は、表示部の解像度よりも大きく、及び／又は、更なる処理の精度よりも大きい。キャプチャレンジの大きさは、好ましくは、測定信号の分散の大きさの２倍よりも大きく、特にその３倍又は４倍よりも大きい。その結果、表示部の揺らぎは、最小限に抑えられ、それらの発生は、非常に低いレベルの確率に制限される。
【００２１】
本発明の更なる実施形態においては、キャプチャレンジは、特性値、特にキャプチャレンジの中点の値を含んでおり、当該値は、キャプチャレンジの位置を特徴付け、また測定信号に依存して制御される。この概念によれば、キャプチャレンジの制御は、特性値に基づき簡単な方法で実現できる。
【００２２】
更なる実施形態においては、キャプチャレンジは、階段状に制御され、特に、第一補正パラメータに対応した一定の段差の大きさで制御される。その結果、表示の値は、連続的は変化せずに、複数のある時点でのみ変化する。それにより、短時間表示揺らぎが効果的に回避される。
【００２３】
本発明の好適な実施形態においては、測定信号に対応した値が形成され、当該値は閾値と比較され、当該比較結果に応じて、キャプチャレンジの位置を設定する動作が起動される。その結果、キャプチャレンジの階段状の変化は、実質的に一定速度で進行する。更に、表示部は、適切な方法で負荷の変化に追従することができ、一方、積分値が閾値未満である外乱が効果的に抑制される。
【００２４】
更なる実施形態においては、測定信号と出力値の差分値が算出され、当該差分値が積分されて積分値が得られ、当該積分値に基づいて、キャプチャレンジの位置が制御される。積分値は、測定信号の大きな変化に対応した速い速度で変化するので、重量負荷の変化に応じた、力測定装置の短い反応時間が、高いレベルの精度を保ちつつも達成できる。
【００２５】
本発明の更なる実施形態においては、積分値は、特に第二補正パラメータに応じた一定の大きさの段差を有する階段状に変化し、第二補正パラメータはキャプチャレンジの位置変化に対応している。この階段状の適用によれば、積分器の連続的な蓄積が、新たな状況に応じて簡単に調整できる。
【００２６】
本発明の特に好適な実施形態においては、積分値は、変化後の積分値の大きさが零より大きいように変化する。従って、積分器は、決して完全に零には戻らず、先行する積分からのある情報内容又は信号部分が常に保持される。このことは、測定信号の大きな変化の後でのみ表示の変化が反転する、という事実に顕れている。例えば、測定信号が正の閾値を超えた後、測定信号の値は、負の閾値に到達するためには、とにかくキャプチャレンジの全範囲に渡って通過する必要があるということになる。
【００２７】
この特徴によれば、いわゆるヒステリシス効果が得られ、各出力値は、本来的に、ある量の過去の履歴を含んでいることになり、それにより出力値は、常に、出力値が到達した方向に依存している、ということになる。このヒステリシス効果により、非常に堅固な表示が達成できる。
【００２８】
補正パラメータを適切に選択し、それにより積分値の変化の段差を適切に選択することにより、応答の遅延を生じることなく、表示部のロバスト性、すなわち耐揺らぎ能力が、非常に、例えば３倍程度改善される。
【００２９】
本発明の好適な実施形態は、信号処理ユニット、特に表示処理ユニット又は算術ユニット、で実行可能であって、本発明の方法により出力値を算出するように機能するプログラムを更に含んでいる。これにより、非常に高度なフレキシビリティが得られ、信号処理ステージで達成されるべき更なる機能的な能力を組み込むことができるようになる。
【００３０】
