(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被計量物を計量して、その重量に対応した計量信号を出力する計量セルと、
この計量セルが設置された床の振動を検出して、床振動検出信号を出力する床振動検出セルと、
上記両セルの動特性の相違によって生ずる両信号の位相差を打ち消すように、両信号の少なくとも一方の信号の位相を調整する位相調整手段と、
上記位相差が打ち消された状態で、計量信号から床振動検出信号を減算して、床振動に起因する計量信号の誤差を補償した床振動補正済信号を出力する床振動補償手段とを備えた計量装置。
【請求項２】
請求項１において、さらに、
上記計量セルが出力するアナログ計量信号からノイズを除去する第１のアナログフィルタと、
上記床振動検出セルが出力するアナログ床振動検出信号からノイズを除去する第２のアナログフィルタとを備え、
上記位相調整手段は、上記第１のアナログフィルタと、このフィルタと異なるフィルタ特性をもつ第２のアナログフィルタとからなる計量装置。
【請求項３】
請求項１において、さらに、
上記計量セルからの計量信号と床振動検出セルからの床振動検出信号をディジタル変換するＡ／Ｄ変換器と、
上記ディジタル変換された計量信号をフィルタリングする第１のディジタルフィルタと、
上記ディジタル変換された床振動検出信号をフィルタリングする第２のディジタルフィルタとを備え、
上記位相調整手段は、上記第１のディジタルフィルタと、このフィルタと異なるフィルタ特性をもつ第２のディジタルフィルタとからなる計量装置。
【請求項４】
請求項１において、
上記位相調整手段は、上記計量セルと床振動検出セルの少なくとも一方に振動減衰力を調整する減衰力調整部材を貼付することにより、両信号の位相差を打ち消すものである計量装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、計量セルから出力される計量信号から、その計量セルを設置した床の振動成分による計量誤差を除去するようにした計量装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、工場生産ラインにおいて、被計量物を計量する際、計量装置の設置場所において地盤，建屋，床，架台などの環境に起因して低周波（約２０Ｈｚ以下）の床振動が生じ、これらの振動分が計量信号に重畳する。このため、計量装置において、被計量物を計量し、その重量に対応した計量信号を出力する計量セルの近傍で該計量セルと同一の床に、床振動検出信号を出力する床振動検出セルを設置し、計量信号から床振動信号を減算することにより、計量信号中の床振動成分を除去する床振動補償を行う場合がある。
【０００３】
上記床振動補償を行う計量装置において、床振動検出セルを小型化して省スペース化を図る場合等のように、計量セルと床振動検出セルが同一寸法でない場合には、計量セル側と床振動検出セル側とで入力信号に対する出力信号のゲインが異なるので、いずれか一方のセルの出力感度を他方に合わせるゲイン補正を行って、両セルの出力のゲインを合わせる必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、計量セルと床振動検出セルの動特性が同一でない、すなわち入力信号（加振力）に対する出力信号の振幅および位相遅れ（減衰力）が同一でない場合には、上記のゲインの相違だけでなく、その動特性の相違によって、計量信号と床振動検出信号に位相差が生じる。
【０００５】
ここで、動特性の異なる計量セルと床振動検出セルにおいて、計量セルからの計量信号をＹ１、床振動検出セルからの床振動検出信号をＹ２、それぞれの振幅をＡ１，Ａ２、位相差をθ、床振動の周波数をωとすると、計量信号Ｙ１，床振動検出信号Ｙ２は次式で表される。
Ｙ１＝Ａ１・ｃｏｓωｔ，  Ｙ２＝Ａ２・ｃｏｓ（ωｔ＋θ）
床振動補償では、上述したとおり、同一の加振力（この場合は床振動）に対して床振動検出信号Ｙ２の振幅Ａ２が計量信号Ｙ１の振幅Ａ１と等しくなるように係数Ｃを乗算した（つまり、ゲイン補正：Ａ１＝Ｃ・Ａ２）のち、両信号の減算を行う。
