CN113841032B - 用于自动处理机的质量测量仪器及质量测量方法 - Google Patents

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Abstract

一种与自动处理机相关联的用于测量制品或制品的一部分的质量的质量测量仪器，包括：转移和夹持装置；致动器装置；传感器装置；处理单元，连接到传感器装置以及被布置成接收振动响应信号并控制致动器装置，以便生成该致动器装置的致动信号，以能够使支撑制品或制品的一部分的夹持元件以操作共振频率振动，然后通过将操作共振频率与夹持元件单独的共振频率进行比较来计算制品或制品的一部分的质量；或者替代地被布置成生成致动器装置的致动信号，以使支撑制品或制品的一部分的夹持元件以夹持元件单独的特定共振频率振动，并通过测量致动器装置的致动信号和由所述传感器装置检测的振动响应信号之间的操作相位差来计算制品或制品的一部分的质量。

Description

用于自动处理机的质量测量仪器及质量测量方法
技术领域
本发明涉及用于在自动处理和包装机中测量制品(article，物品)重量的系统和仪器。特别地，本发明涉及一种与自动填充机或自动压缩机相关联的质量测量仪器，用于测量经处理的制品诸如胶囊、壳盖或片剂、锭剂等的质量，特别地用于制药或食品用途。本发明还涉及一种用于在自动处理机中测量经处理的制品诸如胶囊、壳盖或片剂、锭剂等的质量的方法。
背景技术
用于测量经处理和/或经包装的制品的重量或质量的系统广泛用于处理和包装机械领域。一般来说，虽然提到了制品的重量，但在测量结束时实际提供的是它们的质量(以kg表示)，因为重量(或重力)是一种力(以N表示)，由制品质量和重力加速度(以Nm/s2表示)的乘积给定。实际上，通常用于胶囊、片剂等的制造和包装过程中的称重系统包括电子秤，其测量制品的重力，然后通过将测量的重力除以被认为是恒定的重力加速度(虽然实际上它会随着进行测量的地点的纬度和海拔而变化)来计算制品的质量。通常，在工业领域，重量被称为质量(所谓的千克重量Kgp等于9.81N)。
已知的是，在用液体、粉末、颗粒、缓释产品、片剂等填充胶囊或壳盖通常硬明胶的过程中，使用位于胶囊或壳盖的填充机或填充站的下游的测量仪器来测量胶囊中投配(dose，分配)的产品的质量。
类似地，仪器是已知的并且用于测量在压缩机中通过压缩呈粉末或颗粒的产品制成的片剂、锭剂的质量。
质量或重量控制对于下述是必要的：从生产中丢弃的不合规的制品、胶囊或片剂，因为它们含有一定量的超出允许公差范围的产品；以及纠正产品剂量中的任何过量或缺陷，作用于填充机的反馈。
事实上，特别是在制药领域，验证制品、胶囊或片剂中存在的产品的量在非常窄的公差范围情况下精确地是所要求的量是非常重要的。
在填充过程中，胶囊的质量(或重量)通常仅在投配结束时测量一次，因为空胶囊的质量是已知的，并且包含在由胶囊的供应商/生产商指示和保证的限定公差范围内。通过这种方式，从经填充的胶囊的质量或重量(毛重)的测量结果中减去空胶囊的已知重量(皮重)，可以以一精度计算出投配的产品的重量(净重)。
在填充过程中，其中，要在胶囊中投配的产品量非常小，例如几毫克(所谓的“微剂量”)，并且产品剂量所要求的公差范围有限，例如±10％，必须先对空胶囊进行称重，以及使用差值计算投配的产品的重量。在这些情况下，由于空胶囊的重量与投配的产品的重量相当，因此空胶囊的标准重量变化可能大于允许剂量的公差范围。
因此已知的方案是在填充机或填充站的上游提供第一称重站，第一称重站测量空胶囊的重量(皮重)，以及在填充机或填充站的下游提供第二称重站，第二称重站测量经填充的胶囊的重量(毛重)。两个测量重量之间的差值允许精确地计算投配的产品的净重。
执行这种类型的直接测量的称重仪器包括通常配备有多个测量单元或装载单元的电子秤，测量单元或装载单元中的每一者配备有相应的支撑(板)，胶囊必须被定位在其上放置达正确的测量所需的时间。
重量控制可以是整体型的，即对所有填充有产品的胶囊进行(所谓的100％重量控制)，或者是对随机选择的经填充的胶囊样本进行部分的、统计型控制。
然而，在某些类型的制药生产中，需要控制所有经填充的胶囊，且通常这种方案是制药公司的广泛首选，以保证经处理的制品的较好质量。
众所周知，要使用电子秤进行准确且精确的称重，需要足够的测量时间。特别是，在制品放置在秤盘上和测量其重量之间，必须经过最小的时间间隔，这是进行下述所必需的：使秤稳定，即允许将由制品搁置在板上所生成的振动阻尼；以及继续进行重量检测。因此，为了确保足够的测量时间，必须显著降低填充机的操作或生产速度。
包括微波传感器、电容传感器、基于磁共振成像技术的传感器的用于间接测量胶囊或片剂重量的系统也是已知的。这些间接测量系统需要减少的测量时间，因此不需要降低填充机的速度，但除此以外是非常昂贵且调整和使用相当费力和复杂，它们还有下述缺点：不能保证测量可靠性和直接测量系统的确定性。
发明内容
本发明的一目的是改进与自动处理机，特别是胶囊填充机或压缩机相关联的用于测量经处理的制品例如胶囊、壳盖或片剂、锭剂等的重量的已知质量测量或称重仪器。
另一目的是提供一种质量测量仪器，其能够以高准确性、高精度和分辨率以及非常短的测量时间测量由机器处理的制品的质量。
另一目的是实现一种与自动处理机相关联的质量测量仪器，其允许即使在机器的高运行速度下也能执行总重量控制，即测量所有经处理的制品的质量。
这些和其他目的通过根据本发明实施方式的压缩机实现。
附图说明
参考附图可以较好地理解和实施本发明，附图示出了本发明的一些示例性和非限制性实施方式，在所述附图中：
-图1至图4是本发明的与自动处理机相关联的质量测量仪器在胶囊的质量测量过程的相应不同步骤中的示意性部分截面侧视图，该自动处理机被布置成用产品填充由胶囊构成的制品；
-图5是图1至图4的质量测量仪器和机器的示意平面图；
-图6是图5的自动处理机的变体的示意平面图；
-图7是与自动处理机相关联的本发明的质量测量仪器在片剂的质量测量过程的一步骤中的示意性局部截面侧视图，该自动处理机适于实现由片剂构成的制品；
