JPH0332984Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 Ａ 産業上の利用分野 本考案は、物体の重さや力の大きさ等を測定す
る荷重計測装置に関する。

Ｂ 従来の技術 従来、この種の荷重計測装置としては、荷重を
変位（ひずみ）に変換し、この変位（ひずみ）を
抵抗値の変化として検出することにより荷重を計
測する抵抗線ストレインゲージや、同じく変位を
トランスの２次コイルの起電力の差として検出
し、もつて荷重を計測する差動トランス等がよく
知られている。

Ｃ 考案が解決しようとする問題点 しかしながら、これらの荷重計測装置では、荷
重に対応した変位を抵抗値や起電力等の物理量の
微小な変化としてアナログ的に検出し、しかもこ
れらの出力としての微小電圧を高利得のアンプに
よつて増幅する方式を採用しており、変位の検出
や増幅等を変動要素が比較的大きいアナログ信号
によつて処理しているため、変位検出器や増幅器
のゼロ点あるいは感度の変動が生じ易く、これら
に起因して計測値に誤差を生じるという問題があ
つた。

また、この誤差を解消するためにマイクロコン
ピユータを用いて出力を補正する方法も提案され
ているが、これによると装置の構成が複雑化する
と共にコスト高になるという欠点を有していた。

本考案は上記の問題点を解消するべく提案され
たもので、その目的とするところは、荷重に応じ
た変位を光学的に検出してデイジタル信号に変換
し、この変位の検出から荷重への換算までの一連
の動作をデイジタル的に処理することにより荷重
を計測する荷重計測装置を提供することにある。

Ｄ 問題点を解決するための手段 本考案は、光源と、その光源から照射された入
射光から明暗のあるコントラストをもつた光学像
を形成して出射するとともに、作用する被測定荷
重に相応して変位する荷重受台と、可動する荷重
受台に対して固定配置されて光学像を受光し、荷
重受台の位置に応じて結像された光学像の光強度
分布をデイジタル信号に変換する受光装置と、デ
イジタル信号に荷重受台の単位荷重当りの変位量
に応じた演算を施して荷重の大きさを求める荷重
算出装置とを備えたことを特徴とする。

Ｅ 作用 本考案においては、荷重受台に照射された光は
荷重受台によつて明暗のあるコントラストをもつ
た光学像となり受光装置上に結像される。荷重受
台は作用する被測定荷重に相応して変位し、受光
装置上の光学像の結像位置は荷重受台の変位によ
つて変化するので受光装置上の光強度分布はその
変位によつて変わる。従つて、受光装置で光電変
換されて得られるデイジタル信号は荷重受台の位
置を表わす。しかして、荷重算出装置で荷重受台
の単位荷重当りの変位量に応じた演算をデイジタ
ル信号に対して施すことにより被測定荷重を求め
ることができる。

Ｆ 実施例 以下、図に沿つて本考案の一実施例を説明す
る。この実施例は本考案をはかりに適用した場合
を示すものであり、まず第１図は電気的なブロツ
ク図を中心とした概略的な構成を示している。図
において、１は被測定物を載置するほぼ円板状の
荷重受台であり、その側方には荷重受台１と一体
的に移動するランプやLEDの如き光源２が配設
されている。この荷重受台１の側方で光源２に対
して互いに90度隔てた位置には、レンズ３，３′
と、荷重受台１の位置を光学的に検出してデイジ
タル信号として出力する受光装置としてのCCD
型、MOS型等のラインセンサ４，４′がそれぞれ
対向して配設されている。なお、この受光装置と
しては、ラインセンサの他にホトダイオードアレ
イ等を用いたものであつてもよい。

荷重受台１は、詳しくは第２図に示すように光
を透過させる透過部１Ａと、光を透過させない非
透過部１Ｂとの２層構造になつており、透過部１
Ａはガラスや透明プラスチツクのような透明材料
にて形成されたうえ、透過光がレンズ３，３′方
向に均一に照射されるように外周面が砂目状に加
工されている。一方、非透過部１Ｂは金属や不透
明プラスチツク等の不透明材料によつて形成され
る。そして、レンズ３，３′は、荷重受台１の透
過部１Ａを透過して照射される光源２の光が、ラ
インセンサ４，４′上に正確に結像するような位
置に焦点距離等を考慮して配置されるものであ
る。

更に、荷重受台１の下方には非透過部１Ｂから
垂設されたガイド５および基台６に立設されたガ
イド７が設けられており、荷重受台１はこれらの
ガイド５，７内に配設されたばね８によつて支持
されながら上下方向に移動可能となつている。

