(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
皿を支承する荷重感応部に係合する天びんビームの変位を検出し、その検出結果に基づき、皿に作用する荷重に抗して天びんビームが釣り合うような電磁力をデジタル値により決定するサーボ機構を有し、天びんビームを釣り合わせるに要する電磁力の大きさから計量表示値を求めるとともに、感度較正用の内蔵分銅とその分銅を荷重感応部に対して負荷／負荷解除する機構を備えた電子天びんにおいて、上記内蔵分銅の荷重感応部への負荷時に上記ビームの釣り合いを維持するのに必要な電磁力の変化分に対応するデジタル値があらかじめ書き込まれたメモリを備え、感度較正時における内蔵分銅の荷重感応部に対する負荷／負荷解除時に、電磁力を発生するためのデジタル値を、上記メモリに書き込まれた値分だけ強制的に加算／減算するように構成されていることを特徴とする電子天びん。
【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で、かつ、感度較正用の内蔵分銅と、その内蔵分銅を荷重感応部に対して負荷／負荷解除するための機構を備えた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、荷重感応部に係合する天びんビームの変位を検出し、皿を介して荷重感応部に作用する荷重に抗して天びんビームが常に釣り合うような電磁力を発生するサーボ機構を備えている。そして、そのビームを釣り合わせるに要する電磁力の大きさから、皿上の荷重の大きさを求める。
【０００３】
以上のような電磁力平衡型の電子天びんにおいて、秤量／分解能の値をある程度以上に大きくするためには、ビームを釣り合わせるための電磁力の大きさは、ビームの変位検出結果に基づいた何らかのデジタル値によって決定する必要がある。すなわち、例えば、ビームの変位検出結果をデジタル変換し、そのデジタル変位データを基にしたデジタル演算により、電磁力発生装置のコイルに流すパルス電流のデューティを決定するといった構成が採用される。
【０００４】
また、この種の電子天びんにおいて、感度較正用の質量既知の分銅を内蔵するとともに、その内蔵分銅を荷重感応部に対して負荷／負荷解除する、いわゆる分銅加除機構を備えたものがある。このような内蔵分銅および分銅加除機構を備えた電子天びんでは、感度較正指令の発生時に自動的に荷重感応部に対して内蔵分銅を負荷し、ビームの釣り合いが得られた状態で発生している電磁力の大きさＰ１と、内蔵分銅の負荷前、および、内蔵分銅の負荷を解除した後にビームの釣り合いが得られた状態、つまり負荷前後における無負荷状態での各電磁力の大きさＰ０とＰ１の平均値との差｛Ｐ１−（Ｐ０＋Ｐ２）／２｝等と、内蔵分銅の既知質量値とから、感度係数を算出して更新する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、内蔵分銅とその加除機構を持つ従来の電磁力平衡型の電子天びんにおいては、内蔵分銅の荷重感応部への負荷時にも、皿上への被測定荷重の負荷時と同様に天びんビームの変位検出データを基にした演算により、ビームを釣り合わせるべき電磁力を決定するデジタル値を求めていた。また、その内蔵分銅の荷重感応部からの負荷解除時においても、皿上からの被測定荷重の除去時と同様に天びんビームの変位検出データを基にした演算により、ビームを釣り合わせるべき電磁力を決定するデジタル値を求めていた。
【０００６】
ここで、ビームの刻々の変位検出データを基に、ビームを釣り合わせるべき電磁力を決定するデジタル値を刻々と算出しながら、ビームを実際に釣り合わせるためには、系の応答にもよるが相当の時間を要する。そのため、従来の内蔵分銅およびその加除機構を備えた電磁力平衡型の天びんでは、感度較正指令が発生してから実際に感度係数が更新されるまでの所要時間が長くなるという問題があった。
【０００７】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、内蔵分銅とその加除機構を備えた電磁力平衡型の電子天びんにおいて、感度較正指令の発生から実際に感度係数が更新されるまでの所要時間を、より短くすることのできる電子天びんの提供を目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の電子天びんは、その実施の形態を表す図１に示すように、皿１を支承する荷重感応部２１に係合する天びんビーム３の変位を検出し、その検出結果に基づき、皿１に作用する荷重に抗して天びんビーム３が釣り合うような電磁力をデジタル値により決定するサーボ機構を有し、天びんビーム３を釣り合わせるに要する電磁力の大きさから計量表示値を求めるとともに、感度較正用の内蔵分銅１１とその分銅１１を荷重感応部２１に対して負荷／負荷解除する機構１２を備えた電子天びんにおいて、内蔵分銅１１の荷重感応部２１への負荷時にビーム３を釣り合わせるのに必要な電磁力の変化分に対応するデジタル値があらかじめ書き込まれたメモリ８を備え、感度較正時における内蔵分銅１１の荷重感応部２１に対する負荷／負荷解除時に、電磁力を決定するためのデジタル値を、メモリ８に書き込まれた値分だけ強制的に加算／減算するように構成されていることによって特徴づけられる。
