JP5679837B2 - Weighing device - Google Patents
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Description
本発明は、計量台の四隅を支持するロードセルのうち、いずれのロードセルのスパンが異常であるかを判定し、故障から復帰させるようにした計量装置に関するものである。 The present invention relates to a weighing device that determines which of the load cells that support the four corners of the weighing table has an abnormal span and recovers from the failure.
計量装置の中核部品であるロードセルが故障した場合に、その故障状態を容易、精確かつ速やかに判定し、容易に正常な状態に復帰させるという機能は、新たなロードセルと交換するまでの当面の間において計量作業を継続することができる点で重要な機能であるといえる。ここで、ロードセルの出力が正常値から変動する要因としては、零点変動量が異常に大きくなることと、スパンの変動量が異常に大きくなることとがある。これら零点変動量及びスパン変動量の異常については、通常の計量作業中に特別な操作を必要とせずに判定することができ、異常があれば警報を発するようにすることが求められ、また、特別な操作を必要とせずに計量装置を正常状態に復帰させることが求められる。 When the load cell, which is the core part of the weighing device, fails, the function to easily and accurately determine the failure state and easily return it to the normal state is the time until replacement with a new load cell. It can be said that this is an important function in that the weighing operation can be continued. Here, the factors that cause the load cell output to fluctuate from the normal value are that the zero point fluctuation amount becomes abnormally large and the span fluctuation amount becomes abnormally large. These zero point fluctuation amount and span fluctuation amount abnormality can be determined without requiring any special operation during normal measurement work, and if there is an abnormality, it is required to issue an alarm. It is required to return the weighing device to a normal state without requiring any special operation.
上記故障要因のうち零点の変動は、ロードセル自身の故障ではなく、計量台への異物付着を要因とするものもあり、その量が小さい間は通常の計量作業の中で作業者が零点調整スイッチを操作するなどして容易に正常状態へ復帰させることができるので、異常状態にあるとはみなされず、特別な警報はなされない。言い換えれば、容易に正常状態へ復帰できるような小さい零点の変動量をもって零点異常の警報を発すると、計量装置としては使いにくいものとなる。したがって、零点の異常は、零点が一方向へ継続的に変動した場合に零点調整操作を繰り返えせば、正常に復帰させることができるものの、累積された零点変動量が大きな値になるとき異常として警報される。 Among the above failure factors, the variation of the zero point is not due to the failure of the load cell itself, but is also caused by foreign matter adhering to the weighing platform, and while the amount is small, the operator can switch the zero adjustment switch during normal weighing work Since it can be easily returned to the normal state by operating, etc., it is not considered to be in an abnormal state and no special alarm is given. In other words, if a zero point abnormality alarm is issued with a small zero point variation that can easily return to the normal state, it becomes difficult to use as a weighing device. Therefore, although the zero point abnormality can be restored to normal by repeating the zero adjustment operation when the zero point continuously fluctuates in one direction, it is abnormal when the accumulated zero point fluctuation amount becomes a large value. Be alerted as.
一方、スパンの異常は、通常の作業の中で容易には修正できない上にロードセル出力変動量の絶対値が小さくても異常が判定されなければならない。例えば、計量装置の精度が1/2000の仕様である場合、厳密にスパンの異常を判定するのであれば、被計量物がほぼ定格荷重に相当する荷重であっても被計量物の重量測定値として1/2000以上の変動量であればスパン異常を警報するような許容値が設定される。しかし、この値は小さいので単に重量測定値の変動量の大きさを判定して異常警報するようにすると、上述のように零点変動を要因とする不必要な異常警報が出力され、計量装置として使いにくいものとなる。また、反対に、小さい出力変動を無視する大きい許容値による判定であると、精確にスパン異常を検出・警報することができない。 On the other hand, a span abnormality cannot be easily corrected during normal work, and the abnormality must be determined even if the absolute value of the load cell output fluctuation amount is small. For example, if the accuracy of the weighing device is 1/2000, and if it is strictly determined that the span is abnormal, the weight measurement value of the object to be weighed even if the object to be weighed is a load substantially corresponding to the rated load. If the fluctuation amount is 1/2000 or more, an allowable value is set so as to warn of a span abnormality. However, since this value is small, simply judging the magnitude of the fluctuation amount of the weight measurement value and giving an abnormality alarm, an unnecessary abnormality alarm due to zero point fluctuation is output as described above, and the weighing device It becomes difficult to use. On the other hand, if the determination is based on a large allowable value ignoring a small output fluctuation, a span abnormality cannot be accurately detected or alarmed.
従来、計量台の四隅をロードセルにて支持された計量装置の故障を診断する装置として、特許文献1,2に開示されるものがある。
Conventionally, there are devices disclosed in
上記特許文献1,2に開示された故障診断装置においては、使用中に個別ロードセルの出力信号の変動の大きさによって故障検出を行うように構成されているが、変動要因が零点変動であってもスパン変動であっても区別なく故障検出を行うようにしているので、もしスパンの異常を精確に判定するために小さい変動量に対する警報の許容値を設定していると、個別ロードセル毎に変動する零点によって直ぐに警報が発せられることになり、計量装置が使いにくいものになる。また、反対に大きい許容値を設定すると、精確にスパンの異常を検出することができなくなる。
In the failure diagnosis devices disclosed in
各ロードセルの出力信号の中には個別に零点変動量成分が含まれるので、精確にスパン変動を評価するには個々のロードセルに零点移動量を除去する手段を備える必要があるが、上記特許文献1,2のものでは、通常の使用中に個別ロードセルの零点変動分に対する除去処理方法については何ら考慮されていない。 Since each output signal of each load cell includes a zero point fluctuation amount component individually, it is necessary to provide a means for removing the zero point movement amount in each load cell in order to accurately evaluate the span fluctuation. In the cases of 1 and 2, no consideration is given to the removal processing method for the zero point fluctuation of the individual load cell during normal use.
また、上述した問題点とは別に、仮にロードセルの出力信号の中から零点変動成分が除去されていたとしても、以下に述べるように、精確な異常判定ができないという問題点もある。 In addition to the above-described problems, there is a problem that accurate abnormality determination cannot be performed as described below even if the zero-point fluctuation component is removed from the output signal of the load cell.
図1(a)に示されるように、四辺形の形状をなす計量台5の四隅a,b,c,d点にそれぞれロードセル1A,1B,1C,1Dが設置されていれば、下記式(50)が成立する。しかしながら、実機においては計量台5を支持するロードセルを四辺形の四隅に精確に寸法通りに配置することは困難であり(設置寸法の精度を1/1000にするのも容易ではない。)、a,b,c,d点は極端に表現すれば図1(b)に示されるような配置になる。この場合、例えば被計量物の重心位置Gがy=B/2の線上をx軸に沿って移動するとき、重心位置Gにおける被計量物の荷重Wxのロードセル1A,1Bに分配される荷重の比率と、ロードセル1D,1Cに分配される荷重の比率は、x座標の値、すなわち被計量物の重心位置Gのx座標値によって異なる。したがって、比W1/W2及び比W4/W3はx座標の値、つまり被計量物の計量台5上での載置位置に応じて異なる。また、y軸方向への移動についても同様である。
W1={(A−x)・(B−y)/A・B}Wx
W2={x・(B−y)/A・B}Wx
W3={x・y/A・B}Wx
W4={(A−x)・y/A・B}Wx
W1/W2=W4/W3=(A−x)/x
W1/W4=W2/W3=(B−y)/y ・・・(50)
As shown in FIG. 1A, if
W1 = {(A−x) · (B−y) / A · B} Wx
W2 = {x · (B−y) / A · B} Wx
W3 = {x · y / A · B} Wx
W4 = {(A−x) · y / A · B} Wx
W1 / W2 = W4 / W3 = (A−x) / x
W1 / W4 = W2 / W3 = (B−y) / y (50)
したがって、特許文献1の段落〔0046〕以下に記載のように、調整時点で計量台上のある一点での被計量物の載置位置を基準に取って被計量物が計量台上の任意の位置に載置される通常の計量時にスパンの異常を評価しようとしても精確に評価することができない。
Accordingly, as described below in paragraph [0046] of
同様に、特許文献1の段落〔0031〕の式(5)〜(8)が精確には成立しないので、段落〔0033〕以下に記載されている方法でもって、x=x0、x=x1におけるロードセルの出力信号の合計値の差Wadを精確に同文献1に記載の式(10)のように表わすことができず、いずれかのロードセルのスパンが異常であることを精確に判定することはできない。また、小さい異常が発見できなければ、早期にロードセルの異常が発見できない。
Similarly, since the equations (5) to (8) in paragraph [0031] of
さらに、いずれかのロードセルのスパンが異常であること、及びいずれのロードセルがスパン異常であるかを検出するには、特許文献1のものでは計量台上で被計量物の重量を計量台上のある位置で測定し、さらにその位置とは別の所定の位置まで移動させて測定するという2回の計量動作が通常の計量時点から必要であり、通常の計量作業の中でスパン異常のロードセルを容易に自動的に特定することができない。
Furthermore, in order to detect which one of the load cells has an abnormal span and which one of the load cells has an abnormal span, in
本発明は、前述のような問題点に鑑みてなされたもので、四隅がロードセルにて支持された計量台を備える計量装置において、通常の計量作業の中でいずれのロードセルのスパンが異常になっているかを、容易にかつ精確に早期に検出することのできる計量装置を提供することを第1の目的とするものである。また、本発明は、スパンが異常なロードセルが特定された後に、計量装置を正常な状態に容易に復帰させることのできる計量装置を提供することを第2の目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and in a weighing apparatus including a weighing table supported at four corners by a load cell, the span of any load cell becomes abnormal during a normal weighing operation. It is a first object of the present invention to provide a weighing device capable of easily and accurately detecting whether or not the device is in the early stage. A second object of the present invention is to provide a weighing device that can easily return the weighing device to a normal state after a load cell having an abnormal span is specified.
前記第1の目的を達成するために、第1発明による計量装置は、
ロードセルの起歪部に貼付した少なくとも4個のストレインゲージで構成されるホイートストーンブリッジ回路における2個の端子からの出力信号に基づいてそれぞれハーフブリッジ荷重信号を生成するとともに、四隅が前記ロードセルにて支持される計量台上に被計量物を載置してその被計量物の重量を測定するようにした計量装置において、
前記ロードセルへの負荷荷重に対して、前記各ハーフブリッジ荷重信号がそれぞれ同じ大きさの荷重信号となるように演算処理するハーフブリッジ荷重信号演算手段と、
運転中に生じた各ハーフブリッジ荷重信号に含まれる零点変動成分を運転中に除去する運転中零点変動成分除去手段と、
前記ハーフブリッジ荷重信号演算手段によって演算処理されたハーフブリッジ荷重信号において、前記運転中に、前記運転中零点変動成分除去手段によって前記零点変動成分を除去し、前記零点変動成分の除去された前記ハーフブリッジ荷重信号、または前記零点変動成分の除去された前記ハーフブリッジ荷重信号に基づいて算出された荷重信号を比較することによって前記ロードセルのスパン異常を検出するスパン異常検出手段と
を備えることを特徴とするものである。
In order to achieve the first object, the weighing device according to the first invention comprises:
A half bridge load signal is generated based on output signals from two terminals in a Wheatstone bridge circuit composed of at least four strain gauges affixed to the strain generating portion of the load cell, and four corners are formed in the load cell. In a weighing device in which an object to be weighed is placed on a weighing platform that is supported and the weight of the object to be weighed is measured.
Half-bridge load signal calculation means for calculating the load load on the load cell so that each half-bridge load signal becomes a load signal of the same magnitude ,
An in-operation zero point fluctuation component removing means for removing the zero point fluctuation component included in each half-bridge load signal generated during operation during operation;
In the half-bridge load signal calculated by the half-bridge load signal calculating means, the zero-point fluctuation component is removed by the operating zero-point fluctuation component removing means during the operation, and the half-point fluctuation component is removed. A span abnormality detection means for detecting a span abnormality of the load cell by comparing a bridge load signal or a load signal calculated based on the half-bridge load signal from which the zero-point fluctuation component has been removed. It is characterized by this.
第2発明は、第1発明において、前記運転中零点変動成分除去手段を、前記ハーフブリッジ荷重信号演算手段から出力される前記各ハーフブリッジ荷重信号において前記運転中に生じた零点変動成分を、前記計量装置の運転中に個別に手動または自動的に除去するものとしたものである。 A second aspect of the present invention is the first aspect of the present invention, wherein the operating zero point fluctuation component removing means is the zero point fluctuation component generated during the operation in the half bridge load signal output from the half bridge load signal calculating means. It is intended to be removed manually or automatically during operation of the weighing device .
