(57)【要約】【課題】簡単な構成で精度の高い計測を可能にする計測装置を提供することを目的とする。【解決手段】ワークを載置する秤量皿３と、秤量皿３に対して下方に伸びるように連結された連結棒４と、連結棒４に一端が係合して固定されたスプリング８とを有し、連結棒４の移動量を回転運動に変換するピニオン９と、ピニオン９の回転軸に連結されたエンコーダ１０と、エンコーダ１０から出力されるパルス信号を、重量表示させるために処理する処理部１１とを備える計測装置１とした。【選択図】　図１
2004069570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークの重量を連結棒を介して弾性部材に作用させ、前記弾性部材の収縮により前記ワークの重量を計測する計測装置であって、
ワークを載置する秤量皿と、前記秤量皿に連結された前記連結棒と、前記連結棒の移動量をパルス信号に変換するためのエンコーダと、前記エンコーダからのパルス信号を逓倍した後に計数し、記憶されているデータと比較して前記ワークの重量を取得する処理部とを有することを特徴とする計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークの重量を計測する計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ワークの重量を測定する計測装置としては、バネに作用する力の大きさと、バネの伸びとが比例することを利用したバネ秤がある。バネ秤は、ワークを載置する秤量皿と、ワークの重量に応じて運動をするリンク機構とを有しており、運動するリンク機構と計測装置の本体部（筐体）などの固定端との間にバネを掛け渡した構成を有している。リンク機構は、秤量皿から下向きに延設されて上下移動する連結棒と、連結棒と計測装置の本体部とに回動自在に取り付けたレバーとから構成されており、連結棒の移動方向とバネの伸縮方向とが一致するようにバネが連結棒に固定されている。
【０００３】
表示部は、アナログ方式であれば連結棒に形成されたピニオンと噛み合うラックと、ラックの回転に従って回動する指針と、目盛板とから構成されている。計測装置の秤量皿にワークが載置されると、秤量皿および連結棒は、ワークの重量とバネの復元力とが平衡に達する位置まで下がる。このとき、連結棒の下降量だけラックが回転し、指針を所定位置まで回動させる。ユーザは、指針が差す目盛板上の重量を読むことでワークの重量を知ることができる。
【０００４】
また、ワークの重量をデジタル表示する計測装置では、連結棒に連結したロードセルの抵抗値の変化や、キャパシタの電極間距離の変化を電気信号として取り出すことで重量を測定している。電気信号はＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換されるなどして処理されるので、得られた重量をデジタル表示することが可能になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、デジタル表示を行う計測装置は、ロードセルやキャパシタを重量とリンクさせるためには複雑な制御が必要であるため、デジタル表示であっても構成が簡単で安価な計測装置の開発が望まれていた。
さらに、広い計測範囲においても精度の良い計測を行うためには、ロードセルのストレンゲージを複数種類設けるなどの措置が必要であった。キャパシタに至っては、平行平板の電極間距離をリニアに変化させる構成のみからは広い計測範囲においても精度の良い計測を行うことは困難であった。
したがって、本発明が解決しようとする課題は、簡単な構成で精度の高い計測を可能にする計測装置を提供することである。さらに、広い計測範囲において精度の良い計測を行えるようにすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、本発明は、ワークの重量を連結棒を介して弾性部材に作用させ、弾性部材の収縮によりワークの重量を計測する計測装置であって、ワークを載置する秤量皿と、秤量皿に連結された連結棒と、連結棒の移動量をパルス信号に変換するためのエンコーダと、エンコーダからのパルス信号を逓倍した後に計数し、記憶されているデータと比較してワークの重量を取得する処理部とを有する計測装置とした。
【０００７】
この計測装置は、秤量皿にワークが載置されると、弾性部材を引き伸ばし、もしくは、収縮させながら、連結棒が移動する。連結棒の移動量は、エンコーダによりパルス信号に変換され、ワークの重量として数値化される。この際のデジタル処理において、パルス数を逓倍することにより精度とともに、読み取り精度を大きく向上させている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（第一実施形態）
本発明の第一実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本実施形態における計測装置の構成を示す図である。
