(57)【要約】【課題】  状況に応じて、高速応答性と表示安定性を適切に発揮する電子天びんなどを提供する。【解決手段】  計量皿に載置された被測定試料の荷重値（Ｗ）を刻々検出する荷重検出部と、検出した荷重値（Ｗ）の移動平均値（Ｗａ）を算出する移動平均処理部と、検出した荷重値（Ｗ）の時間あたりの荷重変動率（Ｗｂ）を算出する荷重変動率算出部と、第１の荷重変動閾値（Ｗｒ１）、第１の荷重変動閾値（Ｗｒ１）よりも小さい第２の荷重変動閾値（Ｗｒ２）、時間あたりの荷重変動率閾値（Ｗｔ）を記憶する記憶部と、第１の荷重変動閾値（Ｗｒ１）または第２の荷重変動閾値（Ｗｒ２）のいずれかと検出した荷重値（Ｗ）との比較、および、荷重変動率閾値（Ｗｔ）と算出した荷重変動率（Ｗｂ）との比較結果に基づいて、移動平均処理を実行するか否かの判定を行う判定部と、荷重値（Ｗ）または移動平均値（Ｗａ）から重量値を算出する重量換算処理部とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
計量皿に載置された被測定試料の荷重値（Ｗ）を刻々検出する荷重検出部と、
検出した荷重値（Ｗ）の移動平均値（Ｗａ）を算出する移動平均処理部と、
検出した荷重値（Ｗ）の時間あたりの荷重変動率（Ｗｂ）を算出する荷重変動率算出部と、
第１の荷重変動閾値（Ｗｒ１）、第１の荷重変動閾値（Ｗｒ１）よりも小さい第２の荷重変動閾値（Ｗｒ２）、時間あたりの荷重変動率閾値（Ｗｔ）を記憶する記憶部と、
第１の荷重変動閾値（Ｗｒ１）と検出した荷重値（Ｗ）との比較結果に基づいて、または、第２の荷重変動閾値（Ｗｒ２）と検出した荷重値（Ｗ）との比較結果および荷重変動率閾値（Ｗｔ）と算出した荷重変動率（Ｗｂ）との比較結果に基づいて、移動平均処理を実行するか否かの判定を行う判定部と、
荷重値（Ｗ）または移動平均値（Ｗａ）から重量値を算出する重量換算処理部とを備えたことを特徴とする電子天びん／電子はかり。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、秤量装置である電子天びん／電子はかりに関し、さらに詳細には、所望の重量になるまで被測定物を少量ずつ計量皿に追加していくことで、所望重量の被測定物をはかり取ることができる電子天びん／電子はかりに関する。
なお、ここでの電子天びん／電子はかりには、電磁力平衡機構を備えた電子天びん、および、ロードセル式、音叉式、静電容量式等の電子はかりをはじめ、被測定物の重量荷重を電気信号として検出して計測する秤量装置全般を含むものとする。
【背景技術】
【０００２】
電子天びん／電子はかり（以後、電子天びん等という）による測定では、計量皿に被測定物を載せ、そのときに発生する計量皿の振動が減衰し、安定するのを待って、表示器に表示される計量値を読み取る作業が行われる。
もし、電子天びん等の表示値を読み取る際に、周囲環境の影響等を受けて、計量皿が振動し続けていると、表示器に表示される計量値が変動し、読み取りが困難になる。そのため、電子天びん等のなかには、表示される計量値を安定させ、測定者が読み取りやすくする目的で、採取したばかりの最新の計量値データと、直前の一定期間に採取した規定個数の過去の計量値データとを平均化することで、表示を安定させる移動平均処理を利用しているものがある（特許文献１参照）。
【０００３】
計量値の表示を安定させる目的で、移動平均処理を採用した場合、確かに表示の安定性については改善される半面、荷重変化に対する追従性、応答性が悪くなる。すなわち、計量皿に急激な荷重変化が発生した場合に、移動平均処理が働いていると、ノイズである振動成分のみならず、実際の荷重変化についても変動を抑えるように作用するため、荷重変化に対する応答性が遅くなってしまうことになる。
