(57)【要約】【課題】  外乱のある環境下においても計量表示値が安定しており、かつ試料を載置した際の計量表示値の応答性がよい電子天びんを提供する。【解決手段】荷重検出部上における物体の動きを、カメラ・超音波センサなどにより検知して、荷重検出部上の物体が動作しているか否かに対応させて計量表示値の平滑度合いを変えることにより、前記課題を解決する。【選択図】図１
0003116605.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
荷重検出部で検出された荷重データを所定時間間隔で刻々とサンプリングするデータサンプリング手段と、サンプリングされた荷重データを平滑化処理することにより計量表示値を算出する演算手段とを備えた電子天びんにおいて、前記荷重検出部上における物体の位置検出手段と、前記検出された物体の位置の時間的変化量を算出する手段と、前記算出された物体の位置の時間的変化量に基づいて平滑化処理に使用する前記サンプリングされた前記荷重データの点数を決定する平滑化データ点数決定手段とを備えたことを特徴とする電子天びん。
【請求項２】
前記荷重検出部上における物体の位置検出手段は、可視光を検知するカメラであることを特徴とする請求項１に記載の電子天びん。
【請求項３】
前記荷重検出部上における物体の位置検出手段は、超音波センサであることを特徴とする請求項１に記載の電子天びん。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この考案は、試料を計量する機能を有する電子天びんに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に電子天びんにおいては、試料に変化がないにも拘らず、風や温度変化などの外乱の影響によって計量表示値に時間的変動が生じてしまう課題がある。課題を解決するために、従来の電子天びんにおいては、荷重検出部からの荷重検出信号をデジタル変換して所定の微小時間ごとに刻々とサンプリングし、任意に設定された平滑化時間でサンプリングされた荷重データを平滑化することによって計量表示値を決定している。従来装置における荷重データおよび計量表示値の変化を図５および図６に示す。サンプリング時間ΔＴ１＝０．１秒の場合において、荷重データＷと計量表示値Ｗｄｉｓｐとの関係を表した図である。Ｘ軸は時刻Ｔ［秒］を、Ｙ軸は計量表示値Ｗｄｉｓｐ及び荷重データＷ［ｇ］をそれぞれ表す。図５に、計量表示値を求める際の平滑化時間を０．５秒とした場合の計量表示値の時間変動を示す。同様に、図６に、平滑時間２．５秒の場合の計量表示値の時間変動を示す。図５および図６において、時刻Ｔ＝２．０秒付近で４２ｇの試料を載置している。また、時刻Ｔ＝６．０秒付近で風の影響により荷重データＷにノイズが発生し、時刻Ｔ＝９．５秒付近で１０ｇ程度の試料を更に追加載置している。
【０００３】
外乱のある環境下での測定に際しては、図６に示すように、想定される外乱の周期よりも平滑化時間を長く設定することにより荷重データの変動が計量表示値に及ぼす影響を抑えることができるが、試料を増減させた場合においては、長時間の移動平均により計量表示値が定常状態に達するまでに長時間を要することとなり、操作性が著しく低下するという新たな課題が生じていた。
【０００４】
かといって、図５のように平滑化時間を短く設定すると、計量表示値が定常状態に達するまでの時間が短縮されることにより操作性が向上するものの、風などの影響により荷重データＷにノイズが発生した場合に、計量表示値も変動し、計量値の視認性が低下する。
【０００５】
このような新たな課題を解決するために、特公平０３−０００５６５には、荷重検出信号が振動状態にあった場合に、荷重検出信号の上下ピークを判定して、その中間値を振幅の時間積によって補正して計量表示値として採用することにより、計量表示値を迅速に安定させる電子天びんが開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特公平０３−０００５６５
