体積測定装置
【課題】様々な大きさの被測定物に対応でき、高精度に測定が可能な体積測定装置を提供する。
【解決手段】被測定物２を収めて密閉空間を形成可能な密閉空間形成手段３と、密閉空間の容積変化手段４と、密閉空間内の気体の圧力測定手段５と、密閉空間の容積変化の前後での圧力測定値を基に被測定物２の体積値を決定する体積決定部７４とを備えた体積測定装置１であって、密閉空間内で被測定物２を載置する大きさの異なる複数の台座６ａ〜６ｃを具備し、台座６ａ〜６ｃの各体積データを記憶する台座体積データ記憶部８０を備え、体積決定部７４が被測定物２の大きさに応じて台座６ａ〜６ｃの中から選択して使用する台座６に対応した体積データを体積データ記憶部８０より読み出して、圧力測定手段５による圧力測定値に加えて使用する台座６に対応した体積データを基に被測定物２の体積値を決定するように構成した。
【解決手段】被測定物２を収めて密閉空間を形成可能な密閉空間形成手段３と、密閉空間の容積変化手段４と、密閉空間内の気体の圧力測定手段５と、密閉空間の容積変化の前後での圧力測定値を基に被測定物２の体積値を決定する体積決定部７４とを備えた体積測定装置１であって、密閉空間内で被測定物２を載置する大きさの異なる複数の台座６ａ〜６ｃを具備し、台座６ａ〜６ｃの各体積データを記憶する台座体積データ記憶部８０を備え、体積決定部７４が被測定物２の大きさに応じて台座６ａ〜６ｃの中から選択して使用する台座６に対応した体積データを体積データ記憶部８０より読み出して、圧力測定手段５による圧力測定値に加えて使用する台座６に対応した体積データを基に被測定物２の体積値を決定するように構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物を入れた密閉容器の容積を変化させ、その際の内部の圧力変化を検出することで被測定物の体積を測定する体積測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、野菜や果物等の品質評価を行うための指標の一つとして密度が用いられている。こうした密度を測定するための方法として、被測定物を液体に浸けて浮力の程度を評価するアルキメデスの方法がある。
【０００３】
しかしながら、この方法を用いる場合には、液体量の管理を行うため測定に時間がかかることや、測定後に被測定物の表面に付着した液体を拭き取るために手間がかかること、あるいは被測定物の種類によっては腐敗等の品質低下が生じやすくなること等が問題になる。
【０００４】
そのため、液体を用いることなく密度を得るための手法として、被測定物の体積と質量を各々求めて密度を算出することが考えられる。例えば、下記特許文献１においては、液体を用いることなく、気体の圧力変化を利用して被測定物の体積を求める方法が開示されている。
【０００５】
このものは、容積一定である測定容器内に存在する固体または液体の体積を測定するため、実質的に密閉状態で気体を測定容器内に挿入または除去することで生じる圧力変化に基づいて固体または液体の体積を測定する方法と、その方法を実現するための測定装置について述べたものである。この装置によれば、簡単な構成でありながら被測定物を液体に浸けることなく体積の測定が可能となり、別途重量を測定すれば密度を求めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２６９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１にかかる体積測定装置を現実に使用した場合、被測定物の大きさによっては、測定誤差が大きくなるとの欠点がある。
【０００８】
具体的には、この体積測定装置は密閉空間内の容積を変化させることによって、当該密閉空間内で被測定物以外の部分が占める気体の体積を変化させ、その際の気体の圧力変化を測定することで、内部の被測定物の体積を算出するものであるために、密閉空間の容積に対して被測定物の占める容積がごく僅かである場合には、密閉空間の容積変化による気体の圧力変化が小さくなることから圧力差を検出することが困難となって、その結果、被測定物の体積値を算出した際の誤差が大きくなる傾向がある。
【０００９】
こうした測定誤差を小さくするため、小さな被測定物に対応させようとして、容器を小さくすると、大きな被測定物を収めることができなくなるとの問題が生じる。
【００１０】
本発明は、このような課題を有効に解決することを目的としており、具体的には、様々な大きさの被測定物に対応でき、大きさによる影響を受けることなく高精度に体積の測定が可能な体積測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。
【００１２】
すなわち、本発明の体積測定装置は、被測定物を内部に収めた状態で密閉空間を形成することが可能な密閉空間形成手段と、前記密閉空間の容積を変化させる容積変化手段と、前記密閉空間内の気体の圧力を測定する圧力測定手段と、前記容積変化手段による前記密閉空間の容積変化の前後で前記圧力測定手段によって得られる圧力測定値を基にして前記被測定物の体積値を決定する体積決定部とを備えた体積測定装置であって、前記密閉空間の内部で前記被測定物を載置するための大きさの異なる複数の台座を具備しているとともに、前記大きさの異なる複数の台座の各々の体積データを記憶しておく台座体積データ記憶部を備えており、前記体積決定部が前記被測定物の大きさに応じて前記大きさの異なる台座の中から選択して使用する台座に対応した体積データを前記体積データ記憶部より読み出して、前記圧力測定手段によって得られる圧力測定値に加えて前記選択して使用する台座に対応した体積データを基にして前記被測定物の体積値を決定するように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
このように構成すると、密閉空間内に存在する気体の量の割合を一定以下に設定することができるようになるとともに、体積値の決定のために必要なデータを簡単に入力して体積値を求めることができるようになる。そのため、簡単な操作のみで様々な大きさの被測定物の体積を高精度に測定することが可能となる。
【００１４】
また、本発明の体積測定装置は、被測定物を内部に収めた状態で密閉空間を形成することが可能な密閉空間形成手段と、前記密閉空間の容積を変化させる容積変化手段と、前記密閉空間内の気体の圧力を測定する圧力測定手段と、前記容積変化手段による前記密閉空間の容積変化の前後で前記圧力測定手段によって得られる圧力測定値を基にして前記被測定物の体積値を決定する体積決定部とを備えた体積測定装置であって、前記密閉空間形成手段が開口部を形成された大きさの異なる複数の容器と、前記開口部をシール部材を介して閉止する閉止部材とを具備するものであり、前記大きさの異なる複数の容器の各々の内容積データを記憶しておく容器内容積データ記憶部を備えており、前記体積決定部が前記被測定物の大きさに応じて前記大きさの異なる容器の中から選択して使用する容器に対応した内容積データを前記容器内容積データ記憶部より読み出して、前記圧力測定手段によって得られる圧力測定値に加えて前記選択して使用する容器に対応した内容積データを基にして前記被測定物の体積値を決定するように構成されていることを特徴とする。
【００１５】
このように構成した場合であっても、密閉空間内に存在する気体の量の割合を一定以下に設定することができるようになるとともに、体積値の決定のために必要なデータを簡単に入力して体積値を求めることができるようになる。そのため、簡単な操作のみで様々な大きさの被測定物の体積を高精度に測定することが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明した本発明によれば、簡単な操作のみで様々な大きさの被測定物に対応して、高精度に体積を測定できる体積測定装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る体積測定装置のシステム構成図。
【図２】同体積測定装置を構成する容器の内部に被測定物を収める際の模式図。
【図３】同体積測定装置を用いて測定を行う際の動作を示す模式図。
【図４】同体積測定装置を用いて測定を行う際の容器内の気体の圧力変化の例を示したグラフ。
【図５】被測定物の体積と測定誤差との一般的な関係を示すグラフ。
【図６】図１の状態より被測定物の大きさに応じて異なる大きさの台座に変更した際の模式図。
【図７】本発明の第２実施形態に係る体積測定装置のシステム構成図。
【図８】図７の状態より被測定物の大きさに応じて異なる大きさの容器に変更した際の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
＜第１実施形態＞
【００１９】
図１に示すように、この実施形態の体積測定装置１は、大きくは機器部１１と、機器部１１の動作を制御するとともに機器部１１によって得られた測定データを基にして体積値の演算を行う制御部１２から構成されている。また、制御部１２には、測定者との間で情報を授受するための入力部７０および表示部７５が接続されている。
【００２０】
