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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum
Transport eines Wägegutes
auf den Lastaufnehmer einer Waage mit einem beweglichen Wägegutträger.
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Eine
Vorrichtung und ein Verfahren dieser Art sind zum Beispiel aus der
DE 103 00 625 C2 bekannt.
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Dort
ist eine Anordnung beschrieben, bei der in einem Depot abgelegte
Wägegüter durch
ein in x- und y-Richtung bewegliches Handhabungsgerät auf den
Lastaufnehmer einer Waage transportiert werden.
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Nachteilig
an dieser Anordnung ist, dass die Positionierung des Wägegutes
im Depot schwierig ist und von daher die zentrische Lage des Wägegutes im
Depot und damit auch auf dem Lastaufnehmer der Waage nur näherungsweise
erreicht wird.
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Auch
bei der Positionierung eines Wägegutes
von Hand auf den Lastaufnehmer einer Waage ist die Positioniergenauigkeit
beschränkt
und sehr vom Geschick des Bedieners der Waage abhängig. Dies gilt
besonders für
empfindliches Wägegut – wie zum Beispiel
Gewichtsstücke
der höchsten
Genauigkeitsklassen –,
das in einem Zug ohne Korrektur durch seitliches Verschieben abgesetzt
werden muss. Aber auch bei geometrisch kompliziert gestaltetem Wägegut – wie zum
Beispiel Diamanten – ist
es schwierig, den Schwerpunkt des Wägegutes an die richtige Stelle
zu platzieren. Dasselbe gilt für
Wägegut,
das aus mehreren Teilstücken
besteht; die Wägung
einer Gewichtsstück-Kombination
aus zwei 200 g – Stücken und
einem 100 g – Stück ist ein
Beispiel hierfür.
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Eine
hohe Positioniergenauigkeit ist besonders bei sehr hochauflösenden Waagen
wichtig, zum Beispiel bei Komparatorwaagen oder bei Prototypwaagen,
da auch bei bestmöglicher
Justierung der Ecklastfreiheit der Waage immer ein geringer Ecklastfehler
verbleibt. Eine möglichst
exakte Positionierung des Wägegutes
auf dem Lastaufnehmer verbessert also die Reproduzierbarkeit der
Wägung. Auch
bei unterschaliger Lastaufnahme, bei der eine Fehlpositionierung
des Wägegutes
durch ein seitliches Ausweichen des Gehänges korrigiert wird, führt die
Fehlpositionierung zu einem Pendeln des Lastaufnehmers, das nur
langsam abklingt und dadurch die Wägezeit verlängert.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren der
eingangs genannten Art anzugeben, mit deren/dessen Hilfe eine exakte Positionierung
des Wägegutes
auf dem Lastaufnehmer der Waage möglich ist.
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Erfindungsgemäß wird dies
für die
Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch erreicht,
- – dass
die Vorrichtung einen zweiten, feststehenden oder beweglichen Wägegutträger mit
einer Zentrierhilfe aufweist,
- – dass
die Vorrichtung mindestens zwei Kraftmesszellen oder Momentenaufnehmer
zur Bestimmung der Lage des Schwerpunktes des Wägegutes auf dem zweiten Wägegutträger aufweist
- – und
dass die Vorrichtung Rechen- und Steuermittel aufweist, die aus
der Abweichung der Lage des Schwerpunktes des Wägegutes auf dem zweiten Wägegutträger von
seiner Solllage die Verfahrbewegung des ersten und gegebenenfalls auch
des zweiten Wägegutträgers so
errechnet und steuert, dass das Wägegut die exakte Solllage auf
dem Lastaufnehmer erreicht.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist dadurch gekennzeichnet,
- – dass das
Wägegut
unter Benutzung einer Zentrierhilfe näherungsweise in einer vorgegebenen Solllage
auf einen zweiten Wägegutträger aufgesetzt
wird,
- – dass
die Lage des Schwerpunktes des Wägegutes
relativ zum zweiten Wägegutträger bestimmt und
dessen Abweichung von der Solllage berechnet wird,
- – dass
das Wägegut
vom zweiten Wägegutträger auf
den ersten Wägegutträger übergeben
wird,
- – dass
das Wägegut
vom ersten Wägegutträger zum
Lastaufnehmer der Waage transportiert wird
- – und
dass die ermittelte Abweichung der Lage des Schwerpunktes durch
eine Korrektur der Bewegung des ersten und/oder des zweiten Wägegutträgers ausgeglichen
wird, sodass das Wägegut
auf dem Lastaufnehmer der Waage in seiner exakten Solllage abgesetzt
wird.
