JPH0718740B2

JPH0718740B2 - 重量検出装置

Info

Publication number: JPH0718740B2
Application number: JP63220966A
Authority: JP
Inventors: 誠三原; 茂樹植田; 正信井上; 謙三黄地
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-09-02
Filing date: 1988-09-02
Publication date: 1995-03-06
Anticipated expiration: 2010-03-06
Also published as: JPH0267929A

Description

【発明の詳細な説明】産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量機
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、秤量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
て位置器差を取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
点で測定した初期重量との差分重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題しかしながら上記のような重量検出装置においては検出
重量は回転載置台が一回転する間に１個のデータしか採
取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10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。

その他にも、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
でに公知のロバーバル機構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
秒付近で衝撃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、この測定中には重量変化
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
いて精度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
量機構による位置器差があっても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。

課題を解決するための手段上記課題を解決するために、本発明は重量検出装置物体
を載置するための回転載置台と、物体の重量を検出する
重量検出手段と、回転載置台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量の前
回測定重量との差分重量を求める差分重量検手段と、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、載置台一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
き以降は重量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
を取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取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法もあるが、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器差の影響で大き
く変動するため異常と正常を判別することを極めて困難
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を受け物体７の重量をある所定の
物理量へと交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２一回転
当たり３個読み込み、さらに検出した信号を重量へと交
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、５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ルの信号を過去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
クロコンピューター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
平行に取り付けられている。これは秤の分野ですでに公
知のロバーバル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ル機構固定金
具13に取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構成になっている。この機構
的な機能により回転載置台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ーバル機構
の自由端側と固定端側に取り付けられた板金電極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り発振回路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
クロコンピューター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ー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図はマイクロコ
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
定インターバルで信号を獲得し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からのパル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
差分重量平均化手段５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５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ーを用いて行
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
15で現在何個目のデータかを記憶するレジスタｉ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出すれ
ばステップ17に進み、そうでないときはステップ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16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＝３×n₁＝10/（1/60）＝600 となり、１回転に３個データをサンプリングする場合の
インターバルに相当する同カウント数n₁は、 n₁＝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、検出して重量検出手段６の出
力信号を重量Ｗに交換する。ステップ19で測定回数ｉ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で差分重量DWの計算を DW（ｉ−１）＝Ｗ（ｉ）−Ｗ（ｉ−１）として算出する。ここで（）内のｉは測定回数を表し
DW（ｉ−１）であれば測定回数（ｉ−１）回目の差分重
量DWということになる。ステップ21で測定回数ｉが３以
下では以上の過程を繰り返すべく、ステップ16に戻り、
それ以外ではステップ22で差分重量DWを過去３回にわた
り加算平均し平均化差分重量ADWを ADW（ｉ）＝DW（ｉ）＋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
レベルl₁,l₂と比較されl₁≧ADW（ｉ）またはl₂≦ADW
（ｉ）であれば ADW（ｉ）＝（ADW（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25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５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
回転させなが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（ａ）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10gの幅で変
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
により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（ａ）のように脈動は
ほとんど除去され平均化された差分重量が検出できる。
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）のように取り出せる。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重量変化は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10/3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
定するという用途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（ａ）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
量検出装置に衝撃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
の出力の差分重量DWの特性である。第９図（ａ）は差分
重量平均化手段５の出力の平均化差分重量ADW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）の回転により脈動を
取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取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。特に重量物
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l₁,l₂をl₁＝3.0gそしてl₂＝−3.0gとすると1
00,110,126,136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５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
になり衝撃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り精度
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3g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、異常検知レベルl₁,l₂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け設定するの
が望ましい。

その他の測定事例を第11図〜第13図に示す。その測定事
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3g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（ｂ）は差分重量検出手段の出
力、第12図（ａ）は差分重量平均化手段の出力である。
異常検出レベルl₁,l₂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量
約3g（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
置は回転載置台一回転当り複数個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取り除き、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
台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の所定異常レベルl₁以上のとき、または第
２の所定異常レベルl₂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。

(3) 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５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（ａ）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（ａ）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（ａ）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
処理をした重量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（ａ）は測定のその他の事例の重量検出手段の出力
特性図、第11図（ｂ）はその差分重量検出手段の出力特
性図、第12図（ａ）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、５……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
ーター。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者黄地謙三大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (56)参考文献特開昭63−200020（ＪＰ，Ａ) 実開昭62−14206（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。