【０００４】
そこで、移動平均処理を行う際には、予め、判断基準となる荷重変動幅の閾値を設定しておき、実際に生じた荷重変動と、設定した荷重変動幅の閾値との比較結果に基づいて、移動平均処理の解除、開始の切り替え判断を行うようにしている。すなわち、計量皿に加わる荷重が変化した際に、設定した閾値よりも大きい荷重変動が生じている期間中は、移動平均処理を解除し、この閾値より変動幅が小さくなると、移動平均処理を開始するようにしている。
【０００５】
一方、天秤ビームの変位検出データをＰＩＤ演算してフィードバック制御を行う、いわゆるＰＩＤ制御方式の電子天びん等では、予め、複数のＰ、Ｉ、Ｄ値の組を記憶しておき、これらの設定パラメータを、ソフトウェアによって、随時に、かつ、任意に変更できるようにしておき、天秤ビームの変位検出データの時系列情報から、天びんが設置されている測定環境や使用方法を推定し、推定結果に応じて、予め記憶してあるＰＩＤ値の組み合わせのなかから、最適なＰＩＤ値の組を選択して設定するようにしたものが開示されている（特許文献２参照）。
【０００６】
例えば、天びんをバランスさせるサーボ機構が動作しているにもかかわらず、データの経時的変化が単調増加である場合には、電子天びんは、計量皿上に試料が徐々に追加され続けている状態であることから、はかり取り作業が進行中であると推定される。
したがって、この場合は、安定性よりも高速応答性を重視するようなＰＩＤ値の組み合わせが選択され、はかり取り作業に適したＰＩＤ制御が実行される。また、経時変化が単調増加でない場合においては、時系列データの標準偏差を算出し、標準偏差が大きいほど、ＰＩＤ値のうちのＩ値を大きくし、振動周期が短いほどＩ値を大きく、Ｐ値を小さくしたＰＩＤ値の組み合わせが選択され、ＰＩＤ制御が実行される。さらに、振動周期が最も大きい場合には、Ｄ値を大きくしたＰＩＤ値の組合わせが選択され、ＰＩＤ制御が実行される。このように変位検出データの時系列情報に応じて、最適なＰＩＤ値が選択されるようにしてある。
【特許文献１】特開平１１−３１１５６６号公報
【特許文献２】特開平１０−１９６４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、特許文献１に開示されているような移動平均処理を採用した従来からの電子天びん等では、移動平均処理を実行するか、移動平均処理を解除するかを、予め、設定してある固定の変動幅の閾値と、実際の荷重変動の大きさとの比較により判断している。そのため、微量のはかり取り作業の際は、１回の追加荷重の際で生じる変動が、固定の閾値に達しない限り、移動平均処理が維持されることになり、微量の追加荷重による変化に対する応答が遅くなる。
通常、はかり取り作業では、目標の計量値に近づくにつれて、１回ごとの追加荷重を小さくすることになるので、閾値を大きな値に設定しておくと、早い段階から移動平均処理が働くこととなり、微量の追加荷重の繰り返しを、応答が遅い状態で何度も行わなければならないこととなり、測定に長時間を要し、作業効率が悪くなるとともに、計量過多や計量不足が生じやすくなる。
【０００８】
一方、固定の変動幅の閾値を十分に小さく設定すると、はかり取り作業の際に、１回の追加作業での追加荷重が、相当に小さくなるまで閾値を超えないので、応答性よく計量することができる反面、小さい振動を受けたときでも、簡単に移動平均処理が解除されてしまい、表示が安定しなくなる。
【０００９】
また、特許文献２に開示されたＰＩＤ制御方式による電子天びん等のように、ＰＩＤ制御のＰＩＤ値を、使用環境に応じて最適なＰＩＤ値を選択する方法によれば、ある程度、周囲の環境に応じて、高速応答性と表示の安定性とを最適化させることができる。