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら上述のような電子天びんにおいては、計量表示値が定常状態に達するまでに長時間を要することとなり操作性が著しく低下するという新たな課題に対して一定の改善効果はみられるものの、試料を微小量増減させたような場合に発生する荷重検出信号の変化と、風や温度変化などの外乱により発生する荷重検出信号の変化との区別はできないため、外乱に対しても敏感に反応してしまうという課題が生じている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本考案は、上記課題を解決するために次のような構成をとる。すなわち請求項１に記載の電子天びんは、荷重検出部で検出された荷重データを所定時間間隔で刻々とサンプリングするデータサンプリング手段と、サンプリングされた荷重データを平滑化処理することにより計量表示値を算出する演算手段とを備えた電子天びんにおいて、荷重検出部上における物体の位置検出手段と、検出された物体の位置の時間的変化量を算出する手段と、算出された物体の位置の時間的変化量に基づいて平滑化処理に使用するサンプリングされた荷重データの点数を決定する平滑化データ点数決定手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
かかる構成の特徴に基づいて、請求項１に記載の電子天びんは次の通り作用する。すなわち、請求項１に記載の考案によれば、データサンプリング手段によって荷重検出部で検出された荷重データが所定時間間隔で刻々とサンプリングされると共に、荷重検出部上における物体の位置の時間的変化量を算出する手段により、物体の位置の時間的変化量が検出され、検出された物体の位置の時間的変化量に基づいて平滑化処理に使用する記憶された荷重データの点数が設定され、設定された平滑化処理に使用する記憶された荷重データの点数に基づいて平滑化処理が行われて計量表示値が算出される。
【００１０】
また、請求項２に記載の電子天びんは、請求項１に記載の電子天びんであって、荷重検出部上における物体の位置検出手段は、可視光を検知するカメラであることを特徴とする。
【００１１】
かかる構成の特徴に基づいて、請求項２に記載の電子天びんは次の通り作用する。すなわち、荷重検出部上における物体が、可視光を検知するカメラにより画像として検出される。
【００１２】
また、請求項３に記載の電子天びんは、請求項１に記載の電子天びんであって、荷重検出部上における物体の位置検出手段は、超音波センサであることを特徴とする。
【００１３】
かかる構成の特徴に基づいて、請求項３に記載の電子天びんは次の通り作用する。すなわち、荷重検出部上における物体が、超音波センサにより検出されて物体までの距離に換算される。
【考案の効果】
【００１４】
請求項１に記載の考案は上述のように作用するから、荷重検出部上における物体の位置変化量が検出されることにより、試料を微小量増減させたような場合と、風や温度変化などの外乱による場合との区別をすることができるので、計量表示値の応答性と安定性を両立させることができるという効果を奏する。
【００１５】
また、請求項２に記載の考案は上述のように作用するから、請求項１に記載の考案により得られる効果に加え、物体の位置変化量を観測する領域を設定することが容易であるという効果を奏する。すなわち、可視光を検知するカメラは、絞りやズームなどのカメラが有する既存の機能により撮影領域を設定することができるから、物体の移動を検出すべき皿上の領域を厳密に規定することができる。
【００１６】
また、請求項３に記載の考案は上述のように作用するから、請求項１に記載の考案により得られる効果に加え、環境光が変化するような場合においても、その影響を受けない装置を提供できるという効果を奏する。すなわち、本願考案にかかる電子天びんの周囲に照明などの変化が発生した場合においても、可視光と超音波との間に相互作用は生じ得ないので、物体の位置変化と環境光の変動とを誤認識することがなく、安定した計量表示値を提供することができる。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１７】
【実施例１】
【００１８】
図１は、本願考案にかかる電子天びんの概観図である。電子天びん１は、本体部２と、シールド部３により構成される。
【００１９】
本体部２は、本体部２の前面に設けられた荷重表示部９と、荷重検出部６と、荷重検出部６の上に載置された試料１０の荷重を示す荷重データを処理して計量表示値を求める演算処理回路２３とから構成される。演算処理回路２３は、適宜算出された計量表示値を荷重表示部９に送信する。荷重表示部９は、受信した計量表示値を表示する。
【００２０】
また、シールド部３の右側には、奥―手前方向にスライド可能に配設された右扉５ａが設けられており、右扉５ａには扉開閉用つまみ４ａが配設されている。扉開閉用つまみ４ａを奥方向もしくは手前方向に押すことにより扉を開閉することができる。同様に、電子天びん１の上部および左側にもそれぞれ扉５ｂおよび扉５ｃが設けられている。右扉５ａ乃至左扉５ｃは、内部の視認性をよくするために、アクリル、ガラス、プラスチック等の透明の板で構成されている。
