JPH0222324B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は物品、商品、製品等の充填もしくは装
填重量を迅速に計量するための装置に係わり、特
に、このような装置の実際の動作において生ずる
いろいろな装置によつて生ぜしめられる計量精度
の劣化を低減して計量精度を高める上記の型の差
動秤装置に関する。

本発明は特に、重量に比例する電気出力信号を
発生するばね平衡型の計量セルを有する秤装置に
関するものである。このような計量セルもしくは
秤セルの動作中に生ずる様々な状態で秤セルの精
度は低減する。例えば、大きな片の形態にある物
品の計量装填中、秤の受台に対する片の衝撃で重
量信号を覆つたりその他の緩衝をなす不所望な信
号が発生せしめられる。同様にして秤セルに伝達
される振動や電気的に拾われる信号例えば切換時
の過渡信号も重量信号に対し望ましくない信号成
分となる。以下雑音と称するこのような望ましく
ない信号もしくは信号成分は重量信号に重畳され
ておつて、秤セルにより正確に検出することがで
きる重量の最小増分に限界を課している。

計量すべき物品の個々の片の衝撃の計量精度に
対する影響は、例えば計量ホツパーに縁部を下に
して落ちたポテト・チツプは、計量ホツパー内に
既に装入されている他のチツプに平らに落ちる同
じポテト・チツプと比較して２倍も大きい瞬時信
号を発生すると言う事実を考えれば容易に理解さ
れるであろう。大きなチツプの重さは約0.00354
ｇ（1/8オンス）もあり、したがつてこのような
チツプにより生ぜしめられる衝撃で実際には
0.00354ｇ（1/8オンス）であるにもかかわらず縁
部を下に向けて落下したチツプは目盛上では
0.00708ｇ（1/4オンス）となつて現われるので計
量結果は実際の重量よりも小さくなる。

上記のような振動上の問題から計量速度の遅い
秤セルの使用が望ましいことが判る。これに関し
てさらに説明すると、所与の担いばね系は精度よ
く緩衝された場合に最小の整定時間を有する。こ
の場合、該整定時間は担い系の固有周波数の１サ
イクルに等しい。担い系を剛化してその固有周波
数を２倍にすると所与の重量増分に対する担いば
ね系の行程は1/4に減少される。言換えるならば、
担いばね系の応答速度を２倍にした場合には、所
与の振動振幅は４倍も大きい重量を表わす信号を
発生する。

振動に対する具体的な例について述べると、可
動部分である計量ホツパーの付いた1/10秒の応答
時間の秤セルに1.7577ｇ（62オンス）の負荷を加
えた場合には、この秤セルは0.00044ｇ（1/64オ
ンス）を付加した場合僅か0.063mm（0.000025イ
ンチ）しか変位しない。しかしながら、自動秤装
置の慣用の1/10秒の応答時間を有する秤セルに対
する振動は実質的に0.00044ｇ（1/64オンス）重
量を表わす信号に対応する振動を越えてしまう。
このようにして秤セルの精度には振動による限界
が課せられていることは明らかである。

また、動作状態において生ずる振動の周波数は
約0.3から60Hzの間で変動するのに対し、秤セル
の固有周波数は３Hzと10Hzとの間で変動すること
も注意に価する。

これと関連して多量秤装置システムはいろいろ
な時点で開閉される20もの供給装置を備えている
場合がある。このような秤装置システムで用いら
れる駆動モータは20Hzないし30Hzの周波数を発生
し、他方関連のＶベルト、歯車および振動部材も
いろいろな周波数を発生し得る。さらに密封ジヨ
ー、キヤリツジ、クランク・アームおよび整形装
置担体は秤セルの固有周波数より低い周波数を発
生する。さらに加えて、最も激しい振動の或るも
のは床を介して伝達される。例えば通り過ぎるリ
フト・トラツクとかコンベアとか振動式製品分配
システム等からこのような激しい振動が発生され
て床を介し秤装置に伝達される場合がある。この
ようにして、上記のような振動が、変動する周波
数を有し位相関係が変わる成分の混合信号として
秤セルにより発生される重量信号に現われる。

既述の電気的に拾われる雑音は、放射雑音また
は伝導雑音であり、中でも最も由々しいのは過渡
電圧現象によつて発生される雑音である。例えば
振動式供給装置は2000ボルトもの過渡電圧信号を
発生する場合があり、他方またソレノイドやリレ
ーも相当大きな過渡電圧信号を発生する。

