JPS6183918A - 質量計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の分野） この発明は質量計測装置に関するもので、特に、Φ両＼
゛）船舶などの、空間的に動揺する環境下での変す」ｎ
　ｍ　ｒ＋測に使用することのできる質量計測装置に関
する。

（先行技術の説明） 物体の′ＰＸｆｙｓまたはこれに関連する物理量（たと
えば東さ）を計測するための装５は、いわゆる［秤］と
して、従来から種々のものが存在している。このような
５Ａ胃は、被露１測物体から計測装置へと加わる力たと
えば重力を、計測装置内の他の物ＩＩＩ！吊（たとえば
、ばねの伸縮や圧電素子のひずみ）へと変換し、その物
理量に基いて物体の質量などを表示している。したがっ
て、これらにおいては、計測装置の基台や計測装置を支
える床面などくこの明細書では「基準系」と呼ぶ。）が
静止または等速１良運動をしていることが前提となって
Ｊ３つ、被訓測物体から基準系へと加わる力が、そのま
まの形で被ａ１測物体の質量に関係しているという原理
を基礎としている。したがって、上記基準系が加速度運
動を行なっている場合、すなわち、計測装置が動揺する
環境下に存在する場合には上記前提が成立せず、これら
の装置による正確な質扉計測は不可能である。

このため、船舶上などのｅＩ工する環境下で使用できる
秤として、いわゆる船上秤などが提案されている。この
ようなものとしては、「２木甲てこ方式」、「複合でこ
方式」、′［ロバ−パル閣構との組合Ｕ方式］と呼ばれ
る方式などが存在する。

これらは、たとえば、計測自動制御学会論文集第１１巻
第１号第９７頁〜第１０２頁（１９７５）、同第１２巻
第１号第３５頁〜第３９頁（１９７６）、同第１２巻第
３号第６９頁〜第７４頁（１９７６）のそれぞれにおけ
る「船上はかり」と題する記事（ともに、西山氏他３名
著）に開示されている。これらにおいては、単一のバラ
ンス別欄のみによって１記動揺の影響を取り込むことが
不可能であることに青［１して、複数のバランス機構を
機械的に組合Ｕだしのとして構成されている。

ところが、このような装置においては、上記複・改の機
構におりる静的なバランスのほかに、動的要因としての
慣性モーメントのバランスが必要とされているため、こ
れら２つの条件を満足させるためには、液晶１測物体の
質量が特定の値でなければならない、、す”なりち、こ
れらは定感吊形の秤としてのみ使用でき、任意の賀争を
計測することはできｂい、、（シてまた、連続的に供給
される粉体や液体４にどのように、被計測物体の質量が
時間的に変動する場合（以下、［変動質量［と占う。）
の７′ｉ♀に１測は不可能であるという欠点がある。ま
た、これらはいずれもてこ方式の応用であるために、機
械的：ｌ’、　ｆｌｖＩＩｆｆに対する要求が厳しく、
製作上のノウハウを必要とする。このため、屯戟用など
の人ぎ％　ｉ＋ｌ測装置として製作するには好ましくな
いという問題ら存在する。

さらに、被測定物体そのものが動揺している場合に５適
用できる質量計測装置として、この発明の発明者等によ
って「動的測定方式」と呼ばれる方式が提案されている
（たとえば、小野・島岡著「動的測定方式による質量測
定Ｊ計測技術′８４゜２第３５頁〜第４１頁（１９８４
））。この方式は、被計測物体°の変位と速度とを検出
し、その検出出力を処理することによって正確な質量計
測を行なおうとするものである。この方式は、重両の軸
重；１測などに大きな成果を収めているが、定置ｌｆｉ
　ｉｉｌ測を主眼とするものであって、変動質量の計測
には、そのままの形で利用することができない。

（発明の目的） この発明の第１の目的は、動揺環境下における定１８１
測と変動側１１測とのいずれに５適用できる質量計測装
置を提供することである。

この発明の第２の目的ｔよ、機械的工作精度に対する厳
しい要求や製作上のノウハウを必要とせず、必要な用途
に応じて製作可能な質量計測装置を提供することである
。

（発明の構成） 上述の目的を達成するため、この発明にかがる質量計測
装ｊＣは、被計測物体の外部に存在づる所定のＬ（量系
、ｌことえば該装四の基台や、重両・船舶の床面４Ｔど
と、被８１測物体との間に作用する力を検出りる力検出
手段と、被計測物体の加速度を検出りる加速度検出手段
と、これらによって七）られたツノ情報Ｊ３よび加速度
情報を基礎にして、被計測物体の７１用に関連する物理
量たとえば貿ωそのｂのや重さなどの物理量を演算して
求める演算手段とを備えている。すなわち、動揺する環
境の影響が物体の加速度に現われるという事実に着目し
−Ｃ１力情報を加速度情報で修正することによって、躬
ＪＩ＆の影響を取り込もうとしているのである。　　　
！（発明の原理） そこで；１：　ｆ、この発明の原理を、後に示す実施例
に対応した具体的なモデルを例にとって説明する。

