(57)【要約】      （修正有）【課題】秤量結果が迅速におよび同時に正確に判定され得る方法を提供する。【解決手段】この力測定デバイスは、磁石システム内に可動的に挿入され電流２４を帯びることが可能であるコイル２０、１２０を備える測定変換器を備え、位置センサ２１が、荷重受け部１２、１１２上に荷重を加えた結果として発生する、磁石システムに対する整定位置からのコイル２０、１２０の変位を判定する役割を果たす。コイル２０、１２０を流れる電流２４は、コイル２０、１２０と磁石システムとの間に電磁力を発生させる役割を果たし、これにより、コイル２０、１２０およびコイルまたは磁石システムに対して連結された荷重受け部１２、１１２は、整定位置へと戻されるおよび／または整定位置に保持される。電流２４の規模および整定位置からのコイルの変位量が、印加される荷重により加えられる重量力を判定するために使用される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁石システム（１９、１１９）に対して可動になるように前記磁石システム（１９、１１９）内に配置され電流（２４）を帯びることが可能であるコイル（２０、１２０）を備える、測定変換器（１８、１１８）と、
荷重受け部（１２、１１２）と前記測定変換器（１８、１１８）の前記コイル（２０、１２０）または前記磁石システム（１９、１１９）との間の力伝達機械連結部と、
前記荷重受け部（１２、１１２）上に荷重を加えた結果として発生する、前記磁石システム（１９、１１９）に対する整定位置からの前記コイル（２０、１２０）の変位を判定する役割を果たす位置センサ（２１、２８）であって、前記コイル（２０、１２０）を流れる前記電流（２４）は、前記コイル（２０、１２０）と前記磁石システム（１９、１１９）との間に電磁力を発生させる機能を有し、これにより、前記コイル（２０、１２０）および前記コイル（２０、１２０）または前記磁石システム（１９、１１９）に対して連結された前記荷重受け部（１２、１１２）は、前記整定位置へと戻されるおよび／または前記整定位置に保持される、位置センサ（２１、２８）と
を備える、電磁力補償の原理により作動する力測定デバイス（１）上に、荷重により印加される重量力を測定する方法において、
前記電流（２４）の規模および前記整定位置からの前記コイル（２０、１２０）の変位量が、前記印加される荷重により加えられる前記重量力を判定するために使用されることを特徴とする、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の重量力を判定する方法において、
前記整定位置からの前記コイル（２０、１２０）の前記変位量は、位置制御ユニット（２３）に対して入力信号を供給する前記同一の位置センサ（２１）により判定され、前記位置制御ユニット（２３）は、前記コイル（２０、１２０）および前記コイル（２０、１２０）または前記磁石システム（１９、１１９）に対して連結された前記荷重受け部（１２、１１２）が、前記コイル（２０、１２０）と前記磁石システム（１９、１１９）との間の前記電磁力により前記整定位置へと戻されるように、前記コイル（２０、１２０）を通る前記電流（２４）を調整することを特徴とする、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の重量力を判定する方法において、
前記整定位置からの前記コイル（２０、１２０）の前記変位量は、追加の位置センサ（２８）により判定されることを特徴とする、方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の重量力を判定する方法において、
前記荷重により加えられる前記重量力を判定するために、処理ユニット（２６）に格納され、前記電流（２４）の前記規模および前記整定位置からの前記コイル（２０、１２０）の前記変位量を前記重量力の判定に結び付ける、算術命令を含む、伝達手段（３０）が使用されることを特徴とする、方法。
【請求項５】
請求項４に記載の重量力を判定する方法において、
前記伝達手段（３０）は、前記整定位置からの前記コイル（２０、１２０）の前記変位量の値と、前記電気コイル電流（２４）の前記規模の値とが、前記印加される荷重の前記重量力の値に相互に関係づけられる、伝達テーブルとして格納される、および／または、前記伝達手段（３０）は、少なくとも１つのパラメータを有し、少なくとも前記電気コイル電流（２４）の前記規模と前記整定位置からの前記コイル（２０、１２０）の前記変位量とを入力量として使用する、伝達関数として格納されることを特徴とする、方法。
【請求項６】
請求項５に記載の重量力を判定する方法において、
前記伝達関数の前記少なくとも１つのパラメータは、パラメータテーブルとしておよび／またはシステム−特徴曲線として格納されることを特徴とする、方法。
【請求項７】
請求項５または６に記載の重量力を判定する方法において、
前記伝達関数の前記少なくとも１つのパラメータは、荷重依存性であることを特徴とする、方法。
【請求項８】
請求項５から７のいずれか一項に記載の重量力を判定する方法において、
前記伝達テーブルの前記値および／または前記伝達関数の前記少なくとも１つのパラメータは、前記コイル（２０、１２０）の前記変位を変更し、実質的に同時に前記コイルの前記変位に関連付けられる前記電気コイル電流（２４）の前記規模を測定することにより、および／または、前記電気コイル電流（２４）の前記規模を変更し、実質的に同時に前記電気コイル電流（２４）の前記規模に関連付けられる前記コイル（２０、１２０）の前記変位を測定することにより、および／または、振動の存在下において前記電気コイル電流（２４）の前記規模に対する前記コイル（２０、１２０）の前記変位を分析することにより、決定されることを特徴とする、方法。
【請求項９】
請求項８に記載の重量力を判定する方法において、
前記伝達テーブルの前記値の前記決定および／または前記伝達関数の前記少なくとも１つのパラメータの前記決定は、前記荷重受け部（１２、１１２）に加えられる重量がある状態およびない状態の両方においてなされ、前記重量は、外部から前記荷重受け部（１２、１１２）に対して加えられる重量か、または機構により内部的に加えられ得る重量のいずれかであることが可能であることを特徴とする、方法。
【請求項１０】
請求項４から９のいずれか一項に記載の重量力を判定する方法において、
前記伝達手段（３０）は、各力測定デバイス（１）に対して個別に、または同一タイプの力測定デバイス（１）に対して汎用的に生成されることを特徴とする、方法。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項による重量力を判定するように動作可能である重量測定型力測定デバイス（１）用の、電磁力補償の原理により機能する力測定セル。
【請求項１２】
電磁力補償の原理により動作する重量測定型力測定デバイス（１）において請求項１から１０のいずれか一項に記載の重量力を判定する方法を実装するためのコンピュータプログラムであって、前記重量力（Ｆ）の表示値（２７）が、前記プログラムの出力として生成され、少なくとも前記電気コイル電流（２４）の前記規模および前記整定位置からの前記コイル（２０、１２０）の前記変位量は、入力として使用される、コンピュータプログラム。