第3発明は、第1発明において、前記運転中零点変動成分除去手段が、前記計量装置の運転中に前記ハーフブリッジ荷重信号演算手段から出力される2個のハーフブリッジ荷重信号の安定判別を行うとともに、前記ロードセルの安定重量値を生成する安定重量値生成手段と、前記安定重量値生成手段によって生成された最新の安定重量値と、この最新の安定重量値の一つ前のタイミングにおいて生成された安定重量値との差を安定荷重変化量として各ロードセル毎に算出する荷重変化量算出手段とを備えているものである。 The third invention is Oite the first invention, wherein the zero point fluctuation component removing means during operation, stable determination of the two half-bridge load signal outputted from the half-bridge load signal calculating means during the operation of the metering device The stable weight value generating means for generating the stable weight value of the load cell, the latest stable weight value generated by the stable weight value generating means, and the timing immediately before the latest stable weight value. in which and a load variation amount calculating means for calculating for each load cell a difference between the generated stable weight value as a stable load change amount.
また、第4発明は、第1発明において、前記スパン異常検出手段によってスパンの異常が特定されたロードセルのハーフブリッジにおけるスパン変化率を算出するスパン変化率算出手段を備えることを特徴とするものである。 The fourth invention is Oite the first invention, characterized in that it comprises a span change rate calculating means for calculating a span change rate of the half-bridge load cells abnormality span is identified by the span abnormality detecting means Is.
また、第5発明は、第1発明において、前記スパン異常検出手段によってスパンの異常が特定されたロードセルにおける2個のハーフブリッジのうちのいずれのハーフブリッジが異常であるかを特定するスパン異常ハーフブリッジ特定手段を備えることを特徴とするものである。 The fifth invention, span Oite to the first aspect of the present invention, any of the half-bridge of the two half-bridge at load cell abnormality span is identified by the span failure detecting means to identify whether the abnormal An abnormal half-bridge specifying means is provided.
また、第6発明は、前記第2の目的を達成するために、第5発明において、スパンの異常が特定されたロードセルについてのスパンの正常時の出力信号を、残りの3個のロードセルに出力信号を演算することによって推定する正常時出力信号推定手段を備えることを特徴とするものである。 Further, in order to achieve the second object, the sixth invention outputs the output signal at the time of normal span for the load cell in which the span abnormality is specified in the fifth invention to the remaining three load cells. It is characterized by comprising a normal output signal estimating means for estimating by calculating a signal.
また、第7発明は、第6発明において、前記正常時出力信号推定手段は、スパンが異常なハーフブリッジを有する1個のロードセルの出力信号を、被計量物の計量台上の任意の重心位置に基づいて算出される変換係数と、残りの3個のロードセルの出力信号との演算によって推定することを特徴とするものである。 According to a seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect , the normal output signal estimating means outputs an output signal of one load cell having a half bridge with an abnormal span to an arbitrary center of gravity position on the weighing platform of the object to be weighed. It is characterized in that it is estimated by the calculation of the conversion coefficient calculated based on the above and the output signals of the remaining three load cells.
また、第8発明は、第6発明又は第7発明において、スパンが異常なハーフブリッジを有する1個のロードセルの出力信号を、前記正常時出力信号推定手段により推定された出力信号に置換するロードセル出力信号置換手段を備えることを特徴とするものである。 The eighth invention is the load cell according to the sixth or seventh invention, wherein the output signal of one load cell having a half bridge with an abnormal span is replaced with the output signal estimated by the normal output signal estimating means. Output signal replacement means is provided.
また、第9発明は、第8発明において、スパンが異常なハーフブリッジの出力信号のスパンを、前記正常時出力信号推定手段により推定された出力信号によって補正するロードセルスパン補正手段を備えることを特徴とするものである。 According to a ninth invention, in the eighth invention, there is provided a load cell span correcting means for correcting the span of the output signal of the half bridge having an abnormal span by the output signal estimated by the normal output signal estimating means. It is what.
また、第10発明は、第9発明において、スパンが異常であるロードセルが検出されたタイミングにおいて、計量台上の被計量物の重量測定値を算出する際に、前記ロードセル出力信号置換手段によってスパンの異常なロードセルの出力信号を置換するモードと、前記ロードセルスパン補正手段によってスパンの異常なロードセルの出力信号を補正する演算を実行するモードとに自動的に切り換える自動復帰手段を備えることを特徴とするものである。 According to a tenth aspect of the present invention, in the ninth aspect of the invention, when the weight measurement value of the object to be weighed on the weighing platform is calculated at the timing when the load cell having an abnormal span is detected, the load cell output signal replacing means performs the span measurement. And an automatic return means for automatically switching between a mode for replacing the output signal of the abnormal load cell and a mode for executing an operation for correcting the output signal of the load cell having an abnormal span by the load cell span correction means. To do.
また、第11発明は、第9発明において、スパンが異常であるロードセルが検出されたタイミングにおいて、計量台上の被計量物の重量測定値を算出する際に、前記ロードセル出力信号置換手段によってスパンの異常なロードセルの出力信号を置換するモードと、前記ロードセルスパン補正手段によってスパンの異常なロードセルの出力信号を補正する演算を実行するモードとに手動装置によって切り換える手動復帰手段を備えることを特徴とするものである。 According to an eleventh aspect of the present invention, in the ninth aspect , when the weight measurement value of the object to be weighed on the weighing table is calculated at the timing when the load cell having an abnormal span is detected, the load cell output signal replacing means performs the span measurement. And a manual return means for switching between a mode for replacing the output signal of the abnormal load cell and a mode for executing an operation for correcting the output signal of the load cell having an abnormal span by the load cell span correction means. To do.
また、第12発明は、第1発明において、前記スパン異常検出手段によってスパンの異常が特定されたロードセルとその異常内容とをそれぞれ識別コードによって表示する表示手段を備えることを特徴とするものである。 A twelfth aspect of the invention is characterized in that, in the first aspect of the invention, there is provided display means for displaying a load cell in which a span abnormality is specified by the span abnormality detecting means and the contents of the abnormality by an identification code. .
また、第13発明は、第4発明において、前記スパン変化率算出手段により算出されたスパン変化率の値をスパンの異常なロードセルの識別コードとともに表示する表示手段を備えることを特徴とするものである。 The thirteenth invention is characterized in that, in the fourth invention, there is provided display means for displaying the value of the span change rate calculated by the span change rate calculating means together with an identification code of an abnormal load cell of the span. is there.
また、第14発明は、第10発明又は第11発明において、前記自動復帰手段又は手動復帰手段によって前記スパンの異常なロードセルの出力信号が補正中又は正常値に置換中であることを表示する表示手段を備えることを特徴とするものである。 In a fourteenth aspect of the present invention, in the tenth or eleventh aspect of the present invention, the automatic return means or the manual return means displays that the output signal of the load cell having an abnormal span is being corrected or replaced with a normal value. Means are provided.
第1発明〜第7発明、第14発明、第15発明によれば、各ハーフブリッジの出力において零点変動分を除去してスパン変動分のみを精確に検出することができ、スパン異常の判定を精確に行うことができる。しかも、このスパンの異常判定を特別な作業を要することなく、通常の計量作業を継続する中で実施することができる。
また、第8発明〜第13発明、第16発明によれば、スパン異常の判定がなされた後に、計量装置を正常な状態に容易に復帰させることによって、新たなロードセルと交換するまでの間計量作業を継続することができる。
According to the first to seventh inventions, the fourteenth invention, and the fifteenth invention, it is possible to accurately detect only the span fluctuation by removing the zero fluctuation from the output of each half bridge, and determine the span abnormality. Can be done accurately. Moreover, this span abnormality determination can be carried out while continuing normal measurement work without requiring any special work.
In addition, according to the eighth to thirteenth and sixteenth inventions, after the span abnormality is determined, the weighing device is easily returned to a normal state, so that the weighing is performed until it is replaced with a new load cell. Work can be continued.
次に、本発明による計量装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。 Next, specific embodiments of the weighing device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1(a)(b)には、本発明の一実施形態に係る計量装置における計量台の模式図が示されている。また、図2には、本実施形態の計量装置に適用されるロードセルの使用状態図で、圧縮型ロードセルに使用した状態図が示され、図3には、本実施形態の計量装置における故障診断装置の概略システム構成図が示されている。 1A and 1B are schematic views of a weighing table in a weighing device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a use state diagram of a load cell applied to the weighing device of the present embodiment, and a state diagram used for the compression type load cell is shown. FIG. 3 shows a failure diagnosis in the weighing device of the present embodiment. A schematic system configuration diagram of the apparatus is shown.
