JP3808841B2 - 重量検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、重量検出装置、詳しくは載置された物品の重量を高精度で検出する重量検出装置に関し、重量検出技術の分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、物品の重量をロードセル等の重量検出器によって検出する重量検出装置は各方面に広範に用いられている。このような重量検出装置において、振動による外乱を排除してさらなる検出精度の向上を目的としたものとして、例えば、特許文献１及び特許文献２に記載のものがある。
【０００３】
まず、特許文献１に記載の重量検出装置では、図５に示すように、重量検出ロードセル（計量用ロードセル）Ａ１及び振動検出ロードセル（ダミー用ロードセル）Ａ２がそれぞれの固定端を介して固定ベース（床）Ｂに固定されている。そして、重量検出ロードセルＡ１の自由端に物品Ｘを載置する載置台Ｃが連結される一方、振動検出ロードセルＡ２の自由端に既知重量の分銅Ｄが取り付けられている。
【０００４】
これにより、床の振動に起因して固定ベースＢが矢印で示すように振動した場合、重量検出ロードセルＡ１からは物品Ｘの重量に床振動成分が重畳された検出信号が出力される一方、振動検出ロードセルＡ２からは床振動成分に応じた検出信号が出力される。そして、例えば図６に示すように、対象負荷の大小等に応じてセル感度特性が相違するのが通例である重量検出及び振動検出ロードセルＡ１，Ａ２による検出信号間の演算処理を可能とするため、検出信号に対する補正演算処理が行われる。すなわち、重量検出ロードセルＡ１による検出信号から所定の補正演算処理が行われた振動検出ロードセルＡ２による検出信号が減算処理され、つまり、重量検出ロードセルＡ１による検出信号から装置据付側の振動成分が除去されることとなり、その結果、物品Ｘの重量に一致した信号のみが得られるようになる。
【０００５】
また、特許文献２に記載の重量検出装置では、図７に示すように、重量検出ロードセル（第１のロードセル）Ａ１が固定端を介して床上の固定ベース（基台）Ｂに固定されている。そして、重量検出ロードセルＡ１の自由端には振動検出ロードセル（第２のロードセル）Ａ３を介して搬送コンベア（搬送手段）Ｃ′が固定されている。この場合、搬送コンベアＣ′は、振動検出ロードセルＡ３の自由端に連結されている。
【０００６】
これにより、例えば搬送コンベアＣ′の搬送駆動源である図示しないモータの駆動によって物品Ｘを載置した搬送コンベアＣ′が矢印で示すように変位つまり一種の振動が生じた場合、重量検出ロードセルＡ１からは物品Ｘの重量にモータ振動成分が重畳された検出信号が出力される一方、振動検出ロードセルＡ３からはモータ振動成分に応じた検出信号が出力される。そして、前記特許文献１におけると略同様に、特性の相違する重量検出及び振動検出ロードセルＡ１，Ａ３による検出信号間の演算処理を可能とするため、検出信号に対する補正演算処理が行われる。すなわち、重量検出ロードセルＡ１による検出信号から所定の補正演算処理が行われた振動検出ロードセルＡ３による検出信号が減算処理され、つまり、重量検出ロードセルＡ１による検出信号から物品載置側の振動成分が除去されることとなり、その結果、この場合にも物品Ｘの重量に一致した信号のみが得られるようになる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−１１０２６１号公報（第４頁及び第５頁、図１）
【特許文献２】
特開平８−１３６３３０号公報（第２頁及び第３頁、図３）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記特許文献１及び特許文献２に記載の重量検出装置においてもなお、以下のような問題がある。すなわち、特許文献１に記載の重量検出装置では、載置台Ｃが特許文献２に記載のような搬送コンベアＣ′である場合には、該搬送コンベアＣ′に起因する振動成分が重量検出ロードセルＡ１の検出信号に重畳されることになるが、この場合の装置は物品載置側の振動成分を除去するための構成要素を欠いているから、その分検出精度が低下することになる。
【０００９】
また、特許文献２に記載の重量検出装置では、固定ベースＢの振動を考慮する場合、この振動成分が重量検出及び振動検出ロードセルＡ１，Ａ３の検出信号にそれぞれ重畳されることになるが、この場合の装置は装置据付側の振動成分を除去するための構成要素を欠いているから、前述したと同様にその分検出精度が低下することになる。
【００１０】
そこで、本発明は、以上の現状に鑑み、装置据付側及び物品載置側からの振動外乱の影響を除去することにより、検出精度の向上が可能な重量検出装置を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明は次のように構成したことを特徴とする。
【００１２】
まず、請求項１に記載の発明は、物品の重量を検出する重量検出装置に関するもので、一端が固定されると共に他端に物品の重量が負荷されて、該重量を検出する重量検出手段と、該重量検出手段の固定端側に設けられて該固定端側の振動成分を検出する第１振動検出手段と、前記重量検出手段の自由端側に設けられて該自由端側の振動成分を検出する第２振動検出手段と、前記各検出手段による検出信号に基き、重量検出手段の検出信号から前記両振動成分を除去することにより前記物品の重量を算出する重量算出手段とが備えられていることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、重量検出手段の固定端側及び自由端側の振動成分を第１及び第２振動検出手段を用いて検出した上で、該重量検出手段の検出信号から両振動成分を除去することにより物品の重量に一致した信号のみが得られるから、物品の重量の検出精度が向上する。
【００１４】
