JPH0743274B2 - 荷重測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、荷重測定装置に係り、重さ等の荷重の計量に
利用できる。

〔背景技術〕

従来より、荷重測定装置には、歪みゲージ等の荷重セン
サを有する荷重検出部と、この荷重検出部用の直流増幅
器とを備え、荷重センサの微弱な出力を増幅して高精度
な荷重測定を可能にしたものがある。

一方、温度変化等の測定環境の変化によって荷重センサ
の零点出力値がシフトするとともに、直流増幅器の出力
値がドリフトし、また、外部振動によって前記重量セン
サの出力が乱され、これらにより誤差が生ずる。これら
の環境変化および外部振動の影響を小さくして誤差を小
さくするため、前記荷重測定装置の荷重センサおよび直
流増幅器に対し温度補償回路を設けておき、荷重測定装
置を含む測定系全体に対し防振対策を施していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前記温度補償回路では、測定環境の変化
に充分対応できず、場合によっては手動による荷重測定
装置の零点調整が必要となる。このため、測定環境の変
化による測定誤差を除去する零点調整を完全自動で確実
に行いたいという要望があった。

ところで、本出願人は、荷重測定の精度を向上させるた
め、一対の板ばねの上端に荷重受面を設ける一方、下端
に設けたロッドを切欠部を有する支持体で支持し、この
支持体の切欠部における変位を歪ゲージで測定すること
により、高精度の荷重測定を可能にした荷重検出部（実
願昭63−168762）を提案している。

このような荷重検出部によれば、従来に比べ十分な高精
度測定を可能にするものの、環境変化に伴う出力値のシ
フト等には必ずしも十分に対応できるものではなかっ
た。

本発明の目的は、零点調整を完全自動で確実に行える荷
重測定装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の荷重測定装置は、被測定物が載置される載置面
およびこの載置面に開けられた開口部を有する支持台
と、前記被測定物の荷重を受ける荷重受面を上部に有
し、この荷重受面で受けた荷重を検出する荷重検出部
と、この荷重検出部の荷重受面が前記支持台の開口部か
ら突出する有負荷位置および前記荷重受面が前記開口部
に没入する無負荷位置の二位置の間に渡って前記荷重検
出部を昇降自在に支持する支持手段と、前記荷重検出部
を昇降駆動する駆動手段と、この駆動手段を制御すると
ともに前記荷重検出部によって得られるデータを記憶す
る記憶手段を有し、前記荷重検出部を前記無負荷位置に
下降させて前記荷重検出部に前記荷重が加わっていない
状態での無負荷測定データを前記記憶手段に記憶させる
一方、前記荷重検出部を前記有負荷位置に上昇させて前
記荷重検出部に前記荷重が加わっている状態での負荷測
定データを前記記憶手段に記憶させ、かつ、前記記憶手
段に記憶させたデータから測定値を演算する演算制御手
段とを備えていることを特徴とする。

〔作 用〕

このような本発明の荷重測定装置では、被測定物が載置
される載置面の開口部に対して突没する荷重受面を備え
た荷重検出部を設けたので、荷重検出部を昇降するだけ
で、荷重検出部が有負荷位置および無負荷位置の一方か
ら他方へ移動可能となるうえ、演算制御手段で駆動手段
を制御して荷重検出部を移動させるようにしたため、演
算制御手段は、荷重検出部が現在有負荷位置および無負
荷位置の何方にあるか確実に認識可能となる。

このため、支持台に被測定物が載置されていても、荷重
検出部を下降して無負荷状態にすることが可能となるう
え、演算制御手段が無負荷状態にあることを自動的に認
識するので、作業員等の手を全く煩わせることなく、零
点調整を完全自動で確実に行うことが可能となり、これ
により前記目的が達成される。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図には本発明に係る荷重測定装置１が示され、この
装置１の基台11には一対の支持台12,13が所定の間隔を
おいて立設されている。支持台12,13は、上部に同じ高
さの水平面を有し、この面が被測定物14を載せる載置面
15,16とされている。載置面15,16の間には、上向きの開
口部17が形成され、この開口部17において、荷重検出部
30が上下に移動可能に設けられている。

