JP2009053211A - 重量信号のクリープ誤差補償装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 重量信号に含まれるクリープ誤差をより正確に補償する。
【解決手段】 重量信号Ｗｘ（ｔ）は、クリープ誤差ｗｘ（ｔ）を含んでおり、このクリープ誤差ｗｘ（ｔ）は、重量センサの温度θによって変化するクリープ比Ｋ（θ）および時定数Ｔ（θ）の各要素を含んでいる。さらに、クリープ比Ｋは、荷重Ｗの大小によって変わる。この前提の下、重量信号Ｗｘ（ｔ）に基づいて、クリープ誤差ｗｘ（ｔ）が推定される。そして、重量センサの温度θに基づいて、当該クリープ誤差ｗｘ（ｔ）に含まるクリープ比Ｋ（θ）および時定数Ｔ（θ）の当該温度θによる変化分が補償される。さらに、クリープ比Ｋ（θ）の変動率Ｒ｛Ｗｘ（ｔ）｝が、クリープ誤差ｗｘ（ｔ）に反映される。そして、このクリープ誤差ｗｘ（ｔ）が重量信号Ｗｘ（ｔ）から差し引かれることで、当該クリープ誤差ｗｘ（ｔ）が補償される。
【選択図】 図７

Description

本発明は、クリープ誤差補償装置に関し、特に、計量装置に適用され、重量検出手段に印加された荷重に対応する重量信号のクリープ現象による誤差を補償する、クリープ誤差補償装置に関する。

この種のクリープ誤差補償装置の一例が、特許文献１に開示されている。この特許文献１には、重量検出手段（検知器）を構成する起歪体に荷重が印加されたとき、当該起歪体は荷重に対応して歪み、さらに、その歪み量は、クリープ現象によって時間の経過と共に徐々に変化し、具体的には同特許文献１の式３ａに示されるような１次遅れ伝達関数のステップ応答に近似した態様で変化する旨が、開示されている。かかるクリープ現象による歪み量の変化、いわゆるクリープ誤差、を補償するために、当該特許文献１に開示された従来技術では、補償演算回路（２０）が設けられている。この補償演算回路には、起歪体の歪み量に応じて生成される重量信号（計測信号）の経時的変化の態様と本質的に逆の態様を示す伝達関数が、当該式３ａに基づいて設定される。この補償演算回路に重量信号を通すことで、当該重量信号からクリープ誤差が除去され、つまりクリープ誤差が補償される。

なお、クリープ誤差は、最終的には荷重に対応した或る一定値、言わば最終クリープ値（最終クリープ量εｃｃ）、に収束する。ただし、この最終クリープ値は、起歪体の温度（θ）によって変化する。つまり、起歪体の温度が変化すると、最終クリープ値も変化する。そして、この最終クリープ値は、クリープ係数（β＝εｃｃ／ε（０）；ε（０）は荷重が印加された時点での起歪体の歪み量）という形で、上述の式３ａにも含まれている。つまり、起歪体の温度が変化すると、当該式３ａで示されるクリープ誤差の経時変化の態様も変化する。このため、従来技術においては、起歪体の温度変化に伴うクリープ誤差の変化分を補償するべく、当該起歪体の温度に応じて上述の補償演算回路の伝達関数、具体的にはこの伝達関数のうちクリープ係数に係る要素、を補償するクリープ係数演算回路（１１）も、設けられている。

特開平４−１２２２１号公報

ところで、従来技術においては、荷重の大小に拘らずクリープ係数は一定とされている。しかし、重量検出手段の構成によっては、荷重の大小に応じて当該クリープ係数が変化することがある。つまり、起歪体の温度が一定であっても、荷重の大小によってクリープ誤差の経時変化の態様が変化することがある。従って、従来技術では、このような荷重の大小に起因するクリープ誤差の変化分を正確に補償することができない。言い換えれば、荷重の大小によって変化するクリープ誤差を正確に補償することができない、という問題がある。

そこで、本発明は、荷重の大小に起因するクリープ誤差の変化分をも正確に補償することで、従来よりもさらに正確なクリープ誤差補償を実現できるクリープ誤差補償装置を提供することを、目的とする。

この目的を達成するために、本発明は、重量検出手段に印加された荷重に対応する重量信号のクリープ誤差を補償するクリープ誤差補償装置において、重量信号に対しクリープ誤差の経時変化の態様と相関する伝達関数に基づく処理を含む所定の処理を施して当該クリープ誤差を補償する補償手段、を具備する。ここで、伝達関数は、クリープ誤差の最終値、言わば最終クリープ値、と相関する第１係数を含む。そして、この第１係数は、荷重の大小によって変わる。本発明は、重量信号に応じて当該伝達関数を補正する対重量補正手段を、さらに具備する。

すなわち、本発明では、重量検出手段に荷重が印加されると、当該荷重に対応する重量信号が発生する。この重量信号は、クリープ誤差を含んでおり、つまり時間の経過と共に徐々に変化する。補償手段は、この重量信号に所定の処理を施すことで、クリープ誤差を補償する。なお、所定の処理には、クリープ誤差の経時変化の態様と相関する伝達関数に基づく処理が、含まれている。ただし、重量検出手段の構成によっては、クリープ誤差の経時変化の態様が、荷重の大小によって変わる。この荷重の大小に起因するクリープ誤差の変化分を補償するべく、本発明では、対重量補正手段が、重量信号に応じて補正手段の伝達関数を補正する。詳しくは、補正手段の伝達関数は、最終クリープ値と相関する第１係数を含んでおり、この第１係数は、荷重の大小によって変わる。対重量補正手段は、この第１係数を含む補正手段の伝達関数を、重量信号に応じて補正する。

より詳しくは、補正手段の伝達関数は、荷重の変化に対する第１係数の変動率を表す第２係数を含んでいる。そして、第２係数は、荷重の関数とされている。対重量補正手段は、重量信号に応じて当該第２係数を補正する。

上述したように、本発明によれば、重量信号に応じて、つまり荷重に応じて、当該荷重の大小に起因するクリープ誤差の変化分が補償される。従って、このような荷重の大小に起因するクリープ誤差の変化分を補償することができない上述の従来技術に比べて、より正確なクリープ誤差補償を実現することができる。

