JPH0267929A - 重量検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 竜業上の利用分野 本発明は、回転する秤量台を有し、そこに載置された物
体の重量変化を検出する重量検出装置に関するものであ
る。

例えば重量変化を有効に利用するものとして加熱調理器
がある。とりわけ電子レンジにおいては回転載置台に載
せられた食品の、加熱中の重量減少量を測定して調理の
出来具合を判断しようとする試みが古くからなされてい
る。

従来の技術 従来この種の回転載置台を有する重量検出装置は秤１機
構による位置器差（物体の載置位置の差による測定誤差
）が発生するため、秤１台が一回転する間の平均値を測
定したり、回転ごとの同一地点の重量を測定したりして
位置器差を増り除き重量変化を検出していた。

また重量の変化量を測定する方法としては、測定開始時
点で測定した初期型ａとの差分量を随時測定するやり方
が一般的である（特開昭６０−１１１４０４号公報）。

発明が解決しようとする課】 しかしながら上記のような重が検出装置においては検出
型組は回転載置台が一回転する間に１個のデータしか採
屯することができない。例えば、電子レンジへの応用を
考えた場合、載置台一回転に要する時間が１ｏ秒〜１２
秒所要するというものも多々あり、重量変化への反応は
極めて遅い。

すなわち重量変化が生じても載置台が一回転するまで変
化量を検出できないということになり、測定の俊敏性と
いう点で大きな課′題となっていた。

その（ｔ！！にも、測定中に外乱が加わり絶対重量に不
連続点が、生じると初期重量に基づいて重量変化を求め
る方式では致命的な誤差が発生する。第２図は秤の分野
ではすでに公知のロバ−パル機購を用いた重量検出装置
の外観図、第１１図（ａ）はこの重量検出装置で絶対重
量を測定中に衝撃を外部から加えた時の秤量特性である
。約１１０秒付近で街ｔが加わり絶対重量に６〜７ｇの
重量減少となっているのがわかる。しかし、この測定中
には重が変化は僅か２〜３ｇで、測定中の脈動は回転載
置台回転中の位置器差によるもので実際の重量変化とは
異なる。このように不連続が生じると初期重量は全く意
味をなさないデータとなってしまう。

一般に、重量検出装置は被測定物の重量を重量検出用の
センサーに伝達するための機構系を介在するため機構的
な摩擦によるヒステリシスが存在する。これに外部から
衝撃、振動が加わることによって状態が遷移しこのよう
な現象が発生すると考えられる。さらに異常な場合では
あるが測定中の衝撃、振動によって被測定物が移動した
場合にもこのような現象がおこる。従来、載置台回転中
の重量変化測定において、このような異常なケースにお
いて精変良く重量変化を測定することは極めて困難であ
った。

本発明はこのような従来の課題を解消するものであり秤
ｉｓ構による位置器差があって載置台回転中の物体の重
量変化を即座に検出することができる重量検出装置を提
供するものである。

課題を解決するだめの手段 上記課題を解決するために、本発明は重合検出装置物体
を載置するための回転載置台と、物体の重量を検出する
重量検出装置と、回転載置合一回転当たり複数個ｎの重
量を等間隔でサンプリングするとともに各測定重層の前
回測定重量との差分重量を求める差分重量検出手段と、
差分重量を過去ｎ回にわたり加算平均する差分重量平均
化手段と、差分重量平均化手段からの測定信号を累積加
算して物体の重量変化を測定する重量変化検出手段を備
えたものである。また前記差分重量平均化手段はその出
力信号がある所定範囲を逸脱すれば出力信号を前回の出
力信号、あるいは少なくとも前２回の出力信号の平均値
とするものである。

作用 本発明の重量検出装置は、載置台−回転中に物体の重量
をｎ回一定間隔で測定しかつ、測定開始直後の１回を除
き以降は重合測定ごとに前回測定重量間の差分重量を測
定する。そして測定開始後（ｎ＋１）個目の測定からは
過去ｎ回の差分重量を順次加算平均してさらにその結果
を累積加算することによって重量変化を測定している。

これにより（回転周期／ｎ）の時間間隔でしかも位置器
差を増り除いた正確な重量変化を検出できる。また差分
重量を過去ｎ回にわたり加算した差分重量平均化手段の
出力は位置器差の影響を徹り除いた正確な重量変化率を
表すことになる。したがってこの出力が測定上の重量減
少率ではありえないような異常値を示した場合がすなわ
ち前述した衝撃。