第１図は、このようなモデルの力学的概念図である。第
１図において、被計測物体１（質ｄＭ）は、保持手段と
しての容器２（質ｆｆ１ｍ１）によつＣ保持されてＪ３
す、このうら、質ｆｆ１Ｍは、定置悄または変ｖＪ質量
であるしのとする。力りは、基準系としての基準面４と
、上記物体、１および容器２を含む集合体３との間に作
用する力を示す。動揺環境下では、この基準面４が動揺
していることになる。加速度検出器５（物体１に連結さ
れた部分のＭωｍ。）は、物体１の運動における加速度
を検出するためのものであり、その検出作用によって集
合体３に加わる力がＦである。外力Ｐは、集合体３に与
えられる外力のうち、上記力し、集合体３に加わる重力
、および前記力Ｆの三者を除いた外力を示す。また、加
速度検出器５と物体１とのそれぞれの位置座標は、図示
の方向にそれぞれＸ　および×１どして測るものとする
。

■、力Ｆが相対的に小さい場合 力Ｆが集合体３に加わる曲の力よりし小さいとき（たと
えば物体１の質ｆｆ１Ｍがかなり大きいとき）には、こ
の力Ｆは無視可能である。すると、集合体３に対する運
動方程式は、次の（１）式となる。

旦（ｍｘ　　）＝ｍｇ＋−Ｐ−Ｌ ｄｔ　　　　＋　　　　　　　　　　　　　・・・（１
）ここで［・」は時間微分を示し、ｑは重力加速度であ
る。また、 ＩＴＩ　−ｍ　１　　トＭ　　　　　　　　　　　　　
　　　・・・（２）である。質ｆｆ１Ｍが時間的に一定
の割合で変化するときには、単位時間あたりの変化Ｍ最
をｑとすると、 Ｍ＝ｑｔ／ｇ　　　　　　　　　　　　　　・・・（３
）と四〇る。ただし、ｔは時刻である。

（１）式の微分を実行し、（２）式と（３）式とを用い
て質ｆｆ１Ｍを求めると、 とイにる３、ただし、関係式 このうら、ｍｌとＱとは、定数であるから、外ツノ１）
がわかっている場合には、力しと加速度×１とがわかれ
ば、所望の質ｆｆ１Ｍまたは重さＭＱがわかることに４
ｒる。本来、ｑがわかると、（３）式によつ′Ｃ質質量
がわかるはずであるが、重量変化ｔよ外部からの被計測
物体の補給によって行なわれる場合などが多く、（３）
式そのままでは誤差が生ずる。このため、（４）式の右
辺のｑとしては補給側から定まる値を用い、左辺の正確
な質量Ｍを求めることになる。また、（４）式において
Ｍ＝０（つまりＱ＝０）、Ｐ＝Ｏとすれば、定置ｍかつ
外力Ｐが存在しない場合の演算式； ％式％（７） ■、力Ｆを考慮した演粋 上記力Ｆが無視できない場合には、加速度検出器５およ
び集合体３に対するそれぞれの運動り程式は、次のよう
になる。

；ｚ（ｍｅ受。）＝ｍｇ　ｇ−Ｆ　　　　・（８）’（
ｍｘ　　）＝ｍａ＋Ｐ−Ｌ＋Ｆ　　　・（９）ｄｔ　　
　　１ （９）式の微分を実行し、（２）式および（３）式を考
慮して、質ｆｆ１Ｍについて古き表わすと、次の（１０
）式となる。

・・−（１０） 一方、（８）式より、 となるから、ξ＝ｘＯ−ｘ１とすると、＝−−’ｒ、”
ＣＦ−ｍ　ｇ）ｄｔ−ｊ　　・（１２）ｍｅ　　　　　
　　　　Ｏ となる、　（１２）　　式を（１ｏ）式に代入すれば、
どムる。

ところで、（８）式を変形すると、 と１−工Ｆ＝−員　＋９ ｍ、　　　　　１　　　　　　　　　　　・・・（１４
）とへるが、加速度検出器５が集合体３に与える力Ｆと
しては、ばねカと減衰力とが考えられるため、一般に、 Ｆ　−２ｈ　ω　ｎ　　と　−ト　ω　。　　ξ　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・　（１
５）と内ける。ただし、ω。は加速度検出手段５の固イ
ｊ周波数、ｈは減衰係数である。加速度検出器５として
、たとえば加速度形娠動計を用いた場合には、周知のよ
うに、（１４）式の左辺の主要項は、（１５）式で与え
られる力Ｆであり、ξの項は相対的にかなり小さい。ま
た、加速度検出手段５として他の種類の力学的計測器を
用いた場合においても、力Ｆに基いて加速度検出を行な
うことになるため、ｈ　Ｆがξよりも大きくなるような
椛造となっていることが期待される。このため、（１４
）式は、１　　　°　　　　　　　　　　　　・・・（
，１４ａ）−１−＝　−ｘ　１）す ｆ１６ と近似できる。この（１４ａ）式を（１３）式に代入す
ると、 となる。〔デル的に求めたこの式と現実の装置との差を
補償するために、定数ａ、ｂによる補正を行ない、また
、加速度検出器５による加速度検出値Ｘが、中力加速度
を含んだものとなっている場合を考えると、（１５）式
は、 となる。ただし、ｘ＝ｘ１＋ｇ、Ｍ、＝ｍｏ＋ｍ、であ
り、（１５）式のξは、補正項すの中に含ませである。

