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Dokumentenidentifikation DE3910731A1 12.10.1989
Titel Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Echtheit eines mit einer vibrierenden Waage erfaßten Gewichtes
Anmelder Pitney Bowes, Inc., Stamford, Conn., US
Erfinder Sisson, Robert W., Norwalk, Conn., US;
Connell, Richard A., Salem, N.Y., US
Vertreter Eitle, W., Dipl.-Ing.; Hoffmann, K., Dipl.-Ing. Dr.rer.nat.; Lehn, W., Dipl.-Ing.; Füchsle, K., Dipl.-Ing.; Hansen, B., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Brauns, H., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Görg, K., Dipl.-Ing.; Kohlmann, K., Dipl.-Ing.; Kolb, H., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Ritter und Edler von Fischern, B., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte; Nette, A., Rechtsanw., 8000 München
DE-Anmeldedatum 03.04.1989
DE-Aktenzeichen 3910731
Offenlegungstag 12.10.1989
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.10.1989
IPC-Hauptklasse G01G 3/16
IPC-Nebenklasse G01G 21/23   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung der Echtheit eines Signals, das die Masse eines im Wiegevorgang befindlichen Artikels anzeigt. Der Artikel (65) ist auf einer Plattform (28) plaziert und die Plattform wird veranlaßt (33, 36, 38, 40), zu schwingen, wobei die Periode der harmonischen Bewegung gemessen wird (41, 42). Es wird die Frequenz und/oder die Amplitude eines Wandlersignals zum Zwecke der Bestimmung der Echtheit des Massenanzeigesignals überwacht.

Beschreibung[de]

In dem Maße, wie die Technologie fortschreitet, tendieren Verfahren dahin, schneller abzulaufen. Die meisten Verfahren erfordern die Koordination einer Anzahl von Komponenten, wobei der Prozeß nur so schnell voranschreiten kann, wie es die langsamste Komponente erlaubt, es sei denn, daß Mehrfachkomponenten verwendet werden. Es gibt gewisse Verfahren, bei denen das Gewicht eines Artikels benötigt wird, aber keine Waage verfügbar war, die ein genaues und schnelles Wiegen erlaubt. Mit "genau" ist die Fähigkeit gemeint, in Übereinstimmung mit der Definition der Gewichte und Messungen für Klasse 3 zu wiegen, die im Handbuch 44 des National Bureau of Standards enthalten ist. Mit "schnell" ist die Fähigkeit gemeint, einen Strom von beförderten Artikeln in weniger als einer Sekunde pro Artikel zu wiegen. Ein Verfahren, bei dem die Notwendigkeit schnellen Wiegens besteht, liegt bei der Behandlung von flachen Postsendungen vor. Es sind Hochgeschwindigkeitssysteme entwickelt worden, bei denen eine angemessene Anzahl von Einlagen, deren Anzahl von Umschlag zu Umschlag variieren kann, in einen Umschlag eingesteckt werden. Der Umschlag wird verschlossen und die Postgebühr wird auf den Umschlag aufgedruckt. Ehe die Postgebühr aufgedruckt werden kann, ist es jedoch erforderlich, daß das Gewicht des Poststückes bestimmt wird.

Kürzlich ist eine vibrierende Tafelwaage entworfen und entwickelt worden, mit der ein genaues und schnelles Wiegen erreicht werden kann. Die vibrierende Tafelwaage ist in der DE 38 23 618 A1 mit der Bezeichnung "VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR BESTIMMUNG DER MASSE EINES GEGENSTANDES DURCH MESSUNG DER VERÄNDERUNG DER PERIODE EINER HARMONISCHEN BEWEGUNG" der Anmelderin beschrieben. Der Hauptzweck der vibrierenden Tafelwaage gemäß dieser Patentanmeldung besteht darin, Poststücke zu wiegen. Genauer gesagt, wird auf den Poststücken die Postgebühr entsprechend der Gewichtsbestimmung dieser Postsücke aufgebracht. Weil die Frankierung einen Geldwert darstellt, müssen Maßnahmen getroffen werden, um sicherzustellen, daß das Gewicht nicht nur genau ist, sondern daß auch kein fehlerhafter Akt oder kein Systemfehler vorgekommen ist, der eine Gewichtsbestimmung zur Folge hatte, die von dem tatsächlichen Gewicht des gewogenen Artikels abweicht.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein ein einzigartiges Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Bestimmung der Echtheit eines von einer Waage empfangenen Signals konzipiert worden, das harmonische Schwingungen zur Gewichtsbestimmung eines Artikels benutzt. Für eine solche Bestimmung wird ein flexibel befestigtes Ablagetablett durch einen anfänglichen Anregungsakt in Schwingung versetzt. Die Schwingungsfrequenz hängt von der lesamtmasse der Plattform und von allem damit Verbundenen sowie von der Federkonstanten der Plattform ab. Die Plattform mit ihren zugehörigen Komponenten wird durch Anlegen eines Anregungsimpulses in Schwingung versetzt, wonach anschließend die Schwingungsperiode mit verschiedenen kalibrierten Gewichten gemessen werden. Dann wird ein Gegenstand auf das Ablagetablett gelegt und die Plattform wir erneut angeregt. Die Schwingungsperiode der Plattform mit dem darauf befindlichen Artikel unbekannten Gewichtes wird dann bestimmt. Die mit dem Artikel auf der Plattform erfaßte Schwingungsperiode wird mit den Ergebnissen der Kalibriertests verglichen; danach kann die Masse des Artikels unter Verwendung abgeleiteter Gleichungen bestimmt werden.

