JP2013174570A - 質量測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】物品にその質量に適した加速度を適した方向に作用させることによって、質量の大小に関係なく精度よく質量測定することができる装置を提供する。
【解決手段】質量測定装置１００では、記憶部４９が質量測定範囲ごとに適した加速度を適用加速度として記憶している。制御部４０は、入力部７から入力された質量測定範囲に対応する適用加速度を記憶部４９から読み取り、ロボットアーム３を介して物品Ｑにその適用加速度を作用させ、そのときの力センサ１の出力を読み取る。
それゆえ、質量測定装置１００では、物品の質量が小さいときには大きな加速度が作用するように物品を移動させ、物品の質量が大きいときには小さな加速度が作用するように物品を移動させればよいので、1台の装置でも質量の大小に関係なく精度よく質量測定することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、質量測定装置に関し、特に移動している物品の質量をその移動時に測定する質量測定装置に関する。

特許文献１（特開平１０−３３９６６０号公報）に開示されている質量測定装置は、重力加速度センサによって重力加速度を検出し、その重力加速度で計量器の出力信号を除算して秤量台と非測定物との合計質量を求め、その合計質量から秤量台の質量を減じて被測定物の質量を求めている。それゆえ、振動や設置場所の影響を受けずに正確に質量を測定することができる。

しかしながら、上記特許文献１に記載の質量測定装置は、物品に作用する重力によってロードセルが垂直方向へ変位することを利用しているので、ロードセルが重力によっては変位しない状態になる場合、物品の質量を検出することができなくなる。

それゆえ、例えば、マニピュレータやロボットハンドのように、物品を持ち上げて移動させる先端部にロードセルを取り付けて、持ち上げた物品を移動している最中に、その物品の質量を測定しようとしても、従来技術では困難である。

さらに、物品に一定の加速度（重力加速度）が作用するという条件下で測定されている以上、質量が小さい物品と質量が大きい物品とを測定レンジの大きい１台の計量器で計量しようとすれば、質量の小さい物品を測定する際の測定精度が劣るという問題がある。

本発明の課題は、物品にその質量に適した加速度を適した方向に作用させることによって、質量の大小に関係なく精度よく質量測定することができる装置を提供する。

本発明の第１観点に係る質量測定装置は、物品を移動させ、その際に物品に作用する力および加速度から物品の質量を算出する質量測定装置であって、保持機構と、移動機構と、力測定部と、加速度測定部と、制御部と、入力部と、記憶部とを備えている。保持機構は、物品を保持する。移動機構は、保持機構を移動させる。力測定部は、保持機構と移動機構との間に設けられて、移動時の物品に作用する力を測定する。加速度測定部は、移動時の物品に作用する加速度を測定する。制御部は、保持機構および移動機構を運転制御し、移動時の物品に作用する力および加速度に基づいて物品の質量を算出する。入力部は、測定対象となる物品の質量測定範囲を入力する。記憶部は、質量測定範囲ごとに適した加速度を適用加速度として記憶する。また、制御部は、入力された質量測定範囲に対応する適用加速度を記憶部から読み取り、移動機構を介して物品にその適用加速度を作用させ、そのときの力測定部の出力を読み取る。

この質量測定装置では、物品の質量が小さいときには大きな加速度が作用するように物品を移動させ、物品の質量が大きいときには小さな加速度が作用するように物品を移動させればよいので、1台の装置でも質量の大小に関係なく精度よく質量測定することができる。

本発明の第２観点に係る質量測定装置は、物品を移動させ、その際に物品に作用する力および加速度から物品の質量を算出する質量測定装置であって、保持機構と、移動機構と、力測定部と、加速度測定部と、制御部と、入力部と、記憶部とを備えている。保持機構は、物品を保持する。移動機構は、保持機構を移動させる。力測定部は、保持機構と移動機構との間に設けられて、移動時の物品に作用する力を測定する。加速度測定部は、移動時の物品に作用する加速度を測定する。制御部は、保持機構および移動機構を運転制御し、移動時の物品に作用する力および加速度に基づいて物品の質量を算出する。入力部は、測定対象となる物品の質量測定範囲を入力する。記憶部は、質量測定範囲ごとに適した加速度を適用加速度として記憶する。また、制御部は、設定された質量測定範囲に対応する適用加速度を記憶部から読み取り、移動機構を介して物品を移動させ、物品に適用加速度が作用したときの力測定部の出力を読み取る。

