CN101341380A - 用于产品称重的方法与设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及当产品传输于水平仪体(7)所支撑的水平仪带(2)之上时称重产品的检验水平仪，通过加载在水平仪体(7)上的初负荷(V)抑制产品到达水平仪带(2)之上时出现的寄生振荡，其中通过初负荷引起的负荷因为随后的重量测量值检测暂时地释放。

Description

用于产品称重的方法与设备

本发明涉及一种在重量检测装置上传输产品时称重产品的方法以及一种为实施该方法的合适的设备，其中，采用传输过程中重量检测装置检测到的重量测量值确定产品的最终重量值。

使用这种方法，产品在传输于重量检测装置上时动态地被称重。这样获得较高的吞吐量，因为不同于静态的水平仪，使用该动态方法，不用等待在稳定的最终重量值上的稳态(Einschwingvorgang)。但是许多传输相关的扰动影响重量检测装置，导致振荡并且相应地引起所检测的重量测量值的波动。特别地，产品单独地从传输器到达重量检测装置，每次都引起重量检测装置的稳态过程。该稳态过程所需的衰减时间减少了可用的称重时间。快速称重(例如每分钟超过600件产品)时，实际每件产品在重量检测装置上的停留时间明显地小于50ms。该时间中相当一部分因重量检测而损失，因为必须等待重量检测装置(例如水平仪体(Waegezelle)，其用于支撑逐个传输产品的水平仪带)的稳态。由于产品数量上升，剩余时间越来越少，确定足够精确的最终测量值越来越难。

一种根据初始提到那种方法工作的、已知的水平仪(DE10322504A1)，其通常称为检验水平仪，因此具有过滤装置，其设置目的为，通过每件产品动态称重所检测到的重量测量值的平均，来获得尽可能接近真实重量值的最终重量值。此外，后面的产品在前面的产品一离开水平仪带后立刻传送到水平仪带上。由此，水平仪体在连续的产品之间摆动变小，并且因此向产品重量的回摆时间变短。

但是由于产品在重量检测装置上的传输而引起的扰动并没有明显地消除。当产品很重、很硬(例如玻璃)或者不平的时候，该扰动特别突出。此外，传输器(送达带)到重量检测装置的水平仪带或者水平仪平台的传递越糟糕，该扰动越显著。

在水平仪体突然负重时，边缘上升以及因此到额定值的稳定时间取决于其自然谐振。自然谐振频率越高，边缘上升越陡峭，并且获得终值越快。水平仪体的刚性上升反而会带来缺点，即其变形或者偏移减少，且因此测量信号变差。差的测量信号妨碍了重量测量值的检测和估计。

另一干扰源为水平仪带低频转动的部分及其驱动。这里通过小直径滚子(水平仪带通过其转动)以及滚子与其马达间良好的平衡，保持低的扰动和高的频率，使可以在短的测量时间内过滤。代替转动的水平仪带，也可以使用水平仪平台，产品在其上传过，其中这可以例如仅仅与惯性相关地通过产品先前的传输速度或者通过主动的支持(如吹气)来实现。对于足够平的产品，该平台可以作为气垫来设计。与转动部分有关的问题此处不再存在，但是还有其它缺点。在装置关闭或者启动时，产品可能会堵塞在水平仪平台上。例如在玻璃或者气溶胶罐中晃动的液体，在水平仪平台减速时产生特别低频的扰动。作为气垫设计的水平仪平台几乎没有缺点，但是它的使用限制于非常平的产品，如扁平盒子和纸板。

为举例说明该情况，产品的传输在转动的水平仪带以及静止的水平仪平台上引起扰动，假定，带有不平底部的、重3000g的玻璃，额定称重速率为每分钟1000块。当从传输带到水平仪带或者水平仪平台传递时，提供支撑的重量检测装置由于糟糕的传输(在较高的速度、不平的玻璃底部及较重的重量的情况下)被激烈地碰撞，因此它摇摆和震动。在重量检测设备平静且低扰动的称重过程可以进行之前，玻璃已经离开了水平仪带或者水平仪平台，而后者又被再次扰动。同时后面的产品传输且再度扰动。