【０００６】
0003771377.tif 000002
【０００７】
したがって、もとの振幅Ａ１は床振動補正によってＡ１・√（２−２ｃｏｓθ）の振幅となる。位相差θがゼロであれば補正後の振幅もゼロとなり、床振動成分が完全に除去されたことになるが、位相差θがあると、完全に除去されない。この位相差は、例えばθ＝１°のときには、√（２−２ｃｏｓθ）＝０．０１７４であるから、計量セルの振幅の１．７４％が除去されずに残っていることになり、計量セルの振幅が大きいときには、わずかな位相差でも無視することができない。このように、高精度の計量を行う計量装置においては、この位相差による誤差によって床振動補償の正確性が低下するという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記の問題点を解決して、計量セルと床振動検出セルの動特性の相違によって両信号に位相差が生じても、高精度の計量を図ることができる計量装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、被計量物を計量して、その重量に対応した計量信号を出力する計量セルと、この計量セルが設置された床の振動を検出して、床振動検出信号を出力する床振動検出セルと、上記両セルの動特性の相違による両信号の位相差を打ち消すように、両信号の少なくとも一方の信号の位相を調整する位相調整手段と、上記位相差が打ち消された状態で、計量信号から床振動検出信号を減算して、床振動に起因する計量信号の誤差を補償した床振動補正済信号を出力する床振動補償手段とを備えている。
上記構成によれば、上記位相調整手段は、両セルの動特性の相違による両信号の位相差を調整して、両信号の位相差を打ち消している。したがって、計量信号から床振動検出信号を減算する床振動補償の正確性を向上させることができる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１において、さらに、上記計量セルが出力するアナログ計量信号からノイズを除去する第１のアナログフィルタと、上記床振動検出セルが出力するアナログ床振動検出信号からノイズを除去する第２のアナログフィルタとを備え、上記位相調整手段は、上記第１のアナログフィルタと、このフィルタと異なるフィルタ特性をもつ第２のアナログフィルタとからなる。
上記構成によれば、上記位相調整手段は、両信号の位相差に応じて、アナログフィルタのフィルタ特性を変更するので、そのフィルタリングにより両信号の位相差を容易に打ち消すことができる。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１において、さらに、上記計量セルからの計量信号と床振動検出セルからの床振動検出信号をディジタル変換するＡ／Ｄ変換器と、上記ディジタル変換された計量信号をフィルタリングする第１のディジタルフィルタと、上記ディジタル変換された床振動検出信号をフィルタリングする第２のディジタルフィルタとを備え、上記位相調整手段は、上記第１のディジタルフィルタと、このフィルタと異なるフィルタ特性をもつ第２のディジタルフィルタとからなる。
上記構成によれば、上記位相調整手段は、両信号の位相差に応じて、ディジタルフィルタのフィルタ特性を変更するので、そのフィルタリングにより両信号の位相差を容易に打ち消すことができる。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１において、上記位相調整手段が、上記計量セルと床振動検出セルの少なくとも一方に振動減衰力を調整する減衰力調整部材を貼付することにより、両セルから出力する両信号の位相差を打ち消すものである。
上記構成によれば、上記位相調整手段は、両信号の位相差に応じて、減衰力調整部材の貼付量を変更するので、両信号の位相差を容易に打ち消すことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に、本発明の第１実施形態に係る計量装置の構成を示す。本計量装置は、被計量物を計量して、その重量に対応したアナログ計量信号を出力する計量セル２、およびこの計量セル２が設置された床Ｆの振動を検出して、アナログ床振動検出信号を出力する床振動検出セル４を備えている。計量セル２の起歪体Ｋ１には計量皿Ｄ１が支持され、床振動検出セル４の起歪体Ｋ２には錘りＤ２が設けられており、歪発生量の大きい上下面の４か所に歪ゲージＧが貼り付けられている。