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Durch
die Zentrierhilfe, die zum Beispiel eine visuelle Zentrierhilfe
oder eine mechanische Zentrierhilfe sein kann und die auf die geometrische
Form des Wägegutes
abgestimmt ist, ist eine erste Kontrolle der Lage des Wägegutes
beim Absetzen möglich; dadurch
ist bereits eine Genauigkeit von zum Beispiel +/- 1 mm erzielbar.
Durch die Messung der Lage des Schwerpunktes – zum Beispiel auf 0,03 mm
genau – ist
die Abweichung der Lage des Schwerpunktes vom Sollwert bekannt und
kann durch die Steuerung der Bewegung des/der beweglichen Wägegutträger(s) bei
der Übergabe
des Wägegutes
entsprechend korrigiert werden. Bei entsprechend stabiler Lagerung
des/der beweglichen Wägegutträger(s) und
entsprechend exakter Steuerung der Bewegung lässt sich dadurch das Wägegut auf
zum Beispiel +/- 0,05 mm genau auf den Lastaufnehmer der Waage transportieren.
Dadurch wird eine hohe Positioniergenauigkeit erreicht, unabhängig vom
Geschick des Bedieners.
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Die
Messung der Lage des Schwerpunktes eines Objektes durch mehrere
Kraftmesszellen ist an sich bekannt, zum Beispiel aus der
DE 197 43 832 A1 .
Dort ist jedoch keinerlei Hinweis darauf enthalten, die Schwerpunktsbestimmung
für die
Beschickung einer Waage einzusetzen.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen
erläutert.
Dabei zeigt:
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1 eine Übersicht über die
wesentlichen Teile der Vorrichtung,
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2 den
zweiten Wägegutträger in einer ersten
Ausgestaltung und die drei Kraftmesszellen zur Schwerpunktsbestimmung
in abgesenkter Position,
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3 die
Teile aus 2 mit den drei Kraftmesszellen
zur Schwerpunktsbestimmung in angehobener Position,
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4 die
Vorrichtung mit vorgefahrenem zweiten Wägegutträger,
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5 den
zweiten Wägegutträger in einer zweiten
Ausgestaltung in der Darstellungsweise wie in 3
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6 den
Wägegutträger aus 5 mit
einer Zwischenplatte und
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7 die
Teile aus 6 zusammen mit aufgesetzten
Gewichtsstücken.
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Die
in 1 in perspektivischer Darstellung gezeigte beispielhafte
Ausgestaltung der Vorrichtung ist auf einer Grundplatte 1 aufgebaut.
Der Lastaufnehmer 2 der Waage ist als unterschaliges Gehänge ausgeführt und über Ausgleichsgelenke
am Punkt 3 am – nicht
dargestellten – Wägeaufnehmer
angekoppelt. Weiter weist die Vorrichtung einen ersten Wägegutträger 4 auf,
der durch nicht gezeichnete Hilfsmittel drehbar an der Grundplatte
gelagert ist und insgesamt acht Positionen für die Aufnahme von bis zu acht
Wägegütern aufweist.
Jede der Wägegutaufnahmen
besteht aus drei Bolzen 5, die auf ihrer Oberseite ballig
ausgebildet sind und deren Material auf das Material des Wägegutes
abgestimmt ist. Durch die ballige Ausführung der Bolzen kann sowohl
Wägegut
mit ebener Unterseite als auch Wägegut
mit balliger Unterseite aufgenommen werden, ohne dass das Wägegut an
scharfen Kanten aufliegt und dadurch die Gefahr einer Beschädigung besteht.
Ein beispielhaftes Wägegut 6 in
Form eines zylindrischen Gewichtsstückes ist in 1 eingezeichnet,
während die
anderen möglichen
Positionen zur Aufnahme von Wägegut
leer gezeichnet sind. Zum Transport des Wägeguts 6 auf den Lastaufnehmer
wird der Wägegutträger 4 so
lange gedreht, bis das Wägegut über dem
Lastaufnehmer 2 der Waage zu stehen kommt, dann heben die
in 1 unter dem Lastaufnehmer verborgenen Bolzen der
Hubvorrichtung 8 das Wägegut
an, der Wägegutträger 4 wird
gedreht, bis sich das benachbarte Loch 9' im Wägegutträger 4 über dem
Lastaufnehmer 2 und damit unter dem Wägegut 6 befindet,
und anschließend
senkt die Hubvorrichtung 8 das Wägegut auf die Bolzen 7 des
Lastaufnehmers 2 ab. Einzelheiten der Hubvorrichtung 8 und der-
nicht gezeichneten – drehbaren
Lagerung des Wägegutträgers 4 sind
für die
Erfindung nicht wesentlich und können
von jedem Fachmann leicht entworfen werden.