本发明的目的在于，完成开头所提方式的方法以及用于该方法的适合的适合的设备，减少在传输块上产品的传递引起的扰动影响。

根据本发明，该目的可以鉴于此方法这样实现，即重量检测装置荷载初负荷，且负荷在检测用于获得最终重量值的重量测量值期间释放。

根据本发明的方法，产品逐个到达重量检测装置构成的传输路段。当产品到达重量检测装置时，其通过重量值接近额定重量值的初负荷来预先张紧。由此防止产品到达时否则会出现的扰动。当产品足够的部分或者整个放置在重量检测装置上时，初负荷释放，以至于重量检测装置仅仅检测到与产品相应的重量测量值。一旦获得足够数量的用于确定产品最终重量值的重量测量值(其中理论上每件产品的单独的重量测量值是足够的)，也就是说，足够的测量时间逝去后，初负荷再次加载。由此，重量检测装置一直处于后面产品的期望重量这样的承重水平。因此重量检测装置在下一产品到达时，并未激起值得重视的振荡。此后，对于整个地或者接近整个地放置的产品，当用于确定重量测量值的初负荷释放时，重量检测装置仅仅经历处于与额定重量值对应的初负荷和与实际重量对应的负荷变化之间的重量偏差。这意味着在实践中，重量检测装置的速度不再取决于负荷且不再如此高度地取决于重量检测装置的自然谐振。这样，即使在高速度和大重量时，也带来了高精度。

一种用于实现该目的的合适的设备，包括用于称重产品的重量检测装置、用于在重量检测装置上传输产品的传输装置、和用于确定产品最终重量值的评估装置(应用在传输过程中重量检测装置检测到的重量测量值)，其特征在于，还包括初负荷装置，通过它重量检测装置可以荷载初负荷，并且初负荷在检测用于确定最终重量值而应用的重量测量值时可以被释放。

特别地，其中重量检测装置具有水平仪体及被支撑在它上面的传输路段，其上逐个传输产品用于重量检测。该不计自重的传输路段可以设计为转动的、被驱动的水平仪带，这样产品被主动地传输。或者，传输路段设计为水平仪平台，本身没有传输效果，而产品通过例如利用其自身惯性、继续前获得的传输运动，在平台上传输过去。水平仪体可以以已知的转换器原理为依据，例如应变仪原理、振弦原理、电磁负荷补偿原理、电容原理或者回转仪原理。

优选地，初负荷值取决于所选择的产品的重量。为初负荷所选的值越接近产品的真实重量，负荷变化越小并且由此扰动影响越小。这样被认识到是有利的，即每次都把前面的已称重产品确定的最终值应用为待称重产品的初负荷值。该实施例利用了这种情况，即一系列待称重的产品设置到一定的额定重量，并且其真实的重量仅仅区别在于相对小的允许范围偏差，允许范围首先由填装时不可避免的不精确性导致，并且由由此带来的填装重量的误差波动导致。由此，规律地，先传输的产品确定的最终重量值作为直接随后的产品期望的最终重量值的良好近似，并且由此提供合适的值于初负荷。

但是在实际操作中发现，传递到检验水平仪的产品流样本具有不规则的重量偏差。例如在填装装置中出现错误，导致全空的或者仅仅少量填装的包装出现在产品流中。另一方面这也不是绝无可能的，即偶尔特别重的其它类型的产品出现在产品流中。该情况是有害的，即这些错误产品的最终重量值被应用为后面的正常产品的初负荷值。因此根据本发明的方法的有利实施例中，前面的产品所确定的最终重量值与预先给出的允许范围作比较，并且当其超过允许范围内时，代替该最终重量值，使用一个未超过该范围的初负荷值。例如，该允许范围可以通过最小的最终重量值来设定，这样向下超出范围时，产品作为不再符合规定的来分类。同样，允许范围或者、或同时通过最大最终重量值来设定，这样向上超出范围时，产品作为不再符合规定的而拒绝。当确定这些不规则产品的最终重量值时，重量检测装置发现允许范围被超出，将立即荷载未超出允许范围的初负荷值，由此阻止大的摆动。