しかしながら、この方法では、予め、実測等によって、周囲環境に応じた適切なＰＩＤ値の組を、作っておく必要がある。この作業は、ＰＩＤ値に関する知識を必要とし、手間を要する。
【００１０】
また、電子天びん等では、荷重変化があった後、振動現象が収まった後も、図３に示すように、ゆっくりとした変化がしばらく継続するクリープ現象が見られることがある。このクリープ現象は、例えば、荷重検出部に用いられるロバーバル機構の変形に起因していたり、ロードセル式の電子はかり等では、ロードセル自体あるいはロードセルを固定する取り付け部材（接着層等）の変形に起因していたりするものである。
【００１１】
上述した特許文献２に記載の電子天びん等では、天びんをバランスさせるサーボ機構が動作しているときに、データの経時的な変化が単調増加である場合には、一律に、はかり取り作業を行っていると判断するようにしている。そのため、クリープ現象が生じることによって経時的変化が単調増加である場合であっても、はかり取り作業が行われていると判断されてしまい、適切な制御がなされない場合がある。
すなわち、データの変動原因を区別することなく、制御を行っているため、早く応答して欲しいはかりとり作業であっても、移動平均処理による表示の安定化が行われたり、その逆に安定させたい場合であっても、移動平均処理が働かなかったりして、状況に応じた適切な応答がなされず、使いやすさが十分ではなかった。
【００１２】
そこで、本発明は、はかりとり作業の際は、すばやく応答することによって、作業の効率を高め、かつ、はかりとり作業ではないときは、表示の安定が保てるようにした電子天びん／電子はかりを提供することを目的とする。
また、はかりとり作業中であるか否かを、より適切に判断することにより、使い勝手のよい電子天びんを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するためになされた本発明の電子天びん等は、計量皿に載置された被測定試料の荷重値（Ｗ）を刻々検出する荷重検出部と、検出した荷重値（Ｗ）の移動平均値（Ｗａ）を算出する移動平均処理部と、検出した荷重値（Ｗ）の時間あたりの荷重変動率（Ｗｂ）を算出する荷重変動率算出部と、第１の荷重変動閾値（Ｗｒ１）、第１の荷重変動閾値（Ｗｒ１）より小さい第２の荷重変動閾値（Ｗｒ２）、時間あたりの荷重変動率閾値（Ｗｔ）を記憶する記憶部と、第１の荷重変動閾値（Ｗｒ１）と検出した荷重値（Ｗ）との比較結果に基づいて、または、第２の荷重変動閾値（Ｗｒ２）と検出した荷重値（Ｗ）との比較結果および荷重変動率閾値（Ｗｔ）と算出した荷重変動率（Ｗｂ）との比較結果に基づいて、移動平均処理を実行するか否かの判定を行う判定部と、荷重値（Ｗ）または移動平均値（Ｗａ）から重量値を算出する重量換算処理部とを備えるようにしている。
【００１４】
この発明によれば、荷重検出部が、計量皿に載置された被測定試料の荷重を、一定時間間隔で採取して、荷重値（Ｗ）の経時的な変化を収集する。計量皿の被測定試料の荷重変動が、移動平均処理を行うかの判定基準となる荷重変動閾値と比較される。最初は、初期値として設定されている第一の荷重変動閾値（Ｗｒ１）と比較され、被測定試料の荷重変動が第一の荷重変動閾値（Ｗｒ１）より大きいと、移動平均値の算出動作を解除して、そのときの荷重値に基づいて重量換算値を求めるようにして、荷重変動への追従性を高めて応答性よく測定を行う。以後、同様の動作を繰り返す。
【００１５】