そして、機器部１１は、被測定物２を載置するための台座６と、被測定物２と台座６とを内部に収めた状態で密閉空間を形成する密閉空間形成手段３と、その密閉空間の内部の容積を変化させる容積変化手段４と、密閉空間内の気体である空気１３の圧力を測定するための圧力測定手段５とから構成されている。
【００２１】
この図においては、体積値Ｖｓａを有する被測定物２ａを台座６ａに載せた状態で、密閉空間内に収める状態を記載してある。しかしながら、機器部１１は台座６ａに加えて、測定する被測定物２の大きさに応じて台座６ａと代えて使用することが可能な、台座６ａよりも僅かに大きな台座６ｂと、それよりもさらに大きな台座６ｃの３種類の台座を有している。台座６ｂ、台座６ｃの体積は、それぞれＶｓｂ、Ｖｓｃであり、これらの間にはＶｓａ＜Ｖｓｂ＜Ｖｓｃの関係がある。
【００２２】
また、密閉空間形成手段３は、プレート状に構成された閉止部材としてのベース３２と、ベース３２の上に設けられたシール部材３３と、直方体状に構成され被測定物２に被せるようにして設けられた容器３１とから構成される。
【００２３】
図２に示したように、体積の測定のため被測定物２を機器部１１の内部に収める際には、被測定物２をベース３２の上面３２ａの上に置いた台座６の上に載置させた状態で、下側に開口部３１ａを形成された容器３１を上側より被せていき、シール部材３３を介してベース３２の上面３２ａに当接させた状態とする。容器３１には容積変化手段４および圧力測定手段５が連結するようにして設けられているために、これらは一体化された状態となって移動できるように構成されている。
【００２４】
また、シール部材３３はシリコンゴム等の弾性体によって形成されるとともに、容器３１の開口部３１ａの全周に渡って密着できる形状とされていることで、ベース３２と合わせて容器３１の開口部３１ａ全体を閉止することができるように構成されている。そのため、上記のようにして容器３１をベース３２の上面３２ａに、シール部材３３を介して当接させるようにすることで、ベース３２はシール部材３３を介して容器３１の開口部３１ａを閉止するための閉止部材として機能して、内部に気体としての空気１３を閉じ込めた密閉空間が形成される。
【００２５】
図１にもどって、機器部１１の構成要素としての容積変化手段４は、シリンダ４１と、そのシリンダ４１を構成するピストンを往復動させるためのモータ４２と、シリンダ４１の内部と容器３１の内部とを連通するシリンダ用配管４３とから構成されている。モータ４２にはステッピングモータが用いられ、制御部１２からの指令によって動作し、シリンダ４１のピストンを動かして細かくシリンダ４１の内容積を変更することができるようになっている。シリンダ４１はシリンダ用配管４３を通じて容器３１の内部と連通された状態となっているため、シリンダ４１を動かすことによって、容器３１の内部に空気１３を送り込んだり、容器３１の内部より空気１３を吸引したりすることが可能となっている。
【００２６】
さらに、機器部１１の構成要素としての圧力測定手段５は圧力計５１と、その圧力計５１と容器３１の内部とを連通する圧力計用配管５２とから構成されている。圧力計５１は容器３１の内部の空気１３の圧力を測定することができるように構成されており、図示しない電源部より電源を供給されるとともに、アナログもしくはデジタルの電気信号で圧力の測定値を制御部１２に向けて出力できるようにされている。
【００２７】
上述したように、容器３１の開口部３１ａ（図２参照）が閉止部材としてのベース３２によって閉止されている状態となった場合に密閉空間が形成されるが、詳細には、ここでいう密閉空間とは容器３１とベース３２との間で形成される空間に、シリンダ４１、シリンダ用配管４３、圧力計５１および圧力計用配管５２の内容積を加えたものになる。これらのうちシリンダ用配管４３、圧力計５１および圧力計用配管５２の内容積は、ほぼ一定値とみることができるが、シリンダ４１の内容積は上記の通りピストンの動作によって変更されるものであるため、その分密閉空間の内容積は変更されることになる。
【００２８】
なお、本発明において述べる密閉空間とは、上記のようにして形成される空間そのものをいい、完全に外部との遮断がなされて真の意味での密閉が実現できているか否かを問題とするものではない。
【００２９】
本体積測定装置１は、上述のように容器３１等によって形成された密閉空間の容積を、容積変化手段を構成するシリンダ４１の動作によって変化させ、その容積変化の前後における容器３１内部の空気１３の圧力を測定することによって、内部の被測定物２の体積を測定しようとするものである。
【００３０】
そのため、入力部７０から与えられる測定者からの命令に基づいて、上記の機器部１１を動作させるとともに、測定値から適宜演算を行った結果を出力するため、制御部１２は次のように構成されている。
【００３１】
まず制御部１２と接続されている入力部７０を通じて、適宜動作モード変更にかかる指令や、測定や演算に必要な情報および具体的な動作命令が基本指令部７１に与えられる。基本指令部７１では、入力部７０より与えられた指令に基づき、校正モードまたは測定モードのいずれかの動作モードで、各部に対して動作命令や、測定値に基づく演算、表示を行わせる命令を与えるように構成されている。校正モードと測定モードの選択は測定者によって行い、入力部７０を通じて指定することができるように構成されており、基本指令部７１ではモードに応じた動作指令を各部に与える。
【００３２】
校正モードとは、実際の体積測定に先駆けて、室温、大気圧、湿度、機器部１１の経時変化等の要因による影響分を把握して、測定誤差を排除するためのものであり、圧力測定値と被測定物の体積値との関係を機器特性や環境に応じた所定の関係となるように補正を行うための校正用データを得るための動作モードということができる。
【００３３】
この校正モードを使用する場合には、容器３１の内部に被測定物２を入れない状態、あるいは、被測定物２の代わりに既知の体積値を有するアルミブロックで形成した校正用部材を入れた状態で、体積測定時と同様の動作および測定を行わせることによって校正用データを作成する。測定者は、内部に収容させる対象物がない場合にはその旨、校正用部材を収容させる場合には、その体積値を入力部７０より入力する。なお、使用する校正用部材が限定されている場合には、それらの体積値を内部メモリに保存しておき、その中から選択して呼び出すようにして構成しても良い。
【００３４】
測定モードにおける体積測定にあたっては、制御部１２に接続されている入力部７０を通じて、上述した３種類の台座６ａ〜６ｃのうちいずれの台座を使用するかを指定する。これらの台座６ａ〜６ｃの体積値は、あらかじめ台座体積データ記憶部８０に記憶されているため、上記のように使用する台座を指定することによって、基本指令部７１より、いずれの体積値データを使用して演算を行うかを選択して体積決定部７４に出力させるようにしている。
【００３５】
上記のように必要な情報の入力を終えた後、実際の測定を開始し、基本指令部７１からは密閉空間内の容積を変化させるためにモータ制御部７２に命令が出力される。モータ制御部７２はその命令に合致するように具体的な指令値を定めてモータ４２の動作を制御する。
【００３６】
また、基本指令部７１からは、圧力測定が必要となるタイミングでもって圧力測定部７３に対して命令を出力し、圧力測定部７３においてはその際に得られた圧力計５１による圧力測定値を体積決定部７４に対して出力できるようになっている。
【００３７】
体積決定部７４は、圧力測定部７３より入力された圧力測定値に加えて、基本指令部７１から与えられる容積変化量のデータ、校正用データ記憶部７９に記憶された校正用データ、および上述した台座６の体積データを与えられて、被測定物２の体積値を演算して決定し、出力できるように構成されている。なお、演算を行わせることなく、圧力測定値に応じてデータテーブルから選択するようにして被測定物２の体積値を決定するように構成することも可能である。
【００３８】
表示部７５では、体積決定部７４より得られる体積値や、基本指令部７１からの得られる種々の動作状況を表示できるように構成されている。
【００３９】
校正用データを取得する際には、入力部７０より校正モード実行の命令が与えられ、基本指令部７１よりそれに合致した命令が各部に出力されるとともに、校正用データ作成部７８に対して必要なデータを取り込んで校正用データを作成するように命令される。この際にも、通常の体積測定と同様に、モータ制御部７２によってモータ４２を通じてシリンダ４１が動作され、その時の圧力測定結果が圧力測定部７３を通じて校正用データ作成部７８に対して入力される。
【００４０】
校正用データ作成部７８は、基本指令部７１から得られる校正用部材の体積データと、圧力測定部７３を通じて得られた圧力測定値を基にして、校正用データを作成する。質量の異なる校正用部材を用いて同様の測定を繰り返すことによって、より精度の高い校正用データを作成する場合もある。
【００４１】
上記のようにして作成された校正用データは校正用データ記憶部７９に出力されて、ここで記憶される。校正用データは上述したように実際の体積測定の際に体積決定部７４より呼び出されて使用されることで、より高精度に体積値を求めることができるようになっている。
【００４２】
ここで、上記のように気体の圧力の変化を利用して、被測定物２の体積を測定する原理について説明する。
【００４３】