すなわち、図中右側の支持台13はコ字形にされ、その外
側面にパルスモータ21が固定され、パルスモータ21の駆
動軸は、支持台13の側壁を貫通してピンオン22に嵌合さ
れている。

また、支持台13におけるコ字形の開口側の先端間には、
ガイド部材23が立設されている。このガイド部材23に
は、転がり軸受等の軸受24を介してスライダ25が上下移
動自在に取付けられている。このスライダ25の支持台13
側には、パルスモータ21のピニオン22と噛み合うラック
26が固定されている。

一方、スライダ25のラック26とは反対側、すなわち、開
口部17側には、アーム27が固定され、このアーム27を介
して荷重検出部30がスライダ25に支持されている。ガイ
ド部材23、スライダ25、および、アーム27により荷重検
出部30を昇降自在に支持する支持手段が構成されてい
る。前記パルスモータ21、ピニオン22およびラック26を
含んで駆動手段20が構成され、荷重検出部30がパルスモ
ータ21の正逆回転によって支持台13に対して上下移動可
能にされている。

なお、荷重検出部30の上下の移動範囲を設定するため
に、図中左側の支持台12の側面には、近接センサ28,29
が上下に取付けられ、このセンサ28,29の作動によりパ
ルスモータ21の電源が切断可能にされている。

荷重検出部30の上部には、計量皿31が取付けられてい
る。この計量皿31の上面は、被測定物14の荷重を受ける
荷重受面32となっており、この荷重受面32は、荷重検出
部30の上下移動によって、開口部17から突出する有負荷
位置および開口部17に没入する無負荷位置の二位置の間
を移動可能とされている。

被測定物14の荷重を検出する荷重検出部30には、第２図
に示されるように、前記計量皿31の下面から下方に突出
した荷重伝達軸33が設けられている。この荷重伝達軸33
は、計量皿31の下方に設けられた平行板ばね34,35の中
心部を貫通して固定され、これらの板ばね34,35によっ
て荷重伝達軸33が上下に移動可能に支持されている。ま
た、この荷重伝達軸33の下端は、切欠を設けて変位容易
にされた支持板36に当接されている。この支持台36の下
面には、荷重センサ37が貼付けられ、この荷重センサ37
で前記計量皿31の荷重受面32に加わる荷重が検出可能に
なっている。

また、前記荷重伝達軸33の中間部には、フランジ38が設
けられている。このフランジ38の下方には、フランジ38
の下方への変位を規制する偏心カム39Aを有するロッド3
9が配置されている。従って、このロッド39を回転させ
て偏心カム39Aの角度位置を変えることにより、荷重伝
達軸33の最大許容変位量が調整可能にされている。

第３図には、荷重検出部30の電気的構成が示され、荷重
センサ37の出力信号を増幅する電気回路40を備えてい
る。

電気回路40は、ブリッジ回路状に形成された荷重センサ
37の出力側に、センサ37の零点調整用可変抵抗41を介し
て接続されたオペアンプ等の増幅器42を備え、荷重セン
サ37の荷重信号が増幅可能になっている。増幅器42の出
力側には、信号の電圧値を調整するスパン調整用可変抵
抗43と、荷重信号の低周波成分のみを通過させる低域フ
ィルタ44と、外部からのホールド信号の入力時に、入力
された荷重信号の値を保持するとともに、保持している
値の信号を出力するサンプル・ホールド回路45とが順次
接続されている。このサンプル・ホールド回路45の出力
が荷重検出部30の出力となっている。

荷重検出部30の出力は、この出力をデータとして取り込
んで演算処理を行うとともに、前記駆動手段20を制御す
る演算制御手段50に接続されている。

演算制御手段50には、第４図に示されるように、マイク
ロプロセッサ等からなるCPU51が設けられている。このC
PU51には、他の回路等と信号を相互に送受信するための
バスライン52が接続されている。バスライン52には、荷
重検出部30の荷重信号を入力してデジタルデータに変換
してCPU51に取り込めるようにするA/Dコンバータ回路53
と、前記パルスモータ21にモータドライバー回路54を介
して接続されるとともに、CPU51の指令信号によりパル
スモータ21を制御可能にするI/O回路55と、記憶手段と
してのRAM56とが接続されている。

