JP5977983B2 - Mass measuring device - Google Patents
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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。 The present invention relates to a mass measuring device, and more particularly to a mass measuring device that measures the mass of a moving article during movement.
一般に、ばね秤や電子秤では、重力加速度以外の加速度の影響を排除するために、静止状態で使用することを前提としている。しかし、近年、揺れる物体上に据え付けられ、揺動による計量誤差を除去した質量を測定する質量測定装置が普及している。例えば、特許文献１（特開平８−１１０２６１号公報）に開示されている質量測定装置では、通常の計量センサとしての計量用ロードセルとは別に、分銅を載荷したダミー用ロードセルで床の上下動成分を検出し、検出した上下動成分を、計量用ロードセルの出力信号から減算することによって、床の上下動成分を含まない測定信号を出力するようにしている。 In general, spring balances and electronic balances are assumed to be used in a stationary state in order to eliminate the influence of acceleration other than gravitational acceleration. However, in recent years, mass measuring apparatuses that are installed on a swinging object and measure a mass from which a weighing error due to the swinging is removed have become widespread. For example, in the mass measuring device disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-110261), a vertical load component of a floor using a dummy load cell loaded with a weight separately from a weighing load cell as a normal weighing sensor. Is detected, and the detected vertical movement component is subtracted from the output signal of the weighing load cell to output a measurement signal that does not include the vertical movement component of the floor.
しかしながら、上記特許文献１に記載の質量測定装置も、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。
However, since the mass measuring device described in
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。 Therefore, for example, when a load cell is attached to a tip part that lifts and moves an article, such as a manipulator or a robot hand, and the mass of the article is measured while the lifted article is moving, It is difficult with technology.
そこで、出願人は、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を開発した。開発段階では、水平に移動する物品に作用する加速度を測定することによって、物品に作用する重力加速度の影響を排除しようとしたが、力センサが傾いて取り付けられた場合、物品に作用する重力のうちの力センサの傾き方向の分力が、力センサの出力に現れることが判明した。 Therefore, the applicant has developed a mass measuring device that moves the article and calculates the mass of the article from the force and acceleration acting on the article. In the development stage, we tried to eliminate the effect of gravity acceleration acting on the article by measuring the acceleration acting on the horizontally moving article, but when the force sensor is mounted tilted, the gravity acting on the article It was found that the component force in the tilt direction of our force sensor appears in the output of the force sensor.
本発明の課題は、力センサの出力に含まれる重力の分力を除去することができる質量測定装置を提供することにある。 The subject of this invention is providing the mass measuring device which can remove the component of gravity contained in the output of a force sensor.
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。また、制御部は、力測定部で得られる２点の力測定値の差と、力測定部に連動して加速度測定部で得られる２点の加速度測定値の差とを用いて物品の質量を算出する。また、力測定部で得られる２点は、ともに極値点である。 A mass measuring apparatus according to a first aspect of the present invention is a mass measuring apparatus that moves an article and calculates the mass of the article from the force and acceleration acting on the article, and includes a holding mechanism, a moving mechanism, A force measurement unit, an acceleration measurement unit, and a control unit are provided. The holding mechanism holds the article. The moving mechanism moves the holding mechanism. The force measuring unit is provided between the holding mechanism and the moving mechanism, and measures the force acting on the article during movement. The acceleration measuring unit measures acceleration acting on the article during movement. The control unit controls the operation of the holding mechanism and the moving mechanism, and calculates the mass of the article based on the force and acceleration acting on the article during movement. In addition, the control unit uses the difference between the two force measurement values obtained at the force measurement unit and the difference between the two acceleration measurement values obtained at the acceleration measurement unit in conjunction with the force measurement unit. Is calculated. Further, the two points obtained by the force measuring unit are both extreme points.
力測定部がロードセルであるような場合、その取り付け角度が僅かに傾くことによって、ロードセルの傾き方向に重力が影響し、基準点出力がばらつくことになる。しかし、この質量測定装置では、力測定部から得られるデータの２点の差、及び加速度測定部から得られるデータの２点の差を用いるので基準点出力を必要としない。その結果、質量測定時に基準点出力のばらつきの影響、つまり、重力の影響が排除される。 When the force measuring unit is a load cell, the mounting angle is slightly inclined, so that gravity affects the inclination direction of the load cell and the reference point output varies. However, in this mass measuring device, since a difference between two points of data obtained from the force measuring unit and a difference between two points of data obtained from the acceleration measuring unit is used, no reference point output is required. As a result, the influence of variations in reference point output during mass measurement, that is, the influence of gravity is eliminated.
