CN108801427A - 水平度自动调节的称重装置及其调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种称重装置，包括检测称重装置倾角的角度传感器，调整称重装置的支撑部件高度的水平调节单元；其中所述水平调节单元基于称重装置的倾角调节支撑部件使得称重装置倾角小于预设阈值；所述水平调节单元还按照调节后称重装置的倾角补偿重量值。本发明还提供一种水平调节方法，包括以下步骤：获取称重装置的倾角；在倾角大于或大于等于预设阈值时，调节称重装置的支撑部件直到倾角小于等于或小于预设阈值；按照调节后的倾角补偿重量值。本发明的水平度自动调节方法，具有普适性，应用面广泛；并且还具有精度高、效率高的优点。

Description

水平度自动调节的称重装置及其调节方法

技术领域

本发明涉及一种用于水平度调节的称重装置和调节方法，尤其是水平度自动调节的称重装置和调节方法。

背景技术

称重装置一般由若干称重传感器，控制终端，称重台面、秤体、秤脚以及通讯线缆等组合构成。称重装置在正常使用前，都需要在水平位置上进行标定。标定后，称重装置如果移动位置，或更换、维修传感器，都可能导致称重装置的台面不能继续保持水平，重力的方向不能与称重台面保持垂直，物体的重力被分解成对称重台面的压力和平行于承重台面的摩擦力，而称重装置检测到的压力，不再是物体重力，从而无法继续准确称重。而且在称重装置在调整水平之前，无法继续使用，造成时间上的浪费和经济上的损失。

目前解决倾斜对称重装置的影响的方法有：

1、传统的手动调节水平度的方法：

操作者根据经验人工判断需要调整的秤脚，之后手工调整秤脚，之后通过目测观察安装在秤体上的水平泡或放置在秤台上的水平仪判断是否达到水平，如果未到水平，继续上面的过程，直到水平泡或水平仪显示为水平。

这种手工方法的缺点是：

调整费时费力，尤其是对于较大的称重装置；手工调整的准确度欠佳，目测的方法存在判断误差；对操作人员的经验有要求，如果是新手，费时可能是熟手的几倍。

2、电机控制秤脚调节水平：

通过控制安装在称重装置底部的秤脚上的电机，调节秤脚的高度，从而调整称重装置水平度的方法。这种方法一般使用角度传感器检测水平度，或者通过支撑部件上的称重传感器输出值比对的方式检测水平度。

这种方法的缺陷是：

需要独立分别控制每个电机，进而分别调整每个秤脚的高度，并通过多次逼近水平度的方法调整水平，由于独立调节的原因，往往经过多次调节后，水平度仍旧不理想，精度差、效率低；未考虑到电机调节本身的带来的误差，无法做到高精度；未考虑到角度传感器或秤脚上的称重传感器输出值本身的带来的误差，无法做到高精度。

3、倾斜补偿的方法：

保持倾斜位置，使用倾斜补偿算法消除倾斜造成的误差的方法。在称重装置上安装有角度传感器，用于检测秤体的倾斜角度，通过对称重传感器读出的重量值进行补偿，使当前称重装置显示值接近于实际物体重量，从而保证在倾斜情况下继续保持称重精度。

这种方法的缺陷是：

倾斜补偿只适用于小倾斜角的情况下的补偿，使用范围有限；角度传感器自身的精度和温度误差会对称重输出造成影响；在倾斜状态下，做倾斜补偿，无法补偿因倾斜造成的称重装置角差、线性误差、滞后误差、蠕变误差等计量误差，无法实现高精度。

综上，现有的解决倾斜对称重装置的影响的方法都带有很大的局限性，无法做到高精度称重，使用范围有限。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中倾斜调平方法无法做到高精度称重，使用范围有限的问题，提供了一种能方便、快捷、准确的实现称重装置水平度自动调节的方法，以用来彻底改变当前的不利现状。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