再び第１図において、ラインセンサ４，４′に
はエンコーダ９，９′がそれぞれ接続され、これ
らのエンコーダ９，９′の出力は加算器１０に加
えられる。なお、レンズ３′、ラインセンサ４′、
エンコーダ９′、加算器１０および次段の除算器
１１は、被測定物Ｍが荷重受台１の上の偏つた位
置に置かれて荷重受台１が傾いた場合等にこの傾
きを補正するためのものであり、本考案の構成要
素として必ずしも必要不可欠なものではない。

加算器１０の出力は除算器１１を経て減算器１
２およびレジスタ１３に加えられる。このレジス
タ１３には後述するパワー「オン」リセツト信号
とゼロリセツト信号とが加わるようになつてい
る。減算器１２には除算器１１の出力からレジス
タ１３の出力を減じるように２つの信号が入力さ
れ、また、この減算器１２の出力は、係数設定器
１４によつて被乗数が設定される次段の掛算器１
５に加えられる。そして、掛算器１５の出力はデ
コーダ・ドライバ１６を介して液晶やLED等か
らなる表示器１７に加わるように構成されてい
る。ここで、減算器１２、レジスタ１３、係数設
定器１４および掛算器１５は、荷重受台１の位置
信号を荷重に換算する荷重算出装置２０を構成す
るものである。

次に、この動作を詳述する。まず、ゼロ点の調
整方法につき説明すると、無負荷の状態で電源を
投入することにより光源２に通電され、光源２か
らの光が荷重受台１内に照射される。いま、仮り
に透過部１Ａと非透過部１Ｂとの境界面がレンズ
３，３′の光軸ｘ上にあるとすると、第３図イに
示す如く透過部１Ａを透過して形成された光学像
がレンズ３，３′を介してラインセンサ４，４′上
に結像する。すなわち、荷重受台１を通過して得
られた上下に明暗のコントラストが二分された光
学像がラインセンサ４，４′の受光面に投影像４
Ａの如く投影される。

ラインセンサ４，４′では、この投影像４Ａの
コントラストによる光強度分布に応じて、画素数
に等しいパラレルのデイジタル信号ａ，a′に変換
し、これらのデイジタル信号ａ，a′はエンコーダ
９，９′によつて２進コードｂ，b′に変換される。
この２進コードｂ，b′は加算器１０において加算
され、その出力信号ｃは除算器１１によつて二分
されてデイジタル信号ａ，a′の平均値としての位
置信号ｄが求められる。従つて、荷重受台１自体
が傾いていたりレンズ３，３′の光軸ｘがずれて
いれば、各一対のレンズ３，３′、ラインセンサ
４，４′およびエンコーダ９，９′ならびに加算器
１０、除算器１１によつてこれらの傾きやずれが
ない状態に補正した後の位置信号ｄが得られるこ
ととなる。この場合、荷重受台１に傾きがなく、
また２つのレンズ３，３′の光軸ｘにずれがなけ
れば位置信号ｄは一方のエンコーダ９の出力信号
ｂと一致するものである。

位置信号ｄは、電源がオン状態にあることを検
出した一定期間内のパワー「オン」リセツト信号
によつてレジスタ１３内にセツトされ、記憶され
る。ここで、例えば第４図イに示すように、
LED等の発光素子１８とホトダイオード等の受
光素子１９とを荷重受台１の上面両端部に対向し
て配置しておき、被測定物Ｍが荷重受台１の上に
載せられていない状態での受光素子１９の出力信
号をゼロリセツト信号のオン状態とすれば、レジ
スタ１３ではこのゼロリセツト信号によつて位置
信号ｄをそのまま初期位置信号ｅとして出力す
る。

減算器１２では、位置信号ｄから初期位置信号
ｅを引いて信号ｆ（＝０）を求め、掛算器１５で
はこの信号ｆに係数設定器１４からの係数ｇ（＝
１）を掛けて出力信号ｈ（＝０）を得る。以後、
この信号ｈに対応してデコーダ・ドライバ１６を
介し、表示器１７によつて０を表示する。

次いで、重量の較正のために図示されていない
基準分銅を荷重受台１の上に置くと、荷重受台１
には周知のように変位Ｘ＝Ｆ（荷重；重さまたは
力）×１／Ｋ（Ｋ；ばね８のばね定数）が発生す
る。従つて、荷重受台１が第３図ロに示すように
下降するため、荷重受台１から得られた明暗のあ
るコントラストをもつた光学像は、レンズ３，
３′を介してラインセンサ４，４′上に投影像４Ａ
の如く結像される。すなわち、荷重受台１が作用
する荷重により下降するに従い非透過部１Ｂで得
られる光学像の暗い部分の投影像がラインセンサ
４，４′上で上方に変位するので、ラインセンサ
４，４′上の影の領域が少くなる。すなわち、ラ
インセンサ４，４′上の光強度分布が荷重受台１
の変位に応じて変化する。従つて、ラインセンサ
４，４′で受光した投影像を光電変換してデイジ
タル信号として取り出せば、それは荷重受台１の
位置を示す位置信号ｄとして扱うことができ、そ
の位置信号ｄが減算器１２およびレジスタ１３に
入力される。この時、荷重受台１上に基準分銅が
存在することによつてゼロリセツト信号はオフで
あるため、レジスタ１３からはゼロ点調整時の初
期位置信号ｅが出力され、減算器１２では位置信
号ｄからこの初期位置信号ｅを引いて出力信号ｆ
を得る。