-图8至图11是本发明的与图5的自动处理机相关联的质量测量仪器的变体在测量过程的相应不同步骤中的示意性部分截面侧视图，该自动处理机适于填充由胶囊构成的制品；
-图12是图8至图11的与自动处理机相关联的质量测量仪器的变体在片剂的质量测量过程的一步骤中的示意性部分截面侧视图，该自动处理机适于实现由片剂构成的制品。
具体实施方式
参考图1至图5，示意性地例示了本发明的与自动处理机50相关联的用于测量制品100或制品的一部分101的质量ma的质量测量仪器1，制品100由机器50处理，所述机器包括至少一个移动设备30，移动设备设置有适于容置和移动制品100的座部33、34。
在所示实施方式中，自动处理机是填充机50，其被布置成用液体、粉末、颗粒、缓释剂、片剂等填充产品P，特别是制药产品，胶囊形式的制品100。已知类型且由硬明胶制成的每个胶囊100包括下部或底部101以及上部或盖部102，其可以暂时解耦和分开以将产品P投配到底部101中。
图5中示意性地例示的填充机50包括例如多个操作站51-57，这些操作站被布置成对胶囊100执行操作，这些胶囊由移动设备30以间歇运动的方式顺序地移动通过操作站51-57。填充机50包括填充站51，填充站被布置成将一剂量的产品P分配到胶囊100的底部101中，并且质量测量仪器1例如位于所述填充站51的下游以测量包含相应剂量的产品P的底部101的质量。
已知类型的移动设备30包括转盘或工作台，其能够绕竖向旋转轴线X以间歇运动的方式旋转并设有多个支撑件35，上述支撑件被布置成沿上述工作台的外周或周向边缘成角度地间隔开。每个支撑件35由第一支撑元件31和第二支撑元件32形成，第一支撑元件具有意在容置胶囊100的底部100a的多个第一座部33，第二支撑元件具有意在容置胶囊100的盖部102的多个另外的座部34。支撑元件31、32具有长形形状并且能够在叠置位置和偏移位置之间相对于彼此移动，在叠置位置中相应的座部33、34对准并叠置以用于插入或移除整个胶囊100(即将盖部102施加到相应的底部101)，在偏移位置中容纳底部102的座部33是可访问的以允许对投配产品。
支撑件35的座部33、34包括相应贯通腔，即在相反端部处开口，并且具有靠拢形状和/或适当地被成形成通过力或过盈耦接来接收和保持胶囊100的底部101和盖部102。
质量测量仪器1包括转移和夹持装置2，其被布置成从移动设备30的相应座部33移除制品100，特别是其部分101，特别是包含相应剂量的产品P的下部或底部101，将底部101保持在测量位置A，然后将底部101重新插入到相应的座部33中。转移和夹持装置2包括至少一个夹持元件3，其适于将相应底部101保持在测量位置A。
质量测量仪器1还包括：致动器装置13，其以振动致动信号例如谐波类型信号对夹持元件3进行操作，以便使夹持元件以特定共振频率f0或固有频率振荡或振动；以及传感器装置4，传感器装置适于测量夹持元件3的振动响应信号，该夹持元件振动该底部101并且特别地将底部支撑于测量位置A。
质量测量仪器1还包括连接到传感器装置4的处理单元15，以用于接收振动响应信号并控制致动器装置13，以便二者择一地：
-修改该致动器装置13的致动信号，以使得支撑该底部101的夹持元件3以操作共振频率fm(即由夹持元件-底部-产品剂量形成的系统的固有频率)振荡或振动，并且然后通过将前述操作共振频率fm与夹持元件3的特定共振频率f0(即没有支撑底部101，即自由的)进行比较来计算特别是包含相应剂量的产品P的底部101的质量ma；或者
-保持该致动器装置13的致动信号，以迫使支撑底部101的夹持元件3以特定共振频率f0振荡或振动，然后通过测量由致动器装置13生成的致动信号和由传感器装置4检测到的响应信号之间的延迟或操作相位差Δφm来计算特别是包含相应剂量的产品P的底部101的质量ma。
如以下描述中更好地解释的，夹持元件3基本上充当机械共振或共振器元件，当受到振动致动信号的驱策时，即受到周期性的致动力、例如谐波型的能够以相同频率变化的致动力驱策时，能够进入共振，即成为具有特定共振频率的振荡的座部。众所周知，在机械系统中，共振频率或固有频率是振动幅度最大时的频率。共振器元件的共振频率由下述确定：共振元件的形状和几何形状、制造共振元件所使用材料的物理特性(密度、弹性常数、阻尼因数等)、以及将共振器元件约束或机械固定至基部或支撑件的约束或机械固定的类型。
在图1至图4所示的实施方式中，转移和夹持装置2包括一个或更多个夹持元件3，每个夹持元件能够沿取出方向F移动并且被布置成从相应座部33移除底部101，将其保持在测量位置A，然后在测量结束时将其重新插入座部33。更准确地说，转移和夹持装置2包括并排布置的且数量等于每个支撑件35的座部33的数量的多个夹持元件3，以便同时取出容置在座部33中的所有底部101。取出方向F几乎竖向并平行于移动设备30的旋转轴线X。
夹持元件3具有长形形状并且被成形成在沿着取出方向F移动时插入移动设备30的相应座部33内部并且穿过该移动设备的相应座部，并且具有被成形成且适于邻接和支撑底部101的操作端部3a。夹持元件3具有例如横向尺寸比座部33的横向尺寸小的柱形形状，以便在插入座部时具有横向游隙，从而也避免在由致动器装置13引起的振荡相位期间与座部33的内壁可能的接触。
紧固装置11、12与夹持元件3相关联并且被布置成将从移动设备30的相应座部33取出的底部101固定到夹持元件3的操作端部3a，使得底部101在夹持元件3移动到测量位置A中期间，尤其是在致动器装置13使夹持元件3振荡时不会掉落或移动。
紧固装置11、12包括例如抽吸管道11，抽吸管道在夹持元件3内部实施并通向操作端部3a并连接到空气抽吸单元12。在这种情况下，夹持元件3具有长形柱形管状形状。
质量测量仪器1还包括支撑元件6，该支撑元件刚性地支撑夹持元件3并且能够沿着取出方向F移动以使得所述夹持元件3在不作用(inactive)位置B和测量位置A之间移动，在该不作用位置夹持元件3与座部33间隔开，在该测量位置夹持元件3穿过座部33并支撑和保持底部101。在例示的实施方式中，支撑元件6支撑多个夹持元件3。