まず、本発明の一参考例について、図１〜図５を参照して説明する。

図１に示すように、本参考例に係る計量装置１０は、重量検出手段としての重量センサ１２を備えている。この重量センサ１２は、例えば歪ゲージ式ロードセルであり、図には示さないが、金属製の起歪体と、この起歪体に取り付けられ、かつブリッジ回路を構成する複数（例えば４個）の歪ゲージとを、備えている。

この重量センサ１２に図示しない被計量物が載置され、これによって当被重量センサ１２に荷重Ｗｘが印加されると、重量センサ１２（ブリッジ回路）は、荷重Ｗｘに対応する電圧のアナログ信号、言わば重量信号Ｗｘ（ｔ）（ｔ；時間インデックス）を出力する。この重量信号Ｗｘ（ｔ）は、増幅回路１４によって所定の増幅率で増幅され、さらにフィルタ回路（ＬＰＦ）１６によるフィルタリング処理によって比較的に周波数の高い例えば数十［Ｈｚ］以上の電気的ノイズを除去された後、Ａ／Ｄ変換回路１８に入力される。Ａ／Ｄ変換回路１８は、例えばΔ−Σ型のものであり、入力された重量信号Ｗｘ（ｔ）を、２０［ｂｉｔ］のディジタル信号（以下、このディジタル信号についても重量信号Ｗｘ（ｔ）と称する。）に変換する。変換された重量信号Ｗｘ（ｔ）は、入出力回路（Ｉ／Ｏ）２０を介してＣＰＵ（Central Processing Unit）２２に入力される。

ＣＰＵ２２は、入力された重量信号Ｗｘ（ｔ）に対してさらにディジタルフィルタリング処理を施すことによって、上述よりも周波数の低いノイズ、例えば機械的振動に起因するノイズを除去する。そして、このディジタルフィルタリング処理後の重量信号Ｗｘ（ｔ）に基づいて、荷重Ｗｘを判定する。具体的には、ＣＰＵ２２には、データメモリ２４が接続されており、このデータメモリ２４には、重量信号Ｗｘ（ｔ）の電圧測定値を荷重Ｗｘの値、言わば計量値Ｗｘ’に変換するための変換式（変換プログラム）、および変換された計量値Ｗｘ’を液晶ディスプレイ２６に表示させるための表示式（表示プログラム）が、記憶されている。なお、データメモリ２４は、例えばＰＲＯＭ（Programmable Read Only Memory）やＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable
Read-Only Memory）、或いはＲＡＭ（Random Access Memory）によって構成されている。ＣＰＵ２２は、このデータメモリ２４に記憶されている変換式に基づいて重量信号Ｗｘ（ｔ）を計量値Ｗｘ’に変換し、さらに表示式に基づいて当該計量値Ｗｘ’を表示させるべく計量値表示信号を生成する。生成された計量値表示信号は、入出力回路２０を介して液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）２６に入力され、これによって当該液晶ディスプレイ２６に荷重Ｗｘの計量値Ｗｘ’が表示される。

なお、計量装置１０は、上述のデータメモリ２４とは別に、例えばＰＲＯＭ構成のプログラムメモリ２８を備えており、このプログラムメモリ２８には、ＣＰＵ２２の動作を制御するための制御プログラムが記憶されている。また、計量装置１０は、操作キー３０を備えており、この操作キー３０によって稼動モードというモードが選択されたときに、ＣＰＵ２２は、上述の要領で計量信号を生成し、つまり計量を実行する。さらに、計量装置１０は、重量センサ１２の温度θを検出するための温度センサ３２を備えている。この温度センサ３２による温度θの検出結果（出力信号）は、入出力回路２０を介してＣＰＵ２２に入力される。この温度θの取り扱いについては、後で詳しく説明する。

ところで、重量信号Ｗｘ（ｔ）（厳密には重量信号Ｗｘ（ｔ）の電圧）は、上述したように荷重Ｗｘに対応するが、この荷重Ｗｘが継続して印加されると、当該重量信号Ｗｘ（ｔ）は、クリープ現象によって時間の経過と共に徐々に変化する。具体的には、計量装置１０が既に零点調整およびスパン調整を終えていることを前提とすると、重量センサ１２に荷重Ｗｘが印加された時点（ｔ＝０）で、重量信号Ｗｘ（ｔ）は、Ｗｘを示す。つまり、Ｗｘ（０）＝Ｗｘとなる。そして、この荷重Ｗｘが継続して印加されると、重量信号Ｗｘ（ｔ）は、例えば図２に示すように、時間ｔの経過と共に徐々に増大する。このように重量信号Ｗｘ（ｔ）が徐々に増大する性質は、プラスクリープ特性と呼ばれている。この荷重Ｗｘが印加されているときの重量信号Ｗｘ（ｔ）は、次の数１で表される。

〔数１〕
Ｗｘ（ｔ）＝Ｗｘ＋ｗｘ（ｔ）＝Ｗｘ（０）＋ｗｘ（ｔ）

ここで、ｗｘ（ｔ）は、時間ｔの経過に伴う重量信号Ｗｘ（ｔ）の変化分、つまりクリープ誤差、を表す。このクリープ誤差ｗｘ（ｔ）は、最終的には、要するに十分に長い時間が経過すると、荷重Ｗｘに対応した或る一定値、言わば最終クリープ値ｗｘ（∞）に収束する。なお、重量センサ１２に荷重Ｗｘが印加されてからクリープ誤差ｗｘ（ｔ）が最終クリープ値ｗｘ（∞）に収束するまでに掛かる時間は、重量センサ１２の構造等によっても異なるが、概ね数十分〜数時間程度である。この最終クリープ値ｗｘ（∞）は、次の数２で表される。