いま、基準分銅の重さは既知であるから、表示
器１７の表示がその重量になるように係数設定器
１４の出力信号ｇの値を調整し、掛算器１５での
ｆ×ｇの演算によりデコーダ・ドライバ１６およ
び表示器１７を介して所定の表示を得ることがで
きる。

なお、前述のように荷重Ｆは変位Ｘにばね定数
Ｋを乗じたものであるから、ばね定数Ｋが一定不
変である限り係数設定器１４の出力信号ｇは一定
の値でよいが、この実施例では時と所を変えて測
定する際のばね定数Ｋの誤差を考慮し、係数設定
器１４および掛算器１５によつて所定の係数を信
号ｆに掛けるようにしている。

このようにして重量の較正を行なつた後は、被
測定物Ｍを荷重受台１の上に載せるだけで表示器
１７によつてその重量を直読することができる。
この際、被測定物Ｍを容器や包装等の風袋と共に
荷重受台１に載せて計量する場合には、この風袋
のみを荷重受台１に載せた時の信号ｄをレジスタ
１３にセツトすることにより、ゼロ点をシフトさ
せた状態で風袋分を差し引いた被測定物Ｍの計量
を行なうことができる。

この実施例においては、前述した如く、荷重受
台１の変位検出手段として一組のレンズ３、ライ
ンセンサ４およびエンコーダ９のみならず他にレ
ンズ３′、ラインセンサ４′およびエンコーダ９′
を備えているため、無負荷状態や被測定物Ｍを載
置した際に荷重受台１に傾きが生じた場合でもこ
の傾きによる誤差を補正して常に正確な計量を行
なうことができるものである。また、掛算器１５
の出力信号ｈをＤ／Ａ変換することにより、計算
値をアナログ信号として取り出すことができるの
は言うまでもない。

更に、本考案は、上述したはかりのみならず、
ロードセルと同様に荷重としての力の大きさを計
測する力センサーに適用することもでき、また、
検力器の代わりの較正器として用いることもでき
る。

Ｇ 考案の効果 以上詳述したように本考案によれば、荷重に応
じた変位の変化を光学的に検出したうえ、以後の
処理をデイジタル的に行なつているため、従来の
ように変動要素の大きいアナログ信号による処理
方式に比べてゼロ点や感度が変動しにくく、計測
値の誤差の発生をほぼ完全に防ぐことができる。

また、誤差補正用の回路等が不要であるため、
回路構成が複雑化するおそれがなく、コスト高に
なる等の不都合もない。

【図面の簡単な説明】

図は本考案にかかる荷重計測装置の一実施例を
示すもので、第１図は全体の概略構成図、第２図
は変位を光学的に検出する装置の側面図、第３図
イ，ロは動作説明図、第４図イ，ロはゼロリセツ
ト信号を得るための装置の説明図である。 １……荷重受台、１Ａ……透過部、１Ｂ……非
透過部、２……光源、３，３′……レンズ、４，
４′……ラインセンサ、４Ａ……投影像、５，７
……ガイド、６……基台、８……ばね、９，９′
……エンコーダ、１０……加算器、１１……除算
器、１２……減算器、１３……レジスタ、１４…
…係数設定器、１５……掛算器、１６……デコー
ダ・ドライバ、１７……表示器、１８……発光素
子、１９……受光素子、２０……荷重算出装置、
Ｍ……被測定物。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 光源と、光透過部と光非透過部との二層構造を
   有し、前記光源から照射された入射光から明暗の
   あるコントラストをもつた光学像を形成して出射
   するとともに、作用する被測定荷重に相応して変
   位する荷重受台と、可動する荷重受台に対して固
   定配置されて前記光学像を受光し、前記荷重受台
   の位置に応じて結像された前記光学像の光強度分
   布をデイジタル信号に変換する受光装置と、前記
   デイジタル信号に前記荷重受台の単位荷重当りの
   変位量に応じた演算を施して前記荷重の大きさを
   求める荷重算出装置とを備えたことを特徴とする
   荷重計測装置。