根据本发明的方法的一个可能的实施例中，机械式地产生初负荷。设备上很容易认识到，初负荷设备(Vorlasteinrichtung)具有处于重量检测装置和静止的支座之间的张紧部件，其在带有小于产品重量的初负荷值时是紧张的，而在重量检测装置的负荷超过初负荷时是松弛的。这种情况下，初负荷设备的作用自动地由此消除，即重量检测装置通过到达其上产品经历超过初负荷值的负荷，并且因为由此增加的重量检测装置的负荷而减轻了张紧部件的负荷。当产品再次离开重量检测装置之后，负荷减少直到张紧部件再次紧张并且使用先前设置的初负荷。自然，张紧部件可以选择性地设计为通过拉力、压力或者扭力生成初负荷。或者，为了机械式地产生初负荷，也可以使用圆柱体活塞单元，其气压地或者液压地操作，在重量检测装置上引起所期望的初负荷。

在根据本发明的方法的优选实施例中，初负荷电动力学地产生。这样尤其具有优点，即初负荷的产生可以用电气或电子的方式开环和闭环地控制。

在这方面，在根据本发明的方法的可能实施例中，初负荷通过设置在磁场内通有电流的线圈所生成的洛伦兹力产生。在设备方面，可以设置成这样的关系，即初负荷装置具有在磁场气隙内布置的可加载电流的线圈，作用于其上的洛伦兹力形成初负荷。有效地，其中线圈与重量检测装置负荷吸收部分或者负荷转移部分连接，同时磁体固定地放置。构成初负荷的洛伦兹力与线圈中穿过的电流线形相关，并且由此被很好地开环或闭环地控制。由此获得的初负荷的大小也受到限制。

与此相对的，在根据本发明的方法的另一个实施例中，初负荷通过在磁路的衔铁上生成的磁阻力产生。在设备方面，可以这样实现，即初负荷设备具有磁路，其由可加载电流的励磁绕组所缠绕的磁轭和衔铁组成，作用于其上的磁阻力形成初负荷。有效地，其中衔铁机械地与重量检测装置负荷吸收部分或者负荷转移部分连接，磁轭对照地进行固定。构成初负荷的磁阻力与衔铁和磁轭之间的气隙宽度的二次方成反比例，并且其值对于窄的气隙宽度非常大。但是磁阻力极度非线性。特别地，这样是有效的，设置距离传感器，借助它可以检测衔铁相对于磁轭的偏移，并且其路径信号可以用于控制通过励磁绕组的电流。

在另一个有利实施例中，初负荷通过在两个彼此相对的磁路之间的衔铁所生成的磁阻合力而产生。相应的设备设置为，初负荷装置具有两个彼此对立设置的、各自由可加载电流的励磁绕组所包围的磁轭和处于两磁轭之间的衔铁，衔铁与两个磁轭中的每个各自组成磁路，并且作用于其上的磁阻合力产生初负荷。在这种情况下，两磁轭的彼此相反的磁阻力作用于衔铁。由衔铁所生成的预紧力对应于基本上线性的力差。