〔数２〕
ｗｘ（∞）＝Ｗｘ（∞）−Ｗｘ（０）

ここで、Ｗｘ（∞）は、クリープ誤差ｗｘ（ｔ）が最終クリープ値ｗｘ（∞）に収束したときの重量信号Ｗｘ（ｔ）の値（電圧値）である。このＷｘ（∞）は、クリープ誤差ｗｘ（ｔ）が最終クリープ値ｗｘ（∞）に収束したと見なすことのできる時点、換言すれば荷重Ｗｘが印加されてから上述の数十分〜数時間が経過した時点（ｔ＝数十分〜数時間）での重量信号Ｗｘ（ｔ）の値によって代用できる。

そして、或る時点ｔ１で重量センサ１２から荷重Ｗｘが除去されると、重量信号Ｗｘ（ｔ）は、当該荷重Ｗｘ分だけ小さくなり、当該時点ｔ１でのクリープ誤差ｗｘ（ｔ）を示す。つまり、Ｗｘ（ｔ１）＝ｗｘ（ｔ１）となる。そして、この重量信号Ｗｘ（ｔ）は、時間ｔの経過と共に徐々に減少し、最終的にゼロに収束する。

本参考例に係る計量装置１０は、このクリープ誤差ｗｘ（ｔ）の影響を排除する機能、言わばクリープ誤差補償機能を、備えている。これを実現するために、本参考例では、次のような工夫が施されている。

すなわち、上述したように最終クリープ値ｗｘ（∞）は荷重Ｗｘに対応するが、これまでの経験から、殆どの歪ゲージ式ロードセルについては、当該最終クリープ値ｗｘ（∞）の荷重Ｗｘに対する比率、言わば第１係数としてのクリープ比Ｋ（＝ｗｘ（∞）／Ｗｘ；従来技術におけるクリープ係数βに対応）は、荷重Ｗｘの大小に拘らず一定となることが、判明している。つまり、次の数３が成り立つ。

〔数３〕
Ｋ＝ｗｘ（∞）／Ｗｘ＝ｗｘ（∞）／Ｗｘ（０）＝一定

一方、時間ｔの経過に対するクリープ誤差ｗｘ（ｔ）の変化の態様（形状）は、最終クリープ値ｗｘ（∞）と等価なステップ信号が１次遅れ伝達関数（１／（１＋Ｔ・ｓ））で表される制御系に入力されたと仮定したときの当該制御系の出力応答波形（ステップ応答波形）に近似している。つまり、クリープ誤差ｗｘ（ｔ）は、次の数４で表すことができる。

〔数４〕
ｗｘ（ｔ）＝ｗｘ（∞）・｛１−ｅｘｐ（−ｔ／Ｔ）｝

ここで、Ｔは、重量センサ１２（歪ゲージ式ロードセル）の固有の時定数であり、具体的には、重量センサ１２に荷重Ｗｘが印加されてからクリープ誤差ｗｘ（ｔ）が最終クリープ値ｗｘ（∞）の０．６３２倍の値に達するまでに掛かる時間である。そして、この数４における最終クリープ値ｗｘ（∞）に、数３の変形式（ｗｘ（∞）について求めた式）を代入すると、当該数４は、次の数５のように表すことができる。

〔数５〕
ｗｘ（ｔ）＝Ｗｘ（０）・Ｋ・｛１−ｅｘｐ（−ｔ／Ｔ）｝

なお、クリープ誤差ｗｘ（ｔ）は、荷重Ｗｘと比べると非常に小さく、例えば、その最大値である最終クリープ値ｗｘ（∞）は、一般に荷重Ｗｘの数［％］以下、概ね１［％］程度である。つまり、数５におけるＷｘ（０）と、重量信号Ｗｘ（ｔ）との差は、１［％］以下である。従って、数５におけるＷｘ（０）に代えてＷｘ（ｔ）を用いることで、当該数５は、次の近似式で表すことができる。

〔数６〕
ｗｘ（ｔ）≒Ｗｘ（ｔ）・Ｋ・｛１−ｅｘｐ（−ｔ／Ｔ）｝

この数６によれば、荷重Ｗｘが印加されている任意の時点ｔにおいて、重量信号Ｗｘ（ｔ）と、クリープ比Ｋと、時定数Ｔとが判れば、当該任意の時点ｔにおけるクリープ誤差ｗｘ（ｔ）を推定することができる。そして、その推定値（以下、これを符号ｗｃ（ｔ）で表す。）を任意の時点ｔにおける重量信号Ｗｘ（ｔ）から差し引くことで、正確な荷重Ｗｘを求めることができる。つまり、クリープ誤差ｗｘ（ｔ）を補償することができる。

ただし、上述したように重量センサ１２の温度θによって最終クリープ値ｗｘ（∞）は変化し、ひいては所定係数としてのクリープ比Ｋも変化する。具体的には、温度θが高いほど、クリープ比Ｋ（厳密にはその絶対値）は大きくなる。そこで、本参考例では、クリープ比Ｋを重量センサ１２の温度θの関数とし、具体的には次の数７に示す２次式で表す。

〔数７〕
Ｋ（θ）＝ｃ１・θ^２＋ｃ２・θ＋ｃ３

ここで、ｃ１，ｃ２およびｃ３は、いずれも定数であり、例えば次のようにして求められる。すなわち、重量センサ１２の温度θを、θ１，θ２およびθ３という互いに異なる３つの温度に段階的に設定する。この設定は、例えば重量センサ１２を恒温槽内に設置することで、実現できる。なお、各温度θ１，θ２およびθ３は、例えば０［℃］，２０［℃］および４０［℃］とする。そして、これらの温度環境下において、重量センサ１２に任意の荷重Ｗｘ、例えば当該重量センサ１２の定格容量と等価なサンプル荷重Ｗｍを印加して、そのときの重量信号Ｗｘ（ｔ）を一定時間（例えばサンプリング周期；数［ｍｓ］）間隔でデータメモリ２４に順次記憶させる。そして、このデータメモリ２４に記憶された重量信号Ｗｘ（ｔ）から、各温度θ１，θ２およびθ３におけるＷ（０）とＷｘ（∞）とを抽出し、これらを上述の数２に代入して当該各温度θ１，θ２およびθ３における最終クリープ値ｗｘ（∞）を求める。さらに、この最終クリープ値ｗｘ（∞）と荷重Ｗｘとを上述の数３に代入することで、各温度θ１，θ２およびθ３におけるクリープ比Ｋ、言わばＫ（θ１），Ｋ（θ２）およびＫ（θ３）を求める。そして、これらのクリープ比（θ１），Ｋ（θ２）およびＫ（θ３）について、数８に示すように、上述の数７と同様の２次式を構成する。