次に、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の重量検出装置において、前記重量算出手段は、前記第１振動検出手段と第２振動検出手段とによる検出信号に基き、前記重量検出手段の自由端側の振動成分を算出することを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、前記請求項１に記載の重量検出装置の構成がさらに具体化される。そして、重量検出手段の固定端側の振動成分と自由端側の振動成分とが共存する場合に、従来実現することができなかった前記自由端側の振動成分の算出が可能となる。
【００１６】
また、請求項３に記載の発明は、前記請求項１または請求項２に記載の重量検出装置において、前記重量算出手段は、前記各検出信号を補正演算処理することにより重量検出手段の検出信号から前記両振動成分を除去して前記物品の重量を算出することを特徴とする。
【００１７】
検出すべき重量レベル或いは振動モード等に応じて、各検出手段の感度等の特性が設定されるのが通例である。この発明によれば、各検出手段にそれぞれ相違する特性を有するものを使用した場合においても、重量算出手段は各検出手段による検出信号間の演算処理を可能とするため、各検出信号を補正演算処理することができる。対象負荷の相違や設置スペース上の制約等の理由から、重量検出手段に比較して第１及び第２振動検出手段は寸法が小型化することがあるが、そのような場合にこの発明は効果的となる。
【００１８】
そして、請求項４に記載の発明は、前記請求項１から請求項３のいずれかに記載の重量検出装置において、前記重量算出手段には、前記各検出手段による検出信号がそれぞれ入力されるＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器からの出力信号が入力される演算回路と、該演算回路からの出力信号が入力されるローパスフィルタとが備えられていることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項５に記載の発明は、同じく前記請求項１から請求項３のいずれかに記載の重量検出装置において、前記重量算出手段には、前記各検出手段による検出信号がそれぞれ入力されるＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器からの出力信号がそれぞれ入力されるローパスフィルタと、該ローパスフィルタからの出力信号が入力される演算回路とが備えられていることを特徴とする。
【００２０】
これらのいずれの発明によっても、重量算出手段の構成がさらに具体化される。特に請求項５に記載の発明によれば、各検出手段による検出信号のサンプリング周期に対して演算回路の能力に問題がある場合においても、ローパスフィルタの配設によって演算回路による演算効率が維持される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る重量検出装置について説明する。
【００２２】
図１に示すように、この重量検出装置１は、支持フレーム１１の上部に支持された搬送コンベア１２と、支持フレーム１１に連結されると共に床に立設された固定ベース１３に組み付けられた重量検出機構１４とを有し、前記搬送コンベア１２に載置されて搬送される物品Ｘの重量が重量検出機構１４によって検出されるように構成されている。
【００２３】
搬送コンベア１２は、一対のサイドフレーム（一方のみ図示）２１，２１間にに回転自在に支持された前後一対の駆動及び従動ローラ２２，２３と、両ローラ２２，２３間に巻き掛けられた無端状ベルト２４とを有している。また、支持フレーム１１には搬送駆動源としてのモータ２５が取り付けられ、かつ、このモータ２５の出力軸に同軸に組み付けられた出力プーリと、前記駆動ローラ２２に同軸に組み付けられた入力プーリとの間にタイミングベルト２６が巻き掛けられており、モータ２５の駆動力がタイミングベルト２６を介して駆動ローラ２２に伝達されるようになっている。
【００２４】
重量検出機構１４は、３つのロードセル３１〜３３を有している。まず、重量検出ロードセル３１は物品Ｘの重量を検出するためのもので、その固定端３１ａは固定ベース１３に固定される一方、その自由端３１ｂには支持フレーム１１の下端部が連結されている。また、重量検出ロードセル３１に比較して寸法の小さい第１振動検出ロードセル３２は矢印ａで示す床の振動に起因する振動成分を検出するためのもので、その固定端３２ａは固定ベース１３に固定される一方、その自由端３２ｂには既知重量のウエイト部材３４が取り付けられている。そして、同様に重量検出ロードセル３１に比較して寸法の小さい第２振動検出ロードセル３３は矢印ｂで示すモータ２５の駆動に起因する振動成分を検出するためのもので、その固定端３３ａは支持フレーム１１の下端部を介して重量検出ロードセル３１の自由端３１ｂに固定される一方、その自由端３３ｂには既知重量のウエイト部材３５が取り付けられている。
【００２５】
このような構成によると、重量検出ロードセル３１の自由端３１ｂには、支持フレーム１１、搬送コンベア１２、モータ２５、物品Ｘ、第２振動検出ロードセル３３、及びウエイト部材３５等の重量と共に、固定ベース１３を介した床振動成分及び支持フレーム１１を介したモータ振動成分が負荷される。この場合、支持フレーム１１、搬送コンベア１２、モータ２５、第２振動検出ロードセル３３、及びウエイト部材３５等の重量は既知であるから、重量検出ロードセル３１による検出信号におけるこれらの部材の寄与分は容易に排除可能である。したがって、以降の説明を簡潔かつ明快なものとするため、便宜上、重量検出ロードセル３１の自由端３１ｂには物品Ｘの重量、床振動成分、及びモータ振動成分が負荷されると共に、重量検出ロードセル３１からはこれに応じた検出信号が出力される、と表現する。
【００２６】