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Zur
genauen Positionierung des Wägegutes auf
dem Wägegutträger 4 und
damit auch auf dem Lastaufnehmer 2 der Waage weist die
Vorrichtung nun einen zweiten Wägegutträger 10 auf,
der in 2 noch einmal alleine und aus einer anderen Blickrichtung
dargestellt ist. Auf dem Wägegutträger 10 sind
konzentrische Kreise als visuelle Zentrierhilfe 11 für Wägegut mit
kreisförmiger
Grundfläche
aufgezeichnet oder eingraviert. Der Benutzer setzt das Wägegut möglichst
zentrisch auf den Wägegutträger 10 auf,
wobei ihn die Kreise der Zentrierhilfe unterstützen. Anschließend wird
von der Vorrichtung die Lage des Schwerpunktes des Wägegutes
bestimmt. Dazu weist die Vorrichtung drei Kraftmesszellen 12 auf,
die vertikal beweglich sind (motorische oder manuelle Hubvorrichtung 13);
in den 1 und 2 sind die Kraftmesszellen 12 in
ihrer abgesenkten Lage dargestellt, in 3 in ihrer
oberen Lage. In dieser, in 3 dargestellten,
oberen Lage heben die drei Bolzen 14 an den drei Kraftmesszellen 12 das Wägegut vom
Wägegutträger 10 ab
und übertragen die
Gewichtskraft des Wägegutes
auf die drei Kraftmesszellen 12. Die drei Bolzen 14 sind
dabei wieder mit balliger Oberseite ausgeführt, um sowohl Wägegut mit
ebener Unterfläche
als auch Wägegut
mit balliger Unterfläche
aufnehmen zu können.
Aus den Anteilen der Gewichtskraft, mit denen die drei Kraftmesszellen
belastet sind, kann in bekannter Weise die Lage des Schwerpunktes
des Wägegutes
bestimmt werden; befindet sich der Schwerpunkt zum Beispiel genau
in einer vertikalen Linie mittig zwischen den drei Bolzen 14 in
seiner Solllage, so werden alle drei Kraftmesszellen gleich belastet.
Nach erfolgter Schwerpunktsbestimmung wird die Hubvorrichtung 13 wieder
in ihre untere Lage zurückbewegt und
das Wägegut
liegt wieder auf dem Wägegutträger 10 auf. – In allen
Figuren ist kein Wägegut
auf dem Wägegutträger 10 eingezeichnet,
um die Details der Vorrichtung, die durch das Wägegut verdeckt würden, darstellen
zu können.
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Der
Wägegutträger 10 ist
nun durch eine Linearführung 15,
die vor allem in 1 und 4 erkennbar
ist, waagerecht beweglich. 4 entspricht dabei 1 mit
dem Unterschied, dass der Wägegutträger 10 in
den beiden Figuren im verschiedener Lage gezeichnet ist. Die Lage
des Wägegutträgers 10 in 1 ist
die Lage, in der der Schwerpunkt ermittelt wird, die Lage des Wägegutträgers 10 in 4 ist
die Lage, in der das Wägegut
vom Wägegutträger 10 auf
den Wägegutträger 4 übergeben
wird. Dazu ist eine weitere Hubvorrichtung 16 vorgesehen,
die mittels dreier Bolzen 17 das Wägegut vom Wägegutträger 10 anheben kann.
In dieser angehobenen Stellung kann der Wägegutträger 10 zurückbewegt
werden, und der Wägegutträger 4 kann
so gedreht werden, dass die in 4 mit 5' bezeichneten
drei Bolzen sich unter dem Wägegut
befinden. In dieser Stellung kann durch Absenken der Hubvorrichtung
das Wägegut
auf die Bolzen 5' und
damit auf den Wägegutträger 4 abgesenkt
werden. Aus dieser Stellung heraus kann dann das Wägegut in
der anfangs schon beschriebenen Weise zum Lastaufnehmer 2 der Waage
transportiert und dort abgesenkt werden. In den 1 und 4 ist
wiederum das Wägegut
weder auf dem Wägegutträger 10 noch
nach der Übergabe
auf den Wägegutträger 4 auf
der zugehörigen Position
eingezeichnet, um die Details der Vorrichtung nicht zu verdecken.