【請求項１３】
重量力を判定する前記方法を実装するための請求項１２に記載のコンピュータプログラムにおいて、
時間信号および少なくとも１つの温度信号が、入力量として追加的に使用されることを特徴とする、コンピュータプログラム。
【請求項１４】
重量力を判定する前記方法を実装するための請求項１２または１３に記載のコンピュータプログラムにおいて、
前記コンピュータプログラムは、請求項３から１０のいずれか一項に記載の伝達手段（３０）を呼び出すことを特徴とする、コンピュータプログラム。
【請求項１５】
秤量対象を搬入するための送込みコンベヤベルトと、前記秤量対象を搬出するための送出しコンベヤベルトと、力測定デバイス（１）に対して連結された秤量コンベヤベルトとを備える、対象を秤量する役割を果たす重量選別システムにおいて、
重量力の判定が、請求項１２から１４のいずれか一項に記載のコンピュータプログラムにより端末において実施されることを特徴とする、重量選別システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、力測定デバイスによる重量力を判定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁力復元またはＥＭＦＲとしても知られる電磁力補償の原理により動作するタイプの秤量セルなどの力測定デバイスにおいては、秤量対象の重量力が、直接的にあるいは１つまたは複数の支点支持された力伝達梃子を介して、電気機械測定変換器に対して伝達される。この測定変換器は、秤量対象の重量力に合致する補償力を発生させ、電気信号を送り、この電気信号が、電子集計体である信号処理ユニットにより処理および表示される。
【０００３】
ＥＭＦＲ秤量セルは、殆どの場合、固定平行脚部と、２つの平行ガイドにより固定平行脚部に対して連結され、荷重レシーバとして機能する可動平行脚部とを有する、平行四辺形機構を備える。梃子システムを備えるＥＭＦＲ秤量セルにおいては、重量力は、長さを剛体的に維持するが曲げについては可撓性を有する継手要素により、固定平行脚部上に枢支された秤竿に対して伝達される。かかる構成は、補償力を発生させる測定変換器が重量力を表す測定信号を生成することが可能となるように、印加荷重により加えられる重量力を梃子軽減によって十分な低さにすることを目的としている。最新技術によれば、高分解能秤量セルにおける各要素間の連結部は、屈曲ピボットとして設計される。屈曲ピボットは、結合される２つの要素間の回転軸を規定する。モノリシック秤量セルまたはモノブロック秤量セルとも呼ばれる、物理的連続ユニットとして構成される秤量セルにおいては、屈曲ピボットは、幅狭材料連結部分として形成され得る。
【０００４】
重量力が直接的にすなわち補償力の梃子軽減を伴わずに補償されるタイプのＥＭＦＲ秤量セルにおいては、平行案内機構は、殆どの場合、ばね要素として、具体的には可撓性リンクまたはダイヤフラムスプリングとして構成される。直接測定システムとも呼ばれるこのタイプの秤量セルにおいては、測定変換器は、荷重の重量力を、同等規模の補償力を用いて相殺する。
【０００５】
最新技術のＥＭＦＲ秤量セルの測定変換器は、一般的には、永久磁石の空隙内に挿入された導電コイルとして構成されるため、秤量対象の重量力は、対応する電気変数、すなわちコイル電流Ｉから判定され得る。重量力は、補償力に比例し、また補償力は、コイル電流Ｉに比例するため、コイル電流Ｉもまた、重量力に比例し、したがって秤量荷重物の質量に比例することになる。秤量セルが、平衡状態にある場合には、この関係は、以下の等式で表すことが可能である（温度の影響は考慮しない）。
Ｆ’＝ｆ（Ｉ）＝ｋ×Ｉ
Ｆ’：秤量対象である質量ｍの算出された重量力
Ｋ：伝達定数
Ｉ：コイル電流
伝達定数ｋは、各タイプの秤量セルごとに設計で指定され、補償力の算出を目的として処理ユニットに格納される。換言すれば、伝達定数は、秤量セルの荷重受けシステムにより決定され、測定されたコイル電流の力Ｆ’への変換を記述する。
【０００６】
ＥＭＦＲ秤量セルにおいて通常使用されるタイプの測定変換器においては、導電コイルは、ローレンツ力、すなわちこの場合にはコイルの補償力として現れる磁場内で移動する電荷に対して作用する力の影響下において、永久磁石の空隙内を移動する。周囲の磁場の軌道に対して横軸方向に巻かれるコイルなどの電気導体内を流れる電流により、力が、この導体に対して、およびしたがって測定変換器のコイルに対して作用する。
【０００７】
永久磁石の磁場は、理想的には均質であるべきだが、この条件は、実際には殆どの場合において満たされない。磁場は、永久磁石に対するコイルの異なる位置ごとに幾分か変化し得る。換言すれば、所与の規模の電流に関して、コイルにより発生する補償力は、位置依存する。これは、秤量結果の算出において考慮される必要がある。秤竿が、伝達定数ｋを決定した均衡位置になく、若干上方または下方に位置する場合には、格納された伝達定数は、実際の伝達定数から逸脱する。秤量セルが、衝撃および振動等々にさらされると、伝達定数の逸脱は、秤量結果の高速かつ正確な判定に影響を及ぼし、ゼロ点の逸脱が生じ得る。特に動的重量選別機においては、この問題は、高い度合いで発生する。
【０００８】
この問題を緩和するために、最新技術の力測定デバイスにおいては、補償力を表す信号に対して作用する電子フィルタが使用される。力測定デバイスの動作状態において、補償力の算出は、磁石のおよび屈曲ピボットのばね定数の温度依存性に基づき補正を加えることによって、周囲条件に対して適合化される。また、デバイスをオンに切り替えることと秤量荷重の変化とに付随する動的効果も、考慮される。さらに、時間依存性現象もまた、この補償に含まれる。荷重レシーバに対する質量の重量力の計算は、以下の関数で数学的に表すことができる。
Ｆ’＝ｆ（Ｉ、Ｔ、ｔ）
伝達関数とも呼ばれるこの関数は、コイル電流の信号および種々の温度センサの信号を、ディスプレイ上に表示される時間依存性出力値へと変換する役割を果たす。したがって、伝達定数は、伝達関数の一部となる。コイル電流は、以下の関数に従って位置制御ユニットにより調整される。
Ｉ＝ｆ（Ｆ、ｚ、Ｔ、ｔ）
これは、温度効果（Ｔ）および動的効果（ｔ）に加えて、可能である干渉パラメータ（ｚ）をさらに考慮に入れる。
【０００９】
動的重量選別機は、製品がこの選別機上を移動している間に生産ライン中の製品を秤量する、これらの製品を所与の重量クラスに分類する、および／または重量クラスに応じて製品を仕分および／または除外する役割を果たす、システムである。重量選別機は、例えば
重量超過製品および重量不足製品を検査すること、
包装された商品の正味内容量に関する法的要件に準拠すること、
重量選別機により収集された重量データを使用して充填マシンの設定を調節することにより、製品廃棄を削減すること、
重量により製品を分類すること、
生産施設または生産ラインの性能を測定および記録すること、
重量に基づきピース総数を確認すること
などを含む、多様な用途において使用される。
【００１０】
重量選別機は、製品ラインの全ての製品を秤量することを目的とする。その結果、総生産量についてのデータが収集されることにより、生産されたユニット数が算出され、生産ロットが追跡可能となり、または生産統計が得られる。
【００１１】