また、この質量測定装置では、力測定部の出力の極値点に対応する加速度測定部の出力の極値点は特定し易く、位相差の影響を受け難い。 Further, in this mass measuring apparatus, the extreme point of the output of the acceleration measuring unit corresponding to the extreme point of the output of the force measuring unit can be easily specified and is not easily affected by the phase difference.
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。また、制御部は、力測定部で得られる２点の力測定値の差と、力測定部に連動して加速度測定部で得られる２点の加速度測定値の差とを用いて物品の質量を算出する。また、力測定部で得られる２点は、最大値点および最小値点である。 A mass measuring apparatus according to a second aspect of the present invention is a mass measuring apparatus that moves an article and calculates the mass of the article from the force and acceleration acting on the article, and includes a holding mechanism, a moving mechanism, A force measurement unit, an acceleration measurement unit, and a control unit are provided. The holding mechanism holds the article. The moving mechanism moves the holding mechanism. The force measuring unit is provided between the holding mechanism and the moving mechanism, and measures the force acting on the article during movement. The acceleration measuring unit measures acceleration acting on the article during movement. The control unit controls the operation of the holding mechanism and the moving mechanism, and calculates the mass of the article based on the force and acceleration acting on the article during movement. In addition, the control unit uses the difference between the two force measurement values obtained at the force measurement unit and the difference between the two acceleration measurement values obtained at the acceleration measurement unit in conjunction with the force measurement unit. Is calculated. Further, the two points obtained by the force measuring unit are a maximum value point and a minimum value point.
この質量測定装置では、雑音量Ｎが一定とした場合、信号量Ｓが大きいほど信号量に対する雑音量（誤差量）の割合が減少する。本項では、信号量Ｓ＝[最大値―最小値]＞[他の任意の２点の差]であり、他のどの２点を取るよりも誤差の割合が小さくなるので、質量算出の精度が向上する。 In this mass measuring apparatus, when the noise amount N is constant, the ratio of the noise amount (error amount) to the signal amount decreases as the signal amount S increases. In this section, the signal amount S = [maximum value−minimum value]> [difference between any two other points], and the error rate is smaller than taking any other two points. Will improve .
本発明の第３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。また、制御部は、加速度測定部で得られる２点の加速度測定値の差と、加速度測定部に連動して力測定部で得られる２点の力測定値の差とを用いて物品の質量を算出する。また、加速度測定部で得られる２点は、ともに極値点である。 A mass measuring apparatus according to a third aspect of the present invention is a mass measuring apparatus that moves an article and calculates the mass of the article from the force and acceleration acting on the article, and includes a holding mechanism, a moving mechanism, A force measurement unit, an acceleration measurement unit, and a control unit are provided. The holding mechanism holds the article. The moving mechanism moves the holding mechanism. The force measuring unit is provided between the holding mechanism and the moving mechanism, and measures the force acting on the article during movement. The acceleration measuring unit measures acceleration acting on the article during movement. The control unit controls the operation of the holding mechanism and the moving mechanism, and calculates the mass of the article based on the force and acceleration acting on the article during movement. Further, the control unit uses the difference between the two acceleration measurement values obtained by the acceleration measurement unit and the difference between the two force measurement values obtained by the force measurement unit in conjunction with the acceleration measurement unit. Is calculated. The two points obtained by the acceleration measuring unit are both extreme points.
加速度測定部がロードセルであるような場合、その取り付け角度が僅かに傾くことによって、ロードセルの傾き方向に重力が影響し、基準点出力がばらつくことになる。しかし、この質量測定装置では、加速度測定部から得られるデータの２点の差、及び力測定部から得られるデータの２点の差を用いるので基準点出力を必要としない。その結果、質量測定時に基準点出力のばらつきの影響、つまり、重力の影響が排除される。また、加速度測定部の出力の極値点は特定し易く、位相差の影響を受け難い。 When the acceleration measuring unit is a load cell, the mounting angle is slightly inclined, so that gravity affects the inclination direction of the load cell and the reference point output varies. However, in this mass measuring device, since a difference between two points of data obtained from the acceleration measuring unit and a difference between two points of data obtained from the force measuring unit is used, no reference point output is required. As a result, the influence of variations in reference point output during mass measurement, that is, the influence of gravity is eliminated. Moreover, the extreme point of the output of the acceleration measuring unit is easy to specify and is not easily affected by the phase difference.