この質量測定装置では、物品の移動中に常に適用加速度を作用させる必要はなく、加速度を増加させる過程で、もしくは加速度を減少させる過程で適用加速度が物品に作用するように物品を移動させればよい。

本発明の第３観点に係る質量測定装置は、第１観点または第２観点に係る質量測定装置であって、報知部をさらに備えている。制御部は、質量測定範囲および適用加速度に基づいて、測定対象となる物品が力測定部の定格に適合するか否かを判定し、その判定結果を報知部に出力する。

この質量測定装置では、物品の質量測定範囲および適用加速度から物品に作用する力が推定され、その力が力測定部の定格外で測定不能か否かを事前に知ることができるので、装置のオペレータにとって使い勝手がよい。

本発明の第４観点に係る質量測定装置は、第１観点から第３観点のいずれか１つに係る質量測定装置であって、力測定部が、少なくとも物品が鉛直方向に移動するときに物品に作用する力を出力する。制御部は、物品の質量測定範囲が所定値より小さい範囲にあるとき、物品の鉛直上昇時に物品に適用加速度を作用させてそのときの力測定部の出力を読み取る。

例えば、力測定部がロードセルで鉛直方向の力を検出するとき、軽い物品の場合、その物品に作用させる加速度が小さすぎると、力測定部の出力が小さすぎるので検出精度が低下する。

この質量測定装置では、物品を上昇加速させて、絶対値で重力加速度よりも大きい適度な加速度を物品に作用させることができるので、質量の小さい物品でも適度な加速度下で計量することが可能となる。

本発明の第５観点に係る質量測定装置は、第１観点から第３観点のいずれか１つに係る質量測定装置であって、力測定部が、少なくとも物品が鉛直方向に移動するときに物品に作用する力を出力する。制御部は、物品の質量測定範囲が所定値以上の範囲にあるとき、物品の鉛直下降時に物品に適用加速度を作用させてそのときの力測定部の出力を読み取る。

例えば、力測定部がロードセルで鉛直方向の力を検出するとき、力測定部には既に物品の重量に相当する一定の力が下向きに作用しているので、物品に作用させる加速度を大きくし過ぎるとオーバーロードとなり破壊される可能性がある。特に、質量の大きい物品が上向きに加速運動すると力測定部の上限点を超過することになる。

この質量測定装置では、物品に絶対値で重力加速度よりも小さい加速度が作用するように下降加速させることができるので、質量の大きい物品でも適度な加速度下で計量することが可能となる。

本発明の第６観点に係る質量測定装置は、第１観点から第３観点のいずれか１つに係る質量測定装置であって、力測定部が、物品が鉛直および水平のいずれかの方向に移動するとき物品に作用する力を出力する。制御部は、物品の質量測定範囲が所定値より小さい範囲にあるとき、物品の鉛直上昇時に物品に適用加速度を作用させてそのときの力測定部の出力を読み取る。また、物品の質量測定範囲が所定値以上の範囲にあるとき、物品の水平移動時に物品に適用加速度を作用させてそのときの力測定部の出力を読み取る。

この質量測定装置では、例えば、質量の小さい物品に絶対値で重力加速度よりも大きい加速度を作用させて質量を測定したいときは、鉛直上方に加速することによって物品に絶対値で重力加速度以上の加速度を作用させることができる。

逆に、質量の大きい物品に絶対値で重力加速度よりも小さい加速度を作用させて質量を測定したいときは、水平方向に絶対値で重力加速度未満の加速度で加速させる。

その結果、物品の質量の大小に応じて装置を換える必要がない。

本発明の質量測定装置では、物品の質量が小さいときには大きな加速度が作用するように物品を移動させ、物品の質量が大きいときには小さな加速度が作用するように物品を移動させればよいので、1台の装置でも質量の大小に関係なく精度よく質量測定することができる。