重量選別システムは、一般的には、送込みコンベヤ、秤量コンベヤ、仕分デバイスを有する送出しコンベヤ、およびユーザインターフェースを有する秤量端末から構成される。送込みコンベヤと送出しコンベヤとの間に配置される秤量コンベヤは、製品が秤量コンベヤ上を移動する際にこの製品を秤量する秤量セルによって支持される。
【００１２】
動的重量選別機の動作において、製品は、送込みコンベヤベルトから秤量コンベヤベルトまで移動し、その移動中に秤量され、次いで、送出しコンベヤを経由して進む。秤量結果を判定するために使用し得る時間は、秤量コンベヤの長さおよび輸送速度により決定される。秤量セルにより支持される秤量コンベヤベルトは、製品が送込みコンベヤから到着した際にこの製品の重量を受け、製品が送出しコンベヤへと移ると、この重量から再び解放される。したがって、製品の連続秤量においては、秤量セルは、荷重および荷重解除を交互に受ける。この交互の荷重は、コンベヤベルトを動揺させ、この動揺は、製品がコンベヤベルト上に完全に載置される期間が非常に短くなることにより、秤量結果に対して顕著な影響をもたらす。
【００１３】
動揺または振動の存在下において秤量結果をより迅速に得るために、ＥＰ０４３０６９５Ａ２においては、２つの秤量セルを同時に使用するコンセプトが提案されている。第１の秤量セルは、秤量荷重を受け、発生した補償力に基づき対応する信号を処理ユニットに送出する。第２の秤量セルは、基準重量による同一の動揺または振動下における第１の秤量セルの挙動を反映した信号を、処理ユニットへと送出する機能を有する。処理ユニットは、第１の秤量セルの信号から第２の秤量セルの信号を減算し、このようにして第１の秤量セルの信号における動揺および振動を消去することにより、秤量結果が生成される。このコンセプトは、２つの秤量セルが各秤量ステーションごとに必要となるために、製造コストが大幅に増加するという欠点を有する。また、２つの荷重セルが厳密に均等な慣性量を有さない場合があり、したがって動揺および振動に対する応答が２つの秤量セルで異なる場合があるため、秤量結果が完全には補正され得ない点に留意する必要もある。
【００１４】
また、電磁力補償の原理により動作する力測定セルをその大半が有する微量天秤においては、ゼロ点の逸脱が見受けられ得る。これらの秤は、０．００１ミリグラムの測定分解能で、すなわち１０００万分の１の精度で、１０グラムの秤量荷重を測定することが可能である。したがって、例えば建築物内のエレベータなどの環境由来の最小振動でさえもが、ゼロ点の逸脱を生じさせるのに十分なものとなる。ゼロ点の逸脱は、ユーザに対しては、示される表示値の増加として現れ、この増加は、擾乱の整定後に徐々にのみ正常に戻る。長期間にわたる測定では、この種の事象は、測定全体を深刻な使用不能に陥らせる恐れがある。
【００１５】
動揺または振動が秤量結果に対して有する影響を低減させるための別のアプローチは、弾性減衰システムを用いて、高重量の台または支持構造体の上に秤を設置することを伴う。この方法は、微量天秤が使用される位置または秤量ステーションにおいて、好ましい。この解決策もまた、秤量ステーションを設置するための調達コストを増加させる。
【００１６】
例えばＥＰ０３５９９７８Ａ３などに記載されているような、秤量結果を算出するための基礎としてコイル電流のみを使用する現行技術による解決策は、秤量結果がコイル電流から算出されるときに、秤がその整定位置に、またはより具体的には線形化された秤量結果が測定されたコイル電流に適合する位置に、到達していることが必要となるという欠点を有する。例えば動揺または振動などの擾乱が存在する場合にはその度に、力測定デバイスは、その正確な整定位置からの不安定化を被り、これが、ゼロ点の逸脱を生じさせ得る。
【００１７】
本明細書においては、「動揺（oscillations）」という用語は、変動（fluctuations）とも呼ばれ、平均値からのシステムの状態変数の動的逸脱を指す。本コンテクストにおける「振動（vibration）」という用語は、システムの周期的な交互に生じる動きを指し、この動きは、大抵は中〜高振動数の範囲内の、かつ低振幅のものである。
【００１８】
米国特許出願公開第２００３／０２２９６００Ａ１号においては、秤量セルを備えるプラットフォームがアナログ／デジタル変換器に出力信号を送達する、対象を高速秤量するための方法が開示される。結果的に得られるデジタル出力信号は、ローパスフィルタにより処理され、プラットフォーム上の対象の重量を判定するためにマイクロプロセッサにより分析される。適切な電子フィルタによる測定されたコイル電流の平滑化は、算出されることとなる秤量結果を安定化するための手段として公知である。この場合の欠点は、この方法の速度および精度が、フィルタパラメータに依存し、殆どの場合において相互に排他的であるため、秤量結果の正確な判定にはより多くの時間が必要となる点、および対照的に、秤量結果の迅速な判定では精度がより低くなる点である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】ＥＰ０４３０６９５Ａ２
【特許文献２】ＥＰ０３５９９７８Ａ３
【特許文献３】米国特許出願公開第２００３／０２２９６００Ａ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明の目的は、秤量結果が迅速におよび同時に正確に判定され得る方法を提供することである。
さらに、本発明の目的は、強力な振動および／または周囲環境に由来する振動の存在下において正確な秤量結果を迅速に得ることを可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明によれば、これらの課題は、請求項１に記載されるような、電磁力補償の原理に基づく力測定デバイスを用いて重量力を判定する方法により解決される。
印加荷重の重量を判定するこの方法は、電磁力補償の原理により動作し、磁石システム内に可動的に挿入され電流を帯びることが可能であるコイルを備える測定変換器を備える、力測定デバイスにおいて実施されるように設計される。この力測定デバイスは、荷重受け部と測定変換器のコイルまたは磁石システムとの間の力伝達機械連結部と、荷重受け部上に荷重を加えた結果として発生する、磁石システムに対する整定位置からのコイルの変位を判定する役割を果たす位置センサとをさらに備える。コイルを流れる電流は、コイルと磁石システムとの間に電磁力を発生させる機能を有し、これにより、コイルおよびコイルまたは磁石システムに対して連結された荷重受け部は、整定位置へと戻されるおよび／または整定位置に保持される。電流の規模および整定位置からのコイルの変位量が、印加荷重の重量力を判定するために使用される。
【００２２】
本発明の１つの結果として、整定位置からのコイルの変位が、追加的な入力として処理ユニットに送出されることにより、力測定デバイスは、表示値の算出において整定位置からのコイルの変位量を考慮に入れることが可能となる。これにより、例えば磁石システムの不均質性、および位置測定の、平行案内リンク装置の、具体的には屈曲ピボットまたは弾性リンクの、またはダイヤフラムスプリングの非線形性、および力測定デバイスが梃子システムを備える場合には梃子伝達比の非線形性などの非線形性を、秤量結果の算出に含むことも可能となる。
【００２３】