まず、図３（ａ）のように内容積がＶ０である密閉空間の中に、体積Ｖｘの被測定物２と体積Ｖｓの台座を収容させた状態とする。このとき、密閉空間内に閉じ込められる空気１３の体積は（Ｖ０−Ｖｘ−Ｖｓ）で表される。また、この際の密閉空間内の空気１３の圧力はＰ０で表され、圧力計５１によって測定される。
【００４４】
この後、図３（ｂ）のようにシリンダ４１を動作させ密閉空間内の内容積をＶ１に増加させる。このとき、密閉空間内に閉じ込められる空気１３の体積は（Ｖ１−Ｖｘ−Ｖｓ）で表される。このような内容積の変化によって、内部での気圧は図４のように減少する。図中のＡ点よりシリンダ４１（図３（ｂ）参照）を動作させ、Ｂ点でその動作が終わっている。Ｂ点に達した直後には多少気圧が変動するため、Ｂ点よりｔ１時間経過するのを待ち、安定した状態となってから気圧の測定を行うようにしている。この際の密閉空間内の空気１３の圧力はＰ１で表される。
【００４５】
このようにして、密閉空間内の容積が変化した際において、容器３１の内部の密閉状態が完全に保たれて外部との空気の授受がないものであり、かつ、温度変化が無いとの条件では、一般によく知られているボイルの法則より次の関係が導かれる。
Ｐ０（Ｖ０−Ｖｘ−Ｖｓ）＝Ｐ１（Ｖ１−Ｖｘ−Ｖｓ） ………………………数式（１）
【００４６】
さらに、密閉空間内の容積の増加量は、シリンダ４１の内容積の増加量ΔＶａとしてモータ４２を駆動することで正確に与えることができるため、
Ｖ１＝Ｖ０＋ΔＶａ …………………………………………………………………数式（２）
の関係がある。
【００４７】
以上の数式（１）、数式（２）より、下記の関係式が得られる。
Ｐ０（Ｖ０−Ｖｘ−Ｖｓ）＝Ｐ１（Ｖ０＋ΔＶａ−Ｖｘ−Ｖｓ） ……………数式（３）
【００４８】
これを変形することで次のようにして、Ｖｘが求められる。
Ｖｘ＝Ｖ０−ΔＶａ・Ｐ１／（Ｐ０−Ｐ１）−Ｖｓ ……………………………数式（４）
【００４９】
なお、被測定物２の体積Ｖｘを求めるにあたり、密閉空間内の容積を増加させつつ、その際の圧力変化を利用する手法について述べたが、原理的には密閉空間内と外部との遮断が十分にできている限りボイルの法則による関係は成立するため、密閉空間内の容積を減小させながら、同様にして被測定物２の体積Ｖｘを求めることが可能である。
【００５０】
なお、上述した校正モードによって校正用の計算式を事前に得ている場合には、Ｖ０、ΔＶａのデータを入力することなく、さらに精度良く体積Ｖｘを求めることが可能である。
【００５１】
すなわち、理想状態の式である数式（４）を基にして、実際の気温、大気圧、湿度、密閉空間の内容積の誤差、シリンダ内容積の誤差、および各部の変形を考慮した現実の式として、次のように近似することができる。
Ｖｘ＝ａ＋ｂ・Ｐ１／（Ｐ０−Ｐ１）−Ｖｓ ……………………………………数式（５）
ここで、ａおよびｂはそれぞれ、校正モードによって求めることが必要な係数である。
【００５２】
上述したように、校正モードでは被測定物を挿入しない状態、あるいは、既知の体積値を有するアルミブロックで形成した校正用部材を被測定物のかわりに用いた状態で複数回測定動作を行わせて、数式（５）における係数ａ、ｂを求める。このようにして、事前にａ、ｂの係数を求めておけば、同じ動作を再現させてＰ０、Ｐ１を測定するのみで、数式（５）により体積Ｖｘを求めることが可能となる。
【００５３】
また、数式（５）よりも、さらに精度が要求される際には、次のようにＰ１に比例する項を増やした近似式を用いることも考えられる。
Ｖｘ＝ａ＋ｂ・Ｐ１／（Ｐ０−Ｐ１）＋ｃ・Ｐ１−Ｖｓ…………………………数式（６）
【００５４】
ここで、ａ〜ｃは校正モードによって求めることが必要な係数である。
【００５５】
この場合には、未知の係数が数式（５）の場合に比べて多いために、校正モードで要する時間が長くなるとの短所があるものの、係数ａ〜ｃが決定された後には、より精度の高い測定ができるとの長所がある。
【００５６】
なお、上述の校正モードによる測定は、実際の測定と同じ動作とすることが高い精度を得るために必要である。そのため、実際の測定と同じ体積変化を行わせるためにシリンダ４１への制御指令を同一にし、圧力値の測定タイミングも同じようにすることが肝要である。
【００５７】
上記のようにして、図１におけるシリンダ４１の内容積を変化させて、これによる体積変化の前後における密閉容器内の圧力をそれぞれ測定して、その圧力測定値を用いた演算を行うことで精度良く被測定物２の体積Ｖｘを求めることができる。
【００５８】
以上のような原理、方法によって求める被測定物２の体積値Ｖｘは、被測定物２の大きさによって測定誤差の大きさが異なることになる。
【００５９】
図５に、台座６（図１参照）を用いることなく、被測定物２（図１参照）の体積を同じ原理を利用して求めた場合の結果を示す。同図において、Ｖ０とは密閉空間内の容積であり、Ｖｘとは被測定物２の体積を示している。このグラフから明らかなように、密閉空間内の容積に対する被測定物２の体積の割合が小さいときには圧力差が小さくしか得られないことから測定誤差が大きくなり、被測定物の体積の割合が大きいときには圧力差が大きく得られるために測定誤差が小さくなることがわかる。
【００６０】
さらに、同図から分かるように、台座６（図１参照）を用いない場合にはＶｘを０．２・Ｖ０以上としたときに十分高い測定精度を得られることになる。これを逆に言うと、Ｖ０を５・Ｖｘ以下とすることが高い測定精度を維持するために必要な条件といえる。
【００６１】
この知見を生かし、図１に示す本実施形態の体積測定装置１では、台座６を用いて、基準となる密閉空間内の容積を調整できるようにしている。すなわち、台座６の体積をＶｓとしたとき、密閉空間内の容積は（Ｖ０―Ｖｓ）となっていると考えることができる。そして、（Ｖ０−Ｖｓ）≦５・Ｖｘとすれば、高い測定精度を得ることができる。さらに、この関係はＶｓ≧Ｖ０−５・Ｖｘと置き換えることができる。
【００６２】
以上の知見より、台座６として大きさの異なるものを複数個準備しておき、その中より被測定物２の大きさに応じて、上記の関係を満たすもの、つまりはＶｓ≧Ｖ０−５・Ｖｘの関係を満たす体積値Ｖｓを有する台座６を選択するようにすればよいことになる。
【００６３】
そのため、本実施形態に係る体積測定装置１では上述したように、Ｖｓａの体積を有する台座６ａ、Ｖｓｂの体積を有する台座６ｂ、Ｖｓｃの体積を有する台座６ｃを備えており、被測定物２の大きさに応じて選択して使用するようにしている。
【００６４】
図１では、比較的大きな体積値Ｖｘａを有する被測定物２ａを密閉空間の内部に収めた状態を示しており、被測定物２ａに対応して比較的小さな体積値Ｖｓａを有する台座６ａを用いている。
【００６５】
さらに、図６（ａ）に示すように、被測定物２ａ（図１参照）よりも僅かに大きな体積値Ｖｓｂを有する被測定物２ｂの測定を行う場合には、被測定物２ｂに対応した体積値Ｖｓｂを有する台座６ｂを用いる。同様に、図６（ｂ）に示すように、比較的小さな体積値Ｖｓｃを有する被測定物２ｃの測定を行う場合には、被測定物２ｃに対応した大きな体積値Ｖｓｃを有する台座６ｃを用いる。
【００６６】
さらに、図１に示したように、これらの体積値Ｖｓａ、Ｖｓｂ、Ｖｓｃは台座体積データ記憶部８０の中に記憶されているために、使用する台座６の種類に応じて、被測定物２の体積値を計算する際に用いる台座の体積値をＶｓａ、Ｖｓｂ、Ｖｓｃの中から選択して読み出し、体積決定部７４において適切に計算を行うことができるようになっている。
【００６７】
上記のように、台座の選択を行う場合には、被測定物２の体積値Ｖｘは未知であるが、上述したＶｓ≧Ｖ０−５・Ｖｘの関係は許容範囲が十分に広いために、目分量のみで台座６を選択することでほぼこの関係を満たすようにすることができる。なお、このようにして測定を行った結果、予想外にＶｘが小さく上記の関係が満たされているかについて疑問がもたれる場合には、台座６を大きくして再度測定を行うようにすればよい。
【００６８】
また、図１に示したように台座６は、中央部を凹ませて被測定物２を載せやすい形状としている。このようにすることで、ミカン、リンゴなど球形に近く転がりやすいものも、ほうれん草、白菜など外側に広がりやすい性質を有するものも、簡単に収納させて測定することができる。
【００６９】
さらに、本体積測定装置１を被測定物２の搬送ラインの途中に設ける場合には、被測定物２を台座６とセットで搬送させつつ、体積測定を行う箇所で、被測定物２を台座６とともに密閉空間形成手段内に収めて測定を行うように構成することも可能である。
【００７０】
以上のように、本実施形態の体積測定装置１は、被測定物２を内部に収めた状態で密閉空間を形成することが可能な密閉空間形成手段３と、前記密閉空間の容積を変化させる容積変化手段４と、前記密閉空間内の気体の圧力を測定する圧力測定手段５と、前記容積変化手段４による前記密閉空間の容積変化の前後で前記圧力測定手段５によって得られる圧力測定値を基にして前記被測定物２の体積値を決定する体積決定部７４とを備えたものであって、前記密閉空間の内部で前記被測定物２を載置するための大きさの異なる複数の台座６ａ〜６ｃを具備しているとともに、前記大きさの異なる複数の台座６ａ〜６ｃの各々の体積データを記憶しておく台座体積データ記憶部８０を備えており、前記体積決定部７４が前記被測定物２の大きさに応じて前記大きさの異なる台座６ａ〜６ｃの中から選択して使用する台座６に対応した体積データを前記体積データ記憶部８０より読み出して、前記圧力測定手段５によって得られる圧力測定値に加えて前記選択して使用する台座６に対応した体積データを基にして前記被測定物２の体積値を決定するように構成されていることを特徴とするものである。