Um die Echtheit des Ausgangssignals der Waage sicherzustellen, d. h. um sicher zu sein, daß es keinen äußeren Eingriffsfehler oder Systemfehler gibt, werden sowohl die Amplituden des Ausgangssignals, als auch die Gleichförmigkeit oder Beständigkeit überprüft. Bei einem gültigen Signal nimmt die Amplitude allmählich von einem Betrag ab, der für die Struktur der Wiegeschale charakteristisch ist, während die Periode rasch auf einen Beharrungswert hin abklingt. Fehlt eine solche Gleichmäßigkeit oder Beständigkeit, ist es ein Anzeichen dafür, daß die Anzeige falsch ist, so daß die Gewichtsangabe verworfen wird.

Die Erfindung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.

Im folgenden werden die Figuren beschrieben:

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer Wiegevorrichtung im Schnitt, bei der die Merkmale der vorliegenden Erfindung angewandt sind;

Fig. 2 ist eine Hinteransicht der Wiegevorrichtung, gesehen entlang der Linie 2-2 der Fig. 1;

Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm der bei der Wiegevorrichtung nach den Fig. 1 und 2 verwendeten elektrischen Schaltung;

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm der in Fig. 3 gezeigten elektronischen Steuereinrichtung;

Fig. 5a bis 5c stellen jeweils Schaubilder dar, die einen einzelnen, an die Wiegevorrichtung abgegebenen Impuls, eine gültige Aufzeichnung der als Antwort auf den einzelnen Impuls entstandenen Schwingung des Ablagetellers der Wiegevorrichtung nach Fig. 1; und eine Rechteckwellenform der Schwingung zeigen;

Fig. 6a bis 6b zeigen Schaubilder ähnlich den Fig. 5a und 5c, aber mit einer unregelmäßigen Aufzeichnung der Ablagetablettschwingung infolge eines Systemfehlers;

Fig. 7a und 7b, 8a bis 8b und 9a bis 9b zeigen Schaubilder ähnlich derjenigen der Fig. 5b und 5c, aber mit einer unregelmäßigen Aufzeichnung infolge von Stampfbewegungen bei der Schwingung des Ablagetabletts; und

Fig. 10 stellt ein Flußdiagramm dar, das die an der Bestimmung der Masse und der Echtheit der Masse eines Artikels beteiligten Schritte beschreibt.

In den Fig. 1 und 2 ist die Wiegevorrichtung, bei der die vorliegende Erfindung verwendet werden kann, allgemein mit 10 bezeichnet. Obgleich die Wiegevorrichtung 10 in einer großen Anzahl von Verwendungen eingesetzt werden kann, bei denen eine schnelle und genaue Gewichtsbestimmung gefordert wird, wird sie hier in Verbindung mit einem System beschrieben, das Poststücke wie etwa Umschläge mit Einlagen, Postkarten und dgl. bearbeitet, auf denen die Postgebühr angebracht werden muß. Die Wiegevorrichtung 10 umfaßt einen Rahmen 12, der auf ein Maschinengehäuse, einen Tisch oder eine andere Art von Unterlage aufgestellt sein kann. Oberhalb des Rahmens 12 wird eine Grundplatte 14 von isolierenden Schraubenfedern 16 getragen, von denen jede mit einem Ende an einem überhängenden, im allgemeinen L-förmigen, senkrecht stehenden Arm 18 des Rahmens 12, sowie mit dem anderen Ende an der Grundplatte 14 befestigt ist. Die isolierenden Federn 16 haben den Zweck, die Wiegevorrichtung 10 von Vibrationen freizuhalten, die von der Unterlage ausgehen, auf der der Rahmen 12 ruht. Wenn die Wiegevorrichtung 10 beispielsweise auf einer Adressier- und Frankiermaschine oder auf einer Einsteckvorrichtung aufgestellt ist, kann ein solcher Unterbau im Betrieb Vibrationen übertragen. Die isolierenden Federn 16 verringern die Übertragung solcher Vibrationen.

Am Rahmen 12 ist ein im allgemeinen C-förmiger Arm 20 befestigt. Dieser C-förmige Arm 20 haltert ein Paar Festklemm-Topfmagneten 22, deren Kolben 23 an ihren Enden konisch geformt sind und in Vertiefungen von üblicherweise becherförmigen Schuhen 24 eingreifen können, die gegenüber entgegengesetzten Seiten der Grundplatte 14 befestigt sind. Beim Einschalten der Topfmagnete 22 dringen die Kolben 23 in die Vertiefungen der Schuhe 24 ein und halten die Grundplatte 14 sicher fest, aus Gründen, die anschließend beschrieben werden.