振動等での異常（データの不連続、跳躍等）ということ
になる。これを検知して重量変化検出手段への出力信号
を前回の出力信号または少なくとも前２回の出力信号の
平均値とし過去の重量減少率を採用することによって異
常時にも時間ロスなく瞬時に重量変化量を測定すること
ができる。このような異常を検出する方法として重量検
出手段、あるいは差分重量検出手段の出力をモニターす
る方、去もあるが、本例のように載置台回転中の重量、
あるいは差分重量は位置諸差の影響で大きく変動するた
め異常と正常を判別することは極めて困難である。その
ような点から測定時の異常を検知しそれに対応する手段
として本発明は非常に有効であることがわかる。

実施例 第１図は本発明の一実施例を示す構成図である。

７は被測定物である物体、１は物体７を載置するための
回転載置台、２は回転載置台１を回転するためのモータ
ーで電源周期に同期した同期型モーターである。３は回
転載置台１．物体７．モーター２を受は物体７の重量を
ある所定の物理量へと変換する重量検出手段、４は重量
検出手段３からの出力を一定インターバルでかつモータ
ー２−回転当たり３個読み込み、さらに検出した信号を
重量へと変換してその重量と前回獲得した重量との差分
重量を出力する差分重量検出手段、６は差分重量検出手
段４の出力を受けその信号とさらに過去２回の信号の合
計３個の信号を加算する差分重量平均化手段で、差分重
量検出手段４から出力される一定インターバ〜の信号を
過去２回記憶し、かつ自身の過去２回の出力値も記憶し
ている。６は差分重量平均化手段５から出力される信号
を累積加算する重量変化検出手段である。以上の差分重
量検出手段４、差分重量平均化手段５、重量変化検出手
段６はマイクロコンピュータ−８によって構成した。第
２図に重量検出手段の要部を示し、重量検出の原理を示
す。１２は板バネで、それぞれの板バネは板バネスペー
サ１１を挿んで平行に増り付けられている。これは秤の
分野ですでに公知のロバ＋　ハ／ｌ／機構と称されるも
ので板バネスペーサ１１の一端は本体ベースに固定され
たロバーバ／Ｖ＠構固定金具１３に携り付けられ固定端
となり、他端は自由端となり上下鉛直方向に移動自在な
Ｗｔ成になっている。この機構的な機能によシ回転載貨
台１の上のどの位置に物体が載せられても鉛直方向に正
確に荷重が伝わる。さてここで回転載置台１の上に物体
が載せられると板バネ１２の弾性によって物体の重量に
応じた変移が生じロバ−パル機構の自由端側と固定端側
に増り寸けられた板金電極９のギャップが変化し電極間
の静電容量が変わる。これを検出することによって重量
を測定するという原理である。回路図を第３図に示す。

９は板金電極で電気回路で等価的に表すとコンデンサー
となシ発振回路１０により静電容量に依存して周波数が
変化する矩形波信号に変換されマイクロコンピュータ−
８に出力される。

１４は電源同期信号発生回路で商用電源と同一周波数の
矩形信号をマイクロコンピュータ−８に出力する。

以上に示した構成によって回転載置台１の回転中の重量
変化の検出方法について説明する。第４図ハマイクロコ
ンピューター８内の各信号のタイミングチャートを示す
。重量検出手段３は■、■。

■、・・・・・・というように一定インターパルで信号
全獲得し３個で丁度１回転となる。このタイミング関係
の管理については、電源同期信号発生回路１４カラのハ
／Ｌ／ス信号を所定回数カウントすることによって実現
している。このためにはモーター２は電源同期型モータ
ーとすることが必須である。さらにこれについての詳細
は後述する。このようにして獲得した■、■、■・・・
・・・の重量は差分重量検出手段４によって前回測定し
た重量との差分のかたちで、■′＝■−■、■′＝■−
■・・・・・・というように順次減算される。さらに差
分重量検出手段已によって過去３回の差分重量検出手段
４の出力は■′＝■′＋■′＋■′、（■′＝■′＋■
′＋■′。

・・・・・・というように順次加算される。さらに重量
変化検出手段６によって差分重量平均化手段６の出力は
■′、■′＋■“、■′＋■′＋■′、・・・・・・と
いうように順次累積加算される。