図1(a)に示されるように、計量台5は四辺形の形状をなし、四隅a,b,c,d点がそれぞれロードセル1A,1B,1C,1Dにて支持されている。この計量台5の物品載置面を含む平面に、a点を原点とし、a点とb点とを結ぶ直線の方向をx軸、a点とd点とを結ぶ直線の方向をy軸としてxy座標を設定する。また、計量台5上に載置された被計量物の重心位置Gの座標を(x,y)とし、被計量物の重心位置Gにおける荷重をWxとし、荷重Wxによる各ロードセル1A,1B,1C,1Dの出力信号をW1,W2,W3,W4とする。また、計量台5の寸法を、ab=A、ad=Bとする。
ところで、実際には、各ロードセル1A,1B,1C,1Dの設置位置を精確に四辺形の四隅に配置することは困難であり、その設置位置であるa,b,c,d点は極端に表現すれば図1(b)に示されるような配置になる。
As shown in FIG. 1A, the weighing platform 5 has a quadrilateral shape, and the four corners a, b, c, and d are supported by
Actually, it is difficult to accurately place the
図2に示されるように、各ロードセル1A,1B,1C,1Dは圧縮型ロードセルであって、支持部2と、この支持部2上に設けられる起歪部3と、この起歪部3の上部に設けられる力の受衝部4とよりなり、受衝部4が力Fを受けたときに起歪部3が圧縮されるように構成されている。起歪部3には、ストレインゲージ11,13が起歪部3の軸方向に平行に貼り付けられるとともに、ストレインゲージ12,14が起歪部3の軸方向に直角に貼り付けられている。ストレインゲージ11,13は縮むと抵抗値が減じることにより圧縮力を検出し、ストレインゲージ12,14は伸びると抵抗値が増すことにより引張力を検出する。
As shown in FIG. 2, each of the
図3に示されるように、ストレインゲージ11,12,13,14は、フルブリッジ回路15を構成するように互いに接続されている。ここで、フルブリッジ回路15において、対向する辺を構成しているストレインゲージ12,14がどちらも引張力なら引張力を、対向する辺を構成しているストレインゲージ11,13がどちらも圧縮力なら圧縮力というように同じ型の力を受けるように結線されている。
As shown in FIG. 3, the strain gauges 11, 12, 13, and 14 are connected to each other so as to constitute a
フルブリッジ回路15において、対向する2つの接続点16,17には、励磁用の直流電圧が印加され、これら接続点16,17と直角に位置する接続点18,19からは力又は荷重の検出電圧が取り出される。
In the
上述のフルブリッジ回路15に対して故障診断装置20が設けられる。この故障診断装置20は、2つの電圧参照用の固定抵抗器21,22と、アナログ加算回路23と、2つのアナログ−デジタル変換器(以下、「A/D変換器」と称する。)24,25と、演算回路26とを備えている。ここで、固定抵抗器21,22は、互いに直列接続されるとともに、フルブリッジ回路15の接続点16,17に接続されている。また、固定抵抗器21,22とストレインゲージ12,13とにより、ハーフブリッジ回路15aが形成され、固定抵抗器21,22とストレインゲージ11,14とにより、ハーフブリッジ回路15bが形成されている。
A
アナログ加算回路23は、第1演算増幅器31と、第2演算増幅器32と、第3演算増幅器33と、第4演算増幅器34とを備えて構成されている。
第1演算増幅器31において、入力正端子31aはフルブリッジ回路15の接続点18に接続され、入力負端子31bは出力端子31cに接続され、出力端子31cは抵抗器40に接続されている。
第2演算増幅器32において、入力正端子32aは2つの固定抵抗器21,22の接続点41に接続され、入力負端子32bは出力端子32cに接続され、出力端子32cは抵抗器42,43に接続されている。
第3演算増幅器33において、入力正端子33aは回路のアース44に接続され、入力負端子33bは、抵抗器40,42に接続されるとともに、抵抗器45を介して出力端子33cに接続され、出力端子33cはA/D変換器24に接続されている。
第4演算増幅器34において、入力正端子34aはフルブリッジ回路15の接続点19に接続され、入力負端子34bは、抵抗器43に接続されるとともに、抵抗器46を介して出力端子34cに接続され、出力端子34cはA/D変換器25に接続されている。
The
In the first
In the second
In the third
In the fourth
A/D変換器24,25は、アナログ加算回路23からのアナログ荷重信号をデジタル荷重信号に変換するものである。2組のハーフブリッジ回路15a,15bから出力されるアナログ荷重信号eoa,eobは、アナログ加算回路23を経てアナログ荷重信号eoa´,eob´とされ、これらアナログ荷重信号eoa´,eob´は、A/D変換器24,25によってデジタル荷重信号に変換される。これらデジタル荷重信号は、演算回路26に入力されてデジタル荷重信号とされる。
The A /
図3に示されたA/D変換器24,25からの出力信号Wa1,Wa2は、比較的短い時間間隔(例えば5msec)でもってアナログ荷重信号eoa´,eob´をA/Dサンプリングしたデジタル信号で、演算回路26にて計量装置の固有振動信号などが平滑フィルタリング処理され、例えば数100msecの時間間隔毎に下記出力式(1)に与えられる。なお、各ロードセル1A,1B,1C,1Dのハーフブリッジ出力に対応する出力信号Wa1,Wa2を、それぞれWa11,Wa21;Wa12,Wa22;Wa13,Wa23;Wa14,Wa24と表記する。
The output signals Wa1 and Wa2 from the A /
図4に示されるように、各ロードセル1A,1B,1C,1D(LC1,LC2,LC3,LC4)は、起歪部3を含む起歪体と図3に示されるA/D変換回路用の部品を、起歪体を囲むケースに内蔵したデジタルロードセルの構成をなしており、本実施形態の計量装置の演算回路26に接続されている。なお、A/D変換回路を計量装置側に設けることもできるが、起歪体と一体化したデジタルロードセルの構成とするのがより好適である。
As shown in FIG. 4, each
演算回路26は、入出力回路(I/O)51と、中央演算処理装置(CPU)52と、メモリブロック(MEM)53とを備えて構成されている。こうして、A/D変換器24,25の出力信号は、入出力回路51から中央演算処理装置52を介してメモリブロック53に読み込まれる。ここで、メモリブロック53は、データを入力、出力、演算のために一次記憶するRAMや設定データを継続記憶するEEPROMや所定プログラムを継続記憶するPROMなどの記憶素子(半導体素子)から成るものである。また、演算回路26には、表示装置(DIS)54やキースイッチ(KEY)55などが付設されており、重量値等は表示装置54に表示され、データの設定や零点調整などの操作はキースイッチ55によって実施される。
The
(1)スパンの異常なロードセルの判定・特定
(1.1)ロードセルのハーフブリッジ出力信号の調整と処理
各ロードセル1A,1B,1C,1Dにおける2組のハーフブリッジ(以下、それぞれ「ハーフブリッジ1」「ハーフブリッジ2」という。図3参照)の出力をそれぞれW11,W21;W12,W22;W13,W23;W14,W24とする。これらの出力信号の処理には、それぞれ独立してスパン係数、零点重量記憶メモリ、初期重量記憶メモリが設けられる。
(1) Determination / specification of load cell with abnormal span (1.1) Adjustment and processing of load cell half-bridge output signal Two sets of half-bridges (hereinafter referred to as “half-
最初に、ロードセル単体の調整が行われる。この調整においては、図4に示されるのと同様の重量測定装置がデジタルロードセルに接続される。ここで、このロードセル調整用の重量測定装置には初期荷重記憶スイッチ、スパン係数設定スイッチが設けられる。例えばロードセル1A(LC1)のハーフブリッジ1の調整に際しては、最初、スパン係数K11=1にセットし、ロードセル無負荷の状態にして初期荷重記憶スイッチを押し、ハーフブリッジ1から得られるデジタル荷重信号Wa11を初期荷重Wi11として初期荷重記憶メモリに入れる。
First, the load cell alone is adjusted. In this adjustment, a weight measuring device similar to that shown in FIG. 4 is connected to the digital load cell. Here, the load measuring device for weight adjustment is provided with an initial load storage switch and a span coefficient setting switch. For example, when adjusting the
ハーフブリッジ1の出力は、演算回路26において、次の処理式で演算される。
W11=K11・(Wa11−Wi11)
この時点で、K11=1であり、Wa11=Wi11になるから、調整用重量測定装置にはW11=0と表示される。ハーフブリッジ2についても同様に調整される。なお、W11は実際に計量器における被計量物の重量測定値としての表示値の分解能に比べ、例えば4倍の分解能を有するように設定される。
The output of the
W11 = K11 · (Wa11−Wi11)
At this time, since K11 = 1 and Wa11 = Wi11, W11 = 0 is displayed on the adjustment weight measuring device. The
次に、ロードセルに定格荷重を負荷し、定格荷重を高い分解能にて変換した値WMを設定する。スパン係数調整スイッチを押すと、重量表示がWMの値を表示するようにスパン係数K11が決定される。ハーフブリッジ2のスパン係数K21についても同様に決定され、これらスパン係数K11,K21は不揮発メモリに記憶され、ロードセル単体の調整が完了する。こうして、ロードセル単体での各ハーフブリッジのスパン係数が、同じ負荷に対して同じ出力変化となるように調整される。
Next, a rated load is applied to the load cell, and a value WM obtained by converting the rated load with high resolution is set. When the span coefficient adjustment switch is pressed, the span coefficient K11 is determined so that the weight display indicates the value of WM. The span coefficient K21 of the
次に、計量装置の計量台5に上述のように調整されたロードセルを組み込み、その出力を計量装置用の重量測定装置に接続する。この状態で重量測定装置の初期荷重記憶スイッチを押すと、例えばロードセル1Aのハーフブリッジ1にはA/D変換され平滑処理された荷重信号Wa11が初期荷重記憶用メモリに入り、単体調整時に記憶された初期荷重値が変更される。
Next, the load cell adjusted as described above is incorporated in the weighing platform 5 of the weighing device, and the output is connected to the weight measuring device for the weighing device. When the initial load storage switch of the weight measuring device is pressed in this state, for example, the load signal Wa11 which has been A / D converted and smoothed into the
計量装置として使用中は零点変動分の調整(計量台5上に被計量物がない時に出力を0にする調整)が必要になるので、零点重量記憶メモリWz11が設けられ、ハーフブリッジ1の出力が下記処理式(1)にて設定される。ハーフブリッジ2についても、また他のロードセル1B,1C,1Dについても同様の処理式が設定される。
・ロードセル1Aについて
W11=K11・(Wa11−Wi11)−Wz11
W21=K21・(Wa21−Wi21)−Wz21
W1=(W11+W21)/2
・ロードセル1Bについて
W12=K12・(Wa12−Wi12)−Wz12
W22=K22・(Wa22−Wi22)−Wz22
W2=(W12+W22)/2
・ロードセル1Cについて
W13=K13・(Wa13−Wi13)−Wz13
W23=K23・(Wa23−Wi23)−Wz23
W3=(W13+W23)/2
・ロードセル1Dについて
W14=K14・(Wa14−Wi14)−Wz14
W24=K24・(Wa24−Wi24)−Wz24
W4=(W14+W24)/2 ・・・(1)
なお、図3に示される測定回路では、ハーフブリッジ出力のみ設けられているので、通常の計量に際して、被計量物の重量測定値を得るために使用されるフルブリッジ出力は、ハーフブリッジ1,2の出力を加算して表わされる。
被計量物の重量値WTは、4個のロードセル1A〜1Dの出力でもって、次式で表される。
WT=W1+W2+W3+W4 ・・・(2)
During use as a weighing device, it is necessary to adjust the zero point fluctuation (adjusting the output to 0 when there is no object to be weighed on the weighing table 5), so the zero point weight storage memory Wz11 is provided and the output of the
-About
W21 = K21 · (Wa21−Wi21) −Wz21
W1 = (W11 + W21) / 2
-About
W22 = K22 · (Wa22−Wi22) −Wz22
W2 = (W12 + W22) / 2
-About the
W23 = K23 · (Wa23−Wi23) −Wz23
W3 = (W13 + W23) / 2
-About
W24 = K24 · (Wa24−Wi24) −Wz24
W4 = (W14 + W24) / 2 (1)
In the measurement circuit shown in FIG. 3, only a half-bridge output is provided. Therefore, during normal weighing, the full-bridge output used to obtain the weight measurement value of the object to be weighed is the half-
The weight value WT of the object to be weighed is expressed by the following equation with the outputs of the four
WT = W1 + W2 + W3 + W4 (2)
計量装置使用中の手動零点調整操作として、使用中に重量測定装置において零点調整スイッチを操作すれば、4個のロードセルのハーフブリッジ1,2の出力が共通に同時に零点調整されるようにすれば好適である。ここで、零点調整とは、例えばW11について、零点調整時点のW11の値をWz11へ加算し、W11=0とする処理である。
As a manual zero point adjustment operation during use of the weighing device, if the zero point adjustment switch is operated in the weight measuring device during use, the outputs of the
また、自動零点補正機能として、各ロードセルのハーフブリッジ出力の零点重量付近での安定状態を個別に判別し、出力が安定状態であって、重量表示値のカウントレベルでは0表示であるが、内部カウントのレベルでは零から外れているときには、自動的に零点補正機能を各ロードセルのハーフブリッジ毎に個別に実施する。この場合、各ハーフブリッジ出力信号を、被計量物の重量値としての最小単位の表示重量値の1カウントに対して少なくとも4倍以上大きいカウント数で表せるように高い分解能でもって処理する。 Moreover, as an automatic zero correction function, the stable state of each load cell in the vicinity of the zero point weight of the half bridge output is individually determined, the output is stable, and the weight display value count level is 0 display. When the count level deviates from zero, the zero correction function is automatically executed for each half bridge of each load cell. In this case, each half-bridge output signal is processed with a high resolution so that it can be expressed with a count number that is at least four times larger than one count of the minimum display weight value as the weight value of the object to be weighed.
このようにハーフブリッジ毎に信号処理することによって、通常の計量作業の時点の各ロードセルのハーフブリッジ出力毎の零点変動分が除去され、負荷荷重の大きさに精確に対応するものが得られるので、スパン異常の検出に対応させることが可能になる。 By performing signal processing for each half bridge in this way, the zero point fluctuation for each half bridge output of each load cell at the time of normal weighing work is removed, and what accurately corresponds to the magnitude of the load load can be obtained. Therefore, it is possible to cope with the detection of a span abnormality.
以上のように、本実施形態では、ロードセルへの負荷荷重に対してハーフブリッジ1,2がそれぞれ同じ大きさの出力信号となるような演算処理が、中央演算処理装置52の中のハーフブリッジ荷重信号演算部(本発明における「ハーフブリッジ荷重信号演算手段」に対応する。)において実行される。また、2個のハーフブリッジ1,2からの出力信号を比較することによってロードセルの中でスパンの異常なロードセルを検出する演算処理が、中央演算処理装置52の中のスパン異常検出部(本発明における「スパン異常検出手段」に対応する。)において実行される。
As described above, in the present embodiment, the calculation processing in which the half bridges 1 and 2 have the same output signal with respect to the load applied to the load cell is performed by the half bridge load in the
(1.2)確実なスパン異常の判定処理
計量装置の重量表示は、計量台5上の被計量物の重量値であるWTの値が表示レベルの分解能に換算されて表示される。この表示値を見ながら作業者は計量作業を行う。したがって、例えばロードセル1Aのハーフブリッジ1,2の零点が正負方向にそれぞれ同じ大きな値で変動している場合、ロードセル1Aとしての出力は0になる。他のロードセル1B〜1Dの出力も0であれば、加算値WTとしての零点は0になるから表示値は0になり、零点調整スイッチは押されない。
(1.2) Reliable span abnormality determination process The weight display of the weighing device is displayed by converting the value of WT, which is the weight value of the object to be weighed on the weighing platform 5, into the display level resolution. The operator performs the weighing work while looking at the displayed value. Therefore, for example, when the zero points of the
本実施形態のロードセルのスパンの異常検出は、同一ロードセル内の2つのハーフブリッジの出力を比較することで異常判定を行っているので、もし相互の零点が異なっていれば、荷重負荷による信号変化分が同じでも差が残りスパンの異常と判定してしまう。例えば計量台5に異物が付着しているような場合には、両ハーフブリッジ出力の零点は同じ量だけ変動するため比較結果には影響を及ぼさないが、周囲温度が変化しつつあるような場合には、2つのハーフブリッジが異なる温度影響を受けて両ハーフブリッジ出力の零点に差が生じる。 In this embodiment, the load cell span abnormality detection is performed by comparing the outputs of two half bridges in the same load cell. Even if the minutes are the same, the difference remains and it is determined that the span is abnormal. For example, when foreign matter is attached to the weighing platform 5, the zero point of both half bridge outputs fluctuates by the same amount, so the comparison result is not affected, but the ambient temperature is changing. The two half bridges are affected by different temperatures and a difference occurs between the zero points of both half bridge outputs.