本発明の第４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。また、制御部は、加速度測定部で得られる２点の加速度測定値の差と、加速度測定部に連動して力測定部で得られる２点の力測定値の差とを用いて物品の質量を算出する。また、加速度測定部で得られる２点は、最大値点および最小値点である。 A mass measuring device according to a fourth aspect of the present invention is a mass measuring device that moves an article and calculates the mass of the article from the force and acceleration acting on the article at that time, and includes a holding mechanism, a moving mechanism, A force measurement unit, an acceleration measurement unit, and a control unit are provided. The holding mechanism holds the article. The moving mechanism moves the holding mechanism. The force measuring unit is provided between the holding mechanism and the moving mechanism, and measures the force acting on the article during movement. The acceleration measuring unit measures acceleration acting on the article during movement. The control unit controls the operation of the holding mechanism and the moving mechanism, and calculates the mass of the article based on the force and acceleration acting on the article during movement. Further, the control unit uses the difference between the two acceleration measurement values obtained by the acceleration measurement unit and the difference between the two force measurement values obtained by the force measurement unit in conjunction with the acceleration measurement unit. Is calculated. The two points obtained by the acceleration measuring unit are the maximum value point and the minimum value point.
この質量測定装置では、他のどの２点を取るよりも誤差の割合が小さくなるので、質量算出の精度が向上する。 In this mass measuring apparatus, since the error rate is smaller than any other two points, the accuracy of mass calculation is improved.
本発明に係る質量測定装置では、力測定部から得られるデータの２点の差、及び加速度測定部から得られるデータの２点の差を用いるので基準点出力を必要としない。その結果、質量測定時に基準点出力のばらつきの影響、つまり、重力の影響が排除される。 In the mass measuring device according to the present invention, since a difference between two points of data obtained from the force measuring unit and a difference between two points of data obtained from the acceleration measuring unit is used, no reference point output is required. As a result, the influence of variations in reference point output during mass measurement, that is, the influence of gravity is eliminated.
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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The following embodiments are specific examples of the present invention and do not limit the technical scope of the present invention.
（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の概略構成図である。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。
(1) Configuration of
力センサ１は移動中の物品Ｑに作用する力を検出する。また、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。
The
吸着部２は、物品Ｑを保持する。また、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。
The
ロボットアーム３は、吸着部２を３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。
The robot arm 3 moves the
加速度センサ４は、物品Ｑに作用する加速度を検出する。また、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。
The
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。
The
（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。
(2) Principle of Mass Measurement FIG. 2 is a two-degree-of-freedom model of the mass measuring device when the
図２において、ｍは物品Ｑの質量、Ｍ1は力センサ１の自由端側の質量と吸着部２の質量および加速度センサ４の固定端側の質量の和、Ｍ2は加速度センサ４の自由端の質量である。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。
In FIG. 2, m is the mass of the article Q, M 1 is the sum of the mass of the fixed end side of the
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。
The equation of motion when acceleration acts on the article Q is
(M + M 1 ) d 2 x 1 / dt 2 = −k 1 (x 1 −y) + k 2 (x 1 −x 2 ) (1)
M 2 d 2 x 2 / dt 2 = −k 2 (x 2 −x 1 ) (2)
Represented as: Moreover, when the equation (1) is transformed,
m = [− k 1 (x 1 −y) + k 2 (x 1 −x 2 )] / (d 2 x 1 / dt 2 ) −M 1 (3)
It becomes. Furthermore, considering that the rigidity of the
d 2 x 1 / dt 2 ≈d 2 x 2 / dt 2 (4)
Can be approximated as Therefore, from equations (3) and (4)
m = [− k 1 (x 1 −y) + k 2 (x 1 −x 2 )] / (d 2 x 2 / dt 2 ) −M 1 (5)
Is derived. Moreover, when the equation (2) is transformed,
d 2 x 2 / dt 2 = −k 2 (x 2 −x 1 ) / M 2 (6)
Therefore, from equations (5) and (6),
m = [− k 1 (x 1 −y) / − k 2 (x 2 −x 1 )] M 2 + M 2 −M 1 (7)
Is derived.
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。
Here, −k 1 (x 1 −y) is an output of the
図３は、零点調整のために、吸着部２に何も保持させない状態で力センサ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。
FIG. 3 is a graph showing detection signals obtained from the
0 = M 2 · C · (Fmz / Faz) + M 2 −M 1 (8)
It becomes. However, it is assumed that the acceleration is not zero. C is a conversion coefficient.