荷重変動が第一の荷重変動閾値（Ｗｒ１）より小さくなったときは、続いて、その時点の時間あたりの荷重変動率（Ｗｂ）と予め設定してある荷重変動率閾値（Ｗｔ）とが比較される。クリープ現象が発生している場合、クリープ現象による時間あたりの荷重変動率は、図３に示すように、時間が立つにつれて、荷重変動率が単調に小さくなって、やがて零になる。そのため、クリープ現象による荷重変動率は、図４（ａ）に示すように、適当な荷重変動率閾値（Ｗｔ）を定めておくことにより、荷重変動率閾値（Ｗｔ）より大きくなることはない。一方、はかりとり作業のときは、計量皿に試料が追加されて追加荷重が加わるごとに、時間あたりの荷重変動率が一時的に高くなり、予め設定してある荷重変動率閾値（Ｗｔ）を超えるようになる。したがって、時間あたりの荷重変動率（Ｗｂ）と設定してある荷重変動率（Ｗｔ）との比較により、図４（ｂ）に示すように、荷重変動率（Ｗｂ）（荷重データの各点での接線の傾き）が荷重変動率閾値（Ｗｔ）を一時的に超える場合は、はかりとり作業による変動であると判定し、荷重変動率（Ｗｂ）が荷重変動率閾値（Ｗｔ）より常に小さい場合は、はかりとり作業を行っていないか、クリープ現象による変動であると判定する。
【００１６】
そして、はかりとり作業による変動であると判定された場合には、移動平均処理を行わないで応答性を高めるために、荷重変動閾値を、値が第一の荷重変動閾値（Ｗｒ１）よりも小さな第二の荷重変動閾値（Ｗｒ２）に変更した上で、移動平均値の算出動作を解除し、そのときの荷重値に基づいて重量換算値を求めるようにして、応答性よく測定を行う。
そして、第二の荷重変動閾値（Ｗｒ２）に変更された後は、小さい追加荷重によるはかりとり作業でも、移動平均が解除されるようになり、応答性よく測定が行われる。
【００１７】
一方、荷重変動率（Ｗｂ）が荷重変動率閾値（Ｗｔ）よりも小さく、はかりとりのための追加荷重が加えられていないか、クリープ現象であると判定した場合は、荷重変動閾値を第一荷重変動閾値（Ｗｒ１）に戻し、移動平均の算出動作を行う。そして、算出された移動平均値に基づいて、重量値を換算する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の電子天びん等によれば、荷重変動閾値と荷重変動率閾値とにより、はかりとり作業であるかを判定し、さらに大小２つの荷重変動閾値を用いることにより、はかりとり作業の際に、小さい追加荷重の場合でも移動平均処理を解除することができ、はかりとり作業の際に、応答性が高い測定を行えるようにして、使い勝手をよくすることができ、はかりとり作業以外では、移動平均値を利用して安定がよい測定を行うことができる。
さらに、はかりとり作業による経時変化と、クリープ現象による経時変化とを判別し、はかりとり作業の際だけ、応答性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための実施形態について図面を用いて説明する。なお、以下に説明する実施例は、一例にすぎず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変形実施することが可能である。
【００２０】
図１は本発明の一実施形態である電子天びんの構成を示す構成ブロック図、図２は図１の電子天びんの動作を説明するフローチャートである。この電子天びん１０は、計量皿１１ａに載置された被測定物の荷重を刻々検出する荷重検出部１１、移動平均処理を行うか否かの判断に用いる閾値パラメータ、すなわち、移動平均処理を行うか否かの判断に用いる第１の荷重変動閾値（Ｗｒ１）、第１の荷重変動閾値（Ｗｒ１）よりも小さい第２の荷重変動閾値（Ｗｒ２）、時間あたりの荷重変動率閾値（Ｗｔ）、を記憶する記憶部１２と、これらの閾値パラメータと検出した荷重とに基づいて、電子天びんの制御、重量計測動作を行う制御部１３と、計測結果を表示する表示部１４とからなる。
