CN107870026A - 细长物料称重系统 - Google Patents

Abstract

本发明创造涉及一种细长物料称重系统，其采用多个称重装置来同时采集多个称重信号，以提高称重效率；通信控制器和处理器形成一级通信网络，称重采集器和通信控制器形成二级通信网络，从而实现采集处理任务和通信任务的分级隔离，采集处理任务和通信任务可以并行，提高称重系统的称重速度；通过在秤盘的底部与称重传感器的称重端之间设置弹性连接件，在称重过程中，细长物料所受的横向冲击力会被传递至弹性连接件，致使弹性连接件发生弯折变形，使弹性连接件产生一个横向的反弹力来抵消横向冲击力，从而保护称重传感器的称重端免受横向冲击力损坏。

Description

细长物料称重系统

技术领域

本发明创造涉及物理称重技术领域，特别涉及一种细长物料称重系统。

背景技术

电子烟作为细长物料中的一种，由于其相对于香烟而言有益于健康的特性，因而市场需求日益旺盛，对电子烟及其部件生产商的产能提出了更高的要求。电子烟的雾化器在生产时，需要加注烟油，在注烟油工序中若存在漏注烟油、少注烟油或多注烟油的现象，则会影响消费者及生产商的利益，甚至引起消费者的投诉。因而为保证产品品质，在雾化器组装完成后，需要在工位上对生产出的电子烟进行重量监测，以获知电子烟内的烟油量是否合格。目前的重量监测基本分两种，一种是使用称重装置进行测量，但传统的称重装置难以适应细长体物料的自动化生产中的复杂工况，因而常出现称重装置受损的现象，导致自动化生产时长停产，总体生产效率低。二是待细长物料生产完成后，增加人工称重监测工序，用人工逐一对每个细长物料进行称重，但这种方式称重效率较低，进而直接导致生产效率的低下，且人工操作存在漏检、误检的隐患，导致产品的质量难以保障。

发明内容

本发明创造的目的是改善现有技术中的不足，而提供一种细长物料称重系统，在细长体物料的自动化生产中高效快速地进行称重，且称重装置不易受损。

发明人发现现有技术中无法高效快速地进行称重，主要是传统的称重装置在细长物料的自动化流水线式生产中经常受损，因而只能被迫地采用人工称重的方式。进而，发明人还发现在细长物料的自动化流水线式生产中，由于物料本身具有细长的特点，为便于自动化生产，常常将物料以竖直放置的方式来进行加工制造，因而在细长物料被放至或移出称重装置的过程(简称称重过程)中，细长物料会将由机械手所带来的水平力和绕水平轴的扭力都传递至称重装置(为表述方便，本文将水平方向上的水平力和绕水平轴的扭力统称为横向冲击力)，且由于杠杆作用，传递到称重装置的横向冲击力会变得更大。由于传统的称重装置，其防护措施大多采用弹簧或者机械硬限位的方法来实现过载保护，因而只能保护称重装置免受竖直方向上的冲击力损坏。若是将传统的称重装置应用至细长物料的自动化流水线式生产中，特别是电子烟的生产中，称重装置容易受横向冲击力损坏，导致自动化流水线式生产无法继续称重。基于此，发明人提出以下技术方案来实现本发明创造的目的：

提供一种细长物料称重系统，包括处理器、多个称重装置、多个通信控制器和多个称重采集器，其中：

称重装置用于采集称重信号并上传给处理器，每个称重装置都包括有用于承载细长物料的秤盘、用于称重的称重传感器和受非竖直外力则弯折变形的弹性连接件，在同一称重装置中，弹性连接件的顶部固定连接在秤盘的底部，弹性连接件的底部被安装在称重传感器的称重端上，以对要被传递至称重传感器上的受非竖直外力进行隔离；

称重采集器用于对称重信号进行模数转换，其与称重装置一一对应，每个称重采集器的输入端都与其对应的称重装置的输出端电连接，以获取该称重装置的称重信号，多个称重采集器的输出端共同电连接至同一通信控制器以形成二级通信网络；

通信控制器用于控制数据传输，多个通信控制器共同电连接至处理器，以形成一级通信网络。

进一步地，所述称重采集器设有二级编码单元，二级编码单元把已转换成数字量的称重信号和当前称重采集器的物理地址绑定，并按二级通信网络协议进行编码。

进一步地，所述通信控制器设有二级解码单元和一级编码单元，二级解码单元按二级通信网络协议解码来自二级通信网络的数据，解码后的数据被输送至一级编码单元，一级编码单元把解码数据和当前通信控制器的物理地址绑定并按一级通信网络协议进行编码。