この（１６）式が、ここで考えている具体例にお番ノる
基本演算式であり、力りと加速度Ｘとから、質量Ｍを知
る式となっている。

」ニ記例ではＭ　　＝ｍｇ＋ｍ１であるが、一般にＭ、
は、集合体３のうち被計測物体を除いた部分と、加速度
検出器５のうち被に１測物体１に連結された部分とのそ
れぞれの質量の和である。集合体３には、他の部材等が
付加されていてもよい。

定置量計測で、かつ外力Ｐが０の場合には、ｑ＝０．Ｐ
＝Ｏであり、補正項すも小さいと期待されるから、 Ｍ　ｇ＝　−Ｌ　−Ｍａｇ−（１７） ２−　Ｘ１９ となり、静＋を環境下ではＸ＝ｇとして、Ｍ　（Ｊ　＝
　Ｌ−ＭａＱ　　　　　　　　　　　−（１８）となる
。これら（１６）〜（１８）式はそれぞれ、前述した（
４）、　（６１，（７）式に対応するとともに、（４）
、　（６）。

（７）式を、その特殊な場合として含む式である。

以上に、１３いＣは、保持手段としての容器２を含めて
考えているが、容器２を必要としないようなｉｌｌ　１
ｌｌｌＩでは、これらの式においてｍ１＝Ｏとすればよ
い。したがって、保持手段の存在は、この発明にとって
本質的なしのではない。

以上の説明で、加速度情報と力情報とによる質量胴側の
原理を例示したが、この発明は、上述の式の使用のみを
対象したものではない。加速度情報が！ｌｌ揺する環境
を反映したらのとなっているという＠０点に対応してお
れば、他の式による演粋すこの発明の原理に含まれてい
ることになる。また、上述したように、この発明の原理
では動揺する環境のみでなく、静止下における質量計測
も可能であり、（１６）式においてｑ→０とした式（た
だし、ｑ＝ｒｇ）： ・・・（１９） を用いれば、無重力下の質量計測にも適用可能である。

（実施例の説明） 次に、この発明をミキサー車における質１　ｉｆ測に適
用した実施例を説明する。ミキサー巾なとにおいては、
比較的軟弱な道床上や橋梁上において、フィーダから連
続的に供給されるセメント素材等の’ｔ１間翳ｔ　１１
１１１が必要となる。このため、道床等の仙１ヱを考慮
した変動質量の計測が特に重要となって。

いる。

第２図お−よび第３図はそれぞれ、この発明の一実施例
である質量計測装置が取り何【プられたミキυ−巾の側
面図および平面図であり、このミ４勺−車番よ、二１ン
クリート素材の運搬と淀練とをあわゼて行＜にうことの
できる車両である。これらの図にＪｊいて、Φ両■のメ
インフレーム１０上には、リブフレーム１１が固定され
、このサブフレーム１１Ｆに脚ｒＡ１２を介して荷箱１
３が支持、固定されている。、荷箱１３内は、車両■の
前後方向に延びる２つの隔壁１４．１５によって、第１
．第２および第３収納室１６，１７．１８に区画されて
いる。これらの収納室１６〜１８はそれぞれ、セメント
素材としての、セメント、砂利および砂を収納するため
のものである。この荷箱１３の底部には、各収納！１６
．１７．１８に対応する搬送手段としＣの第１ないし第
３のスクリューフィーダ１９，２０．２１が配設されて
いる。これらのスクリューフィーダ１９〜２１は、油圧
モータ２２．２３．２４によってそれぞれ駆動される。

また各スクリューフィーダ１９〜２１は、荷箱１３より
ｂ後方にわずかに延出しており、その後端には、下方に
向けて同口した搬出口２５．２６゜２７が設けられてい
る。

各スクリューフィーダ１９〜２１の上部は、そのｔよは
全長にわたって各収納室１６〜１８内に向けて開放され
ており、各収納室１６〜１８内のコンクリート素材、す
なわちセメント、砂利および砂は各スクリューフィーダ
１９〜２１により個別に搬出口２５〜２７まで搬送され
る。しかも、各スクリューフィーダ１９〜２１の搬送容
量を予め設定しておくことにより、セメント、砂利およ
び砂の搬送量比率はほぼ一定に保たれる。

荷箱１３の後部には、脚部１２から張出したフレーム３
１によって箱状のカバー３２が支持されており、各スク
リューフィーダ１９〜２１の後端はカバー３２内の上部
に位置する。このカバー３２内で、各スクリューフィー
ダ１９〜２１の搬出口２５〜２７の下方には、被５１測
物体の保持手段としての１１品用パケット３３が配ｔさ
れている。

この晶１石川パケット３３は、力検出手段としての「」
−ドレル３／Ｉを介して支持枠３５から吊下げられてい
る１、支持枠３５はカバー３２に固着されており、ＩＪ
−ドレル３４は、計量用パケット３３内にＩＱ人された
」ンクリート素材（被計測物体）と３１１１ｉＳ用パケ
ツト３３とを含む集合体と、支持枠３５との間に作用す
る力を検出する。