また、第１振動検出ロードセル３２の自由端３２ｂには、ウエイト部材３４の重量と固定ベース１３を介した床振動成分とが負荷されるが、この場合にもウエイト部材３４の重量は既知であるから、便宜上、第１振動検出ロードセル３２の自由端３２ｂには床振動成分が負荷されると共に、第１振動検出ロードセル３２からはこれに応じた検出信号が出力される、と表現する。
【００２７】
そして、第２振動検出ロードセル３３の自由端３３ｂには、ウエイト部材３５の重量、固定ベース１３を介した床振動成分、及び支持フレーム１１を介したモータ振動成分が負荷されるが、この場合にもウエイト部材３５の重量は既知であるから、便宜上、第２振動検出ロードセル３３の自由端３３ｂには床振動成分とモータ振動成分とが負荷されると共に、第２振動検出ロードセル３３からはこれに応じた検出信号が出力される、と表現する。
【００２８】
次に、これらのロードセル３１〜３３によって検出された信号を処理する信号処理回路の一例について説明する。
【００２９】
図２に示すように、各ロードセル３１〜３３にはそれぞれ増幅器４１…４１が接続されており、該増幅器４１…４１は入力された各ロードセル３１〜３３による検出信号を増幅する。また、各増幅器４１…４１にはそれぞれローパスフィルタ４２…４２が接続されており、該ローパスフィルタ４２…４２は入力された検出信号から一定周波数以上の信号を除去する。また、各ローパスフィルタ４２…４２にはそれぞれＡ／Ｄ変換器４３…４３が接続されており、該Ａ／Ｄ変換器４３…４３は入力されたアナログ信号をディジタル信号に変換する。また、各Ａ／Ｄ変換器４３…４３は演算回路４４に接続されており、該演算回路４４は入力された検出信号について各種演算処理を実行する。そして、演算回路４４にはローパスフィルタ４５が接続されており、該ローパスフィルタ４５は入力された検出信号から一定周波数以上の信号を除去した上で出力する。なお、ローパスフィルタ４２…４２は、Ａ／Ｄ変換器４３…４３のサンプリング周期に関連して設けたものであり、また、ローパスフィルタ４５は、搬送コンベア１２に物品Ｘが載置されたときの衝撃に起因する振動成分を除去するために設けたものである。
【００３０】
演算回路４４はＡ／Ｄ変換器４３…４３及びローパスフィルタ４５と協働して重量算出手段を構成し、入力された検出信号について所定の補正演算処理を行うことにより重量検出ロードセル３１による検出信号から床振動成分とモータ振動成分とを除去するもので、ＤＳＰ（ディジタル・シグナル・プロセッサ）やマイコン等が適用される。
【００３１】
ところで、重量検出ロードセル３１、第１振動検出ロードセル３２、及び第２振動検出ロードセル３３においては、一般に、検出対象とする負荷の大小等に応じて特性が相違するように構成されており（図６参照）、これらのロードセル３１〜３３における入力と出力との関係を示す伝達関数は相違する。そのため、本実施の形態におけるように異なるロードセル３１〜３３による検出信号間で演算処理を行う場合には、一方のロードセル３１〜３３の伝達関数を他方のロードセル３１〜３３の伝達関数に合致させる補正演算処理が必要となる。
【００３２】
一例として、図３に示すブロック図に基き、演算回路３４が実行する重量検出ロードセル３１、第１振動検出ロードセル３２、及び第２振動検出ロードセル３３の伝達関数Ｇ１（ｓ），Ｇ２（ｓ），Ｇ３（ｓ）を介した検出信号の演算処理について説明する。
【００３３】
まず、重量検出ロードセル３１と第１振動検出ロードセル３２とによる検出信号間の演算処理を行うため、両ロードセル３１，３２の伝達関数Ｇ１（ｓ），Ｇ２（ｓ）を合致させる。この場合、第１振動検出ロードセル３２の伝達関数Ｇ２（ｓ）を重量検出ロードセル３１の伝達関数Ｇ１（ｓ）に合致させるため、図例の式に基いて、前記伝達関数Ｇ１（ｓ）と伝達関数Ｇ２（ｓ）との比である新たな伝達関数Ｇ４（ｓ）を算出する。そして、第１振動検出ロードセル３２による検出信号をこの伝達関数Ｇ４（ｓ）に基いて補正演算処理したのち、重量検出ロードセル３１による検出信号からこの補正処理された検出信号を減算処理する。その結果、重量検出ロードセル３１による物品Ｘの重量、床振動成分、及びモータ振動成分に応じた検出信号から、第１振動検出ロードセル３２によって検出された床振動成分が除去されると共に、該検出信号は、物品Ｘの重量とモータ振動成分とに応じた信号となる。
【００３４】
一方、第１振動検出ロードセル３２と第２振動検出ロードセル３３とによる検出信号間の演算処理を行うため、両ロードセル３２，３３の伝達関数Ｇ２（ｓ），Ｇ３（ｓ）を合致させる。この場合、第１振動検出ロードセル３２の伝達関数Ｇ２（ｓ）を第２振動検出ロードセル３３の伝達関数Ｇ３（ｓ）に合致させるため、図例の式に基いて、前記伝達関数Ｇ３（ｓ）と伝達関数Ｇ２（ｓ）との比である新たな伝達関数Ｇ５（ｓ）を算出する。そして、第１振動検出ロードセル３２による検出信号をこの伝達関数Ｇ５（ｓ）に基いて補正演算処理したのち、第２振動検出ロードセル３３による検出信号からこの補正処理された検出信号を減算処理する。その結果、第２振動検出ロードセル３２による床振動成分とモータ振動成分とに応じた検出信号から、第１振動検出ロードセル３２によって検出された床振動成分が除去されると共に、該検出信号は、モータ振動成分のみに応じた信号となる。
【００３５】
次いで、重量検出ロードセル３１と第２振動検出ロードセル３３とによる検出信号間の演算処理を行うため、両ロードセル３１，３３の伝達関数Ｇ１（ｓ），Ｇ３（ｓ）を合致させる。この場合、第２振動検出ロードセル３３の伝達関数Ｇ３（ｓ）を重量検出ロードセル３１の伝達関数Ｇ１（ｓ）に合致させるため、図例の式に基いて、前記伝達関数Ｇ１（ｓ）と伝達関数Ｇ３（ｓ）との比である新たな伝達関数Ｇ６（ｓ）を算出する。そして、第２振動検出ロードセル３２の前記減算処理された検出信号をこの伝達関数Ｇ６（ｓ）に基いて補正演算処理したのち、重量検出ロードセル３１の前記減算処理された検出信号からこの補正処理された検出信号を減算処理する。その結果、減算処理されて物品Ｘの重量とモータ振動成分とに応じた信号とされた重量検出ロードセル３１の検出信号から、減算処理されてモータ振動成分に応じた信号とされた第２振動検出ロードセル３３の検出信号が除去されて、物品Ｘの重量のみに応じた検出信号が分離して得られるようになる。