致动器装置包括至少一个振动致动器13或振荡器，例如压电致动器，其通过施加具有适当频率和幅度的周期性力例如正弦的力来对相应的夹持元件3进行操作，使相应的夹持元件以相应的共振频率振动。振动致动器13例如无线地连接到处理单元15并由处理单元控制，并且优选地在支撑元件6处固定到夹持元件3的下端部3b。
还提供的是，作为每个夹持元件3包括振动致动器13的替代，致动器装置包括单个振动致动器，该单个振动致动器固定到支撑元件6并且配置成振动所有夹持元件3。
在本发明的质量测量仪器1的未例示的变体中，致动器装置包括相同的支撑元件6，该支撑元件通过由自动处理机50在其操作中生成的外部振动而振荡，并且该支撑元件由于刚性连接到夹持元件3以具有共振频率的振荡方式使夹持元件振荡。
传感器装置4包括多个振动传感器，例如MEMS加速度计，振动传感器直接固定到相应的夹持元件3，特别是固定在它们的操作端部3a处。
替代地，传感器装置4可以包括多个光学传感器，例如激光测量传感器，其中的每个激光测量传感器指向相应的夹持元件3，特别是指向其操作端部3a。传感器装置4无线地连接到处理单元15。
又替代地，传感器装置4可以包括变形传感器、弯曲传感器、扭转传感器中的一者或更多者，特别是压电或压阻型传感器，例如应变计传感器或PVDF元件，其中的每个适当地固定到相应的夹持元件3。
本发明的质量测量仪器1的操作是基于已知技术的，该已知技术提供使用具有共振机械元件或共振器的系统来确定或测量与前述共振器制成一体的样本或元件的质量。在这样的系统中，共振器振动特性的变化实际上与共振器质量的变化直接相关，更准确地说，与和其成一体的待被测量的样本或制品的质量的变化直接相关。
最初大致估计，忽略共振器阻尼系数，后者的共振频率或固有频率f0可用下式表示：
其中
k为共振器的有效弹性系数；
m是共振器的有效质量。
弹性系数和质量被限定为有效，因为它们包括共振器的多个附加物理特性。例如，有效质量不仅由共振器的振动质量限定，而且还由共振器与基部或支撑件的机械附接或约束的类型限定。同样，共振器的弹性系数包括共振器材料的弹性常数，还包括其密度、阻尼因数、几何构造、尺寸等。
通过使约束待测量的样本或制品的共振器的质量改变，即在特定情况下，通过使收集和保持包含一剂量的产品P的相应底部101的夹持元件3的质量改变，共振器/样本系统(夹持元件/底部101系统)的共振频率也相关地变化。更准确地说，支撑该振动底部101的夹持元件3的操作共振频率fm由下式表示：
其中
m为夹持元件3的有效质量；
δm是共振器/样本系统的质量变化，即由机器处理的包含一剂量产品的胶囊或制品100的底部101的质量ma。
假设共振器的弹性特性保持不变以及质量变化小，则可以将等式2相对于质量进行一阶微分，得到共振频率变化与质量变化之间的线性比例比：
fm-f0∝δm 等式3
通过将共振器/样本系统的操作共振频率fm与仅共振器即自由夹持元件3的特定共振频率f0进行比较，因此处理单元15可以计算出系统的质量变化δm，即包含产品P的底部101的质量ma。
特别地，申请人已经证实，通过本发明的测量仪器1，共振器/样本系统(夹持元件/底部)的约0.15-0.7mg的质量变化对应于共振频率的约1Hz的标称变化。由于传感器装置4和处理单元15能够检测和测量约百分之一Hz的变化，所以本发明的测量仪器1能够以非常高的分辨率例如在0.0015至0.007mg之间的分辨率测量底部101的质量。
替代地，本发明的质量测量仪器1允许通过测量由共振元件13施加的致动信号——这迫使共振器/样本系统(即夹持元件3支撑具有一剂量的产品P的底部101)以特定共振频率f0振动——和由传感器装置4检测到的振动响应信号之间的延迟或操作相位差Δφm来精确地计算底部101的质量ma。更准确地说，具有特定共振频率f0的致动信号与共振器/样本系统响应信号之间的操作相位差Δφm可以通过下式计算：
φ是相位角，
f0为夹持元件3的振动共振频率；
fm＝f0+Δf是支撑该底部100的夹持元件3的操作共振频率，其中，Δf是由底部101和相关剂量产品P的附加质量引起的夹持元件3的共振频率的变化。
换言之，通过使约束待测量的样本或制品的夹持元件3(共振器)的质量改变，即在特定情况下通过使收集和保持包含一剂量产品P的相应底部101的夹持元件3的质量改变，致动信号和响应信号之间的相位差Δφm也相关地变化。
更准确地说，通过迫使夹持元件3以其共振频率f0振动，其上的质量改变δm(具有一剂量产品P的底部101的质量)导致操作相位延迟的改变，即操作相位差Δφm，其一阶近似由以下关系表示：
Δφm∝δm等式5
其中，比例系数取决于特定共振频率f0和夹持元件3的有效质量。
通过这种测量方法，可以利用较高速度的响应信号采集和处理管理，因为不需要使用共振器/样本系统的操作共振频率fm的自动跟踪技术(例如基于锁相环PLL的系统)。
特别地，申请人已经通过实验验证，使用本发明的测量仪器1，共振器/样本系统(夹持元件3/底部101/一剂量产品P)的约2mg的质量变化对应于操作相位变化Δφm的约1度的变化。由于传感器装置4和处理单元15能够检测和测量约百分之一度的变化，在这种配置中，本发明的测量仪器1能够测量底部101的质量，例如以约0.02mg的分辨率。
参考图1至图4，本发明的与被布置成使用一剂量产品P填充胶囊100的自动处理机50相关联的质量测量仪器1的操作提供以下操作步骤。
在机器50的操作期间，在使移动设备30的间歇运动停止的每个步骤处，该移动设备的包含具有待测量的相关剂量产品P的底部101的座部33被布置在测量仪器1的相应的夹持元件3处。夹持元件3然后沿着取出方向F从不作用位置B移动到测量位置A，以便从座部33取出底部101。该底部通过真空、凭借连接到抽吸单元12的抽吸管道11抽吸的空气被保持并牢固地约束到夹持元件3的操作端部3a。