本发明提供了一种称重装置，其特点是，包括检测称重装置倾角的角度传感器，调整称重装置的支撑部件高度的水平调节单元；

其中所述水平调节单元基于称重装置的倾角调节支撑部件使得称重装置倾角小于预设阈值；

所述水平调节单元还按照调节后称重装置的倾角补偿重量值。

角度传感器是指能感受被测角度并转换成可用输出信号的传感器。本发明中，角度传感器用于感知称重装置与水平面的倾斜角度，并输出倾角信号给水平调节单元。

本发明中所述支撑部件高度可调节，例如秤体的可调节高度的秤脚等。

较佳地，所述水平调节单元基于称重装置的倾角和最近一次调节支撑部件的控制量调节所述支撑部件使得称重装置倾角小于预设阈值。

较佳地，所述水平调节单元通过各个支撑部件中的设置或集成的电机调节支撑部件的高度；或

每个支撑部件分别连接一个电机，所述水平调节单元通过各个电机分别调节支撑部件的高度；或

各个支撑部件连接一个多轴电机，每个支撑部件连接至所述多轴电机的一个轴，所述水平调节单元通过多轴电机分别调节支撑部件的高度。

较佳地，所述水平调节单元设置于称重装置的秤体或称重仪表中。

较佳地，所述水平调节单元包括无线通信模块，并链接到无线网络或无线设备；

或者，所述水平调节单元通过一无线通信模块，链接到无线网络或无线设备。

较佳地，所述角度传感器为加速度传感器或电子水泡。尤其是MEMS(微机械系统)角度传感器或电子水泡。

本发明还提供一种水平调节方法，其特点是，所述水平调节方法包括以下步骤：

获取称重装置的倾角；在倾角大于或大于等于预设阈值时，调节称重装置的支撑部件直到倾角小于等于或小于预设阈值；按照调节后的倾角补偿重量值。

较佳地，在倾角大于或大于等于预设阈值时，基于倾角和最近一次计算得到的支撑部件运动的控制量计算更新控制量，并调节称重装置的支撑部件。

较佳地，所述倾角包括称重装置在称重平面内相互垂直的两个方向上的倾角。

较佳地，所述在倾角大于或大于等于预设阈值时，复位所有支撑部件的高度，并在倾角还大于或大于等于预设阈值时，调节称重装置的支撑部件直到倾角小于等于或小于预设阈值。

较佳地，按照W_comp＝W_input/(K+cosθ)补偿重量值；

其中，θ是称重装置的倾斜角；W_comp是补偿后的重量值；W_input是补偿前的重量值；K是补偿修正参数。

本发明的积极进步效果在于：

本发明的水平度自动调节方法，具有普适性，应用面广泛；并且还具有精度高、效率高的优点。

本发明利用多输入多输出的控制，实现了自适应和真正意义上的自动调节。精度高、效率高。并进一步采用重量值修正模块，以消除电机、机械传动等带来的误差。

附图说明

图1为本发明的实施例1的电子秤的结构示意图

图2为本发明的另一个实施例的电子秤的结构示意图。

图3为本发明的实施例1的水平度自动调节方法流程图。

图4为本发明的实施例2的数字平台秤的结构示意图。

图5为本发明的另一个实施例的数字平台秤的结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

本发明所提供的称重装置，利用电机来调节称重装置的支撑部件的升降，并利用水平自动调节的方法来实现秤台的自动找平，同时由于支撑部件的机械运动始终会带来误差，为了提供称重精度，给予秤台找平的结果对称重数值进行补偿，从而显著提高称重精度。克服了传统的PID(比例-积分-微分)控制或线性控制或开环控制方法的精度和效率及失误率的瓶颈，实现了自适应和真正意义上的自动调节。精度高、效率高。

下面通过如下所述的实施例，举例说明本发明的实现方式。

实施例1

图1所示电子秤包括单个数字称重传感器、四个秤脚、主控电路板、角度传感器、显示器和打印机。本实施例的数字称重传感器还可以替代为模拟称重传感器。

本实施例的角度传感器固定于秤体(图中未显示)上来检测电子秤的倾斜角度。在另一个电子秤的实施例中，角度传感器还可以固定于数字称重传感器上来检测电子秤的倾斜角度。

本实施例的电子秤的四个秤脚分别连接至电机并且高度可调节。水平调节中往往只需要调节部分秤脚就可以实现秤体的水平调节，从成本的角度考虑，在另一个电子秤的实施例中，也可以是两个或三个秤脚高度可调节。如图2所示，秤体中只包含两个高度可调节秤脚，即秤脚1和秤脚2。秤脚1和秤脚2分别与各自独立的电机机械连接。