図４は、スパン調整用の既知の分銅を吸着部２に保持させた状態で力センサ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、スパン質量をｍｓ、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、（７）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／Ｆａｓ）−（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／Ｆａｓ）−（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）｝ （１１）
である。
FIG. 4 is a graph showing detection signals obtained from the
ms = M 2 · C · (Fms / Fas) + M 2 −M 1 (9)
It becomes. And from the equations (8)-(9),
C = ms / M 2 {(Fms / Fas) − (Fmz / Faz)} (10)
Is derived. From equation (10), if M 2 is a fixed coefficient and the span coefficient is S,
S = C · M 2 = ms / {(Fms / Fas) − (Fmz / Faz)} (11)
It is.
図５は、質量ｍの被測定物を吸着部に保持させた状態で力センサ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。
FIG. 5 is a graph showing detection signals obtained from the
m = S {(Fm / Fa)-(Fmz / Faz)} (12)
It becomes.
（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を含む制御回路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。
(3) Control System FIG. 6 is a block diagram of a control system of the
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であり、具体的には、キーボード、或いは、タッチパネルである。
The input unit 7 is a device for an operator to input the rating of the
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。
The
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。
The
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。
For example, when the
記憶部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。
The
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。
FIG. 7 is a signal processing circuit diagram for processing signals detected by the
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。
Low-
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、制御部４０は、減算器４３として機能することで、その除算結果を用いて式（１２）の演算を行い、質量ｍを算出する処理を行う。即ち、制御部４０は、力センサ１及び加速度センサ４の検出信号に基づいて、物品Ｑの質量ｍを算出する。
The
（４）物品Ｑに作用する重力の影響
上記の質量測定の原理で説明した力センサ１は感度方向が水平に取り付けられているので、水平移動時の出力に重力の影響は現れない。しかしながら、力センサ１の感度方向を厳密に水平に取り付けることは容易ではなく、ある程度傾いた状態で取り付けられる。
(4) Influence of Gravity Acting on Article Q Since the
図８は、力センサ１が水平に対して角度θだけ傾いた状態で取り付けられたときの重力の分力方向を表す説明図である。また、図９Ａは、水平に対して角度θだけ傾いた状態で取り付けられた力センサ１から得られた検出信号を示すグラフである。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the direction of the force component of gravity when the
図８及び図９Ａにおいて、力センサ１は水平に対して角度θだけ傾いているので、吸着部２が質量ｍの物品Ｑを保持した際に、力センサ１の出力に物品Ｑに作用する重力の分力（ｍｇ・ｓｉｎθ）が現れる。その結果、図９Ａに示すように、吸着部２が物品Ｑを保持せず水平移動したときの力センサ１から得られる出力に対して、物品Ｑを保持して水平移動したときの力センサ１から得られる出力は基準点がｍｇ・ｓｉｎθだけマイナス方向に変化する。
8 and 9A, since the
例えば、物品Ｑの質量ｍが力センサ１の出力のピーク値を加速度センサ４の出力のピーク値で除算して算出される場合には、基準点から視た力センサ１の出力のピーク値は重力の分力（ｍｇ・ｓｉｎθ）を含んでいるので、物品Ｑの質量ｍが正確に測定されない。
For example, when the mass m of the article Q is calculated by dividing the peak value of the output of the
（５）物品Ｑに作用する重力の影響を排除する手段