〔数８〕
Ｋ（θ１）＝ｃ１・（θ１）^２＋ｃ２・θ１＋ｃ３
Ｋ（θ２）＝ｃ１・（θ２）^２＋ｃ２・θ２＋ｃ３
Ｋ（θ３）＝ｃ１・（θ３）^２＋ｃ２・θ３＋ｃ３

この数８に示す３つの２次式から成る３元２次方程式を解くことで、定数ｃ１、ｃ２およびｃ３を求めることができる。求めた定数ｃ１，ｃ２およびｃ３は、データメモリ２４に記憶される。

すなわち、実際の計量時、つまり上述した稼動モードにおいて、これらの定数ｃ１、ｃ２およびｃ３と、そのときの重量センサ１２の温度θとを、数７に代入することで、当該温度θに応じたクリープ比Ｋ（θ）が求められる。なお、最小自乗法などの他の方法によって、当該クリープ比Ｋ（θ）を求めてもよい。

また、上述の数６で示されるクリープ誤差ｗｘ（ｔ）の経時変化の態様を改めて観察すると、重量センサ１２の温度θによってクリープ誤差ｗｘ（ｔ）の変化速度が変わること、つまり当該クリープ誤差ｗｘ（ｔ）に含まれる時定数Ｔが変わることが、判明した。具体的には、上述と同様に重量センサ１２の温度θをθ１、θ２およびθ３（θ１＜θ２＜θ３）という互いに異なる３つの温度に段階的に設定すると共に、重量センサ１２に任意の荷重Ｗｘを印加して、それぞれの温度環境下における時定数Ｔを測定したところ、図３に誇張して示すように、温度θが高いほど時定数Ｔが大きくなること（ａ１＜ａ２＜ａ３）が判った。なお、上述したように、最終クリープ値ｗｘ（∞）（クリープ比Ｋ）もまた、温度θが高いほど大きくなる（ｂ１＜ｂ２＜ｂ３）。そこで、本参考例では、数６における時定数Ｔについても、重量センサ１２の温度θの関数とし、具体的には次の数９に示すような２次式で表す。

〔数９〕
Ｔ（θ）＝ｄ１・θ^２＋ｄ２・θ＋ｄ３

ここで、ｄ１，ｄ２およびｄ３は、いずれも定数であり、上述の数７における各定数ｃ１，ｃ２およびｃ３と同様に、次のようにして求められる。すなわち、当該定数ｃ１，ｃ２およびｃ３を求めるときにデータメモリ２４に記憶させた重量信号Ｗｘ（ｔ）から、各温度θ１，θ２およびθ３における時定数Ｔ、言わばＴ（θ１），Ｔ（θ２）およびＴ（θ３）を抽出する。そして、これらの時定数Ｔ（θ１），Ｔ（θ２）およびＴ（θ３）について、数１０に示すように、上述の数９と同様の２次式を構成する。

〔数１０〕
Ｔ（θ１）＝ｄ１・（θ１）^２＋ｄ２・θ１＋ｄ３
Ｔ（θ２）＝ｄ１・（θ２）^２＋ｄ２・θ２＋ｄ３
Ｔ（θ３）＝ｄ１・（θ３）^２＋ｄ２・θ３＋ｄ３

この数１０に示す３つの２次式から成る３元２次方程式を解くことで、定数ｄ１，ｄ２およびｄ３を求めることができる。求めた定数ｄ１，ｄ２およびｄ３は、データメモリ２４に記憶される。

そして、稼動モードにおいて、これらの定数ｄ１，ｄ２およびｄ３と、そのときの重量センサ１２の温度θとを、数９に代入すれば、当該温度θに応じた時定数Ｔ（θ）が求められる。なお、最小自乗法などの他の方法によっても、当該時定数Ｔ（θ）を求めることができる。

つまり、上述した数６に、数７および数９を代入することによって、荷重Ｗｘが印加されているときの任意の時点ｔにおけるクリープ誤差ｗｘ（ｔ）を推定することができる。すなわち、推定クリープ誤差ｗｃ（ｔ）は、次の数１１で表される。

〔数１１〕
ｗｃ（ｔ）＝Ｗｘ（ｔ）・Ｋ（θ）・［１−ｅｘｐ｛−ｔ／Ｔ（θ）｝］
≒ｗｘ（ｔ）

そして、この数１１で求められた推定クリープ誤差ｗｃ（ｔ）を重量信号Ｗｘ（ｔ）から差し引くことで、正確な荷重を求めることができる。つまり、荷重Ｗｘの計量値Ｗｘ（ｔ）’は、次の数１２で表される。

〔数１２〕
Ｗｘ（ｔ）’＝Ｗｘ（ｔ）−ｗｃ（ｔ）≒Ｗｘ

このようにして重量信号Ｗｘ（ｔ）から荷重Ｗｘの計量値Ｗｘ（ｔ）’を求めるための制御系を図で表すと、図４のようになる。すなわち、この補償手段としての制御系は、重量信号Ｗｘ（ｔ）からクリープ誤差ｗｘ（ｔ）を推定するための推定手段としての制御要素５０と、この制御要素５０によって推定された推定クリープ誤差ｗｃ（ｔ）を重量信号Ｗｘ（ｔ）から差し引く差引手段としての制御要素５２とを、備えている。さらに、制御要素５０は、Ｋ（θ）という伝達関数を有する係数補正手段としての制御要素５４と、１／（１＋Ｔ（θ）・ｓ）という１次遅れ伝達関数を有する時定数補正手段としての制御要素５６とを、備えており、重量信号Ｗｘ（ｔ）は、これらの制御要素５４および５６によって連続処理されることで、推定クリープ誤差ｗｃ（ｔ）に変換される。また、各制御要素５４および５６には、温度センサ３２から重量センサ１２の温度θを表す情報が与えられており、この温度θに応じて当該各制御要素５４および５６の伝達関数が補正され、つまり温度補償される。