【００３６】
そして、前述したように演算処理された重量検出ロードセル３１による検出信号は、ローパスフィルタ４５に入力されたのち、所定のフィルタリング処理が行われて出力される。
【００３７】
このように、重量検出ロードセル３１の固定端３１ａ側及び自由端３１ｂ側の振動成分、つまり床振動成分及びモータ振動成分を第１及び第２振動検出ロードセル３２，３３を用いて検出した上で、該重量検出ロードセル３１の検出信号から両振動成分を除去することにより物品Ｘの重量に一致した信号のみが得られるから、物品Ｘの重量の検出精度が向上する。
【００３８】
また、本実施の形態におけるように、前記両振動成分が共存する場合に、従来実現することができなかった自由端３１ｂ側の振動成分つまりモータ振動成分の分離・算出が可能となる。
【００３９】
また、本実施の形態におけるように、各ロードセル３１〜３３にそれぞれ相違する特性を有するものを使用した場合においても、各検出信号は適正に補正演算処理される。検出対象の相違や設置スペース上の制約等の理由から、重量検出ロードセル３１に比較して第１及び第２振動検出ロードセル３２，３３は寸法が小型化することがあるが、そのような場合にこの補正演算処理により、物品Ｘの重量は高精度で検出される。
【００４０】
なお、前記実施の形態では、重量検出ロードセル３１による検出信号からまず床振動成分を減算処理したのち、次いでモータ振動成分を減算処理したが、床振動成分とモータ振動成分とを予め加算処理しておき、重量検出ロードセル３１による検出信号からこの加算処理された検出信号を減算処理するようにしてもよい。
【００４１】
すなわち、図４に示すように、第１振動検出ロードセル３２による検出信号を伝達関数Ｇ４（ｓ）に基いて補正演算処理し、重量検出ロードセル３１による検出信号から減算処理可能な信号とする。一方、第２振動検出ロードセル３３による検出信号を前述したように減算処理したのち、伝達関数Ｇ６（ｓ）に基いて補正演算処理し、同様に重量検出ロードセル３１による検出信号から減算処理可能な信号とする。そして、このように補正処理された第１及び第２振動検出ロードセル３２，３３の検出信号を加算処理した上で、重量検出ロードセル３１による検出信号から加算処理された検出信号を減算処理する。この場合にも、物品Ｘの重量に一致した信号のみが得られるから、物品Ｘの重量の検出精度が向上する。
【００４２】
また、前記実施の形態では、伝達関数Ｇ１（ｓ）〜Ｇ６（ｓ）に基いて各種演算処理を行い、物品Ｘの重量に一致した信号のみが得られるようにしたが、限定された条件下では、或いは要求される検出精度に応じて、伝達関数Ｇ１（ｓ）〜Ｇ６（ｓ）の代わりに定数を用いてもよい。例えば、ローパスフィルタ４２…４２の配設によって検出信号が比較的低周波数のものとされ、図６に示すように、ロードセル間でセル感度の周波数依存性の差を無視することができる場合には、ロードセルの検出信号を補正演算処理するときの補正比率として伝達関数に代えて定数を用いてもよい。この定数は、各ロードセルの特性に基いて予め設定可能である。
【００４３】
そして、前記実施の形態では、演算回路４４の直下流にローパスフィルタ４５を接続したが、各Ａ／Ｄ変換器４３…４３の直下流にそれぞれローパスフィルタを接続してもよい。これにより、各ロードセル３１〜３３による検出信号のサンプリング周期に対して演算回路４４の能力に問題がある場合においても、該ローパスフィルタの配設によって演算回路４４による演算効率が維持される。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、装置据付側及び物品載置側からの振動外乱の影響を除去することにより、検出精度の向上が可能な重量検出装置が提供される。すなわち、本発明は、載置された物品の重量を高精度で検出する重量検出装置に関し、重量検出技術の分野に広く好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る重量検出装置の概略側面図である。
【図２】 信号処理回路の一例を示すブロック図である。
【図３】 物品の重量を算出する手順を説明するためのブロック図である。
【図４】 物品の重量を算出する別なる手順を説明するためのブロック図である。
【図５】 従来の重量検出装置の模式的な側面図である。
【図６】 各ロードセルの感度の周波数特性を示す図である。
【図７】 従来の別なる重量検出装置の模式的な側面図である。
【符号の説明】
１ 重量検出装置
３１ 重量検出ロードセル（重量検出手段）
３２ 第１振動検出ロードセル（第１振動検出手段）
３３ 第２振動検出ロードセル（第２振動検出手段）
４３ Ａ／Ｄ変換器（重量算出手段）
４４ 演算回路（重量算出手段）
４５ ローパスフィルタ（重量算出手段）
Ｘ 物品
【発明の属する技術分野】
本発明は、重量検出装置、詳しくは載置された物品の重量を高精度で検出する重量検出装置に関し、重量検出技術の分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、物品の重量をロードセル等の重量検出器によって検出する重量検出装置は各方面に広範に用いられている。このような重量検出装置において、振動による外乱を排除してさらなる検出精度の向上を目的としたものとして、例えば、特許文献１及び特許文献２に記載のものがある。
【０００３】
まず、特許文献１に記載の重量検出装置では、図５に示すように、重量検出ロードセル（計量用ロードセル）Ａ１及び振動検出ロードセル（ダミー用ロードセル）Ａ２がそれぞれの固定端を介して固定ベース（床）Ｂに固定されている。そして、重量検出ロードセルＡ１の自由端に物品Ｘを載置する載置台Ｃが連結される一方、振動検出ロードセルＡ２の自由端に既知重量の分銅Ｄが取り付けられている。
【０００４】