次にこの信号処理をマイクロコンピュータ−を用いて行
うときのプログラムのアルゴリズムを第５図のフローチ
ャートに基づいて説明する。測定を開始するとステップ
１６で現在何個目のデータかを記憶するレジスタ１を１
に初期設定する。ステップ１６で電源同期信号発生回路
１４から出力されるパルス信号を監視し立ち下がりを検
知すればステップ１７に進み、そうでないときはステン
プ１６を繰り返す。ステップ１７ではこの立ち下がり回
数をカウントし、所定回数ｎ１に達した場合ステップ１
６に進み、それ以外ではステップ１６に戻る。このステ
ップ１６．１７でデータの取り込みインターバルを正確
に決定している。例えば、回転周期が１０秒の電源同期
型モーターの場合、モーターの回転周期に相当する電源
同期信号のカウント数ｎは ｎ＝３Ｘｒｈ　＝１０／（１／６０）＝６００となυ、
１回転に３個データをサンプリングする場合のインター
バ〜に相当する同カウント数ｎ１は、 ｎｌ　＝ｎ／３＝６００／３＝２００ となる。これにより、電源周波数が変動しても正確に回
転周期を三等分した間隔でデータを採取できる。

次にステップ１８において、検出した重量検出手段６の
出力信号を重量ｗに変換する。ステップ１９で測定回数
１が１のときはステップ１６に戻り次のデータ獲得の同
期待ちとなりそれ以外ではステップ２０で差分型ＩＤＷ
の計算を ＤＷ（ｉ−１）＝Ｗ（ｉ）−Ｗ（ｉ−１）として算出す
る。ここで（）内の１は測定回数を表しＤＷ（ｉ−１）
であれば測定回数（ｉ−１）回目の差分型ｉＤＷという
ことになる。ステップ２１で測定回数１が３以下では以
上の過程を操り返すべく、ステップ１６に戻り、それ以
外ではステップ２２で差分１ｉＤＷを過去３回にわたり
加算平均し平均化差分量ｆｌＡＤＷを、 ムＤＷ（ｉ）＝ＤＷ（１）＋ＤＷ（ｉ−１）＋ＤＷ（ｉ
−２）として計算する。この計算結果はステップ２３で
所定異常レベ／’　Ａ＋　＋　Ｊ２と比較され７！１≧
ＡＤＷ　（ｉ　）または７１２≦ＡＤＷ（ｉ）であれば ムＤ　Ｗ　（ｉ　）＝　（ムＤＷ（ｉ−１）＋ＡＤｗ（
ｉ−２））／２とし、それ以外ではステップ２５へと進
む、ステップ２６では重量変化ＣＷを ＣＷ（ｉ）＝ＣＷ（ｉ−１）＋ＡＤＷ（ｉ）として計算
する。ステップ２６で測定回数をインクリメントしてス
テップ２７で測定終了でなければステップ１６に戻り処
理を繰り返す。なお、これから説明する実施例１の場合
はステップ２３゜２４を省いたものであり、第６図は実
施例２を示したものである。以下第５図およびステップ
２３゜２４を省いたアルゴリズムを用いて実際にモータ
ーを回転させなから重量変化を測定したときの例の各出
力の特性図を第６図〜第９図に示す。

（実施例１） 第６図（＆）は重量検出手段３の出力を重量値で表した
ものでモーター回転周期１０秒である。このように機構
的な位置器差の影響で回転に伴い重量値は約１ｏＩＯ幅
で変動する。従ってこの状態では微少な数ｇという重量
変化はまったく測定できないことがよくわかる。第６図
（ｂ）は差分重量検出手段３の出力であるがこれも回転
による脈動が非常に大きい。しかし差分重量平均化手段
５を通過することによって第７図体）のように脈動はほ
とんど除去され平均化された差分型１が検出できる。

そしてこのデータを累積加算することによって重量変化
のみが第７図（′ｂ）のように砲シ出せる。ただし差分
重量平均化過程（ステップ２２）によって３個のデータ
を加算しているため見かけ上型電変化は３倍に増幅され
たかたちで出力されている。

実際は約１２ｇの重量減少が約３６ｇとなっている。こ
のような方法によって従来モーターの回転周期１０秒間
隔でしか出力されなかった物体の重量変化量が１ｏ／３
秒ごとに即座に検出することができるとともに秤量機構
にまつわる位置器差の影響はまったく発生しない。載置
台回転中の物体の微少な重量変化を瞬時に測定するとい
つ用達では極めて有利である。また差分重量平均化過程
（ステップ２２）によって３個のデータを加算平均して
いるためノイズによる変動についても平滑化され低減す
ることが期待できる。