測定変換器は、力測定デバイス内に様々な様式で配置され得る。コイルは、可動平行脚部に対して装着されるかまたは可動平行脚部に対する連結を有し、磁石システムは、固定平行脚部に対して装着されるかまたは固定平行脚部に対する連結を有する。あるいは、コイルは、固定平行脚部に対して装着されるかまたは固定平行脚部に対する連結を有し、磁石システムは、可動平行脚部に対して装着されるかまたは可動平行脚部に対する連結を有する。いずれの場合においても、コイルおよび磁石システムは、相互に対して移動可能である。殆どの場合ではＰＩＤ制御ループにより調整される、コイルを流れる電流は、いずれの場合でも、コイルと磁石システムとの間に電磁力を発生させ、これにより、コイルは、荷重が荷重受け部に加えられた場合に、磁石システムに対する整定位置へと戻る、または整定位置に保持される。磁石システムに対して可動に配置されたコイルは、１つまたは複数のコイル巻線を有することが可能である。磁石システム自体は、永久磁石または電流により励磁される電磁石であることが可能である。最も一般的な構成は、固定部に対して磁石システムを装着すること、および荷重受け部に対して直接的にまたは１つまたは複数の梃子を介してコイルを連結することである。この構成は、コイルのより低い慣性質量により、コイルが整定位置により迅速に戻ることが可能となり、整定位置により安定的に留まることが可能となるため、殆どの場合に勧められる。しかし、磁石システムが、例えばコイルに対する電流の送達を単純化するようになど、可動部上に永久磁石として配置される力測定デバイスも存在する。
【００２４】
整定位置は、システムに対して作用する全ての力が相互に平衡状態になる、磁石システムに対するコイルの位置である。また、梃子システムにおいては、これは、秤竿のゼロ位置でもある。コイルが、秤竿に対して連結されることにより、整定位置からの秤竿の逸脱は、整定位置からのコイルの逸脱と一致する。これと同じことが、コイルの代わりに磁石システムが秤竿に連結された場合にも当てはまる。力伝達機械連結部のコンテクストにおいて本明細書で使用される場合の「秤竿」という用語は、位置センサにより整定位置がモニタリングされる、単アーム梃子または両アーム梃子を指す。好ましくは、秤竿の支点軸、秤竿の重力の質量中心、継手部材に対する第１の梃子アームの連結、および測定変換器により発生される力の印加点は、共通平面内に位置する。この条件が満たされる場合には、秤量荷重が不在である秤竿は、いかなるトルクも受けず、支持ベースの非水平条件とは無関係に常に平衡状態に置かれる。また、前述の点により画定される平面は、水平無関係面（ｌｅｖｅｌ−ｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔ  ｐｌａｎｅ）とも呼ばれる。
【００２５】
直接測定システムにおいては、測定変換器のコイルまたは磁石システムは、荷重受け部に対して直接的に連結された力伝達ロッドに対して装着されるため、印加力を軽減するための梃子は存在しない。直接測定システムにおける整定位置からのコイルのまたは磁石システムの変位は、整定位置からの力伝達ロッドの変位と同一となる。
【００２６】
本発明のコンセプトによる方法に対する好ましい一適用例は、微量天秤におけるものである。なぜならば、本発明により、動揺および／または振動の存在下における力測定デバイスの安定性が向上するからである。
【００２７】
また、この方法は、重量選別機に特に非常に適する。なぜならば、この場合には、重量選別機のコンベヤベルトが、秤量される製品の送込みおよび送出しにより動揺状態および／または振動状態へと励振されることが頻繁に起こるからである。
【００２８】
本発明は、プッシュ原理により補償力を発生させる測定変換器と、プッシュ／プル原理により動作する測定変換器とを有する、力測定デバイスに適する。違いは、補償力を発生させる様式にある。プッシュシステムは、一方向にのみ補償力を発生させ得るが、プッシュ／プルシステムは、両方向に補償力を発生させる能力を有する。
【００２９】
本発明の一実施形態によれば、整定位置からのコイルの変位量が、位置センサにより測定および定量化され、この位置センサは、位置制御ユニットに入力信号を供給し、位置制御ユニットは、コイルおよびコイルまたは磁石システムに対して連結された荷重受け部が、コイルと磁石システムとの間の電磁力により整定位置へと戻されるように、コイルを通る電流を調整する。代替的には、整定位置からのコイルの変位量は、追加の位置センサを用いて判定することも可能である。整定位置からのコイルの変位を測定する最も単純な方法は、位置制御ユニットの位置センサの位置信号を使用することである。しかし、秤竿の位置または磁石システム内における整定位置からのコイルの変位または整定位置からの秤竿の変位に関する同一の情報を送達する追加のセンサを使用することもまた可能である。このセンサ信号は、例えば加速度センサ、速度センサ、角度測定センサ、または位置センサなどにより、プロセッサユニットに各情報を供給するために生成され得る。
【００３０】
本発明の有利な一実施形態により印加荷重の重量力を判定するために、処理ユニットに格納され、電流の規模と整定位置からのコイルの変位規模と重量力との間の相関関係を確立する、算術命令の形態の伝達手段が使用される。本明細書においては、「伝達手段」という用語は、処理ユニットに、入手可能な入力量を表示値へと変換させるための、すなわち重量力Ｆ’の値を算出させるための、数学的命令の意味において使用される。
【００３１】
本発明のさらに展開される実施形態によれば、伝達手段は、整定位置からのコイルの変位量と、コイル電流の規模とが、印加荷重の重量力の値に相互に関係づけられる、伝達テーブルとして格納される。さらなる可能なものとしては、少なくとも１つのパラメータを有し、少なくとも整定位置からのコイルの変位規模とコイル電流の規模とを入力量として使用する、伝達関数として伝達手段を格納することがある。
【００３２】
伝達テーブルが、算出用の命令として使用される場合には、表示値は、整定位置からのコイルの変位量および電気コイル電流の規模の関数としての表示値をリストしたテーブル内に見出される。本明細書において使用される場合の「伝達関数」という用語は、少なくとも２つの入力量および少なくとも１つのパラメータを用いた数学関数を意味する。本発明のコンテクスト内においては、伝達関数の少なくとも１つのパラメータは、整定位置からのコイルの変位規模と電気コイル電流の規模との間の関係を記述する数学関数の変数として理解される。
【００３３】
本発明のさらなる一実施形態によれば、伝達関数の少なくとも１つのパラメータは、パラメータテーブルとしておよび／またはシステムの特徴曲線として格納される。やはりこの場合にも、適切なパラメータは、コイルの変位量と電気コイル電流の規模とに応じて、またはシステムグラフの場合にはシステムグラフを記述するパラメータとして、パラメータテーブルから選択される
本発明の別の有利な実施形態においては、伝達関数の少なくとも１つのパラメータは、荷重依存性である。
【００３４】
本発明の有利な一実施形態によれば、伝達テーブルの値および／または伝達関数の少なくとも１つのパラメータは、コイルの変位を変更し、実質的に同時にコイルの変位に関連付けられる電気コイル電流の規模を測定することにより、および／または、電気コイル電流の規模を変更し、実質的に同時に電気コイル電流の規模に関連付けられるコイルの変位を測定することにより、および／または、振動の存在下において電気コイル電流の規模に対するコイルの変位を分析することにより、決定される。