An der Grundplatte 14 ist eine Vielzahl flexibler Halter 26 befestigt, mit denen ein Ablagetablett bzw. eine Plattform 28 durch Anschlußglieder 30 verbunden ist. Die flexiblen Halter 26 können aus dünnen Streifen aus rostfreiem Stahl oder Aluiminium bestehen. Obwohl bei der bevorzugten Ausführungsform vier flexible Halter dargestellt sind, kann sie natürlich jede andere Anzahl aufweisen, ohne daß dadurch der Erfindungsbereich überschritten würde.

Ein Elektromagnet 32 erstreckt sich vom Ablagetablett 28 nach unten und zwischen die Pole 38, 40 des Elektromagneten 32. Ein Wandler 41, beispielsweise eine piezoelektrische Vorrichtung, ist an einem der flexiblen Halter 26 befestigt und weist eine Zuleitung auf, die zu dem elektrischen System 44 führt, das unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben wird.

Am Ablagetablett 28 ist weiter ein Auslegearm 46 befestigt, mit dem eine Platte 48 über eine Abstandsbolzenkombination 50 verbunden ist. An der Platte 48 ist eine Vielzahl von Stiften 52 befestigt, wobei jeder Stift 52 einen Schwenkarm 54 drehbar lagert. An jedem Gelenkarm 54 sind durch eine Welle 58 paarweise Laufrollen drehbar gehaltert. Auf jedem Stift 52 ist zwischen der Platte 48 und jedem Gelenkarm 54 eine Dehnungsfeder 60 angeordnet, die an ihren entgegengesetzten Enden Abzapfungen 62, 64 aufweist, die jeweils in die Platte 48 und die Schwenkarme 54 eingreifen. Die Federn 60 haben den Zweck, die Laufrollen 56 gegen das Ablagetablett zu drücken, um einen Umschlag 65 sicher am Ablagetablett festzuhalten.

Oberhalb des Ablagetabletts 28 ist eine Lampe 61 und unterhalb des Ablagetabletts ist in Überdeckung mit der Leuchte 61 ein Lichtmeßfühler 63 angebracht, wobei das Ablagetablett eine Öffnung 67 für den Durchtritt des Lichtes aufweist. Der Lichtmeßfühler 63 ist mit dem elektrischen System 44 durch eine Zuleitung 69 verbunden. Auf dem Ablagetablett 28 ist ein Poststück 65 an einer Stelle angebracht, dessen Vorderkante zum lichtempfindlichen Meßfühler 63 hinweist. Die Lampe 61 und der lichtempfindliche Meßfühler 63 werden durch nicht dargestellte Halterungsmittel vom Rahmen 12 getragen.

In Fig. 3 ist der Schaltungsaufbau des elektrischen Systems 44 zusammen mit den mit ihm in Verbindung stehenden Schaltungskomponenten dargestellt. Eine elektronische Steuervorrichtung, im folgenden elektronischer Kontroller 66 genannt, dessen Einzelheiten in Fig. 4 dargestellt sind, steht in elektrischer Verbindung mit dem Lichtmeßfühler 63, dem Elektromagneten 32, den Festklemm-Topfmagneten 22 und dem piezoelektrischen Wandler 41. Der elektronische Kontroller 66 steht auch in elektrischer Verbindung mit einem Rechner 68, der einen Schalter 70 besitzt, der das gesamte in Fig. 3 dargestellte elektrische System einschaltet, und mit einer Sichtwiedergabe 72, welche die ermittelte Masse des auf dem Ablageteller 28 befindlichen Poststückes 65 anzeigt. Die Schaltungskomponenten des elektronischen Kontrollers sind in Fig. 4 dargestellt und umfassen ein Bandpaßfilter 74, das die Ausgabe des piezoelektrischen Wandlers 41 empfängt und an einen Zweigweggleichrichter 75 sowie einen Nulldurchgangsdetektor 76 angeschlossen ist. Das Bandpaßfilter 74 scheidet hochfrequente elektrische Störungen und niederfrequente mechanische Störungen aus dem vom piezoelektrischen Wandler 51 gelieferten Signal aus. Der Zweiweggleichrichter kehrt die negativen Anteile des Signals zur Überwachung der Signalamplitude um, wie unter Bezugnahme auf die Fig. 9a-9b beschrieben wird. Der Nulldurchgangsdetektor 76 wandelt die vom Bandpaßfilter empfangenen Signale in eine Rechteckwelle zur Überwachung der Signalfrequenz um, wie unter Bezugnahme auf die Fig. 6a-6b bis Fig. 8a-8b beschrieben wird. Der Nulldurchgangsdetektor 76 steht in elektrischer Verbindung mit einem Flankendetektor 78, der die Flanke jeder vom Nulldurchgangsdetektor erzeugten Rechteckwelle erfaßt. Der Flankendetektor 78 steht in elektrischer Verbindung mit einem Flip-Flop 80, der von einem UND-Gatter 82 eine Eingabe empfängt. Das UND-Gatter 82 steht in Verbindung mit dem Rechner 68 und einem Zähler 84, der Eingaben von einem Taktgeber 86 und dem Flankendetektor 78 erhält. Die beiden Pole 38, 40 des Elektromagneten 32 stehen in elektrischer Verbindung mit dem Zähler 84. Ein monostabiler Vibrator 88 steht in Verbindung mit einem Flip-Flop 90 und mit dem Lichtmeßfühler 63. Der Flip-Flop 90 steht in Verbindung mit dem Rechner 68. Wenn ein Poststück durch den Lichtmeßfühler 63 erfaßt wird, schickt der monostabile Vibrator 88 einen Impuls an den Flip-Flop 90, der seinerseits dem Rechner 68 das Vorhandensein eines Poststückes 65 meldet. Andererseits triggert der monostabile Vibrator 88 erneut den Flip-Flop 98, wenn ein Poststück 65 vom Ablageteller 28 entfernt und dies vom Lichtmeßfühler 63 erfaßt wurde, um ein Signal an den Kontroller 66 zu geben.