【００１４】
本計量装置は、さらに、アナログ計量信号からノイズを除去する第１のアナログ（ローパス）フィルタ５、アナログ床振動検出信号からノイズを除去する第２のアナログ（ローパス）フィルタ６、各アナログ信号を増幅するアンプ７、各アナログ信号について一定周波数以上の信号を除去するアンチエイリアスフィルタ８、各アナログ信号をディジタル変換するＡ／Ｄコンバータ９、ＣＰＵ（マイクロコンピュータ）１５、および位相調整手段１８を備えている。この位相調整手段１８は、両セル２，４の形状、材質、寸法等の差違に起因する動特性の相違による両信号の位相差を打ち消すように、両信号の少なくとも一方の信号の位相を調整するものである。
【００１５】
上記ＣＰＵ１５は、Ａ／Ｄコンバータ９，９によりディジタル変換した計量信号と床振動検出信号をフィルタリングしてフィルタ済計量信号とフィルタ済床振動検出信号を出力する第１および第２のディジタルフィルタ１０，１１、このフィルタ済床振動検出信号を両セルの出力感度比に基づいてゲイン補正するゲイン補正手段１２、およびフィルタ済計量信号ｙm からゲイン補正されたフィルタ済床振動検出信号ｙc を減算して床振動補正済信号ｙを出力する床振動補償手段１４を備えている。
【００１６】
図２のように、計量セル２および床振動検出セル４のそれぞれ４つの歪ゲージＧによりブリッジ回路Ｂが形成されており、その出力端子Ｏ１，Ｏ２からアナログ計量信号，アナログ床振動検出信号が取り出されている。上記第１および第２のアナログフィルタ５，６は、キャパシタであるコンデンサＨを有しており、計量セル２，床振動検出セル４の歪ゲージＧとコンデンサＨによって１次フィルタを構成する。位相調整手段１８は、第１および第２のアナログフィルタ５，６からなり、アナログフィルタ５，６のフィルタ特性が、従来と異なり、互いに相違するように設定されている。この設定は、アナログフィルタ５，６のコンデンサＨのキャパシタンスを相違させることによりなされる。
【００１７】
以下、本計量装置の動作を説明する。
まず、図１に示す計量セル２から検出された被計量物の計量信号、および床振動検出セル４から検出された床振動検出信号は、それぞれアナログフィルタ５，６でノイズを除去され、アンプ７で増幅され、アンチエイリアスフィルタ８で一定の周波数以上が除去されて、Ａ／Ｄ変換器９でディジタル変換される。次に、ＣＰＵ１５において、計量信号は第１のディジタルフィルタ１０でフィルタリングされて、フィルタ済計量信号ｙm として出力される。また、床振動検出信号は、第２のディジタルフィルタ１１でフィルタリングされ、さらに、ゲイン補正手段１２で両セル２，４の出力感度比に基づいてゲイン補正されることにより、両セル２，４のゲインを一致させたのち、フィルタ済床振動検出信号ｙc として出力される。そして、床振動補償手段２０により、フィルタ済計量信号ｙm からゲイン補正されたフィルタ済床振動検出信号ｙc を減算する減算処理を行い、床振動を補正した床振動補正済信号ｙを出力する。これにより、床振動に起因する計量信号の誤差が補償された床振動補正済計量信号ｙが得られる。
【００１８】
図３（ａ）は、計量セル２と床振動検出セル４の周波数−位相特性の一例を示す。横軸は床振動の周波数（Ｈｚ）、縦軸は床振動と各セル２，４からのアナログ出力信号との位相のずれ（度）である。ここで、両セル２，４の動特性が同一でない場合には、図３（ａ）のように、計量セル２から出力する計量信号と床振動検出セル４から出力する床振動検出信号とに位相差が生じる。この図では、床振動検出信号より計量信号の位相が遅れている。図３（ａ）の特性は、例えば、被計量物をのせないで、床振動を図１の両セル２，４に与え、アンプ７からの信号を外部のシグナルアナライザに入力して、位相差を測定することにより得られる。