本発明の一実施形態に係る質量測定装置の概略斜視図。 図１の質量測定装置をばね−質量系で表わしたときの当該質量測定装置の２自由度モデル。 零点調整用の既知の分銅を用いて力センサおよび加速度センサから得られた検出信号を示すグラフ。 スパン調整用の既知の分銅を用いて力センサおよび加速度センサから得られた検出信号を示すグラフ。 質量ｍの被測定物を用いて力センサおよび加速度センサから得られた検出信号を示すグラフ。 質量測定装置の制御系のブロック図。 質量測定装置の力センサおよび加速度センサによって検出された信号を処理する信号処理回路図。 質量測定装置の制御フローチャート。 第１変形例に係る質量測定装置の概略側面図。 第１変形例に係る質量測定装置の制御フローチャート。 第２変形例に係る質量測定装置の概略側面図。

以下図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

（１）質量測定装置１００の構成
図１は、本発明の一実施形態に係る質量測定装置１００の概略斜視図である。図１において、質量測定装置１００は、力センサ１と、吸着部２と、ロボットアーム３と、加速度センサ４とを備えている。

力センサ１は、移動中の物品Ｑに作用する力を検出する。力センサ１には、例えば、歪みゲージ式ロードセルが採用される。歪みゲージ式ロードセルは、移動によって自由端側が固定端側に対して相対的に変位し、それによって自由端側に作用する力を検出することができる。

吸着部２は、物品Ｑを保持する。吸着部２には、エアー吸着機構、或いは、エアーチャック機構が採用される。なお、吸着部２は、エアー吸着機構やエアーチャック機構などに限定されるものではなく、モータ駆動のフィンガー機構であってもよい。

ロボットアーム３は、吸着部２を三次元的に移動させる。また、ロボットアーム３は、所定の回転軸ＣＡを中心にしてＣＷ方向およびＣＣＷ方向に回転することもできる。なお、ロボットアーム３としては、例えば、水平多関節ロボットや垂直多関節ロボット、あるいは、パラレルリンクロボット等が適切である。

加速度センサ４は、物品Ｑに作用する加速度を検出する。加速度センサ４としては、例えば、歪みゲージ式ロードセル、ＭＥＭＳ型の小型加速度センサ、及び一般的な市販の加速度センサのいずれかが適宜採用される。

なお、力センサ１は吸着部２とロボットアーム３との間に設けられ、加速度センサ４は吸着部２に隣接するように設けられる。以下で説明する実施形態では、力センサ１及び加速度センサ４ともに歪みゲージ式ロードセルが採用され、力センサ１及び加速度センサ４は水平方向に移動する物品Ｑに作用する力と加速度を検出する。

（２）質量測定の原理
図２は、図１の質量測定装置１００をばね−質量系で表わしたときの当該質量測定装置の２自由度モデルである。

図２において、ｍは物品Ｑの質量、Ｍ₁は力センサ１の質量、Ｍ₂は加速度センサ４の質量である。また、ｋ₁は力センサ１のばね定数、ｋ₂は加速度センサ４のばね定数である。ｘ₁は力センサ１の変位量、ｘ₂は加速度センサ４の変位量とする。

物品Ｑに加速度が作用したときの運動方程式は、
（ｍ＋Ｍ₁）ｄ²ｘ₁／ｄｔ²＝−ｋ₁（ｘ₁−ｙ）＋ｋ₂（ｘ₁−ｘ₂） （１）
Ｍ₂ｄ²ｘ₂／ｄｔ²＝−ｋ₂（ｘ₂−ｘ₁） （２）
として表される。また（１）式を変形すると、
ｍ＝[−ｋ₁（ｘ₁−ｙ）＋ｋ₂（ｘ₁−ｘ₂）]／（ｄ²ｘ₁／ｄｔ²）−Ｍ₁ （３）
となる。さらに、加速度センサ４の剛性が大きいことを考慮すると、
ｄ²ｘ₁／ｄｔ²≒ｄ²ｘ₂／ｄｔ² （４）
として近似できる。それゆえ、（３）及び（４）式より、
ｍ＝[−ｋ₁（ｘ₁−ｙ）＋ｋ₂（ｘ₁−ｘ₂）]／（ｄ²ｘ₂／ｄｔ²）−Ｍ₁ （５）
が導き出される。また、（２）式を変形すると、
ｄ²ｘ₂／ｄｔ²＝−ｋ₂（ｘ₂−ｘ₁）／Ｍ₂ （６）
となるので、（５）、（６）式より、
ｍ＝[−ｋ₁（ｘ₁−ｙ）／−ｋ₂（ｘ₂−ｘ₁）]Ｍ₂＋Ｍ₂−Ｍ₁ （７）
が導き出される。