【００２１】
さらに本実施例１にかかる電子天びん１は、位置検出手段として、シールド部３の内部に可視光を検出して画像として出力する機能を有するカメラ８ａが配設されており、荷重検出部６上を撮影可能な位置に固定されている。
【００２２】
カメラ８ａの固定位置は、電子天びん１の前面からの視認性を損ねず、かつ左右および上方の扉５ａ乃至左扉５ｃを開いてさじ１２などで未計量の試料１１を荷重検出部６の上に載置する際の操作性を損ねない位置が望ましいが、荷重検出部６上の画像を収集することができる位置に配置する限りにおいて、固定位置を種々変更しても本願考案の特徴的な効果を得ることができる。カメラ８ａとして、例えば、ＳＨＡＲＰ製ＬＺ０Ｐ３７３８などの小型ＣＣＤカメラモジュールを使用すれば、上述のような視認性、操作性を損ねないため好適である。
【００２３】
図２に示すように、演算処理回路１６は、ＣＰＵ１５と、ＲＡＭ１４と、ＲＯＭ１３とから構成されている。ＲＯＭ１３にはプログラム１７が書き込まれており、ＣＰＵ１５は、ＲＯＭ１３から逐次プログラム１７を読み出して実行する。
【００２４】
図２に示すように、プログラム１７は次のような構成からなる。すなわち、荷重検出部６で検出した荷重データＷを逐次計量表示値算出モジュールＳ２へ通知する荷重データサンプリングモジュールＳ１と、荷重データＷをＲＡＭ１４へ所定回数分格納荷重データＷｉとして格納すると共に、平滑化データ点数決定モジュールＳ４から通知される平滑化データ点数ｍ個の格納荷重データＷｉを平滑化処理して計量表示値Ｗｄｉｓｐを算出し、逐次荷重表示部９へ送信する計量表示値算出モジュールＳ２と、カメラ８ａから出力される画像データＧを刻々サンプリングして、平滑化データ点数決定モジュールへ送信する画像データサンプリングモジュールＳ３と、画像データＧをＲＡＭ１４へ所定回数分格納すると共に、画像データＧの時間的変化量ΔＧを空間変化量としての特徴量に変換した特徴量データＺを算出すると共に、特徴量データＺの時間変化量ΔＺに基づいて荷重データＷの平滑化データ点数ｍを決定して計量表示値算出モジュールＳ２に通知する平滑化データ点数決定モジュールＳ４とを具備する。以下各モジュールＳ１乃至Ｓ４について詳述する。
【００２５】
荷重データサンプリングモジュールＳ１は、荷重検出部６から出力される荷重データＷを所定時間間隔ΔＴ１で刻々とサンプリングするとともに、後述の計量表示値算出モジュールＳ２へ通知する。
【００２６】
なお、ΔＴ１は、短い方が好ましいが、ＣＰＵ１５の処理能力および、ＲＡＭ１４の記憶容量に応じて適宜選択する必要がある。一般に電子天びん１における平滑化時間を１秒乃至１０秒とし１０点以上の荷重データＷｉについて平滑化処理を行うことより、計量表示値の視認性を損なうことなく外乱による影響を抑制しうることが経験的に分かっている。従って、ΔＴ１が０．１ｓ以下であれば十分本願考案の効果を奏する。
【００２７】
計量表示値算出モジュールＳ２は、荷重データサンプリングモジュールＳ１から通知された最新の荷重データＷをＲＡＭ１４に格納し、最も古いデータをＲＡＭ１４から削除することにより、Ｗ１からｎ回前の荷重データＷｎまでのｎ個の荷重データＷｉをＲＡＭ１４に記憶するとともに、過去ｍ回分の荷重データＷｉの単純平均を算出して計量表示値Ｗｄｉｓｐとし、逐次荷重表示部９へ送信する。平均処理データ点数ｍは、後述するモジュールＳ４により通知された値を使用する。
【００２８】
なお、格納しておく荷重データＷは、平滑化時間の最大値をΔＴ１で除した数よりも多く保存しておくことが望ましい。また、平滑化処理は、上述のような計算方法に限定されるものではなく、各荷重データＷの加重平均であってもよい。その他、平滑化処理に用いる荷重データＷ１乃至Ｗｍに含まれる最大値と最小値の範囲内の値を計量表示値Ｗｄｉｓｐとする限りにおいて、平滑化処理の計算方法については種々変更可能である。
【００２９】
特徴量算出モジュールＳ３は、カメラ８ａから出力される画像データＧを所定時間間隔ΔＴ２で刻々サンプリングして、後述する平滑化データ点数決定モジュールＳ４へ通知する。
【００３０】
なお、ΔＴ２については、ΔＴ１以下であることが望ましいが、ΔＴ１より長い時間としても本願考案の効果が全く損なわれる訳ではなく、種々選択可能である。また、必ずしも一定間隔である必要はなく、時間間隔をその都度変更しても良い。
【００３１】