【００３５】
振動の存在下における分析により伝達テーブルの値および／または伝達関数の少なくとも１つのパラメータを判定するこのコンセプトは、重量選別機の場合に特に優先的に使用される。
【００３６】
本発明の別の態様によれば、伝達テーブルの値の決定および／または伝達関数の少なくとも１つのパラメータの決定は、荷重受け部に加えられる重量がある状態およびない状態の両方においてなされ、重量は、外部から荷重受け部に対して加えられる重量か、または機構により内部的に加えられ得る重量のいずれかであることが可能である。異なる荷重条件下において値および／または少なくとも１つのパラメータを決定することにより、重量測定型測定デバイスの全秤量範囲にわたる出力値の精度が向上する。
【００３７】
本発明の特に有利な一実施形態によれば、伝達手段は、各力測定デバイスに対して個別に、または同一タイプの力測定デバイスに対して汎用的に生成される。自明ではあるが、磁石システム、屈曲ピボット、位置測定、および梃子軽減比についての製造公差により、それぞれ個々のユニットが、１つの固有の力測定デバイスに対してのみ有効となる固有の値および／またはパラメータを有する。力測定デバイスの生産においてこれらの値および／またはパラメータの決定の速度を上げるために、あらかじめ決定された伝達手段の算術平均に基づく汎用伝達手段を、処理ユニット内のメモリに格納することが可能である。
【００３８】
電磁力補償の原理により重量力を判定するための重量測定型力測定デバイスの力測定セルであって、磁石システム内に可動的に挿入されるコイルを備える測定変換器を備え、さらに測定変換器と荷重受け部との間の力伝達機械連結部を備え、コイルまたは磁石システムのいずれかが荷重受け部に対して連結される、力測定セルは、力測定セルが、荷重受け部に対して荷重を加えることにより発生する整定位置からのコイルの変位を検出および測定することが可能な位置センサを有し、整定位置からのコイルの変位量が、重量力の判定工程において利用し得る点によって、区別される。
【００３９】
電磁力補償原理により動作する力測定デバイスにより重量力を判定する方法を実装するためのコンピュータプログラムにおいては、重量力の表示値が、出力として生成される。力測定デバイスは、磁石システム内に可動的に挿入され、コイルと磁石システムとの間に相互作用力を発生させる電流を帯びることが可能な、コイルを備え、それにより、コイルおよびコイルまたは磁石システムに対して連結された荷重受け部は、整定位置へと戻されるおよび／または整定位置に保持される。この力測定デバイスは、コイルと荷重受け部との間の力伝達機械連結部をさらに備え、また、荷重受け部に対して荷重を加えることにより発生する整定位置からのコイルの変位を検出することが可能なセンサを備える。コンピュータプログラムに入力する入力量は、少なくとも電気コイル電流の規模と、整定位置からのコイルの変位量とを含む。
【００４０】
コンピュータプログラムの好ましい一実施形態は、入力量として時間信号および少なくとも１つの温度信号をさらに使用する。これにより、磁石システムの磁場に対する温度効果および／または熱膨張による梃子伝達比の変化および／または屈曲ピボットの弾性復元力の変化をさらに考慮に入れることが確実に可能となる。時間信号が、オン切替え局面においてもしくは荷重の変化時に動的効果の補償を目的として、または時間依存補償を目的として、使用される。
【００４１】
コンピュータプログラムのさらなる一実施形態においては、コンピュータプログラムは、プログラムを実行しているユニットのワーキングメモリに格納され得る伝達手段を呼び出すことが可能である。
【００４２】
コンピュータプログラムが、秤量対象を秤に運ぶための送込みコンベヤベルトと、秤量対象を秤から運び去るための送出しコンベヤベルトと、力測定デバイスに対して連結された秤量コンベヤベルトとを備える、重量選別システムにおいて使用される場合に、重量力の判定は、コンピュータプログラムにより端末において実施される。
【００４３】
以下、本発明の対象が、添付の図面に示される好ましい実施形態の例を介してさらに説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】梃子システムとして構成された上部荷重力測定デバイスの力測定セルの概略側方断面図である。
【図２】直接測定システムとして構成された力測定セルを示す図である。
【図３】本発明による力測定デバイスの機能シーケンスを説明するのに有用なブロック図である。
【図４】伝達関数Ａおよび伝達関数Ｂｉによる、コイルの全変位範囲に対応した位置／電流グラフである。
【図５】伝達関数Ａおよび伝達関数Ｂ１、Ｂ２およびＢ３による、コイルの全変位範囲に対応した位置／電流グラフである。
【図６】コイル動揺の存在下における、伝達関数Ａおよび伝達関数Ｂｉによる、整定位置付近の変位範囲セクションに対応した位置／電流グラフである。
【図７】秤量荷重の不在下における（ゼロ荷重条件）、先行技術の方法および本発明による方法のそれぞれについての、０〜４００グラムの秤量範囲を有する力測定デバイスの動揺に起因するゼロ点逸脱同士の間の比較を示すグラフである。
【図８】４００グラムの秤量荷重における、先行技術の方法および本発明による方法のそれぞれについて、０〜４００グラムの秤量範囲を有する力測定デバイスの動揺に起因するゼロ点逸脱同士の間の比較を示すグラフである。
【図９】先行技術の方法および本発明の方法のそれぞれに従って動作する動的重量選別機の過渡応答同士の間の比較を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下の説明において、同一の機能および同様の構成を有する特徴は、同一の参照符号によって示される。
図１は、力測定デバイス１の力測定セルを側方からの断面図において概略的に示す。固定部１１を介して、力測定デバイス１は、支持構造体上に取り付けられる。２つの平行ガイド１４により固定部１１に対して連結された荷重受け部１２は、秤量荷重物が配置される秤量皿１５を担持する。平行ガイド１４は、屈曲ピボット１６により、荷重受け部１２に対しておよび固定部１１に対して連結される。屈曲ピボットが、回転軸を規定するが、屈曲ピボットは、この回転軸に対する任意の横軸方向において、特に剛性の力伝達要素として挙動する。力測定デバイス１は、秤量皿が上部に位置する図示する構成には限定されず、秤量皿が下方に配置されるように、また殆どの場合においてはハンガーにより懸吊されるように、構成することも可能である。継手１３は、支点により支持された秤竿１７の第１の梃子アームに対して重量力を伝達する。秤竿１７の第２の梃子アームの外端である他方の端部には、補償力２５を発生させることにより梃子軽減された重量力を相殺する測定変換器１８が配置される。ここで図示される測定変換器１８は、磁石システム１９内に可動的に挿入された導電コイル２０として示される。測定変換器１８により発生し第２の梃子アームに対して作用する補償力２５が、第１の梃子アームに対して作用する重量力に対応する場合には、秤竿１７は、均衡状態になり、したがって整定位置に置かれる。この整定位置は、位置センサ２１によりモニタリングされる。