かかる制御系は、例えばハードウェアによって構成することができるが、本参考例では、これと同様の機能を、ＣＰＵ２２によって実現する。このため、ＣＰＵ２２は、上述した稼動モードにおいて、図５のフローチャートで示される各処理を実行する。なお、このフローチャートに示される処理を実行する前に、計量装置１２は、調整モードにおいて零点調整およびスパン調整される。また、併せて、当該調整モードにおいて、上述した数７における定数ｃ１，ｃ２およびｃ３と、数８における各定数ｄ１，ｄ２およびｃ３とが、算出され、データメモリ２４に記憶される。この調整モードおよび稼動モードの選択は、操作キー３０によって行われる。さらに、ＣＰＵ２２は、稼動モードにおいて荷重Ｗｘが印加されているか否かを一時的に記録するための後述するフラグＦを備えている。このフラグＦは、稼動モードが選択される直前に一度リセットされ、つまりＦ＝０とされる。

図５を参照して、稼動モードが選択されると、ＣＰＵ２２は、まず、ステップＳ１において、今現在、重量信号Ｗｘ（ｔ）をサンプリングするタイミングであるか否かを判断する。そして、サンプリングタイミングになると、ステップＳ３に進み、重量信号Ｗｘ（ｔ）をサンプリングする。そして、ステップＳ５において、当該重量信号Ｗｘ（ｔ）から重量センサ１２に荷重Ｗｘが印加されたか否かを判断する。この判断は、重量信号Ｗｘ（ｔ）が所定の閾値を上回るか否かによって行われる。

ステップＳ５において荷重Ｗｘが印加されたと判断すると、ＣＰＵ２２は、ステップＳ７に進み、上述のフラグＦに“０”が設定されているか否かを判断する。ここで、フラグＦに“０”が設定されている場合、つまりフラグＦによれば荷重Ｗｘが印加されていないことになっている場合は、ステップＳ９に進み、当該フラグＦに“１”を設定する。そして、ステップＳ１１において、時間ｔを計測するためのカウンタのカウント値を一度リセットした後、当該カウンタによるカウント動作をスタートさせる。さらに、ステップＳ１３において、温度センサ３２によって検出された重量センサ１２の温度θに関する情報を取り込む。なお、上述のステップＳ７においてフラグＦに“０”が設定されていない場合、つまり当該フラグＦによれば荷重ｗｘが印加されていることになっている場合は、ステップＳ９およびステップＳ１１をスキップして、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３において温度θに関する情報を取り込んだ後、ＣＰＵ２２は、ステップＳ１５に進み、上述した数７に基づいて当該温度θに対応するクリープ比Ｋ（θ）を算出する。そして、ステップＳ１７において、数９に基づき当該温度θに対応する時定数Ｔ（θ）を算出した後、ステップＳ１９に進み、上述の数１１から推定クリープ誤差ｗｃ（ｔ）を算出する。さらに、ステップＳ２１において、上述の数１２から補償重量信号Ｗｘ（ｔ）’を算出する。

そして、ＣＰＵ２２は、ステップＳ２３に進み、上述したデータメモリ２４に記憶されている変換式を用いて、補償重量信号Ｗｘ（ｔ）’がどれくらいの荷重Ｗｘを示しているのかを判定する。そして、ステップＳ２５において、当該ステップＳ２３における判定結果Ｗｘ’に基づいて上述した計量値表示信号を生成し、これを入出力回路２０経由で液晶ディスプレイ２６に入力する。これによって、液晶ディスプレイ２６に、荷重Ｗｘの計量値Ｗｘ’が表示される。このステップＳ２５の実行後、ＣＰＵ２２は、ステップＳ１に戻る。

一方、上述のステップＳ５において荷重Ｗｘが印加されていないと判断した場合、ＣＰＵ２２は、ステップＳ２７に進む。そして、このステップＳ２７において、フラグＦに“１”が設定されているか否かを判断する。ここで、フラグＦに“１”が設定されている場合、つまりフラグＦによれば荷重Ｗｘが印加されていることになっている場合は、ステップＳ２９に進み、当該フラグＦに“０”を設定する。そして、ステップＳ３１において、液晶ディスプレイ２６の表示をクリア（消去）した後、ステップＳ１に戻る。なお、ステップＳ２７においてフラグＦに“１”が設定されていない場合には、ステップＳ２９およびステップＳ３１をスキップして、直接ステップＳ１に戻る。

このように、本参考例に係る計量装置１０によれば、重量センサ１２の温度θに応じてクリープ誤差ｗｘ（ｔ）が補償され、この補償対象には、クリープ比Ｋのみならず、時定数Ｔも含まれる。従って、時定数要素については補償されない上述の従来技術に比べて、より精細な温度補償が行われる。よって、従来よりもさらに正確なクリープ誤差補償を実現することができる。このようなクリープ誤差補償は、例えば非自動秤のように計測に比較的に長い時間が掛かる計量装置１０に、特に有効である。

なお、本参考例においては、ＣＰＵ２２によって言わばソフトウェア的に図５の制御系を構成したが、上述したようにハードウェアによって当該制御系を構成してもよい。また、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）を用いてもよい。

そして、温度センサ３２によって重量センサ１２自体の温度θを測定することとしたが、これに代えて、当該重量センサ１２が設置されている環境（空間）の温度を測定してもよい。

さらに、上述した数１１における重量信号Ｗｘ（ｔ）に代えて、荷重Ｗｘが印加された時点での（またはその直後の）重量信号Ｗｘ（０）を用いてもよい。これを実現するには、例えば荷重Ｗｘが印加されたとき、その時点での（直後の）重量信号Ｗｘ（０）をデータメモリ２４に記憶させる。そして、このデータメモリ２４に記憶された重量信号Ｗｘ（０）を、数１１に代入する。このようにすれば、より正確にクリープ誤差ｗｘ（ｔ）を推定することができ、ひいてはより正確なクリープ誤差補正を実現できる。