本发明将在下面的描述中参考附图更详细的说明，其中：

图1显示了检验水平仪的示意图，

图2显示了机械式地产生初负荷的装置的示意图，

图3显示了以电动力学的方式通过洛伦兹力产生初负荷的装置的示意图，

图4显示了以电动力学的方式通过磁阻力产生初负荷的装置的示意图，

图5显示了以电动力学的方式通过两相反磁阻力之差产生初负荷的装置的示意图。

图6显示了图4所示实施例的另一个实施例。

图1中示意性显示的检验水平仪具有水平排列的依次后置的送达带1、水平仪带2和送离带3。这三条带1，2，3向同一方向并且等速转动，各自由两个水平的彼此相距的滚子4和4′、5和5′、6和6′带动，其中滚子4′、5′和6′由电动机(未显示)驱动。控制该电动机以保证所有三条带1、2、3设置为相同的传输速度。水平仪带2在水平仪体7上被支撑，其固定在静止的检验水平仪的载体8上。

图1中显示了水平仪体7的示例——应变仪(Dehnungsmeβstreifen，DMS)水平仪体，其具有弯曲体9。弯曲体9在负荷作用下，在它的支撑水平仪带2的负荷吸收区10和它的用于固定在载体8上的固定区11之间弯曲变形，并且在它的弯曲区设置有应变仪，通过其在已知方式下可以产生与作用的负荷相对应的电信号。该电信号在已知方式下通过评估装置(未显示)在预先设置的频率(例如1200Hz)上检测。评估装置从这些检测值中形成与各自负荷相对应的重量测量值。

使用检验水平仪可检验待称重的产品(例如包装盒、包装袋、玻璃及同类物)是否保持带有预设允许范围的预设额定填充重量。待称重的产品在它的相对于传输装置的入口端从送达带1各自单独地到达水平仪带2。在该入口端，以光势垒的形式设有传感器装置12。当产品在传输装置内穿过光势垒，该传感器装置12检测每个产品前边缘或后边缘的通过。在用于驱动送达带1、水平仪带2和送离带的电动机中，至少一个安排有转速发电机(未显示)，其产生具有与该电动机驱动轴的旋转成比例的脉冲频率的脉冲序列。该转速发电机在一个时间单元内出现的脉冲数量对应于每个传输带1、2、3在它的循环中、在该时间单元内经过的传输距离。

重量检测装置可以在负荷引入侧荷载初负荷V。这在图1中通过矢量箭头所示的初负荷V来表示，其作用在弯曲体9的、处于负荷吸收端的悬臂13上。通过该初负荷，重量检测装置在处于单件产品期望最终重量值附近的重量值上预张紧。通过该预紧力，当送达带1上传递的产品到达水平仪带2时，抑制了水平仪带2的寄生振荡。通过传感器装置12和转速发电机的输出信号，评估装置确定了产品在相对于水平仪带2入口端的位置。当产品足够长度的部分或者整体的处于水平仪带2上时，重量检测装置的由初负荷V所生成的负荷释放。该负荷释放后从重量检测装置所检测到的重量测量值仅仅由处于水平仪带2上的产品引起，并且被评估装置用于确定每件产品的最终重量值。理论上一个这样的重量测量值可以作为最终重量值使用。但优选地，最终重量值通过在产品传输过程中在水平仪带2上所测的数次重量测量值的平均来形成。一旦形成最终重量值，再次加载初负荷。其中初负荷的值优选地选择为与此时形成的最终重量值匹配。

图2(仅仅显示了检验水平仪的重量检测装置的部分)显示了产生初负荷的机械过程。在水平仪体的弯曲体9内、负荷吸收侧上固定了张紧部件14，其在水平仪体的负荷吸收装置内向弯曲体9静止的载体8延伸，并且与垂直于负荷吸收装置的肩部15在与之互补的载体8的肩部16处、在装置内接触。在图2中，张紧部件14设计为在弯曲体9的螺纹孔中拧紧的螺栓的形式，其轴17带有缝隙的嵌入在载体8的级形孔18内，并且其头部使肩部15与载体8的、于级形孔18内形成的补充肩部16接触。螺栓拧紧在弯曲体9内，直到由此在弯曲体9和载体8之间形成的拉应力产生初负荷，初负荷值仍然处于产品期望重量之下。这样导致，当重量检测装置承载产品时，肩部15、16彼此分开，并且因此由初负荷引起的负荷释放。当产品离开水平仪带时，产品在重量检测装置之上所生成的负荷以及与该负荷相应的弯曲体9的偏移都消失。由此肩部15，16再次接触，并且自动地形成预设的初负荷。