図１に示すように、計測装置１は、表示部１４を備えた本体部２と、本体部２の上部から突出し、ワークを載置する秤量皿３と、秤量皿３から下方に延設するように連結された連結棒４およびレバー５，６を主な構成要素とするリンク機構７と、連結棒４と本体部２との間に掛け渡された弾性部材であるスプリング８と、連結棒４の直線運動を回転運動に変換するためのピニオン９と、ピニオン９の回転角度をパルス信号として出力するエンコーダ１０と、エンコーダ１０からのパルス信号を処理して表示部１４にワークの重量を表示させる処理部１１とを含んで構成されている。
【０００９】
リンク機構７は、前記した連結棒４およびレバー５，６と、スプリング８を連結棒４に取り付けるための可動板１２とを含んで構成されている。レバー５は、連結棒４の秤量皿３側である上端部および本体部２のそれぞれにピンや、ヒンジなどにより回動可能に取り付けられている。レバー６は、連結棒４の下端部および本体部２のそれぞれにピンや、ヒンジなどにより回動可能に取り付けられている。このリンク機構７は、少なくとも一方のレバー５，６の替わりに、または、これらと共に用いられ、連結棒４の移動をガイドするレールなどからなるガイド機構（不図示）を備えても良い（以上、他の実施形態についても同じ）。なお、連結棒４の上端部から下端部に至る中間には、前記したピニオン９と係合可能な複数の溝からなる一種の歯車（ラック）４ａが形成されている。
【００１０】
スプリング８は、一端が本体部２の固定板１３に係合することで固定され、他端が連結棒４に固定された可動板１２に係合することで固定されている。スプリング８の伸縮方向は連結棒４の移動方向と一致している。スプリング８には、ワークの重量が秤量皿３、連結棒４を介して作用し、この場合はスプリング８を引っ張るように作用する。スプリング８は、自己の弾性力により復元しようとする力とワーク重量とが釣り合う長さまで伸び、ワークが秤量皿３から取り除かれると、元の長さに戻る。
【００１１】
エンコーダ１０は、回転角度に比例したパルス数の信号を出力する公知のロータリーエンコーダであり、エンコーダ１０の回転軸は、ピニオン９の回転軸に連結されている。したがって、連結棒４の移動に伴うピニオン９の回転角度を検出することが可能であり、このエンコーダ１０からは、回転角度に応じてＡ信号、Ｂ信号の二つのパルス信号が出力される。Ａ信号、Ｂ信号は共に、同じ周期で、同じ矩形（ステップ）状のパルスを出力したものであるが、その位相は９０度ずれている。
【００１２】
処理部１１は、パルス逓倍回路２１と、パルス計数回路２２と、比較回路２３と、ゲート回路２４と、キャリブレーション回路２５、および、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）２６を有している。なお、図示しないが、各回路におけるデータを一時的に保有するためのラッチ回路を備えても良い。
【００１３】
パルス逓倍回路２１は、エンコーダ１０からの出力に対して、そのパルス数を逓倍する処理を行い、測定精度を高めるために用いられている。例えば、一回転で１０００パルス出力するエンコーダ１０に二逓倍すると、一回転に対して２０００パルス出力するエンコーダを用いた場合と同等の分解能を得ることができる。これは、前記したＡ信号の一つのパルスに対して立ち上がり時と立ち下がり時の二回、パルス逓倍回路２１が出力信号を発することによる。また、パルス逓倍回路２１を四逓倍とすると、Ａ信号のパルスの立ち上がり時と立ち下がり時に加えて、９０度の位相差を有するＢ信号のパルスの立ち上がり時と立ち下がり時の合計四回、パルス逓倍回路２１が出力信号を発する。パルス数を二倍、または、四倍にすることで、分解能を二倍、四倍にそれぞれ高めることができる。例えば、１０００パルスで１０００ｇとしたときの測定精度は、１パルスにつき１ｇになるが、二逓倍の場合は、２０００パルスで１０００ｇを計測することになるので、その測定精度は１パルスにつき０．５ｇとなる。さらに、四逓倍の場合は４０００パルスで１０００ｇを計測することになるので、その測定精度は１パルスにつき０．２５ｇになる。
【００１４】
パルス計数回路２２は、逓倍化された出力信号のパルス数を計数する。比較回路２３はパルス計数回路２２で計数したパルス数と、あらかじめ重量と関連付けされてメモリされているパルス数とを比較して、該当する重量を取得するものである。ゲート回路２４は、表示部１４に出力信号を出力するためのインターフェイスである。キャリブレーション回路２５は、スプリング８の伸びによる測定誤差や、エンコーダ１０の誤差を補正するための回路である。キャリブレーションは、定期的に行うように構成しても良いし、キャリブレーションのトリガとなるボタンをユーザが押した際に行うように構成しても良い。ＣＰＵ２６は、所定の回路や、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成され、処理部１１全体の制御する。ＣＰＵ２６のＲＯＭには、前記した比較用のパルス数や、それに関連付けされた重量値のデータなどが記録されている。
【００１５】
表示部１４としては、７セグメントＬＥＤを配列したものや、液晶などを用いたディスプレイがあげられる。計測装置１は、表示部１４を備えず、外部の表示装置に出力信号を送るための出力端子を備えていても良い。