また、クリープ比Ｋ（θ）については上述の数７に基づいて算出することとしたが、これに限らない。例えば、上述した調整モードにおいて、各温度θに対するクリープ比Ｋ（θ）を予め算出し、その算出結果を上述とは別のテーブルデータという形でデータメモリ２４に記憶しておく。そして、稼動モードにおいて、温度θに応じて当該テーブルデータを参照することで、当該温度θに対応するクリープ比Ｋ（θ）を求めてもよい。時定数Ｔ（θ）についても、同様の要領で求めてもよい。

この参考例を念頭に置いて、本発明の具体的な一実施形態について、次に説明する。

すなわち、上述の参考例においては、殆どの歪ゲージ式ロードセルについて、温度θが一定であれば荷重Ｗｘの大小に拘らずクリープ比Ｋが一定である旨、説明したが、本実施形態は、かかる性質とは異なる歪ゲージ式ロードセルを重量センサ１２として採用する計量装置１０に、特に有効である。図６を参照して、一部の歪ゲージ式ロードセルでは、温度θが一定であっても、荷重Ｗｘの大小によって最終クリープ値ｗｘ（∞）が変わること、つまりクリープ比Ｋ（θ）が変わることがある。歪ゲージ式ロードセル以外の重量センサ１２においても、これと同様の性質を持つものがある。そこで、本実施形態では、このような荷重Ｗｘの大小によるクリープ比Ｋ（θ）の変化分を補償するための手段を講じる。

具体的には、まず、荷重Ｗｘの大小によってクリープ比Ｋ（θ）がどれくらい変わるのかを把握する。すなわち、重量センサ１２の温度θを或る一定の温度、例えば上述したθ２（＝２０［℃］）に設定する。そして、この状態で、重量センサ１２に対し、Ｗｘ１，Ｗｘ２およびＷｘ３という互いに異なる３つの荷重Ｗｘを、十分に時間間隔を置いて、換言すればクリープ誤差ｗｘ（ｔ）のない状態で、個別に印加させる。なお、各荷重Ｗｘ１，Ｗｘ２およびＷｘ３は、例えば上述したサンプル荷重Ｗｍの１倍（Ｗｍ）、１／２倍（Ｗｍ／２）および１／４倍（Ｗｍ／４）の値とするのが、望ましい。そして、これらの荷重Ｗｘ１，Ｗｘ２およびＷｘ３が印加されたときの重量信号Ｗｘ（ｔ）を、一定時間（例えばサンプリング周期）間隔でデータメモリに順次記憶させる。そして、この記憶された重量信号Ｗｘ（ｔ）から、各荷重Ｗｘ１，Ｗｘ２およびＷｘ３のそれぞれに対するＷｘ（０）とＷｘ（∞）とを抽出し、その抽出結果から当該各荷重Ｗｘ１，Ｗｘ２およびＷｘ３のそれぞれに対する最終クリープ値ｗｘ（∞）を求める。さらに、それぞれの最終クリープ値ｗｘと各荷重Ｗｘ１，Ｗｘ２およびＷｘ３とから、当該各荷重Ｗｘ１，Ｗｘ２およびＷｘ３に対するクリープ比Ｋ（θ２，Ｗｘ１），Ｋ（θ２，Ｗｘ２）およびＫ（θ２，Ｗｘ３）を求める。

次に、これらのクリープ比Ｋ（θ２，Ｗｘ１），Ｋ（θ２，Ｗｘ２）およびＫ（θ２，Ｗｘ３）から、荷重Ｗｘが変わることによってクリープ比Ｋ（θ）がどれくらい変動するのかを把握する。すなわち、各クリープ比Ｋ（θ２，Ｗｘ１），Ｋ（θ２，Ｗｘ２）およびＫ（θ２，Ｗｘ３）のうちの１つ、例えば荷重Ｗｘ１（＝Ｗｍ）に対するクリープ比Ｋ（θ２，Ｗｘ１）と、それぞれのクリープ比Ｋ（θ２，Ｗｘ１），Ｋ（θ２，Ｗｘ２）およびＫ（θ２，Ｗｘ３）との比率、言わば第２係数としての変動率Ｒ（Ｗｘ１），Ｒ（Ｗｘ２）およびＲ（Ｗｘ３）を、次の数１３に基づいて求める。

〔数１３〕
Ｒ（Ｗｘ１）＝Ｋ（θ２，Ｗｘ１）／Ｋ（θ２，Ｗｘ１）＝１
Ｒ（Ｗｘ２）＝Ｋ（θ２，Ｗｘ２）／Ｋ（θ２，Ｗｘ１）
Ｒ（Ｗｘ３）＝Ｋ（θ２，Ｗｘ３）／Ｋ（θ２，Ｗｘ１）

そして、これら変動率Ｒ（Ｗｘ１），Ｒ（Ｗｘ２）およびＲ（Ｗｘ３）のそれぞれについて、定数ｑ１，ｑ２およびｑ３を用いて、次の数１４に示すような２次式を構成する。

〔数１４〕
Ｒ（Ｗｘ１）＝ｑ１・（Ｗｘ１）^２＋ｑ２・Ｗｘ１＋ｑ３
Ｒ（Ｗｘ２）＝ｑ１・（Ｗｘ２）^２＋ｑ２・Ｗｘ２＋ｑ３
Ｒ（Ｗｘ３）＝ｑ１・（Ｗｘ３）^２＋ｑ２・Ｗｘ３＋ｑ３

さらに、これら３つの２次式から成る３元２次方程式を解いて、各定数ｄ１，ｄ２およびｄ３を求める。そして、これらの定数ｄ１，ｄ２およびｄ３を用いて、数１５に示すように任意の荷重Ｗｘを変数とする２次式を構成する。

〔数１５〕
Ｒ（Ｗｘ）＝ｑ１・Ｗｘ^２＋ｑ２・Ｗｘ＋ｑ３

この数１５は、任意の荷重Ｗｘに対するクリープ比Ｋ（θ）の変動率Ｒ（Ｗｘ）を表している。従って、この変動率Ｒ（Ｗｘ）をクリープ比Ｋ（θ）に乗ずれば、荷重Ｗｘの違いによる当該クリープ比Ｋ（θ）の変化分を補償することができることになる。