これにより、床の振動に起因して固定ベースＢが矢印で示すように振動した場合、重量検出ロードセルＡ１からは物品Ｘの重量に床振動成分が重畳された検出信号が出力される一方、振動検出ロードセルＡ２からは床振動成分に応じた検出信号が出力される。そして、例えば図６に示すように、対象負荷の大小等に応じてセル感度特性が相違するのが通例である重量検出及び振動検出ロードセルＡ１，Ａ２による検出信号間の演算処理を可能とするため、検出信号に対する補正演算処理が行われる。すなわち、重量検出ロードセルＡ１による検出信号から所定の補正演算処理が行われた振動検出ロードセルＡ２による検出信号が減算処理され、つまり、重量検出ロードセルＡ１による検出信号から装置据付側の振動成分が除去されることとなり、その結果、物品Ｘの重量に一致した信号のみが得られるようになる。
【０００５】
また、特許文献２に記載の重量検出装置では、図７に示すように、重量検出ロードセル（第１のロードセル）Ａ１が固定端を介して床上の固定ベース（基台）Ｂに固定されている。そして、重量検出ロードセルＡ１の自由端には振動検出ロードセル（第２のロードセル）Ａ３を介して搬送コンベア（搬送手段）Ｃ′が固定されている。この場合、搬送コンベアＣ′は、振動検出ロードセルＡ３の自由端に連結されている。
【０００６】
これにより、例えば搬送コンベアＣ′の搬送駆動源である図示しないモータの駆動によって物品Ｘを載置した搬送コンベアＣ′が矢印で示すように変位つまり一種の振動が生じた場合、重量検出ロードセルＡ１からは物品Ｘの重量にモータ振動成分が重畳された検出信号が出力される一方、振動検出ロードセルＡ３からはモータ振動成分に応じた検出信号が出力される。そして、前記特許文献１におけると略同様に、特性の相違する重量検出及び振動検出ロードセルＡ１，Ａ３による検出信号間の演算処理を可能とするため、検出信号に対する補正演算処理が行われる。すなわち、重量検出ロードセルＡ１による検出信号から所定の補正演算処理が行われた振動検出ロードセルＡ３による検出信号が減算処理され、つまり、重量検出ロードセルＡ１による検出信号から物品載置側の振動成分が除去されることとなり、その結果、この場合にも物品Ｘの重量に一致した信号のみが得られるようになる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−１１０２６１号公報（第４頁及び第５頁、図１）
【特許文献２】
特開平８−１３６３３０号公報（第２頁及び第３頁、図３）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記特許文献１及び特許文献２に記載の重量検出装置においてもなお、以下のような問題がある。すなわち、特許文献１に記載の重量検出装置では、載置台Ｃが特許文献２に記載のような搬送コンベアＣ′である場合には、該搬送コンベアＣ′に起因する振動成分が重量検出ロードセルＡ１の検出信号に重畳されることになるが、この場合の装置は物品載置側の振動成分を除去するための構成要素を欠いているから、その分検出精度が低下することになる。
【０００９】
また、特許文献２に記載の重量検出装置では、固定ベースＢの振動を考慮する場合、この振動成分が重量検出及び振動検出ロードセルＡ１，Ａ３の検出信号にそれぞれ重畳されることになるが、この場合の装置は装置据付側の振動成分を除去するための構成要素を欠いているから、前述したと同様にその分検出精度が低下することになる。
【００１０】
そこで、本発明は、以上の現状に鑑み、装置据付側及び物品載置側からの振動外乱の影響を除去することにより、検出精度の向上が可能な重量検出装置を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明は次のように構成したことを特徴とする。
【００１２】
まず、請求項１に記載の発明は、物品の重量を検出する重量検出装置に関するもので、一端が固定されると共に他端に物品の重量が負荷されて、該重量を検出する重量検出手段と、該重量検出手段の固定端側に設けられて該固定端側の振動成分を検出する第１振動検出手段と、前記重量検出手段の自由端側に設けられて該自由端側の振動成分を検出する第２振動検出手段と、前記各検出手段による検出信号に基き、重量検出手段の検出信号から前記両振動成分を除去することにより前記物品の重量を算出する重量算出手段とが備えられていることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、重量検出手段の固定端側及び自由端側の振動成分を第１及び第２振動検出手段を用いて検出した上で、該重量検出手段の検出信号から両振動成分を除去することにより物品の重量に一致した信号のみが得られるから、物品の重量の検出精度が向上する。
【００１４】
次に、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の重量検出装置において、前記重量算出手段は、前記第１振動検出手段と第２振動検出手段とによる検出信号に基き、前記重量検出手段の自由端側の振動成分を算出することを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、前記請求項１に記載の重量検出装置の構成がさらに具体化される。そして、重量検出手段の固定端側の振動成分と自由端側の振動成分とが共存する場合に、従来実現することができなかった前記自由端側の振動成分の算出が可能となる。
【００１６】
また、請求項３に記載の発明は、前記請求項１または請求項２に記載の重量検出装置において、前記重量算出手段は、前記各検出信号を補正演算処理することにより重量検出手段の検出信号から前記両振動成分を除去して前記物品の重量を算出することを特徴とする。
【００１７】