【００２１】
荷重検出部１１は、電磁力平衡型やロードセルを用いた天秤機構、はかり機構など、計量皿の被測定物の荷重を信号として、数ミリ秒単位で、時々刻々、測定を繰り返して出力する周知の機構を有するものであればよい。荷重検出部１１で検出された信号である荷重値データ（Ｗ）は、Ａ／Ｄ変換器２１によりデジタル化され、制御部１３に送られるようにしてある。
【００２２】
記憶部１２は、ＲＯＭ、ＲＡＭなどのメモリ素子により構成され、上述したように、移動平均処理を行うか否かの判断に用いる第１の荷重変動閾値（Ｗｒ１）、第１の荷重変動閾値（Ｗｒ１）よりも小さい第２の荷重変動閾値（Ｗｒ２）、時間あたりの荷重変動率閾値（Ｗｔ）が記憶してある。これらのパラメータは、電子天びんが起動されると、特性データとして制御部１３に読み込まれ、検出した荷重値データなどと比較できるようになる。
【００２３】
制御部１３は、いわゆるコンピュータ（ＣＰＵ）で構成され、種々の制御動作を実行する。制御部１３による制御動作のうち、本発明に関係する機能をさらに細かく分けて説明すると、判定部１６、移動平均処理部１７、重量換算処理部１８とに分けることができる。
判定部１６は、一定時間間隔で刻々測定した荷重値データ（Ｗ）、荷重値データ（Ｗ）から次式にて算出する時間あたりの荷重変動率（Ｗｂ）と、記憶部１２から読み込んだ第１の荷重変動閾値（Ｗｒ１）、第２の荷重変動閾値（Ｗｒ２）、時間あたりの荷重変動率閾値（Ｗｔ）とを比較して、移動平均値を算出するか否かを判定する。
Ｗｂ＝（Ｗｎ−Ｗｎ−１）／ｔ              （１）式
ただし、Ｗｎは、ｎ番目の荷重値データであり、ｔは荷重値データのサンプリング時間間隔である。
【００２４】
移動平均処理部１７は、判定部１６により移動平均処理を行う判定の場合に、荷重値データ（Ｗ）の移動平均値（Ｗａ）を算出する。すなわち、経時的に測定している荷重値データのうち、最新の規定個数の荷重値データの算術平均値を算出し、移動平均値（Ｗａ）を求める。
なお、移動平均値は、次式で求められる。最新のサンプリングデータをｎとし、規定個数をｍとすると、
Ｗａ＝（Ｗｎ−ｍ＋Ｗｎ−ｍ＋１＋Ｗｎ−ｍ＋２＋・・・＋Ｗｎ）／ｍ          （２）式
【００２５】
重量換算処理部１８は、移動平均処理を行わない場合は荷重検出部からの荷重値データ（Ｗ）を元にして、また、移動平均処理を行う場合は、算出した移動平均値（Ｗａ）を元にして、これらのいずれかに対してスパン係数（感度係数）を乗じることによって計量皿に載置されている被測定試料の重量値を求める。なお、スパン係数は、予め、校正分銅等を利用して求められている。
表示部１４は、重量換算処理部１８で換算された重量値を逐次表示する。
【００２６】
次に、この電子天びん１０による計量動作について図２のフローチャートを用いて説明する。
（ｓ１０１）
まず、電子天びんを起動すると、記億部１２から第１の荷重変動閾値（Ｗｒ１）、第２の荷重変動閾値（Ｗｒ２）、時間あたりの荷重変動率閾値（Ｗｔ）とが、読み込まれる。
（ｓ１０２）
続いて、荷重検出部１１によって検出され、Ａ／Ｄ変換器２１によりデジタル化された荷重値データ（Ｗ）を読み込む。
（ｓ１０３）
続いて、荷重検出部から読み込まれた荷重値データ（Ｗ）と、記憶部から読み込まれた第一の荷重変動閾値（Ｗｒ１）とが比較される。荷重値データ（Ｗ）が大きいときは、大きな追加荷重があったと判断され、移動平均処理を解除するため、ｓ１０４に進む。一方、荷重変動値データ（Ｗ）が小さいか等しいときは、大きな荷重変動がないため、はかりとり作業中であるかを判断するためｓ１０５に進む。
（ｓ１０４）