Mit dem Gleichrichter 75 ist ein RC-Glättungsfilter 91 verbunden, das seinerseits an einen Analog-Digital-Umsetzer 92 angeschlossen ist. Der A/D-Umsetzer ist mit dem Rechner 68 verbunden. Wenn das Ablagetablett 10 in Betrieb genommen werden soll, wird der Ein-Aus-Schalter 70 des Rechners 68 in die Ein-Stellung gebracht. Ein Poststück 25 wird von Hand oder durch eine geeignete Vorrichtung unter den Rollen 56 plaziert. Das Poststück 65 muß derart auf das Tablett 28 gelegt werden, daß es unter die Rollen 56 gelangt, die das Poststück fest gegen das Tablett zwischen der Lampe 61 und dem Lichtmeßfühler 63 halten. Wenn das Poststück 65 durch den Lichtmeßfühler 63 erfaßt worden ist, wird ein Signal an den elektrischen Kontroller 66 gesandt, wodurch die Topfmagneten 62 eingeschaltet werden, so daß die Kolben 23 die Verbindung mit den Schuhen 24 lösen. In diesem Zeitpunkt befindet sich das Tablett 28 und die Grundplatte 14 in einem Zustand freier Beweglichkeit, weil sich das Tablett 28 wegen der flexiblen Halter 26 und die Grundplatte wegen der Federn 16 in diesem Zustand befinden. Infolgedessen ist die Grundplatte 14 und alles daran Befestigte von der Umgebung isoliert. In diesem Moment wird der Elektromagnet 32 durch Ladungen eingeschaltet, die abwechselnd an die Pole 28, 40 geleitet werden. Dieser doppelte Impuls zieht den Anker 36 zum einen und dann zum anderen der Pole 38, 40. Der Impuls ruft ein freies Schwingen des Tabletts 28 wegen der Nachgiebigkeit der flexiblen Halter 26 hervor. Während das Tablett 28 schwingt, wird ein sinusförmiges Signal vom Wandler 41 in der in Fig. 5b gezeigten Form ausgesandt. Das sinusförmige Signal wird vom piezoelektrischen Wandler 41 an den elektronischen Kontroller 66 übertragen, vom Bandpaßfilter empfangen und dann an den Nulldurchgangsdetektor 76 geleitet. Der Nulldurchgangsdetektor arbeitet als Schmitt-Trigger und setzt die sinusförmige Kurve in Rechteckwellenpulse gemäß Fig. 5c um. Der Flankendetektor 78 erfaßt die Flanken der Welle, welche die Nulldurchgänge der sinusförmigen Kurve nach Fig. 5b darstellen, und leitet diese Flankenerfassungsimpulse an den Flip-Flop 80 weiter. Der Flip-Flop 80 übermittelt die Signale an den Rechner 68. Der Rechner 68 ruft den Speicher 84 ab und bestimmt die Frequenz der Nulldurchgänge. Die so ermittelte Frequenz wird dann zur Berechnung der Masse des auf dem Tablett 28 liegenden Poststückes 65 verwendet.