検出すべき重量レベル或いは振動モード等に応じて、各検出手段の感度等の特性が設定されるのが通例である。この発明によれば、各検出手段にそれぞれ相違する特性を有するものを使用した場合においても、重量算出手段は各検出手段による検出信号間の演算処理を可能とするため、各検出信号を補正演算処理することができる。対象負荷の相違や設置スペース上の制約等の理由から、重量検出手段に比較して第１及び第２振動検出手段は寸法が小型化することがあるが、そのような場合にこの発明は効果的となる。
【００１８】
そして、請求項４に記載の発明は、前記請求項１から請求項３のいずれかに記載の重量検出装置において、前記重量算出手段には、前記各検出手段による検出信号がそれぞれ入力されるＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器からの出力信号が入力される演算回路と、該演算回路からの出力信号が入力されるローパスフィルタとが備えられていることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項５に記載の発明は、同じく前記請求項１から請求項３のいずれかに記載の重量検出装置において、前記重量算出手段には、前記各検出手段による検出信号がそれぞれ入力されるＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器からの出力信号がそれぞれ入力されるローパスフィルタと、該ローパスフィルタからの出力信号が入力される演算回路とが備えられていることを特徴とする。
【００２０】
これらのいずれの発明によっても、重量算出手段の構成がさらに具体化される。特に請求項５に記載の発明によれば、各検出手段による検出信号のサンプリング周期に対して演算回路の能力に問題がある場合においても、ローパスフィルタの配設によって演算回路による演算効率が維持される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る重量検出装置について説明する。
【００２２】
図１に示すように、この重量検出装置１は、支持フレーム１１の上部に支持された搬送コンベア１２と、支持フレーム１１に連結されると共に床に立設された固定ベース１３に組み付けられた重量検出機構１４とを有し、前記搬送コンベア１２に載置されて搬送される物品Ｘの重量が重量検出機構１４によって検出されるように構成されている。
【００２３】
搬送コンベア１２は、一対のサイドフレーム（一方のみ図示）２１，２１間にに回転自在に支持された前後一対の駆動及び従動ローラ２２，２３と、両ローラ２２，２３間に巻き掛けられた無端状ベルト２４とを有している。また、支持フレーム１１には搬送駆動源としてのモータ２５が取り付けられ、かつ、このモータ２５の出力軸に同軸に組み付けられた出力プーリと、前記駆動ローラ２２に同軸に組み付けられた入力プーリとの間にタイミングベルト２６が巻き掛けられており、モータ２５の駆動力がタイミングベルト２６を介して駆動ローラ２２に伝達されるようになっている。
【００２４】
重量検出機構１４は、３つのロードセル３１〜３３を有している。まず、重量検出ロードセル３１は物品Ｘの重量を検出するためのもので、その固定端３１ａは固定ベース１３に固定される一方、その自由端３１ｂには支持フレーム１１の下端部が連結されている。また、重量検出ロードセル３１に比較して寸法の小さい第１振動検出ロードセル３２は矢印ａで示す床の振動に起因する振動成分を検出するためのもので、その固定端３２ａは固定ベース１３に固定される一方、その自由端３２ｂには既知重量のウエイト部材３４が取り付けられている。そして、同様に重量検出ロードセル３１に比較して寸法の小さい第２振動検出ロードセル３３は矢印ｂで示すモータ２５の駆動に起因する振動成分を検出するためのもので、その固定端３３ａは支持フレーム１１の下端部を介して重量検出ロードセル３１の自由端３１ｂに固定される一方、その自由端３３ｂには既知重量のウエイト部材３５が取り付けられている。
【００２５】
このような構成によると、重量検出ロードセル３１の自由端３１ｂには、支持フレーム１１、搬送コンベア１２、モータ２５、物品Ｘ、第２振動検出ロードセル３３、及びウエイト部材３５等の重量と共に、固定ベース１３を介した床振動成分及び支持フレーム１１を介したモータ振動成分が負荷される。この場合、支持フレーム１１、搬送コンベア１２、モータ２５、第２振動検出ロードセル３３、及びウエイト部材３５等の重量は既知であるから、重量検出ロードセル３１による検出信号におけるこれらの部材の寄与分は容易に排除可能である。したがって、以降の説明を簡潔かつ明快なものとするため、便宜上、重量検出ロードセル３１の自由端３１ｂには物品Ｘの重量、床振動成分、及びモータ振動成分が負荷されると共に、重量検出ロードセル３１からはこれに応じた検出信号が出力される、と表現する。
【００２６】
また、第１振動検出ロードセル３２の自由端３２ｂには、ウエイト部材３４の重量と固定ベース１３を介した床振動成分とが負荷されるが、この場合にもウエイト部材３４の重量は既知であるから、便宜上、第１振動検出ロードセル３２の自由端３２ｂには床振動成分が負荷されると共に、第１振動検出ロードセル３２からはこれに応じた検出信号が出力される、と表現する。
【００２７】
そして、第２振動検出ロードセル３３の自由端３３ｂには、ウエイト部材３５の重量、固定ベース１３を介した床振動成分、及び支持フレーム１１を介したモータ振動成分が負荷されるが、この場合にもウエイト部材３５の重量は既知であるから、便宜上、第２振動検出ロードセル３３の自由端３３ｂには床振動成分とモータ振動成分とが負荷されると共に、第２振動検出ロードセル３３からはこれに応じた検出信号が出力される、と表現する。
【００２８】
次に、これらのロードセル３１〜３３によって検出された信号を処理する信号処理回路の一例について説明する。
【００２９】