この点に鑑み、精確にスパン異常を検出するには、ハーフブリッジ出力の零点が個別に調整されていることを認識できる手段又は個別に零点変動を認識できる手段(中央演算処理装置52中に設けられる零点変動識別手段)を設けることが必要である。このため本実施形態では、いずれか1個でもハーフブリッジ出力が零でない場合、あるいは、全てのロードセルの全てのハーフブリッジ出力が零の場合に、その旨をランプ表示あるいは文字表示するハーフブリッジ零点表示手段を表示装置54に設けるように構成している。こうすることで、いずれか1個でもハーフブリッジ出力の零点が移動している場合に、作業者はそのことを上記ハーフブリッジ零点表示手段により容易に認識することができ、零点調整スイッチを押すことで、全てのハーフブリッジ出力の零点調整を同時に実施することができる。ここで、零点調整スイッチは、通常の重量表示用の零点調整スイッチと兼用とするのが好ましい。
In view of this point, in order to accurately detect a span abnormality, a means capable of recognizing that the zero point of the half bridge output is individually adjusted or a means capable of individually recognizing the zero point fluctuation (provided in the central processing unit 52). It is necessary to provide zero point fluctuation identification means). Therefore, in this embodiment, when any one of the half bridge outputs is not zero, or when all the half bridge outputs of all the load cells are zero, the half bridge zero point display that displays the lamp or characters to that effect The means is provided in the
上記ハーフブリッジ零点表示手段のサイン表示に関しては、ハーフブリッジ出力が零点付近の領域にあることを判別する境界重量値として下限値Wzl、上限値Wzuを定め、全ロードセルの中でいずれか1個のハーフブリッジ出力が零点近傍領域内にない場合、あるいは全てのハーフブリッジ出力が定められた零点近傍領域内にある場合にその旨のサイン(零点変動サイン)を表示させ、作業者に零点調整スイッチを押す必要性の有無を認識させ、場合によっては零点調整スイッチを押すのを促すことのできる構成とされる。この場合、上限値Wzu、下限値Wzlとしては、上記WTから換算された被計量物の重量値表示の最小表示量(最小目盛り値)の値が表示される手前の大きさの値が設定されるのが好ましい。 Regarding the sign display of the half bridge zero point display means, a lower limit value Wzl and an upper limit value Wzu are determined as boundary weight values for determining that the half bridge output is in the region near the zero point, and any one of all the load cells is set. When the half-bridge output is not in the zero-point vicinity area, or when all the half-bridge outputs are in the specified zero-point vicinity area, a sign indicating that is displayed (zero fluctuation sign), and the operator adjusts the zero adjustment switch. It is configured to be able to recognize whether or not there is a need to press, and in some cases to prompt the user to press the zero adjustment switch. In this case, the upper limit value Wzu and the lower limit value Wzl are set to values in front of which the value of the minimum display amount (minimum scale value) of the weight value display of the object to be measured converted from the WT is displayed. It is preferable.
次に、作業者の零点調整操作に頼れない計量装置の場合、あるいは作業者がハーフブリッジ出力に対する零点調整操作を忘れる場合の対策について述べる。この対策としては、各ロードセルのハーフブリッジ出力信号に対して次のように負荷荷重による変動量のみを算出する荷重変動量検出手段を設けることにより、自動的に精確にスパン異常を検出できるようにする。 Next, a description will be given of countermeasures in the case of a weighing device that cannot rely on the operator's zero adjustment operation or when the operator forgets the zero adjustment operation for the half-bridge output. As a countermeasure, by providing load fluctuation amount detection means that calculates only the fluctuation amount due to load load for the half-bridge output signal of each load cell as follows, the span abnormality can be automatically and accurately detected. To do.
例えばロードセル1Aのハーフブリッジ1の出力W11について、このW11は、A/D変換器24から読み込まれる荷重信号を平滑処理した後、例えばTa=数100msecの時間間隔で生成されるものとし、この生成順に常に最新のM個のW11が用意されたM個のシフトレジスタに記憶されるようにし、記憶されたM個のW11における最大値−最小値が予め設定された安定限界の許容値以内であれば安定状態にあると判定する。こうして、全てのロードセルのハーフブリッジ出力に対して、時間間隔Ta毎に安定判別が逐次行われるとともに、シフトレジスタの平均値を算出して現在の重量測定用のW11、すなわちロードセルの安定重量値とする。この演算処理は、中央演算処理装置52の中の安定重量値生成部(本発明における「安定重量値生成手段」に対応する。)において実行される。
For example, for the output W11 of the
計量台5に被計量物を載置したとすると、あるタイミングで読み取ったW11の値によってシフトレジスタデータが許容値を外れ安定条件が成立しなくなることがある。しかし、安定条件を外れる1つ手前のタイミングでシフトレジスタに入った最新の値は、大抵は許容範囲の限界値である場合が想定されるので、安定重量値としてW11の値を算出するには、最も新しく入った値を除外し、M−1個でもって平均値を求めるのが適切である。 If an object to be weighed is placed on the weighing platform 5, the shift register data may deviate from the allowable value due to the value of W11 read at a certain timing, and the stable condition may not be satisfied. However, since the latest value that entered the shift register at the timing just before the stability condition is usually the limit value of the allowable range, it is necessary to calculate the value of W11 as the stable weight value. It is appropriate to exclude the most recently entered value and obtain the average value with M-1.
自動的に精確にスパン異常を検出するには、全てのロードセルのハーフブリッジ出力に対して次のように負荷荷重による変動量のみを算出する荷重変化量算出手段を設ける。 In order to detect a span abnormality automatically and accurately, a load change amount calculating means for calculating only a variation amount due to a load load is provided for the half bridge outputs of all load cells as follows.
不安定になる直前の安定重量値(最新の安定重量値)を記憶するための安定重量値記憶レジスタを1個用意し、時間間隔Ta毎に連続的に安定重量値が生成されれば、安定重量値が生成されるたびに最新の安定重量値W11を前回安定重量値W1uとして安定重量値記憶レジスタの内容を更新する。こうして、全てのロードセル1A〜1Dのハーフブリッジ出力に対して、常に最新の安定重量値を安定重量値記憶レジスタに記憶させて最新の値に更新するようにし、それぞれの値を、W11u,W21u;W12u,W22u;W13u,W23u;W14u,W24uとする。そして、各ロードセルのハーフブリッジ出力W11〜W24の安定重量値が揃って生成されたとき、全てのロードセルの安定重量値と現在記憶している安定重量値とより次の荷重変化量W11p〜W24pを算出する。
W11p=|W11−W11u|
W21p=|W21−W21u|
W12p=|W12−W12u|
・・・・・・・・・・・・・・
W14p=|W14−W14u|
W24p=|W24−W24u| ・・・(3)
If one stable weight value storage register for storing the stable weight value immediately before becoming unstable (latest stable weight value) is prepared and stable weight values are continuously generated at every time interval Ta, the stable Each time the weight value is generated, the contents of the stable weight value storage register are updated with the latest stable weight value W11 as the previous stable weight value W1u. In this way, the latest stable weight value is always stored in the stable weight value storage register and updated to the latest value for the half bridge outputs of all the
W11p = | W11−W11u |
W21p = | W21−W21u |
W12p = | W12−W12u |
...
W14p = | W14-W14u |
W24p = | W24−W24u | (3)
予め安定重量値の変化幅Whを定め、全ての荷重変化量が変化幅Whを超える大きさであるとき、すなわち次式が同時に成立するときには、各ロードセルにスパン異常を判定するに十分大きい荷重変化量W11p〜W24pであるとして、各ロードセルのハーフブリッジ1,2間でのスパン異常を判定する。ここで、Whの値としては、計量装置の定格荷重Wsに対して各ロードセルには標準的に最大Ws/4の荷重が負荷されるので、その値の1/4として、Wh=Ws/16等の値が設定される。
W11p〜W24p>Wh ・・・(4)
The change width Wh of the stable weight value is set in advance, and when all the load change amounts exceed the change width Wh, that is, when the following formula is satisfied at the same time, the load change large enough to determine the span abnormality in each load cell The span abnormality between the
W11p-W24p> Wh (4)
例えばロードセル1Aについて、ハーフブリッジ1とハーフブリッジ2の荷重変化量の差によって、スパン変化率R1を次式で表す。
R1=|W11p−W21p|/{(W11p+W21p)/2}・・・(5)
式(5)の中には各ハーフブリッジ出力の零点変動分は含まれず、精確にいずれかの側のハーフブリッジのスパンの、もう一方の側のハーフブリッジのスパンに対する変化率として表わすことができる。なお、他のロードセルの変化率R2〜R4についても同様にして求めることができる。この演算処理は、中央演算処理装置52の中のスパン変化率算出部(本発明における「スパン変化率算出手段」に対応する。)において実行される。
For example, for the
R1 = | W11p−W21p | / {(W11p + W21p) / 2} (5)
Equation (5) does not include the zero-point fluctuation of each half bridge output, and can be accurately expressed as the rate of change of the half bridge span on either side with respect to the half bridge span on the other side. . The change rates R2 to R4 of other load cells can be obtained in the same manner. This calculation processing is executed in a span change rate calculation unit (corresponding to “span change rate calculation means” in the present invention) in the
こうして、各ロードセルLCn(n=1〜4)の中で、スパン変化率Rnが設定された許容値Rhに対して、不等式
Rn>Rh ・・・(6)
が成立するものが存在すれば、ロードセルLCnのスパンが異常であると判定される。すなわち、計量台5の4隅を支持するロードセル1A〜1Dの中でいずれのロードセルのスパンが異常であるかを、通常の計量作業の中で自動的にかつ精確に特定することができる。
Thus, in each load cell LCn (n = 1 to 4), the inequality Rn> Rh (6) with respect to the allowable value Rh in which the span change rate Rn is set.
If there is one that satisfies the condition, it is determined that the span of the load cell LCn is abnormal. That is, it is possible to automatically and accurately identify which load cell span is abnormal among the
この判定法では、零点変動分を除去しているので、荷重変化量の差はスパンの変動によるものであるが、同一のロードセルの中のハーフブリッジ出力の比較であるから、被計量物の計量台上での位置によってロードセル相互で出力が変動しても影響を受けない。したがって、微小な差を検出できるので、精確にスパンの異常を判定することができる。また、通常の計量作業の中で、ある程度以上の重量の被計量物を、極端にロードセルの負荷荷重分布が偏らないように計量台5上に載置すれば、つまり式(5)が成立すれば、通常の計量作業の中でスパン異常の判定機構を働かせることができる。 In this judgment method, the zero point fluctuation is removed, so the difference in load change is due to the fluctuation of the span, but because it is a comparison of the half bridge output in the same load cell, Even if the output fluctuates between load cells depending on the position on the table, it is not affected. Therefore, since a minute difference can be detected, a span abnormality can be accurately determined. Further, during normal weighing work, if an object to be weighed to a certain extent is placed on the weighing table 5 so that the load distribution of the load cell is not extremely biased, that is, Equation (5) is established. For example, the span abnormality determination mechanism can be operated during normal measurement work.