ここで、−ｋ₁（ｘ₁−ｙ）は力センサ１の出力、−ｋ₂（ｘ₂−ｘ₁）は加速度センサ４の出力である。

図３は、零点調整用の既知の分銅を用いて力センサ１及び加速度センサ４から得られた検出信号を示すグラフである。図３において、力センサ１の出力のピーク値をＦｍｚ、加速度センサ４の出力のピーク値をＦａｚとしたとき、（７）式より、
０＝Ｍ₂・Ｃ・（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）＋Ｍ₂−Ｍ₁ （８）
となる。但し、加速度は０でない場合を想定している。なお、Ｃは換算係数である。

図４は、スパン調整用の既知の分銅を用いて力センサ１及び加速度センサ４から得られた検出信号を示すグラフである。図４において、力センサ１の出力のピーク値をＦｍｓ、加速度センサ４の出力のピーク値をＦａｓとしたとき、（５）式より、
ｍｓ＝Ｍ₂・Ｃ・（Ｆｍｓ／Ｆａｓ）Ｍ₂−Ｍ₁ （９）
となる。そして、（８）−（９）式より、
Ｃ＝ｍｓ／Ｍ₂｛（Ｆｍｓ／Ｆａｃ）−（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）｝ （１０）
が導き出される。（１０）式より、Ｍ₂は固定係数として、スパン係数をＳとすると、
Ｓ＝Ｃ・Ｍ₂＝ｍｓ／｛（Ｆｍｓ／Ｆａｃ）−（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）｝ （１１）
である。

図５は、質量ｍの被測定物を用いて力センサ１及び加速度センサ４から得られた検出信号を示すグラフである。図５において、力センサ１の出力のピーク値をＦｍ、加速度センサ４の出力のピーク値をＦａとしたとき、（１１）式より、
ｍ＝Ｓ｛（Ｆｍ／Ｆａ）−（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）｝ （１２）
となる。

（３）制御系
図６は、質量測定装置１００の制御系のブロック図である。図６において、制御部４０及び記憶部４９を含む制御基板５０には、力センサ１、吸着部２、ロボットアーム３、加速度センサ４、入力部７及びディスプレイ８が電気的に接続されている。なお、力センサ１、吸着部２、ロボットアーム３、及び加速度センサ４については、既に説明しているので、ここでは言及しない。

入力部７は、質量測定装置１００の始動前に、オペレータが力センサ１の定格や、被測定物の測定範囲などを入力するための機器あり、具体的には、キーボード、或いは、タッチパネルである。

ディスプレイ８は、質量測定装置１００の動作状況を逐次表示するための機器であり、力センサ１及び加速度センサ４の異常や、吸着部２及びロボットアーム３の動作異常が発生したときには、エラー表示を行う。

記憶部４９は、質量測定装置１００に搭載可能な力センサ１の定格、及び被測定物の質量範囲ごとに設定された被測定物に作用させるべき適用加速度を予め記憶している。

例えば、質量測定装置１００が、物品Ｑが搬送される工程で、「吸着部２によって物品Ｑを吸着し、ロボットアーム３によって物品Ｑを梱包容器まで移動させ、その間に質量を測定し、物品Ｑを梱包容器に納める」という動作を行う場合、オペレータは質量測定装置１００の始動前に、物品Ｑの質量測定範囲（例えば、ｍ±０．５ｇ）を入力する。

入力部４９は、予め質量ｍ程度の物品Ｑの質量を測定するときに物品Ｑに作用させるべき最適加速度を記憶している。制御部４０は、入力された質量測定範囲に対応する適用加速度を記憶部４９から読み取り、ロボットアーム３を介して物品Ｑにその適用加速度を作用させ、そのときの力センサ１の出力を読み取る。なお、制御部４０としては、ＤＳＰ（ディジタル・シグナル・プロセッサ）やマイコン等が採用される。