【０００９】
本発明は、内蔵分銅１１の質量が既知であることを利用し、その既知質量の荷重感応部２１への負荷／負荷解除時においては、発生すべき電磁力を決定するためのデジタル値をその既知質量に相当する値分だけ強制的に加算／減算することによって、天びんビーム３が完全に平衡状態に達するまでの時間を短縮しようとするものである。
【００１０】
すなわち、内蔵分銅１１の質量分に相当するデジタル値をあらかじめメモリ８に記憶しておき、電磁力を決定するためのデジタル値を、内蔵分銅１１の負荷／負荷解除時においてその記憶値分だけ強制的に加算／減算すると、天びんビーム３は当該天びんの感度変化分に相当する僅かな不平衡量を除き当初から略平衡状態となる。従って、内蔵分銅１１の負荷／負荷解除時においては、サーボ機構は残る僅かな不平衡量を解消するだけの動作でよく、一から釣り合わせ動作を行う場合に比して、天びんビーム３を釣り合わせるのに要する時間を大幅に短縮することができる。
【００１１】
【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、機械的構成を表す模式図と電気的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。
【００１２】
被測定荷重を載せるための皿１は、ロバーバル機構２の可動柱２１に支承されており、この可動柱２１は、天びんビーム３の一端部に連結されて実質的に荷重感応部を構成している。
【００１３】
天びんビーム３は支点３１を中心として回動変位自在に支承されており、その他端部には電磁力発生部４の可動コイル４１が固着されている。また、天びんビーム３の回動変位は、その他端部に近接して配置された変位センサ５によって検出される。
【００１４】
電磁力発生部４は、永久磁石４２ａを主体とする磁気回路４２が作る静磁場中に可動コイル４１を配置したもので、可動コイル４１に流れる電流の大きさに応じた電磁力を発生する。その電磁力は、可動コイル４１を介して天びんビーム３に作用し、後述するサーボ機構により天びんビーム３の不平衡を解消するように機能する。この例においては、可動コイル４１には波高値が一定でそのデューティが変化するパルス電流が流される。
【００１５】
変位センサ５による天びんビーム３の変位検出信号は、増幅器５１で増幅された後にＡ−Ｄ変換器６によってデジタル化され、パルスデューティ換算部７１に取り込まれる。パルスデューティ換算部７１では、その変位データに対して例えばデジタルＰＩＤ演算処理等の規定の演算処理を施して、天びんビーム３の変位量に応じた大きさのデジタル値信号を生成する。そのデジタル値信号はパルスデューティ信号発生部７２に供給される。パルスデューティ信号発生部７２は、一定の周期内でＨレベルとＬレベルとが交互に現れる矩形波信号を発生するものであり、そのＨレベルとＬレベルの時間割合がパルスデューティ換算部７１からのデジタル値信号によって変化するように構成されている。
【００１６】
パルスデューティ信号発生部７２からの矩形波信号はパルス電流発生部７３に供給される。パルス電流発生部７３は、定電流発生回路とその出力電流をチョッピングするスイッチング素子等によって構成されており、そのスイッチング素子をパルスデューティ信号発生部７２からの矩形波信号によってオン・オフすることにより、パルスデューティ換算部７１からのデジタル値に応じたデューティのパルス電流を発生する。そのパルス電流は可動コイル４１に流される。
【００１７】
以上の変位センサ５、パルスデューティ換算部７１、パルスデューティ信号発生部７２、パルス電流発生部７３、電磁力発生部４により、被測定荷重の作用に抗して天びんビーム３を平衡させるためのサーボ機構を構成している。
【００１８】
上記したパルスデューティ換算部７１からのデジタル値信号は、また、計量値演算部７４に供給される。計量値演算部７４では、そのデジタル値信号と、不揮発性メモリ８に格納されている感度係数を用いて計量値を算出し、表示器９に表示する。なお、パルスデューティ換算部７１、計量値演算部７４、および後述する感度較正演算部７５は、実際にはマイクロコンピュータとその周辺機器によって構成されており、また、パルスデューティ信号発生部７２は、例えばマイクロコンピュータの制御下のロジック回路によって構成される。