【００７１】
このように構成されているため、基準となる密閉空間内の容積を台座６の体積分減少させるよう調整することで、これに対する被測定物２の体積値を一定の割合以上にすることができるため、容積変化手段４によって容積を変化させたときの圧力変化を一定以上に大きく保つことができる。こうした圧力変化を基にすることで、被測定物２の体積測定を高精度で行うことが可能となる。
＜第２実施形態＞
【００７２】
第２実施形態における体積測定装置を図７に示す。上述した第１実施形態の体積測定装置１と共通する部分については同じ符号を付して説明を省略する。
【００７３】
本実施形態では、第１実施形態の場合と異なり、台座６（図１参照）を使用しておらず、被測定物２の大きさに応じて選択して使用するための複数の容器２３１ａ〜２３１ｃを備えている。複数の容器２３１ａ〜２３１ｃはいずれも第１実施形態のものと同様に矩形状に形成されており、下面は開口部として開放されている。
【００７４】
被測定物２は複数の容器２３１ａ〜２３１ｃのいずれかと、ベース２３２と、これらの間に設けられたシール部材２３３からなる密閉空間形成手段２０３の内部に収められる。
【００７５】
また、容器２３１ａ〜２３１ｃの交換にかかわらず、同一の容積変化手段２０４を用いることができるようになっており、当該容積変化手段２０４はシリンダ２４１と、これを駆動するモータ２４２と、シリンダ２４１の内容積と密閉空間内とをベース２３２の内部を通って連通させる配管２４３とから形成されている。同様に、圧力測定手段２０５も、圧力計２５１と、この圧力計２５１と密閉空間内とをベース２３２の内部を通って連通させる配管２５２とから形成されている。
【００７６】
複数の容器２３１ａ〜２３１ｃは、それぞれ大きさが異なり、容器２３１ａを用いた場合に、ベース２３２等との間で形成される密閉空間の容積はＶ０ａとなるとともに、図８（ａ）、（ｂ）のように容器２３１ｂ、２３１ｃを用いた場合に、ベース２３２等との間で形成される密閉空間の容積はそれぞれＶ０ｂ、Ｖ０ｃとなる。ここで各容器２３１ａ〜２３１ｃを用いて形成される密閉空間の容積にはＶ０ａ＞Ｖ０ｂ＞Ｖ０ｃの関係がある。
【００７７】
さらには、各容器２３１ａ〜２３１ｃの基準となる内容積はそれぞれ、容器内容積データ記憶部２８０に記憶されており、使用する容器２３１ａ〜２３１ｃに応じて選択して読み出されて密閉空間の容積が計算され、これを基にして体積決定部７４において被測定物２の体積値の計算が行われるようになっている。
【００７８】
この実施形態においては、被測定物２の大きさに応じて大きさの異なる複数の容器２３１ａ〜２３１ｃの中より適切なものを選択することによって、上述したように密閉空間内の容積Ｖ０を５・Ｖｘ以下とすることが可能となるために、第１実施形態の場合と同様に高い測定精度を得ることができる。
【００７９】
以上のように、本実施形態の体積測定装置２０１は、被測定物２を内部に収めた状態で密閉空間を形成することが可能な密閉空間形成手段２０３と、前記密閉空間の容積を変化させる容積変化手段２０４と、前記密閉空間内の気体の圧力を測定する圧力測定手段２０５と、前記容積変化手段２０４による前記密閉空間の容積変化の前後で前記圧力測定手段２０５によって得られる圧力測定値を基にして前記被測定物２の体積値を決定する体積決定部７４とを備えたものであって、前記密閉空間形成手段２０３が開口部を形成された大きさの異なる複数の容器２３１ａ〜２３１ｃと、前記開口部をシール部材２３３を介して閉止する閉止部材２３２とを具備するものであり、前記大きさの異なる複数の容器２３１ａ〜２３１ｃの各々の内容積データを記憶しておく容器内容積データ記憶部２８０を備えており、前記体積決定部７４が前記被測定物２の大きさに応じて前記大きさの異なる容器２３１ａ〜２３１ｃの中から選択して使用する容器２３１ａ〜２３１ｃに対応した内容積データを前記容器内容積データ記憶部２８０より読み出して、前記圧力測定手段２０５によって得られる圧力測定値に加えて前記選択して使用する容器に対応した内容積データを基にして前記被測定物２の体積値を決定するように構成されていることを特徴とするものである。
【００８０】
このように構成した場合においても、密閉空間内の容積に対する被測定物２の体積値を一定の割合以上にすることができるため、容積変化手段２０４によって容積を変化させたときの圧力変化を一定以上に大きく保つことができる。こうした圧力変化を基にすることで、被測定物２の体積測定を高精度で行うことが可能となる。
【００８１】
なお、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではない。
【００８２】
例えば、本発明が意図する効果は、上述したような密閉空間内の容積を増加させつつ圧力測定を行い、その圧力測定値の変化より体積値を決定する場合のみには限定されず、密閉空間内の容積を減少させつつ圧力測定を行い、その圧力測定値の変化を基にして体積値を決定する場合であっても変わらずに得ることができる。
【００８３】
また、上述のいずれの実施形態においても、被測定物２の大きさに応じて密閉空間内の容積を３段階で調整するように構成していたが、さらに多段階に調整できるようにすることも可能である。そのためには、第１実施形態においては台座６ａ〜６ｃを、第２実施形態においては容器２３１ａ〜２３１ｃの種類をさらに増やすようにすれば良く、こうすることでより幅広い体積の被測定物２を精度良く測定することが可能となる。
【００８４】
また、上述の実施形態においては、使用する台座６ａ〜６ｃまたは容器２３１ａ〜２３１ｃの種類を測定者が入力部７０を通じて入力することで、対応するデータが体積決定部７４に読み込まれて計算がされるようにしていたが、台座６ａ〜６ｃまたは容器２３１ａ〜２３１ｃの種類を自動的に特定するためのセンサを有しており、当該センサからの信号によって、自動的に対応するデータを選択して体積決定部７４によって計算が行われるように構成しても良い。
【００８５】
さらには、複数の台座６ａ〜６ｃの体積データおよび容器２３１ａ〜２３１ｃ内容積データはあらかじめ記憶させておかなくても、別途測定者が入力部７０を通じて入力するなどして必要なデータを体積決定部７４に与えるようにすれば、上記と同様に精度良く体積計算を行わせることも可能である。このようにすることで、台座体積データ記憶部８０または容器内容積データ記憶部２８０にデータが記憶されている台座や容器だけではなく、任意の形状の台座や容器をその都度使用することにより測定を行うことも可能である。
【００８６】
その他の構成も、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【符号の説明】
【００８７】
１…体積測定装置
２…被測定物
３…密閉空間形成手段
４…容積変化手段
５…圧力測定手段
６、６ａ〜６ｃ…台座
１１…機器部
１２…制御部
３１…容器
３２…ベース（閉止部材）
３３…シール部材
４１…シリンダ
４２…モータ
４３…シリンダ用配管
５１…圧力計
５２…圧力計用配管
２３１ａ〜２３１ｃ…容器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物を入れた密閉容器の容積を変化させ、その際の内部の圧力変化を検出することで被測定物の体積を測定する体積測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、野菜や果物等の品質評価を行うための指標の一つとして密度が用いられている。こうした密度を測定するための方法として、被測定物を液体に浸けて浮力の程度を評価するアルキメデスの方法がある。
【０００３】
しかしながら、この方法を用いる場合には、液体量の管理を行うため測定に時間がかかることや、測定後に被測定物の表面に付着した液体を拭き取るために手間がかかること、あるいは被測定物の種類によっては腐敗等の品質低下が生じやすくなること等が問題になる。
【０００４】
そのため、液体を用いることなく密度を得るための手法として、被測定物の体積と質量を各々求めて密度を算出することが考えられる。例えば、下記特許文献１においては、液体を用いることなく、気体の圧力変化を利用して被測定物の体積を求める方法が開示されている。
【０００５】
このものは、容積一定である測定容器内に存在する固体または液体の体積を測定するため、実質的に密閉状態で気体を測定容器内に挿入または除去することで生じる圧力変化に基づいて固体または液体の体積を測定する方法と、その方法を実現するための測定装置について述べたものである。この装置によれば、簡単な構成でありながら被測定物を液体に浸けることなく体積の測定が可能となり、別途重量を測定すれば密度を求めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２６９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１にかかる体積測定装置を現実に使用した場合、被測定物の大きさによっては、測定誤差が大きくなるとの欠点がある。