追つて詳細に説明するように、本発明は衝撃、
振動および電気的に拾われる雑音によつて生ぜし
められる雑音に対する秤セルで発生される重量信
号の比の大きな改善を企図するものであり、本発
明の１つの特徴によれば、この目的で機械的緩衝
手段が提案される。本発明に関係のある２つの特
許としてGiardino他の特許第2793026号および
Blodgettの再発行特許第28303号がある。

Giardino他の特許明細書には、それぞれ緩衝
機構を介して共通の支持体に個々に連結された一
対の担いばね系を有し迅速に計量およびチエツク
動作を行なうばね平衡式秤装置が開示されてい
る。担いばね系の一方は秤皿を備えており、そし
て各担いばね系には１つのコンデンサ・プレート
が設けられている。例えば担いばね系が相対的に
移動する場合に生ずるように、コンデンサ・プレ
ート間の相対運動でコンデンサ・プレート間の間
隔が変化し、その結果、関連の電気測定計器によ
つて検知される出力信号に変化が生ずる。
Giardino他の特許発明によれば、２つの担いば
ね系の望ましくない相互結合を阻止するための調
節手段が設けられている。

他方Brodgettの特許明細書には、秤皿担い系
と、補償ばね担い系との間に速度感知もしくは応
答結合が設けられている動力学的に補償された秤
装置が開示されている。また、この特許明細書に
は、秤皿担い系の緩衝が望ましい旨の記述があ
る。なお、このBrodgettの特許発明は主として
衝撃の補償および速度検知に向けられたものであ
る。

本発明によれば、上に述べたものを含め従来よ
り知られている全べての秤装置と比較して、重量
信号の劣化を阻止するのに非常に大きな効果を有
する秤装置が提案される。特に本発明の秤装置
は、振動や衝撃によつて発生される雑音や電気的
に拾われる雑音、言換えるならば秤装置で発生さ
れる基本的な型の全べての雑音に対する重量信号
のSN比を改善することを目的とする。本発明に
は、機械的な面および電気的な面での特徴があ
り、これら２つの特徴が相俟つて信号対雑音比を
最適に改善するのである。しかしながら本発明の
機械的な面での特徴だけでもGiardino他および
Brodgettの特許に係わる秤装置を含め試験した
従来の秤装置のあらゆるものと比較して、少なく
とも１つの種類の雑音に関し相当大きな改善が達
成されるのである。

本発明の好ましい具体例によれば、重さ支持手
段を含む一次側担い系と、該一次側担い系の固有
周波数に実質的に整合された固有周波数を有する
二次側担い系と、大地に対する一次側担い系の運
動を緩衝するための第１の緩衝手段と、大地に対
する二次側担い系の運動を緩衝するための第２の
緩衝手段と、上記一次側および二次側の担い系を
相互結合して、上記一次側および二次側の担い系
間における相対運動の緩衝を行なう第３の緩衝手
段と、上記一次側および二次側の担い系間におけ
る相対変位に応答し該変位に応じて出力を発生す
るための変位応答手段とを有する差動秤装置が提
案される。これら３つの緩衝手段の組合わせが本
発明の謂ゆる機械的面での特徴となるものであつ
て上に述べたような改善された結果を保証するも
のである。

本発明の電気的な面での特徴によれば、変位に
関連する出力信号を処理するための電気信号処理
回路が設けられ、この回路は差動増幅器および低
域フイルタを有する。変位応答手段は、担いばね
系の一方に設けられた一対の並列接続された検知
コイルもしくは巻線を有する電気的変位変換器を
備え、該巻線と他方の担いばね系に設けられてい
るコアとの間の相対変位を検知するようにするの
が好ましい。２つの検知巻線の出力は差動増幅器
２つの入力端に接続される。差動増幅器はその２
つの入力端に現われる雑音特に電気的に拾われた
雑音を相当に減少するのに有効である。差動増幅
器の出力側には低域フイルタが接続されておつ
て、２つのばね担い系の固有周波数に等しいかま
たはそれより大きいカツト・オフ周波数を有す
る。先に説明したように、秤セルを構成する担い
ばね系の固有周波数は重量信号情報を含むもので
あつて、除波してはならないが、この固有周波数
よりも大きい周波数は除波してなんら差し支えは
ない。