計量用パケット３３の底部は開放可能であり、該底部を
開放することにより、一定量のコンクリート素材を落−
トさせることができる。

シ１吊用バケット３３の下方には、車両Ｖの幅方向に延
びる混練槽３６が配置されており、この混練槽３０内に
は、相互に逆方向に回転する一対のスクリュ−３７，３
８から成る混線手段３９が設置ノられ−（いる。また混
練槽３６の底部中央には排出Ｄ　４０が設りられχこの
排出口４０の下方にはリブフレーム１１で枢支されたシ
ュー１〜４１が配買される。

υブフレーム１１上には、荷箱１３の下方に形成された
デッドスペースを利用して一対の水タンク４２が固定、
配置されており、これらの水タンク４２には、混練槽３
６内に水を供給するための給水手段（図示せずンが付設
されている。

また、計■用パケット３３の側面には、加速度検出手段
としての加速度形１ｆｉｅｉ１４３が取り付けられてお
り、ロードセル３４と加速石彫振動計４３とのそれぞれ
の出力は、電気配線（第２図Ｊ５よび第３図には図示せ
ず）を介して、サブフレーム１１上に設けられた制御１
］盤４４に与えられている。

このυ＋Ｉ［１％４４の表面には、操作スイッチ群４５
と、質量表示のための表示部４６とが設けられている。

第４図は、車両■に配置されたロードセル３４、加速石
彫振動計４３および制ｍ＋盤４４を含む質量計測装置ｆ
ｆ１Ｄの電気的ブロック図である。制御盤４４は、上記
操作スイッチ群４５と表示部４６とを含む操作部４７ど
を有しており、バス４８を介しＣ１制御盤４４内に内臓
された演紳手段としてのＣＩ’）　ｔＪ　４９と、プロ
グラムやデータの記憶のためのＲＯＭ５０、ＲＡＭ５１
とを含むマイクロコン−。

ピユータＭＣに接続されている。

また、ｒ」−ドセル３４および加速度振動訓４３のぞれ
ぞれの出力は、それぞれＡ／Ｄ変換器５２Ｊｉよび５３
を介して、上記バス４８へと与えられている。

第５図は、上記車両■の力学的概念図（車両後部のみを
承り。）である。フレーム３１とカバー３２とを介して
車両■に固定された支持枠３５と５１吊川パケツト３３
との間に介挿されたロードセル３／ｌは、ばね定数に、
と減衰係数ｃ１とを有しＣＪｉす、８１吊川パケツト３
３とその中に入っているセメント索材５５とを含む集合
体と、Φ両Ｖとの闇に作用１゛る力りを検出するものと
考えられる。

まｌこ、加速石彫振動計４３は、計量用パケット３３に
対して、ばね定数ｋ。と減衰定数Ｃ８とによって特徴づ
りられる力Ｆを与える。ｋ２およびＣ２は、それＣれ車
両■（質ｆｉｎ２．位置座標Ｘ２）と道床Ｇ（位ｒ座標
ｘ３）との間のばね定数および減衰係数である。他の記
号は、第１図に示した記号にそれぞれ対応した意味を有
しており、被計測物体は、＃１準用パケット３３内のセ
メント素材５５である。、車両Ｖの動揺の原因は道床Ｇ
の！７１揺であるが、ロードセル３４の力検出における
基準系は、この場合重両Ｖとなる。それは、×３の変動
やに、Ｃ２の存在は、力りの中に取り込まれでおり、カ
ー−の検出を行なえば、これらの効果が含まれているこ
とになるからである。したがって、このような対応関係
のもとに、（１６）式が成立することになる。

（１Ｇ）式のうら、外力Ｐとしては、スクリューフィー
ダ１９〜２１から、一定割合（単位時間あたり重！１ｑ
）で落下するセメント素材が、計量用バケッ１〜３３内
に与える落下衝撃力である。したがって、シ（作用パケ
ット３３からスクリューフィーダー９〜２１の搬出１］
２５〜２１までの高さをＨ１供給されたセメント素材が
、計量用パケット３３内に落下する直前の速１曵をＶと
すれば；が成５゛ｌシ、これらによって ｐ−ドアｉ　　　　　　　　・・・（２２）を得る。尚
、ロードセル３４で検出している力しの内容は、ηＬ２
ｘ　−×２としたとき、１　”　ｃ　　ｎ　＋　ｋ　１
η　　　　　　　　・・・（２３）である。したがって
、（２２）式で与えられるＰの値を用い、（１Ｇ）式中
の定数ａ、ｂを実験的に求めておりば、前箱１３からス
クリューフィーダー９〜２１によって計量用パケット３
３中にセメント素材を供給しつつ、ロードセル３４の出
力りと加速Ｉ１．１娠！７１５Ｌ　／１．３１７）出力
×とをＣＰＵ４９に入力シテ、（１６）式に阜く演惇を
行ない、その結果得られた賀ポ信円に基いて、表示部４
６が質量ないしは＠員表示を行なうことができる。