前述の（１２）式では、力センサ１の出力のピーク値Ｆｍと加速度センサ４の出力のピーク値Ｆａとの出力比［Ｆｍ／Ｆａ］から質量ｍを算出したが、（１２）式の［Ｆｍ／Ｆａ］の部分は、力センサ１の任意の２点における出力値の差と、連動する加速度センサ４の２点における出力値の差との比率であっても成り立つ。以下、その根拠を説明する。
(5) Means for Eliminating the Effect of Gravity Acting on the Article Q In the above equation (12), the output ratio [Fm / Fa between the peak value Fm of the output of the
図９Ｂは、力センサ１及び加速度センサ４から得られた検出信号の任意の２点を示すグラフである。すなわち、図９Ｂに示す任意の２点Ｋ、Ｊにおいても、（１２）式は成立する。図９Ｂに示すように２点Ｋ、Ｊの力センサ１の出力をそれぞれＦｍｋ、Ｆｍｊとし、その力センサ１に連動して得られる加速度センサ４の出力をそれぞれＦａｋ、Ｆａｊとする。２点Ｋ、Ｊにおいても（１２）式は成り立つので、力センサ１の出力値と、連動する加速度センサ４の出力値の比率をＭとすると、
Ｆｍｋ／Ｆａｋ＝Ｆｍｊ／Ｆａｊ＝Ｍ （１３）
が成り立ち、（１３）式を変形すると、
Ｍ・Ｆａｋ＝Ｆｍｋ （１４）
Ｍ・Ｆａｊ＝Ｆｍｊ （１５）
となる。そして、（１４）−（１５）式より
Ｍ・（Ｆａｋ−Ｆａｊ）＝Ｆｍｋ−Ｆｍｊ （１６）
（１６）式を変形すると
Ｍ＝（Ｆｍｋ−Ｆｍｊ）／（Ｆａｋ−Ｆａｊ） （１７）
したがって、（１２）式の［Ｆｍ／Ｆａ］の部分は、力センサ１の任意の２点における出力値の差と、連動する加速度センサ４の２点における出力値の差の比率であってもよい。
FIG. 9B is a graph showing arbitrary two points of the detection signals obtained from the
Fmk / Fak = Fmj / Faj = M (13)
When the equation (13) is transformed,
M ・ Fak = Fmk (14)
M ・ Faj = Fmj (15)
It becomes. And from the equation (14)-(15): M · (Fak−Faj) = Fmk−Fmj (16)
When the equation (16) is transformed, M = (Fmk−Fmj) / (Fak−Faj) (17)
Therefore, the part of [Fm / Fa] in the equation (12) is the ratio of the difference between the output values at any two points of the
例えば、力センサ１の任意の２点Ｋ、Ｊにおける出力値が重力の分力を含んでいる場合の値をＦｍｋｇ、Ｆｍｊｇとすると、重力の分力を含んでいない場合の出力値は図９ＢにおけるＦｍｋ，Ｆｍｊであるので、Ｆｍｋｇ＝Ｆｍｋ＋ｍｇ・ｓｉｎθ、Ｆｍｊｇ＝Ｆｍｊ＋ｍｇ・ｓｉｎθ、となる。
For example, assuming that the output values at the arbitrary two points K and J of the
また、Ｆｍｋｇ−Ｆｍｊｇ＝Ｆｍｋ＋ｍｇ・ｓｉｎθ−（Ｆｍｊ＋ｍｇ・ｓｉｎθ）であるので、ｍｇ・ｓｉｎθは相殺され、Ｆｍｋｇ−Ｆｍｊｇ＝Ｆｍｋ−Ｆｍｊとなる。つまり、力センサ１の出力値に重力の分力（ｍｇ・ｓｉｎθ）が含まれていても、力センサ１から得られる出力の２点の差を用いることによって、基準点出力を求めなくても質量を算出することができる。
Further, since Fmkg−Fmjg = Fmk + mg · sin θ− (Fmj + mg · sin θ), mg · sin θ is canceled and Fmkg−Fmjg = Fmk−Fmj. In other words, even if the output value of the
但し、出力の値が接近した２点では、信号量に対する誤差量の割合が増加して、質量算出の精度を低下させる懸念がある。そこで、考え得る力センサ１の出力パターンを想定し、その出力パターン毎に最適な２点を選択することが好ましい。以下、各出力パターンの最適な２点について説明する。
However, at two points where the output values are close, there is a concern that the ratio of the error amount to the signal amount increases and the accuracy of mass calculation decreases. Therefore, it is preferable to assume two possible output patterns of the
（５−１）時間に対する変化率の小さい２点
図１０は、力センサ１の第１の出力パターンを示すグラフである。図１０において、Ｂ1点及びＢ2点は共に時間に対する力の変化率が小さい点である。力センサ１と加速度センサ４との間には位相差があるので、精度良く質量を算出するためには位相差分を補償しなければならないが、位相差は常に一定ではないので、完全な補償は困難である。
(5-1) Two Points with a Small Rate of Change with Time FIG. 10 is a graph showing a first output pattern of the
しかし、時間に対する力の変化率が小さい２点であれば、補償しきれない位相差があっても測定データの経時的変化量が小さい分だけ誤差が小さくなる。したがって、位相差の影響を受け難い。 However, if the rate of change of force with respect to time is small, even if there is a phase difference that cannot be compensated for, the error is reduced by the amount of change over time of the measured data. Therefore, it is difficult to be affected by the phase difference.