図７は、力センサ１及び加速度センサ４によって検出された信号を処理する信号処理回路図である。図７において、力センサ１と加速度センサ４には、それぞれ増幅器３１ａ、３１ｂが接続されており、これらの増幅器３１ａ、３１ｂは、力センサ１及び加速度センサ４から入力された検出信号を増幅する。また、増幅器３１ａ、３１ｂには、それぞれＡ／Ｄ変換器３３ａ、３３ｂが接続されている。そのＡ／Ｄ変換器３３ａ、３３ｂは、入力されたアナログ信号をディジタル信号に変換する。

Ａ／Ｄ変換器３３ａ、３３ｂには、それぞれローパスフィルタ３７ａ、３７ｂが接続されている。このローパスフィルタ３７ａ、３７ｂは、入力された検出信号から一定周波数以上のノイズ成分を除去する。また、ローパスフィルタ３７ａ、３７ｂは、制御部４０に接続されている。

制御部４０は、入力された検出信号に基づいて各種の処理を実行する。先ず、制御部４０は、力センサ１及び加速度センサ４の検出信号に含まれるノイズ周波数成分をローパスフィルタ３７ａ、３７ｂにより除去する処理を行う。そして、そのノイズ周波数成分が除去された力センサ１の検出信号を除算器４１により加速度センサ４の検出信号で除算する処理を行い、その後、減算器４３によりその除算結果から風袋質量を減算して質量ｍを算出する処理を行う。なお、風袋質量とは、力センサ１に負荷される風袋質量と吸着部２の質量と加速度センサ４の質量との和である。

（４）質量測定装置１００の動作
図８は、質量測定装置１００の制御フローチャートである。図８において、制御部４０は、オペレータによって電源がオンされたとき、ステップＳ１でオペレータに対してディスプレイ８（図６参照）を介して力センサ１の定格の入力を要求する。オペレータは、入力部７を介して力センサ１の定格を入力する。

この際、制御部４０は、現在装着されている力センサ１の定格をディスプレイ８上に表示し、変更のない場合は次へ進む旨の指令を入力部７から入力するようにしてもよい。なお、入力部７は、ディスプレイ８上に表示されるタッチ式の入力手段であってもよい。

制御部４０は、ステップＳ２において、力センサ１の定格が入力されたか否かを判定し、力センサ１の定格が入力されているときはステップＳ３へ進み、力センサ１の定格が入力されていないときはステップＳ１に戻り、力センサ１の定格の入力を要求し続ける。

制御部４０は、ステップＳ３において、オペレータに対してディスプレイ８を介して質量測定範囲の入力を要求する。ここでは、オペレータは、搬送工程に流す物品Ｑのおおまかな質量範囲を、入力部７から入力する。

制御部４０は、ステップＳ４において、質量測定範囲が入力されたか否かを判定し、質量測定範囲が入力されているときはステップＳ５へ進み、質量測定範囲が入力されていないときはステップＳ３に戻り、質量測定範囲の入力を要求し続ける。

制御部４０は、ステップＳ５において、適用加速度を決定する。ここで、適用加速度とは、物品Ｑに加速度を作用させて質量を測定する際に精度の高い質量測定を可能にする加速度のことであり、質量の大きさによって異なる。それゆえ、制御部４０は事前にステップＳ３において質量測定範囲の入力を要求している。なお、適用加速度は、質量測定範囲ごとに予め設定されており、記憶部４９には質量測定範囲ごとの適用加速度が記憶されている。

制御部４０は、ステップＳ６において、質量測定範囲（ステップＳ３で入力）の最大値と適用加速度（ステップＳ５で決定）との乗算によって力センサ１に作用する最大荷重を算出する。

制御部４０は、ステップＳ７において、力センサ１の定格が適切か否かを判定する。ここで、制御部４０は、力センサ１の定格がステップＳ６で算出した力センサ１に作用する最大荷重に耐え得るものであれば［適切］と判定してステップＳ８へ進み、逆に、力センサ１の定格がステップＳ６で算出した力センサ１に作用する最大荷重に耐え得るものでなければ［不適切］と判定してステップＳ２１へ進む。

制御部４０は、ステップＳ８において、ディスプレイ８上に力センサ１の定格が物品Ｑの質量測定に適切である旨、例えば、「適切」或いは「ＯＫ」などを表示する。

制御部４０は、ステップＳ９において、運転指令があったか否かを判定する。制御部４０は、直前のステップＳ８で力センサ１の定格は「適切」であると判定しているので、オペレータによる運転指令を待つ。運転指令は、例えば、オペレータが入力部７から運転開始の指示を与えるだけでよい。制御部４０は、運転指令があったときはステップＳ１０に進み、運転指令がないときは待機して運転指令を待つ。

