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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Rollenwaage, die als eine Ein- oder Mehrspurwaage ausgebildet ist, wobei die jeweilige Spur eine Wägezelle und eine auf der Wägezelle abgestützte, als Antriebsrolle ausgebildete Messrolle umfasst.
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Bei einer Rollenwaage werden die Wägegüter dynamisch gewogen, d. h. die Messungen werden vorgenommen, während sich das jeweilige Wägegut ohne Stopp über die jeweilige Messrolle hinweg bewegt. Da die jeweilige Messrolle und/oder eine Antriebswelle, über die die jeweilige Messrolle in Antriebsverbindung mit einer Antriebseinheit steht, üblicherweise eine Unwucht aufweist, treten hierbei in einem Wägesignal jedoch Störungen auf, die dem eigentlichen Gewichtssignal des jeweiligen Wägeguts überlagert sind. Dies führt zu einer reduzierten Messgenauigkeit.
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Um dies zu verhindern, werden in der Praxis die Messrollen und die Antriebswellen hochpräzise gefertigt und/oder vor Verwendung entsprechend ausgewuchtet. Diese Maßnahmen führen trotz hohen konstruktiven Aufwands nicht immer zu ausreichender Messgenauigkeit.
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Der vorliegenden Anmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, welches eine hohe Messgenauigkeit aufweist und bei vertretbarem konstruktiven Aufwand eine kostengünstige Unwuchtkompensation ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, und insbesondere dadurch, dass zur Korrektur einer Unwucht der Rollenwaage für die oder wenigstens eine der Messrollen ein jeweiliger Referenzverlauf eines drehpositionsabhängigen Referenzsignals wenigstens einer Leermessung und ein jeweiliger Wägeverlauf eines Wägesignals einer drehpositionsabhängigen Wägegutmessung ermittelt werden, und der jeweilige Wägeverlauf durch Vergleich mit dem jeweiligen Referenzverlauf korrigiert wird.
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Erfindungsgemäß wird also zumindest eine Messung ohne Wägegut vorgenommen. Da bei einer Messung ohne Wägegut lediglich die einer Unwucht der jeweiligen Messrolle und/oder der vorgenannten Antriebswelle entsprechende Störungen erfasst werden und da diese Störungen auch in einer Messung mit Wägegut enthalten sind, können die erfassten und damit bekannten Störungen aus der Messung mit Wägegut eliminiert werden. Hierzu ist es erforderlich, dass sowohl das Referenzsignal als auch das Wägesignal in Abhängigkeit von der Drehposition der jeweiligen Messrolle ermittelt werden. Das Referenzsignal und das Wägesignal sind also jeweils eine Funktion der Drehposition bzw. des Drehwinkels der jeweiligen Messrolle, und insbesondere der Drehgeschwindigkeit und/oder Drehwinkelbeschleunigung. Insbesondere basiert der Vergleich auf gleichen Drehpositionen des Referenzsignals und des Wägesignals, d. h. es wird immer der Wert des Wägesignals bei einer jeweiligen bestimmten Drehposition mit dem Wert des Referenzsignals bei der jeweiligen selben bestimmten Drehposition verglichen. Der Referenzverlauf und der Wägeverlauf sind für den Vergleich dann phasengleich ausgerichtet, d. h. es existiert bezüglich der Drehposition bzw. des Drehwinkels der jeweiligen Messrolle keine Phasenverschiebung zwischen dem Referenzverlauf und dem Wägeverlauf.
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Insbesondere ist das Referenzsignal und/oder das Wägesignal jeweils als ein diskretes Signal, insbesondere als ein zeit- und/oder drehwinkeldiskretes Signal, ausgebildet. Insbesondere für den Fall, dass nicht zu einem jeden ermittelten Wägesignalwert auch ein entsprechender, derselben Drehposition zugeordneter Referenzsignalwert vorhanden ist, können diskrete Referenzwerte aus diskreten Referenzsignalwerten des jeweiligen Referenzsignals bzw. -verlaufs ermittelt, insbesondere berechnet, beispielsweise approximiert und/oder interpoliert, und dem jeweiligen Referenzsignal bzw. -verlauf als diskrete Referenzsignalwerte hinzugefügt werden. Beispielsweise können die Wägesignalwerte mit einem zeitlichen Abstand von 1 ms ermittelt werden.
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Insbesondere entspricht der Referenzverlauf zumindest einer ganzen Umdrehung der jeweiligen Messrolle, d. h. das Referenzsignal läuft von einem Drehwinkel von 0 bis zumindest 2 π, bevorzugt genau 2 π. Vorzugsweise wird der Referenzverlauf und/oder der Wägeverlauf bei konstanter Drehgeschwindigkeit der jeweiligen Messrolle bzw. der Antriebswelle ermittelt. Damit der jeweilige Referenzverlauf für einen Vergleich mit dem jeweiligen Wägeverlauf zur Verfügung stehen kann, ist es bevorzugt, wenn der jeweilige Referenzverlauf, gegebenenfalls negiert, in einer Speichereinrichtung hinterlegt wird. Bei der Speichereinrichtung kann es sich um eine Vielzahl von Einzelspeichern handeln, wobei dann bevorzugt jeder Messrolle ein eigener Einzelspeicher zugeordnet ist.