在测量位置A，穿过座部33而不接触内壁的夹持元件3被致动器装置13以合适的致动信号振动，以进入共振(即，以便以夹持元件3/底部101/一剂量产品P的系统的操作共振频率振动)达到限定的10到20ms之间的测量间隔或时间。在该测量范围中，传感器装置4测量振动响应信号并将其发送至处理单元15，该处理单元被配置为确定上述操作共振频率fm并通过将上述操作共振频率fm与单独或自由的即不支撑底部101的夹持元件3的已知特定共振频率f0进行比较，来计算底部101的质量ma。
单独的夹持元件3的特定共振频率f0例如由处理单元15通过下述方式初步确定：在夹持元件3沿着方向F移动以及已经从座部33中取出出底部101之前，用传感器装置4测量由致动器装置13振动的夹持元件的响应信号。
替代地，在测量位置A，穿过座部33而不接触其内壁的夹持元件3被致动器装置13迫使以夹持元件3的特定共振频率f0振动达限定的10到20ms之间的测量间隔或时间。在该时间间隔中，传感器装置4检测支撑底部101的夹持元件3的响应信号，使得处理单元15能够通过测量由致动器装置13生成的致动信号和由传感器装置4检测的响应信号之间的操作相位差Δφm来计算底部101的质量ma。
在测量结束时，即在限定的时间间隔结束时，夹持元件3从测量位置A移动到不作用位置B，以便将底部101重新定位在相应座部33内。
在停止步骤之后，移动设备30移动以将具有相应底部101的后续座部33定位在质量测量仪器1处。
由于本发明的质量测量仪器1与自动处理机50相关联，特别是与用于胶囊、壳盖等的填充机相关联，因此可以以高准确度、精确度和分辨率测量由机器处理的制品或胶囊100的质量，更准确地是测量填充有产品P的胶囊100的底部101的质量ma。特别地，质量测量仪器1允许测量的质量的分辨率在例如0.0015和0.007mg之间。
此外，由于由本发明的仪器进行的测量非常快速，其中测量时间或间隔在10到20ms之间，即远小于机器间歇运动的停止时间，因此可以执行总重量控制，即测量所有处理过的胶囊100的质量，即使在机器操作速度高的情况下，即具有减小的停止间隔的值的情况下，也可以执行总重量控制。
特别参考图5，例示了填充机50，其包括胶囊100的馈送和打开站52，胶囊通过该馈送和打开站被引入到填充机1中，盖部102被移除并与相关底部101分开，因此相关底部可以在随后的填充站51中接收产品P。底部101和盖部102分别插入和容置在移动设备30的支撑件13的座部33和另外的座部34中。胶囊闭合站54被提供用于将盖部102耦接到相应的底部101并因此在填充和称重之后闭合胶囊100。
质量测量仪器1与被定位在参照胶囊100在填充机50中的移动方向G位于填充站51下游的称重站53相关联，以便测量包含一剂量产品P的底部100的质量ma。
填充机50的多个操作站51-57还包括：出口站56，其中填充有产品且合规的胶囊100从移动设备30中被取出并传输出填充机50；以及废物站57，其位于出口站56的下游以从移动设备30移除不合规的胶囊。
在图5中用虚线示出了可选的初始称重站55，其设置有本发明的相应质量测量仪器1并且能够被定位在馈送和打开站52与填充站51之间以用于测量空的底部101的质量。在填充机50的该实施方式中，在胶囊100中投配的产品的实际质量被计算为在填充站51之前和之后测量的胶囊100的质量之差。
图6示出了填充机50的变体，其与上述提到和参照图5的实施方式不同之处在于它不包括称重站，因为质量测量仪器1直接与填充站51相关联以便仅测量在底部101中投配的一剂量的产品P的质量ma。在机器的该变体中，具有上述方法的质量测量仪器1通过将由致动器装置13振动的支撑空的底部101的夹持元件3的特定共振频率f0'与由致动器装置13振动的支撑具有一剂量的产品P的底部101的夹持元件3的操作共振频率fm'进行比较，来计算一剂量产品P的质量ma。
替代地，质量测量仪器1能够通过测量下述之间的延迟或操作相位差Δφm计算一剂量产品P的质量ma：振动致动信号，该振动致动信号由致动器装置13生成以使支撑具有一剂量产品P的底部101的夹持元件3以支撑空的底部101的夹持元件3的特定共振频率f0'振动；以及由传感器装置4检测的支撑具有一剂量产品P的底部101的夹持元件3的振动响应信号。
参考图7，本发明的质量测量仪器1还可以与自动处理机60相关联，特别是与压缩机相关联，该自动处理机被布置成通过压缩产品来实现片剂或锭剂形式的制品200。已知类型且未详细例示和描述的压缩机60包括适于将片剂200转移到质量测量仪器1的移动设备130。移动设备130包括例如能够绕竖向旋转轴线旋转并且外周地设置有多个座部133的工作台，上述座部适于容置在先前产品压缩站中生产的片剂200。
质量测量仪器1与先前描述的用于填充机50的质量测量仪器相同，在这种情况下，转移和夹持装置2的夹持元件3被布置成从座部133移除通过紧固装置11、12被保持在前述夹持元件3的成型端部3a上的相应片剂200。
片剂200的质量由处理单元15通过将共振器/样本系统(夹持元件3/片剂200)的操作共振频率fm和共振器(夹持元件3)的特定共振频率f0进行比较来计算，或者替代地，通过计算共振器致动信号(夹持元件3)和由传感器装置4检测到共振器/样本系统(夹持元件3/片剂200)的响应信号之间的延迟或操作相位差Δφm来计算，共振器/样本系统两者均由致动器装置13振动成共振器的特定共振频率f0。
参照图8至图11，例示了本发明的质量测量仪器1的变体，其与上述实施方式以及在图1至图4中例示的实施方式不同之处在于转移和夹持装置2包括至少一个转移元件5，上述至少一个转移元件能够沿取出方向F移动并且用于将制品100；200或制品的一部分101从移动设备30的相应座部33移除并将其转移到所述转移和夹持装置2的相应夹持元件7，所述夹持元件7设置有适于接收和保持该制品100或制品的一部分101的壳体17。
同样在该变型中，作为示例而非限制，质量测量仪器1与填充机50相关联，该填充机被布置成用产品P填充呈胶囊100形式的制品100，该制品包括下部或底部101和上部或盖部102。