図２に示すように、各ロードセル３１〜３３にはそれぞれ増幅器４１…４１が接続されており、該増幅器４１…４１は入力された各ロードセル３１〜３３による検出信号を増幅する。また、各増幅器４１…４１にはそれぞれローパスフィルタ４２…４２が接続されており、該ローパスフィルタ４２…４２は入力された検出信号から一定周波数以上の信号を除去する。また、各ローパスフィルタ４２…４２にはそれぞれＡ／Ｄ変換器４３…４３が接続されており、該Ａ／Ｄ変換器４３…４３は入力されたアナログ信号をディジタル信号に変換する。また、各Ａ／Ｄ変換器４３…４３は演算回路４４に接続されており、該演算回路４４は入力された検出信号について各種演算処理を実行する。そして、演算回路４４にはローパスフィルタ４５が接続されており、該ローパスフィルタ４５は入力された検出信号から一定周波数以上の信号を除去した上で出力する。なお、ローパスフィルタ４２…４２は、Ａ／Ｄ変換器４３…４３のサンプリング周期に関連して設けたものであり、また、ローパスフィルタ４５は、搬送コンベア１２に物品Ｘが載置されたときの衝撃に起因する振動成分を除去するために設けたものである。
【００３０】
演算回路４４はＡ／Ｄ変換器４３…４３及びローパスフィルタ４５と協働して重量算出手段を構成し、入力された検出信号について所定の補正演算処理を行うことにより重量検出ロードセル３１による検出信号から床振動成分とモータ振動成分とを除去するもので、ＤＳＰ（ディジタル・シグナル・プロセッサ）やマイコン等が適用される。
【００３１】
ところで、重量検出ロードセル３１、第１振動検出ロードセル３２、及び第２振動検出ロードセル３３においては、一般に、検出対象とする負荷の大小等に応じて特性が相違するように構成されており（図６参照）、これらのロードセル３１〜３３における入力と出力との関係を示す伝達関数は相違する。そのため、本実施の形態におけるように異なるロードセル３１〜３３による検出信号間で演算処理を行う場合には、一方のロードセル３１〜３３の伝達関数を他方のロードセル３１〜３３の伝達関数に合致させる補正演算処理が必要となる。
【００３２】
一例として、図３に示すブロック図に基き、演算回路３４が実行する重量検出ロードセル３１、第１振動検出ロードセル３２、及び第２振動検出ロードセル３３の伝達関数Ｇ１（ｓ），Ｇ２（ｓ），Ｇ３（ｓ）を介した検出信号の演算処理について説明する。
【００３３】
まず、重量検出ロードセル３１と第１振動検出ロードセル３２とによる検出信号間の演算処理を行うため、両ロードセル３１，３２の伝達関数Ｇ１（ｓ），Ｇ２（ｓ）を合致させる。この場合、第１振動検出ロードセル３２の伝達関数Ｇ２（ｓ）を重量検出ロードセル３１の伝達関数Ｇ１（ｓ）に合致させるため、図例の式に基いて、前記伝達関数Ｇ１（ｓ）と伝達関数Ｇ２（ｓ）との比である新たな伝達関数Ｇ４（ｓ）を算出する。そして、第１振動検出ロードセル３２による検出信号をこの伝達関数Ｇ４（ｓ）に基いて補正演算処理したのち、重量検出ロードセル３１による検出信号からこの補正処理された検出信号を減算処理する。その結果、重量検出ロードセル３１による物品Ｘの重量、床振動成分、及びモータ振動成分に応じた検出信号から、第１振動検出ロードセル３２によって検出された床振動成分が除去されると共に、該検出信号は、物品Ｘの重量とモータ振動成分とに応じた信号となる。
【００３４】
一方、第１振動検出ロードセル３２と第２振動検出ロードセル３３とによる検出信号間の演算処理を行うため、両ロードセル３２，３３の伝達関数Ｇ２（ｓ），Ｇ３（ｓ）を合致させる。この場合、第１振動検出ロードセル３２の伝達関数Ｇ２（ｓ）を第２振動検出ロードセル３３の伝達関数Ｇ３（ｓ）に合致させるため、図例の式に基いて、前記伝達関数Ｇ３（ｓ）と伝達関数Ｇ２（ｓ）との比である新たな伝達関数Ｇ５（ｓ）を算出する。そして、第１振動検出ロードセル３２による検出信号をこの伝達関数Ｇ５（ｓ）に基いて補正演算処理したのち、第２振動検出ロードセル３３による検出信号からこの補正処理された検出信号を減算処理する。その結果、第２振動検出ロードセル３２による床振動成分とモータ振動成分とに応じた検出信号から、第１振動検出ロードセル３２によって検出された床振動成分が除去されると共に、該検出信号は、モータ振動成分のみに応じた信号となる。
【００３５】
次いで、重量検出ロードセル３１と第２振動検出ロードセル３３とによる検出信号間の演算処理を行うため、両ロードセル３１，３３の伝達関数Ｇ１（ｓ），Ｇ３（ｓ）を合致させる。この場合、第２振動検出ロードセル３３の伝達関数Ｇ３（ｓ）を重量検出ロードセル３１の伝達関数Ｇ１（ｓ）に合致させるため、図例の式に基いて、前記伝達関数Ｇ１（ｓ）と伝達関数Ｇ３（ｓ）との比である新たな伝達関数Ｇ６（ｓ）を算出する。そして、第２振動検出ロードセル３２の前記減算処理された検出信号をこの伝達関数Ｇ６（ｓ）に基いて補正演算処理したのち、重量検出ロードセル３１の前記減算処理された検出信号からこの補正処理された検出信号を減算処理する。その結果、減算処理されて物品Ｘの重量とモータ振動成分とに応じた信号とされた重量検出ロードセル３１の検出信号から、減算処理されてモータ振動成分に応じた信号とされた第２振動検出ロードセル３３の検出信号が除去されて、物品Ｘの重量のみに応じた検出信号が分離して得られるようになる。
【００３６】
そして、前述したように演算処理された重量検出ロードセル３１による検出信号は、ローパスフィルタ４５に入力されたのち、所定のフィルタリング処理が行われて出力される。
【００３７】
このように、重量検出ロードセル３１の固定端３１ａ側及び自由端３１ｂ側の振動成分、つまり床振動成分及びモータ振動成分を第１及び第２振動検出ロードセル３２，３３を用いて検出した上で、該重量検出ロードセル３１の検出信号から両振動成分を除去することにより物品Ｘの重量に一致した信号のみが得られるから、物品Ｘの重量の検出精度が向上する。
【００３８】
また、本実施の形態におけるように、前記両振動成分が共存する場合に、従来実現することができなかった自由端３１ｂ側の振動成分つまりモータ振動成分の分離・算出が可能となる。
【００３９】