更なる実施形態においては、キャプチャレンジの位置は、実質的に積分値の調整と同時に制御される。これにより、積分が即座に続行されるという効果があり、それにより力測定装置の早い応答性が達成される。
【００３１】
更なる実施形態においては、積分器は、正の差分値に対応した積分値と負の差分値に対応した積分値とを生成する。これらの積分値に基づいて、キャプチャレンジの位置、具体的にはそれぞれの反対方向への変化、が制御される。これにより、積分が簡単に行える。
【００３２】
好ましくは、測定信号の測定値とは反対の符号を有した付随量が、積分器により積分される。それにより、積分のロバスト性が更に改善される。
とりわけアナログ形式で表れる測定信号は、好ましくは、アナログ／デジタル変換器によりデジタル値に変換され、そのデジタル信号は、デジタル入力値として表示関数に向けて送られる。デジタル値は、アナログ測定信号に対応し、従って、力測定装置に作用する力に対応するものである。表示関数により生成された出力値は、通常、同じようにデジタル情報、例えば数値として提供される。
【００３３】
本発明による力測定装置、本発明による力測定モジュール及び方法の詳細は、図面に示される実施形態の記述から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、本発明によるはかり１の模範的な実施形態を示す図であり、シンボルを付して負荷Ｌ及び指示ユニット３１が示されている。
【図２】図２は、図１のはかり１を模範的に示したブロック図であり、測定変換器１０が表示処理ユニット３０に接続されており、表示関数ＦＡ（ＳＬ）により、出力Ａが算出され、それがアナログ表示ユニット３１ａ、デジタル表示ユニット３１ｂ及び更なる処理ユニット３２に渡されている。
【図３】図３は、図２による表示関数ＦＡ（ＳＬ）を模範的に示したグラフであり、入力範囲にある測定信号ＳＬの値を出力値Ａに割り当てており、キャプチャレンジＤＳＬの範囲では、測定信号ＳＬの値を共通出力値Ａ＊に割り当てている。
【図４】図４は、図２による表示処理ユニット３０のための制御ユニットのブロック図の例を示しており、表示関数ＦＡ（ＳＬ）、積分器ＩＮＴ、及び、補正値ｋ１、ｋ２をフィードバックするトリガーＴＲＩＧが示されている。
【図５】図５は、図４による制御ユニットの実施形態の更なる例を示しており、制御ユニットが、測定信号の正及び負の測定値のそれぞれのための分かれた部分を有していることが図４とは異なっている。
【図６】図６は、キャプチャレンジＤＳＬの境界が付いた測定信号ＳＬの時間座標図、共通出力値Ａ＊の関連時間座標図、及び積分器ＩＮＴの積分の値Ｉの関連時間座標図の簡略化した例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１は、本発明によるはかり１の模範的な実施形態を示す図であり、シンボルを付して負荷Ｌ及び指示ユニット３１が示されている。はかり１は、指示ユニット３１の正確で安定した出力値Ａを達成する作業能力を有する表示処理ユニットを有しており、指示ユニット３１は、例えばデジタル液晶表示部から成っている。
【００３６】
図２は、図１のはかり１を模範的に示したブロック図である。測定変換器は、その動作原理がこの例ではひずみゲージ１１のゆがみに基づくものであり、測定変換器１０に作用する力Ｌに対応した測定信号を生成する。測定変換器１０は、測定信号ＳＬを表示処理ユニット３０に送るために、前処理ユニット２０を介して、又は直接的に、表示処理ユニット３０に接続されている。図面に示されている通り、表示処理ユニット３０は、例えば、共通回路として、又はマイクロプロセッサの算術プログラムの一部として、又はサブアセンブリとして、前処理ユニット２０内に組み込まれていてもよい。しかしながら、前処理ユニット２０又は前処理機能は、測定変換器１０により接収されていてもよく、その場合、測定変換器１０により生成された測定信号は更なる前処理は必要がないことになるであろう。