【００４６】
質量が、秤皿１５に加えられる、または力が、秤皿１５に対して作用する場合に、荷重受け部１２は、平行ガイド１４により構成される固定部１１に対して平行に下方に移動する。継手部材１３を介して荷重受け部１２に対して連結された秤竿１７は、規定の軽減比を伴う荷重受け部１２の移動を、測定変換器１８の方向に向く秤竿１７の他方の端部に対して伝達する。位置センサ２１は、整定位置からのコイル２０の変位を検出すると、対応する位置信号２２を発生させる。位置信号２２は、位置制御ユニット２３へ入力信号として送出され、この位置制御ユニット２３は、コイル２０および秤竿１７がそれらの整定位置に戻るように、コイル２０を通る電流２４を発生させ制御する。コイル２０が、整定位置において静止状態へと戻り整定すると、コイル電流の規模が、荷重受け部１２に対して印加された質量または力の大きさに相当するものとなる。この電流２４が、測定され、表示値２７が、処理ユニット２６により算出され、その後表示パネルに示される。
【００４７】
図２は、直接測定システムとしての力測定セル１００の可能な一構成を示す。固定平行脚部１１１は、ベース構造により支持される。可動平行脚部１１２は、荷重を受ける役割を果たすが、力伝達ロッド１１７に対して連結され、図２の例においてはダイヤフラムスプリングの形態を有する平行ガイド１１４により可動的に拘束される。図示する実施形態においては、測定変換器１１８は、力伝達ロッド１１７の下方端部に配置され、コイルは、可動平行脚部１１２に対して連結され、磁石システム１１９は、固定平行脚部１１１に対して装着される。可能な代替構成においては、測定変換器１１８は、平行ガイド１１４同士の間の空間内に配置され得る、および／または磁石システム１１９とコイル１２０との間で位置を替えることにより構成され得る。
【００４８】
ブロック図の形態を有する図３は、最新技術による力測定デバイスにおける、および本発明による力測定デバイス１における、機能シーケンスを示す。皿１５上に加えられた荷重は、荷重受け部１２、１１２に対して力Ｆを加え、これが、秤竿１７および秤竿１７に対して連結されたコイル２０もしくは磁石システム１９の、または力伝達ロッド１１７および伝達ロッド１１７に対して連結されたコイル１２０もしくは磁石システム１１９の、整定位置からの変位を生じさせる。換言すれば、これらの要素は、異なる位置を取る。新たな位置ｘは、位置センサ２１により判定され、対応する位置信号２２が、位置制御ユニット２３へと送出される。この位置信号２２に基づき、殆どの場合においてはＰＩＤコントローラを備える位置制御ユニット２３は、整定位置にシステムを戻すために必要とされるコイル電流２４の規模を継続的に判定する。このコイル電流２４の結果、コイル２０、１２０は、磁場を生成し、磁石システム１９、１１９とコイル２０との間で作用する補償力２５を発生させ、それにより、秤竿１７または力伝達ロッド１１７を整定位置へとそれぞれ復帰させる。これと同じ一連の事象が、継続的にそれ自体反復され、それによりシステムは、整定位置に調整または維持される。この制御ループは、秤竿１７のまたは力伝達ロッド１１７の変位を、動的に、すなわち例えば５００Ｈｚ〜１０ｋＨｚの振動数範囲内など、１秒当たりに複数回にわたって補正する。
【００４９】
コイル電流２４が、補償力２５についてのそのままの大きさを表すため、荷重レシーバに対する荷重の重量力は、コイル電流２４の測定値に基づき処理ユニット２６によって算出され、表示結果２７として示される。また、表示値２７の算出は、例えば周囲温度および磁石温度ならびに時間依存動的効果などの追加的な因子を含む。
【００５０】
最新技術の力測定デバイス１においては、表示値２７は、
Ｆ＝ｆ（Ｉ、Ｔ、ｔ）
の形の等式により算出される。ここでは、コイル電流２４および温度関連因子は、独立パラメータとしてこの計算に入力される。さらに、この計算は、起動局面時にまたは荷重の変化により発生する動的効果を補償するための時間依存動作を含む。この態様は、所与のタイプの力測定セルに固有である、および因子の中でもとりわけコイル２０の補償力２５から荷重受け部１２上に配置された重量力または質量への変換に関する秤竿１７の梃子比を含む、定数を有する伝達関数において対処される。秤竿１７または力伝達ロッド１１７が整定位置に厳密に位置する場合にのみではなく継続的に、表示パネル上に表示値２７を示すために、最新技術の力測定デバイスにおける表示値２７は、電子的にフィルタをかけられ、すなわち、時間依存平均値が、伝達関数により形成される。コイル電流は、以下の関数、すなわち
Ｉ＝ｆ（Ｆ、ｚ、Ｔ、ｔ）
に従って位置制御ユニットにより調整される。また、この関数は、温度（Ｔ）および動的効果（ｔ）の影響に加えて、起こり得る擾乱量（ｚ）を考慮に入れる。
【００５１】
伝達関数の定数のいくつかは、力測定デバイスの組立プロセスの完了後に、工場にて処理ユニット２６に格納される。これらの定数は、整定位置２０、１２０にあるコイルの調整において固定状態のみに関して有効となる。なぜならば、前述のように、磁石システム１９、１１９の磁場は、完全に均質ではないため、あるいは屈曲ピボット１６におけるまたは弾性リンクもしくはダイヤフラムにおける位置測定が、または梃子軽減が、非線形であるためである。
【００５２】
力測定デバイス１の振動、動揺、または他の擾乱の存在下においては、コイル電流２４のみに基づいて算出された荷重レシーバに対する荷重の重量についての表示値２７は、コイル２０、１２０の正確な整定位置に対して較正された伝達関数の定数が、もはや完全な正確性を有して適用し得ないことにより、誤差を受ける。したがって、コイル２０、１２０が整定位置にない場合のコイル電流２４の規模に基づく算出された重量力Ｆ’は、秤皿上の荷重の実重量力Ｆとは異なる。
【００５３】
本発明による重量力を判定する方法は、秤皿上の重量の重量値に対応する表示値２７を算出するために、処理ユニット２６が、位置センサ２１の位置信号２２を、すなわち整定位置からのコイル２０、１２０の変位量を追加的に使用するという特徴により区別される。電気コイル電流２４の規模およびコイル２０、１２０の変位量を重量の判定へと数学的に結び付けるために、伝達手段３０が、算術命令として処理ユニット２６に格納される。これは、図３に破線で示される。また、位置信号２２の代わりに、位置ｘ、すなわち磁石システム１９、１１９に対するコイル２０、１２０の位置に関する同一の情報を有する処理ユニット２６に対して入力信号を送出することも可能である。これは、図３に一点鎖線で示される。例えば、加速度センサ、速度センサ、角度測定センサ、または位置センサなどの第２の追加のセンサ２８を使用して、プロセッサユニット２６に対して各情報を供給することが可能である。したがって、本発明の方法による表示値２７の算出は、以下の公式、すなわち、
Ｆ＝ｆ（ｘ、Ｉ、Ｔ、ｔ）
に基づく。ここで、温度Ｔおよび表示値の算出タイミングは、表示値２７に対する影響をやはり有する。したがって、力測定デバイス１は、整定位置からのコイル２０、１２０の変位を表示値２７の算出に入力することも可能であり、その結果、例えば磁石システム１９、１１９の不均質性、ならびに平行ガイド１４、１１４における、特に屈曲ピボット１６におけるまたは弾性リンクもしくはダイヤフラムにおける位置測定の、あるいは梃子軽減の非線形性などの、非線形性を考慮に入れることも可能となる。これは、表示値２７の算出において考慮される位置信号２２、２２’についての定量値を向上させるが、位置制御ユニット２３により実施される調整機能には影響を及ぼさない。
