CN105143838B

CN105143838B - 单体式称重系统

Info

Publication number: CN105143838B
Application number: CN201480021832.XA
Authority: CN
Inventors: 温弗里德·格拉夫
Original assignee: Sartorius Weighing Technology GmbH
Current assignee: Sartorius Weighing Technology GmbH
Priority date: 2013-04-16
Filing date: 2014-03-04
Publication date: 2017-10-13
Anticipated expiration: 2034-03-04
Also published as: WO2014169981A1; CN105143838A; DE102013103791A1; DE102013103791B4; EP2986955B1; US9927284B2; EP2986955A1; US20160033320A1

Abstract

本发明涉及一种单体式称重系统(10)，其包括底座(12)、经由平行导向件装置(16、20)铰接在底座(12)上的负载接收部(26)和铰接在负载接收部(26)上的杠杆(28)，杠杆具有用于力补偿装置的附着部位和用于光学位置传感器(34)的目标区域(32)，其中，目标区域(32)在杠杆(28)的薄壁的杠杆区段中在杠杆的偏移平面中具有缝隙光阑(36)。本发明的特征在于，与目标区域(32)相邻地布置有与底座(12)一体式连接的支座(38a、b)，支座配设有垂直于偏移平面取向的支座贯穿部(40a、b)，其中，目标区域(32)的缝隙光阑(36)借助穿过支座贯穿部(40a、b)的激光加工来构建。

Description

单体式称重系统

技术领域

本发明涉及一种单体式称重系统，其包括底座、经由平行导向件装置铰接在底座上的负载接收部和铰接在负载接收部上的杠杆，杠杆具有用于力补偿装置的附着部位和用于光学位置传感器的目标区域，其中，目标区域在杠杆的薄壁式的杠杆区段中在杠杆的偏移平面中具有缝隙光阑。

此外，本发明还涉及一种称重设备，其包括这种单体式称重系统。

背景技术

本领域技术人员从精密称重器，尤其是从根据电磁力补偿原理工作的精密称重器已知作为称重设备核心元件的单体式称重系统。这种称重系统具有负载接收部，负载接收部借助平行导向件装置铰接在底座上。在得到的精密称重器中，在底座固定时，负载接收部与接收待称重的样品的秤盘连接。基于平行导向件装置，至少在小偏移的情况下，负载接收部能够实施纯竖直的运动。为了负载接收部的偏移的转换，将杠杆装置铰接到负载接收部上。在杠杆装置上设置有用于力补偿装置，例如电磁沉入式线圈装置的附着部位。力补偿装置用于生成作用到杠杆装置上的对抗力，该对抗力对杠杆装置的由于作用到负载接收部上的重力导致的偏移进行补偿。在力补偿装置设计为电磁沉入式线圈装置的情况下，电流为此必须通过沉入式线圈进行调节。相应的调节回路包含光学位置传感器，该光学位置传感器精密地探测杠杆装置的偏移，并且调节电子器件提供相应的信号，从而可以立即进行补偿。由此实现的是，可以使杠杆装置的实际偏移最小化。有些人称之为“无位移式(wegfrei)”的力补偿。

位置传感器的敏感性对于称重的精密性来说是很重要的。在市场上的称重系统中，杠杆装置在薄壁地构造的经受比较大的偏移的杠杆区段中，在偏移平面中具有缝隙光阑，缝隙光阑由光学传感器监控。尤其已被证实的是，薄壁的杠杆区段的缝隙光阑布置在光电发射器与光电探测器之间，从而使光电发射器在其朝向光电探测器的路径上的光射过缝隙光阑。在光电探测器例如适当地设计为分体式的光电二极管的情况下，可以非常精密地记录承载缝隙光阑的杠杆区段的偏移。为此，在目标区域，也就是缝隙光阑的两侧需要用于保持光电发射器和光电探测器的支座。

由DE 37 43 073 A1公知了一种称重器，其中，光学位置传感器的发射器和接收器安置在磁体盖内。

此外，由US 3,805,907公知了一种用于称重器的光学零位指示器，其中，光敏表面可围绕接收器的光学轴线摆动以进行调校。

出于机械精密性和可再现性的原因，这种称重系统应尽可能单体式地制造，也就是说，其由一个例如由铝制成的材料块加工成。然而，在上面提到的公知的称重系统中，用于保持位置传感器的支座单独制成，并且随后被拧在底座上。出于精密性的原因，位置传感器必须同样非常靠近目标区域地定位。然而，得到的空间上的狭窄部并不允许目标区域的缝隙光阑利用为构建其余单体部分而使用的铣削和钻削工具来加工。但另一方面，单体式地接驳位置传感器支座对于总是力求在称重区域中提升分辨率和可再现性而言是特别重要的。也就是说，由于位置传感器支座相对缝隙光阑的可利用迄今为止的制造措施来实现的相对位置的受到限制的可再现性，所以在旋拧方面会出现装配不精确以及装配影响，例如温度影响。