甲に表示を行なうのみでなく、所定の目標質」Ｗｏ／ｅ
＊）のセメント素材５５が供給された時点で、供給を停
止トさＵたいときには、ＣＰＵ４９の出力を油１１１１
’−タ２２〜２４へと与える構成とし、油圧モータ２２
〜２４までの系における応答遅れ時間τ１と、落下途中
のセメント素材の重量　（Ｑ／ａ　＞、乙「１１百とを
考慮して、質量信号がＭＯ＝Ｗ　−（１（β＋τ１）　
　　・・・（２”４　）を指示したときに、ＣＰＵ４９
が油圧モータ２２〜２４への停止信号を与えるようにす
ればよい。

ところで、（１６）式に基いた演算を行なうにあたって
は、積分誤差をキャンセルし、減衰係数の変動などの影
響や雑音の影響を除去しておくことが望ましい。そこで
まず、上記加速度Ｘおよび力りが、 Ｘ＝Ｋ　　（長、＋ｇ）十ｅ、　　　　　・・・（２５
）Ｌ＝Ｋ　　　　　　（ｃ　　　　　６　−ト　ｋ　　
１　　７７　　）　　　十　ｅ　　Ｌ　　　　　　　　
　・＝　　（２６）と吉けるものとする。ただし、Ｋ、
に、はそれぞれ、加速爪形振動計４３とロードセル３４
とのそれぞれのゲインであり、？　　、ｅＬは、それぞ
れの観測雑音である。すると、（１６）、　（１７）式
に、Ｘ　→（Ｘ　　ｅ　ａ　）　／　Ｋ　ａ　　　　　
　　　・・・（２７ａ）し→（Ｌ−ｅ［）　／にシ・（
２７ｂ）なるｎ換えを行なって、 となる。ｔ４１音ｅ　やｅ、が、平均値Ｏの正規過程で
あれば、時間ｔが十分経過することによって、とイにる
が、（２８）、　（２９１式には、雑音ｅ　やｅＬの輯
時値が含まれているため、何らかの平滑化を行なうこと
が望ましい。このような平滑化としては、フーリエ解析
や移動平均などの方法らあり、これらを利用りることも
可能であるが、ここでは、装置の紅汎性と５１μ速度の
而から考えて、時刻を以＋Ｎ＋の観測データに基いた三
重指数平滑化（ｔｒｉｐｌｅｃｘｐｏｎｃｎＬｉａｌ　
ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ）を用いることにする。この三重指
数平滑化は、たとえば、磯田和男・大野豊ｃｒ４．１数
値計算ハンドブツクｊ　ｐ６６２〜ｐ６６４（ＩＫｌ相
４７年オーム社刊）において説明されている。この方法
は、０くα≦１の範囲で選択された平滑化パラメータα
を用いて、時刻ｔにおける観測データと、時刻を以前の
平滑化データとを加重平均し、それによって時刻しにお
ける平滑化データを得ようとする「指数平滑法」の応用
であり、その手続の概略を以下に示す。

今、時系列データｙｔが、時刻ｔについての２次式； ％式％（３１） に従うどき、漸化式： Ｓ　＝αｙ　＋（１−α）８１′−１・・・（３２）［
ｔ Ｓｔ−αＳ、＋　（１−α）Ｓｔ□１　　　　・・・（
３３）（〕） Ｓ　＝αＳ　＋（１−α）Ｓ、、　　　　　・・・（３
４）によって、Ｓ　、Ｓ　およびＳ、を定義する。たｔ
　　　　　［ だし、初期条件は、 Ｓ　　−（ｙ　　＋ｙ１）／２　　　　　　　・・・（
３５）Ｓ１＝Ｓ１　　　　　　　　　　　　　　・・・
（３６）Ｓｌ−８１・・・（３７） であり、Ｓ（１’ｌ　−””Ｉｔ−ｔ　　、　ｙｌＥ　
ｙｔＩｔｆ、　　等である。このようにしてＳ　　、Ｓ
、、Ｓｔを求めると、ｙ、の平滑化データｙ、は、 ＋２１　　　　　　ｔＵ ｙ　　＝３Ｓｔ−３Ｓｔ＋ｓｔ　　　　　・・・（３８
）し どしで勺λられる。この（３８）式は、（３２）〜（３
４）式によって、Ｓ　　、Ｓ　　、Ｓ　　をＶ　　、　
ｙｔ−１・・・で［【　　　　　ｔ　　　　　【 占き表わし、（３１）式の関係を用いて、Ｕ、Ｖ、Ｗに
ついて解くことなどによって得られたものである。

この方法において、ｙ　が観測雑音ｅｔを有し【 ているしのとすれば、 ｙ　→ｙｔ　＋　ｅ　ｔ　　　　　　　　　　　　・・
・（３９）［ とじて、（３２）式を繰返し用いることにより、このた
め、αが十分小さく、またｔが十分大きければ、 ぐあり、逆にα＝１の場合でも （ｉ１ １−−　ｃ　劃　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・
・　（４３）どなる、Ｓ、Ｓ　　についても同様の関係
が存在（【 りるため、（３８）式で得られるｙ、は、Ｏ〜ｅ、稈度
の雑音成分を含むだけになる。

上記ｙ、として、力しおよび加速度Ｘを適用し、（２８
）、　（２９）式においてこのような平滑化を行なった
場合には、（１Ｇ）、　（１７）式にそれぞれ対応する
式どして、次の（４４）、　（４５）式が得られる。