【００３７】
ここで包含している測定変換器１０の範囲としては、あらゆるタイプのものを含んでいる。例えば、磁力補償の原理に基づく測定変換器１０や、一般的な意味における変形体のゆがみに基づいた測定変換器１０、例えばいわゆるロッカーピンロードセル（rocker pin load cells）というものがある。
【００３８】
表示処理ユニット３０においては、測定信号ＳＬは、処理されて出力値Ａに変換される。表示処理ユニット３０の出力は、例えばデジタル液晶表示部３１ａ又はアナログダイアル機器３１ｂのような指示ユニット３１に接続されており、それにより出力値Ａは、指示ユニットに送られて表示される。出力値Ａは、例えば、監視及び／もしくは警告装置、並びに／又はマスターコンピュータ、並びに／又は処理コントローラのような更なる処理ユニット３２に送られる。
【００３９】
表示処理ユニット３０においては、測定信号ＳＬの値は、入力値として、表示関数ＦＡに入力される。この表示関数ＦＡにより、測定信号ＳＬの値に、対応する出力値Ａが割り当てられる。この操作は、測定信号ＳＬに対する出力値Ａの関係を記述する次の表示関数ＦＡとして一般的に記述できる。
【００４０】
Ａ＝ＦＡ（ＳＬ）
図３は、図２による表示関数ＦＡ（ＳＬ）を模範的に示したグラフである。入力値の範囲、表示関数ＦＡ（ＳＬ）のいわゆる入力範囲は、横軸で示されており、出力値の範囲は、縦軸で示されている。表示関数ＦＡ（ＳＬｉ）は、測定信号ＳＬにより生成された一般入力値ＳＬｉに、対応する一般出力値Ａｉを割り当てる。測定信号ＳＬの値は、通常、表示関数ＦＡ（ＳＬ）の入力範囲内にある。従って、表示関数ＦＡ（ＳＬ）の入力範囲は、少なくとも１つの出力値Ａが割り当てられる入力値の範囲であるということができる。
【００４１】
本発明によれば、表示関数ＦＡ（ＳＬ）の入力値は、キャプチャレンジＤＳＬを含んでいる。このキャプチャレンジＤＳＬは、この範囲の表示関数ＦＡ（ＳＬ）のグラフは、横軸に平行な直線を形成するという事実を特徴としている。このことは、キャプチャレンジＤＳＬ内にある測定信号ＳＬの全ての値に対して、共通の出力値Ａが、表示関数ＦＡ（ＳＬ）により割り当てられる、ということを意味している。従って、入力値と出力値の間に１対１対応の関係はない。むしろ、入力値の全範囲に対して、単一の共通出力値Ａ＊がマッピングされる。
【００４２】
キャプチャレンジＤＳＬの外側では、グラフで示される表示関数ＦＡ（ＳＬ）の相関特性は、あらゆる所望の形で与えることができる。例えば、単調増加関数（実線）、線形増加関数（破線）、又は階段関数（二重線）である。高解像度の均一階段の形状を有する機能的相関、すなわちいわゆる量子化又は離散化階段は、デジタル技術の分野において、普通に使用される概念である。
【００４３】
キャプチャレンジＤＳＬは、表示関数ＦＡ（ＳＬ）の入力範囲の外側の一部に対してキャプチャレンジＤＳＬの境界を定める第一境界値ＤＳＬ１及び第二境界値ＤＳＬ２を更に有する。
【００４４】