【０００８】
具体的には、この体積測定装置は密閉空間内の容積を変化させることによって、当該密閉空間内で被測定物以外の部分が占める気体の体積を変化させ、その際の気体の圧力変化を測定することで、内部の被測定物の体積を算出するものであるために、密閉空間の容積に対して被測定物の占める容積がごく僅かである場合には、密閉空間の容積変化による気体の圧力変化が小さくなることから圧力差を検出することが困難となって、その結果、被測定物の体積値を算出した際の誤差が大きくなる傾向がある。
【０００９】
こうした測定誤差を小さくするため、小さな被測定物に対応させようとして、容器を小さくすると、大きな被測定物を収めることができなくなるとの問題が生じる。
【００１０】
本発明は、このような課題を有効に解決することを目的としており、具体的には、様々な大きさの被測定物に対応でき、大きさによる影響を受けることなく高精度に体積の測定が可能な体積測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。
【００１２】
すなわち、本発明の体積測定装置は、被測定物を内部に収めた状態で密閉空間を形成することが可能な密閉空間形成手段と、前記密閉空間の容積を変化させる容積変化手段と、前記密閉空間内の気体の圧力を測定する圧力測定手段と、前記容積変化手段による前記密閉空間の容積変化の前後で前記圧力測定手段によって得られる圧力測定値を基にして前記被測定物の体積値を決定する体積決定部とを備えた体積測定装置であって、前記密閉空間の内部で前記被測定物を載置するための大きさの異なる複数の台座を具備しているとともに、前記大きさの異なる複数の台座の各々の体積データを記憶しておく台座体積データ記憶部を備えており、前記体積決定部が前記被測定物の大きさに応じて前記大きさの異なる台座の中から選択して使用する台座に対応した体積データを前記体積データ記憶部より読み出して、前記圧力測定手段によって得られる圧力測定値に加えて前記選択して使用する台座に対応した体積データを基にして前記被測定物の体積値を決定するように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
このように構成すると、密閉空間内に存在する気体の量の割合を一定以下に設定することができるようになるとともに、体積値の決定のために必要なデータを簡単に入力して体積値を求めることができるようになる。そのため、簡単な操作のみで様々な大きさの被測定物の体積を高精度に測定することが可能となる。
【００１４】
また、本発明の体積測定装置は、被測定物を内部に収めた状態で密閉空間を形成することが可能な密閉空間形成手段と、前記密閉空間の容積を変化させる容積変化手段と、前記密閉空間内の気体の圧力を測定する圧力測定手段と、前記容積変化手段による前記密閉空間の容積変化の前後で前記圧力測定手段によって得られる圧力測定値を基にして前記被測定物の体積値を決定する体積決定部とを備えた体積測定装置であって、前記密閉空間形成手段が開口部を形成された大きさの異なる複数の容器と、前記開口部をシール部材を介して閉止する閉止部材とを具備するものであり、前記大きさの異なる複数の容器の各々の内容積データを記憶しておく容器内容積データ記憶部を備えており、前記体積決定部が前記被測定物の大きさに応じて前記大きさの異なる容器の中から選択して使用する容器に対応した内容積データを前記容器内容積データ記憶部より読み出して、前記圧力測定手段によって得られる圧力測定値に加えて前記選択して使用する容器に対応した内容積データを基にして前記被測定物の体積値を決定するように構成されていることを特徴とする。
【００１５】
このように構成した場合であっても、密閉空間内に存在する気体の量の割合を一定以下に設定することができるようになるとともに、体積値の決定のために必要なデータを簡単に入力して体積値を求めることができるようになる。そのため、簡単な操作のみで様々な大きさの被測定物の体積を高精度に測定することが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明した本発明によれば、簡単な操作のみで様々な大きさの被測定物に対応して、高精度に体積を測定できる体積測定装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る体積測定装置のシステム構成図。
【図２】同体積測定装置を構成する容器の内部に被測定物を収める際の模式図。
【図３】同体積測定装置を用いて測定を行う際の動作を示す模式図。
【図４】同体積測定装置を用いて測定を行う際の容器内の気体の圧力変化の例を示したグラフ。
【図５】被測定物の体積と測定誤差との一般的な関係を示すグラフ。
【図６】図１の状態より被測定物の大きさに応じて異なる大きさの台座に変更した際の模式図。
【図７】本発明の第２実施形態に係る体積測定装置のシステム構成図。
【図８】図７の状態より被測定物の大きさに応じて異なる大きさの容器に変更した際の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
＜第１実施形態＞
【００１９】
図１に示すように、この実施形態の体積測定装置１は、大きくは機器部１１と、機器部１１の動作を制御するとともに機器部１１によって得られた測定データを基にして体積値の演算を行う制御部１２から構成されている。また、制御部１２には、測定者との間で情報を授受するための入力部７０および表示部７５が接続されている。
【００２０】
そして、機器部１１は、被測定物２を載置するための台座６と、被測定物２と台座６とを内部に収めた状態で密閉空間を形成する密閉空間形成手段３と、その密閉空間の内部の容積を変化させる容積変化手段４と、密閉空間内の気体である空気１３の圧力を測定するための圧力測定手段５とから構成されている。
【００２１】
この図においては、体積値Ｖｓａを有する被測定物２ａを台座６ａに載せた状態で、密閉空間内に収める状態を記載してある。しかしながら、機器部１１は台座６ａに加えて、測定する被測定物２の大きさに応じて台座６ａと代えて使用することが可能な、台座６ａよりも僅かに大きな台座６ｂと、それよりもさらに大きな台座６ｃの３種類の台座を有している。台座６ｂ、台座６ｃの体積は、それぞれＶｓｂ、Ｖｓｃであり、これらの間にはＶｓａ＜Ｖｓｂ＜Ｖｓｃの関係がある。
【００２２】
また、密閉空間形成手段３は、プレート状に構成された閉止部材としてのベース３２と、ベース３２の上に設けられたシール部材３３と、直方体状に構成され被測定物２に被せるようにして設けられた容器３１とから構成される。
【００２３】
図２に示したように、体積の測定のため被測定物２を機器部１１の内部に収める際には、被測定物２をベース３２の上面３２ａの上に置いた台座６の上に載置させた状態で、下側に開口部３１ａを形成された容器３１を上側より被せていき、シール部材３３を介してベース３２の上面３２ａに当接させた状態とする。容器３１には容積変化手段４および圧力測定手段５が連結するようにして設けられているために、これらは一体化された状態となって移動できるように構成されている。
【００２４】
また、シール部材３３はシリコンゴム等の弾性体によって形成されるとともに、容器３１の開口部３１ａの全周に渡って密着できる形状とされていることで、ベース３２と合わせて容器３１の開口部３１ａ全体を閉止することができるように構成されている。そのため、上記のようにして容器３１をベース３２の上面３２ａに、シール部材３３を介して当接させるようにすることで、ベース３２はシール部材３３を介して容器３１の開口部３１ａを閉止するための閉止部材として機能して、内部に気体としての空気１３を閉じ込めた密閉空間が形成される。
【００２５】
図１にもどって、機器部１１の構成要素としての容積変化手段４は、シリンダ４１と、そのシリンダ４１を構成するピストンを往復動させるためのモータ４２と、シリンダ４１の内部と容器３１の内部とを連通するシリンダ用配管４３とから構成されている。モータ４２にはステッピングモータが用いられ、制御部１２からの指令によって動作し、シリンダ４１のピストンを動かして細かくシリンダ４１の内容積を変更することができるようになっている。シリンダ４１はシリンダ用配管４３を通じて容器３１の内部と連通された状態となっているため、シリンダ４１を動かすことによって、容器３１の内部に空気１３を送り込んだり、容器３１の内部より空気１３を吸引したりすることが可能となっている。
【００２６】
さらに、機器部１１の構成要素としての圧力測定手段５は圧力計５１と、その圧力計５１と容器３１の内部とを連通する圧力計用配管５２とから構成されている。圧力計５１は容器３１の内部の空気１３の圧力を測定することができるように構成されており、図示しない電源部より電源を供給されるとともに、アナログもしくはデジタルの電気信号で圧力の測定値を制御部１２に向けて出力できるようにされている。
【００２７】