ただし、 Ｓ　＝　（、：（’７−　ａ　）　ｄｔ　　　　　　・
（４６ａ）Ｓ・−１こ（−一９）ｄ【　　　　　　　・
・・（４６ｂ）であり、ｔ８はこの装置の１ｆｆｉ、ｆ
ｉａｌ開始時刻であって、スクリューフィーダー９〜２
１の運転開始信号発信時刻ｔ　とスラリ１−フィーダー
９〜２１の起動時の応答遅れ時間τ２とを用いれば、１
　　＝１　　十戸＋τ２−（４７） ｘ　　　　　ｓｇ で与えられる。尚、（４４）式においてａ＝Ｐ＝０とす
れば（４５）式となることを付記しておく。

次に、この実施例における変８質量の計測動作を、第６
図りいし第８図に示したフローチャートを参照しで説明
する。まず、第６図のステップＳ１におい′Ｃ１第２図
の操作スイッチ群４５を操作。

して１．Ｔｌ用パケット３３内に供給すべきセメント素
材のｆｆ１ｆｎＷ。、（４４）式内の定数ａ、ｂ、Ｋａ
。

Ｋ　　、ａ、ａ、Ｍ　　＝（ｍｏ＋ｍ１）ｏ、Ｐ（＝［
ａ ｉ５ｉ）、および（２４）式と（４７）式とにそれぞれ
含よれる定数τ１．τ２を入力してセットする。これら
のうち、定数ａ、ｂは、あらかじめ実験的に求めておい
た値である。これらの値は、マイクロ＝、１ンビ１．−
タＭＣ中のＲＡＭ５１にスト？される。

次のスｊ−ツブＳ２において、操作スイッチ群４５を櫟
外し、運転開始信号をロードセル３４や加速度形振初晶
１４３へと与え、運転を開始する。この運転開始／ｆｉ
行なわれると、ステップＳ３において、平滑化力し−３
よび平滑化加速度Ｘを求めるための、（ζ） （３２）〜（３４）式のＳｔに対応するそれぞれの指数
平（：） ＷｌｌＣｂ　　（Ｌ）　、Ｓｔ　（Ｘ）　（ｉ□１，２
．３）　、（４６ａ）　、　（４６ｂ）式のｓ、ｓ、’
、時刻ｔ、加速度Ｘおよびカー−の値がそれぞれ０に初
期化される。これ以降の時刻にｄ５いＣは、ロードセル
３４からの力信号と加速石彫振動計４３からの加速度信
号とが入力されるが、加速度信号Ｘの直は一般に揺いで
いるため、後に行なう積分操作における誤差を防止する
目的で、スデ°ツブＳ４において、Ｘ＝ＫａＱすなわち
重力加速度によって与えられるべきＸの値となる時点ま
で待機し、この条件が満足されたときに次のス戸ツブＳ
５へと進む。ステップＳ５では、ｔについての４時を開
始ツるとともに、その時点にお（Ｊる加速度Ｘのｌｆｌ
にＪ：つて、ＩＸｌを定義しておく。そして、ステップ
Ｓ６において、ｎ＝１とし、次のステップＳ７で、その
時刻ｔまでの（４６ａ）戊の積分を行なう。この積分操
作の詳細は第７図に示されており、まず、ステップ８５
０において、時刻ｉが、積分時間幅Δｔ（たとえば１／
１００ｊｓＱｃｌ）に対して、ｎΔ［を越えているかど
うかが判断され、経過しているときには、ステップＳ５
１において加速度Ｘの現在値を取り込む。ステップ８５
２において、Δ（だけ以眞の時刻における加速ｙ１ｘ、
とこの現在値Ｘとに基いて、台形近似を行ない、（４６
ａ）式の積分値の変化分を取り込む。

ステップＳ５３において、Ｘ１＝Ｘ、ｎ＝ｎ＋１として
４３り。ステップＳ５０において、ｔ＜ｎΔｔのときに
は、ステップ８５１〜８５３は迂回される。

第６図に戻って、ステップＳ８において、時刻しがスラ
リ１−フィーダ１９〜２１の運動開始時刻り、（あらか
じめ定められている。）に至ったかどうかが判断され、
ｔ≧ｔ、のときには次のステップＳ９へと進み、ｔくし
、のときにはステップＳ７へと戻る。したがって、ステ
ップＳ９へ進んだとぎに１．Ｌ、積分１ａ　Ｓは、 ｓ　＝＝　　ぐ（−１ｄｔ　　　　　　　・・・（４８
）となっている。

峙朗ｔ＝１．においで油圧モータ２２〜２４に（；：号
がＩｊえられ、スクリューフィーダ１９〜２１が起＋ｈ
　１．、　’Ｕ　＋：Ｉ吊゛用パケット３３へのセメン
ト素材の供給が始まる（ステップＳ９）。ステップ８１
０に、１３いＣ，さらに第７図に示した積分操作が行な
われ、次のステップ８１１において、遅れ時間を考する
目的で、時刻ｔが１ｘ　（＝１．十却１τ２）に至った
かどうかが判ＦＪｉされる。しくし８のときにはステッ
プＳ１０へと戻るが、ｔ≧ｔ８のときには次のステップ
Ｓ１２へと進み、その時点における積分値Ｓによって積
分＊Ｓ・　（（４６ｂ）式参照）を定義する。