CPU51には、荷重検出部30へホールド信号を送信するた
めの出力が設けられるともに、所定のプログラムが搭載
されている。このプログラムの搭載によりCPU51は、パ
ルスモータ21を制御して、被測定物14の荷重が荷重検出
部30に加わる有負荷位置および加わらない無負荷位置で
荷重検出部30の出力を取り込み、これらを負荷測定デー
タおよび無負荷測定データとしてRAM56にそれぞれ記憶
させ、負荷測定データから無負荷測定データを減算して
測定値を算出するように構成されている。

ここで、荷重検出部30の荷重信号を取り込むにあたっ
て、CPU51は、CPU51自身に接続されたクロック回路57の
出力をトリガー信号として利用している。このクロック
回路57は、外部振動の周期に比して極めて短い周期、例
えば50μｓ以上の周期で信号を出力するようになってい
る。これにより、CPU51は、前記周期で一秒間に百〜数
千回の高速サンプリングを行い、これらのサンプリング
で得た多数のデータからなるデータ群を収集する単位デ
ータ収集を行えるようになっている。また、この単位デ
ータ収集を複数回繰返して行うとともに、これらの単位
データ収集におけるサンプリング周期を異ならせて測定
を行うように設定されている。

なお、前記バスライン52には、CPU51のパラメータ等の
設定を行うための操作キー58および測定値等を表示させ
る表示器59がそれぞれ接続されている。

次に、本実施例の動作を説明する。

まず、被測定物14を荷重測定装置１の支持台12,13の載
置面15,16にまたがらせて載置し、荷重測定装置１の電
源をONすることにより、以下の動作が自動的に行われ
る。すなわち、計量皿31の荷重受面32が開口部17から没
入した状態で、CPU51は、無負荷状態で荷重検出部30に
対し単位データ収集を複数回行い、得られたデータ群を
無負荷測定データ群としてRAM56に記憶させ、これらの
データを加算して平均値を算出し、この平均値を無負荷
時の測定値としてRAM56に記憶させる。

ここで、データ収集は、第５図に示されるように、外部
振動の周期より短いサンプリング周期で一回の単位デー
タ収集を行い、外部振動の波形の山および谷の両方の部
分のデータを得るようにし、平均値を算出することで、
前記波形の山の部分のデータのプラス側の誤差と谷の部
分のデータのマイナス側の誤差とを相殺させる。

この際、外部振動が高調波分を含み、この高調波分と、
複数回行われる単位データ収集のいずれかのサンプリン
グ周期とが同期して、高調波分の山または谷の部分のデ
ータのみを収集する可能性があっても、他の単位データ
収集では、サンプリング周期を異ならせているので、高
調波分についても山および谷の両方の部分のデータが多
数収集されるので、これらのデータから算出される平均
値は測定の真値に近づくこととなる。

続いて、パルスモータ21を駆動して計量皿31を開口部17
から突出させ、荷重検出部30に被測定物14の荷重を加え
る。この状態で、負荷状態の単位データ収集を複数回行
い、得られたデータ群をRAM56に記憶させるとともに、
これらのデータの平均値を算出し、この平均値を負荷時
の測定値としてRAM56に記憶させる。

ここで、負荷状態の単位データ収集も、無負荷時と同様
に、各単位データ収集におけるサンプリング周期を異な
らせ、平均値を算出して誤差を相殺する。

最後に、負荷時の測定値から無負荷時の測定値を減算
し、測定環境の変化によって発生するドリフトやシフト
等の誤差を除去し、この値を最終的な測定値として表示
器59に表示する。

前述のような本実施例によれば、次のような効果があ
る。

すなわち、荷重検出部30の荷重受面32を開口部17から突
没させ、荷重検出部30を被測定物14の荷重を加わる位置
および加わらない位置に移動させ、負荷測定データおよ
び無負荷測定データを取り込み、これらのデータから得
られた負荷時の測定値と無負荷時の測定値との減算して
測定値を得るようにしたので、測定環境の変化によって
発生するドリフトやシフト等の誤差を除去する零点調整
を正確に行うことができる。

しかも、支持台12,13に被測定物14が載置されていて
も、荷重検出部30が自動的に下降して無負荷状態となる
うえ、演算制御手段50は、無負荷位置にあることを自動
的に認識するので、作業員等の手等を全く煩わせること
なく、零点調整を完全自動で確実に行うことができる。