（実施例２） 第８図（！Ｌ）は重量検出手段３の出力を重量へと変換
した重量Ｗである。モーター１回転当たり３回測定して
いるため、位置器差の影響により測定値は約５ｇの振れ
幅で脈動している。約１００秒と約１３０秒経過時点で
外部から重量検出装置に衝慇を加えたためパルス状のデ
ータの跳躍が発生している。そして８０秒付近から重量
変化がおこり最終的に約３ｇ減少している。第８図（ｂ
）は検出手段４の出力の差分型ＩＤＷの特性である。第
９図（＆）は差分重量平均化手段５の出力の平均化差分
型ｆｌＡＤＷの特性で、過去３回の加算結果すなわち物
理的には一回転の平均値ということになり第８図（ｂ）
の回転による脈動を砲り除いた特性となっている。これ
によって、回転による位置器差の影響を屯り除いた重量
変化率を瞬時に得ることができる。この出力には脈動成
分が含まれていないため測定値の異常を検知するために
は最適の信号ということができ容易にかつ瞬時に正常、
異常の判別がつく。すなわち、重量検出手段、差分重量
検出手段の出力を見ると両者とも脈動が重畳しているた
め脈動幅と重量の異常レベルとを判別することは極めて
難しい。特に重澄物が回転載置台の端に載置された場合
この脈動はさらに大きくなる傾向にあり判別はさらに困
難になる。この異常検知レベルｌ＋　、　ｌ１２をＡ＋
　＝　３．０９そして１２＝−３，０９とすると１００
．ｆｆ１０，１２６，１３６秒経過時点の４個の異常は
容易に判定できる。この異常を検知して第６図のステッ
プ２４の処理をした場合の重量検出手段の出力ＣＷは第
９図（′ｂ）のようになりｉＷによる影響はほとんど現
れていない。しかも過去２回の差分重量平均化手段の出
力を平均することによって、異常中にも異常発生直前の
正常な重量減少率でデータを補正しながら重量変化を継
続して測定できるため、外乱に対しては極めて優れた特
性をもっておシ精度は著しく向上する。

第１０図はこの処理を施さずそのままのＡＤＷを累積加
算したもので衝撃の影響でデータが乱れ使用目的によっ
ては誤動作をおこす可能性が高い。

ここで、実際の重量減少が約３１１程度であるのに重量
変化検出手段の出力になると約９ｇ程度となっている。

これは差分重量平均化の過程で過去３回の差分重量を加
算しているためおこる現象であり、実際の重量減少量は
その１／３である。なお、異常検知レベ／Ｉ／ｌ＋＊Ａ
２は測定する物体の重量変化率の限界値に対して適当な
余裕を設は設定するのが望ましい。

その池の測定事例を第１１図〜第１３図に示す。

この測定事例の特徴は、外部から衝撃が加わりデータの
安定点が跳躍し不連続点が発生していることである。第
１１図（ａ）は重量検出手段の出力であり１１０秒付近
で不連続となっている。実際には約３９しか重量が変化
していないにもかかわらず、出力は約７ｇ減少しており
、これはあきらかに誤測定となる。第１１図中）は差分
重量検出手段の出力、第１２図（＆）は差分重量平均化
手段の出力である。異常検知レベルｌ＋　、　１２を前
事例の場合と同様のレベルとすると不連続点は容易に検
知でき、第５図のステップ２４の処理を実行すると重量
変化変化検出手段の出力は第１２図（′ｂ）のように連
続性を保ち正確に物体の重量変化１約３９＜表示は３倍
の９ｇ）のみを測定することができる。なお第１３図は
ステップ２４の処理を実行しない場合を示したものであ
る。

発明の効果 （１）以上のように請求項１に示す本発明の重量検出装
置は回転載置合一回転当り複数個ｎの重量を等間隔でサ
ンプリングし各差分重量を過去ｎ回にわたり加算平均し
更にそれを累積加算して重量変化量を検出するものであ
り秤量機構の位置器差の影響を増り除き、しかも（回転
周期／ｎ）の高速で重量変化を検出できる。