なお、変化率が小さい２点として、力センサ１で得られる出力の微分値がゼロに近い点が優先的に選択されるが、力センサ１で得られる出力のうち絶対値が大きく、且つ、微分値が小さい点がより好ましい。
Note that, as the two points having a small change rate, a point where the differential value of the output obtained by the
（５−２）２つの極値点
図１１は、力センサ１の第２の出力パターンを示すグラフである。図１１において、Ｄ1点及びＤ2点は極値点である。極値点を選択するメリットは、力センサ１の出力の極値点に対応する加速度センサ４の出力の極値点が特定し易いことである。なぜなら、力センサ１と加速度センサ４との間にある位相差は数μｓ〜数ｍｓであるので、その差内に複数の極値点が存在することは確率的に極めて小さい。それゆえ、力センサ１の出力の極値点に対応する加速度センサ４の出力の極値点は特定し易い。したがって、位相差の影響を受け難い。
(5-2) Two Extreme Value Points FIG. 11 is a graph showing a second output pattern of the
（５−３）最小値点と最大値点
図１２は、力センサ１の第３の出力パターンを示すグラフである。図１２において、Ｅ1点とＥ2点とは、最小値点と最大値点とである。最小値点と最大値点とを選択するメリットは、Ｓ／Ｎ比が大きくなり、質量算出の精度が向上することである。
(5-3) Minimum Value Point and Maximum Value Point FIG. 12 is a graph showing a third output pattern of the
雑音量Ｎが一定である場合、信号量Ｓが大きいほど信号量に対する雑音量（誤差量）の割合が減少する。ここでは、信号量Ｓ＝[最大値―最小値]＞[他の任意の２点の差]であり、他のどの２点を取るよりも誤差量の割合が小さくなる、すなわち、Ｓ／Ｎ比が大きくなる。したがって、質量算出の精度が向上する。 When the noise amount N is constant, the ratio of the noise amount (error amount) to the signal amount decreases as the signal amount S increases. Here, the signal amount S = [maximum value−minimum value]> [difference between two other arbitrary points], and the ratio of the error amount is smaller than any other two points, that is, S / N. The ratio increases. Therefore, the accuracy of mass calculation is improved.
（５−４）測定値の差が所定値以上となる２点
図１３は、力センサ１の第４の出力パターンを示すグラフである。図１３において、Ｈ1点とＨ2点とは、測定値の差が所定値以上となる２点である。測定値の差が所定値以上となる２点を選択するメリットは、Ｓ／Ｎ比が大きくなり、質量算出の精度が向上することである。
(5-4) Two points at which the difference between measured values is equal to or greater than a predetermined value FIG. 13 is a graph showing a fourth output pattern of the
上段で述べたように、雑音量Ｎが一定である場合、信号量Ｓが大きいほど信号量に対する雑音量（誤差量）の割合が減少するので、Ｓ／Ｎ比が大きくなる。Ｈ1点とＨ2点とは、測定値の差が所定値以上となる２点であるので、信号量Ｓは所定値以上になる。所定値を雑音量（誤差量）Ｎに対して十分に大きく設定すればＳ／Ｎ比が大きくなる。したがって、質量算出の精度が向上する。 As described above, when the noise amount N is constant, the ratio of the noise amount (error amount) to the signal amount decreases as the signal amount S increases, so the S / N ratio increases. Since the H 1 point and the H 2 point are two points where the difference between the measured values is equal to or greater than a predetermined value, the signal amount S is equal to or greater than the predetermined value. If the predetermined value is set sufficiently larger than the noise amount (error amount) N, the S / N ratio increases. Therefore, the accuracy of mass calculation is improved.
（６）特徴
（６−１）
質量測定装置１００では、制御部４０が力センサ１で得られる２点の力測定値の差と、力センサ１に連動して加速度センサ４で得られる２点の加速度測定値の差とを用いて物品Ｑの質量を算出するので、力センサ１及び加速度センサ４の基準点出力を必要としない。その結果、質量測定時に基準点出力のばらつきの影響、つまり、重力の影響が排除されるので、質量算出の精度が向上する。
(6) Features (6-1)
In the
（６−２）
質量測定装置１００では、力センサ１で得られる２点を時間に対する変化率が小さい２点とすることによって、力センサ１および加速度センサ４それぞれの出力に位相差が発生していても、その位相差の影響を小さくできる。
(6-2)
In the
（６−３）
質量測定装置１００では、力センサ１で得られる２点をともに極値点とすることによって、力センサ１の出力の極値点に対応する加速度センサ４の出力の極値点が特定し易くなるので、位相差の影響を受け難い。