【００１９】
計量セル２からの計量信号の位相が床振動検出信号より相対的に遅れている場合には、その遅れている分だけ計量信号の位相が進むように、第１および第２のアナログフィルタ５，６のフィルタ特性を変更する。図４に、コンデンサＨのキャパシタンスを変化させたときのアナログフィルタ５，６の周波数−位相特性を示す。この図のように、キャパシタンスを小さくするに従って相対的に位相が進むことになる。図３（ｂ）は、（ａ）の計量信号の遅れ位相に応じて、その分計量信号の位相が相対的に進むようにフィルタ特性を変えたアナログフィルタ５，６の周波数−位相特性を示す。
【００２０】
図３（ｂ）のフィルタ特性を変えたアナログフィルタ５，６で両信号をフィルタリングした結果を、図３（ｃ）に示す。この図のように、床振動の周波数範囲である約２０Ｈｚ以下において、両信号の位相差はほぼゼロとなりその位相差が打ち消されている。
【００２１】
上記位相調整手段１８の動作を伝達関数の演算式を用いて説明する。まず、アナログフィルタ５，６の入力と出力の関係を示す伝達関数は、歪ゲージＧの抵抗をＲ、コンデンサＨのキャパシタンスをＣとすると、１／（１＋ｊω（ＲＣ／２））で示される。このフィルタ５，６の伝達関数Ｇ1 (jω) ，Ｇ2 (jω) は、両信号の位相差に応じて、その位相差を打ち消すように、キャパシタンスＣを変えることによりフィルタ特性を変えた後のものである（図３（ｂ））。計量セル２の伝達関数Ｇ11(jω) と床振動検出セル４の伝達関数Ｇ00(jω) は、両セル２，４の動特性に依存している（図３（ａ））。両セル２，４からの信号は、これらフィルタ特性を変えたアナログフィルタ５，６によりフィルタリングされるので、結局、各セル２，４とアナログフィルタ５，６を組み合わせた伝達関数は次式で示される（図３（ｃ））。
計量セル２側        Ｇ11(jω) Ｇ1 (jω)
床振動検出セル４側  Ｇ00(jω) Ｇ2 (jω)
計量セル２および床振動検出セル４から位相差を有して出力する両信号は、上記フィルタ特性に設定されたアナログフィルタ５，６のフィルタリングにより、その位相差がほぼゼロになる。
【００２２】
この例ではアナログフィルタ５，６の両方のキャパシタンスＣを変えているが、いずれか一方だけのキャパシタンスＣを変えるようにしてもよい。また、アナログフィルタ５，６のキャパシタンスＣを変更する代わりに、別のコンデンサをコンデンサＨに並列接続してもよい。
【００２３】
なお、アナログフィルタ５，６のフィルタ特性を変えることで、そのゲイン特性も変わってくるが、このフィルタ５，６のカットオフ周波数は床振動周波数よりもかなり高い領域にあるので、低周波領域のゲインにはほとんど影響を及ぼさない。また、より正確に補正しようとすると、位相調整後、再度ゲイン調整すればよい。
【００２４】
このように、本計量装置は、計量セル２と床振動検出セル４の動特性の相違によって生じる両信号の位相差に応じて、ノイズを除去するアナログフィルタ５，６によって両信号に反対方向の位相差を与え、そのフィルタリングにより両信号の位相差を打ち消すから、両信号の位相差がなくなり、計量信号から床振動検出信号を減算する床振動補償の正確性を向上させることができる。また、計量装置に既存のアナログフィルタ５，６を用いて両信号の位相差を打ち消すので、容易かつ低コストで高精度の計量を図ることができる。さらに、セル２，４と、予め位相調整済のアナログフィルタ５，６とを１セットとして用意しておくことにより、セル２，４の取り替えに際して、後段側の回路を位相調整のために調整する必要がなく、その１セットの取り替えのみで済むので、保守，点検が容易となる。
【００２５】
なお、図１に示したように、計量セル２側および床振動検出セル４側のそれぞれにＡ／Ｄコンバータ９を設けるのではなく、マルチプレクサを設けて、Ａ／Ｄコンバータ９を単一にしてもよい。各信号は、マルチプレクサにより、計量セル２または床振動検出セル４から、アナログフィルタ５，６、アンプ７、アンチエイリアスフィルタ８を経て、選択的に取り出され、単一のＡ／Ｄコンバータ９で順次ディジタル信号に変換されたのち、デマルチプレクサ手段により、対応するディジタルフィルタ１０、１１に選択的に入力される。各セルが複数の場合であっても、Ａ／Ｄコンバータ９は単一でよいので、低コスト化を図ることができる。