上述したように、容器３１の開口部３１ａ（図２参照）が閉止部材としてのベース３２によって閉止されている状態となった場合に密閉空間が形成されるが、詳細には、ここでいう密閉空間とは容器３１とベース３２との間で形成される空間に、シリンダ４１、シリンダ用配管４３、圧力計５１および圧力計用配管５２の内容積を加えたものになる。これらのうちシリンダ用配管４３、圧力計５１および圧力計用配管５２の内容積は、ほぼ一定値とみることができるが、シリンダ４１の内容積は上記の通りピストンの動作によって変更されるものであるため、その分密閉空間の内容積は変更されることになる。
【００２８】
なお、本発明において述べる密閉空間とは、上記のようにして形成される空間そのものをいい、完全に外部との遮断がなされて真の意味での密閉が実現できているか否かを問題とするものではない。
【００２９】
本体積測定装置１は、上述のように容器３１等によって形成された密閉空間の容積を、容積変化手段を構成するシリンダ４１の動作によって変化させ、その容積変化の前後における容器３１内部の空気１３の圧力を測定することによって、内部の被測定物２の体積を測定しようとするものである。
【００３０】
そのため、入力部７０から与えられる測定者からの命令に基づいて、上記の機器部１１を動作させるとともに、測定値から適宜演算を行った結果を出力するため、制御部１２は次のように構成されている。
【００３１】
まず制御部１２と接続されている入力部７０を通じて、適宜動作モード変更にかかる指令や、測定や演算に必要な情報および具体的な動作命令が基本指令部７１に与えられる。基本指令部７１では、入力部７０より与えられた指令に基づき、校正モードまたは測定モードのいずれかの動作モードで、各部に対して動作命令や、測定値に基づく演算、表示を行わせる命令を与えるように構成されている。校正モードと測定モードの選択は測定者によって行い、入力部７０を通じて指定することができるように構成されており、基本指令部７１ではモードに応じた動作指令を各部に与える。
【００３２】
校正モードとは、実際の体積測定に先駆けて、室温、大気圧、湿度、機器部１１の経時変化等の要因による影響分を把握して、測定誤差を排除するためのものであり、圧力測定値と被測定物の体積値との関係を機器特性や環境に応じた所定の関係となるように補正を行うための校正用データを得るための動作モードということができる。
【００３３】
この校正モードを使用する場合には、容器３１の内部に被測定物２を入れない状態、あるいは、被測定物２の代わりに既知の体積値を有するアルミブロックで形成した校正用部材を入れた状態で、体積測定時と同様の動作および測定を行わせることによって校正用データを作成する。測定者は、内部に収容させる対象物がない場合にはその旨、校正用部材を収容させる場合には、その体積値を入力部７０より入力する。なお、使用する校正用部材が限定されている場合には、それらの体積値を内部メモリに保存しておき、その中から選択して呼び出すようにして構成しても良い。
【００３４】
測定モードにおける体積測定にあたっては、制御部１２に接続されている入力部７０を通じて、上述した３種類の台座６ａ〜６ｃのうちいずれの台座を使用するかを指定する。これらの台座６ａ〜６ｃの体積値は、あらかじめ台座体積データ記憶部８０に記憶されているため、上記のように使用する台座を指定することによって、基本指令部７１より、いずれの体積値データを使用して演算を行うかを選択して体積決定部７４に出力させるようにしている。
【００３５】
上記のように必要な情報の入力を終えた後、実際の測定を開始し、基本指令部７１からは密閉空間内の容積を変化させるためにモータ制御部７２に命令が出力される。モータ制御部７２はその命令に合致するように具体的な指令値を定めてモータ４２の動作を制御する。
【００３６】
また、基本指令部７１からは、圧力測定が必要となるタイミングでもって圧力測定部７３に対して命令を出力し、圧力測定部７３においてはその際に得られた圧力計５１による圧力測定値を体積決定部７４に対して出力できるようになっている。
【００３７】
体積決定部７４は、圧力測定部７３より入力された圧力測定値に加えて、基本指令部７１から与えられる容積変化量のデータ、校正用データ記憶部７９に記憶された校正用データ、および上述した台座６の体積データを与えられて、被測定物２の体積値を演算して決定し、出力できるように構成されている。なお、演算を行わせることなく、圧力測定値に応じてデータテーブルから選択するようにして被測定物２の体積値を決定するように構成することも可能である。
【００３８】
表示部７５では、体積決定部７４より得られる体積値や、基本指令部７１からの得られる種々の動作状況を表示できるように構成されている。
【００３９】
校正用データを取得する際には、入力部７０より校正モード実行の命令が与えられ、基本指令部７１よりそれに合致した命令が各部に出力されるとともに、校正用データ作成部７８に対して必要なデータを取り込んで校正用データを作成するように命令される。この際にも、通常の体積測定と同様に、モータ制御部７２によってモータ４２を通じてシリンダ４１が動作され、その時の圧力測定結果が圧力測定部７３を通じて校正用データ作成部７８に対して入力される。
【００４０】
校正用データ作成部７８は、基本指令部７１から得られる校正用部材の体積データと、圧力測定部７３を通じて得られた圧力測定値を基にして、校正用データを作成する。質量の異なる校正用部材を用いて同様の測定を繰り返すことによって、より精度の高い校正用データを作成する場合もある。
【００４１】
上記のようにして作成された校正用データは校正用データ記憶部７９に出力されて、ここで記憶される。校正用データは上述したように実際の体積測定の際に体積決定部７４より呼び出されて使用されることで、より高精度に体積値を求めることができるようになっている。
【００４２】
ここで、上記のように気体の圧力の変化を利用して、被測定物２の体積を測定する原理について説明する。
【００４３】
まず、図３（ａ）のように内容積がＶ０である密閉空間の中に、体積Ｖｘの被測定物２と体積Ｖｓの台座を収容させた状態とする。このとき、密閉空間内に閉じ込められる空気１３の体積は（Ｖ０−Ｖｘ−Ｖｓ）で表される。また、この際の密閉空間内の空気１３の圧力はＰ０で表され、圧力計５１によって測定される。
【００４４】
この後、図３（ｂ）のようにシリンダ４１を動作させ密閉空間内の内容積をＶ１に増加させる。このとき、密閉空間内に閉じ込められる空気１３の体積は（Ｖ１−Ｖｘ−Ｖｓ）で表される。このような内容積の変化によって、内部での気圧は図４のように減少する。図中のＡ点よりシリンダ４１（図３（ｂ）参照）を動作させ、Ｂ点でその動作が終わっている。Ｂ点に達した直後には多少気圧が変動するため、Ｂ点よりｔ１時間経過するのを待ち、安定した状態となってから気圧の測定を行うようにしている。この際の密閉空間内の空気１３の圧力はＰ１で表される。
【００４５】
このようにして、密閉空間内の容積が変化した際において、容器３１の内部の密閉状態が完全に保たれて外部との空気の授受がないものであり、かつ、温度変化が無いとの条件では、一般によく知られているボイルの法則より次の関係が導かれる。
Ｐ０（Ｖ０−Ｖｘ−Ｖｓ）＝Ｐ１（Ｖ１−Ｖｘ−Ｖｓ） ………………………数式（１）
【００４６】
さらに、密閉空間内の容積の増加量は、シリンダ４１の内容積の増加量ΔＶａとしてモータ４２を駆動することで正確に与えることができるため、
Ｖ１＝Ｖ０＋ΔＶａ …………………………………………………………………数式（２）
の関係がある。
【００４７】
以上の数式（１）、数式（２）より、下記の関係式が得られる。
Ｐ０（Ｖ０−Ｖｘ−Ｖｓ）＝Ｐ１（Ｖ０＋ΔＶａ−Ｖｘ−Ｖｓ） ……………数式（３）
【００４８】
これを変形することで次のようにして、Ｖｘが求められる。
Ｖｘ＝Ｖ０−ΔＶａ・Ｐ１／（Ｐ０−Ｐ１）−Ｖｓ ……………………………数式（４）
【００４９】
なお、被測定物２の体積Ｖｘを求めるにあたり、密閉空間内の容積を増加させつつ、その際の圧力変化を利用する手法について述べたが、原理的には密閉空間内と外部との遮断が十分にできている限りボイルの法則による関係は成立するため、密閉空間内の容積を減小させながら、同様にして被測定物２の体積Ｖｘを求めることが可能である。
【００５０】
なお、上述した校正モードによって校正用の計算式を事前に得ている場合には、Ｖ０、ΔＶａのデータを入力することなく、さらに精度良く体積Ｖｘを求めることが可能である。
【００５１】
すなわち、理想状態の式である数式（４）を基にして、実際の気温、大気圧、湿度、密閉空間の内容積の誤差、シリンダ内容積の誤差、および各部の変形を考慮した現実の式として、次のように近似することができる。
Ｖｘ＝ａ＋ｂ・Ｐ１／（Ｐ０−Ｐ１）−Ｖｓ ……………………………………数式（５）
ここで、ａおよびｂはそれぞれ、校正モードによって求めることが必要な係数である。
【００５２】
上述したように、校正モードでは被測定物を挿入しない状態、あるいは、既知の体積値を有するアルミブロックで形成した校正用部材を被測定物のかわりに用いた状態で複数回測定動作を行わせて、数式（５）における係数ａ、ｂを求める。このようにして、事前にａ、ｂの係数を求めておけば、同じ動作を再現させてＰ０、Ｐ１を測定するのみで、数式（５）により体積Ｖｘを求めることが可能となる。
【００５３】