填充机50是例如在图5中例示的填充机并且包括操作站51-57，上述操作站被布置成对胶囊100执行操作，上述胶囊由移动设备30以间歇运动顺序移动通过操作站51-57。
填充机50中的转移和夹持装置2的转移元件5然后被布置成从移动设备30的相应座部33移除胶囊100的下部或底部101(包含一剂量的产品P)并且将所述底部101转移到对应的夹持元件7。特别地，转移和夹持装置2包括多个转移元件5，多个转移元件并排布置且数量等于每个支撑件35的座部33的数量，以便同时取出容置在座部33中的所有底部101并将它们转移到多个相应的夹持元件7中。
转移和夹持装置2还包括至少一个另外的转移元件9，该另外的转移元件也能够沿着取出方向F移动，并且被布置成：在夹持元件7振动并且夹持元件的操作共振频率fm测量之后，从相应的夹持元件7移除底部101并且将其插入到移动设备30的座部33中。特别地，测量仪器1包括并排布置且数量等于转移元件5和夹持元件3的数量的多个另外的转移元件9。
转移元件5、9能够沿着取出方向F、特别是几乎竖向地在第一操作位置D1、第二操作位置D2、第三操作位置D3或测量位置以及第四操作位置D4之间移动；在该第一操作位置中，所述转移元件5、9与被容置在移动设备30的相应座部33中的底部101分离并间隔开，以便不干扰底部的移动；在第二操作位置中，转移元件5从座部33取出底部101并将其插入到相应的夹持元件7中；在第三操作位置中，转移元件5、9与容置并保持在夹持元件7的壳体17中的底部101分离并间隔开以允许该底部自由振动；在该第四操作位置中，另外的转移元件9将底部101从壳体17中完全取出并且将其插入到移动设备30的相应座部33中。
每个转移元件5具有长形形状并且被布置成在沿着取出方向F移动时插入移动设备30的相应座部33内以邻接底部101的下部并将底部推出座部33以及推入壳体17。
每个另外的转移元件9也具有长形形状并且具有适于邻接底部101的上部的成型端部9a，以便将底部推出壳体17以及推入座部33。
质量测量仪器1包括支撑元件6，支撑元件支撑上述转移元件5、9并且能够沿着取出方向F移动，特别地将转移元件2、9布置在不同的操作位置D1-D4。
质量测量仪器1还包括另外的支撑元件8，该另外的支撑元件适于在移动设备30上方刚性地支撑夹持元件7并且与相应的座部33对准。另外的支撑元件8特别地支撑多个夹持元件7并且被布置在移动设备30上方。
每个夹持元件7的壳体17具有下部开口，其允许底部101插入壳体17或从壳体断开连接，并且为此目的具有斜面或倒角的边缘以促进底部101的插入。
壳体17纵向延伸，特别是平行于取出方向F，并且具有延伸部以容纳底部101或整个胶囊100。在例示的实施方式中，壳体17从下部开口朝向上方的附加支撑元件8进一步靠拢或渐缩，其内部横截面(几乎垂直于取出方向F)从下部开口逐渐减小到小于底部100a或胶囊100的外部横向尺寸的尺寸，使得在完全插入时，底部101通过力或过盈耦接被保持(凭借制造底部101的材料的弹性及其中空形状)。
替代地，机械或气动紧固装置可以与夹持元件7相关联以将底部101约束在壳体17内。
每个夹持元件7还具有一个或更多个侧向贯通并平行于取出方向F的开口，其允许转移元件9的末端部9a插入在壳体17内并在壳体内滑动，以及沿着取出方向F插入和滑动。
致动器装置包括振动致动器13或振荡器，例如压电致动器，以致动信号作用于相应的夹持元件7以用于振荡或振动该夹持元件，特别是以相应的共振频率振荡或振动该夹持元件，特别是振动致动信号包括具有足够频率和幅度的周期性力，例如正弦力。振动致动器13例如无线地连接到处理单元15并由处理单元控制，并且在另外的支撑元件8处固定到例如夹持元件7的上部7a。
还提供的是，代替包括用于每个夹持元件7的振动致动器13，致动器装置包括单个振动致动器，单个振动致动器固定到另外的支撑元件8并且被配置成振动所有夹持元件7。
在未例示的本发明的质量测量仪器10的变体中，致动器装置包括相同的另外的支撑元件8，该支撑元件由自动处理机50在其操作中生成的外部振动而振动，并且该支撑元件以共振频率使(刚性支撑它们的)夹持元件7振荡。
传感器装置4包括多个振动传感器，例如MEMS型加速度计，多个振动传感器直接固定到相应的夹持元件7，特别是在夹持元件的下部7b中之一处固定到相应的夹持元件。
替代地，传感器装置4可以包括多个光学传感器，例如激光测量传感器，多个光学传感器中的每个指向相应的夹持元件7，特别是指向夹持元件的一个下部7b。传感器装置4无线连接到处理单元15。
又替代地，传感器装置4可以包括一个或更多个压电和/或压阻振动传感器，例如应变计传感器或PVDF元件，压电和/或压阻振动传感器中的每个被适当地固定到相应的夹持元件7，特别是在其下部7b处固定到相应的夹持元件。
本发明的质量测量仪器1的该变体的操作与上述相同。然而，除了允许显着增加测量仪器1的分辨率的材料(例如由钛合金制成)之外，夹持元件7还可以以适当的形状和尺寸制成。更具体地，申请人已经证实，在所述夹持元件7的适当配置的情况下，本发明的测量仪器1的测量过程中，共振器/样本系统(夹持元件3/底部101)的约0.015-0.2mg的质量变化对应于共振频率约1Hz的变化。由于传感器装置4和处理单元15能够检测和测量百分之几Hz的变化，所以本发明的测量仪器1的这个变体能够以高分辨率例如在0.00015至0.002mg范围内的高分辨率测量底部101的质量。
传感器装置4能够测量支撑底部101的夹持元件7的操作共振频率fm并将相关信号发送到处理单元15的测量间隔或时间在10至20ms之间。
还可以基于由振动致动器13生成的致动信号与适当地连接到相应的夹持元件7的传感器装置4检测的并由处理单元15处理的响应信号之间的操作相位差Δφm准确地计算底部101的质量ma。
参考图7至图10，本发明的质量测量仪器1的操作与被布置成使用一剂量产品P填充胶囊100的自动处理机50相关联，提供以下操作步骤。