なお、上述したように、実際の荷重Ｗｘと重量信号Ｗｘ（ｔ）で表される計量値との差は、概ね１［％］以下である。従って、この数１５における荷重Ｗｘに代えて、重量信号Ｗｘ（ｔ）を用いることができる。つまり、数１５は、次の数１６の近似式で表すことができる。

〔数１６〕
Ｒ｛Ｗｘ（ｔ）｝＝ｑ１・｛Ｗｘ（ｔ）｝^２＋ｑ２・Ｗｘ（ｔ）＋ｑ３

つまり、この数１６で表される変動率Ｒ｛Ｗｘ（ｔ）｝を上述した数１１に乗ずれば、荷重Ｗｘの大小の影響を受けずに正確にクリープ誤差ｗｘ（ｔ）を推定することができる。これを式で表すと、次の数１７のようになる。

〔数１７〕
ｗｃ（ｔ）＝Ｗｘ（ｔ）・Ｋ（θ）・Ｒ｛Ｗｘ（ｔ）｝・［１−ｅｘｐ｛−ｔ／Ｔ（θ）｝］
≒ｗｘ（ｔ）

この数１７からも明らかなように、図７に示すような制御系を構成すれば、荷重Ｗｘの大小に拘らず、当該荷重Ｗｘを正確に求めることができる。すなわち、図７に示す制御系は、上述した図４の制御系における制御要素５４の出力側と制御要素５６の入力側との間に、Ｒ｛Ｗｘ（ｔ）｝という伝達関数を有する対重量補償手段としての制御要素６０を設けたものである。この制御要素６０には重量信号Ｗｘ（ｔ）が入力され、この重量信号Ｗｘ（ｔ）に応じて当該制御要素６０の伝達関数Ｒ｛Ｗｘ（ｔ）｝が補正され、これによって当該重量信号Ｗｘ（ｔ）によるクリープ比Ｋ（θ）の変化分が補償される。

この図７に示す制御系もまた、例えばハードウェアによって構成できるが、本実施形態では、これと同様の機能を、ＣＰＵ２２によって実現する。このため、ＣＰＵ２２は、上述した稼動モードにおいて、図８のフローチャートで示される各処理を実行する。なお、このフローチャートに示される処理を実行する前に、上述した各定数ｑ１，ｑ２およびｑ３は、調整モードにおいて算出され、データメモリ２４に記憶される。

図８に示すように、本実施形態におけるフローチャートは、図５に示した参考例におけるフローチャートにおいて、ステップＳ１５とステップＳ１７との間にステップＳ４１を新たに設けると共に、ステップＳ１９における推定クリープ誤差ｗｃ（ｔ）の算出式として数１１ではなく数１７を用いるものである。これ以外については、図５と同様であるので、これら同様な部分についての説明は省略する。

すなわち、ステップＳ１５においてクリープ比Ｋ（θ）を算出した後、ＣＰＵ２２は、ステップＳ４１に進み、数１６に基づいて変動率Ｒ｛Ｗｘ（ｔ）｝を算出する。そして、ステップＳ１７において、時定数Ｔ（θ）を算出し、さらに、ステップＳ１９において、上述の数１７から推定クリープ誤差ｗｃ（ｔ）を算出する。これによって、荷重Ｗｘの大小の影響を受けない正確な推定クリープ誤差ｗｃ（ｔ）が算出され、ひいては正確な計量値が得られる。

このように、本実施形態によれば、荷重Ｗｘの大小によってクリープ比Ｋ（θ）が変化しても、このクリープ比Ｋ（θ）の変化分は、当該荷重Ｗｘに応じて補償される。従って、荷重Ｗｘの大小の影響を受ける重量センサ１２であっても、そのクリープ誤差ｗｘ（ｔ）を正確に補償することができる。

なお、本実施形態では、上述の数１６に基づいて変動率Ｒ｛Ｗｘ（ｔ）｝を求めたが、これに代えて、荷重Ｗｘが印加された時点での（またはその直後の）重量信号Ｗｘ（０）を変数とする変動率Ｒ｛Ｗｘ（０）｝を用いてもよい。そして、数１７におけるＲ｛Ｗｘ（ｔ）｝に代えて、当該変動率Ｒ｛Ｗｘ（０）｝を用いることで、推定クリープ誤差ｗｘ（ｔ）を求めてもよい。このようにすれば、より正確な推定クリープ誤差ｗｃ（ｔ）を求めることができ、ひいてはより正確なクリープ誤差補正を実現できる。

また、変動率Ｒ｛Ｗｘ（ｔ）｝を、計算によって求めるのではなく、予め設定されたテーブルデータに基づいて算出してもよい。すなわち、上述の調整モードにおいて、各荷重Ｗｘに対する変動率Ｒ｛Ｗｘ（ｔ）｝を予め算出し、その算出結果をテーブルデータという形でデータメモリ２４に記憶しておく。そして、稼動モードにおいて、重量信号Ｗｘ（ｔ）に応じて当該テーブルデータを参照することで、荷重Ｗｘ（重量信号Ｗｘ（ｔ））に適した変動率Ｒ｛Ｗｘ（ｔ）｝を求めてもよい。

次に、本発明の別の参考例について、説明する。

この別の参考例は、図１に示した構成における重量センサ１２に図示しない載置台が取り付けられている場合に、当該載置台によって生じるクリープ誤差の影響を排除するものである。

すなわち、載置台が存在する場合には、当該載置台の重量をＷｉとすると、重量信号Ｗｘ（ｔ）は、次の数１８で表される。

〔数１８〕
Ｗｘ（ｔ）＝Ｗｘ＋ｗｘ（ｔ）＋Ｗｉ

ここで、載置台の重量Ｗｉには、当該載置台によって生じるクリープ誤差が含まれており、このクリープ誤差は既に最終クリープ値に達している、と考えられる。そこで、上述した調整モードにおいて、当該クリープ誤差を含む載置台の重量Ｗｉを計測し、その計測値、言わば初期荷重をデータメモリ２４、特にＰＲＯＭまたはＥＥＰＲＯＭに記憶しておく。そして、稼動モードにおいて、数１９に示すように重量信号Ｗｘ（ｔ）から当該初期荷重Ｗｉを排除することで、荷重Ｗｘおよび当該荷重Ｗｘによるクリープ誤差ｗｘ（ｔ）のみの信号成分Ｗｘａ（ｔ）を算出する。