(6-3)
In the
（６−４）
質量測定装置１００では、力センサ１で得られる２点を最大値点および最小値点とすることによって、信号量Ｓ＝[最大値―最小値]＞[他の任意の２点の差]となり、雑音量（誤差量）Ｎが一定である場合、他のどの２点を取るよりも誤差量の割合が小さく、Ｓ／Ｎ比が大きくなるので、質量算出の精度が向上する。
(6-4)
In the
（６−５）
質量測定装置１００では、力センサ１で得られる２点を力測定値の差が所定値以上となる２点とすることによって、信号量Ｓが所定値以上となる。所定値を雑音量（誤差量）Ｎに対して十分に大きく設定すればＳ／Ｎ比が大きくなり、その分、質量算出の精度が向上する。
(6-5)
In the
（７）変形例
上記実施形態では、制御部４０が力センサ１で得られる２点の力測定値の差と、力センサ１に連動して加速度センサ４で得られる２点の加速度測定値の差とを用いて物品Ｑの質量を算出しているが、これに限定されるものではない。
(7) Modification In the above embodiment, the
この変形例に係る質量測定装置１００では、制御部４０が加速度センサ４で得られる２点の加速度測定値の差と、加速度センサ４に連動して力センサ１で得られる２点の力測定値の差とを用いて物品Ｑの質量を算出する。
In the
したがって、上記実施形態と同様、力センサ１の出力値に重力の分力（ｍｇ・ｓｉｎθ）が含まれていても、加速度センサ４から得られる出力の２点の差、及び力センサ１から得られる出力の２点の差を用いることによって、基準点出力を求めなくても質量を算出することができる。
Therefore, as in the above embodiment, even if the output value of the
また、上記実施形態と同様、出力の値が接近した２点では、信号量に対する誤差量の割合が増加して、質量算出の精度を低下させる懸念があるので、この変形例についても、考え得る加速度センサ４の出力パターンを想定し、その出力パターン毎に最適な２点を選択することが好ましい。以下、各出力パターンの最適な２点について説明する。
Similarly to the above embodiment, at two points where the output values are close to each other, there is a concern that the ratio of the error amount to the signal amount increases and the accuracy of mass calculation decreases, so this modification can also be considered. Assuming an output pattern of the
（７−１）時間に対する変化率の小さい２点
変形例に係る質量測定装置１００では、加速度センサ４で得られる２点は、時間に対する変化率が小さい２点である。時間に対する加速度の変化率が小さい２点であれば、補償しきれない位相差があっても測定データの経時的変化量が小さい分だけ誤差が小さくなる。したがって、位相差の影響を受け難い。
(7-1) Two points with a small change rate with respect to time In the
なお、変化率が小さい２点として、加速度センサ４で得られる出力の微分値がゼロに近い点が優先的に選択されるが、加速度センサ４で得られる出力のうち絶対値が大きく、且つ、微分値が小さい点がより好ましい。
Note that, as the two points having a small change rate, a point where the differential value of the output obtained by the
（７−２）２つの極値点
変形例に係る質量測定装置１００では、加速度センサ４で得られる２点は、極値点である。加速度センサ４と力センサ１との間にある位相差は数μｓ〜数ｍｓであるので、その差内に複数の極値点が存在することは確率的に極めて小さい。それゆえ、加速度センサ４の出力の極値点に対応する力センサ１の出力の極値点は特定し易い。したがって、位相差の影響を受け難い。
(7-2) Two extreme points In the
（７−３）最小値点と最大値点
変形例に係る質量測定装置１００では、加速度センサ４で得られる２点は、最小値点と最大値点である。雑音量Ｎが一定である場合、信号量Ｓが大きいほど信号量に対する雑音量（誤差量）の割合が減少する。ここでは、信号量Ｓ＝[最大値―最小値]＞[他の任意の２点の差]であり、他のどの２点を取るよりも誤差量の割合が小さくなる、すなわち、Ｓ／Ｎ比が大きくなる。したがって、質量算出の精度が向上する。
(7-3) Minimum Value Point and Maximum Value Point In the
（７−４）測定値の差が所定値以上となる２点
変形例に係る質量測定装置１００では、加速度センサ４で得られる２点は、測定値の差が所定値以上となる２点である。上段で述べたように、雑音量Ｎが一定である場合、信号量Ｓが大きいほど信号量に対する雑音量（誤差量）の割合が減少するので、Ｓ／Ｎ比が大きくなる。測定値の差が所定値以上となる２点では、信号量Ｓは所定値以上になる。所定値を雑音量（誤差量）Ｎに対して十分に大きく設定すればＳ／Ｎ比が大きくなる。したがって、質量算出の精度が向上する。
(7-4) Two points where the difference between measured values is equal to or greater than a predetermined value In the
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。 As described above, according to the present invention, since the mass of an article can be measured while the article is moved, the present invention is also useful for a shortage inspection of internal parts of an assembly product.