【００１６】
次に、この計測装置１による計測方法について説明する。
秤量皿３にワークを載置すると、ワークの重量に応じて秤量皿３、および、これに連結されている連結棒４が下降する。連結棒４の下降によりピニオン９が回転し、このときにエンコーダ１０が時計回りに回転し、その回転角度がパルス信号として出力される。出力されたパルス信号は、パルス数を逓倍させた後に、計数する。計数されたパルスとメモリのデータとを比較して重量を取得し、表示部１４に出力信号を送る。例えば、３６０度で１０００パルス出力するエンコーダ１０と、入力パルス数を四倍にして出力するパルス逓倍回路２１を用いた場合に、ピニオン９が回転して、Ａ信号が完全なパルスを１００個出力し、９０度位相がずれたＢ信号が完全なパルスを１００個出力した場合には、パルス計数回路２２がパルス数として４００をカウントする。比較回路２３は、ＣＰＵ２６の四逓倍のデータと比較して、例えば、「１００．５０ｇ」に相当する比較結果を得て、ゲート回路２４を経て表示部１４にデジタル表示させる。連結棒４の移動は、スプリング８の弾性力によりある値で止まるので、前記したデジタル表示も一定の重量値で停止する。このときの表示されている値を読むことでワークの重量を計測することができる。
このような計測装置１を用いると、簡単な構成でありながら、指針のふらつきがないので、読み取り精度が高く、精度の高い計測を行うことができる。
【００１７】
（第二実施形態）
本発明の第二実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図２は本実施形態における計測装置の構成を示す図である。なお、前記した第一実施形態と同じ構成要素については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００１８】
図２に示すように計測装置３１は、ワークの重量に応じて下方に運動する秤量皿３およびリンク機構７と、リンク機構７と本体部２との間に掛け渡された弾性部材であるスプリング８と、エンコーダ１０と、処理部１１と、表示部１４とを有している。リンク機構７は、秤量皿３に固着された連結棒４と、連結棒４の上端側に連結されると共に本体部２に回動可能に取り付けられたレバー５、連結棒４の下端側に連結されると共にエンコーダ１０の回転軸に取り付けられたレバー６と、連結棒４に固定され、連結棒４とスプリング８の一端とを連結させる可動板１２とを含んで構成されている。
【００１９】
この計測装置３１においては、ワークが秤量皿３に載置されると、スプリング８を下方に引っ張りながら連結棒４が下方に移動する。この際にリンク機構７を構成しているレバー６の回動に伴って、エンコーダ１０の回転軸が回転し、その回転角度に応じたパルス信号が出力される。エンコーダ１０から出力されるパルス信号は、処理部１１において逓倍化した後に計数され、メモリされているデータと比較することで、ワークの重量を得る。
【００２０】
このような計測装置３１を用いると、簡単な構成でありながら、指針のふらつきがなないので、読み取り精度が高く、精度の高い計測を行うことができる。さらに、前記した第一実施形態に比べてもラックとピニオンを必要としない点において構成が簡略化されている。
【００２１】
（第三実施形態）
本発明の第三実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図３は本実施形態における計測装置の構成を示す図である。なお、前記した第一実施形態と同じ構成要素については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００２２】
図３に示すように計測装置４１は、ワークの重量に応じて下方に運動する秤量皿３およびリンク機構７と、リンク機構７と本体部２との間に設けられた弾性部材を含む弾性変形部４２と、エンコーダ１０と、処理部１１と、表示部（不図示）とを有している。リンク機構７は、秤量皿３から下方に延設されるように連結された連結棒４と、連結棒４の上端部と本体部２のぞれぞれに回動可能に取り付けられたレバー５と、連結棒４の下端部と本体部２のぞれぞれに回動可能に取り付けられたレバー６と、弾性変形部４２を連結棒４に取り付けるための可動板１２とを含んで構成されている。
【００２３】
弾性変形部４２は、一端が可動板１２に固定された弾性部材であるスプリング４３ａと、他端が本体部２側にされた弾性部材であるスプリング４３ｂとを有し、スプリング４３ａの他端とスプリング４３ｂの一端との間に介装された板材４４が、スプリング４３ａ，４３ｂの伸縮により本体部２側のガイド４５に沿って上下に移動する構成を有している。ここで、スプリング４３ｂのバネ定数は、スプリング４３ａのバネ定数よりも充分大きく、例えば、スプリング４３ａの１０倍以上であることが望ましい。連結棒４を介して作用するワークの重量が小さい場合には、スプリング４３ｂは剛体として振る舞い、スプリング４３ａのみが縮む。一方、ワークの重量が充分に大きい場合は、スプリング４３ａは縮んだ状態で剛体として振る舞い、スプリング４３ｂのみが縮む。
【００２４】