【００２６】
図５に、第２実施形態の計量装置の構成図を示す。この第２実施形態では、アナログフィルタ５，６を用いた第１の位相調整手段１８に加えて、第１のディジタルフィルタ１０と、このフィルタ１０と異なるフィルタ特性をもつ第２のディジタルフィルタ１１とからなる第２の位相調整手段２８を設けている。この第２の位相調整手段２８は、第１の位相調整手段１８により大まかに位相差を打ち消したのち、残った僅かな位相差を打ち消す微調整手段として用いられる。このディジタルフィルタ１０，１１には、通常のＦＩＲ（Finite Impulse Response)形フィルタに加え、位相補正用として、例えば再帰形フィルタのＩＩＲ(Infinite Impulse Response) 形が用いられる。
【００２７】
ディジタルフィルタ１０，１１のフィルタ特性は、従来と異なり、互いに相違するように設定されている。つまり、Ａ／Ｄ変換器９，９からの両信号の位相差に応じて、この位相差と反対方向の位相差を与えて位相差を打ち消すようにディジタルフィルタ１０および１１のフィルタ特性を変更する。フィルタ特性を変更すると、カットオフ周波数が変わる。例えば、カットオフ周波数を低くすると、位相遅れが大きくなる。Ａ／Ｄ変換器９から出力された計量セル２側の計量信号の位相が遅れている場合には、その遅れている分だけ、Ａ／Ｄ変換器９から出力された床振動検出セル６側の床振動検出信号の位相が遅れるように、両ディジタルフィルタ１０，１１のフィルタ特性を手動で変更することになる。
【００２８】
これにより、第２の位相調整手段２８は、両信号の位相差を十分に打ち消すことができる。
【００２９】
なお、ＣＰＵ１５内に計量信号と床振動検出信号の位相差を検出する手段と、ディジタルフィルタ１０，１１のフィルタ特性を変更する手段とを設け、位相差に応じて、ディジタルフィルタ１０，１１のフィルタ特性を自動的に変更してもよい。
【００３０】
なお、この実施形態では、両ディジタルフィルタ１０，１１のフィルタ特性を変更しているが、いずれか一方のフィルタ特性を変更するようにしてもよい。また、両セル２，４の動特性の差が小さいためにセル２，４から出力されるアナログ信号の位相差が小さい場合には、第１の位相調整手段１８を割愛して、つまり、アナログフィルタ５，６のフィルタ特性を同一にして、第２の位相調整手段２８単独で、位相差を打ち消すようにしてもよい。
【００３１】
つぎに、第３実施形態の計量装置について説明する。本計量装置は、第１実施形態と異なり、図６の床振動検出セル４ａ（または計量セル２ａ）の伝達関数そのものを変えて、両信号の位相差を打ち消すものである。本計量装置の位相調整手段３８は、計量セル２ａと床振動検出セル４ａの少なくとも一方に貼り付けられて振動減衰力を調整する減衰力調整部材からなり、この減衰力調整部材３８により、両セル２ａ，４ａの動特性の相違によって生じる両信号の位相差を打ち消す。減衰力調整部材３８は、ロードセルの固有振動数でのピーク値を抑えてロードセルの使用可能なダイナミックレンジを拡げる作用をもつものであるが、本発明では、この減衰力調整部材３８がロードセルから出力する信号の位相ずれをも生じさせる作用をもつことに着目したものである。信号処理の回路構成は、図１のアナログフィルタ５，６のフィルタ特性を同一にした点を除いて、図１と同一である。
【００３２】
減衰力調整部材３８は例えばブチルゴムからなる。床振動検出セル４ａは、床Ｆに支持される固定部３２と、上下のビーム部を形成する薄いステンレス製の基板３４と、これら基板３４を介して固定部３２に支持された可動部（錘り部）３３と、固定部３２に取り付けられて可動部３３の上下移動を制限するストッパ部材であるストッパねじ３７を有している。また、ステンレス板３４の表面にはノッチ部３６が設けられ、このステンレス板３４の裏面に、ノッチ部３６と対向する位置に歪ゲージＧが例えばスパッタリングにより形成されている。ステンレス板３４および歪ゲージＧの表面にはブチルゴム３８がその粘着力によって貼付される。