【００５４】
図４〜図６は、種々の力測定デバイス１についての位置・電流グラフの形態におけるシステム−特徴曲線と、それらが処理ユニット２６における表示値２７の算出に対して及ぼす影響とを示す。各グラフは、屈曲ピボット１６または弾性リンクのおよび磁石システム１９、１１９の理想的な挙動を伴う理想化された力測定デバイス１のシステム−特徴曲線Ａと、屈曲ピボット１６または弾性リンクの理想的な挙動および磁石システム１９、１１９の現実ベースの挙動を伴う力測定デバイス１についての１つまたは複数のシステム−特徴曲線Ｂｉとを示す。水平軸上の１００％および−１００％に対するならびに１０％および−１０％に対する印が、磁石システム１９、１１９に対するコイル２０、１２０の変位位置を明示する。
【００５５】
図４においては、システム−特徴曲線Ａは、直線として示されるが、これは、理想条件下において、整定位置からのコイル２０、１２０の変位が、電流２４の変化へと線形関数で変換されることを意味する。これとは対照的に、システム−特徴曲線Ｂｉは、実際に起こる状況を、すなわち磁石システム１９、１１９の前述の不均質性を反映している。力Ｆが、荷重受け部１２、１１２に対して加えられると、位置ｘは、変化し、位置制御ユニット２３は、位置センサ２１から対応する位置信号２２を受領する。コイル電流ＩＡの測定に基づき、処理ユニット２６は、図４に破線矢印で示されるような表示値２７を算出する。コイル２０、１２０が、調整動作の終了時に整定位置に戻ると、その時点で測定された電流Ｉ０は、荷重受け部に対して作用する力Ｆに比例したものとなる。
【００５６】
上述のように、システム−特徴曲線Ａは、実際の状況を反映するには及ばず、すなわち、実際の挙動の不正確な表出に留まる。磁石システム１９、１１９の不均質性および屈曲ピボット１６または弾性リンクの非線形復元力により、図４にグラフＢｉで示すような少なくとも二次の伝達関数が、実際の挙動を示すためには必要となる。したがって、処理ユニットが、位置信号２２、２２’を受領すると、処理ユニットは、実際にはコイル電流ＩＢに対応する表示値２７を算出すべきである。システム−特徴曲線Ａとシステム−特徴曲線Ｂとの間の不一致は、これらのシステム−特徴曲線が、整定位置周辺での磁石システム１９、１１９の挙動に合致するため、整定位置の付近においてはより小さくなる。グラフＡを使用する結果として、処理ユニット２６は、表示値の算出のために不正確な電流信号を供給される。
【００５７】
表示値の算出におけるこの問題を補正するために、本発明による処理ユニット２６は、位置センサ２１の位置信号２２（または位置センサ２８の位置信号２２’）と、処理ユニット２６の内部メモリに格納された伝達手段３０とを、追加的にすなわちコイル電流２４の規模に加えて使用する。伝達手段３０は、例えば、伝達関数または伝達テーブルの形態を有し得る。すなわち、これは、本発明による伝達手段３０が、秤竿１７または力伝達ロッド１１７の全変位範囲内における複数の位置ｘに関する前述の伝達因子ｋの値を含むことを意味する。表示値２７の算出においては、処理ユニット２６は、処理ユニット２６が受領した位置信号２２、２２’に基づき、および荷重受け部上の荷重に基づき、伝達因子２７を選択する。換言すれば、伝達手段３０は、とりわけ位置ｘに依存する、およびしたがって電気コイル電流２４の規模と整定位置からのコイル２０、１２０の変位量との間の相関関係を確立する、演算命令である。
【００５８】
上述のような伝達手段３０は、秤量荷重の質量によって決定され、すなわち伝達手段３０のパラメータは、秤量荷重の個々の量に関連付けられることが判明している。これは、図５において、各伝達関数Ｂ１、Ｂ２、およびＢ３により示される。荷重レシーバ１２、１１２に加えられる力がより強いほど、伝達関数Ｂｉは直線グラフＡからより遠く離れた曲線となる。伝達関数Ｂ３のグラフは、上方に湾曲する。この形状は、測定変換器１８、１１８の特徴であり、力は、例えばプッシュ／プルシステムなどにおける場合のように、その方向を反転させる。したがって、伝達手段３０は、伝達関数が荷重レシーバに対して作用する力と最も近く合致するか、または２つの伝達関数の各パラメータ間において補間がなされる点において、表示値２７を判定するために使用される、対応するパラメータを有する少なくとも１つの伝達関数を含む。
【００５９】
図６は、整定位置を中心とする動揺および／または振動の影響を示す。設定位置周辺のエリアが、拡大されており、そのため、ｘ軸の可視部分は、位置ｘの範囲の−１０％〜＋１０％のみに及ぶものとなっている。位置信号２２、２２’の動揺は、整定位置に対して対称なほぼ洞曲線として示される。システム−特徴曲線Ａを有する理想化された力測定デバイス１においては、この動揺が、平均値ＩＡｍを中心として動揺する電流ＩＡを生じさせる。実際に発生し、システム−特徴曲線Ｂｉにより図示されるような挙動では、位置ｘの動揺信号が、コイル電流信号ＩＢへと変換される。実際の発生を反映したこの電流信号ＩＢは、伝達関数により転換された非対称的に歪んだ信号であり、電流ＩＡに対する電流ＩＢの平均値の逸脱Ｍを結果的にもたらす。
【００６０】
電流ＩＡおよびＩＢの２つの平均値を比較すると、平均値の逸脱Ｍが明確になる。したがって、本発明の方法を用いない場合には、表示値２７は、やはり逸脱を被る。この逸脱Ｍは、図６において２つの相互に対向する矢印で座標軸（Ｉ軸）上に示される。
【００６１】
実挙動に従った表示値２７の算出を処理ユニット２６が行い得るようにするために、伝達手段３０が、処理ユニットのメモリに格納される。伝達手段３０は、入力変数としての位置ｘおよびコイル電流２４を用いて表示値２７に対する演算命令を規定し、またパラメータも含む。前述のように、この伝達手段３０は、伝達関数または伝達テーブルの形態を有し得る。
【００６２】
伝達手段３０の値および／またはパラメータは、以下のアプローチの中の１つに従って決定することが可能である。有利には、伝達手段３０の値および／またはパラメータの決定は、力測定デバイス１の製造プロセスの過程で、具体的には調節局面において実施される。伝達手段３０は、各力測定デバイス１に対して個別に生成することが可能であり、または、汎用伝達手段３０が、同一タイプの力測定デバイス１に対して決定されてもよい。汎用伝達手段は、複数のあらかじめ決定された伝達手段３０の算術平均に基づくことが可能であり、これは、後に、同一タイプの全ての力測定デバイス１に対して使用され得る。別の可能性としては、顧客の施設の設備設置場所において伝達手段３０を決定するというものがある。これは、以下の説明の手順を利用することにより、短時間で完了させ得る。
【００６３】
「較正」という用語は、物理的変化の発生を伴わない前述の条件下における測定量の真値からの測定値の逸脱の測定および記録の意味において使用される。この逸脱を補正するために変更を行う場合には、「調節」という用語が使用される。例えば、秤を調節する工程においては、逸脱は、熟練技術者が個別の要素の設定において変更を行うことによるその機能の手動による微調整によって、または秤の外部付属品もしくは内蔵部品である基準おもりが荷重レシーバ上に配置されることによりユーザが実施する半自動手順によって、または秤が自動作動型調節機構を備える場合には自動工程によって、補正される。