图3中，(仅仅显示了弯曲体9负荷吸收侧的一部分和由其上伸出的悬臂13)，初负荷以电动力学的方式产生。为此目的，与悬臂13相连的活动线圈20设置在静止磁体22的环形气隙21内。通过对流经活动线圈20的电流进行开环或闭环地控制，活动线圈20内形成的洛伦兹力可以设为用于初负荷的所希望的值。

图4对应于图3中所述的弯曲体9及其悬臂13的示意图。图4中，初负荷产生的原理仍然是电动力学的，但是图4中初负荷通过磁阻力形成，其由与悬臂13相连的衔铁23，在U形的、固定的磁轭24(缠绕励磁绕组25)的磁路中产生。通过对流经励磁绕组的电流i进行开环或闭环地控制，磁阻力可以设为应用初负荷的所希望的值。

图4中粗略显示了用于设置该初负荷的合适的闭环控制回路。与所希望的初负荷V相应的弯曲体9的偏移作为额定值X_soll预先规定在该闭环控制回路中。偏移的实际值X_ist通过距离传感器26检测，并且向减法部件27反馈，在其中闭环控制偏差为X_soll与X_ist之差。该控制偏差控制PID闭环控制器28(比例、积分、微分控制器)，该闭环控制器28在它的输出端提供操纵量给功率放大器29，功率放大器29相应地闭环控制流经励磁绕组25的电流i。

在图4所示的实施示例中，初负荷V基本上与偏移X_ist的二次方成反比例。为避免该强非线性关系，在图5所示的实施示例中，设置有两个彼此相对的、各自带有励磁绕组30、30′的磁轭31、31′，以至于由该磁轭31、31′在处于其之间的两体衔铁上所生成的磁阻力彼此相反，衔铁的一部分32安排在磁轭31的磁路之内，而第二部分32′安排在磁轭31′的磁路之内。由此，在弯曲体9的、承受衔铁两部分32、32′的悬臂13上所生成的磁阻合力很大程度地被线性化。在此，根据图5，两励磁绕组30、30′上预激励起彼此反向流动的、具有相同值i0的电流。通过该预激励，在衔铁32、32′上生成的磁阻力处于均势，由此磁阻合力基本上为零。该预激励回路通有调节电流i_stell，磁阻合力通过它设置在与所希望的初负荷相应的值上。

非线性且由此不稳定的关系可以通过与流量测量相关的另外的流量调节进一步的抵消。图6显示了一个实施例，其中设有该流量闭环控制，如同图4所示的实施例。图6中，与图4相一致的部分使用了与图4相同的标号，霍尔传感器检测在磁路中占主要地位的流量。霍尔传感器100的、与流量相应的输出信号被引向减法部件101的反相输入端，而其非反相输入端连接有距离控制器28。减法部件101的输出信号流向流量闭环控制器102，而流量闭环控制器102的输出端连接到功率放大器29的输入端。因此流量闭环控制器102构成级联闭环控制的内部闭环控制回路，由此，衔铁23引起的磁力可以非常精确和细致地调节。自然，这种流量闭环控制回路也可以设置在图5中所示的减法装置中，尽管它在那里需求较少。

在该以电动力学方式产生初负荷的实施例中，通过对活动线圈或者励磁绕组中的电流开环或者闭环地控制，容易调节这种时间过程的下降曲线和/或上升曲线，以使重量测量值的波动区域尽可能地变小。

此外，以电动力学方式产生初负荷使得在不规则情况下选择合适的初负荷值变得容易，不规则情况指，例如由于填装装置的错误使空的或大部分未填满的包装到达产品流中，或者由于错误出现别种比待控制产品序列超重很多的产品。一旦确定最终重量值时发现，其没有保持在预设的允许范围内，会有在允许范围内的初负荷值代替该不规则的最终重量值，以使后面的、到达重量检测装置上的产品引起的负荷差别尽可能小。由此，在不规则情况下重量检测装置。