制御部４０は、ステップＳ１０において、搬送工程を流れる物品Ｑを吸着部２で保持し、ロボットアーム３の動作を制御して、物品Ｑに適用加速度が作用するように移動させ、所定の位置に物品Ｑを配置する。制御部４０は、物品Ｑを移動させている間に、物品Ｑに作用する力と加速度を検出し、その力を除算器４１により加速度で除算する処理を行い、その除算結果から風袋質量を減算して質量を算出する。なお、必ずしも物品Ｑの移動中に常に適用加速度を作用させる必要はなく、加速度を増加させる過程で、もしくは加速度を減少させる過程で適用加速度が物品Ｑに作用するように物品を移動させればよい。

制御部４０は、ステップＳ１１において、停止指令があったか否かを判定する。制御部４０は、停止指令は、例えば、オペレータが入力部７から停止の指示を与えるだけでよい。制御部４０は、停止指令があったときはステップＳ１２に進み質量測定装置１００の運転を停止する。また、制御部４０は、停止指令がないときはステップＳ１０に戻って測定を継続する。

次に、制御部４０が「力センサ１の定格が不適切」と判定してステップＳ２１へ進んだ後の動作について説明する。

制御部４０は、ステップＳ２１において、ディスプレイ８上に力センサ１の定格が物品Ｑの質量測定に不適切である旨、例えば、「不適切」或いは「ＮＧ」などを表示する。オペレータは、この表示を見て、被測定物である物品Ｑの質量測定が力センサ１ではできないことを理解し、力センサ１の交換を行う。

制御部４０は、ステップＳ２２において、力センサ１の交換があったか否かを判定し、力センサ１の交換があったときはステップＳ１へ戻り、力センサ１の交換がない場合は、待機して力センサ１の交換を待つ。なお、力センサ１用のコネクタが質量測定装置１００から取り外されたときＨｉ信号が制御部４０に入力され、力センサ１用のコネクタが質量測定装置１００から外されたときにＬｏ信号が制御部４０に入力されるので、制御部４０はこの信号入力の切り替わりによって、力センサ１の交換があったことを認識することができる。

（５）特徴
（５−１）
質量測定装置１００では、記憶部４９が質量測定範囲ごとに適した加速度を適用加速度として記憶している。制御部４０は、入力部７から入力された質量測定範囲に対応する適用加速度を記憶部４９から読み取り、ロボットアーム３を介して物品Ｑにその適用加速度を作用させ、そのときの力センサ１の出力を読み取る。

それゆえ、質量測定装置１００では、物品の質量が小さいときには大きな加速度が作用するように物品を移動させ、物品の質量が大きいときには小さな加速度が作用するように物品を移動させればよいので、1台の装置でも質量の大小に関係なく精度よく質量測定することができる。

（５−２）
また、物品Ｑの移動中に常に適用加速度を作用させる必要はなく、加速度を増加させる過程で、もしくは加速度を減少させる過程で適用加速度が物品Ｑに作用するように物品を移動させればよい。

（５−３）
また、制御部４０は、質量測定範囲および適用加速度に基づいて、測定対象となる物品Ｑが力センサ１の定格に適合するか否かを判定し、その判定結果をディスプレイ８上に表示する。それゆえ、オペレータが力センサ１で測定不能か否かを事前に知ることができ、オペレータにとって使い勝手がよい。

（６）第１変形例
上記実施形態では、力センサ１及び加速度センサ４それぞれの検出方向が重力の作用しない方向となるように配置されているが、それに限定されるものではない。以下に、力センサ１及び加速度センサ４それぞれの検出方向が重力の作用する方向となるように配置されている場合について説明する。

（６−１）質量測定装置１５０の構成
図９は、第１変形例に係る質量測定装置１５０の概略側面図である。図９において、質量測定装置１５０は、上記実施形態に係る質量測定装置１００で採用されている力センサ１と、吸着部２と、ロボットアーム３と、加速度センサ４とを備えている。