このような弾性変形部４２を備えることで、秤量皿３の移動量と、ワーク重量の関係は、図４に示すように関係になり、スプリング４３ａの収縮による変位領域Ｌ１、すなわち、ワーク重量の小さい領域であっても、移動量に対する重量の分解能が高く、精度の高い測定を行うことができる。なお、スプリング４３ｂの収縮による変位領域Ｌ２、すなわち、ワーク重量の大きい領域であっても充分な分解能が得られるので、この計測装置４１は、広い測定範囲を精度良くカバーすることができる。ここで、ワークの重量は、前記したように連結棒４の移動量をエンコーダ１０で検出し、移動量（すなわち、エンコーダ１０の回転角度）に応じて出力されるパルス信号を、処理部１１において必要に応じて逓倍した後に、計数し、用意されているデータと比較することにより得られ、得られた結果は、表示部１４などに表示される。用意されているデータとしては、図４の秤量皿３の移動量とワークの重量との関係において、秤量皿３の移動量をパルス数に置き換えて作成したテーブルがあげられる。
【００２５】
なお、本発明は前記の各実施形態に限定されるものではなく、広く応用することができる。
例えば、第三実施形態においてエンコーダ１０の回転軸は、レバー６の回動中心に取り付けられていても良い。また、各実施形態においてエンコーダ１０は、リニアエンコーダを用いても良い。リニアエンコーダは、ワイヤの一端を連結棒４に固定して、ワイヤの引き出し量により連結棒４の移動量を計測するものや、連結棒４に周期的に形成した凹凸や穴などを光学的に読み取ることで連結棒４の移動量を計測するものが用いられる。
【００２６】
パルス逓倍回路２１の逓倍数は測定者が選択できるようにすることが望ましい。この場合においては、本体部２に選択ボタンを設けると共に、ＣＰＵ２６に選択結果がフィードバックされる構成にする。ＣＰＵ２６には逓倍数ごとにパルス数と重量についてのデータが記憶されており、選択結果に応じて比較回路２３に受け渡すデータを選択するように制御する。
キャリブレーション回路２５を設ける代わりに、スプリング８の長さでキャリブレーションを行うために固定板１３の上下方向の位置を機械的に調節する調節手段（ネジ）を設けても良い。同様に、スプリング４３ａ，４３ｂの長さでキャリブレーションを行うためにガイド４５の上下方向の位置を機械的に調節する調節手段を設けても良い。
【００２７】
また、測定精度の観点からは、第一実施形態のピニオン９と噛み合うギヤ比の異なる歯車を設け、この歯車の回転軸にエンコーダ１０の回転軸を連結しても良い。ギヤ比の分だけエンコーダ１０の回転角度が増幅され、測定精度を向上させることができる。同様に、第二実施形態のレバー６の回動量を、ギヤ比の異なる歯車群を介装させることにより、レバー６の回動量、すなわち、連結棒４の移動量に対してエンコーダ１０の回転量を所定倍にして測定精度を高めるように構成しても良い。
【００２８】
各実施形態における弾性部材は、スプリング８の他、所定のバネ定数を有する部材であればゴムであっても良い。また、スプリング８の形態は、コイル状、板状等、任意の形態が可能である。同様に、第三実施形態のスプリング４３ａ，４３ｂもコイル状、板状等、任意の形態のスプリングや、ゴムを用いることができる。
さらに、秤量皿３を設けず、フックなどでワークを吊り下げることでワークの重量を計測する計測装置とすることもできる。この場合において、第一、第二実施形態のスプリング８は、ワーク重量に応じて下がる連結棒４により引き伸ばされるように取り付けられることが望ましい。また、リンク機構７の別形態としては、連結棒４の一端をワーク重量が作用する作用点（秤量皿３を含んでも良い）とし、他端に弾性部材を連結し、その中間において、ピンなどで回動可能に軸支する構成があげられる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、エンコーダと所定の処理部により、簡単な構成で、ワークの重量をデジタル処理して計測することが可能になる。逓倍化処理を行うなどにより測定精度や、読み取り精度を高めつつも、安価な計測装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における計測装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態における計測装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態における計測装置の構成を示す図である。
【図４】秤量皿の移動量と重量の関係を示す図である。
【符号の説明】
１，３１，４１　計測装置
３　　　　　　　秤量皿
４　　　　　　　連結棒
５，６　　　　　レバー
７　　　　　　　リンク機構
８　　　　　　　スプリング　（弾性部材）
１０　　　　　　エンコーダ
１１　　　　　　処理部
２１　　　　　　パルス逓倍回路
２２　　　　　　パルス計数回路
２３　　　　　　比較回路
【図１】
2004069570.tif 000003
【図２】
2004069570.tif 000004
【図３】
2004069570.tif 000005
【図４】
2004069570.tif 000006