Eingezeichnet ist nur ein Wägegut 6 in
der benachbarten Position.
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Die
erfindungsgemäße Korrektur
der Lageabweichung des Schwerpunktes des Wägegutes beim Transport des
Wägegutes
vom Wägegutträger 10 zum
Lastaufnehmer 2 der Waage wird nun in der in den Figuren
gezeigten Ausgestaltungen nach x- und y-Richtung getrennt vorgenommen
(das x/y-Achsenkreuz ist in 4 eingezeichnet).
In y-Richtung erfolgt die Korrektur zum Beispiel dadurch, dass der Wägegutträger 10 etwas
mehr oder weniger verfahren wird, bevor das Wägegut mittels der Hubvorrichtung 16 übernommen
wird. Alternativ erreicht man denselben Effekt, wenn unmittelbar
nach der Schwerpunktsbestimmung (Stellung gemäß 3) der Wägegutträger 10 um
den Korrekturweg verfahren wird und beim Absenken der Hubvorrichtung 13 das
Wägegut
schon in seiner richtigen Solllage in y-Richtung auf den Wägegutträger 10 abgesenkt wird. – In x-Richtung
erfolgt die Korrektur, indem der Wägegutträger 4 vor dem Absenken
der Hubvorrichtung 16 mit dem Wägegut um den Korrekturweg mehr
oder weniger gedreht wird. Dadurch erreicht das Wägegut genau
seine Solllage auf den Bolzen 5' und dementsprechend auch seine
Solllage auf dem Lastaufnehmer der Waage. Alternativ ist es auch möglich, das
Wägegut
ohne Korrektur auf den Bolzen 5' abzusetzen und die gespeicherte
Abweichung von der Solllage in x-Richtung durch eine korrigierte
Lage des Wägegutträgers 4 bei
der Übergabe
vom Wägegutträger 4 auf
die Hubvorrichtung 8 zu korrigieren. Anschließend wird
dann das Wägegut
fehlerfrei auf den Lastaufnehmer 2 abgesetzt.
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Die
in den 1 bis 4 gezeigte Ausführungsform
mit drehbarem Wägegutträger 4 und
linear beweglichem Wägegutträger 10 ist
nur eine von mehreren möglichen.
Auch durch zwei linear in orthogonaler Richtung bewegliche Wägegutträger ist
eine entsprechende Lagekorrektur für das Wägegut möglich. Auch wenn der Transport
des Wägegutes
vom Wägegutträger 10 auf
den Lastaufnehmer 2 der Waage durch einen frei beweglichen
Arm eines Handhabungsgerätes
erfolgt, kann die bei der Schwerpunktsbestimmung ermittelte Korrektur
durch entsprechende Korrekturen im Programm des Handhabungsgerätes erfolgen.
In diesem Fall ist auch ein feststehender Wägegutträger 10 ausreichend.
Wichtig ist bei allen Ausführungsformen
der Mechanik zum Transport des Wägegutes,
dass diese Mechanik so gesteuert werden kann, dass die errechneten
Korrekturen für
die Bewegung des Wägegutes
durchgeführt
werden können.
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In 5 ist
noch einmal eine zweite Ausgestaltung des Wägegutträgers dargestellt. Die Darstellungsweise
entspricht der Darstellungsweise in 3, gleiche
Teile wie in 3 sind mit den gleichen Bezugszeichen
bezeichnet und werden nicht noch einmal erläutert. In 5 erkennt
man neben den Kreisen der visuellen Zentrierhilfe 11 einen
abnehmbaren Anschlag als mechanische Zentrierhilfe 18.
Je nach Form des Wägegutes
kann diese mechanische Zentrierhilfe vorteilhafter sein als die
visuelle Zentrierhilfe. Als Beispiel dafür ist in den 6 und 7 die
Wägung
von mehrteiligem Wägegut
auf einer Zwischenplatte 19 gezeigt. Die Zwischenplatte 19 ist
so groß,
dass sie die visuelle Zentrierhilfe 18 überragt und verdeckt. Die Zwischenplatte 19 wird daher
unter Zuhilfenahme der mechanischen Zentrierhilfe als Anschlag auf
den Wägegutträger 10' gelegt. Auf
der Zwischenplatte 19 sind wiederum Kreise als visuelle
Zentrierhilfe 11' angebracht,
im gezeichneten Beispiel für
die Positionierung eines 500 g-Gewichtsstückes, zweier 200 g-Gewichtsstücke und
eines 100 g-Gewichtsstückes.