ステップ３１３では、その時点における時刻ｔを用い’
ｖｔｏを定義しておき、次のステップＳ１４で、し≧ｔ
ｏ十Δｔとなるまで待機する。【≧１ｏ＋Δｔとなると
、ステップ１５で、加速度Ｘとカーとを取り込む。ステ
ップ８１６において、第７図の積分操作が行なわれ、次
のステップＳ１７において加速度Ｘと力りとの平滑化を
行なって、平滑化加速度Ｘと平滑化力りとを求める。こ
のステップの詳細を第８図に示す。ここではまず、ステ
ップＳ６０において、加速度Ｘの指数平滑値５、　（Ｘ
）の計°ｎを（３２）式に基いて行なう。ここで用いら
れる平滑化パラメータαの値は、あらかじめ定められて
いる。ステップＳ６１と３６２とにおｔｌ） いては、（３３）式、　（３４）式によるＳ　　（ｘ）
　、　Ｓ（（ｘ）のｎ１０がでれぞれ行なわれる。ステ
ップＳ６３では、（３８）式に基いて、平滑化加速度Ｘ
が求められ、加速瓜Ｘについての平滑化を完了する。次
のステップ８６４〜８６６は、力しについての指数平ｆ
Ｊ　ｆｉ　Ｓ　ｔ　（Ｌ）　（ｉ＝１．２．３）　カ、
ツレツレ（３２）〜（３４）式に１．ｔいＣ計粋される
。ステップＳ６７においては、（３８）式に基く平滑化
力りの計ｎが行なわれる。

第６図のステップ３１７が完了すると、ステップ８１８
において、（４４）式が用いられ、ＩｆｉＭ　Ｑが語停
される。ただし、外力Ｐは、（２２）式によつＵ；’ｉ
ｌｒ＞され（いる。ステップＳ１９では、応答遅れ舌を
名山して、重ｆｆ１Ｍｇが（２４）式によって定まる値
以上となっているかどうかが判断され、この値以下のと
きはステップ８１３へと戻って、積分操作と−Ｖ、消化
を繰返すが、（２４）式の条件が満足されると、次のス
テップ８２０において、油圧モータ２２−２４に停止信
号を与えることにより、スクリューフィーダ１９〜２１
を停止させ、計量用パケット３３に対するセメント素材
の供給を停止する。

次にセメント素材供給後の、定１■ｌ測の動作を、第９
図に示したフローチャートを参照して説明する。この場
合も、最初に、定数のセット（ステップ５１０１）、運
転開始（ステップ８１０２）、初ＩＩ化（ステップ５１
０３）、およｆｆＸ＝Ｋ。

りとなるまでの待機（ステップ３１０４）が行なわれる
が、これらはそれぞれ第６図のステップ８１〜＄４と同
様であり、重複説明は省略する。次のステップ５１０５
では、第６図のステップ３５゜８６と同様に、計時開始
と、Ｘ１＝Ｘ、ｎ＝１）動作とが行われ、次のステップ
８１０６において、加速度Ｘと力１−との現在値が取り
込まれる。そして、ステップ５１０７において、第７図
と同様の積分操作を行ない、ステップ８１０８で、時刻
ｔがあらかじめ定められた加速度Ｘと力１−との取り込
み単位時間Ｔに至ったかどうかが判断され、ステップ８
１０６と８１０７とは、この時間Ｔに至るまで繰返され
る。すなわち、定＊　ｆｆｌ　ｉ＋測の場合は、油圧モ
ータ２２〜２４などの応答遅れなどを考ｊａｍ’る必要
はないため、直ちに積分値Ｓを求めるのである。ｔ≧Ｔ
となると、ステップ５１０９においで、第８図に示した
ものと同様の平滑化が（ｊ４【ねれる。ステップ５１１
０では、（４５）式に基いてｆｆｌｌＢＭｇを求め、次
のステップ５１１１でこのｉｎ　！’ｒｌ　Ｍ　ａを、
第２図の表示部４６によって表示し、シＩｉｓを完了す
る。

第１０図４Ｊ、上記の実施例における変動質量の：ｌ　
ＩＡ特性を確認するための計算機シュミレーションの結
束を小り図である。この図は、横軸に１１．’＋刻１、
をどり、縦軸に、上述の実施例で得られる被計測物体の
九１測重吊ｔｉＤＷ（＝Ｍｌと、真の重量値Ｗ（＝Ｑｔ
）に対する計測重量値Ｗの相対誤差ある。ただし、ｈｌ
は、ロードセル３４の減衰率（第５図のＣ１に対応）で
あって、この例では、ｈ　１　”−０、：１）としてい
る。