在机器的操作期间，在移动设备30的间歇运动停止的每个步骤处，该移动设备的包含具有待测量的相关剂量产品P的底部101的座部33被布置在测量仪器1的转移和夹持装置2的相应转移元件5处。然后转移元件5连同对应的另外的转移元件9沿着取出方向F从第一操作位置D1(图8)移动到第二操作位置D2(图9)，以将底部101从相应的座部33取出，并将该底部插入到夹持元件7的壳体17中，在壳体处底部例如通过过盈耦接被保持。
转移元件5、9然后移动到第三操作位置D3(图10)，在该位置中，上述转移元件与容置并保持在夹持元件7的壳体17中的底部101分离并间隔开。夹持元件的壳体然后由致动器装置13振动以便共振达限定的10到20ms之间的测量间隔或时间，在此期间传感器装置4能够测量容置具有一剂量产品P的底部101的夹持元件7的操作共振频率fm，并将相关信号发送到处理单元15。该处理单元因此能够通过将操作共振频率fm与不支撑底部101的夹持元件7的已知特定共振频率f0进行比较来计算底部101的质量ma。
替代地，保持具有一剂量产品P的底部101的夹持元件7由致动器装置13以单独夹持元件7的特定共振频率f0迫使振动，达限定的10至20ms之间的测量间隔或时间。在该时间间隔内，传感器装置4测量夹持元件7与底部101和一剂量产品P的振动响应信号，并且处理单元15通过测量由致动器装置13生成的振动致动信号和由传感器装置测量的振动响应信号之间的操作相位差Δφm来计算底部101的质量ma。
在测量结束时，即在测量时间结束时，另外的转移元件9与转移元件5一起移动到第四操作位置D4(图10)，以便从夹持元件7的壳体17中移除底部101，并将该底部插入到移动设备30的相应座部33中。
在停止步骤之后，移动设备30移动以将具有相应底部101的后续座部33定位在质量测量仪器1处。
参照图12，上述本发明的质量测量仪器1的变体也可以与压缩机60相关联，该压缩机被布置成通过压缩产品来实现片剂或锭剂形式的制品200。
质量测量仪器1与先前描述的用于填充机50的质量测量仪器相同，在这种情况下，转移元件5被布置成从座部133移除相应的片剂200并将它们插入到相应的夹持元件7的壳体17中，以及另外的转移元件9被布置成从壳体17移除片剂200并且将它们插入到移动设备30的相应座部33中。
片剂200的质量由处理单元15通过将在有片剂200的情况下由致动器装置13振荡或振动的夹持元件7操作共振频率fm和没有片剂的情况下由致动器装置振荡或振动的夹持元件的特定共振频率f0进行比较来计算。替代地，片剂200的质量可以基于夹持元件7的致动信号与由传感器装置4检测的夹持元件7/片剂200的响应信号之间的延迟或操作相位差Δφm来计算，夹持元件/片剂二者的系统由致动器装置13以夹持元件7的特定共振频率f0振动。
本发明的用于测量在自动处理机50、60中处理的制品100、200或制品的一部分101的质量ma的方法，自动处理机包括设置有用于容置和移动上述制品100；200的座部33、34、133的至少一个移动设备30、130，方法包括以下步骤：
-从移动设备30、130的相应座部33、133移除制品100、200或其一部分101，将制品100、200或其一部分101保持在测量位置A、D3，然后通过转移和夹持装置2将制品100、200或其一部分101重新插入到相应座部33、133中，转移和夹持装置包括适于将制品100、200或其一部分101保持在测量位置A、D3的至少一个夹持元件3、7；
-经由致动信号，特别是振动或机械振荡，向将制品100、200或其一部分101支撑于测量位置A、D3的夹持元件3、7的致动器装置13、6施加机械作用，以使得夹持元件3、7振动；
-通过传感器装置4测量对制品100、200或制品的一部分101进行支撑并使制品或制品的一部分振动的夹持元件3、7的响应信号；
二者择一地：
-生成致动装置13、6的致动信号，以用于施加适于使支撑制品100、200或制品的一部分101的夹持元件3、7以操作共振频率fm振动的机械作用；然后通过将操作共振频率fm与当夹持元件3、7单独由致动器装置13、6振动时的特定共振频率f0进行比较，来计算制品100、200或其部分101的质量ma；或者
-生成致动装置13、6的致动信号，以能够施加适于使支撑制品100、200或制品的一部分101的夹持元件3、7以夹持元件3、7单独振动时的特定共振频率f0振动的机械作用；然后通过测量致动器装置13、6的致动信号和由传感器装置(4)检测的响应信号之间的操作相位差Δφm，来计算制品100、200或其一部分101的质量ma。
该方法还假定夹持元件3、7的特定共振频率f0是由处理单元15通过下述初步确定的：借助于传感器装置4测量夹持元件3、7在保持制品100、200或其一部分101之前，特别是在移动转移和夹持装置2将制品100、200或其一部分101从移动设备30、130的相应座部33、133移除之前，由致动器装置13单独振动的响应信号。

Claims (25)

1.质量测量仪器(1)，所述质量测量仪器与自动处理机(50；60)相关联，以用于测量由所述自动处理机(50)处理的制品(100；200)或所述制品的一部分(101)的质量(ma)，所述自动处理机包括至少一个移动设备(30；130)，所述至少一个移动设备设置有座部(33、34；
133)以用于容置和移动所述制品(100；200)，所述质量测量仪器包括：
-转移和夹持装置(2)，所述转移和夹持装置被布置成从所述移动设备(30；130)的相应座部(33；133)移除制品(100；200)或所述制品的一部分(101)，将所述制品(100、200)或所述制品的一部分(101)保持在测量位置(A；D3)，然后将所述制品(100；200)或所述制品的一部分(101)重新插入到相应座部(33；133)中，所述转移和夹持装置(2)包括适于将所述制品(100；200)或所述制品的一部分(101)保持在所述测量位置(A；D3)的至少一个夹持元件(3；7)；
-致动器装置(13)，所述致动器装置被布置成使用致动信号对所述夹持元件(3；7)进行操作，用于使所述夹持元件(3；7)以特定共振频率(f0)单独振动；