図３において、特性値ＤＳＬ０は、特別な値として記されている。共通出力値Ａ＊は、表示関数ＦＡ（ＳＬ）により、この特性値ＤＳＬ０に対しても割り当てられる。特性値は、入力範囲内におけるキャプチャレンジＤＳＬの位置を、特別な方法で特徴付けている。典型的には、特性値ＤＳＬ０は、キャプチャレンジＤＳＬの中間の値である。すなわち、第一境界値ＤＳＬ１及び第二境界値ＤＳＬ２の間の中間点で表される値である。しかしながら、特性値ＤＳＬ０は、異なる方法でもキャプチャレンジの範囲を特徴付けることができ、例えばメジアン値や、測定信号ＳＬの最も発生確率が高い値である。
【００４５】
図４は、図２による表示処理ユニット３０のための制御ユニットのブロック図の例を示している。測定信号ＳＬは、表示関数ＦＡ（ＳＬ）を表わす関数ブロックＦＡの入力（ｉｎｐ）に送られる。関数ブロックの出力における出力値Ａは、例えば表示部に表示されたり、更なる処理に渡されたりすることに利用される。関数ブロックＦＡの操作モードは、以下の数学的関係により表現できる。この例においては、量ｈは、キャプチャレンジＤＳＬの２分の１を表わす。処理の開始時は、特性値ＤＳＬ０は開始値を表わしており、例えば零の値である（ＤＳＬ＝０）。測定が進むと、特性値ＤＳＬ０は、以下の段落で記述する方法で徐々に変化する。
【００４６】
Ａ＊＝ＳＬ−ｈ、      ＳＬ＞ＤＳＬ０＋ｈのとき
Ａ＊＝ＤＳＬ、        ＤＳＬ０−ｈ ≦ ＳＬ ≦ ＤＳＬ０＋ｈのとき
Ａ＊＝ＳＬ＋ｈ、      ＳＬ＜ＤＳＬ０−ｈのとき
これらの式は、本質的に、表示関数ＦＡ（ＳＬ）の形状を記述しており、特に、図３による表示関数のキャプチャレンジを記述している。
【００４７】
キャプチャレンジＤＳＬの位置の制御のために、更なる回路が関数ブロックＦＡに付加されている。この変形態様においては、関数ブロックＦＡの入力及び関数ブロックＦＡの出力は、差分演算器の入力に接続されている。従って、差分演算器は、測定値ＳＬと出力値Ａとの間の差を判定する。差分演算器の差分信号を積分器ＩＮＴに配給するために、差分演算器の出力は、積分器ＩＮＴに接続されている。
【００４８】
積分器ＩＮＴの出力は、トリガーＴＲＩＧの入力に接続されており、積分の値ＩをトリガーＴＲＩＧに渡すことができるようになっている。トリガーＴＲＩＧにおいては、積分の値Ｉは、所定の閾値と比較される。閾値Ｓの方が小さいとき、トリガーＴＲＩＧは、トリガー信号を生成する。トリガーＴＲＩＧの出力は、第一演算増幅器の入力に接続されると共に、第二演算増幅器の入力に接続されており、それによりトリガーＴＲＩＧによって生成されたトリガー信号は、これらの演算増幅器に渡すことが可能となっている。
【００４９】
第一演算増幅器においては、トリガー信号は、第一補正パラメータｋ１を用いて調整されており、すなわち例えば、乗算されたり又は増幅されたりしている。調整されたトリガー信号は、第一演算増幅器の出力を関数ブロックＦＡの更なる入力ｔｋに接続するコネクターリード線により、関数ブロックＦＡに送られる。補正パラメータｋ１を用いて調整されたトリガー信号により、関数ブロックＦＡ内においては、キャプチャレンジＤＳＬのシフトが起こる。つまり、以下の値の再割り当てに従って、補正パラメータｋ１の値により、キャプチャレンジの境界と特性値ＤＳＬ０のシフトが生ずる。
【００５０】
ＤＳＬ１  −＞  ＤＳＬ１  ＋  ｋ１
ＤＳＬ２  −＞  ＤＳＬ２  ＋  ｋ１
ＤＳＬ０  −＞  ＤＳＬ０  ＋  ｋ１
Ａ＊      −＞  Ａ＊  ＋  ｋ１
第二演算増幅器においては、トリガー信号は、第二補正パラメータｋ２を用いて調整され、第二演算増幅器の出力を積分器の第二入力に接続するコネクターリード線により、積分器ＩＮＴに向けられる。積分器ＩＮＴにおいては、第二補正パラメータｋ２を用いて調整されたトリガー信号により、以下の値の再割り当てに従って、補正パラメータｋ２の値だけ、積分の値Ｉに変化が生じる。