ロードセルは異常の程度が大きくなると、その後の異常の程度の進行も大きく、速くなる。そうするとロードセルは出力補償では間に合わず速やかな交換を必要とするが、交換するロードセルが手元にない場合は、他の3個のロードセル出力で異常なロードセル出力を代替させざるを得なくなる。しかし、これでは計量台上の被計量物の位置によって重量値が異なり、計量精度が低下する。本発明では、早期に異常な程度が小さい間に検出できるので、異常なロードセルの出力補償によって対応することができる。 As the degree of abnormality of the load cell increases, the subsequent progress of the degree of abnormality increases and becomes faster. As a result, the load cell is not in time for output compensation and needs to be replaced quickly. However, if the load cell to be replaced is not at hand, the other three load cell outputs must replace the abnormal load cell output. However, in this case, the weight value varies depending on the position of the object to be weighed on the weighing table, and the weighing accuracy is lowered. In the present invention, since an abnormal degree can be detected at an early stage while being small, it can be dealt with by output compensation of an abnormal load cell.
ここで、重量測定装置が正常計量への復帰機能付きでない場合には、異常が判定されると重量測定装置によってスパンが異常である旨のサインと故障ロードセルの番号など、ロードセルと異常内容とがそれぞれ識別コードによって表示装置54に表示され、かつスパン変化率(式(5)参照)についても、スパンの異常なロードセルの識別コードとともに表示される。また、警報信号をランプ表示、文字表示、音声などの手段で出力される。一方、正常計量への復帰機能付きの場合には、次に示すように、いずれのハーフブリッジが異常であるかについての特定処理が実施された後に上述の警報表示などが行われる。
Here, if the weight measuring device is not equipped with a function for returning to normal weighing, when the abnormality is determined, the load cell and the content of the abnormality such as a sign that the span is abnormal and the number of the failed load cell are displayed by the weight measuring device. Each is displayed on the
(2)計量装置の正常な計量動作への復帰方法の概要
(2.1)復帰方法
故障ロードセルを特定した後に計量装置を正常な状態に復帰させる方法としては、次の2つの方法がある。
1)スパン異常のロードセルの出力を使用せず、残りの3個のロードセルの出力によって重量測定値を求める方法
この方法は、四辺形の計量台5の四隅を支持するロードセル1A〜1Dの荷重負荷割合から導かれる特定の1個のロードセルの出力と残りの3個のロードセルの出力との関係をもって、スパン異常と判定された特定の1個のロードセルの出力を残りの3個のロードセルの出力によって代替させる方法である。
特開2006−162252号公報(特許文献1)には、被計量物の位置を計量台上で移動させることにより故障ロードセルを特定させる方法を実施した上で、その方法により計量装置を正常な状態に復帰させるようにしたものが開示されている。これに対して、本実施形態では、ハーフブリッジによるスパン比較によって、またロードセル出力から零点変動分を確実に除去することによって、スパン異常のロードセルを特定しているので、上記特許文献1のものに比べより精確かつ容易にロードセルの特定を行うことができる。
(2) Overview of Returning Method to Normal Weighing Operation of Weighing Device (2.1) Returning Method There are the following two methods for returning the weighing device to the normal state after specifying the fault load cell.
1) A method for obtaining a weight measurement value by using the outputs of the remaining three load cells without using the output of the load cell having an abnormal span. This method is used to load the
In Japanese Patent Laid-Open No. 2006-162252 (Patent Document 1), a method of specifying a faulty load cell by moving the position of an object to be weighed on a weighing table is performed, and then the weighing device is in a normal state by the method. What was made to return to is disclosed. On the other hand, in the present embodiment, the load cell having the span abnormality is specified by the span comparison by the half bridge and by surely removing the zero point variation from the load cell output. The load cell can be specified more accurately and easily.
2)スパンが異常であるロードセルの出力も補償して使用する方法
この方法は、スパンが正常なハーフブリッジを特定し、故障したロードセルについて正常なハーフブリッジ出力をもってそのロードセルのフルブリッジ出力に代替させ、重量測定値を求める方法である。また、異常なハーフブリッジ出力スパンを正常なハーフブリッジ出力スパンで補正し、この補正したハーフブリッジ出力によるフルブリッジ出力によって重量測定値を求めるようにすることもできる。
2) Method to compensate and use the output of a load cell with an abnormal span This method identifies a half bridge with a normal span and substitutes the full bridge output of the load cell with a normal half bridge output for a failed load cell. This is a method for obtaining a weight measurement value. It is also possible to correct an abnormal half-bridge output span with a normal half-bridge output span and obtain a weight measurement value by a full-bridge output using the corrected half-bridge output.
本実施形態によれば、スパンの変化率をより精確に求めることができるので、スパンが異常に変化したロードセルの出力を元のスパンに補正することができ、当該ロードセルの出力を故障以前と同様に使用することができる。こうして、被計量物の計量台5上での重心位置が大きく偏ったり、被計量物の種類によって集中荷重が掛かり、計量台5の床板の湾曲により計量台5上の荷重の各ロードセルへの荷重分布が所定の比率通りでない状態が生じた場合に、スパンを補正したロードセル出力を重量測定値の算出に参加させ、4個のロードセルで測定することができるので、高い精度の測定値を得ることができる。 According to the present embodiment, since the rate of change of the span can be obtained more accurately, the output of the load cell in which the span has changed abnormally can be corrected to the original span, and the output of the load cell is the same as before the failure. Can be used for Thus, the position of the center of gravity of the object to be weighed on the weighing table 5 is greatly deviated, or a concentrated load is applied depending on the type of the object to be weighed. If the distribution does not meet the specified ratio, the load cell output with the corrected span can participate in the calculation of the weight measurement value, and it can be measured with four load cells, thus obtaining a highly accurate measurement value. Can do.
(2.2)異常判定からの復帰過程
異常判定から復帰させるには、1)上記復帰方法により自動的に計量装置を正常な状態に復帰させる方法、2)復帰用スイッチなどの手動復帰手段を設け、スパン異常の警報の出力を確認して、計量装置を正常な状態へ手動復帰させる方法がある。
(2.2) Recovery process from abnormality determination To recover from abnormality determination, 1) a method of automatically returning the weighing device to a normal state by the above-described recovery method, and 2) manual recovery means such as a return switch. There is a method to check the output of the span abnormality alarm and manually return the weighing device to the normal state.
(3)正常な計量動作への復帰策
重量測定装置が正常計量への復帰機能付きの場合には、正常状態への復帰に向けて次の処理を実施する。
ハーフブリッジの比較によってスパンが異常に変化した故障ロードセルが特定されると、次に当該故障のハーフブリッジ1,2のうちでいずれの側のハーフブリッジがスパン異常であるかを判定する。この判定を行うには、スパンが異常であると特定された1個のロードセル出力を残りの3個のロードセル出力によって精確に表わし、故障ロードセルの仮の正常出力とみなし、故障ロードセルのハーフブリッジ1,2と比較する。そして、この比較差の大きい方のハーフブリッジがスパン異常であると判定し、故障したハーフブリッジを特定する。この演算処理は、中央演算処理装置52の中のスパン異常ハーフブリッジ特定部(本発明における「スパン異常ハーフブリッジ特定手段」に対応する。)において実行される。
(3) Measures for returning to normal weighing operation If the weight measuring device has a function for returning to normal weighing, perform the following processing to return to the normal state.
When a fault load cell whose span has abnormally changed is identified by comparing the half bridges, it is next determined which side of the
(3.1)復帰判定に使用するロードセルの出力信号
ロードセルの異常判定時と同様、ハーフブリッジ出力として零点変動分を含まないように、上記で求めた各ロードセルのハーフブリッジ1,2についての荷重変化量W11p,W21p,W12p,W22p,W13p,W23p,W14p,W24pを使用し、フルブリッジ出力として次式を用いて表わす。
W1p=(W11p+W21p)/2
W2p=(W12p+W22p)/2
W3p=(W13p+W23p)/2
W4p=(W14p+W24p)/2 ・・・(7)
また、異常なスパンのロードセル出力を残りの3個の正常なロードセル出力によって表わす場合には、ロードセルの設置条件を考慮し、次のようにして表わし方を決定する。なお、スパンの異常が特定されたロードセルについてのスパンの正常時の出力信号を推定するための演算処理は、中央演算処理装置52の中の正常時出力信号推定部(本発明における「正常時出力信号推定手段」に対応する。)において実行される。
(3.1) Load cell output signal used for return determination Similar to the load cell abnormality determination, the load on the half bridges 1 and 2 of each load cell determined above so that the zero bridge fluctuation is not included in the half bridge output. The change amounts W11p, W21p, W12p, W22p, W13p, W23p, W14p, and W24p are used and expressed as the full bridge output using the following equation.
W1p = (W11p + W21p) / 2
W2p = (W12p + W22p) / 2
W3p = (W13p + W23p) / 2
W4p = (W14p + W24p) / 2 (7)
When the load cell output of an abnormal span is expressed by the remaining three normal load cell outputs, the display method is determined as follows in consideration of the load cell installation conditions. The calculation process for estimating the normal output signal of the span for the load cell in which the abnormality of the span is specified is the normal output signal estimation unit in the central processing unit 52 (“normal output” in the present invention). Corresponding to "signal estimation means").
(3.2)ロードセルが精確に四辺形の四隅に配置されている場合(図1(a)参照)
(3.2.1)スパン異常のハーフブリッジの特定
ロードセル1A,1B,1C,1Dの零点変動を含まないフルブリッジ出力をそれぞれW1,W2,W3,W4とする。これらW1〜W4には、上記W1p〜W4pを使用するのが好適である。
ロードセル1A〜1Dが四辺形の四隅に精確に配置されていれば、図1(a)から、例えばロードセル1Aについて、
W1=W2・(W4/W3) ・・・(8)
であるから、もし上記の方法によってロードセル1Aのいずれかのハーフブリッジのスパンが異常であると特定されたときには、W1の代わりに正常なロードセル出力のみによるW2・(W4/W3)を用い、被計量物の重量測定値WTを、次式にて算出する。
WT=W1+W2+W3+W4=W2・(W4/W3)+W2+W3+W4
・・・(9)
(3.2) When the load cell is accurately arranged at the four corners of the quadrilateral (see FIG. 1A)
(3.2.1) Identification of half bridge with span abnormality Full bridge outputs not including zero fluctuations of
If the
W1 = W2 · (W4 / W3) (8)
Therefore, if the span of any half bridge of the
WT = W1 + W2 + W3 + W4 = W2 / (W4 / W3) + W2 + W3 + W4
... (9)
同様に、ロードセル1B,1C,1Dのいずれかのハーフブリッジのスパンが異常であると判定されたときには、W2,W3,W4のうちのいずれかを下記式で置き換えてWTを求めるようにして、正常な計量作業ができる状態へ復帰させる。こうして異常なロードセルの出力は使用しない。
W2=W1・(W3/W4)
W3=W4・(W2/W1)
W4=W3・(W1/W2)
Similarly, when it is determined that the span of any one of the
W2 = W1 · (W3 / W4)
W3 = W4 · (W2 / W1)
W4 = W3 · (W1 / W2)
異常なロードセルとしてロードセル1Aが特定されたならば、式(7)を基本にハーフブリッジ1,2の出力W11,W21(いずれも零点変動分を含まない出力)とW2(W4/W3)とを比較し、差の絶対値が大きい方のハーフブリッジのスパンが異常であると判定する。すなわち、
|W11−W2(W4/W3)|>|W21−W2(W4/W3)|・・・(10)
が成立すれば、ハーフブリッジ1の出力がスパン異常であると判定し、反対に、
|W11−W2(W4/W3)|<|W21−W2(W4/W3)|・・・(11)
が成立すれば、ハーフブリッジ2の出力がスパン異常であると判定する。
If the
| W11-W2 (W4 / W3) |> | W21-W2 (W4 / W3) | ... (10)
Is established, it is determined that the output of the
| W11-W2 (W4 / W3) | <| W21-W2 (W4 / W3) | ... (11)
If is established, it is determined that the output of the
このように異常なロードセルが特定されたとき、引き続いてそのロードセルの中のいずれのハーフブリッジ出力が異常であるかまでを判定し、この時点で上述のサイン、警報出力などを行う。この警報又はサインによって、作業者は手動復帰の場合に正常復帰スイッチ(手動復帰手段)を押して次に述べるようにして正常復帰させる。また、自動復帰の場合には、自動復帰手段によって自動的に正常な計量へ復帰させる。ただし、正常な計量へ復帰させた場合には、「強制復帰中」のサインを表示装置(表示手段)54に表示する。この表示は、スパン異常が発生した状態を作業者に報知し、作業終了後に正式にスパンの異常状態を調査したり、交換すべきロードセルの手配を促すために行われる。 When an abnormal load cell is identified in this way, it is subsequently determined which half-bridge output in the load cell is abnormal, and at this time, the above-mentioned sign, alarm output, etc. are performed. By this alarm or sign, the operator presses a normal return switch (manual return means) in the case of manual return, and returns to normal as described below. In the case of automatic return, the automatic return means automatically returns to normal weighing. However, when returning to normal weighing, a sign of “forcibly returning” is displayed on the display device (display means) 54. This display is performed in order to notify the operator of the state in which the span abnormality has occurred and to formally investigate the span abnormality state after the end of the work or to prompt the arrangement of the load cell to be replaced.