进一步地，所述秤盘的本体由多根枝条制成，各根枝条的底部相互聚拢以形成本体的底部，本体的顶部设有供物料进出的开口。

进一步地，所述秤盘下方设有嵌入部来把秤盘固定在弹性连接件上，所述秤盘的底部朝下凸起以形成所述嵌入部，该嵌入部嵌入部嵌入弹性连接件的顶部。

进一步地，所述嵌入部和秤盘一体成型，在水平方向上，该嵌入部的底部往外扩展从而形成用于与弹性连接件相互锁紧的卡扣件。

进一步地，所述卡扣件的本体呈圆台状，该本体远离秤盘的底面为该圆台的下底面。

进一步地，所述称重传感器的称重端上设有用于供弹性连接件过盈嵌入的固定筒体，弹性连接件不完全嵌入在固定筒体中，固定筒体的内侧壁夹紧弹性连接件的外侧壁。

本发明创造的有益效果：

(1)采用多个称重装置来同时采集多个称重信号，以提高称重效率，且单个称重采集器仅处理单个称重装置的称重信号，避免单个称重采集器集成处理多个称重信号时通道间电磁相互干扰的问题，也方便在空间有限的称重系统中缩短称重采集器与称重传感器的信号线间距，由于信号线的长度减短，其受到外部电磁干扰信号的强度也会降低，因而提高系统的称重精度；

(2)通过把通信控制器和称重采集器分开设置，通信控制器和处理器形成一级通信网络，称重采集器和通信控制器形成二级通信网络，用两个通信网络来实现采集处理任务和通信任务的分级隔离，由于两个通信网络互不影响，因此采集处理任务和通信任务可以并行，以避免执行采集处理任务则不能通信的现象发生，提高称重系统的称重速度；且通过多级网络设置，称重系统可以灵活挂载更多的称重传感器，使得单位时间内称重数量增多，进一步提高称重系统的称重效率；

(3)通过在秤盘的底部与称重传感器的称重端之间设置弹性连接件，在称重过程中，细长物料所受的横向冲击力会被传递至弹性连接件，致使弹性连接件发生弯折变形，使弹性连接件产生一个横向的反弹力来抵消横向冲击力，使横向冲击力无法传递至称重传感器的称重端，从而保护称重传感器的称重端免受横向冲击力损坏，达到称重装置不易受损的目的。

附图说明

利用附图对发明创造作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明创造的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明创造的称重系统的传输结构的结构示意图。

图2是称重装置的结构示意图。

图3是秤盘的结构示意图。

图4是秤盘开孔后的结构示意图。

图5是由枝条制成的秤盘的结构示意图。

图6是秤盘与弹性连接件粘贴的结构示意图。

图7是卡扣件为圆台状时的结构示意图。

图8是卡扣件为阶梯状时的结构示意图。

图9是秤盘与弹性连接件螺栓连接的结构示意图。

图10是弹性连接件内部被掏空后的结构示意图。

图11是弹性连接件开孔后的第一结构示意图。

图12是弹性连接件为实心支撑柱时的结构示意图。

图13是弹性连接件开孔后的第二结构示意图。

图14是弹性连接件和称重传感器螺钉连接的结构示意图。

图15是弹性连接件和称重传感器粘贴的结构示意图。

图16是弹性连接件嵌入固定筒体的结构示意图。

具体实施方式

如图1，称重系统由处理器S1、多个称重装置S4、多个通信控制器S2和多个称重采集器S3组成，称重装置S4用于采集称重信号并上传给处理器S1，称重采集器S3用于对称重信号进行模数转换，其与称重装置S4一一对应，每个称重采集器S3的输入端都与其对应的称重装置S4的输出端电连接，以获取该称重装置S4的称重信号，且每个称重采集器S3都设有金属外罩来屏蔽外部干扰，这么做的好处是单个称重采集器S3仅处理单个称重装置S4的称重信号，从而避免单个称重采集器S3处理多个称重信号时通道间电磁相互干扰的问题，也方便在空间有限的称重系统中缩短称重采集器S3与称重装置S4的信号线间距，由于信号线的长度减短，其受到外部电磁干扰信号的强度也会降低，因而提高系统的称重精度。将多个称重采集器S3的输出端共同电连接至同一通信控制器S2以形成二级通信网络，再将用于控制数据传输的多个通信控制器S2共同电连接至处理器S1，进一步形成一级通信网络，这样通信结构整体形成树状通信结构，使得整个传输结构易于扩展、易于隔离故障。