但し、上記実施形態に係る質量測定装置１００と異なる点は、力センサ１及び加速度センサ４が長軸を中心に９０度回転した姿勢で配置されていることである。これは、図１における力センサ１及び加速度センサ４のノッチ（眼鏡状の孔）が鉛直方向を向いているのに対し、図９における力センサ１及び加速度センサ４のノッチ（眼鏡状の孔）が水平方向を向いていることから容易に理解される。

したがって、力センサ１と加速度センサ４それぞれの検出方向は、重力の作用する方向であり、力センサ１及び加速度センサ４として採用されている歪みゲージ式ロードセルは鉛直方向に変位する。なお、質量測定の原理は、上記実施形態で説明した内容と同じであるので、ここでは説明を省略する。

（６−２）質量測定装置１５０の動作
図１０は、第１変形例に係る質量測定装置１５０の制御フローチャートである。図１０において、ステップＳ１〜ステップＳ４、ステップＳ６〜ステップＳ１２、ステップＳ２１及びステップＳ２２は上記実施形態（図８参照）と同じであり、ステップＳ４とステップＳ６との間に、ステップＳ５ａ〜Ｓ５ｃ（図１０の２点鎖線で囲まれた部分）が存在する点で上記実施形態と相違する。ここでは、上記実施形態と相違する部分について説明する。

制御部４０は、ステップＳ４において質量測定範囲が入力されている判定したときはステップＳ５ａへ進み、入力された質量測定範囲が所定値より小さい範囲か否かを判定する。制御部４０は、質量測定範囲が所定値より小さい範囲であると判定したとき、ステップＳ５ｂへ進み、鉛直上昇時の適用加速度を決定する。他方、制御部４０が、質量測定範囲が所定値以上の範囲であると判定したとき、ステップＳ５ｃへ進み、鉛直下降時の適用加速度を決定する。

つまり、質量測定装置１５０では、制御部４０は、物品Ｑの質量測定範囲が所定値より小さい範囲にあるとき、物品Ｑの鉛直上昇時に物品Ｑに適用加速度を作用させてそのときの力センサ１の出力を読み取る。

力センサ１で鉛直方向の力を検出するとき、物品Ｑが軽い場合は、物品Ｑに作用させる加速度が小さすぎると、力センサ１の出力が小さすぎるので検出精度が低下する。

このような問題点に鑑み、この質量測定装置１５０では、質量が所定値よりも小さい範囲にある物品Ｑの場合、物品Ｑを上昇加速させて、絶対値で重力加速度よりも大きい加速度を物品に作用させており、それによって、質量が小さくても適度な加速度下で測定することができる。

逆に、質量が所定値以上の範囲にある物品Ｑの場合、物品Ｑの鉛直降下時に物品Ｑに適用加速度を作用させてそのときの力センサ１の出力を読み取る。

力センサ１には既に物品Ｑの重量に相当する一定の力が下向きに作用しているので、物品Ｑに作用させる加速度を大きくし過ぎるとオーバーロードとなり破壊される可能性がある。それゆえ、質量の大きい物品Ｑに対し積極的に上向き加速運動をさせると力センサ１の上限点を超過する可能性が高い。

この質量測定装置１５０では、物品Ｑに絶対値で重力加速度よりも小さい加速度が作用するように下降加速させることができるので、質量の大きい物品Ｑでも適度な加速度下で測定することが可能である。

（７）第２変形例
図１１は、第２変形例に係る質量測定装置２００の概略側面図である。図１１において、質量測定装置２００は、第１変形例に係る質量測定装置１５０で採用されている力センサ１と、吸着部２と、ロボットアーム３と、加速度センサ４とを備えている。

但し、第２変形例に係る質量測定装置２００では、力センサ１及び加速度センサ４が水平面に対して傾いた姿勢で配置されている。

この質量測定装置２００では、力センサ１及び加速度センサ４が水平面に対して傾いた姿勢で配置されることによって、物品Ｑが鉛直および水平（Ｙ方向）のいずれの方向に移動するときでも、物品Ｑに作用する力および加速度が力センサ１及び加速度センサ４によって検出される。

応用例としては、質量の小さい物品Ｑに絶対値で重力加速度よりも大きい加速度を作用させて質量を測定したいときは、鉛直上方に加速することによって物品Ｑに絶対値で重力加速度以上の加速度を作用させることができる。