Liegt auf dem Tablett kein Poststück 65, wird der Eletromagnet 32 für die Dauer von ungefähr 12 msec durch die Pole gepulst, wie im oberen Schaubild nach Fig. 5a gezeigt ist. Dadurch wird der Anker 36 nach einem der Pole 38, 40 gezogen, und dann zum anderen der Pole während der 12 msec, während der der Elektromagnet gepulst wird. Die flexiblen Halter 26 und das mit ihnen verbundene Tablett werden auf diese Weise in Schwingung versetzt. Da der flexible Halter 26 mit dem daran befindlichen Wandler 41 geboten wird und weiterschwingt, liefert der Wandler eine Wechselspannung mit einer Frequenz, die von der Masse des Tablettes 28 und allem daran Befestigten abhängt. Es sei bemerkt, daß das Tablett 28 die Laufrollen 56 und die Mechanik zum Halten der Rollen auf dem Tablett umfaßt, die Bestandteil der Masse sind, welche die Frequenz beeinflußt. Während das Tablett schwingt, werden seine Schwingungen durch den Wandler 41 als Ausgangsspannung gemessen, deren Aufzeichnung in Fig. 5b dargestellt ist. Nach dem Einschalten des Elektromagneten 32 ist die sinusförmige Kurve nicht symmetrisch, so daß mindestens eine Schwingungsperiode erforderlich ist, bis eine gleichförmige Kurve erzielt wird. Infolgedessen wird eine Wartezeit benötigt, bevor die Messung erfolgen kann, wobei diese Zeitverzögerung im Kontroller 66 programmiert ist und ungefähr 0,024 sec dauert. Nach dieser Wartezeit wird die Frequenz oder Periode der Nulldurchgänge durch den elektronischen Kontroller 36 bestimmt. Nach dem Einschaltstoß vergleichmäßigt sich die Frequenz der Nulldurchgänge in der Hauptsache und die Signaldämpfung ist nicht mehr spürbar. Wenn die Frequenz der Nulldurchgänge ermittelt ist, wird ein Umschlag oder ein Poststück 65 auf das Tablett 28 gelegt. Die automatischen Mittel zum Plazieren des Poststückes werden nicht beschrieben, da sie nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung sind. Die Mittel werden in der eingangs genannten DE 38 23 618 A1 beschrieben, auf die hiermit verwiesen wird. Es sei bemerkt, daß das Poststück 65 fest auf dem Tablett 28 gehalten wird, weil die Rollen 56 wegen der Vorspannwirkung der Federn 60 nach wie vor mit demselben in Berührung stehen, so daß sich das Poststück und die Plattform als eine Einheit bewegen.

Wenn das Poststück 65 auf der Plattform in der ihm vorbestimmten Position liegt, d. h., unter den Rollen 56 und zwischen der Lampe 61 und dem Lichtmeßfühler 63, wird der Elektromagnet 32 eingeschaltet und veranlaßt den Anker 90 und das Tablett 28, zu schwingen. Diese Schwingung wird durch den Wandler 41 reflektiert, so daß die Periode der Schwingung wie weiter oben beschrieben gemessen wird. Aus dem Ergebnis dieser Messung kann man die Masse des auf der Plattform 27 befindlichen Poststückes 65 nach folgender Formel berechnen:

ME = C1(T2 - T02) + C2(T2 - T02)2 (1).

Darin bedeutet ME die Masse des Poststückes 65, T0 die Schwingungsperiode ohne Poststück und T die Schwingungsperiode mit auf dem Tablett 28 befindlichem Poststück. T0, C1 und C2 sind Konstanten, die sowohl von der Masse der Grundplatte M und der Masse des Tabletts 28, als auch von den Federkonstanten der isolierenden Federn 16 und der flexiblen Halter 26 abhängen. Diese Konstanten werden empirisch in einem Kalibrierverfahren ermittelt, bei dem die Perioden sowohl für mindestens zwei verschiedene Massen, als auch für das leere Tablett bestimmt werden. Im Grenzfall, daß die Grundplatte 14 erheblich schwerer als die Masse der Plattform 27 plus der Masse der Poststücke ist, ist die Konstante C1 durch folgende Formel gegeben:

C1K/(4π2) (2),

wobei K die Federkonstante der flexiblen Halter 26 ist. Im gleichen Grenzfall ist T0 durch folgende Formel gegeben:

T02 = (4π2)Mp/K (3),

wobei Mp die Masse des Tabletts 28 ist.

Wenn eine Feder mit den beiden isolierten Massen m und M verbunden ist, wird ihre Schwingungsperiode bestimmt durch:

T2 = 4π2μ/K (4),

wobei μ die reduzierte Masse ist gemäß der Formel:

μ = m M / (m + M) (5).

Im Grenzfall, daß M sehr viel größer als m ist, ist die reduzierte Masse μ kleiner als und nahe beim Werte von m. Die Gleichung (4) kann für m nach der Größe T aufgelöst werden. Beim Ablagetablett 10 ist die Masse M der Grundplatte 14 sehr viel größer als die Masse m des miteinander kombinierten Tabletts 28 und Poststückes 65. Wegen der erforderlichen Genauigkeit muß aber der Unterschied zwischen μ und m in Rechnung gestellt werden. Dies wird durch Kombination der Gleichungen (4) und (5) erreicht.

Es gibt weitere Korrekturen der Periode aufgrund der Tatsache, daß das System leicht gedämpft wird, weil die Grundplatte 14 mit dem Rahmen 12 durch die isolierenden Federn 16 verbunden ist. Das System wird weiter durch den Umstand kompliziert, daß der Versuch der Bestimmung der Periode über Messungen der ersten wenigen Schwingungsperioden hinweg erfolgt. Während dieser Zeit treten aber einige Einschwingvorgänge aufgrund des Anfangsimpulses auf. Daher kann bestenfalls gesagt werden, daß zu erwarten ist, daß die Masse eine nichtlineare Funktion der Periode ist, quadriert mit der durch die Gleichungen (4) und (5) gegebenen Haupt-Nichtlinearität. Es ist empirisch beobachtet worden, daß die Nichtlinearität annähernd durch eine durch die Gleichung (1) dargestellte Parabel angenähert werden kann.