【００１９】
可動柱２１には分銅受け２１ａが設けられており、この分銅受け２１ａに対して感度較正用の質量既知の内蔵分銅１１を負荷することができるようになっている。内蔵分銅１１は、分銅加除機構１２によって自動的に分銅受け２１ａに対して負荷／負荷解除される。分銅加除機構１２は、例えばモータと偏心カム、およびレバー等によって構成されており、例えば感度較正キー１３を操作することによって発生する感度較正指令により動作する。
【００２０】
内蔵分銅１１は、通常の測定時においては分銅受け２１ａに対して非接触状態とされ、感度較正指令が発生時すると、その状態における天びんビーム３の平衡時点でのデジタル値信号が感度係数演算部７５に読み取られた後、分銅加除機構１２によって分銅受け２１ａに負荷される。そして、その負荷状態で天びんビーム３が平衡となった時点におけるデジタル値信号が感度係数演算部７５に読み取られた後に、分銅加除機構１２によって分銅受け２１ａから除去されて再び非接触状態とされ、その状態で再び天びんビーム３が平衡状態となった時点のデジタル値信号が感度係数演算部７５に読み取られる。
【００２１】
感度係数演算部７５では、感度較正指令の発生時に、内蔵分銅１１の負荷前の天びんビーム３の平衡状態でのパルスデューティ換算部７１からのデジタル値信号Ｐ０と、内蔵分銅１１の負荷状態で、かつ、天びんビーム３の平衡状態でのパルスデューティ変換部７１からのデジタル値信号Ｐ１と、負荷後に内蔵分銅１１を除去した状態で、かつ、天びんビーム３か再び平衡状態となった時点におけるパルスデューティ換算部７１からのデジタル値信号Ｐ２を用いて、内蔵分銅１１の負荷によるデジタル値の変化分をＰ１−（Ｐ０＋Ｐ２）／２として算出し、その値と内蔵分銅１１の既知質量とから感度係数を算出し、不揮発性メモリ８内の感度係数を更新する。
【００２２】
さて、不揮発性メモリ８には、また、内蔵分銅１１の質量に対応するデジタル値が書き込まれている。このデジタル値は、例えば規定の温度下で無負荷状態で天びんビーム３が平衡している状態で、内蔵分銅１１のみを負荷したときに、天びんビーム３が再び平衡状態になった時点での、パルスデューティ換算部７１からのデジタル値信号の変化分に相当する値、つまり内蔵分銅１１の質量相当分のデジタル値であって、この値は例えば天びんの出荷時において不揮発性メモリ８に書き込まれる。
【００２３】
そして、この不揮発性メモリ８に書き込まれたデジタル値は、感度較正指令の発生により分銅加除機構１２によって内蔵分銅１１を分銅受け２１ａに対して負荷すると同時に、パルスデューティ換算部７１に取り込まれ、パルスデューティ換算部７１からのそれまでのデジタル値信号に加算される。また、その加算されたデジタル値は、内蔵分銅１１を分銅受け２１ａから除去すると同時に減算される。
【００２４】
以上の本発明の実施の形態によると、感度較正指令の発生時に内蔵分銅１１が分銅受け２１ａに対して負荷されると同時に、内蔵分銅１１の質量に相当するデジタル値がパルスデューティ換算部７１の出力信号に加算されるから、可動コイル４１には、内蔵分銅１１を負荷すると同時にその内蔵分銅１１の負荷に抗して天びんビーム３を略平衡させるための電磁力を発生するに要する電流が直ちに流される。このような電磁力の発生により、天びんビーム３は、環境温度等に起因する天びんの感度変化分に相当する僅かな不平衡量を除いて略平衡状態となるから、サーボ機構はその僅かな不平衡量分を平衡させるためにのみ動作すればよいことになり、内蔵分銅１１の負荷後に天びんビーム３が平衡状態となるまでに要する時間が、内蔵分銅１１の負荷後に単純にサーボ機構による平衡動作によって天びんビーム３を平衡させるのに要する時間に比して、大幅に短縮される。また、その加算されたデジタル値は、内蔵分銅１１を分銅受け２１ａから除去すると同時に減算されるから、この場合においても、可動コイル４１には内蔵分銅１１の負荷前の電流に略等しい電流が直ちに流されることになり、内蔵分銅１１の除去後に天びんビーム３が平衡状態となるまでに要する時間についても大幅に短縮される。
【００２５】
従って以上の実施の形態によれば、感度較正指令が発生して、内蔵分銅１１が分銅受け２１ａに負荷された後に感度係数演算部７５がパルスデューティ換算部７１からのデジタル値Ｐ１を読み取るのに要する時間が短縮され、かつ、その読み取り後に内蔵分銅１１が分銅受け２１から除去された後に、天びんビーム３が再び平衡状態となってパルスデューティ換算部７１からのデジタル値Ｐ２を読み取るのに要する時間が短縮される結果、感度較正指令が発生してから感度係数が更新されるまでに要する時間が、従来に比して大幅に短縮化される。