【００３３】
以下、上記減衰力調整部材（ブチルゴム）３８の動作を説明する。まず、上記第１実施形態の場合と同様に、被計量物をのせない状態で、シグナルアナライザにより計量信号と床振動検出信号の位相差を測定して、図３（ａ）の特性を得る。得られた両信号の位相差に応じて、両信号の位相差を打ち消すように図６の床振動検出セル４ａへのブチルゴム３８の貼付量を設定する。このとき、ブチルゴム３８を貼付した床振動検出セル４ａの伝達関数Ｇ01(jω) は、可動部３３の質量をｍ、減衰定数をｃ、ばね定数をｋとすると、次式で示される。
【００３４】
0003771377.tif 000003
ここで、一定寸法（一定質量）のブチルゴム３８を用いた場合、ブチルゴム３８の貼付量（枚数）と減衰定数ｃおよびばね定数ｋとには、表１に示すように、一定の相関関係がある。そこで、両信号の位相差を打ち消す伝達関数Ｇ01(jω) となるように、床振動検出セル４ａのブチルゴム３８の貼付量、つまり枚数を表１の値に基づいて設定する。
【００３５】
【表１】
0003771377.tif 000004
【００３６】
図７に、床振動検出セル４ａに貼付するブチルゴム３８の枚数を変化させたとき、床振動検出セル４ａの周波数−位相特性を示す。この図のように、ブチルゴム３８の枚数を多くするに従って位相が遅れる。計量信号の位相が遅れている場合には、その遅れている分だけ床振動検出信号の位相も遅れるように、床振動検出セル４ａに貼付するブチルゴム３８の枚数を設定することになる。
【００３７】
これにより、第３実施形態の位相調整手段３８は、両信号の位相差に応じて、両信号に反対方向の位相差を与えるので、両信号の位相差を容易に打ち消すことができる。
【００３８】
なお、この実施形態では、床振動検出セル４ａのステンレス板３４および歪ゲージＧの表裏面にブチルゴム３８を貼付しているが、いずれか一方の面にのみ貼付してもよい。また、床振動検出セル４ａにのみブチルゴム３８を貼付しているが、計量セル２ａにのみ貼付してもよく、両セルに貼付するようにしてもよい。
【００３９】
また、第１実施形態のアナログフィルタ５，６のフィルタ特性による調整と、第３実施形態の減衰力調整部材による調整とを組合せて、両信号の位相差を打ち消すようにしてもよい。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、位相調整手段は、両セルの動特性の相違による両信号の位相差を打ち消している。従って、計量信号から床振動検出信号を減算する床振動補償の正確性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る計量装置を示す構成図である。
【図２】第１実施形態の位相調整手段を示す回路図である。
【図３】上記位相調整手段の動作を示す特性図である。
【図４】アナログフィルタの周波数−位相特性を示す特性図である。
【図５】第２実施形態に係る計量装置を示す構成図である。
【図６】第３実施形態に係る計量装置の床振動検出セルを示す側面図である。
【図７】上記床振動検出セルの周波数−位相特性を示す特性図である。
【符号の説明】
２…計量セル、４…床振動検出セル、５…第１のアナログフィルタ、６…第２のアナログフィルタ、９…Ａ／Ｄ変換器、１０…第１のディジタルフィルタ、１１…第２のディジタルフィルタ、１４…床振動補償手段、１８，２８，３８…位相調整手段。
【図１】
0003771377.tif 000005
【図２】
0003771377.tif 000006
【図３】
0003771377.tif 000007
【図４】
0003771377.tif 000008
【図５】
0003771377.tif 000009
【図６】
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【図７】
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