〔数１９〕
Ｗｘａ（ｔ）＝Ｗｘ（ｔ）−Ｗｉ＝Ｗｘ＋ｗｘ（ｔ）

そして、この数１９によって算出された信号Ｗｘａ（ｔ）から、上述した要領でクリープ誤差ｗｘ（ｔ）を推定する。つまり、数１１または数１７におけるＷｘ（ｔ）にＷｘａ（ｔ）を代入して、推定クリープ誤差ｗｃ（ｔ）を算出する。

この論理を図で表すと、図９のようになる。すなわち、図９は、図７に示した本発明の実施形態における制御系に、初期荷重Ｗｉに対応する制御値を有する制御要素７０と、重量信号Ｗｘ（ｔ）から当該制御値Ｗｉを排除する制御要素７２とを、付加したものである。そして、この言わば排除手段としての制御要素７２によって初期荷重Ｗｉが排除された後の信号Ｗｘａ（ｔ）が、各制御要素５２，５４および６０に入力される。

この別の参考例では、図９に示す制御系をＣＰＵ２２によって実現する。具体的には、図１０のフローチャートで示される各処理をＣＰＵ２２に実行させる。

図１０に示すように、この別の参考例におけるフローチャートは、図８に示した本発明の実施形態におけるフローチャートにおいて、ステップＳ３とステップＳ５との間にステップＳ５１を新たに設けると共に、図８におけるステップＳ４１に代えてステップＳ５３を設けたものである。これ以外については、図８と同様であるので、同様な部分についての説明は省略する。

すなわち、ステップＳ３において重量信号Ｗｘ（ｔ）をサンプリングした後、ＣＰＵ２２は、ステップＳ５１に進み、数１９に基づいて当該重量信号Ｗｘ（ｔ）から初期荷重Ｗｉを排除し、つまり信号Ｗｘａ（ｔ）を算出する。そして、ステップＳ５において、当該初期荷重Ｗｉ排除後の信号Ｗｘａ（ｔ）から、重量センサ１２に荷重Ｗｘが印加されたか否かを判断する。この判断は、重量信号Ｗｘａ（ｔ）が所定の閾値を上回るか否かによって行われる。また、ステップＳ１５の実行後のステップＳ５３においては、数１６に基づいて信号Ｗｘａ（ｔ）を変数とする変動率Ｒ｛Ｗｘａ（ｔ）｝を算出する。

このように、本発明の別の参考例によれば、重量信号Ｗｘ（ｔ）から初期荷重Ｗｉが排除され、この排除後の信号Ｗｘａ（ｔ）に基づいてクリープ誤差ｗｘ（ｔ）が補償されるので、当該初期荷重Ｗｉに起因するクリープ誤差の影響が排除される。従って、初期荷重Ｗｉの存在に関係なく、正確なクリープ誤差補償を実現できる。

また、初期荷重Ｗｉは、ＰＲＯＭまたはＥＥＰＲＯＭ構成のデータメモリ２４、つまり不揮発性メモリに記憶されるので、計量装置１０の電源がＯＦＦされても、当該初期荷重Ｗｉのデータは消去されない。従って、改めて電源がＯＮされたときには、上述した調整モードによって初期荷重Ｗｉを計測しなくても、当該初期荷重Ｗｉによるクリープ誤差を排除することができる。

なお、この別の参考例では、図９に示したように、図７の制御系に制御要素７０および７２を付加する構成としたが、これに限らない。例えば、上述した図４における制御系に当該各制御要素７０および７２を付加してもよい。換言すれば、図５に示したフローチャートのステップＳ３とステップＳ５との間にステップＳ５１を設け、かかるフローチャートに従ってＣＰＵ２２を動作させてもよい。

以上の説明では、重量センサ１２がプラスクリープ特性を有する場合について例示したが、これに限らない。すなわち、重量センサ１２によっては、図１１に示すように、荷重Ｗｘが印加されたときに時間ｔの経過と共に重量信号Ｗｘ（ｔ）が減少するという、いわゆるマイナスクリープ特性を有するものがあるが、このような重量センサ１２が採用された計量装置１０にも、本発明を適用することができる。

本発明の参考例に係る計量装置の概略構成を示すブロック図である。 同参考例における重量信号の経時変化を示すグラフである。 同参考例における重量センサの温度の違いに対するクリープ誤差の差異を示すグラフである。 同参考例における制御系の構成を概念的に示すブロック図である。 同参考例におけるＣＰＵの動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態の特徴を説明するためのグラフである。 同実施形態における制御系の構成を概念的に示すブロック図である。 同実施形態におけるＣＰＵの動作を示すフローチャートである。 本発明の別の参考例における制御系の構成を概念的に示すブロック図である。 当該別の参考例におけるＣＰＵの動作を示すフローチャートである。 図２とは異なる態様の重量信号の経時変化を示すグラフである。

符号の説明

１０ 計量装置
２２ ＣＰＵ
３２ 温度センサ
５０、５２、５４、５６ 制御要素

Claims (2)

1. 重量検出手段に印加された荷重に対応する重量信号のクリープ現象による誤差を補償するクリープ誤差補償装置において、
   上記重量信号に対し上記誤差の経時変化の態様と相関する伝達関数に基づく処理を含む所定の処理を施して該誤差を補償する補償手段を具備し、
   上記伝達関数は上記誤差の最終値と相関する第１係数を含み、
   上記第１係数は上記荷重によって変わり、
   上記重量信号に応じて上記伝達関数を補正する対重量補正手段をさらに具備すること、
   を特徴とする、重量信号のクリープ誤差補償装置。
2. 上記伝達関数は上記荷重の変化に対する上記第１係数の変動率を表す第２係数を含み、
   上記第２係数は上記荷重の関数であり、
   上記対重量補正手段は上記重量信号に応じて上記第２係数を補正する、
   請求項１に記載の重量信号のクリープ誤差補償装置。

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