また、数式（５）よりも、さらに精度が要求される際には、次のようにＰ１に比例する項を増やした近似式を用いることも考えられる。
Ｖｘ＝ａ＋ｂ・Ｐ１／（Ｐ０−Ｐ１）＋ｃ・Ｐ１−Ｖｓ…………………………数式（６）
【００５４】
ここで、ａ〜ｃは校正モードによって求めることが必要な係数である。
【００５５】
この場合には、未知の係数が数式（５）の場合に比べて多いために、校正モードで要する時間が長くなるとの短所があるものの、係数ａ〜ｃが決定された後には、より精度の高い測定ができるとの長所がある。
【００５６】
なお、上述の校正モードによる測定は、実際の測定と同じ動作とすることが高い精度を得るために必要である。そのため、実際の測定と同じ体積変化を行わせるためにシリンダ４１への制御指令を同一にし、圧力値の測定タイミングも同じようにすることが肝要である。
【００５７】
上記のようにして、図１におけるシリンダ４１の内容積を変化させて、これによる体積変化の前後における密閉容器内の圧力をそれぞれ測定して、その圧力測定値を用いた演算を行うことで精度良く被測定物２の体積Ｖｘを求めることができる。
【００５８】
以上のような原理、方法によって求める被測定物２の体積値Ｖｘは、被測定物２の大きさによって測定誤差の大きさが異なることになる。
【００５９】
図５に、台座６（図１参照）を用いることなく、被測定物２（図１参照）の体積を同じ原理を利用して求めた場合の結果を示す。同図において、Ｖ０とは密閉空間内の容積であり、Ｖｘとは被測定物２の体積を示している。このグラフから明らかなように、密閉空間内の容積に対する被測定物２の体積の割合が小さいときには圧力差が小さくしか得られないことから測定誤差が大きくなり、被測定物の体積の割合が大きいときには圧力差が大きく得られるために測定誤差が小さくなることがわかる。
【００６０】
さらに、同図から分かるように、台座６（図１参照）を用いない場合にはＶｘを０．２・Ｖ０以上としたときに十分高い測定精度を得られることになる。これを逆に言うと、Ｖ０を５・Ｖｘ以下とすることが高い測定精度を維持するために必要な条件といえる。
【００６１】
この知見を生かし、図１に示す本実施形態の体積測定装置１では、台座６を用いて、基準となる密閉空間内の容積を調整できるようにしている。すなわち、台座６の体積をＶｓとしたとき、密閉空間内の容積は（Ｖ０―Ｖｓ）となっていると考えることができる。そして、（Ｖ０−Ｖｓ）≦５・Ｖｘとすれば、高い測定精度を得ることができる。さらに、この関係はＶｓ≧Ｖ０−５・Ｖｘと置き換えることができる。
【００６２】
以上の知見より、台座６として大きさの異なるものを複数個準備しておき、その中より被測定物２の大きさに応じて、上記の関係を満たすもの、つまりはＶｓ≧Ｖ０−５・Ｖｘの関係を満たす体積値Ｖｓを有する台座６を選択するようにすればよいことになる。
【００６３】
そのため、本実施形態に係る体積測定装置１では上述したように、Ｖｓａの体積を有する台座６ａ、Ｖｓｂの体積を有する台座６ｂ、Ｖｓｃの体積を有する台座６ｃを備えており、被測定物２の大きさに応じて選択して使用するようにしている。
【００６４】
図１では、比較的大きな体積値Ｖｘａを有する被測定物２ａを密閉空間の内部に収めた状態を示しており、被測定物２ａに対応して比較的小さな体積値Ｖｓａを有する台座６ａを用いている。
【００６５】
さらに、図６（ａ）に示すように、被測定物２ａ（図１参照）よりも僅かに大きな体積値Ｖｓｂを有する被測定物２ｂの測定を行う場合には、被測定物２ｂに対応した体積値Ｖｓｂを有する台座６ｂを用いる。同様に、図６（ｂ）に示すように、比較的小さな体積値Ｖｓｃを有する被測定物２ｃの測定を行う場合には、被測定物２ｃに対応した大きな体積値Ｖｓｃを有する台座６ｃを用いる。
【００６６】
さらに、図１に示したように、これらの体積値Ｖｓａ、Ｖｓｂ、Ｖｓｃは台座体積データ記憶部８０の中に記憶されているために、使用する台座６の種類に応じて、被測定物２の体積値を計算する際に用いる台座の体積値をＶｓａ、Ｖｓｂ、Ｖｓｃの中から選択して読み出し、体積決定部７４において適切に計算を行うことができるようになっている。
【００６７】
上記のように、台座の選択を行う場合には、被測定物２の体積値Ｖｘは未知であるが、上述したＶｓ≧Ｖ０−５・Ｖｘの関係は許容範囲が十分に広いために、目分量のみで台座６を選択することでほぼこの関係を満たすようにすることができる。なお、このようにして測定を行った結果、予想外にＶｘが小さく上記の関係が満たされているかについて疑問がもたれる場合には、台座６を大きくして再度測定を行うようにすればよい。
【００６８】
また、図１に示したように台座６は、中央部を凹ませて被測定物２を載せやすい形状としている。このようにすることで、ミカン、リンゴなど球形に近く転がりやすいものも、ほうれん草、白菜など外側に広がりやすい性質を有するものも、簡単に収納させて測定することができる。
【００６９】
さらに、本体積測定装置１を被測定物２の搬送ラインの途中に設ける場合には、被測定物２を台座６とセットで搬送させつつ、体積測定を行う箇所で、被測定物２を台座６とともに密閉空間形成手段内に収めて測定を行うように構成することも可能である。
【００７０】
以上のように、本実施形態の体積測定装置１は、被測定物２を内部に収めた状態で密閉空間を形成することが可能な密閉空間形成手段３と、前記密閉空間の容積を変化させる容積変化手段４と、前記密閉空間内の気体の圧力を測定する圧力測定手段５と、前記容積変化手段４による前記密閉空間の容積変化の前後で前記圧力測定手段５によって得られる圧力測定値を基にして前記被測定物２の体積値を決定する体積決定部７４とを備えたものであって、前記密閉空間の内部で前記被測定物２を載置するための大きさの異なる複数の台座６ａ〜６ｃを具備しているとともに、前記大きさの異なる複数の台座６ａ〜６ｃの各々の体積データを記憶しておく台座体積データ記憶部８０を備えており、前記体積決定部７４が前記被測定物２の大きさに応じて前記大きさの異なる台座６ａ〜６ｃの中から選択して使用する台座６に対応した体積データを前記体積データ記憶部８０より読み出して、前記圧力測定手段５によって得られる圧力測定値に加えて前記選択して使用する台座６に対応した体積データを基にして前記被測定物２の体積値を決定するように構成されていることを特徴とするものである。
【００７１】
このように構成されているため、基準となる密閉空間内の容積を台座６の体積分減少させるよう調整することで、これに対する被測定物２の体積値を一定の割合以上にすることができるため、容積変化手段４によって容積を変化させたときの圧力変化を一定以上に大きく保つことができる。こうした圧力変化を基にすることで、被測定物２の体積測定を高精度で行うことが可能となる。
＜第２実施形態＞
【００７２】
第２実施形態における体積測定装置を図７に示す。上述した第１実施形態の体積測定装置１と共通する部分については同じ符号を付して説明を省略する。
【００７３】
本実施形態では、第１実施形態の場合と異なり、台座６（図１参照）を使用しておらず、被測定物２の大きさに応じて選択して使用するための複数の容器２３１ａ〜２３１ｃを備えている。複数の容器２３１ａ〜２３１ｃはいずれも第１実施形態のものと同様に矩形状に形成されており、下面は開口部として開放されている。
【００７４】
被測定物２は複数の容器２３１ａ〜２３１ｃのいずれかと、ベース２３２と、これらの間に設けられたシール部材２３３からなる密閉空間形成手段２０３の内部に収められる。
【００７５】
また、容器２３１ａ〜２３１ｃの交換にかかわらず、同一の容積変化手段２０４を用いることができるようになっており、当該容積変化手段２０４はシリンダ２４１と、これを駆動するモータ２４２と、シリンダ２４１の内容積と密閉空間内とをベース２３２の内部を通って連通させる配管２４３とから形成されている。同様に、圧力測定手段２０５も、圧力計２５１と、この圧力計２５１と密閉空間内とをベース２３２の内部を通って連通させる配管２５２とから形成されている。
【００７６】
複数の容器２３１ａ〜２３１ｃは、それぞれ大きさが異なり、容器２３１ａを用いた場合に、ベース２３２等との間で形成される密閉空間の容積はＶ０ａとなるとともに、図８（ａ）、（ｂ）のように容器２３１ｂ、２３１ｃを用いた場合に、ベース２３２等との間で形成される密閉空間の容積はそれぞれＶ０ｂ、Ｖ０ｃとなる。ここで各容器２３１ａ〜２３１ｃを用いて形成される密閉空間の容積にはＶ０ａ＞Ｖ０ｂ＞Ｖ０ｃの関係がある。
【００７７】
さらには、各容器２３１ａ〜２３１ｃの基準となる内容積はそれぞれ、容器内容積データ記憶部２８０に記憶されており、使用する容器２３１ａ〜２３１ｃに応じて選択して読み出されて密閉空間の容積が計算され、これを基にして体積決定部７４において被測定物２の体積値の計算が行われるようになっている。
【００７８】
この実施形態においては、被測定物２の大きさに応じて大きさの異なる複数の容器２３１ａ〜２３１ｃの中より適切なものを選択することによって、上述したように密閉空間内の容積Ｖ０を５・Ｖｘ以下とすることが可能となるために、第１実施形態の場合と同様に高い測定精度を得ることができる。
【００７９】