Die Masse wird durch die in den Fig. 3 und 4 dargestellten Schaltungen ermittelt. Der Rechner 68, bei dem es sich um irgendeinen der im Handel erhältlichen Standardrechner handelt, wie etwa ein Compaq-Modell 286 PC, steht in Verbindung mit dem elektronischen Kontroller 66. Die Rechnerfunktion kann auch durch einen Mikroprozessor mit passender Stoftware wahrgenommen werden. Der Wandler 41 liefert eine Spannung, die durch das Bandpaßfilter 74 gefiltert und an den Nulldurchgangsdetektor 76 geliefert wird, der hauptsächlich ein Operationsverstärker ist, der bei 5 Volt in Sättigung geht und eine Rechteckwelle, wie in Fig. 5c gezeigt, erzeugt. Die Dauer der Rechteckwelle ergibt die Zeit zwischen den Nulldurchgängen, die durch den Flankendetektor 78 bestimmt wird. Der Flankendetektor 78 liefert einen Impuls bei der Erfassung jeder Flanke der Rechteckwellen, die natürlich einen Nulldurchgang bedeutet. Diese Signale werden an den Zähler 84, der die Taktzyklen zwischen den Nulldurchgängen zählt, und an das UND-Gatter 82 geliefert. Der Flip-Flop 80 übermittelt dann Nulldurchgangs-Bereitschaftssignale an den Rechner 68, der dementsprechend den Zählerstand abgraft. Aufgrund dieses Zählerstandes errechnet der Rechner 68 nach dem Abfragen die Masse des Poststückes mit Hilfe eines Algorithmus, der die Berechnung durch Anwendung der obengenannten Formeln ermöglicht. Die berechnete Masse wird dann auf der Sichtwiedergabeeinheit 72 angezeigt.

Nachdem die Ausgabe des Wandlers 41 empfangen worden ist, werden die Topfmagnete 22 zur sicheren Halterung der Grundplatte 14 in vorbestimmter Stellung eingeschaltet und das Poststück 65 wird vom Tablett 28 entfernt.

Bei Anwendung des oben beschriebenen Verfahrens ist man in der Lage, eine sehr genaue Bestimmung der Masse der auf dem Tablett befindlichen Artikel zu erzielen. Die Genauigkeit ist besser als 1/32 einer Unze bei Poststücken 65 bis 32 Unzen. Man erzielt nicht nur eine extrem genaue Messung der Masse, sondern dies erfolgt auch sehr rasch.

In den Fig. 6a-6b bis 9a-9b sind Schaubilder dargestellt, anhand derer festgestellt werden kann, ob ein Maschinenfehler oder eine Stampfbewegung des Ablagetabletts vorliegt. Es sei darauf hingewiesen, daß diese Schaubilder bei der dargestellten und beschriebenen Waage ermittelt wurden, daß aber andere Waagen andere Kurven ergeben können. Eine Stampfbewegung des Ablagetabletts kann durch Berühren des Tabletts während der Schwingperioden verursacht werden, wodurch das Ausgangssignal des Wandlers 41 beeinflußt wird. Eine solche Eingriffsbewegung kann durch Auf- und Abwärtsstoßen mit einem Finger oder einem Gegenstand wie etwa einem Bleistift am Tablett erzeugt werden, wodurch dieses an seiner normalen Schwingung gehindert wird. Die Fig. 6a-6b zeigen einen Verlauf des vom elektronischen Kontroller 66 empfangenen und erzeugten Signals, wenn ein betriebliches Fehlverhalten des Ablagetabletts auftritt. Dieses Fehlverhalten kann durch defekte Bauteile, einen plötzlichen Anstieg der eintretenden Spannung, einem sich lose im Poststück 25 bewegenden Gegenstand wie etwa einer Münze, oder einem nicht fest auf dem Tablett gehaltenen Poststück 65 verursacht werden. Wie man sieht, ergibt sich beim maschinellen Fehlverhalten eine Amplitude der Kurve, die erheblich kleiner ist als bei einer gültigen Kurve, wobei die Veränderung der Frequenz und der Amplitude wesentlich größer ist als bei einem in den Fig. 5b und 5c gezeigten normalen Signal.

Die Fig. 7a-7b zeigen ein Signal, das erhalten wird, wenn mit dem Finger auf das Tablett ein leichter Druck abwärts ausgeübt wird. Wie man sieht, wird die Amplitude der Kurve viel schneller abgedämpft, als dies beim normalen echten Signal gemäß den Fig. 5b und 5c der Fall ist. Die Fig. 8a-8b zeigen ein Signal, das erhalten wird, wenn mit dem Finger ein leichter Druck auf das Tablett 28 nach oben ausgeübt wird. Das Signal ist in etwa ähnlich dem Signal, das man erhält, wenn das Tablett nach unten gedrückt wird, aber die Amplitude ist etwas größer, während die Frequenz etwas kleiner ist. Nichtsdestoweniger wird die Amplitude rasch gedämpft.