高度可调节的秤脚与对应的电机之间机械连接，使得电机带动秤脚的升降。如图1所示，本实施例中每个秤脚对应一个独立的电机来独立调整秤脚的升降。在另一个实施例中，也可以采用单个多轴电机，电机的每个轴连接至一个秤脚。比如，在本实施例中采用四轴电机，电机的各个轴分别机械连接至高度可调节的四个秤脚来带动秤脚的升降。

本实施例中秤脚与秤体采用的螺接的直接连接，本实施例的秤脚还可以采用焊接、紧固件连接或过盈配合方式进行的连接。

在又一个实施例中秤脚和秤体之间还可以采用点接触或面接触方式的间接连接的受力连接方式。

图1中本实施例的电机与秤脚分离，通过机械连接来带动秤脚升降。需要注意的，在另一个实施例中将电机分别嵌入秤脚的内部，或集成在秤脚中。而且秤脚和电机之间螺纹连接或齿轮连接(图中未显示)来较高精度的控制秤脚的升降。

本实施例中水平度自动调节模块安装在电子秤的秤体中，并且数字称重传感器、角度传感器、所有的电机连接到水平度自动调节模块。在另一个实施例中，水平度自动调节模块嵌入或集成至显示器，进而简化电子秤秤体内部的结构。甚至在又一个实施例中，将水平度自动调节模块制成独立于电子秤的部件或模块，能够安装在电子秤上，并通过接口与电子秤内部部件通信，甚至完全独立于电子秤，与电子秤内部部件之间通过无线通信的方式收集和传输数据。

如图1和图2所示，水平度自动调节模块、显示器、打印机都与主控电路板连接。

本实施例的电子秤水平度自动调节的工作原理如下：

主控电路板发起水平度自动调节操作后，水平度自动调节模块首先获取角度传感器测得的电子秤在X、Y轴的倾斜角度α、β。此时测量得到电子秤的倾斜角度为

然后判断倾斜角度(αβθ)是否超出预先设定的阈值范围，本实施例中预设的阈值范围是(-1°,1°)，也就是判断：|α|＞1°或|β|＞1°或|θ|＞1°。需要注意的是，该预设阈值范围可以按照精度需求和硬件参数等自由设定，并不限定于本实施例中阈值范围。

如果倾斜角度超出阈值，执行秤脚复位，按照预设的驱动程序，驱动各个电机，调节秤脚的高度到初始位置。

再次从角度传感器读取测量的倾斜角度(αβθ)，并再次判断判断倾斜角度αβθ是否超出预先设定的阈值范围(-1°,1°)。

如果倾斜角度依旧超出阈值，执行电机控制程序，将倾斜角度αβθ和电机上一次的控制量M′作为输入，经由预设的函数计算判断出需要调节的电机及其控制量M，输出控制信号M到对应电机，其中M为矢量。预设函数为M＝f(α,β,θ,M′)。其中f为非线性映射；α是称重装置与水平面X轴夹角；β是称重装置与水平面Y轴夹角；θ是称重装置与水平面的夹角，M是电机控制模块本次输出给各电机控制量，是矢量；M′是电机控制模块上一次输出给各电机控制量，是矢量。

在另一个实施例中利用模糊控制算法、神经元自学习控制算法或自适应算法来实现上述函数。需要注意的是，还可以采用其他算法来实现上述函数，而不仅限于上述的算法。

驱动电机调节各秤脚高度完毕后，再次读取倾斜角度(α,β,θ)值，并再次判断判断倾斜角度(α,β,θ)是否超出预先设定的阈值范围。若倾斜角度超出阈值范围，则再次执行电机控制模块，直到倾斜角度进入阈值范围，即|α|≤1°且|β|≤1°且|θ|≤1°。

因为电机调节、机械传动等物理动作中调节和传动自身也会引入新的误差，水平调整一般不能达到(0°,0°)，所以在倾角满足阈值时，本实施例进一步引入补偿来进一步修正称重装置的称重值。

本实施例中在读取数字称重传感器的称重数值后，利用倾斜补偿算法补偿当前重量值。本实施例的倾斜补偿算法可以表述为：

W_comp＝W_input/(K+cosθ)