-传感器装置(4)，所述传感器装置被配置用于测量振动响应信号，所述夹持元件(3；7)振动和支撑处于所述测量位置(A；D3)的所述制品(100；200)或所述制品的一部分(101)；
-处理单元(15)，所述处理单元连接到所述传感器装置(4)并被布置成接收所述振动响应信号并控制所述致动器装置(13)，以便：
-生成所述致动器装置(13)的致动信号，以能够使支撑所述制品(100；200)或所述制品的一部分(101)的所述夹持元件(3；
7)以操作共振频率(fm)振动；然后通过将所述操作共振频率(fm)与所述夹持元件(3；7)的所述特定共振频率(f0)进行比较，来计算所述制品(100；200)或所述制品的一部分(101)的质量(ma)；
或者替代地
-生成所述致动器装置(13)的致动信号，以能够使支撑所述制品(100；200)或所述制品的一部分(101)的所述夹持元件(3；7)以所述夹持元件(3；7)的所述特定共振频率(f0)振动；
并通过测量所述致动器装置(13)的所述致动信号与由所述传感器装置(4)检测的所述振动响应信号之间的操作相位差(Δφm)来计算所述制品(100；200)或所述制品的一部分(101)的质量(ma)。
2.根据权利要求1所述的质量测量仪器(1)，其中，所述转移和夹持装置(2)包括所述至少一个夹持元件(3)，所述至少一个夹持元件能够沿取出方向(F)移动并被布置成从所述移动设备(30)的相应座部(33；
133)移除所述制品(100；200)或所述制品的一部分(101)，将所述制品(100；200)或所述制品的一部分(101)保持在所述测量位置(A)，然后将所述制品(100；200)或所述制品的一部分(101)重新插入相应座部(33；133)中。
3.根据权利要求2所述的质量测量仪器(1)，其中，所述夹持元件(3)具有长形形状并且被布置成当沿着所述取出方向(F)移动时被插入所述移动设备(30)的相应座部(33；133)内部并穿过所述移动设备的相应座部，所述夹持元件(3)包括适于邻接和支撑制品(100；200)或所述制品的一部分(101)的操作端部(3a)。
4.根据权利要求3所述的质量测量仪器(1)，包括紧固装置(11；12)，所述紧固装置与所述夹持元件(3)相关联并且被布置成将制品(100；
200)或所述制品的一部分(101)固定到所述夹持元件(3)的所述操作端部(3a)。
5.根据权利要求4所述的质量测量仪器(1)，其中，所述紧固装置(11；
12)包括抽吸管道(11)，所述抽吸管道在所述夹持元件(3)内部实施并通向所述操作端部(3a)且连接到空气抽吸单元(12)。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的质量测量仪器(1)，包括支撑元件(6)，所述支撑元件刚性地支撑所述至少一个夹持元件(3)并且被配置成能够沿所述取出方向(F)移动以使所述至少一个夹持元件(3)在不作用位置(B)和所述测量位置(A)之间移动，在所述不作用位置，所述夹持元件(3)与所述座部(33；133)间隔开，在所述测量位置，所述夹持元件(3)穿过相应座部(33；133)并支撑和保持所述制品(100；200)或所述制品的一部分(101)。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的质量测量仪器(1)，其中，所述致动器装置(13)包括至少一个振动致动器(13)，所述振动致动器被布置成使用致动信号对所述夹持元件(3；7)进行操作以使得所述夹持元件(3；7)振动，所述振动致动器(13)连接到所述处理单元(15)并由所述处理单元控制。
8.根据权利要求6所述的质量测量仪器(1)，其中，所述致动器装置(13)包括所述支撑元件(6)，所述支撑元件通过由所述自动处理机(50)在其自身操作中生成的外部振动被振荡。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的质量测量仪器(1)，其中，所述传感器装置(4)包括至少一个振动传感器，所述至少一个振动传感器固定到所述夹持元件(3；7)或包括指向所述夹持元件(3；7)的至少一个光学传感器。
10.根据权利要求1所述的质量测量仪器(1)，其中，所述转移和夹持装置(2)包括至少一个转移元件(5)，所述至少一个转移元件被布置成能够沿着取出方向(F)移动并且从所述移动设备(30)的相应座部(33)移除制品(100；200)或制品的一部分(101)以及将所述制品(100；200)或所述制品的一部分(101)转移到所述转移和夹持装置(2)的相应夹持元件(7)，所述夹持元件(7)设置有适于接收和保持所述制品(100；200)或所述制品的一部分(101)的壳体(17)。
11.根据权利要求10所述的质量测量仪器(1)，包括至少一个另外的转移元件(9)，所述另外的转移元件与相应的转移元件(5)相关联并且被布置成：在由所述传感器装置(4)测量到所述振动响应信号之后，从所述夹持元件(7)移除所述制品(100；200)或所述制品的一部分(101)并且将所述制品或所述制品的一部分插入到所述移动设备(30)的相应座部(33)中。
12.根据权利要求11所述的质量测量仪器(1)，其中，所述转移元件(5；
9)能够操作以沿着取出方向(F)在第一操作位置(D1)、第二操作位置(D2)、第三操作位置(D3)以及第四操作位置(D4)之间移动；在所述第一操作位置，所述转移元件与容置在相应座部(33)中的所述制品(100；200)或所述制品的一部分(101)分离并间隔开；在所述第二操作位置，所述转移元件从所述座部(33)中取出所述制品(100；200)或所述制品的一部分(101)并且将所述制品(100；200)或所述制品的一部分(101)插入到所述夹持元件(7)的所述壳体(17)中；在所述第三操作位置，所述转移元件(5；9)与被容置和保持在所述壳体(17)中的至少一个制品(100；200)或所述至少一个制品的一部分(101)分离并间隔开，以便允许所述夹持元件(7)振动；在所述第四操作位置，所述另外的转移元件(9)从所述壳体(17)中取出所述制品(100)或所述制品的一部分(101)并且将所述制品(100)或所述制品的一部分(101)插入相应的座部(33)内。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的质量测量仪器(1)，其中，所述转移元件(5)具有长形形状并且被成型为当沿着所述取出方向(F)移动时插入到所述移动设备(30)的相应座部(33)内，以便邻接所述制品(100；200)或所述制品的一部分(101)的下部并将所述制品(100；200)或所述制品的一部分(101)推出所述座部(33)并且推入所述壳体(17)。