平滑化データ点数決定モジュールＳ４は、特徴量算出モジュールＳ３から通知された画像データＧの時間変化ΔＧを空間方向に対して２次元フーリエ変換を施した後に、直流成分を除去したものを特徴量データＺとしてＲＡＭ１４に格納すると共に、前回格納した特徴量データＺｐｒｅｖとの差分ΔＺを算出してスカラ化した値、例えば二次元空間方向の絶対値総和をとったものを特徴量変化値Ｚｓとして算出する。次に、予め定められた閾値Ｚｔｈと特徴量変化値Ｚｓとの大小関係を判定し、Ｚｔｈ＞Ｚｓの関係にある場合には、荷重検出部６上の物体の位置が変化していないと判断して平滑化データ点数ｍを所定の大きい値ｍＬに設定し、Ｚｔｈ≦Ｚｓの関係にある場合には、荷重検出部６上の物体の位置が変化していると判断して平滑化データ点数ｍを所定の小さい値ｍＳに設定すると共に、逐次モジュールＳ２に通知する。ここに、ｍＬとｍＳはｍＬ＞ｍＳの関係にあり、かつ、ＲＡＭ１４に格納されている荷重データの点数ｎより小さくかつ１以上の整数であることを条件として種々選択することができる。
【００３２】
画像データＧが物体の位置変化に基づいて変化しているのか、もしくは周辺の環境光の変化に基づいて変化しているのかを、２次元フーリエ変換を施した後に直流成分を除去することで判別することができる点について、図４を参照して説明する。図４（ａ）は、荷重検出部６上に試料１１を載置した場合における、画像データＧの時間変化と差分画像ΔＧとの関係を表した図である。また、図４（ｂ）は、荷重検出部６の周辺環境光が変化した場合における、画像データＧの時間変化と差分画像ΔＧとの関係を表した図である。なお、図４においては、理解を容易にするために、２次元フーリエ変換を施した特徴量ではなく、現実の２次元画像濃淡分布で表している。図４（ａ）における差分画像ΔＧは、さじの輪郭の変動が含まれており、空間周波数の高い成分が含まれることが分かる。しかし、図４（ｂ）においては、差分画像ΔＧには一様に値が分布しており、空間周波数の高い成分は含まれおらず、ほぼ直流成分のみで構成されていることが分かる。従って、差分画像ΔＧに空間周波数が高周波となる成分が支配的に含まれている場合には、物体の位置が変動しているものと判断でき、そのことは、差分画像ΔＧを空間方向に２次元フーリエ変換し、直流成分を除去することにより実現可能である。
【００３３】
上述の例においては、特徴量変化値Ｚｓと閾値Ｚｔｈとの大小関係によって、平滑化データ点数ｍをｍＬ若しくはｍＳのいずれかの値にすることとしているが、特徴量変化値Ｚｓに逆比例するものとして平滑化データ点数ｍを決定することとしても良く、その他特徴量変化値Ｚｓと平滑化データ点数ｍとの大小関係が反転していること、すなわち特徴量変化値Ｚｓが任意の値Ｚｓ０の際の平滑化データ点数ｍ０と、特徴量変化値Ｚｓが任意の値Ｚｓ１の際の平滑化データ点数ｍ１との関係において、Ｚｓ０＞Ｚｓ１であるときにはｍ０≦ｍ１であることを条件として種々の方法で種々特徴量変化値Ｚｓに基づいて平滑化データ点数ｍを決定することができる。
【００３４】
また、特徴量データＺとして、２次元フーリエ変換を施した後に直流成分を除去することが望ましいが、画像データＧの全画素値をそのまま格納することとしても、環境光に反応する点において効果が損なわれるものの、少なくとも試料１０を載置する時には荷重表示値の反応が早くなる点において本願考案の効果を奏する。その他、荷重検出部６上の物体の移動と特徴量データＺとに相関があるという条件の下に種々の計算方法を選択可能である。
【００３５】
荷重表示部９は、計量表示値算出モジュールＳ２から通知された計量表示値Ｗｄｉｓｐを表示する。表示の手段は、液晶表示、７セグメントＬＥＤなど既存の技術により構成可能である。
【００３６】
以上詳述したとおりプログラム１７が機能することにより、操作者が試料１０を荷重検出部６の上に載置している場合には平滑化データ点数ｍに小さい値が設定される結果、荷重表示値が即座に反応するので、操作性が向上する。一方、単に風などの外乱が荷重検出部６に影響を及ぼしている場合には平滑化データ点数ｍに大きい値が設定される結果、荷重表示値が十分な周期で平滑化され安定するので、視認性が向上する。
【実施例２】
【００３７】
前述の実施例１においては、物体の位置検出手段として可視光を検出するカメラ８ａを採用した構成を開示したが、本実施例２においては、物体の位置検出手段として超音波の反射を検出する超音波センサを用いた構成を開示する。
【００３８】
基本的な電子天びん１の構造は、物体の位置検出手段を除き、実施例１と同様であるので説明を省略し、相違点について詳述する。
【００３９】
本実施例２にかかる電子天びん１は図３に示すとおり、シールド部３の内部に位置検出手段として、超音波センサ８ｂが配設されており、荷重検出部６上までの物体の距離を検出可能な位置に固定されている。
【００４０】