また、本実施の形態におけるように、各ロードセル３１〜３３にそれぞれ相違する特性を有するものを使用した場合においても、各検出信号は適正に補正演算処理される。検出対象の相違や設置スペース上の制約等の理由から、重量検出ロードセル３１に比較して第１及び第２振動検出ロードセル３２，３３は寸法が小型化することがあるが、そのような場合にこの補正演算処理により、物品Ｘの重量は高精度で検出される。
【００４０】
なお、前記実施の形態では、重量検出ロードセル３１による検出信号からまず床振動成分を減算処理したのち、次いでモータ振動成分を減算処理したが、床振動成分とモータ振動成分とを予め加算処理しておき、重量検出ロードセル３１による検出信号からこの加算処理された検出信号を減算処理するようにしてもよい。
【００４１】
すなわち、図４に示すように、第１振動検出ロードセル３２による検出信号を伝達関数Ｇ４（ｓ）に基いて補正演算処理し、重量検出ロードセル３１による検出信号から減算処理可能な信号とする。一方、第２振動検出ロードセル３３による検出信号を前述したように減算処理したのち、伝達関数Ｇ６（ｓ）に基いて補正演算処理し、同様に重量検出ロードセル３１による検出信号から減算処理可能な信号とする。そして、このように補正処理された第１及び第２振動検出ロードセル３２，３３の検出信号を加算処理した上で、重量検出ロードセル３１による検出信号から加算処理された検出信号を減算処理する。この場合にも、物品Ｘの重量に一致した信号のみが得られるから、物品Ｘの重量の検出精度が向上する。
【００４２】
また、前記実施の形態では、伝達関数Ｇ１（ｓ）〜Ｇ６（ｓ）に基いて各種演算処理を行い、物品Ｘの重量に一致した信号のみが得られるようにしたが、限定された条件下では、或いは要求される検出精度に応じて、伝達関数Ｇ１（ｓ）〜Ｇ６（ｓ）の代わりに定数を用いてもよい。例えば、ローパスフィルタ４２…４２の配設によって検出信号が比較的低周波数のものとされ、図６に示すように、ロードセル間でセル感度の周波数依存性の差を無視することができる場合には、ロードセルの検出信号を補正演算処理するときの補正比率として伝達関数に代えて定数を用いてもよい。この定数は、各ロードセルの特性に基いて予め設定可能である。
【００４３】
そして、前記実施の形態では、演算回路４４の直下流にローパスフィルタ４５を接続したが、各Ａ／Ｄ変換器４３…４３の直下流にそれぞれローパスフィルタを接続してもよい。これにより、各ロードセル３１〜３３による検出信号のサンプリング周期に対して演算回路４４の能力に問題がある場合においても、該ローパスフィルタの配設によって演算回路４４による演算効率が維持される。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、装置据付側及び物品載置側からの振動外乱の影響を除去することにより、検出精度の向上が可能な重量検出装置が提供される。すなわち、本発明は、載置された物品の重量を高精度で検出する重量検出装置に関し、重量検出技術の分野に広く好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る重量検出装置の概略側面図である。
【図２】 信号処理回路の一例を示すブロック図である。
【図３】 物品の重量を算出する手順を説明するためのブロック図である。
【図４】 物品の重量を算出する別なる手順を説明するためのブロック図である。
【図５】 従来の重量検出装置の模式的な側面図である。
【図６】 各ロードセルの感度の周波数特性を示す図である。
【図７】 従来の別なる重量検出装置の模式的な側面図である。
【符号の説明】
１ 重量検出装置
３１ 重量検出ロードセル（重量検出手段）
３２ 第１振動検出ロードセル（第１振動検出手段）
３３ 第２振動検出ロードセル（第２振動検出手段）
４３ Ａ／Ｄ変換器（重量算出手段）
４４ 演算回路（重量算出手段）
４５ ローパスフィルタ（重量算出手段）
Ｘ 物品
Claims (5)
- 物品の重量を検出する重量検出装置であって、一端が固定されると共に他端に物品の重量が負荷されて、該重量を検出する重量検出手段と、該重量検出手段の固定端側に設けられて該固定端側の振動成分を検出する第１振動検出手段と、前記重量検出手段の自由端側に設けられて該自由端側の振動成分を検出する第２振動検出手段と、前記各検出手段による検出信号に基き、重量検出手段の検出信号から前記両振動成分を除去することにより前記物品の重量を算出する重量算出手段とが備えられていることを特徴とする重量検出装置。
- 前記重量算出手段は、前記第１振動検出手段と第２振動検出手段とによる検出信号に基き、前記重量検出手段の自由端側の振動成分を算出することを特徴とする請求項１に記載の重量検出装置。
- 前記重量算出手段は、前記各検出信号を補正演算処理することにより重量検出手段の検出信号から前記両振動成分を除去して前記物品の重量を算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の重量検出装置。
- 前記重量算出手段には、前記各検出手段による検出信号がそれぞれ入力されるＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器からの出力信号が入力される演算回路と、該演算回路からの出力信号が入力されるローパスフィルタとが備えられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の重量検出装置。
- 前記重量算出手段には、前記各検出手段による検出信号がそれぞれ入力されるＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器からの出力信号がそれぞれ入力されるローパスフィルタと、該ローパスフィルタからの出力信号が入力される演算回路とが備えられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の重量検出装置。
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