（２常にｎ回にわたる加算平均を行っているため瞬時的
なノイズに対してもその影響度は１／ｎに低減する。

また請求項２，３に示す本発明の重量検出装置は回転載
置合一回転当たり複数個ｎの重量を等間隔でサンプリン
グし各差分重量を過去ｎ回にわたり加算平均した平均化
差分重量が第１の所定異常レペ）Ｖ　ｌ　＋以上のとき
、または第２の所定異常レペＩＶ　１２以下のときは測
定値の異常とみなし前回の結果、あるいは少なくとも前
２回の結果の平均値として累積加算して重量変化量を検
出するものであり、 （１）秤量機構による位置器差の影響を取り除いた微小
重量変化を検出できる。

（２）秤量機構による位置器差の影響を取り除いた重量
変化を回転周期の１／ｎの間隔でサンプリングでき測定
のスピードが飛躍的にアップする。

（■　外部からの衝撃、振動、ノイズ等外乱によりデー
タに急変、跳躍等の異常が生じても容易にそして瞬時に
それを検知することができ、かつ異常中にも重量変化を
補正測定でき測定速度・精度は著しく向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における重量検出装置の構成
図、第２図は重量検出手段の要部側面図、第３図は回路
図、第４図は各出力信号のタイミングチャート、第６図
は信号処理アルゴリズムを示すフローチャート、第６図
（ａ）は実施例１における測定の一事例の重量検出手段
の出力特性図、第６図（ｂ）は同差分重量検出手段の出
力特性図、第７図（ＩＬ）は同差分重量平均化手段の出
力特性図、第７図（ｂ）は同重量変化検出手段の出力特
性図、第８図（ＩＬ）は実施例２における測定の一事例
の重量検出手段の出力特性図、第８図（ｂ）は同差分重
量検出手段の出力特性図、第９図ｒａ）はその差分重量
平均化手段の出力特性図、第９図（′ｂ）はその異常検
知の信号処理をした重ご変化検出手段の出力特性図、第
１０図はその処理をしない時の重量変化検出手段の出力
特性図、第１１図（＆）は測定のその池の事例の重量検
出手段の出力特性図、第１１図（ｂ）はその差分型１検
出手段の出力特性図、第１２図Ｆ＋Ｌ）はその差分重量
平均化手段の出力特性図、第１２図（ｂ）はその異常検
知の信号処理をした重量変化検出手段の出力特性図、第
１３図はその処理をしない時の重量変化検出手段の出力
特性図である。 １・・・・・・回転載置台、２・・・・・・モーター、
３・・・・・・重量検出手段、４・・・・・・差分重量
検出手段、６・・・・・・差分重量平均化手段、６・・
・・・・重量変化検出手段、８・・・・・・マイクロコ
ンピュータ− 代理人の氏名　弁理士　粟　肩　重　孝　ほか１名（＋
） 派 Ｉ 球 りＩ 第 図 第 （ｃＬ） （ｂ） 図 ！五Ｂ８関（Ｉ＋〕 第 図 （ｂン 第 図 （α） （ｂン 径点特開ＣψＪ 時 開ｒ蛤〕 ’ｆｌ与 閑〔秒］ 第 に （０，） （ｂ） 第１０図 乃 〒 く移＼〕 吟 Ｔ〜ｒ）イ快コ 崎 関 臼か〕 第１１ 図 （礎 （ｂ） 第１２図 （山） ＜ｂ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）物体を載置し回転駆動する回転載置台と物体の重
   量を検出する重量検出手段と、前記回転載置台１回転当
   たり所定複数回数ｎの重量を等間隔でサンプリングする
   とともに各測定重量の前回測定重量との差分重量を求め
   る差分重量検出手段と、前記差分重量を前ｎ回にわたり
   加算平均する差分重量平均化手段と、前記差分重量平均
   化手段からの測定信号を累積加算して物体の重量変化を
   測定する重量変化検出手段を備えたことを特徴とする重
   量検出装置。
2. （２）前記差分重量平均化手段の出力信号が第１の所定
   値以下または第２の所定値以上のときはその出力信号を
   前回の前記差分重量平均化手段の出力信号とする請求項
   １記載の重量検出装置。
3. （３）差分重量平均化手段の出力が第１の所定値以下ま
   たは第２の所定値以上のときはその出力信号を少なくと
   も２回前までの前記差分重量平均化手段の出力信号の平
   均値とする請求項２記載の重量検出装置。