超音波センサ８ｂの固定位置は、電子天びん１の前面からの視認性を損ねず、かつ左右および上方の右扉５ａ乃至左扉５ｃを開いてさじ１２などで未計量試料１１を荷重検出部６の上に載置する際の操作性を損ねない位置でかつ超音波の反射強度が最大になる位置すなわち荷重検出部６の直上に配置することが望ましいが、荷重検出部６上に存する物体からの超音波反射を検出することができる位置に配置する限りにおいて固定位置を種々変更しても、本願考案の特徴的な効果を得ることができる。超音波センサ８ｂとして、例えばキーエンス製ＦＷ−Ｈ０２などの小型超音波センサヘッドを使用すれば、上述のような視認性、操作性を損ねないため好適である。
【００４１】
プログラム１７の構成についても実施例１と同様であるが、特徴量算出モジュールＳ３および平滑化データ点数決定モジュールＳ４の内部構成についてのみ相違するので、以下特徴量算出モジュールＳ３および平滑化データ点数決定モジュールＳ４について詳述する。
【００４２】
特徴量算出モジュールＳ３は、超音波センサ８ｂから出力される距離データＤを特徴量データＺとして所定時間間隔ΔＴ２で刻々処理してＲＡＭ１４に格納する。
【００４３】
なお、ΔＴ２については、ΔＴ１以下であることが望ましいが、ΔＴ１より長い時間としても本願考案の効果が全く損なわれる訳ではなく、種々選択可能である。また、必ずしも一定間隔である必要はなく、時間間隔をその都度変更しても良い。
【００４４】
さらに平滑化データ点数決定モジュールＳ４は、前回取得した特徴量データＺｐｒｅｖとＲＡＭ１４に格納された現在の特徴量データＺｎｏｗとの差分ΔＺを特徴量変化値Ｚｓとして算出する。特徴量変化値Ｚｓを算出した後の手順については、実施例１の場合と同様である。
【００４５】
荷重表示部９は、計量表示値算出モジュールＳ２から通知された計量表示値Ｗｄｉｓｐを可視化する。可視化の手段は、液晶表示、７セグ表示など既存の技術により構成可能である。
【００４６】
以上詳述したとおり、環境光による影響なく物体の移動を検出することができるため、安定して効果を奏することができる。
【００４７】
なお、実施例１および実施例２においては、ＲＯＭ１３に格納されたプログラム１７を読み出してＣＰＵ１５で処理を行う構成としたが、同様の機能の一部若しくは全てを電気回路で構成しても良い。
【００４８】
また、物体の位置検出手段としてカメラ８ａもしくは超音波センサ８ｂを例示したが、ある領域内の物体の位置変化を検出する機能を有する限りにおいて、その手段を種々選択可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本願実施例１にかかる電子天びん１の詳細構造を示す図である。
【図２】本願実施例にかかる電子天びん１の演算処理回路１６の構造を示す図である。
【図３】本願実施例２にかかる電子天びん１の詳細構造を示す図である。
【図４】画像データの経時変化を説明する図である。
【図５】従来例における計量表示値Ｗの変化（長平滑処理時間）を示す図である。
【図６】従来例における計量表示値Ｗの変化（短平滑処理時間）を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１．電子天びん
２．本体部
３．シールド部
４ａ．扉開閉用つまみ（右部）
５ａ．右扉
５ｂ．上扉
５ｃ．左扉
６．荷重検出部
８ａ．カメラ
８ｂ．超音波センサ
９．荷重表示部
１０．試料
１１．未計量の試料
１２．さじ
１３．ＲＯＭ
１４．ＲＡＭ
１５．ＣＰＵ
１６．演算処理回路
１７．プログラム
【図１】
0003116605.tif 000003
【図２】
0003116605.tif 000004
【図３】
0003116605.tif 000005
【図５】
0003116605.tif 000006
【図６】
0003116605.tif 000007
【図４】
0003116605.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成17年9月14日(2005.9.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
荷重検出部で検出された荷重データを所定時間間隔で刻々とサンプリングするデータサンプリング手段と、サンプリングされた荷重データを平滑化処理することにより計量表示値を算出する演算手段とを備えた電子天びんにおいて、前記荷重検出部上における物体の位置検出手段と、前記検出された物体の位置の時間的変化量を算出する手段と、前記算出された物体の位置の時間的変化量に基づいて平滑化処理に使用する前記サンプリングされた荷重データの点数を決定する平滑化データ点数決定手段とを備えたことを特徴とする電子天びん。