Die Fig. 9a-9b zeigen nocheinmal das Schaubild eines Signals, das erhalten wird, wenn ein Bleistift oder ein anderer Gegenstand leicht aufwärts oder abwärts gegen das Tablett 28 gedrückt wird. Was speziell Fig. 9b anbetrifft, weist die Kurve den negativen Teil in invertierter Lage auf. Der Abfall 93 der Amplitudenspitzen und der Abfall 95 einer gültigen Wägung ist ebenfalls dargestellt, wobei der letztgenannte Verlauf im wesentlichen eine gerade Linie ergibt. Wenn der Abfall 93 zu groß ist, kann darauf geschlossen werden, daß das Ausgangssignal des Wandlers 41 kein gültiges ist. Wie man sieht, fällt die Amplitude der Kurve zu Anfang stark ab und verkleinert sich dann langsamer, jedoch um einen Wert, der immer noch größer als das Abklingen eines gültigen Signals ist. Genauer gesagt, verläuft die Abnahme eines ungültigen Signals exponentiell.

Unter Bezugnahme auf Fig. 10 werden nur die Schritte zur Bestimmung der Masse eines Poststückes 65 beschrieben. Das System wird mit Schritt 94 durch Schließen des Schalters 70 ausgelöst. Ein Poststück 65 wird auf das Tablett 28 gelegt und in Schritt 96 erfaßt. Die Topfmagnete 22 werden in Schritt 97 eingeschaltet, so daß das Tablett frei zum Schwingen gebracht werden kann. Die Startzeit wird in Schritt 98 gespeichert, während in Schritt 100 eine Zeitverzögerung zum Löschen des Zählers 102 vorgesehen wird. Der Elektromagnet 32 wird in Schritt 103 eingeschaltet und in Schritt 104 wird eine weitere Verzögerung vorgesehen, um sicher zu sein, daß die Pole 38, 40 des Elektromagneten erregt worden sind. Das Nulldurchgangs-Bereitschafts-Bit wird in Schritt 106 gelöscht und es wird festgestellt, ob der Nulldurchgangsdetektor 76 in Schritt 108 in Bereitschaft ist. Ist dies der Fall, wird in Schritt 110 das Nulldurchgangs-Bereitschafts-Bit gelöscht und in Schritt 111 der Nulldurchgangszählstand abgefragt. In Schritt 112 wird die Nulldurchgangsprüfung freigegeben und dann wird festgestellt, ob in Schritt 114 der letzte Nulldurchgang bzw. eine fixierte Anzahl von Nulldurchgängen stattgefunden hat.

Wenn der letzte Nulldurchgang festgestellt worden ist, wird die Frequenz der Signale mit einem normalen Signal verglichen. In Schritt 118 wird geprüft, ob die Nulldurchgangsfrequenz regelmäßig ist und innerhalb der Begrenzung liegt. Ist das nicht der Fall, wird in Schritt 120 ein nicht behebbarer Fehler erzeugt. Wenn aber festgestellt wird, daß die Amplitude innerhalb der gegebenen Grenzen liegen und regelmäßig sind, werden die erzeugten Daten durch einen Rücksprungschritt 124 an den Kontroller 66 übertragen.

Wenn auch die vorliegende Erfindung zur Anwendung bei einem horizontal vibrierenden Tafelwaagentyp beschrieben worden ist, steht doch nicht im Wege, die Erfindung auch bei anderen Arten von Wiegevorrichtungen zu verwenden, bei denen das Tablett schwingt und das Gewicht während der Schwingung bestimmt wird.