【００６４】
伝達関数３０の値および／またはパラメータを決定するために可能な事柄の中でも、第１のアプローチは、コイル２０、１２０の変位を変更し、実質的に同時に、コイル２０、１２０の変位に関連付けられる電気コイル電流２４の規模を測定することである。代替的には、第２の可能なアプローチとして、伝達関数３０の値および／またはパラメータは、電気コイル電流２４の規模を変更することにより、および実質的に同時に、電気コイル電流２４の規模に関連付けられるコイル２０、１２０の変位を測定することにより、決定することが可能である。
【００６５】
伝達関数３０の値および／またはパラメータの決定の第３の可能なアプローチとしては、振動の存在下におけるコイル２０、１２０の変位が、電気コイル電流２４の規模との関連において分析される。この工程は、これを目的として特に設計された振動台に対する較正局面で、または力測定デバイス１の正常動作時に設置場所において、実施することが可能である。伝達関数３０の値および／またはパラメータを決定するこの第３のアプローチは、重量選別機において優先的に使用される。
【００６６】
力測定デバイス１が、荷重受け部に対して連結され、較正が必要な場合には結合および結合解除され得る、内部較正おもりを備える場合には、力測定デバイスは、前述の可能なアプローチまたはパラメータ決定の中の１つまたは複数を、メニュー制御下においてまたは自律的に実施し得る能力を有する。
【００６７】
図７および図８のグラフは、約０．２ｍ／ｓ２のまたは地表での重力加速度の２％の加速度振幅で動揺する秤において梃子システム（点線）を有する最新技術の力測定デバイスとの比較において、本発明の方法により実現される表示値２７（一点鎖線）の改良を示す。表示値２７のこの改良は、ロバストネス（耐性）とも呼ばれる。グラフ内の横座標は、加振周波数（Ｈｚ）の単位量で目盛りが付けられ、縦軸は、荷重レシーバ上の荷重の重さに対する表示値２７の逸脱の百万分率（ｐｐｍ）でメモリが付けられる。図７および図８の２つのグラフは、０〜４００グラムの秤量範囲を有する同一の力測定デバイス１に関する。図７は、力測定デバイスがゼロ点で、すなわち荷重受け部１２上に力が加えられない状態で動作する場合の挙動を示す。図８は、４００グラムの秤量荷重でのロバストネスを示す。図７および図８の両方から、この例の場合には、非常に高い最大で１０倍の改良（すなわち動揺および／または振動に対する力測定デバイス１のより高度のロバストネス）が、低動揺周波数で実現され得る一方で、より高い周波数においては、一点鎖線（本発明の方法）および点線（先行技術）は、相互に漸近的に接近することが自明である。
【００６８】
動的重量選別機の力測定デバイス１において本発明の方法を利用することにより、図９に図示するようなより迅速な重量測定を実現することが可能となる。秤量対象の製品は、送込みコンベヤベルトから秤量コンベヤベルトへと、および秤量コンベヤベルトから送出しコンベヤベルトへと移動する。この移動は、秤量コンベヤベルトの動揺を生じさせ、また結果的に表示値２７の動揺も生じさせる。すると、位置制御ユニット２３は、秤竿１７または力伝達ロッド１１７が整定位置に戻るように、コイル電流２４を調整する。先行技術の力測定デバイスを有する重量選別機の表示値の信号Ｆ’Ａは、漸近曲線Ｆ’Ｍに倣う。この漸近曲線Ｆ’Ｍは、平均値の逸脱Ｍ（図６を参照）により、終値とは異なるが、動揺が鎮静化し、それと同時に平均値の逸脱Ｍが縮小するにつれて、終値へと徐々に整定する。本発明の方法により表示値２７を決定する力測定デバイス１は、開始から終値へと整定する。この違いは、同一の電気フィルタを用いて取得され、約１．５動揺期間後に各平均値Ｆ’ＡおよびＦ’Ｂに到達する、２つのフィルタリングされた信号のグラフＦ’ＡｍおよびＦ’Ｂｍにおいて明らかである。信号Ｆ’Ｂｍは、期間ｂＢ後には既に目標値の許容帯域内に位置するが、信号Ｆ’Ａｍは、ｔＢよりも長い期間ｔＡ後にようやく許容帯域内に到達する。目標値の許容帯域は、表示値２７が秤量工程について必要な精度に合致し始めるしきい値を規定する。その結果、表示値２７が許容帯域内により速く到達するほど、物品は秤量コンベヤベルト間をより高速で移動することが可能となる。対照的に、所要の精度を厳格化し、すなわちより狭い許容範囲を設定して、依然として同一時間ｔＡで許容帯域内に到達することが可能である。後者のオプションでは、物品のスループットは、同一に維持され、表示値２７の精度は、上昇する。
【００６９】
具体的な実施形態の提示により本発明を説明したが、例えば個々の実施形態の特徴を相互に組み合わせることによって、および／または個々の機能ユニットを実施形態間で交換することによってなど、本発明の教示に基づき多数のさらなる変形形態を生み出すことが可能であることは、自明である。
【符号の説明】
【００７０】
１  力測定デバイス
１００  直接測定システムの力測定セル
１１、１１１  固定部
１２、１１２  荷重受け部
１３  継手部材
１４、１１４  平行ガイド
１５  秤量皿
１６  屈曲ピボット
１７  秤竿
１１７  力伝達ロッド
１８、１１８  測定変換器
１９、１１９  磁石システム
２０、１２０  コイル
２１  位置センサ
２２、２２’  位置信号
２３  位置制御ユニット
２４  コイル電流の規模、電流強度
２５  補償力
２６  処理ユニット
２７  表示値
２８  追加の位置センサ
３０  伝達手段
Ａ  理想化されたシステム−特徴曲線
Ｂｉ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３  実際の現実ベースのシステム−特徴曲線
Ｉ０  秤竿の整定位置におけるコイル電流
ＩＡ  理想化されたシステム−特徴曲線に従って動作する際のコイル電流
ＩＢ  実際の現実ベースのシステム−特徴曲線に従って動作する際のコイル電流
ＩＡｍ  理想化されたシステム−特徴曲線に従って動作する際のコイル電流の平均値
ＩＢｍ  実際の現実ベースのシステム−特徴曲線に従って動作する際のコイル電流の平均値
Ｆ  荷重受け部に対して作用する力
Ｆ’  力の算出値
ｘ  秤竿の位置
ｚ  擾乱量
Ｔｉ  温度信号
ｔ  伝達関数の時間変数
Ｍ  平均値の逸脱
Ｆ’Ａ  先行技術の重量選別機の表示値２７の信号グラフ
Ｆ’Ｂ  本発明の重量選別機の表示値２７の信号グラフ
Ｆ’Ｍ  目標終値から逸脱する直線セクション
Ｆ’Ａｍ  先行技術の重量選別機の表示値２７のフィルタリングされた信号
Ｆ’Ｂｍ  本発明の重量選別機の表示値２７のフィルタリングされた信号
ｔＡ  先行技術の重量選別機に関する許容帯域内への到達時間
ｔＢ  本発明の重量選別機に関する許容帯域内への到達時間
【図１】
2014197001.tif 000003
【図２】
2014197001.tif 000004
【図３】
2014197001.tif 000005
【図４】
2014197001.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
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