また、外部振動の周期より短いサンプリング周期で単位
データ収集を行い、外部振動の波形の山および谷の両方
の部分のデータを得るようにし、前記波形の山の部分の
データのプラス側誤差と谷の部分のデータのマイナス側
誤差と相殺させたので、外部振動による誤差を除去する
ことができる。

さらに、単位データ収集を複数回繰返して行うととも
に、これらの単位データ収集におけるサンプリング周期
を異ならせたので、外部振動が高調波分を含んでいて
も、この高調波分の山および谷の両方の部分のデータを
多数収集でき、これらのデータの平均値を算出すること
により外部振動の高周波分による誤差を除去できる。

なお、本発明は前述の実施例に限定されるものではな
く、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は
本発明に含まれるものである。

例えば、前記実施例では、支持台12,13を基台11に固定
し、荷重検出部30を移動可能に設けたが、逆に荷重検出
部30を基台11に固定し、支持台12,13を移動可能に設け
てもよい。

また、単位データ収集は一回だけでもよく、また、一回
のみの単位データ収集において、サンプリングの間隔を
外部振動の周期より短い範囲で変化させながらデータ収
集を行ってもよい。さらに、サンプリングの間隔を変化
させるのに、CPUの乱数発生機能を利用してもよい。こ
の際、CPUの乱数発生機能により乱数を順次発生させ、
乱数の発生の都度、その乱数に基づいて前記サンプリン
グの間隔を変化させればよい。

さらに、液体等の流体を測定する場合には、予め、流体
を入れるカップ等の器の重量を量り、この器の測定値を
無負荷時の測定値に加算するように設定しておき、この
後に流体の荷重測定を行ってもよい。

また、前記実施例では、駆動手段20をパルスモータ21、
ピンオン22およびラック26等で構成したが、これに限ら
ず、モータ駆動のボールねじや、油圧あるいは空気圧で
伸縮可能なシリンダ装置で構成してもよく、駆動手段の
具体的構造は実施にあたり適宜選択すればよい。

さらに、前記実施例では、無負荷測定データを先に収集
したが、逆に、負荷測定データを先に収集してもよい。

〔発明の効果〕

前述のように、本発明の荷重測定装置および荷重測定方
法によれば、測定環境の変化による測定誤差を除去する
零点調整を完全自動で確実に行うことができるという効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の要部を示す側面図、第２図
は前記実施例の荷重検出部の要部を示す一部破断した側
面図、第３図は前記実施例の荷重検出部の回路構成を示
す概略回路図、第４図は前記実施例の演算制御手段の概
略構成を示すブロック図、第５図は前記実施例の作用を
説明するグラフである。 １……荷重測定装置、12,13……支持台、14……被測定
物、15,16……載置面、17……開口部、20……駆動手
段、23……支持手段を構成するガイド部材、25……支持
手段を構成するスライダ、27……支持手段を構成するア
ーム、30……荷重検出部、32……荷重受面、50……演算
制御手段、56……記憶手段としてのRAM。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定物が載置される載置面およびこの載
   置面に開けられた開口部を有する支持台と、 前記被測定物の荷重を受ける荷重受面を上部に有し、こ
   の荷重受面で受けた荷重を検出する荷重検出部と、 この荷重検出部の荷重受面が前記支持台の開口部から突
   出する有負荷位置および前記荷重受面が前記開口部に没
   入する無負荷位置の二位置の間に渡って前記荷重検出部
   を昇降自在に支持する支持手段と、 前記荷重検出部を昇降駆動する駆動手段と、 この駆動手段を制御するとともに前記荷重検出部によっ
   て得られるデータを記憶する記憶手段を有し、前記荷重
   検出部を前記無負荷位置に下降させて前記荷重検出部に
   前記荷重が加わっていない状態での無負荷測定データを
   前記記憶手段に記憶させる一方、前記荷重検出部を前記
   有負荷位置に上昇させて前記荷重検出部に前記荷重が加
   わっている状態での負荷測定データを前記記憶手段に記
   憶させ、かつ、前記記憶手段に記憶させたデータから測
   定値を演算する演算制御手段と、 を備えていることを特徴とする荷重測定装置。