【００５１】
Ｉ  −＞  ｋ２
キャプチャレンジＤＳＬのシフトと積分の値Ｉの変化は、共にトリガー信号により起動されるのであるから、それらは同時に起こる。その結果、測定信号の変化に伴って素早く起こり、システムは、測定信号ＳＬの揺らぎをうまく抑制することができる。
【００５２】
図５は、図４による制御ユニットの実施形態の更なる例を示しており、制御ユニットが、測定信号ＳＬの正及び負の測定値のそれぞれのための分かれた部分を有し、その正及び負の値は別個に処理されることが図４とは異なっている。
【００５３】
差分演算器の出力は、この場合、正の積分器ＩＮＴｐの入力に接続されると共に、負の積分器ＩＮＴｎの入力に接続されており、それにより差分演算器の差分信号がこれらの積分器ＩＮＴｐ及びＩＮＴｎに配給されるようになっている。積分器ＩＮＴｐ及びＩＮＴｎにおいては、差分信号が積分され、それにより正の積分値Ｉｐ及び負の積分値Ｉｎがそれぞれ得られている。積分値Ｉｐ及びＩｎは、好ましくは、以下の値の再割り当てを用いて算出される。
【００５４】
Ｉｐ  ＜−  ｍａｘ（Ｉｐ＋ｅｐｓ；  ０）
Ｉｎ  ＜−  ｍａｘ（Ｉｎ−ｅｐｓ；  ０）
ここで、関数ｍａｘは、２つの入力値の最大値を得る関数であり、ｅｐｓは、測定信号の値と出力値Ａの間の差を表わしている。
【００５５】
ｅｐｓ  ＝  ＳＬ  −  Ａ
積分値の分割処理という違いはあるものの、図４の実施形態と同様に、Ｉｐは、第一トリガーＴＲＩＧに送られ、そこでＩｐは、正の閾値Ｓｐと比較される。閾値Ｓｐの方が小さいとき、トリガー信号が生成される。このトリガーＴＲＩＧは、一方では、補正パラメータｋ２ｐを用いて調整されて積分器ＩＮＴｐに戻され、他方では、補正パラメータｋ１ｐを用いて調整されて関数ブロックＦＡに送られる。同じように、積分値Ｉｎは、第二トリガーＴＲＩＧに送られ、そこでＩｎは、負の閾値Ｓｎと比較される。閾値Ｓｎを超えているとき、トリガー信号が生成される。前述と同様、このトリガーＴＲＩＧは、一方では、補正パラメータｋ２ｎを用いて調整されて積分器ＩＮＴｎに戻され、他方では、補正パラメータｋ１ｎを用いて調整されて関数ブロックＦＡに送られる。
【００５６】
補正パラメータｋ１ｐ及びｋ１ｎで調整された信号を受け取るために、関数ブロックＦＡは、補正パラメータｋ１ｐ及びｋ１ｎにそれぞれ対応する演算増幅器に接続される２つの入力端子ｔｋｐ及びｔｋｎを有している。入力端子ｔｋｐに入力された信号により、一方向、例えば正の測定値の方向への、キャプチャレンジのシフトが生じ、一方、入力端子ｔｋｎに入力された信号により、反対方向へのキャプチャレンジのシフトが生じる。この実施形態においては、共通出力値Ａ及びキャプチャレンジＤＳＬと共に正の積分値Ｉｐ又は負の積分値Ｉｎが、以下の割り当てにより更新される。
【００５７】
Ｉｐ  ＞  Ｓｐ：  Ａ＝Ａ＋ｋ１ｐ；  Ｉｐ＝Ｉｐ−ｋ２ｐ
Ｉｎ  ＞  Ｓｎ：  Ａ＝Ａ−ｋ１ｎ；  Ｉｎ＝Ｉｎ−ｋ２ｎ
補正パラメータｋ１ｐ及びｋ１ｎは異なる大きさを有していてもよいし、同じ大きさでもよい。同様に、補正パラメータｋ２ｐ及びｋ２ｎも、同じでも異なっていてもよい。
【００５８】
図６は、観測時間ｔの間の、測定信号ＳＬ、共通出力値Ａ＊、及び積分値Ｉの時間座標図の簡略化した例を示している。まず、時刻ｔ０までは、測定信号ＳＬは、短時間の外乱や揺らぎに影響されてそれが重畳されているものの、概ね一定で基本パターンとなっている。しかしながら、キャプチャレンジＤＳＬ、更に具体的にはその第一境界ＤＳＬ１及び第二境界ＤＳＬ２は、その外乱がキャプチャレンジＤＳＬを超えないような十分な広さで選択される。従って、その結果、共通出力値Ａを安定して示し続けることになる。