以上のように、本実施形態の体積測定装置２０１は、被測定物２を内部に収めた状態で密閉空間を形成することが可能な密閉空間形成手段２０３と、前記密閉空間の容積を変化させる容積変化手段２０４と、前記密閉空間内の気体の圧力を測定する圧力測定手段２０５と、前記容積変化手段２０４による前記密閉空間の容積変化の前後で前記圧力測定手段２０５によって得られる圧力測定値を基にして前記被測定物２の体積値を決定する体積決定部７４とを備えたものであって、前記密閉空間形成手段２０３が開口部を形成された大きさの異なる複数の容器２３１ａ〜２３１ｃと、前記開口部をシール部材２３３を介して閉止する閉止部材２３２とを具備するものであり、前記大きさの異なる複数の容器２３１ａ〜２３１ｃの各々の内容積データを記憶しておく容器内容積データ記憶部２８０を備えており、前記体積決定部７４が前記被測定物２の大きさに応じて前記大きさの異なる容器２３１ａ〜２３１ｃの中から選択して使用する容器２３１ａ〜２３１ｃに対応した内容積データを前記容器内容積データ記憶部２８０より読み出して、前記圧力測定手段２０５によって得られる圧力測定値に加えて前記選択して使用する容器に対応した内容積データを基にして前記被測定物２の体積値を決定するように構成されていることを特徴とするものである。
【００８０】
このように構成した場合においても、密閉空間内の容積に対する被測定物２の体積値を一定の割合以上にすることができるため、容積変化手段２０４によって容積を変化させたときの圧力変化を一定以上に大きく保つことができる。こうした圧力変化を基にすることで、被測定物２の体積測定を高精度で行うことが可能となる。
【００８１】
なお、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではない。
【００８２】
例えば、本発明が意図する効果は、上述したような密閉空間内の容積を増加させつつ圧力測定を行い、その圧力測定値の変化より体積値を決定する場合のみには限定されず、密閉空間内の容積を減少させつつ圧力測定を行い、その圧力測定値の変化を基にして体積値を決定する場合であっても変わらずに得ることができる。
【００８３】
また、上述のいずれの実施形態においても、被測定物２の大きさに応じて密閉空間内の容積を３段階で調整するように構成していたが、さらに多段階に調整できるようにすることも可能である。そのためには、第１実施形態においては台座６ａ〜６ｃを、第２実施形態においては容器２３１ａ〜２３１ｃの種類をさらに増やすようにすれば良く、こうすることでより幅広い体積の被測定物２を精度良く測定することが可能となる。
【００８４】
また、上述の実施形態においては、使用する台座６ａ〜６ｃまたは容器２３１ａ〜２３１ｃの種類を測定者が入力部７０を通じて入力することで、対応するデータが体積決定部７４に読み込まれて計算がされるようにしていたが、台座６ａ〜６ｃまたは容器２３１ａ〜２３１ｃの種類を自動的に特定するためのセンサを有しており、当該センサからの信号によって、自動的に対応するデータを選択して体積決定部７４によって計算が行われるように構成しても良い。
【００８５】
さらには、複数の台座６ａ〜６ｃの体積データおよび容器２３１ａ〜２３１ｃ内容積データはあらかじめ記憶させておかなくても、別途測定者が入力部７０を通じて入力するなどして必要なデータを体積決定部７４に与えるようにすれば、上記と同様に精度良く体積計算を行わせることも可能である。このようにすることで、台座体積データ記憶部８０または容器内容積データ記憶部２８０にデータが記憶されている台座や容器だけではなく、任意の形状の台座や容器をその都度使用することにより測定を行うことも可能である。
【００８６】
その他の構成も、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【符号の説明】
【００８７】
１…体積測定装置
２…被測定物
３…密閉空間形成手段
４…容積変化手段
５…圧力測定手段
６、６ａ〜６ｃ…台座
１１…機器部
１２…制御部
３１…容器
３２…ベース（閉止部材）
３３…シール部材
４１…シリンダ
４２…モータ
４３…シリンダ用配管
５１…圧力計
５２…圧力計用配管
２３１ａ〜２３１ｃ…容器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物を内部に収めた状態で密閉空間を形成することが可能な密閉空間形成手段と、
前記密閉空間の容積を変化させる容積変化手段と、
前記密閉空間内の気体の圧力を測定する圧力測定手段と、
前記容積変化手段による前記密閉空間の容積変化の前後で前記圧力測定手段によって得られる圧力測定値を基にして前記被測定物の体積値を決定する体積決定部とを備えた体積測定装置であって、
前記密閉空間の内部で前記被測定物を載置するための大きさの異なる複数の台座を具備しているとともに、
前記大きさの異なる複数の台座の各々の体積データを記憶しておく台座体積データ記憶部を備えており、
前記体積決定部が前記被測定物の大きさに応じて前記大きさの異なる台座の中から選択して使用する台座に対応した体積データを前記体積データ記憶部より読み出して、
前記圧力測定手段によって得られる圧力測定値に加えて前記選択して使用する台座に対応した体積データを基にして前記被測定物の体積値を決定するように構成されていることを特徴とする体積測定装置。
【請求項２】
被測定物を内部に収めた状態で密閉空間を形成することが可能な密閉空間形成手段と、
前記密閉空間の容積を変化させる容積変化手段と、
前記密閉空間内の気体の圧力を測定する圧力測定手段と、
前記容積変化手段による前記密閉空間の容積変化の前後で前記圧力測定手段によって得られる圧力測定値を基にして前記被測定物の体積値を決定する体積決定部とを備えた体積測定装置であって、
前記密閉空間形成手段が開口部を形成された大きさの異なる複数の容器と、前記開口部をシール部材を介して閉止する閉止部材とを具備するものであり、
前記大きさの異なる複数の容器の各々の内容積データを記憶しておく容器内容積データ記憶部を備えており、
前記体積決定部が前記被測定物の大きさに応じて前記大きさの異なる容器の中から選択して使用する容器に対応した内容積データを前記容器内容積データ記憶部より読み出して、前記圧力測定手段によって得られる圧力測定値に加えて前記選択して使用する容器に対応した内容積データを基にして前記被測定物の体積値を決定するように
構成されていることを特徴とする体積測定装置。
【請求項１】
被測定物を内部に収めた状態で密閉空間を形成することが可能な密閉空間形成手段と、
前記密閉空間の容積を変化させる容積変化手段と、
前記密閉空間内の気体の圧力を測定する圧力測定手段と、
前記容積変化手段による前記密閉空間の容積変化の前後で前記圧力測定手段によって得られる圧力測定値を基にして前記被測定物の体積値を決定する体積決定部とを備えた体積測定装置であって、
前記密閉空間の内部で前記被測定物を載置するための大きさの異なる複数の台座を具備しているとともに、
前記大きさの異なる複数の台座の各々の体積データを記憶しておく台座体積データ記憶部を備えており、
前記体積決定部が前記被測定物の大きさに応じて前記大きさの異なる台座の中から選択して使用する台座に対応した体積データを前記体積データ記憶部より読み出して、
前記圧力測定手段によって得られる圧力測定値に加えて前記選択して使用する台座に対応した体積データを基にして前記被測定物の体積値を決定するように構成されていることを特徴とする体積測定装置。
【請求項２】
被測定物を内部に収めた状態で密閉空間を形成することが可能な密閉空間形成手段と、
前記密閉空間の容積を変化させる容積変化手段と、
前記密閉空間内の気体の圧力を測定する圧力測定手段と、
前記容積変化手段による前記密閉空間の容積変化の前後で前記圧力測定手段によって得られる圧力測定値を基にして前記被測定物の体積値を決定する体積決定部とを備えた体積測定装置であって、
前記密閉空間形成手段が開口部を形成された大きさの異なる複数の容器と、前記開口部をシール部材を介して閉止する閉止部材とを具備するものであり、
前記大きさの異なる複数の容器の各々の内容積データを記憶しておく容器内容積データ記憶部を備えており、
前記体積決定部が前記被測定物の大きさに応じて前記大きさの異なる容器の中から選択して使用する容器に対応した内容積データを前記容器内容積データ記憶部より読み出して、前記圧力測定手段によって得られる圧力測定値に加えて前記選択して使用する容器に対応した内容積データを基にして前記被測定物の体積値を決定するように
構成されていることを特徴とする体積測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−３６７５３（Ｐ２０１３−３６７５３Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７０３７７（Ｐ２０１１−１７０３７７）
【出願日】平成２３年８月３日（２０１１．８．３）
【出願人】（０００００２０５９）シンフォニアテクノロジー株式会社 (1,111)
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３日（２０１１．８．３）
【出願人】（０００００２０５９）シンフォニアテクノロジー株式会社 (1,111)
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