工作时，称重装置S4将压力信号转换成模拟量的称重信号，并将称重信号传输至称重采集器S3。称重采集器S3由滤波电路、模数转换电路和二级编码单元组成，输送入称重采集器S3的称重信号先被滤波电路滤波以降低杂波干扰后，再被模数转换电路进行模数转换成数字量，然后二级编码单元把数字量的称重信号和当前称重采集器S3的物理地址绑定后按二级通信网络协议进行编码，编码生成的数据被输送至二级通信网络中。通信控制器S2设有二级解码单元和一级编码单元，二级解码单元实时接收二级通信网络中的数据，并将该数据按二级通信网络协议来进行解码，解码后的数据被输送至一级编码单元，一级编码单元把解码数据和当前通信控制器S2的物理地址绑定并按一级通信网络协议进行编码，编码生成的数据被输送到一级通信网络。处理器S1接收并对一级通信网络中的数据解码，从解码的数据中获知重量数据和物理地址，根据物理地址来识别该重量数据的出处，然后对重量数据进行分析处理，再将处理结果存储到相应位置中，以便工作人员后续追踪提取。进一步地，将物理地址分级，其中称重采集器S3的物理地址为二级地址，通信控制器S2的物理地址为一级地址，使得工作人员追踪提取时可以按主干查找，查找更为方便。整个工作过程中，采用多级分层隔离的通信网络结构，一级通信网络作数据上传时不影响称重采集器S3对称重信号的采集处理，从而采集处理任务和通信任务可以并行，提高称重系统的称重效率。

进一步地，为保障称重装置S4不易受损，在秤盘1的底部与称重传感器3的称重端之间设置弹性连接件2来保护称重传感器3的称重端免受横向冲击力损坏。具体地，如图2，称重装置S4由秤盘1、弹性连接件2和称重传感器3组成，其中秤盘1向下凹陷成图3中的中空细长腔体，中空部21分的横截面积略大于细长体物料的横截面积，保证细长体物料竖直中心线与秤盘1质心接近或重合，减小机械手作用到称盘上的扭矩，细长腔体的腔口朝上以供物料进出。如图4，细长腔体的侧壁开有多个通孔A，以减少称盘侧壁和细长物料之间的接触面积，由于细长物料传递给秤盘1的扭力依靠与秤盘1之间的相互摩擦来传递，接触面积减少，细长物料传递给秤盘1的扭力也将相应减少。为了最大程度的降低扭力，也可以直接用多根枝条来制成图5中秤盘1的本体，各根枝条的底部相互聚拢以形成本体的底部，本体的顶部开设一个供物料进出的开口，这样称盘侧壁和细长物料之间的接触面积即可实现最小。

秤盘1的底部与弹性连接件2连接，其连接方式是可以如图6所示的秤盘1贴接在弹性连接件2上方，但优选的方式是嵌入，具体地，如图7到图9，在秤盘1的底部设置一个嵌入部，该嵌入部嵌入弹性连接件2的顶部，以把秤盘1固定在弹性连接件2上，这样秤盘1在传递横向冲击力时会以嵌入部为轴倾倒，此时嵌入部挤压弹性连接件2，由于弹性连接件2本身材质具有弹性，弹性连接件2被嵌入部挤压的部分会产生一个弹性恢复力来抵消部分横向冲击力，形成第一级缓冲保护。其中嵌入部可以如图9一样采用螺栓13，即秤盘1的底部与弹性连接件2直接螺栓13连接即可。但为简单起见，则可以将嵌入部和秤盘1一体成型，并在水平方向上，使该嵌入部的底部往外扩展从而形成卡扣件12，这样嵌入部嵌入到弹性连接件2内时，卡扣件12与弹性连接件2自然相互锁紧，省去了螺栓13拧紧的过程。其中，卡扣件12的本体可以是如图7所示的圆台状，也可以是如图8所示的阶梯状，但最优的方案是选用圆台状，其中卡扣件12本体远离秤盘1的底面为该圆台的下底面，由于圆台状本体的侧壁面为弧形面，在需更换秤盘1时，弧形面的设置可以方便秤盘1从弹性连接件2中拨出。

弹性连接件2是由弹性材料构成的细长体结构，其侧壁为圆柱面以易于各个方向上的折弯变形。如图12，弹性连接件2可以采用直径较小的实心支撑柱，其弹性模量在弹性范围内使用。但为了易于折弯变形，可以将弹性连接件2的内部掏空从而形成如图10所示的中空部21。进一步地，如图11和图13，在述弹性连接件2的侧壁设有用于把中空部21和外界连通起来的通孔B，从而使弹性连接件2更易折弯变形。优选地，把弹性连接件的外形制成图10中侧面和两个端面的外轮廓都沿竖直方向呈中间向外凸出的形状，或者制成图12中侧面和两个端面的外轮廓都沿竖直方向呈中间向内凹进的形状，这样设置的好处在于当受到竖直外力作用时，弹性连接件侧壁弯曲的结构在水平方向上的振荡时间要少于弹性连接件侧壁竖直的结构。进一步地，在水平方向上，弹性连接件2中部的横截面积小于其端部的横截面积，且弹性连接件2中部的强度要小于其端部的强度，使弹性连接件2更易在其中部处弯折。横向冲击力被传递至弹性连接件2时，弹性连接件2发生折弯变形，使弹性连接件2产生一个横向的反弹力来抵消横向冲击力，形成第二级缓冲保护。