(3.2.2)正常な計量への復帰
1)正常な方のハーフブリッジ出力のみを用いる方法
例えばロードセル1Aについて、重量測定値WTを求める式において、W1の代わりに正常なハーフブリッジ出力W21を用いて次式とする。
WT=W21+W2+W3+W4
(3.2.2) Return to normal weighing 1) Method using only the normal half-bridge output For example, for the
WT = W21 + W2 + W3 + W4
2)異常な方のハーフブリッジ出力のスパンを補正して使用する方法
ハーフブリッジのスパン変化率R1が求められているので、スパンが異常なハーフブリッジ1の出力W11にR1を適用し、
W11/R1 ・・・(12)
と変化したスパンを補正し、フルブリッジ出力を次式で算出して正常な計量動作へ復帰させる。
W1=(W11+W12)/2={(W11/R1)+W21}/2・・・(13)
なお、他のロードセルのハーフブリッジ出力についても同様に扱う。
2) Method of correcting and using the span of the abnormal half-bridge output Since the span change rate R1 of the half-bridge is calculated, R1 is applied to the output W11 of the half-
W11 / R1 (12)
The span changed is corrected, and the full bridge output is calculated by the following formula to return to the normal weighing operation.
W1 = (W11 + W12) / 2 = {(W11 / R1) + W21} / 2 (13)
The same applies to the half-bridge outputs of other load cells.
スパンを補正するに当たっては、異常が検出されるとすぐには補正せず、複数回の計量の間は上述のように異常なロードセル以外の残りの正常なロードセルの出力を用いた代替信号で測定し、その間に式(6)によって複数回のスパン変化率Rna(n:スパンの異常なロードセルLCn)を求めて平均値を算出し、平均スパン変化率でもって異常な方のハーフブリッジ出力のスパンを補正するようにするのがより好ましい。また、補正スイッチを用意して、異常発生時に平均回数や補正タイミングを作業者の意思によって決定するようにしても良い。 When correcting the span, it is not corrected as soon as an abnormality is detected, but is measured with a substitute signal using the output of the remaining normal load cell other than the abnormal load cell as described above during multiple weighings. In the meantime, the span change rate Rna (n: span abnormal load cell LCn) is obtained multiple times by the equation (6), the average value is calculated, and the span of the abnormal half-bridge output with the average span change rate is calculated. It is more preferable to correct the above. Further, a correction switch may be prepared so that the average number of times and the correction timing are determined by the operator's intention when an abnormality occurs.
なお、スパンが異常なハーフブリッジを有するロードセルの出力信号を、正常時出力信号推定部により推定された出力信号に置換するための演算処理は、中央演算処理装置52の中のロードセル出力信号置換部(本発明における「ロードセル出力信号置換手段」に対応する。)において実行され、スパンが異常なハーフブリッジの出力信号のスパンを、正常時出力信号推定部により推定された出力信号によって補正するための演算処理は、中央演算処理装置52の中のロードセルスパン補正部(本発明における「ロードセルスパン補正手段」に対応する。)において実行される。
The calculation process for replacing the output signal of the load cell having a half bridge with an abnormal span with the output signal estimated by the normal output signal estimation unit is the load cell output signal replacement unit in the
(3.3)ロードセルが精確に四辺形の四隅に配置されていない場合(図1(b)参照)
(3.3.1)被計量物の重心位置のx座標の変化に対応して変化する関係
ロードセルが精確に四辺形の四隅に配置されていれば、4個のロードセルの出力の関係式は式(8)で表されるが、ロードセルが精確に四辺形の四隅に配置されていなければ、全てのロードセルの出力信号が正常であってもW1/W2の値とW4/W3の値とは等しくない上に、計量台5上での被計量物の重心位置Gの変化に応じて徐々に変化する。トラックスケールのように被計量物(貨物自動車)が、図1に示されるように、計量台5上のほぼ中央のセンターライン(C.L)上付近で重量測定される場合であれば、W1/W2とW4/W3との関係を、次式
W1/W2=r・(W4/W3) ・・・(14)
と置いて、計量台5上に載置された被計量物の重心位置Gのx座標によってr(「スパン評価係数」と呼ぶ。)の値が変化すると考えることができる。そこで、rをxの関数である、
r=f(x) ・・・(15)
で表し、次式の関係に置く。
r=f(x)=(W1/W2)/(W4/W3) ・・・(16)
そして、W1〜W4をそれぞれ残りのロードセルの出力式で表すと、次式のようになる。
W1=r・W2・(W4/W3)
W2=(1/r)・W1・(W3/W4)
W3=(1/r)・W4・(W2/W1)
W4=r・W3・(W1/W2) ・・・(17)
(3.3) When the load cell is not accurately arranged at the four corners of the quadrilateral (see FIG. 1B)
(3.3.1) Relationship that changes in response to changes in the x-coordinate of the position of the center of gravity of the object to be weighed If the load cells are accurately placed at the four corners of the quadrilateral, the relationship between the outputs of the four load cells is As expressed by equation (8), if the load cells are not accurately arranged at the four corners of the quadrilateral, the values of W1 / W2 and W4 / W3 are the same even if the output signals of all the load cells are normal. In addition to being not equal, it gradually changes according to the change in the center of gravity G of the object to be weighed on the weighing platform 5. If the object to be weighed (lorry vehicle) is to be weighed near the center line (CL) at the center of the weighing platform 5 as shown in FIG. / W2 and W4 / W3 are expressed as follows: W1 / W2 = r · (W4 / W3) (14)
Thus, it can be considered that the value of r (referred to as “span evaluation coefficient”) changes depending on the x coordinate of the gravity center position G of the object to be weighed placed on the weighing table 5. So r is a function of x,
r = f (x) (15)
It is expressed by the following formula.
r = f (x) = (W1 / W2) / (W4 / W3) (16)
Then, when W1 to W4 are respectively expressed by output expressions of the remaining load cells, the following expressions are obtained.
W1 = r · W2 · (W4 / W3)
W2 = (1 / r) .W1. (W3 / W4)
W3 = (1 / r) · W4 · (W2 / W1)
W4 = r · W3 · (W1 / W2) (17)
<調整モード>
調整モードにて、全てのロードセルのスパンが正常な場合のr(スパン評価係数)とxとを関係づける関数r=f(x)を求める。
<Adjustment mode>
In the adjustment mode, a function r = f (x) relating r (span evaluation coefficient) and x when all the load cells have normal spans is obtained.
ロードセルの出力信号から求める被計量物のx,y座標の位置は図1から次式のようになる。
x=[{W2/(W1+W2)}+{W3/(W3+W4)}]・A/2
y=[{W3/(W2+W3)}+{W4/(W1+W4)}]・B/2
・・・(18)
The position of the x, y coordinates of the object to be weighed obtained from the output signal of the load cell is as shown in the following equation from FIG.
x = [{W2 / (W1 + W2)} + {W3 / (W3 + W4)}] · A / 2
y = [{W3 / (W2 + W3)} + {W4 / (W1 + W4)}] · B / 2
... (18)
計量台5上に先に何らかの被計量物があって、新たに被計量物を追加的に載置する場合には、上述のように荷重変化量W1p〜W4pを算出してW1〜W4に置き換え計算するので、追加した被計量物の重心位置を求めることになる。
これら被計量物の位置x,y及び各ロードセルの荷重変化量は重量測定装置の表示器に表示させる。
When there is some object to be weighed on the weighing platform 5 and a new object to be weighed is additionally placed, the load change amounts W1p to W4p are calculated and replaced with W1 to W4 as described above. Since the calculation is performed, the position of the center of gravity of the added object to be weighed is obtained.
The positions x and y of the objects to be weighed and the load change amount of each load cell are displayed on the display of the weight measuring device.
重量測定装置の調整モードにて、分銅又はトラックスケールの場合には貨物自動車などのテストサンプルとなる被計量物を、計量台5の中央付近をx<(1/2)・Aからx>(1/2)・Aの間で、x座標の表示を確認しながらx=(1/2)・Aを中心に少しの距離ずつ移動させる。 In the adjustment mode of the weight measuring device, in the case of a weight or a truck scale, an object to be used as a test sample such as a freight car is placed near the center of the weighing platform 5 by x <(1/2) · A to x> ( While the display of the x-coordinate is confirmed, the distance is moved little by little around x = (1/2) · A.
ここで、テストサンプルの荷重としては、任意のものを用いることができるが、計量装置の定格荷重以下の荷重で大きい値のものを用いるのが好ましい。また、x座標の表示値としては、x=A/4〜(3/4)・Aの間で変化するように移動させるのが好ましい。また、テストサンプルはできるだけ図1(a)のy=B/2で表されるセンターラインに沿って移動させながら測定するのが好ましい。つまり、y座標はできるだけy=B/2と表示されるように移動させるのが好ましい。 Here, an arbitrary load can be used as the load of the test sample, but it is preferable to use a load having a large value below the rated load of the weighing device. The display value of the x coordinate is preferably moved so as to change between x = A / 4 to (3/4) · A. Further, it is preferable to measure the test sample while moving it as much as possible along the center line represented by y = B / 2 in FIG. That is, it is preferable to move the y-coordinate so that y = B / 2 is displayed as much as possible.
x=(1/2)・Aを中心に左右に何箇所かにテストサンプルを移動させ、x座標値を適切な間隔に変更し、テストサンプルの位置を変更する度に安定重量値が求まる。各ロードセル1A〜1Dの荷重変化量が求まると、この荷重変化量の表示値を確認して重量測定装置に設けた測定データ記憶スイッチを押す。そうすると、測定データ記憶スイッチが押される度に、各ロードセル1A〜1Dの荷重変化量から式(14)によってスパン評価係数rが算出され、x座標値と共に重量測定装置の演算回路26のメモリブロック53に記憶される。
Each time the test sample is moved to several places around x = (1/2) · A, the x coordinate value is changed to an appropriate interval, and the stable weight value is obtained each time the position of the test sample is changed. When the load change amount of each of the
x=(1/2)・Aを中心にその両側で複数個のx座標に対応するスパン評価係数が求まると、重量測定装置に設けられたスパン評価係数の基準値設定スイッチを押すと、xをx<(1/2)・Aの範囲と、x≧(1/2)・Aの範囲とに分け、最小自乗法等の方法により、rについて、xに関するスパン評価係数の基準値を求める関数fa(x)とfb(x)として、それぞれの範囲別に一次式又は多次式を決定して次式の形で表し、これをスパン評価係数基準値のx座標値に関する関数として演算回路26のメモリブロック53に記憶させる。
ra=fa(x) (x<(1/2)・Aについて)
rb=fb(x) (x≧(1/2)・Aについて) ・・・(19)
When span evaluation coefficients corresponding to a plurality of x coordinates are obtained on both sides of x = (1/2) · A as a center, when a span evaluation coefficient reference value setting switch provided in the weight measuring device is pressed, x Is divided into a range of x <(1/2) · A and a range of x ≧ (1/2) · A, and a reference value of a span evaluation coefficient for x is obtained for r by a method such as a method of least squares. As the functions fa (x) and fb (x), a linear expression or a multi-order expression is determined for each range and expressed in the form of the following expression, and this is expressed as a function relating to the x coordinate value of the span evaluation coefficient reference value. Are stored in the
ra = fa (x) (x <(1/2) · A)
rb = fb (x) (x ≧ (1/2) · A) (19)
こうして、重心座標値xの値に応じてW1/W2とW4/W3とを関係づけるスパン評価係数基準値ra,rbを決定することができるので、通常の運転時において被計量物の重心位置のx座標におけるスパン評価係数を、全てのロードセルが正常な場合の参照値とすることができ、精確にいずれかのロードセルのスパン変動を判定することができる。なお、上述の説明では、x=(1/2)・Aを境に2種類の関数を設定するものとしたが、xの値に範囲を設けず、1種類の関数を設定するようにしても良い。さらに、x座標の範囲を細分化して、それぞれの範囲においてスパン評価係数の関数を設定するようにしても良い。 In this way, since the span evaluation coefficient reference values ra and rb for relating W1 / W2 and W4 / W3 can be determined according to the value of the center-of-gravity coordinate value x, the center-of-gravity position of the object to be weighed can be determined during normal operation. The span evaluation coefficient in the x coordinate can be used as a reference value when all the load cells are normal, and the span variation of any one of the load cells can be accurately determined. In the above description, two types of functions are set with x = (1/2) · A as a boundary. However, no range is provided for the value of x, and one type of function is set. Also good. Further, the range of the x coordinate may be subdivided, and the function of the span evaluation coefficient may be set in each range.