其中，是称重装置的倾斜角；W_comp是补偿后的重量值；

W_input是补偿前的重量值；K＝f′(α,β)是补偿修正参数，f′为非线性映射。

此时整个水平度自动调节完成，并且将补偿后的重量值通过显示器显示，或打印机打印。

实施例2

本实施例的数字平台秤如图4所示，包括四个数字称重传感器、角度传感器、称重仪表。

本实施例的数字称重传感器固定安装在秤体底座上，并将传感器上配有一个可调节的支撑件，传感器和支撑件一起作为秤脚。并且为了较高精度的控制秤脚的升高和降低，电机嵌入可调节的支撑件中，也可采用集成电机的支撑件。

如图4所示，四个秤脚都为可调节的秤脚。四个电机、四个数字称重传感器、角度传感器通过通讯线缆分别与水平度自动调节模块连接。本实施例中水平度自动调节模块嵌入到称重仪表中，在另一个实施例中使用集成有水平度自动调节模块或水平度自动调节功能的称重仪表。

在另一实施例中，如图5所示，水平度自动调节模块还是安装于秤体中，同时秤体中安装有无线传输模块。水平度自动调节模块与称重仪表连接。无线通讯模块与外部无线设备进行无线通讯，通过外部无线设备与水平度自动调节模块交互，实现数字平台秤水平度调整。

本实施例的水平度自动调节方法与实施例1相同，此处不再赘述。其中需要注意的是本实施例中可以由水平度自动调节模块发起水平度自动调节，或者由称重仪表发起水平度自动调节，在图5所示的另一个实施例中还可以由外部无线设备发起水平度自动调节。输出的经补偿的称重数值可以发送至称重仪表，甚至发送至外部无线设备。

通过以上水平调节方法的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件以及必要的硬件平台的方式来实现，基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对于现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的方式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，包括但不限于ROM/RAM(只读存储器/随机存储存储器)、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台或多台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明的各个实施例或者实施例中某些部分所述的方法。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种称重装置，其特征在于，包括检测称重装置倾角的角度传感器，调整称重装置的支撑部件高度的水平调节单元；

其中所述水平调节单元基于称重装置的倾角调节支撑部件使得称重装置倾角小于预设阈值；

所述水平调节单元还按照调节后称重装置的倾角补偿重量值。

2.如权利要求1所述的称重装置，其特征在于，所述水平调节单元基于称重装置的倾角和最近一次调节支撑部件的控制量调节所述支撑部件使得称重装置倾角小于预设阈值。

3.如权利要求1所述的称重装置，其特征在于，所述水平调节单元通过各个支撑部件中的设置或集成的电机调节支撑部件的高度；或

每个支撑部件分别连接一个电机，所述水平调节单元通过各个电机分别调节支撑部件的高度；或

各个支撑部件连接一个多轴电机，每个支撑部件连接至所述多轴电机的一个轴，所述水平调节单元通过多轴电机分别调节支撑部件的高度。

4.如权利要求1所述的称重装置，其特征在于，所述水平调节单元设置于称重装置的秤体或称重仪表中。

5.如权利要求1所述的称重装置，其特征在于，所述水平调节单元包括无线通信模块，并链接到无线网络或无线设备；

或者，所述水平调节单元通过一无线通信模块，链接到无线网络或无线设备。

6.如权利要求1-5中任一项所述的称重装置，其特征在于，所述角度传感器为加速度传感器或电子水泡。

7.一种水平调节方法，其特征在于，所述水平调节方法包括以下步骤：

获取称重装置的倾角；在倾角大于或大于等于预设阈值时，调节称重装置的支撑部件直到倾角小于等于或小于预设阈值；按照调节后的倾角补偿重量值。

8.如权利要求7所述的水平调节方法，其特征在于，在倾角大于或大于等于预设阈值时，基于倾角和最近一次计算得到的支撑部件运动的控制量计算更新控制量，并调节称重装置的支撑部件。

9.如权利要求7所述的水平调节方法，其特征在于，所述倾角包括称重装置在称重平面内相互垂直的两个方向上的倾角。

10.如权利要求8所述的水平调节方法，其特征在于，所述在倾角大于或大于等于预设阈值时，复位所有支撑部件的高度，并在倾角还大于或大于等于预设阈值时，调节称重装置的支撑部件直到倾角小于等于或小于预设阈值。

11.如权利要求7-10中任一项所述的水平调节方法，其特征在于，按照W_comp＝W_input/(K+cosθ)补偿重量值；

其中，θ是称重装置的倾斜角；W_comp是补偿后的重量值；W_input是补偿前的重量值；K是补偿修正参数。