14.根据权利要求11至12中任一项所述的质量测量仪器(1)，其中，所述另外的转移元件(9)具有长形形状并且具有适于邻接所述制品(100；
200)或所述制品的一部分(101)的上部的至少一个成型端部(9a)，以便将所述制品(100；200)或所述制品的一部分(101)推出所述壳体(17)并推入所述座部(33)中。
15.根据权利要求10至12中任一项所述的质量测量仪器(1)，其中，所述至少一个夹持元件(7)的所述壳体(17)包括允许沿着所述取出方向(F)插入或取出所述制品(100；200)或所述制品的一部分(101)的下部开口，所述壳体(17)被配置成和/或被大小设置成通过力或过盈耦接保持和锁定所述制品(100；200)或所述制品的一部分(101)。
16.根据权利要求10至12中任一项所述的质量测量仪器(1)，包括刚性地支撑所述转移元件(5；9)并能够沿所述取出方向(F)移动的至少一个支撑元件(6)。
17.根据权利要求10至12中任一项所述的质量测量仪器(1)，包括被布置成在所述移动设备(30)上方支撑至少所述夹持元件(7)的至少一个另外的支撑元件(8)。
18.根据权利要求17所述的质量测量仪器(1)，其中，所述致动器装置(13)包括所述另外的支撑元件(8)，所述另外的支撑元件通过由所述自动处理机(50)在其自身操作中生成的外部振动被振荡。
19.根据权利要求1至5中任一项所述的质量测量仪器(1)，其中，所述制品(100)是待被填充产品(P)的胶囊，并且其中，所述夹持元件(3；7)保持所述胶囊的一部分(101)。
20.根据权利要求1至5中任一项所述的质量测量仪器(1)，其中，所述制品(200)是通过压缩产品获得的片剂或丸剂，并且其中，所述夹持元件(3；7)保持片剂。
21.根据权利要求1至5中任一项所述的质量测量仪器(1)，其中，所述传感器装置(4)包括下述中的一者：MEMS加速度计、变形传感器、弯曲传感器、扭转传感器、包括压电元件或压阻元件的传感器。
22.自动处理机(50；60)，包括用于执行操作以制造制品(100；200)的多个操作站(51-57)和设置有用于容置和移动所述制品(100；200)的座部(33；34；133)的移动设备(30；130)，其特征在于，所述自动处理机包括至少一个根据权利要求1所述的质量测量仪器(1)，以用于测量所述制品(100；200)或所述制品的一部分(101)的质量。
23.根据权利要求22所述的自动处理机(50)，其中，所述质量测量仪器(1)与填充站(51)相关联，所述填充站被布置成将一剂量的产品(P)分配到所述制品(100)内。
24.用于测量在自动处理机(50；60)中处理的制品(100；200)或所述制品的一部分(101)的质量(ma)的方法，所述自动处理机包括设置有用于容置和移动所述制品(100；200)的座部(33、34；133)的至少一个移动设备(30；130)，所述方法包括以下步骤：
-通过转移和夹持装置(2)从所述移动设备(30；130)的相应座部(33；133)移除制品(100；200)或所述制品的一部分(101)，将所述制品(100；200)或所述制品的一部分(101)保持在测量位置(A；
D3)，然后将所述制品(100；200)或所述制品的一部分(101)重新插入到相应座部(33；133)中，所述转移和夹持装置包括适于将所述制品(100；200)或所述制品的一部分(101)保持在所述测量位置(A；
D3)的至少一个夹持元件(3；7)；
-经由致动器装置(13)的致动信号，对将所述制品(100；200)或所述制品的一部分(101)支撑于所述测量位置(A；D3)的所述夹持元件(3；7)施加机械作用，以使所述夹持元件(3；7)振动；
-通过传感器装置(4)测量支撑所述制品(100；200)或所述制品的一部分(101)并进行振动的所述夹持元件(3；7)的振动响应信号；
二者择一地：
-生成所述致动器装置(13)的致动信号，以便施加适于使支撑所述制品(100；200)或所述制品的一部分(101)的所述夹持元件(3；
7)以操作共振频率(fm)振动的机械作用，然后通过将所述操作共振频率(fm)与当所述夹持元件(3；7)单独由所述致动器装置(13)振动时的特定共振频率(f0)进行比较，来计算所述制品(100；200)或所述制品的一部分(101)的质量(ma)；或者
-生成所述致动器装置(13)的致动信号，以便施加适于使支撑所述制品(100；200)或所述制品的一部分(101)的所述夹持元件(3；
7)以所述夹持元件(3；7)单独振动时的特定共振频率(f0)振动的机械作用，然后通过测量所述致动器装置(13)的所述致动信号和由所述传感器装置(4)检测的所述振动响应信号之间的操作相位差(Δφm)，来计算所述制品(100；200)或所述制品的一部分(101)的质量(ma)。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述夹持元件(3；7)的所述特定共振频率(f0)由处理单元(15)通过下述方式处理：借助于所述传感器装置(4)测量所述夹持元件(3；7)在保持所述制品(100；
200)或所述制品的一部分(101)之前通过所述致动器装置(13)进行单独振动的所述振动响应信号。
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