发明内容

本发明的任务是提供一种具有单体式接驳的位置传感器支座的经改进的称重系统。

该任务结合如下整体式称重系统，其包括底座、经由平行导向件装置铰接在底座上的负载接收部和铰接在负载接收部上的杠杆，杠杆具有用于力补偿装置的附着部位和用于光学位置传感器的目标区域，其中，目标区域在杠杆的薄壁的杠杆区段中在杠杆的偏移平面中具有缝隙光阑，通过如下方式来解决，即，与目标区域相邻地布置有与底座一体式地连接的支座，支座配设有垂直于偏移平面取向的支座贯穿部，其中，目标区域的缝隙光阑借助穿过支座贯穿部的激光加工来构建。

在下文中，对本发明优选的实施方式进行描述。

首先，本发明规定，在不考虑上面阐述的所产生的问题的情况下，至少一个必要的用于保持位置传感器的支座与其余的称重系统单体式地加工出来，并且尤其布置在底座上。根据本发明的另一重要特征，该支座配设有支座贯穿部，支座贯穿部可以实现两个任务。一方面，其可以用于保持位置传感器。这在公知的单独制造和旋拧的支座的情况下也如此。尤其地，贯穿部可以匹配于位置传感器的形状，从而使得位置传感器以最高的可再现性安装在所述支座中。然而根据本发明，给支座贯穿部分配了另一任务，即，使其作为用于目标区域的激光加工，尤其是用于借助激光加工出缝隙光阑的加工窗口。以该方式解决了用于机械加工目标区域的空间上的狭窄部过大的问题。在第一制造步骤中，称重系统也包括具有支座贯穿部的所述支座在内地以常规方式单体式地由一个材料块加工成。然后在第二加工步骤中，借助穿过支座贯穿部的激光加工将目标区域的缝隙光阑加工出来。在随后的工作步骤中，可以通过如下方式对称重设备进行构建，即，给单体式称重系统配备位置传感器和力补偿装置。这种类型的称重装置可以通过添加秤盘、电子器件和壳体扩展为使用广泛的精密称重器。

典型地，杠杆装置的目标区域大致位于称重系统的整个高度的中间。典型地，平行导向件装置的上导向件对定位在最上方，而平行导向件装置的下导向件对定位在最下方。因为上和下导向件对都铰接在底座上，因此目标区域和支座位于底座的在称重系统的高度上延伸的两个壁之间。这两个壁也会妨碍对目标区域以及支座的加工。

因此，在本发明的一个改进方案中规定，与承载支座贯穿部的支座相邻地布置有底座的具有与支座贯穿部重叠的底座贯穿部的壁，其中，目标区域的缝隙光阑借助穿过底座贯穿部的激光加工来构建。换言之，穿过加工窗口的激光加工的想法也被转用到底座的壁上。然而，底座贯穿部也可以充当用于机械加工支座的入口。尤其地，底座贯穿部和支座贯穿部可以在同一钻削过程中构建。因此，产生的通道形成用于激光加工目标区域的入口。

虽然存在用于构造光学位置传感器(包括将成像探测器布置在仅一个支座上在内)的多种可能性。但在经济上更有意义且至少同样很精密的是，像上面已经阐述的那样，在具有缝隙光阑的目标区域的两侧使用光电发射器和光电探测器。

因此，在本发明的一个改进方案中规定，在目标区域的两侧布置有各一个具有支座贯穿部的支座，并且支座贯穿部和目标区域彼此对准。针对上面已经阐述的妨碍机械和光学地加工支座或目标区域的底座壁的情况来说，这是一个优选设计方案，由此支座布置在底座的两个壁之间，底座的壁分别具有与相邻的支座贯穿部重叠的底座贯穿部。