【００５９】
時刻ｔ１の少し前に、測定信号ＳＬは、例えば負荷の変化により、目立って増加している。この増加により、積分値Ｉも上方に変化し、同時に、キャプチャレンジＤＳＬは測定信号ＳＬに対してもはや対称ではなくなってしまう。これにより測定信号ＳＬの正の信号入力が卓越するようになる。
【００６０】
時刻ｔ１において、積分値Ｉは閾値Ｓを越え、図４にあるように、トリガーＴＲＩＧが、増加した測定信号ＳＬの方向へ、補正パラメータｋ１の分だけ、キャプチャレンジＤＳＬをシフトさせ、また、積分値Ｉを補正パラメータｋ２の分だけ減らすようなトリガー信号を発する。時刻ｔ１において、キャプチャレンジＤＳＬと共に測定信号ＳＬの評価値も、本質的に同時に調整される。
【００６１】
時刻ｔ１での調整と同様の調整が時刻ｔ２及びｔ３で繰り返される。しかしながら、時刻ｔ４では、積分値は、負の閾値を横切るので、補正パラメータｋ１及びｋ２は符号が変わる。従って、キャプチャレンジＤＳＬは、この場合、測定信号ＳＬの負の値の方向へ、補正パラメータｋ１の分だけシフトし、また、積分値Ｉは補正パラメータｋ２の分だけ増加する。
【００６２】
正の閾値及び負の閾値の大きさは等しくできるが、また異なるようにすることもできる。更に、補正パラメータｋ１及びｋ２は、正の補正と負の補正について異ならせることもできる。
【００６３】
閾値Ｓは、好ましくは、次の式により、ある段の時間間隔ｔｓの間に段差Ａｓだけ表示をジャンプさせるのに必要な応答時間ｔａの関数として、選択される。
Ｓ  ＝  Ａｓ  ×  ｔａ／ｔｓ
更に、補正パラメータｋ１及びｋ２は、以下の式で決定できる。
【００６４】
ｋ１  ＝  ＤＳＬ／ｎ
ｋ２  ＝  Ｓ／ｎ
ここで、ｎは、所望の段数を表わす整数である。
【符号の説明】
【００６５】
１  力測定装置
１０  測定変換器
１１  ひずみゲージ
２０  前処理ユニット
３０  表示処理ユニット
３１  指示ユニット
３２  更なる処理ユニット
Ａ  出力値
Ａｉ  一般出力値
Ａ＊  共通出力値
ＦＡ  表示関数、関数ブロック
ｉｎｐ  表示関数の入力
ｅｐｓ  差分値
ｏｕｔ  表示関数の出力
ＳＬ  測定信号
ＤＳＬ０  特性値
ＳＬｉ  測定信号の一般値
ＤＳＬ  キャプチャレンジ
ＤＳＬ１，ＤＳＬ２  キャプチャレンジの境界
Ｉ，Ｉｎ，Ｉｐ  積分値
ＩＮＴ，ＩＮＴｐ、ＩＮＴｎ  積分器
Ｓ，Ｓｎ，Ｓｐ  閾値
ＴＲＩＧ  トリガー
ｔｋ，ｔｋｎ，ｔｋｐ  補正パラメータ用入力端子
ｋ１，ｋ２，ｋ１ｎ，ｋ２ｎ，ｋ１ｐ，ｋ２ｐ  補正パラメータ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６６】
【特許文献１】米国特許第３，８２６，３１９号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２００５０２１５４７号明細書
【図１】
2010008407.tif 000003
【図２】
2010008407.tif 000004
【図３】
2010008407.tif 000005
【図４】
2010008407.tif 000006
【図５】
2010008407.tif 000007
【図６】
2010008407.tif 000008
【外国語明細書】
2010008407000001.pdf