Diese Kreise sind so verteilt, dass bei richtigem Absetzen sich
der Schwerpunkt der Gewichtsstückkombination
mittig über
der Zwischenplatte befindet. Die vier Gewichtsstücke werden zusammen mit der
Zwischenplatte 19 als Einheit von der Vorrichtung in der
schon beschriebenen Weise auf den Lastaufnehmer 2 der Waage
transportiert. Auf diese Weise können
zum Beispiel neben der gezeichneten Gewichtskombination auch die
Kombination von zwei 500 g-Gewichtsstücken auf einer Zwischenplatte
mit einem einzelnen 1 kg-Gewichtsstück (wegen der angenäherten Gewichtsgleichheit in
diesem Fall natürlich
auch auf einer Zwischenplatte) auf den verschiedenen Positionen
des Wägegutträgers 4 positioniert
und nacheinander auf der Waage gewogen und verglichen werden.
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Die
im Vorstehenden beschriebenen Lösungen
für runde
Wägegüter sind
nur Beispiele für
die wägegutspezifischen
Ausgestaltungen der Zentrierhilfen und der eventuell erforderlichen
Zwischenplatte. Für
andere Wägegüter lassen
sich entsprechend angepasste Lösungen
angeben.
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Die
Schwerpunktsbestimmung des Wägegutes
durch drei Kraftmesszellen erfolgt im beschriebenen Beispiel unterhalb
des Wägegutträgers 10 bzw. 10'. Es ist alternativ
jedoch auch möglich,
die drei Kraftmesszellen in die Hubvorrichtung 16 (siehe 1)
zu integrieren. In diesem Fall wird das Wägegut auf den Wägegutträger 10 bzw. 10' gestellt, durch diesen
bis zur Hubvorrichtung 16 verfahren, von der Hubvorrichtung 16 angehoben
und dabei die Lage des Schwerpunktes bestimmt, wieder auf den Wägegutträger 10 bzw. 10' abgesetzt,
durch den Wägegutträger 10 bzw. 10' um den Korrekturbetrag
in y-Richtung verfahren und wieder von der Hubvorrichtung 16 angehoben.
Das weitere Prozedere mit der Übergabe
auf den Wägegutträger 4 ist
dann wieder wie im beschriebenen Beispiel gemäß 1 bis 4.
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Die
Anordnung der drei Kraftmesszellen 12 zur Schwerpunktsbestimmung
ist in den Figuren parallel nebeneinander. Selbstverständlich ist
auch eine sternförmige
Anordnung möglich.
Auch kann eine der Kraftmesszellen durch eine Festpunktlagerung
für den
zugehörigen
Bolzen 14 ersetzt werden, dann muss allerdings das Gewicht
des Wägegutes
bekannt sein. – Eine
Schwerpunktsbestimmung ist auch ohne Kraftmesszellen möglich, indem
die drei Bolzen 14 durch ein mittiges Kardangelenk federnd
gelagert werden und das aus der Abweichung der Lage des Schwerpunktes
resultierende Kippmoment in x- und y-Richtung gemessen wird (Momentenaufnehmer).
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- 1
- Grundplatte
- 2
- Lastaufnehmer
der Waage
- 3
- Koppelpunkt
zum Wägeaufnehmer
- 4
- Wägegutträger
- 5,
5'
- Bolzen
zur Wägegutaufnahme
am Wägegutträger 4
- 6
- Wägegut
- 7
- Bolzen
am Lastaufnehmer
- 8
- Hubvorrichtung
- 9,
9'
- Loch
im Wägegutträger 4
- 10,10'
- Wägegutträger
- 11,
11'
- Visuelle
Zentrierhilfe
- 12
- Kraftmesszellen
(zur Schwerpunktsbestimmung)
- 13
- Hubvorrichtung
für die
Kraftmesszellen 12
- 14
- Bolzen
zur Wägegutaufnahme
an den Kraftmesszellen 12
- 15
- Linearfährung des
Wägegutträgers 10
- 16
- Hubvorrichtung
- 17
- Bolzen
der Hubvorrichtung 16
- 18
- Mechanische
Zentrierhilfe
- 19
- Zwischenplatte