缝隙光阑的几何形状对于位置传感器的敏感性来说也具有很大意义。为了在缝隙光阑的棱边上避免反射并且进而避免在缝隙光阑后面导致位置传感器的敏感性减小的散射光，在缝隙光阑的边缘上力求实现尽可能尖锐的棱边。这些棱边优选通过如下方式生成，即，要么使缝隙光阑很薄地实施，例如将其实施为非常薄的板件，要么使缝隙光阑楔形地朝向光电探测器的方向逐渐缩小地实施。缝隙光阑的优选的缝隙宽度例如是0.3mm至0.5mm。

附图说明

本发明其他的特征和优点由下面的特别的说明和附图得到。其中：

图1示出根据本发明的称重系统的立体图；

图2示出图1的称重系统的侧视图；

图3示出根据本发明的称重设备的立体图。

图中相同的附图标记指示相同或类似的元件。

具体实施方式

图1和图2示出了根据本发明的单体式结构形式的称重系统10的实施方式。图3示出相同的单体式称重系统10，其扩展有位置传感器。尤其是通过添加力补偿装置、适当的电子器件、秤盘和壳体的进一步的扩展最终构建出应用广泛的称重器。因此，只要没有单独强调要参考特别的图示，那么在下文中应对图1至图3进行共同描述。

称重系统10单体式地设计，也就是说，其由一个材料块一体式地加工成。为此，优选使用尽可能无应力地制成的铝块。加工首先机械地，尤其是通过铣削和钻削，优选在使用可编程的CNC机床的情况下进行。

称重系统10具有底座12，该底座是关于称重系统10内部的所有运动的固定的参考点。上导向件对16经由第一薄部位14铰接在底座12上。下导向件对20经由第二薄部位18铰接在底座12上。上导向件对16和下导向件对20经由第三薄部位22或经由第四薄部位24铰接在负载接收部26上，第三和第四薄部位仅可以在图2中看到。通过该平行导向件装置，(至少在小的偏移的情况下的)负载接收部26能够实现相对于底座12的纯竖直的运动。在包含称重系统10的称重器中，负载接收部26与重量接收部连接，尤其是与秤盘连接，从而将待测量的重力经由负载接收部26导入称重系统10中。

负载接收部26经由在图中未详细示出的联接件与杠杆装置连接用以进行转换，在所示实施例中尤其是用以加强负载接收部26的偏移。杠杆装置及其与负载接收部26的联接件的细节对本发明来说并不重要。重要的仅是位于端部的杠杆28，该杠杆在功能上可以划分为短杠杆臂28a和长杠杆臂28b，并且该杠杆以能摆动的方式支承在其在支撑点薄部位30上的接触点上。根据杠杆装置实施方式的不同，负载接收部26的偏移直接或间接传递至短杠杆臂28a上，并且导致了长杠杆臂28b的相应加强的偏移。在长杠杆臂28b的自由端部上布置有用于随后在下面将详细描述的位置传感器34的目标区域32。目标区域32由薄壁的杠杆区段构成，该杠杆区段在杠杆28的偏移平面中进行摆动运动，并且具有与其垂直的缝隙光阑36。

像图3示意出的那样，位置传感器34由光电发射器34a和光电探测器34b构成。该光电发射器和光电探测器被布置成使得光电发射器34a在其朝向光电探测器34b的路径上的光射过目标区域32的缝隙光阑36。在光电探测器例如适当地设计为分体式的光电二极管的情况下，可以非常精密地探测到长杠杆臂28b的偏移。

为了保持位置传感器34，在目标区域32的两侧布置有支座38a、38b，它们根据本发明与底座一体式连接，它们尤其是单体式称重系统10的组成部分。支座38a、38b分别具有支座贯穿部40a、40b，支座贯穿部彼此对准并且在杠杆28未偏移的位置中与目标区域32的缝隙光阑36对准。支座贯穿部40a、40b具有双重功能，即，一方面用于保持，尤其是通过将位置传感器34的元件插入，以及作为用于目标区域32的激光加工的加工窗口。如果目标区域32的薄壁性(Dünnwandigkeit)还可以通过机械加工，尤其是通过铣削来实现，那么由于通过单体式的支座38a、38b而受限的空间上的狭窄部，就不再能够借助机械加工将缝隙光阑36引入目标区域32中。因此，根据本发明规定，通过穿过加工窗口40a、40b的激光加工来形成缝隙光阑36。