Anspruch[de]
  1. 1. Waage, gekennzeichnet durch:
    1. - ein Haltemittel für einen sich in der Waagrechten erstreckenden Artikel,
    2. - Mittel, um das den Artikel haltende Mittel in Schwingung zu versetzen,
    3. - Mittel zum Erzeugen eines Sinuswellensignals als Antwort auf die Schwingung des den Artikel haltenden Mittels,
    4. - Mittel zum Überwachen des Sinuswellensignals, um die Regelmäßigkeit der Schwingungsfrequenz zu bestimmen, und
    5. - Mittel zum Bestimmen der Masse eines auf dem Artikelhaltemittel befindlichen Artikels als Antwort auf das aus der Überwachung zur Bestimmung einer regelmäßigen Schwingung hervorgehende sinusförmige Signal.
  2. 2. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel zum sicheren Festhalten eines Artikels auf dem Artikelhaltemittel zur Ermöglichung einer einheitlichen Bewegung aufweist.
  3. 3. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Schwingungserzeugung einen an einem Rahmen befestigten Elektromagneten und einen an dem Artikelhaltemittel befestigten Anker aufweisen, wobei sich der Anker in nächster Nähe des Elektromagneten befindet.
  4. 4. Waage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zur Erfassung des Vorhandenseins eines Artikels auf dem Artikelhaltemittel.
  5. 5. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelmäßigkeit der Schwingungsfrequenz gemessen wird.
  6. 6. Waage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zur Messung der Regelmäßigkeit der Amplitude der sinusförmigen Kurve.
  7. 7. Massenmeßvorrichtung, gekennzeichnet durch:
    1. - einen Untersatz,
    2. - ein Tablett zur Aufnahme des sich in der Waagrechten erstreckenden Artikels,
    3. - mindestens ein flexibles Glied zur Schaffung einer Verbindung zwischen dem Untersatz und dem Artikelaufnahmetablett,
    4. - ein mit dem mindestens einmal vorhandenen flexiblen Glied verbundener Wandler,
    5. - Mittel zum Einleiten einer freien Schwingung des Artikelaufnahmetabletts,
    6. - Mittel zum Messen des Ausgangssignals des Wandlers,
    7. - Mittel, um festzustellen, ob das Ausgangssignal des Wandlers echt ist, und
    8. - Mittel zum Bestimmen der Masse eines auf der genannten Plattform befindlichen Artikel als Antwort auf die Meßmittel nach einer Feststellung der Echtheit des genannten Ausgangssignals.
  8. 8. Massenmeßvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, mit denen die Plattform in Schwingung versetzt wird, Mittel zum Schwingen des Tabletts in der Tablettebene umfassen.
  9. 9. Massenmeßvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel zum Erfassen des Vorhandenseins eines Artikels auf der Plattform umfaßt.
  10. 10. Massenmeßvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel zum Erfassen des Nicht-Vorhandenseins eines Artikels auf der Plattform umfaßt.
  11. 11. Massenmeßvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Bestimmen der Echtheit des genannten Ausgangssignals, Mittel zur Überwachung der Frequenz des Ausgangssignals und zur Feststellung darüber umfassen, daß das Ausgangssignal nicht echt ist, wenn sich die Frequenz als unregelmäßig herausstellt.
  12. 12. Massenmeßvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Feststellen der Echtheit des Ausgangssignals Mittel zur Überwachung der Regelmäßigkeit der Amplitude des Ausgangssignals und zur Feststellung darüber umfassen, daß das Ausgangssignal nicht echt ist, wenn sich herausstellt, daß die Amplitude bei einem Wert abnimmt, der oberhalb eines vorgegebenen Wertes liegt.
  13. 13. Verfahren zur Bestimmung der Echtheit der Gewichtsmasse eines auf einer vibrierenden Tafelwaage gewogenen Artikels, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgende Schritte aufweist:
    1. - Halterung eines Tabletts mit Hilfe mindestens eines flexiblen Gliedes,
    2. - Anbringen eines Wandlers auf dem mindestens einmal vorhandenen flexiblen Glied,
    3. - Schwingen des Tabletts,
    4. - Messen der Ausgangssignale des Wandlers im Vergleich zu einem Standardausgangssignal, und
    5. - Bestimmen der Echtheit der ermittelten Masse des Artikels auf der Basis des genannten Vergleichs.
  14. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Bestimmungsschritt die Überwachung der Frequenz des Wandlerausgangssignals umfaßt.
  15. 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Bestimmungsschritt die Überwachung der Amplitude des Wandlerausgangssignals umfaßt.
  16. 16. Verfahren zur Bestimmung der Masse eines Artikels, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Schritte aufweist:
    1. - Plazieren eines Artikels auf einer Plattform,
    2. - Einleiten einer freien Schwingung der Plattform,
    3. - Bestimmen der Schwingungsfrequenz der Plattform,
    4. - Bestimmen der Echtheit der Schwingungsfrequenz, und
    5. - Bestimmen der Masse des Artikels als Antwort auf die Frequenzmessung.
  17. 17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Echtheitsbestimmungsschritt die Überwachung der Gleichmäßigkeit der Frequenz des Wandlerausgangssignals und die Feststellung umfaßt, daß das Wandlerausgangssignal nicht echt ist, wenn sich die Frequenz als unregelmäßig herausstellt.
  18. 18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Echtheitsbestimmungsschritt die Überwachung der Amplitude des Wandlerausgangssignals und die Feststellung umfaßt, daß das Ausgangssignal nicht identisch ist, wenn sich herausstellt, daß der Wert der Amplitudenabnahme oberhalb eines vorgegebenen Wertes liegt.
  19. 19. Verfahren zur Bestimmung der Masse eines Artikels, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Schritte aufweist:
    1. - Plazieren eines Artikels auf einer Plattform,
    2. - Einleiten einer freien Schwingung der Plattform,
    3. - Erzeugen eines der Schwingung der Plattform entsprechenden Signals,
    4. - Bestimmen der Echtheit des erzeugten Signals, und
    5. - Bestimmen der Masse des Artikels auf der Basis der Echtheit des festgestellten Signals.
  20. 20. Methode nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der die Echtheit bestimmende Schritt die Überwachung der Gleichmäßigkeit der Frequenz des Wandlerausgangssignals umfaßt.






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