参考标号列表

1送达带

2水平仪带

3送离带

4，4′滚子

5，5′滚子

6，6′滚子

7水平仪体

8载体

9弯曲体

10负荷吸收区域

11固定区域

12传感器装置

13悬臂

14张紧部件

15肩部

16肩部

17轴

18级形孔

19头部

20活动线圈

21气隙

22磁体

23衔铁

24磁轭

25励磁绕组

26距离传感器

27减法部件

28PID控制器

29功率放大器

30，30′励磁绕组

31，31′磁轭

32，32′衔铁分部

100霍尔传感器

101减法部件

102流量闭环控制器

Claims (18)

1.一种当产品传输于重量检测装置上时称重产品的方法，其中应用传输过程中所检测到的、重量检测装置的重量测量值确定产品的最终重量值，其特征在于，所述重量检测装置荷载初负荷，而负荷在测量用于确定最终重量值的重量测量值时释放。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，初负荷值的选择取决于所述产品的重量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，每次前面已称重的产品所确定的最终重量值应用作为待称重的产品的初负荷值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，前面产品所确定的最终重量值与预设的允许范围相比较，并且当其超出范围时，应用未超出允许范围的初负荷值来代替所述最终重量值。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述初负荷机械式产生。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述初负荷以电动力学的方式产生。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述初负荷通过作用在置于磁场中的、通有电流的线圈上的洛伦兹力产生。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述初负荷通过作用在处于磁路中的衔铁上的磁阻力产生。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述初负荷通过作用在处于两个彼此对立的磁路中的衔铁上的磁阻合力产生。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述初负荷的释放根据负荷下降曲线而进行，在其时间过程中重量测量值的波动区域尽可能地变小。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，由所述初负荷带来的负荷根据负荷上升曲线而进行，在其时间过程中重量测量值的波动区域尽可能地变小。

12.一种用于称重产品的设备，包括重量检测装置、用于传递产品于重量检测装置之上的传输装置和应用传输过程中所检测到的、重量检测装置的重量测量值来确定产品最终重量值的评估装置，其特征在于，还包括初负荷装置，通过其重量检测装置(7)可以荷载初负荷(V)，并且所述初负荷在检测用于确定最终重量值的重量测量值时可以释放。

13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述初负荷装置具有处于重量检测装置(7)和静止的支座(8)之间的、在未超过产品重量的初负荷值上张紧的张紧部件(14)，其可以通过超过初负荷的、重量检测装置(7)的负荷松弛。

14.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述初负荷装置具有在磁体(22)的气隙(21)中放置的、可加载电流的线圈(20)，作用于其上的洛伦兹力形成初负荷(V)。

15.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述初负荷装置具有磁路，其由被可加载电流的励磁绕组(25)所缠绕的磁轭(24)和衔铁(23)组成，作用于其上的磁阻力形成初负荷(V)。

16.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述初负荷装置具有两个彼此对立设置的、各自被可加载电流的励磁绕组(30，30′)所缠绕的磁轭(31，31′)和处于所述磁轭(31，31′)之间的衔铁(32，32′)，所述衔铁与两个磁轭(31，31′)中的每个各自形成磁路，并且作用于其上的磁阻合力形成初负荷(V)。

17.根据权利要求15或16所述的设备，其特征在于，还包括闭环控制回路(26，27，28，29)，其闭环控制可加载电流的励磁绕组(25；30，30′)，在其输入端上，将对应于所希望的初负荷(V)额定值和由测量所确定的初负荷实际值的差值作为闭环控制偏差引入。

18.根据权利要求17所述的设备，其特征在于，所述闭环控制回路具有用于与磁路流量相应的测量信号的反馈(100，101)。

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