在所示实施方式中，底座12在横截面中构造为H形，并且尤其具有侧壁12a、12b，支座38a、38b和位于支座之间的目标区域32布置在侧壁之间。虽然原则上可以通过在支座38a、38b与底座12的侧壁12a或12b之间的中间空间中布置变向镜将用于激光加工目标区域32所需的激光射束反射穿过支座贯穿部40a、40b。但在所示实施方式中则与此不同，侧壁12a、12b本身配设有底座贯穿部42a、42b，它们与支座贯穿部40a、40b对准。因此，优选的是，用于加工目标区域32所需的激光射束穿过至少两个加工窗口，即穿过支座贯穿部40a、40b和底座贯穿部42a、42b导入。本领域技术人员认识到单侧导入激光射束通常就足够了。为此，优选的是，选择更大的加工窗口对，也就是说，在所示实施例中，尤其是在图2中可以明显看到由彼此对准并且与缝隙光阑36对准的支座贯穿部40b和底座贯穿部42b构成的加工窗口对。

制造分别包括支座贯穿部40a、40b和底座贯穿部42a、42b的两个加工窗口对中的每一个优选都以同一的钻削步骤来实现。

在图1和图3中仅不完整地示出底座12的用于接收力补偿装置，尤其是用于接收永磁体的接收区域44，与长杠杆臂28b联接的沉入式线圈沉入该永磁体的磁场中，用以对经由负载接收部26导入的重力进行电磁力补偿。

当然，在特别的说明中讨论的并且在附图中示出的实施方式仅是本发明的图解说明的实施例。本领域技术人员可以根据这里的公开内容得到多种多样的变化方案。尤其地，本领域技术人员可以自由地对根据本发明的单体式称重系统10的平行导向件装置以及杠杆装置进行特别的几何结构设计。

附图标记列表

10 称重系统

12 底座

12a、12b 12的侧壁

14 第一薄部位

16 上导向件对

18 第二薄部位

20 下导向件对

22 第三薄部位

24 第四薄部位

26 负载接收部

28 杠杆

28a 28的短臂

28b 28的长臂

30 支撑点薄部位

32 目标区域

34 位置传感器

34a 光电发射器

34b 光电探测器

36 缝隙光阑

38a、38b 支座

40a、40b 支座贯穿部

42a、42b 底座贯穿部

44 磁体接收部

Claims

1.一种单体式称重系统，其包括底座(12)、经由平行导向件装置(16、20)铰接在所述底座(12)上的负载接收部(26)和铰接在所述负载接收部(26)上的杠杆(28)，所述杠杆具有用于力补偿装置的附着部位和用于光学位置传感器(34)的目标区域(32)，

其中，所述目标区域(32)在所述杠杆(28)的薄壁的杠杆区段中在所述杠杆的偏移平面中具有缝隙光阑(36)，

其特征在于，

与所述目标区域(32)水平相邻地布置有与所述底座(12)一体式连接的位置传感器支座(38a、b)，所述位置传感器支座配设有垂直于所述偏移平面取向的支座贯穿部(40a、b)，其中，所述目标区域(32)的缝隙光阑(36)借助穿过所述支座贯穿部(40a、b)的激光加工来构建。

2.根据权利要求1所述的单体式称重系统，

其特征在于，

与承载所述支座贯穿部(40a、b)的位置传感器支座(38a、b)相邻地布置有所述底座(12)的具有与所述支座贯穿部(40a、b)重叠的底座贯穿部(42a、b)的侧壁(12a、b)，其中，所述目标区域(32)的缝隙光阑(36)借助穿过所述底座贯穿部(42a、b)的激光加工来构建。

3.根据前述权利要求中任一项所述的单体式称重系统，

其特征在于，

在所述目标区域(32)的两侧布置有各一个具有支座贯穿部(40a、b)的位置传感器支座(38a、b)，并且所述支座贯穿部(40a、b)和所述目标区域(32)彼此对准。

4.根据权利要求3所述的单体式称重系统，

其特征在于，

所述位置传感器支座(38a、b)布置在所述底座(12)的两个侧壁(12a、b)之间，所述侧壁分别具有与最靠近的支座贯穿部(40a、b)重叠的底座贯穿部(42a、b)。

5.根据权利要求3所述的单体式称重系统，

其特征在于，

朝向所述目标区域(32)取向的光电发射器(34a)插入两个位置传感器支座中的第一位置传感器支座(38a)的支座贯穿部(40a)中，而朝向所述目标区域(32)取向的光电探测器(34b)插入所述两个位置传感器支座的第二位置传感器支座(38b)的支座贯穿部(40b)中。