１ 力センサ（力測定部）
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（加速度測定部）
４０ 制御部
Ｑ 物品（被計量物）
1 Force sensor (force measuring unit)
2 Adsorption part (holding mechanism)
3 Robot arm (movement mechanism)
4 Acceleration sensor (acceleration measurement unit)
40 Control part Q Goods (objects to be weighed)
Claims (4)
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、
を備え、
前記制御部は、
前記力測定部で得られる２点の力測定値の差と、
前記力測定部に連動して前記加速度測定部で得られる２点の加速度測定値の差と、
を用いて前記物品の質量を算出し、
前記力測定部で得られる２点は、ともに極値点である、
質量測定装置。 A mass measuring device that moves the article and calculates the mass of the article from the force and acceleration acting on the article at that time,
A holding mechanism for holding the article;
A moving mechanism for moving the holding mechanism;
A force measuring unit that is provided between the holding mechanism and the moving mechanism and measures a force acting on the article during movement;
An acceleration measuring unit for measuring acceleration acting on the article during movement;
A controller that controls the operation of the holding mechanism and the moving mechanism, and calculates the mass of the article based on the force and acceleration acting on the article during movement;
With
The controller is
A difference between two force measurement values obtained by the force measurement unit;
A difference between two acceleration measurement values obtained by the acceleration measurement unit in conjunction with the force measurement unit;
To calculate the mass of the article ,
The two points obtained by the force measuring unit are both extreme points.
Mass measuring device.
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、
を備え、
前記制御部は、
前記力測定部で得られる２点の力測定値の差と、
前記力測定部に連動して前記加速度測定部で得られる２点の加速度測定値の差と、
を用いて前記物品の質量を算出し、
前記力測定部で得られる２点は、最大値点および最小値点である、
質量測定装置。 A mass measuring device that moves the article and calculates the mass of the article from the force and acceleration acting on the article at that time,
A holding mechanism for holding the article;
A moving mechanism for moving the holding mechanism;
A force measuring unit that is provided between the holding mechanism and the moving mechanism and measures a force acting on the article during movement;
An acceleration measuring unit for measuring acceleration acting on the article during movement;
A controller that controls the operation of the holding mechanism and the moving mechanism, and calculates the mass of the article based on the force and acceleration acting on the article during movement;
With
The controller is
A difference between two force measurement values obtained by the force measurement unit;
A difference between two acceleration measurement values obtained by the acceleration measurement unit in conjunction with the force measurement unit;
To calculate the mass of the article,
Two points obtained by the force measuring unit are a maximum value point and a minimum value point.
Mass measuring device.
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、
を備え、
前記制御部は、
前記加速度測定部で得られる２点の加速度測定値の差と、
前記加速度測定部に連動して前記力測定部で得られる２点の力測定値の差と、
を用いて前記物品の質量を算出し、
前記加速度測定部で得られる２点は、ともに極値点である、
質量測定装置。 A mass measuring device that moves the article and calculates the mass of the article from the force and acceleration acting on the article at that time,
A holding mechanism for holding the article;
A moving mechanism for moving the holding mechanism;
A force measuring unit that is provided between the holding mechanism and the moving mechanism and measures a force acting on the article during movement;
An acceleration measuring unit for measuring acceleration acting on the article during movement;
A controller that controls the operation of the holding mechanism and the moving mechanism, and calculates the mass of the article based on the force and acceleration acting on the article during movement;
With
The controller is
A difference between two acceleration measurement values obtained by the acceleration measurement unit;
A difference between two force measurement values obtained by the force measurement unit in conjunction with the acceleration measurement unit;
To calculate the mass of the article,
The two points obtained by the acceleration measuring unit are both extreme points.
Mass measuring device.
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、
を備え、
前記制御部は、
前記加速度測定部で得られる２点の加速度測定値の差と、
前記加速度測定部に連動して前記力測定部で得られる２点の力測定値の差と、
を用いて前記物品の質量を算出し、
前記加速度測定部で得られる２点は、最大値点および最小値点である、
質量測定装置。 A mass measuring device that moves the article and calculates the mass of the article from the force and acceleration acting on the article at that time,
A holding mechanism for holding the article;
A moving mechanism for moving the holding mechanism;
A force measuring unit that is provided between the holding mechanism and the moving mechanism and measures a force acting on the article during movement;
An acceleration measuring unit for measuring acceleration acting on the article during movement;
A controller that controls the operation of the holding mechanism and the moving mechanism, and calculates the mass of the article based on the force and acceleration acting on the article during movement;
With
The controller is
A difference between two acceleration measurement values obtained by the acceleration measurement unit;
A difference between two force measurement values obtained by the force measurement unit in conjunction with the acceleration measurement unit;
To calculate the mass of the article,
Two points obtained by the acceleration measuring unit are a maximum value point and a minimum value point.
Mass measuring device.
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