【００２６】
なお、以上の実施の形態においては、変位センサ５による天びんビーム３の変位検出結果をＡ−Ｄ変換器６によってデジタル化した後、パルスデューティ換算部７１におけるＰＩＤ演算等によって求められたデジタル値により可動コイル４１に流すパルス電流のデューティを決定した例を示したが、これに代えて、変位センサ５による天びんビーム３の変位検出結果を、例えば変位０ないしはその近傍の微小範囲に対応する１つまたは上下限の２つの基準値と比較し、その比較結果に基づき、変位データが０またはその近傍の微小範囲に収まるように、パルスデューティ換算部からのデジタル値を１カウントずつ加算または減算していくことによって、パルス電流のデューティを決定するためのデジタル値を刻々と求めていく方式にも本発明を適用することができる。
【００２７】
また、以上の例では、電磁力発生部４の可動コイル４１に流す電流をパルス電流として、そのパルス電流のデューティを負荷の大きさに応じて変化させる例を示したが、本発明はこのような方式の電子天びんに限られることなく、天びんビーム３を平衡させるための電磁力を何らかのデジタル値によって決定する方式の電子天びんに対して広く適用することができる。
【００２８】
図２には、可動コイル４１に対して直流的な電流を流すようにした方式の電子天びんに本発明を適用した例を示す。この図２においては、先の例と同等の機能を有する部材等に対して図１と同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００２９】
この図２の実施の形態では、変位センサ５の出力をデジタル化するＡ−Ｄ変換器６の出力はデジタル設定部２７１に読み取られる。このデジタル設定部２７１では、Ａ−Ｄ変換器６を介して取り込んだ変位データにＰＩＤ演算処理等を施すことによって、可動コイル４１に流すべき直流電流の大きさを決定するためのデジタル値を求める。そのデジタル値はＤ−Ａ変換器２７２によってアナログ電圧信号に変換された後、パワーアンプ２７３により電流信号に変換されて可動コイル４１に流される。
【００３０】
このような方式の電子天びんに本発明を適用するに当たっては、感動較正指令の発生時における内蔵分銅１１の負荷／負荷解除時において、先の実施の形態と同様にして不揮発性メモリ８にあらかじめ書き込まれている内蔵分銅１１の質量相当分のデジタル値を、デジタル設定部２７１からのデジタル値に対して強制的に加算／減算してＤ−Ａ変換器２７２に供給すればよい。
【００３１】
また、以上の各実施の形態においては、感度較正キー１３を操作することによって内蔵分銅１１の負荷／負荷解除および感度係数の更新動作が行われる場合について説明したが、例えば環境温度が設定値を越えて変化した場合や、前回の感度較正時から設定時間以上経過した時点において、自動的に感度較正指令を発生させる場合においても、本発明を等しく適用し得ることは勿論である。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、内蔵分銅を荷重感応部に負荷することによる天びんビームの不平衡を解消するのに要する電磁力を発生させるためのデジタル値をあらかじめメモリに記憶しておき、内蔵分銅の負荷／負荷解除時においてそのデジタル値を、サーボ機構による発生電磁力を決定するためのデジタル値に対して強制的に加算／減算するように構成しているから、内蔵分銅の負荷時および負荷解除時において、天びんビームが平衡するまでに要する時間がともに短縮化される結果、内蔵分銅を用いた感度較正に要する時間を大幅に短縮することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の構成図で、機械的構成を表す模式図と電気的構成を表すブロック図とを併記して示す図
【図２】本発明の他の実施の形態の構成図で、機械的構成を表す模式図と電気的構成を表すブロック図とを併記して示す図
【符号の説明】
１  皿
２  ロバーバル機構
２１  可動柱
３  天びんビーム
３１  支点
４  電磁力発生部
４１  可動コイル
５  変位センサ
５１  増幅器
６  Ａ−Ｄ変換器
７１  パルスデューティ換算部
７２  パルスデューティ信号発生部
７３  パルス電流発生部
７４  計量値演算部
７５  感度係数演算部
８  不揮発性メモリ
９  表示器
１１  内蔵分銅
１２  分銅加除機構
１３  感度較正キー
【図１】
0003713888.tif 000002
【図２】
0003713888.tif 000003