本発明の他の特徴および利点は、以下に述べる
好ましい具体例に関する詳細な説明から一層明ら
かとなろう。

第１図を参照するに、この図には本発明の秤装
置の基本的要素が略示されている。図から明らか
なように、秤装置は全体的に参照数字１０で示し
た一次側担いばね系および参照数字１２で全体的
に示した一次側担いばね系を有しており、これら
２つのばね系は共通の基部１４上に取付けられて
いる。一次側担いばね系１０は基部１４上に取付
けられた支持柱１６を有しており、この支持柱は
たわみ性の板１８ａおよび１８ｂを介して、垂直
方向に延びる目盛心棒２０に連結されている。心
棒２０に取付けられた受台２２は、振動性供給装
置のような材料供給装置２５から材料が供給され
るホツパーまたは容器２４を受けている。ホツパ
ー２４に材料が供給されると、それに線形比例し
て目盛心棒２０が下向きに変位することは理解さ
れるであろう。緩衝部材もしくはダツシユポツト
２６が目盛心棒２０の運動を緩衝するために該心
棒２０の底部に配設されている。

二次側の担いばね系も同様の構造をしておつて
支持柱２８を有し、この支持柱２８は垂直の棒部
材もしくは目盛心棒３２に連結された一対のたわ
み性の板３０ａおよび３０ｂを支持している。さ
らに心棒３２に連結されたダツシユポツト３４が
設けられている。

心棒３２に取付けられた支持アーム３６は、追
つて詳述する低電圧変位変換器（LVDT）40の
一部をなす心部材、即ちコア部材３８を取付ける
働きをする。一次側担いばね系１０の目盛心棒２
０に取付けられた支持アーム４４によりコイル４
２が支持されている。概略的に述べると、コア部
材３８およびコイル４２間における相対運動で対
応の出力信号が発生されるように該コア部材３８
およびコイル４２は配置されており、そしてコイ
ル４２は該出力信号が、材料供給源２５に対する
遮断弁作動装置の動作を制御する電気的処理回路
４８に供給されるように接続されている。

ダツシユポツト４６のピストン４６ａも支持ア
ーム３６に接続されており、他方、該ダツシユポ
ツト４６のシリンダ４６ｂは目盛心棒２０に固定
されている。ダツシユポツト４６は単に一次側お
よび二次側の担いばね系間における緩衝連結を例
示するためのものであつて、当該分野で知られて
いる他の型式の緩衝手段も使用可能であることは
言うまでもない。

担いばね系１０および１２の固有周波数は可能
な限り同一となるように選択される。低電圧変位
変換器もしくはLVDT40は上記のように、一方
の担いばね系が他方の担いばね系に対して相対運
動する時にのみ出力信号（または一定の出力信号
における変化信号）を発生し、そして双方の担い
ばね系が大地に対して等しい大きさだけ変位する
ような運動に対しては出力信号（または出力信号
における変化）を発生しない。理論的には、取付
け板１４が振動する時には上記２つの担いばね系
間には相対運動はなく、したがつて信号の変化も
生じない。しかしながら実際上は、担いばね系の
固有周波数の完全な減衰および整合は不可能であ
る。なぜならば一次側担い系１０の固有周波数お
よび減衰はそれに加わる重量と共に変動するから
である。他方このように２つの担いばね系の整合
および緩衝もしくは減衰と言う手段を用いれば、
この種の慣用の秤装置と比較して、信号対雑音比
で20倍もの改善がなされる。

さらに２つの担いばね系間におけるダツシユポ
ツトもしくは緩衝結合４６により慣用の秤装置と
比較しさらに大きな改善が達成される。一般にダ
ツシユポツト連結は速度に敏感な連結であり、例
えば充填操業中に重量が付加される場合のように
一次側担いばね系１０がゆつくりと変位する場合
には、連結ダツシユポツト４６は二次側担いばね
系１２に極く小さな力しか伝達しない。他方一次
側担いばね系１０が、例えばその上に落される品
物の衝撃に起因して行過ぎ周期中に生ずるよう
に、該一次側担いばね系の固有周波数よりも速い
速度で駆動される場合には、連結は非常に剛性と
なり相当大きな抵抗を呈する。この剛性の増大で
二次側担いばね系１２の運動が惹起され、それに
より上記２つの担いばね系間における相対運動は
減少せしめられ、その結果低電圧変位変換器もし
くはLVDT40によつて発生される行過ぎ量信号
の大きさも減少する。また相互連結用ダツシユポ
ツト４６を用いることにより、上述のように二つ
の担いばね系間における固有周波数ならびに緩衝
の不可避的な不整合により惹起される２つの担い
ばね系間の相対運動も減少する。