逆に、質量の大きい物品に絶対値で重力加速度よりも小さい加速度を作用させて質量を測定したいときは、水平方向に絶対値で重力加速度未満の加速度で移動させればよい。

以上にように、本願発明によれば、物品を移動させながらその物品の質量を測定することができるので、アセンブリ製品の内部部品の欠品検査にも有用である。

１ 力センサ（力検出部）
２ 吸着部（保持機構）
３ ロボットアーム（移動機構）
４ 加速度センサ（加速度検出部）
８ ディスプレイ（報知部）
４０ 制御部
Ｑ 物品（被測定物）

特開平１０−３３９６６０号公報

Claims (6)

1. 物品を移動させ、その際に前記物品に作用する力および加速度から前記物品の質量を算出する質量測定装置であって、
   前記物品を保持する保持機構と、
   前記保持機構を移動させる移動機構と、
   前記保持機構と前記移動機構との間に設けられて、移動時の前記物品に作用する力を測定する力測定部と、
   移動時の前記物品に作用する加速度を測定する加速度測定部と、
   前記保持機構および前記移動機構を運転制御し、移動時の前記物品に作用する力および加速度に基づいて前記物品の質量を算出する制御部と、
   測定対象となる前記物品の質量測定範囲を入力する入力部と、
   前記質量測定範囲ごとに適した加速度を適用加速度として記憶した記憶部と、
   を備え、
   前記制御部は、入力された前記質量測定範囲に対応する前記適用加速度を前記記憶部から読み取り、前記移動機構を介して前記物品に前記適用加速度を作用させ、そのときの前記力測定部の出力を読み取る、
   質量測定装置。
2. 物品を移動させ、その際に前記物品に作用する力および加速度から前記物品の質量を算出する質量測定装置であって、
   前記物品を保持する保持機構と、
   前記保持機構を移動させる移動機構と、
   前記保持機構と前記移動機構との間に設けられて、移動時の前記物品に作用する力を測定する力測定部と、
   移動時の前記物品に作用する加速度を測定する加速度測定部と、
   前記保持機構および前記移動機構を運転制御し、移動時の前記物品に作用する力および加速度に基づいて前記物品の質量を算出する制御部と、
   測定対象となる前記物品の質量測定範囲を入力する入力部と、
   前記質量測定範囲ごとに適した加速度を適用加速度として記憶した記憶部と、
   を備え、
   前記制御部は、設定された前記質量測定範囲に対応する前記適用加速度を前記記憶部から読み取り、前記移動機構を介して前記物品を移動させ、前記物品に前記適用加速度が作用したときの前記力測定部の出力を読み取る、
   質量測定装置。
3. 報知部をさらに備え、
   前記制御部は、前記質量測定範囲および前記適用加速度に基づいて、測定対象となる前記物品が前記力測定部の定格に適合するか否かを判定し、その判定結果を前記報知部に出力する、
   請求項１又は請求項２に記載の質量測定装置。
4. 前記力測定部は、少なくとも前記物品が鉛直方向に移動するときに前記物品に作用する力を出力し、
   前記制御部は、
   前記物品の前記質量測定範囲が所定値より小さい範囲にあるとき、前記物品の鉛直上昇時に前記物品に前記適用加速度を作用させてそのときの前記力測定部の出力を読み取る、
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の質量測定装置。
5. 前記力測定部は、少なくとも前記物品が鉛直方向に移動するときに前記物品に作用する力を出力し、
   前記制御部は、
   前記物品の前記質量測定範囲が所定値以上の範囲にあるとき、前記物品の鉛直降下時に前記物品に前記適用加速度を作用させてそのときの前記力測定部の出力を読み取る、
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の質量測定装置。
6. 前記力測定部は、前記物品が鉛直および水平のいずれの方向に移動するとき前記物品に作用する力を出力し、
   前記制御部は、
   前記物品の前記質量測定範囲が所定値より小さい範囲にあるとき、前記物品の鉛直上昇時に前記物品に前記適用加速度を作用させてそのときの前記力測定部の出力を読み取り、
   前記物品の前記質量測定範囲が所定値以上の範囲にあるとき、前記物品の水平移動時に前記物品に前記適用加速度を作用させてそのときの前記力測定部の出力を読み取る、
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の質量測定装置。

Images