<通常運転時>
通常運転時(通常の計量作業中)には、計量台5に被計量物を載置すると、全てのロードセルについて、荷重変化量W1〜W4を揃って取得できた時点で、式(18)によって現在の被計量物の重心位置のx座標を求めることができる。そして、求めたx座標によって式(19)から、xの座標値の範囲に応じてx座標値に対応するスパン評価係数基準値ra(又はrb)をfa(x)(又はfb(x))に代入して求めることができる。
<During normal operation>
During normal operation (during normal weighing work), when an object to be weighed is placed on the weighing platform 5, the load change amounts W1 to W4 can be obtained for all the load cells. The x coordinate of the center of gravity position of the current object to be weighed can be obtained. Then, the span evaluation coefficient reference value ra (or rb) corresponding to the x coordinate value is represented by fa (x) (or fb (x)) from the equation (19) according to the determined x coordinate. Can be determined by substituting
例えばx座標値が、x<(1/2)・Aであれば、ra=fa(x)にx座標値を代入して、現在のx座標値に対するスパン評価係数基準値raを算出する。このraによって、1個のロードセルの出力は残りの3個のロードセルの出力式によって、式(17)によって次式で表される。
W1=ra・W2・(W4/W3)
W2=(1/ra)・W1・(W3/W4)
W3=(1/ra)・W4・(W2/W1)
W4=ra・W3・(W1/W2) ・・・(20)
したがって、仮に上述のハーフブリッジ出力の比較判定によってロードセル1Aのハーフブリッジのいずれかがスパン異常であると特定されている場合には、
|W11−ra・W2(W4/W3)|>|W21−ra・W2(W4/W3)|
・・・(21)
が成立すれば、ハーフブリッジ1の出力がスパン異常であると判定し、反対に、
|W11−ra・W2(W4/W3)|<|W21−ra・W2(W4/W3)|
・・・(22)
が成立すれば、ハーフブリッジ2の出力がスパン異常であると判定する。
For example, if the x coordinate value is x <(1/2) · A, the x coordinate value is substituted into ra = fa (x), and the span evaluation coefficient reference value ra for the current x coordinate value is calculated. By this ra, the output of one load cell is expressed by the following equation by the equation (17) by the output equation of the remaining three load cells.
W1 = ra · W2 · (W4 / W3)
W2 = (1 / ra) .W1. (W3 / W4)
W3 = (1 / ra) .W4. (W2 / W1)
W4 = ra · W3 · (W1 / W2) (20)
Therefore, if any of the half bridges of the
| W11-ra · W2 (W4 / W3) | >> | W21-ra · W2 (W4 / W3) |
(21)
Is established, it is determined that the output of the
| W11-ra · W2 (W4 / W3) | <| W21-ra · W2 (W4 / W3) |
(22)
If is established, it is determined that the output of the
(3.3.2)被計量物の重心位置のx,y座標の変化に対応して変化する関係
より精確性を得るために、x,y座標をx,yの値によって4象限に分け、それぞれの象限においてx,y座標に応じたスパン評価係数の基準値を求める関数を決定することもできる。この方式は、計量台5上の任意の位置に被計量物が載置される計量装置に適用することができる。
(3.3.2) Relations that change in response to changes in the x and y coordinates of the center of gravity of the object to be measured To obtain more accuracy, the x and y coordinates are divided into four quadrants according to the values of x and y. It is also possible to determine a function for obtaining a reference value of a span evaluation coefficient corresponding to the x and y coordinates in each quadrant. This method can be applied to a weighing device in which an object to be weighed is placed at an arbitrary position on the weighing table 5.
<調整モード>
調整モードにてx=(1/2)・Aとy=(1/2)・Bを結ぶ直線で計量台面を4等分して、それぞれ第1象限〜第4象限とし、テストサンプルの重心座標をそれぞれの象限に位置させ、象限別にx,y座標値に対応するスパン評価係数の基準値を求める。テストサンプルの計量台上のx,y座標値は各ロードセルの出力信号を測定することによって式(18)により算出し、重量測定装置に表示させる。また、同時に荷重変化量も表示させる。
<Adjustment mode>
In the adjustment mode, the weighing table surface is divided into four equal parts by a straight line connecting x = (1/2) · A and y = (1/2) · B, and the center of gravity of the test sample is set to the first quadrant to the fourth quadrant, respectively. The coordinates are positioned in each quadrant, and the span evaluation coefficient reference value corresponding to the x and y coordinate values is obtained for each quadrant. The x and y coordinate values on the weighing table of the test sample are calculated by the equation (18) by measuring the output signal of each load cell and displayed on the weight measuring device. At the same time, the load change amount is displayed.
まず、第1象限用:x<(1/2)・A、y<(1/2)・Bの範囲内でテストサンプルの載置位置を変え、スパン評価係数の基準値r1を、次式
r1=(W1/W2)/(W4/W3) ・・・(23)
を用い、x,y座標値と共に、複数箇所でロードセル1A〜1Dの出力信号を測定することによって算出する。こうして、第1象限内での複数個の測定点での座標値(x,y)に対応するr1を求める。
First, for the first quadrant: the test sample placement position is changed within the range of x <(1/2) · A, y <(1/2) · B, and the span evaluation coefficient reference value r1 is expressed by the following equation: r1 = (W1 / W2) / (W4 / W3) (23)
And the output signals of the
次に、第1象限のスパン評価係数基準値算出式を、次式
r1=a1・x+b1・y+c1 ・・・(24)
と定め、やはり最小自乗法などの手法でa1,b1,c1の値を求め、第1象限内の任意の重心位置(x,y)に対するスパン評価係数基準値r1の算出式を定める。
Next, the span evaluation coefficient reference value calculation formula for the first quadrant is expressed as follows: r1 = a1 · x + b1 · y + c1 (24)
Then, the values of a1, b1, and c1 are obtained by a method such as the least square method, and a calculation formula for the span evaluation coefficient reference value r1 for an arbitrary center of gravity (x, y) in the first quadrant is determined.
同様に、第2象限用:x≧(1/2)・A、y<(1/2)・Bの範囲内の任意の重心位置(x,y)に対するスパン評価係数基準値r2の算出式を定め、第3象限用:x≧(1/2)・A、y≧(1/2)・Bの範囲内の任意の重心位置(x,y)に対するスパン評価係数基準値r3の算出式を定め、第4象限用:x<(1/2)・A、y≧(1/2)・Bの範囲内の任意の重心位置(x,y)に対するスパン評価係数基準値r4の算出式を定める。こうして定められたi象限(i=1,2,3,4)におけるスパン評価係数基準値riの算出式は象限別に演算回路26のメモリブロック53に記憶させる。
Similarly, for the second quadrant: Formula for calculating the span evaluation coefficient reference value r2 for an arbitrary barycentric position (x, y) within the range of x ≧ (1/2) · A, y <(1/2) · B For the third quadrant: Formula for calculating the span evaluation coefficient reference value r3 for an arbitrary barycentric position (x, y) within the range of x ≧ (1/2) · A, y ≧ (1/2) · B For the fourth quadrant: x <(1/2) · A, y ≧ (1/2) · Calculation formula of span evaluation coefficient reference value r4 for an arbitrary center of gravity (x, y) within the range of B Determine. The formula for calculating the span evaluation coefficient reference value ri in the i quadrant (i = 1, 2, 3, 4) thus determined is stored in the
<通常運転時>
通常運転時(通常の計量作業中)には、計量台5に被計量物を載置すると、全てのロードセルについて、全てのロードセルの荷重変化量W1p〜W4pを揃って取得できた時点で、これらをW1〜W4として、被計量物の重心位置のx,y座標を算出し、被計量物の載値位置が第何象限であるかを定めるとともに、定めた象限に対応する関数をr1〜r4の中から選択し、この選択した関数にx,y座標値を代入して被計量物の載値位置に対応するスパン評価係数基準値を算出する。以下、求めたスパン評価係数基準値を使用してスパンの異常が特定されたロードセルのいずれの側のハーフブリッジが異常であるかを判定し、正常な計量へ復帰させる過程は上記と同様である。
<During normal operation>
During normal operation (during normal weighing work), when an object to be weighed is placed on the weighing platform 5, when the load change amounts W1p to W4p of all the load cells are obtained for all the load cells, these are obtained. Are set to W1 to W4, the x and y coordinates of the center of gravity of the object to be weighed are calculated to determine what quadrant the loading position of the object to be measured is, and the functions corresponding to the determined quadrants are r1 to r4. The span evaluation coefficient reference value corresponding to the placement position of the object to be weighed is calculated by substituting x and y coordinate values into the selected function. Hereinafter, the process of determining which half-bridge of the load cell where the abnormality of the span is specified using the obtained span evaluation coefficient reference value is abnormal and returning to the normal measurement is the same as described above. .
他の実施形態として、x,y座標による比例配分によってスパン評価係数を求める次のような方法もある。この方法は、計量台がトラックスケールなどに比べて小型の場合に、調整モードにおいて、図5(a)に示されるe,f,g,h,p点の付近に分銅を置いて四隅誤差の検証を行い、この四隅検証の計量結果を用いて任意の位置におけるスパン評価係数の基準値を定める方法である。 As another embodiment, there is the following method for obtaining a span evaluation coefficient by proportional distribution using x and y coordinates. In this method, when the weighing platform is smaller than a track scale or the like, in the adjustment mode, a weight is placed near the points e, f, g, h, and p shown in FIG. In this method, verification is performed, and the reference value of the span evaluation coefficient at an arbitrary position is determined using the measurement result of the four corner verification.
<調整モード>
調整モードにおいて、四隅調整の機会を利用し、調整時点で特定の1個のロードセルのフルブリッジ出力と他の3個のロードセルのフルブリッジ出力の組み合わせ値によって四隅座標e点(A/4,B/2)、f点((3/4)・A,B/2)、g点(A/2,(3/4)・B)、h点(A/2,B/4)及び中央のp点(A/2,B/2)に対応するスパン評価係数の基準点として、それぞれの点に既知の重量の被計量物を載値したときの各ロードセルの出力より、係数re,rf,rg,rh,rpを求め、演算回路26のメモリブロック53に記憶させる。
<Adjustment mode>
In the adjustment mode, the four-corner adjustment opportunity is used, and at the time of adjustment, the four-corner coordinate e point (A / 4, B) is determined by the combined value of the full-bridge output of one specific load cell and the full-bridge outputs of the other three load cells. / 2), f point ((3/4) · A, B / 2), g point (A / 2, (3/4) · B), h point (A / 2, B / 4) and the center As reference points for the span evaluation coefficients corresponding to the p points (A / 2, B / 2), the coefficients re, rf, rg, rh, and rp are obtained and stored in the
例えばreについて、図5(a)のe点付近に被計量物の重心が来るように分銅を置いたとき、つまり調整モードにてx,y座標表示値が、x≒A/4、y≒B/2を表示する付近において、係数記憶スイッチを押して、ロードセル1A〜1Dの荷重変化量W1〜W4を測定し、次式によりreを求める。
re=(W1/W2)/(W4/W3) ・・・(25)
e点以外のf点、g点、h点、p点についても同様にして、それぞれrf,rg,rh,rpを求める。そして、これら基準座標値におけるスパン評価係数の基準値を重量測定装置のメモリに記憶させる。
For example, with respect to re, when the weight is placed so that the center of gravity of the object to be measured is near the point e in FIG. 5A, that is, in the adjustment mode, the x and y coordinate display values are x≈A / 4, y≈ In the vicinity of displaying B / 2, the coefficient storage switch is pressed to measure the load changes W1 to W4 of the
re = (W1 / W2) / (W4 / W3) (25)
Similarly, rf, rg, rh, and rp are obtained for the f point, the g point, the h point, and the p point other than the e point. Then, the reference value of the span evaluation coefficient at these reference coordinate values is stored in the memory of the weight measuring device.