第１図に示した機械的構造によれば、信号対雑
音比が相当に改善される。言い換えるならば、重
量信号と、振動、衝撃等によつて発生される雑音
信号等の比が相当に改善されるが、発生される出
力重量信号には依然としていくらかの振動および
衝撃雑音成分ならびに電気的検知による雑音成分
が含まれている。既に述べたように、本発明の第
２の様相は残留雑音を減少することにあり、この
目的で電気的処理回路４８が提案される。

第２図を参照するに、この図には第１図にブロ
ツク４８で示した電気的処理回路の回路略図が電
気的変位変換器４０の回路略図と共に示されてい
る。先ず、後者について考察すると発振器５２は
低電圧変位変換器、即ちLVDT40の一次コイル
もしくは巻線５４にAC（交流）入力電圧を供給す
る。コイル５４は、第１図のコイル４２を形成す
る一対の並列に接続された二次巻線もしくはコイ
ル４２ａおよび４２ｂと共に一次側担いばね系に
固定されている。コア３８が巻線４２ａおよび４
２ｂに電圧を誘起せしめる。コア３８と二次巻線
４２ａ，４２ｂの相対運動により、二次側巻線に
誘起される電圧信号に変化が生ずる。

信号処理回路４８は、LVDT40の二次巻線４
２ａおよび４２ｂからの信号を整流する働きをな
す一対のダイオード５６および５８を有している
整流された信号は演算増幅器６０の反転入力端お
よび非反転入力端に供給される。該演算増幅器６
０は適当な抵抗器６２，６４，６６および６８と
共に差動増幅回路７０を形成する。この差動増幅
回路７０の出力は、上記２つの入力信号間の差を
表わし、したがつて２つの担いばね系１０および
１２間における相対運動に比例する。既に述べた
ように、コア３８が二次巻線４２ａ，４２ｂに対
し静止している場合には、出力信号には変化は生
じない。さらに、いずれの方向においても担いば
ね系の相対運動は上記出力信号に変化を生ぜしめ
るが、基本的に重要なのはホツパー２４の充填時
に生ずるような、一次側担いばね系１０の下向き
の相対運動である。いずれの場合にも演算増幅器
の２つの入力端に現われる雑音は出力側において
約1000倍も減少される。この雑音は主として電気
的に拾われた雑音である。

差動増幅回路７０の出力端は複数のセクシヨン
を有する四次能動低域フイルタ７２の入力端に接
続されている。フイルタ７２は一対の直列に接続
された演算増幅器７４および７６、それぞれ関連
の演算増幅器の出力端と１つの入力端に接続され
た第１番目の対のコンデンサ７８および８０、関
連の増幅器の上記入力端とアース間に接続された
第２番目の対のコンデンサ８２および８４および
図示のように接続された８つの抵抗器８６，８
８，９０，９２，９４，９６，９８および１００
を有している。フイルタ７２のカツト・オフ周波
数は、秤担い系の固有周波数よりも惹干高い。秤
担い系の固有周波数より高い周波数は確実に差動
増幅器の入力信号からろ波される。と言うのは周
波数スペクトルのこの部分には有用な情報は含ま
れていないからである。しかしながら、秤担いば
ね系の固有周波数よりも低い周波数はろ波されて
はならない。なぜならば、このような周波数の雑
音は重量信号から識別することができないからで
ある。さらに低周波成分のろ波でシステム全体の
応答時間が緩和される。

既に述べたように、本発明の秤装置は記述の全
べての従来装置と比較して相当に改良された結果
を斎らす。本発明の装置の機械的部分と(i)改良の
基本的な担いばね秤装置、(ii)Blodgett他の特許
に係る装置および(iii)Giardinoの特許に係る装置
とを、(a)振動型供給装置によつて生ぜしめられる
60サイクルの振動、(b)衝撃雑音（鋼球の落下衝撃
雑音）、(c)偏心負荷を有する370rpmで回転する軸
による雑音（振動）ならびに(d)モータおよび該モ
ータで駆動されるＶベルトを備えた副軸により発
生される雑音（振動）に関して比較試験を行なつ
た。これら試験の結果によれば、Giardinoの特
許に開示されている装置と比較して衝撃雑音およ
び60サイクル振動に起因する雑音成分は減少し、
Brodgettの特許による装置と比較して60サイク
ル振動、370rpm回転雑音およびモータ雑音に起
因する雑音成分が減少したばかりでなく、他の慣
用の装置と比較し有ゆる雑音発生源に起因する雑
音成分も減少することが判明した。さらに本発明
による電気信号処理回路を付加的に設けることに
より、全べての慣用の装置と比較してあらゆる点
で改良された結果が得られた。実際上これらの試
験は上記４つの範畴に属する雑音の効果はほとん
ど完全に除去されることが判つた。