この図かられかるように、計測重量ｉＯｗはある稈１α
の１ヱざを右するが、時刻ｔが経過するにつれで相対、
シじ０．１減少し、ｔ　＝　３　ｓｅｃでは約５％程度
と４する。また、図示していないが、スクリューフィー
ダ１９〜２１からの供給量ｑｔの揺ぎを考慮して、この
供給量ｑｔを時刻に関して完全な直線となるように平均
化する処叩、すなわち、第１１図に示すように、ｑが揺
ぐものとして、−ｊ７ａ　ｔ　＝　７：ｑｔ　ｄｔ　　
　　　　　　−（４９）によってｉを求め、このｉの値
を用いて同様の計算機シュミレーションを行なった結果
では、上記相対誤差は１％以下にまで減少することがわ
かった。

なお、上述の実施例では重量測定を行なっているが、こ
の発明の「質量計測」とは、質量に関連する物理量一般
の８１測を含む用語である。したがって、ＣＰ　ｔＪ　
４９その他の演算手段は、必ずしも０吊値そのものを演
粋する必要は・ない。

（発明の効果） 以上説明したように、この発明によれば、動揺環境下に
おける定置量計測と変動質量計測とのいずれにも適用す
ることのできる質量４測装置を得ることができる。また
、この装置は、静止環境下にＪｊい（’　ｌ：）　＋ｉ
ｌ　ｉｌ！Ｑを行なうことがでさるため、重両や船舶＜
１どに搭載Ｊる場合に限らｆｌ−・般のホッパースクー
ルその他にも利用可能である。また、ｎ横向に複谷１な
構成を右し【いないため、機械的１作精１ｑに対する要
求も緩やかであり、製作上のノウハウｂ特に必要として
いないため、製作も容易である。

さらに、１Ｊｉ−の計測プロセスのみで計測可能である
ため、複数回の計測を要せず、質量の連続計測が可能ｅ
あるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の原理を示すための、具体例に沿った
力学的概念図、第２図および第３図はそれぞれこの発明
の実施例である質ω４測装置が取りｆ・ロフられたミキ
サー屯の側面図および平面図、第４図ＧＥＬ、この発明
の実施例における電気的ブロック図、第５図はこの発明
の実施例に関する力学的概念図、第６図ないし第９図は
この発明の実施例の動作を説明するためのフローチャー
ト、第１０図番よ、この発明の実施例に関する計算機シ
ュミレーションの結果を示す図、第１１図は、被８１測
物体の供給速度の平均化を説明するための図である。 １・・・ｗｌｉｉ＋測物体、　２・・・容器、　３・・
・集合体、４・・・基準系、　５・・・加速度検出器、
１９〜２１・・・スクリューフィーダ、３３・・・計量
用パケット、 ３／Ｉ・・・ロードセル、　４３・・・加速石彫振動計
、４４・・・制御ｌ５１１！

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）物体の質量を計測するための質量計測装置であっ
   て、 前記物体の外部に存在する所定の基準系と前記物体との
   間に介挿されて、前記基準系と前記物体との間に作用す
   る力を検出し、検出された力に応じた力信号を発生する
   力検出手段と、 前記物体に関連して設けられて、前記物体の加速度を検
   出し、検出された加速度に応じた加速度信号を発生する
   加速度検出手段と、 前記力信号と前記加速度信号とに基いて前記物体の質量
   に関連する物理量を演算し、前記演算の結果を質量信号
   として発生する質量演算手段と、前記質量信号に基いて
   前記物体の質量の大きさに応じた出力を与える出力手段
   とを備える、質量計測装置。
2. （２）前記物体は保持手段によって保持されており、前
   記力は、前記物体と前記保持手段とを含む集合体と、前
   記基準系との間に作用する力として検出され、前記加速
   度は重力加速度を含んで検出され、 前記演算手段は、前記物体の質量Ｍに関連する物理量を
   、次の（ｉ）式： ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（ｉ） に基づいて演算し、ここで、 Ｘは、前記加速度であり、 Ｌは、前記集合体と前記基準系との間に作用する力であ
   り、 Ｐは、前記集合体に作用する外力のうち、前記力Ｌ、前
   記加速度検出手段が前記集合体に与える力、および前記
   集合体に加わる重力の三者を除いた外力であり、 Ｍ＿ａは、前記集合体のうち前記物体を除いた部分と、
   前記加速度検出手段のうち前記物体に機械的に連結され
   た部分とのそれぞれの質量の和であり、 ｇは、重力加速度であり、 ａおよびｂは、定数であり、 ｔは、時刻であり、 ｑは、Ｍｇ＝ｑｔを満す定数である、特許請求の範囲第
   １項記載の質量計測装置。
3. （３）前記演算手段は、前記加速度Ｘおよび前記力Ｌを
   それぞれ時間的に平滑化して、平滑化加速度■を表わす
   信号と平滑化力■を表わす信号とを与える平滑化手段を
   含み、 前記演算手段は、前記平滑化加速度■と平滑化力■とに
   応じて、次の（ｉｉ）式； ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（ｉｉ） に基いて、前記物体の質量Ｍに関連する物理量を求め、
   ここで、 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（ｉｉｉ） ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（ｉｖ） であり、 ｔ＿Ｘは、質量計測開始時刻であり、 Ｋ＿ａおよびＫ＿Ｌはそれぞれ、前記加速度検出手段と
   前記力検出手段とのそれぞれのゲインである、特許請求
   の範囲第２項記載の質量計測装置。