ｓ１０４に進んだ場合は、大きな荷重が追加されたか、あるいは、はかりとり作業中であると判断され、いずれの場合も迅速に荷重変化を測定するために、移動平均処理を解除した上で、
ｓ１１０に進む。
（ｓ１０５）
ｓ１０５に進んだ場合は、はかりとり作業中であるか否かを判断するため、荷重値データ（Ｗ）から時間あたりの荷重変動率（Ｗｂ）を算出し、ｓ１０６に進む。
（ｓ１０６）
算出した時間あたりの荷重変動率（Ｗｂ）と、記憶部から読み込まれた荷重変動率閾値（Ｗｔ）とが比較される。荷重変動率閾値（Ｗｔ）には、クリープ現象が生じていたとしても、追加荷重が加えられていないときは、超えないような値を設定してあるので、荷重変動率（Ｗｂ）が荷重変動率閾値（Ｗｔ）より大きい場合は、一時的にはかりとり作業による追加荷重があったと判断され、ｓ１０７に進む。荷重変動率（Ｗｂ）が荷重変動率閾値（Ｗｔ）より小さい場合は、追加荷重がなく、たとえ、荷重変動率が零ではなくても、それはクリープ現象などによるものと判断され、ｓ１０８に進む。
（ｓ１０７）
ｓ１０７に進んだ場合は、はかりとり作業中であると判断されるので、小さい追加荷重であっても、はかりとり作業中であることを判断できるようにするため、移動平均処理を解除するための閾値（ｓ１０３での判断基準）を第一の荷重変動閾値から第二の荷重変動閾値に変更する。そして、ｓ１０４に進むことにより、移動平均処理を解除する。
（ｓ１０８）
ｓ１０８に進んだ場合は、はかりとり作業ではないと判断されるので、移動平均処理を解除するための閾値（ｓ１０３での判断基準）を、第二の荷重変動閾値から第一の荷重変動閾値に戻す（第一の荷重変動閾値の場合はそのまま維持する）ようにした上で、移動平均処理を行うため、ｓ１０９に進む。
（ｓ１０９）
移動平均処理を行うことにより、移動平均値（Ｗａ）を算出する。続いてｓ１１０に進む。
（ｓ１１０）
移動平均処理が解除されている場合は、荷重値データ（Ｗ）を元にして、また、移動平均処理が実行された場合は、移動平均値（Ｗａ）を元にして、重量値換算がなされ、ｓ１１１に進む。
（ｓ１１１）
重量値換算されたデータが表示部に表示され、ｓ１１２に進む。
（ｓ１１２）
測定を終了するため、図示しない終了ボタンが押されると、ｓ１１３に進む。次の荷重値データを測定して、測定を続行する場合は、ｓ１０２に戻る。
（ｓ１１３）
終了する場合は、設定を初期値（Ｗｒ１、Ｗｔ）に戻して、終了する。
【００２７】
以上のフローで制御動作を行うことにより、荷重変動が生じている場合に、はかりとり作業であるかクリープ現象かも区別しつつ、計量動作を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、高速応答性と、表示の安定性とを状況に応じて適切に使い分けることができる電子天びんを製造する場合に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態である電子天びんの構成を示すブロック図。
【図２】図１の電子天びんにおける荷重測定の際のフローチャート図。
【図３】安定化した後のクリープ現象を示す図。
【図４】クリープ現象が生じているときとはかりとり作業を行っているときの荷重の経時的変化を説明する図。
【符号の説明】
【００３０】
１０：電子天びん
１１：荷重検出部
１２：記憶部
１３：制御部
１４：表示部
１６：判定部
１７：移動平均処理部
１８：重量換算処理部
Ｗｒ１：第一荷重変動閾値
Ｗｒ２：第二荷重変動閾値
Ｗｔ：荷重変動率閾値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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