第２図においては、２つの担い系は互いに面し
合うように設けられているが、他の配列も可能で
あり、例えば２つの担い系を整列して重ね関係で
配列することも可能であることは理解されるであ
ろう。

以上本発明の好ましい具体列と関連して説明し
たが、当業者には本発明の範囲から逸脱すること
なくこれら具体例に関しいろいろな変形および変
更の容易に想到し得るであろうことを付記する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従がつて構成された差動秤装
置の略図、そして第２図本発明の電気信号処理回
路と組合わして第１図の変位変換器を示す回路略
図である。 １０……一次側担いばね、１２……二次側担い
ばね、１４……基部（取付け板）、１６，２８…
…支持柱、１８，３０……たわみ性の板、２０…
…目盛心棒、２２……受台、２４……容量、２５
……材料供給装置、２６，３４，４６……ダツシ
ユポツト、３２……心棒、３６，４４……支持ア
ーム、４０……低電圧変位変換器（LVDT）、３
８……コア部材、４２……コイル、４８……電気
的処理回路、４６ａ……ピストン、４６ｂ……シ
リンダ、４８……信号処理回路、５６，５８……
ダイオード、６０，７４，７８……演算増幅器、
６４，６６，６８，８６，８８，９０，９２，９
６，９８，１００……抵抗器、７０……差動増幅
回路、７２……四次能動低域フイルタ、７８，８
０，８２，８４……コンデンサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重さ支持手段を含む一次側担い系と、該一次
   側担い系の固有周波数に実質的に整合された固有
   周波数を有する二次側担い系と、大地に対する一
   次側担い系の運動を緩衝するための第１の緩衝手
   段と、大地に対する二次側担い系の運動を緩衝す
   るための第２の緩衝手段と、前記一次側および二
   次側の担い系を相互結合して、前記一次側および
   二次側の担い系間における相対運動の緩衝を行な
   う第３の緩衝手段と、前記一次側および二次側の
   担い系間における相対変位に応答し該変位に応じ
   て出力を発生するための変位応答手段とを有する
   差動秤装置。 ２ 前記変位応答手段の出力を処理するための電
   気的手段を備え、該電気的手段は前記担い系の固
   有周波数に等しいかまたはそれより大きいカツ
   ト・オフ周波数を有する低域フイルタを有してい
   る特許請求の範囲第１項記載の差動秤装置。 ３ 前記変位応答手段が、電気的変位変換器を備
   え、該変位変換器は前記担い系の１つに取付けら
   れたコアと他方の担い系に取り付けられて前記コ
   アと協働するコイルとを有している特許請求の範
   囲第１項または第２項記載の差動秤装置。 ４ 前記変位応答手段の出力を処理するための電
   気処理手段を備え、前記変位応答手段は前記担い
   系間における相対変位を検知するために該担い系
   のうちの１つに取付けられた一対の検知コイルを
   有し、前記電気信号処理手段はそれぞれ前記一対
   のコイルに接続された一対の入力を有する差動増
   幅器を備えている特許請求の範囲第１項記載の差
   動秤装置。 ５ 前記電気信号処理手段がさらに前記差動増幅
   器の出力端に接続された低域フイルタを有し、該
   低域フイルタは少なくとも前記担い系の固有周波
   数と同じ大きさのカツト・オフ周波数を有してい
   る特許請求の範囲第４項記載の差動秤装置。 ６ 前記差動増幅器の入力端と前記検知コイルと
   の間にダイオード整流器が接続されている特許請
   求の範囲第４項または第５項に記載の差動秤装
   置。 ７ 前記第３の緩衝手段が、前記担い系の一方に
   接続されたピストンおよび前記担い系の他方に取
   付けられたシリンダを有するダツシユポツトを備
   え、前記第１および第２の緩衝手段はさらに、各
   担い系と共通の基礎板間に接続された別のダツシ
   ユポツトを有している特許請求の範囲第１項記載
   の差動秤装置。