弹性连接件2的底部可以直接与称重传感器3的称重端连接，其连接方式可以是如图14所示的螺钉32固定，也可以是如图15所示的粘贴固定，但较佳的方式是如图16所示，在称重传感器3的称重端上设置一个用于供弹性连接件2过盈嵌入的固定筒体31，弹性连接件2不完全嵌入在固定筒体31中，固定筒体31的内侧壁夹紧弹性连接件2的外侧壁，从而形成第三级缓冲保护，弹性连接件2折弯时，固定筒体31抓紧弹性连接件2，从而为弹性连接件2支撑力以使其快速恢复到初始的竖直状态。其中，秤盘1、弹性连接件2和称重传感器3都采用细长体结构，以充分利用空间，适用于细长体物料的自动化生产中的紧凑排布安装方式。

需要说明的是，弹性连接件2与秤盘1可以作为独立的两个部件来实施，也可以做为一个整体。一级通信网络可以采用以下通信单元之一：USB通信单元、RS232通信单元、RS485通信单元、CAN/CANOPEN通信单元、工业以太网通信单元、WIFI通信单元、ZIGBEE通信单元、2G/3G/4G通信单元、Sub-GHZ通信单元。二级通信网络可以采用以下通信单元中的任一种：RS485通信单元、CAN/CANOPEN通信单元、工业以太网通信单元、WIFI通信单元、ZIGBEE通信单元和Sub-GHZ通信单元。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明创造的技术方案，而非对本发明创造保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明创造作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明创造的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明创造技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.细长物料称重系统，其特征是包括处理器、多个称重装置、多个通信控制器和多个称重采集器，其中：

称重装置用于采集称重信号并上传给处理器，每个称重装置都包括有用于承载细长物料的秤盘、用于称重的称重传感器和受非竖直外力则弯折变形的弹性连接件，在同一称重装置中，弹性连接件的顶部固定连接在秤盘的底部，弹性连接件的底部被安装在称重传感器的称重端上，以对要被传递至称重传感器上的受非竖直外力进行隔离；

称重采集器用于对称重信号进行模数转换，其与称重装置一一对应，每个称重采集器的输入端都与其对应的称重装置的输出端电连接，以获取该称重装置的称重信号，多个称重采集器的输出端共同电连接至同一通信控制器以形成二级通信网络；

通信控制器用于控制数据传输，多个通信控制器共同电连接至处理器，以形成一级通信网络。

2.根据权利要求1所述的细长物料称重系统，其特征是：所述称重采集器设有二级编码单元，二级编码单元把已转换成数字量的称重信号和当前称重采集器的物理地址绑定，并按二级通信网络协议进行编码。

3.根据权利要求1或2所述的细长物料称重系统，其特征是：所述通信控制器设有二级解码单元和一级编码单元，二级解码单元按二级通信网络协议解码来自二级通信网络的数据，解码后的数据被输送至一级编码单元，一级编码单元把解码数据和当前通信控制器的物理地址绑定并按一级通信网络协议进行编码。

4.根据权利要求1所述的细长物料称重系统，其特征是：所述秤盘的本体由多根枝条制成，各根枝条的底部相互聚拢以形成本体的底部，本体的顶部设有供物料进出的开口。

5.根据权利要求1所述的一种细长物料称重装置，其特征是：所述秤盘下方设有嵌入部来把秤盘固定在弹性连接件上。

6.根据权利要求5所述的一种细长物料称重装置，其特征是：所述秤盘的底部朝下凸起以形成所述嵌入部，该嵌入部嵌入部嵌入弹性连接件的顶部。

7.根据权利要求6所述的细长物料称重系统，其特征是：所述嵌入部和秤盘一体成型，在水平方向上，该嵌入部的底部往外扩展从而形成用于与弹性连接件相互锁紧的卡扣件。

8.根据权利要求7所述的细长物料称重系统，其特征是：所述卡扣件的本体呈圆台状，该本体远离秤盘的底面为该圆台的下底面。

9.根据权利要求1或8所述的细长物料称重系统，其特征是：所述称重传感器的称重端上设有用于供弹性连接件过盈嵌入的固定筒体，弹性连接件不完全嵌入在固定筒体中，固定筒体的内侧壁夹紧弹性连接件的外侧壁。

10.根据权利要求1所述的细长物料称重系统，其特征是：在水平方向上，所述弹性连接件中部的横截面积小于其端部的横截面积。