<通常運転時>
通常運転時に、被計量物の重心のx,y座標を、上記のように荷重変化量W1〜W4を揃って取得できた時点で式(18)により算出する。いま、計量台5上の被計量物の重心位置mの座標が図5(a)においてm(x,y)であったとすると、算出したx,y座標値と、x=A/2、y=B/2との大小比較によってm点が座標の上で第何象限にあるかを決定する。そして、m点の所属する象限によって基準位置の座標と、それに対応する評価係数の基準値を選択する。評価係数は、計量台の座標面で、基準位置の間の平面で近似的に線形に変化するものとする方法である。この方法によって計量台全体として評価係数が非線形に変化する場合でも対応できる。
<During normal operation>
At the time of normal operation, the x and y coordinates of the center of gravity of the object to be weighed are calculated by the equation (18) when the load change amounts W1 to W4 can be obtained together as described above. Now, assuming that the coordinates of the center of gravity m of the object to be weighed on the weighing platform 5 are m (x, y) in FIG. 5A, the calculated x, y coordinate values and x = A / 2, y = The quadrant in which the m point is in the coordinates is determined by a comparison with B / 2. Then, the coordinates of the reference position and the corresponding reference value of the evaluation coefficient are selected according to the quadrant to which the m point belongs. The evaluation coefficient is a method that changes approximately linearly in a plane between the reference positions on the coordinate plane of the weighing table. This method can cope with the case where the evaluation coefficient of the entire weighing platform changes nonlinearly.
例えば、図5(b)に示されるように、m点が第4象限にある場合には、p点、g点、e点のスパン評価係数基準値に基づいてm点のスパン評価係数基準値を定めるものとする(他の象限についても同様)。
このとき、まずk1,k2,q1,q2の値を求める。e´点の基準値は、e点、p点の基準値をk1とk2との比率によって、次式にて求める。
re´=(k1・rp+k2・re)/(k1+k2) ・・・(26)
同様に、g´点の基準値は、g点、p点の基準値をq1とq2との比率によって、次式にて求める。
rg´=(q2・rp+q1・rg)/(q1+q2) ・・・(27)
m点のスパン評価係数の基準値rmは、k2とq1の比率によって、次式となる。
rm=(k2・rg´+q1・re´)/(k2+q1) ・・・(28)
For example, as shown in FIG. 5B, when the m point is in the fourth quadrant, the span evaluation coefficient reference value of the m point is based on the span evaluation coefficient reference values of the p point, the g point, and the e point. (Same for other quadrants).
At this time, first, values of k1, k2, q1, and q2 are obtained. The reference value for the e ′ point is obtained from the following equation by using the ratio between k1 and k2 as the reference value for the e and p points.
re ′ = (k1 · rp + k2 · re) / (k1 + k2) (26)
Similarly, the reference value of the point g ′ is obtained by the following equation by using the ratio of q1 and q2 as the reference value of the point g and the point p.
rg ′ = (q2 · rp + q1 · rg) / (q1 + q2) (27)
The reference value rm of the m-point span evaluation coefficient is expressed by the following equation depending on the ratio of k2 and q1.
rm = (k2 · rg ′ + q1 · re ′) / (k2 + q1) (28)
本実施形態において、スパンの異常なロードセルが検出された時、計量台5上の被計量物の重量測定値を算出する際に、上記自動復帰手段は、スパンが異常なハーフブリッジを有するロードセルの出力信号を、正常時出力信号推定部により推定された出力信号に置換するモードとするか、スパンが異常なハーフブリッジの出力信号のスパンを、正常時出力信号推定部により推定された出力信号によって補正する演算を実行するモードとするかを切り換える機能を有するようにするのが好ましい。同様に、上記手動復帰手段についても、スパンが異常なハーフブリッジを有するロードセルの出力信号を、正常時出力信号推定部により推定された出力信号に置換するモードとするか、スパンが異常なハーフブリッジの出力信号のスパンを、正常時出力信号推定部により推定された出力信号によって補正する演算を実行するモードとするかを切り換える機能を有するようにするのが好ましい。 In this embodiment, when a load cell with an abnormal span is detected, when calculating a weight measurement value of an object to be weighed on the weighing platform 5, the automatic return means is used for a load cell having a half bridge with an abnormal span. The output signal is set to a mode in which the output signal estimated by the normal output signal estimation unit is replaced, or the span of the half-bridge output signal having an abnormal span is determined by the output signal estimated by the normal output signal estimation unit. It is preferable to have a function of switching between the modes for executing the correction operation. Similarly, with regard to the manual return means, a mode in which the output signal of the load cell having a half bridge with an abnormal span is replaced with the output signal estimated by the normal output signal estimation unit, or the half bridge with an abnormal span is used. It is preferable to have a function of switching whether to set a mode in which a calculation for correcting the span of the output signal is performed by the output signal estimated by the normal output signal estimation unit.
また、上記自動復帰手段又は手動復帰手段によってスパンの異常なロードセルの出力信号が補正中又は正常値に置換中であることを表示するのが好ましい。 Further, it is preferable to display that the output signal of the load cell having an abnormal span is being corrected or replaced with a normal value by the automatic return means or the manual return means.
<他の実施形態に係る故障診断装置について>
本実施形態における故障診断装置20では、図3に示されるように、ハーフブリッジ毎の荷重信号を得るとともに、フルブリッジ出力は2つのハーフブリッジ出力を加算することにより得るものについて説明したが、このようなシステム構成に代えて、図6に示されているように、フルブリッジ出力をハーフブリッジ出力から独立させて検出するようなシステム構成とすることもできる。なお、この故障診断装置20Aにおいて、先の実施形態の故障診断装置20と同一又は同様の部分については図に同一符号を付すに留めてその詳細な説明を省略することとし、以下においては先の実施形態の故障診断装置20と異なる点を中心に説明することとする。
<About a fault diagnosis apparatus according to another embodiment>
In the
本実施形態の故障診断装置20Aは、フルブリッジ回路15に対して設けられる、アナログ加算回路57と、A/D変換器58と、演算回路26とを備えている。
ここで、フルブリッジ回路15と演算回路26は、先の実施形態の故障診断装置20で使用されたものと共通のものである。
先の実施形態の故障診断装置20では、2つのA/D変換器24,25が用いられているが、本実施形態の故障診断装置20Aでは、1つのA/D変換器58が用いられる。故障診断装置20Aで、2つのハーフブリッジ出力と1つのフルブリッジ出力のそれぞれに3個のA/D変換器を用いても良い。
先の実施形態の故障診断装置20では、フルブリッジ回路15における接続点16の電位が+Vで接続点17の電位が零の直流電圧が印加されているが、本実施形態の故障診断装置20Aでは、接続点16の電位が+Vで接続点17の電位が−Vの直流電圧が印加されている。この場合、先の実施形態の故障診断装置20では必要とされる電圧参照用の固定抵抗21,22によるハーフブリッジ回路15a,15bは不要となる。
The
Here, the
In the
In the
アナログ加算回路57は、第1演算増幅器61と、第2演算増幅器62と、第3演算増幅器63と、第4演算増幅器64と、第5演算増幅器65とを備えて構成されている。
第1演算増幅器61において、入力正端子61aはフルブリッジ回路15の接続点18に接続され、入力負端子61bは出力端子61cに接続され、出力端子61cは抵抗器66,67に接続されている。
第2演算増幅器62において、入力正端子62aはフルブリッジ回路15の接続点19に接続され、入力負端子62bは出力端子62cに接続され、出力端子62cは抵抗器68及び第4演算増幅器64の入力正端子64aにそれぞれ接続されている。
第3演算増幅器63において、入力正端子63aは、抵抗器68に接続されるとともに、抵抗器69を介して回路のアース70に接続され、入力負端子63bは、抵抗器66に接続されるとともに、抵抗器71を介して出力端子63cに接続され、出力端子63cはアナログスイッチ72を介してA/D変換器58に接続されている。
第4演算増幅器64において、入力正端子64aは第2演算増幅器62の出力端子62cに接続され、入力負端子64bは、抵抗器73を介して回路のアース70に接続されるとともに、抵抗器74を介して出力端子64cに接続され、出力端子64cはアナログスイッチ75を介してA/D変換器58に接続されている。
第5演算増幅器65において、入力正端子65aは抵抗器76を介して回路のアース70に接続され、入力負端子65bは、抵抗器67に接続されるとともに、抵抗器77を介して出力端子65cに接続され、出力端子65cはアナログスイッチ78を介してA/D変換器58に接続されている。
The
In the first
In the second
In the third
In the fourth
In the fifth
本実施形態の故障診断装置20Aにおいては、計量器用のアナログ荷重信号は第3演算増幅器63において合成される。接続点18側のハーフブリッジ回路15aの出力荷重信号がeob、接続点19側のハーフブリッジ回路15bの荷重信号がeoaであり、A/D変換器58は全ての信号に兼用して1個のみ設けられ、その入力がアナログスイッチ72,75,78によって切り換えられる。このように適宜A/D変換器の使用個数は選択すれば良い。
In the
この故障診断装置20Aのようにフルブリッジ出力が独立して存在する構成であれば、ロードセル単体調整時点で同じ負荷荷重に対してフルブリッジ出力と2つのハーフブリッジ出力とが同一値となるように、すなわちWn=Wan=Wbnであるようにスパン係数が設定され、初期重量記憶メモリ、零点重量記憶メモリが設けられる。
そして、ハーフブリッジ出力とは独立に、W1〜W4は次式にて処理される。
W1=K1・(Wa1−Wi1)−Wz1
W2=K2・(Wa2−Wi2)−Wz2
W3=K3・(Wa3−Wi3)−Wz3
W4=K4・(Wa4−Wi4)−Wz4
If the full-bridge output exists independently as in the
Independent of the half-bridge output, W1 to W4 are processed by the following equations.
W1 = K1. (Wa1-Wi1) -Wz1
W2 = K2 · (Wa2-Wi2) -Wz2
W3 = K3. (Wa3-Wi3) -Wz3
W4 = K4. (Wa4-Wi4) -Wz4
本発明の計量装置は、コンベヤスケールやホッパスケール、トラックスケール、台秤、料金秤などの計量器で使用されるストレインゲージ式ロードセルに生じるスパンの異常を検出する用途に好適に用いることができる。 The weighing device of the present invention can be suitably used for detecting an abnormality of a span generated in a strain gauge type load cell used in a weighing instrument such as a conveyor scale, a hopper scale, a track scale, a platform scale, a fee scale, or the like.
1A,1B,1C,1D ロードセル
5 計量台
15a,15b ハーフブリッジ回路
20,20A 故障診断装置
26 演算回路
52 中央演算処理装置
53 メモリブロック
54 表示装置
1A, 1B, 1C, 1D Load cell 5 Weighing table 15a, 15b
Claims (14)
前記ロードセルへの負荷荷重に対して、前記各ハーフブリッジ荷重信号がそれぞれ同じ大きさの荷重信号となるように演算処理するハーフブリッジ荷重信号演算手段と、
運転中に生じた各ハーフブリッジ荷重信号に含まれる零点変動成分を運転中に除去する運転中零点変動成分除去手段と、
前記ハーフブリッジ荷重信号演算手段によって演算処理されたハーフブリッジ荷重信号において、前記運転中に、前記運転中零点変動成分除去手段によって前記零点変動成分を除去し、前記零点変動成分の除去された前記ハーフブリッジ荷重信号、または前記零点変動成分の除去された前記ハーフブリッジ荷重信号に基づいて算出された荷重信号を比較することによって前記ロードセルのスパン異常を検出するスパン異常検出手段と
を備えることを特徴とする計量装置。 A half bridge load signal is generated based on output signals from two terminals in a Wheatstone bridge circuit composed of at least four strain gauges affixed to the strain generating portion of the load cell, and four corners are formed in the load cell. In a weighing device in which an object to be weighed is placed on a weighing platform that is supported and the weight of the object to be weighed is measured.
Half-bridge load signal calculation means for calculating the load load on the load cell so that each half-bridge load signal becomes a load signal of the same magnitude ,
An in-operation zero point fluctuation component removing means for removing the zero point fluctuation component included in each half-bridge load signal generated during operation during operation;
In the half-bridge load signal calculated by the half-bridge load signal calculating means, the zero-point fluctuation component is removed by the operating zero-point fluctuation component removing means during the operation, and the half-point fluctuation component is removed. A span abnormality detection means for detecting a span abnormality of the load cell by comparing a bridge load signal or a load signal calculated based on the half-bridge load signal from which the zero-point fluctuation component has been removed. A weighing device characterized by that.
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