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Insbesondere wird ein auf dem Referenzsignal basierendes Korrektursignal von dem Wägesignal subtrahiert oder zu dem Wägesignal addiert. Bei dem Korrektursignal kann es sich um das ggf. negierte Referenzsignal oder einen Teil hiervon handeln. Darüber hinaus kann es sich bei dem Korrektursignal aber auch um das periodisch fortgesetzte ggf. negierte Referenzsignal oder einen Teil hiervon handeln. Die Länge des entsprechenden Korrekturverlaufs kann also 2 π betragen, wird in der Regel aber kürzer oder länger als 2 π sein. Insbesondere ist diese Länge abhängig von der Länge des jeweiligen Wägeverlaufs und damit von der Länge des jeweiligen Wägeguts. Das Korrektursignal wird subtrahiert, wenn das Vorzeichen des Korrektursignals dem Vorzeichen des Referenzsignals entspricht, und es wird addiert, wenn das Korrektursignal gegenüber dem Referenzsignal negiert ist. Die Subtraktion bzw. die Addition kann im Orts- oder im Frequenzraum erfolgen, d. h. unter der Subtraktion bzw. der Addition ist auch zu verstehen, dass die Fourier-Transformierten des ortsdargestellten Korrektursignals und des ortsdargestellten Wägesignals voneinander subtrahiert bzw. miteinander addiert werden.
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Vorzugsweise basiert die Ermittlung des Referenzverlaufs des Referenzsignals auf mehreren Leermessungen. Dabei ist es bevorzugt, wenn das Referenzsignal einem aus den mehreren Leermessungen gemittelten Signal entspricht. Zur Mittelung werden die Signale der Leermessungen phasengleich ausgerichtet. Hierdurch können die durch Unwucht hervorgerufenen Störungen besonders genau erfasst werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die mehreren Leermessungen auf mehreren aufeinander folgenden Umdrehungen der jeweiligen Messrolle basieren.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird für jede der Messrollen ein jeweiliger Referenzverlauf ermittelt und eine jeweilige Korrektur vorgenommen. Dies ist insbesondere deshalb von Vorteil, da die Unwuchten unterschiedlicher Messrollen üblicherweise voneinander verschieden sind. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, dass lediglich ein Referenzverlauf ermittelt wird und dieser Referenzverlauf für sämtliche Messrollen verwendet wird. Dies ist insbesondere dann denkbar, wenn die Störungen in erster Linie durch die Unwucht einer Antriebswelle ausgelöst werden.
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Da das jeweilige Referenzsignal in der Regel zumindest geringfügig von der jeweiligen Rotationsgeschwindigkeit der Messrolle bzw. der Antriebswelle abhängig ist, ist es bevorzugt, wenn die jeweilige Messrolle bei der Ermittlung des jeweiligen Wägeverlaufs mit derselben Rotationsgeschwindigkeit betrieben wird, wie bei der Ermittlung des jeweiligen Referenzverlaufs.
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Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung werden für die oder wenigstens eine der Messrollen jeweils mehrere derartige Referenzverläufe ermittelt, die unterschiedlichen Betriebsparametersätzen, insbesondere unterschiedlichen Rotationsgeschwindigkeiten der jeweiligen Messrolle, zugeordnet sind. Zur Unwuchtkompensation eines Wägeverlaufs kann dann derjenige Referenzverlauf verwendet werden, dessen zugeordneter Betriebsparametersatz dem dem jeweiligen Wägeverlauf zugeordneten Betriebsparametersatz entspricht oder am nächsten kommt.
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Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass – bevor der Vergleich erfolgt – das Referenzsignal oder ein darauf basierendes Korrektursignal korrigiert wird. Insbesondere kann ein ermittelter Referenzverlauf, der einem vorgegebenen Betriebsparametersatz zugeordnet ist, angepasst werden, wenn die Rollenwaage mit einem anderen Betriebsparametersatz betrieben wird. Wird ein Wägeverlauf beispielsweise bei einer Rotationsgeschwindigkeit ermittelt, der nicht exakt der Rotationsgeschwindigkeit eines bekannten Referenzverlaufs entspricht, kann der für den jeweiligen Wägeverlauf zu verwendende Referenzverlauf aus dem bekannten Referenzverlauf ermittelt werden. Eine derartige Anpassung kann aber auch dann erforderlich sein, wenn sich bei gleichbleibenden Betriebsparametersatz ein Referenzverlauf mit der Zeit verändert.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Rollenwaage, die als eine Ein- oder Mehrspurwaage ausgebildet ist, wobei die jeweilige Spur eine Wägezelle und eine auf der Wägezelle abgestützte, als Antriebsrolle ausgebildete Messrolle umfasst, mit einer Antriebseinheit, einer Antriebswelle, über die die jeweilige Messrolle in Antriebsverbindung mit der Antriebseinheit steht, einer Einrichtung zur Erfassung der Drehposition der oder wenigstens einer der Messrollen und einer Signalverarbeitungseinrichtung, wobei zur Korrektur einer Unwucht der Rollenwaage die Signalverarbeitungseinrichtung dazu ausgebildet ist, für die oder wenigstens eine der Messrollen einen jeweiligen Referenzverlauf eines drehpositionsabhängigen Referenzsignals wenigstens einer Leermessung und einen jeweiligen Wägeverlauf eines Wägesignals einer drehpositionsabhängigen Wägegutmessung zu ermitteln, und den jeweiligen Wägeverlauf durch Vergleich mit dem jeweiligen Referenzverlauf zu korrigieren.
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Die Positionserkennungseinrichtung kann als Inkrementalgeber bzw. Drehimpulsgeber der Antriebseinheit, der Antriebswelle oder der jeweiligen Messrolle ausgebildet sein. Bevorzugt umfasst die Rollenwaage eine Speichereinrichtung, wie sie vorstehend erläutert ist, und/oder ist die Signalverarbeitungseinrichtung dazu ausgebildet, den jeweiligen Referenzverlauf in der Speichereinrichtung zu hinterlegen.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Rollenwaage ergeben sich in analoger Weise aus den bevorzugten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigen.
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1 eine zweispurige Rollenwaage gemäß der vorliegenden Erfindung,
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2 die Ermittlung eines Referenzverlaufs gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, und
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3 eine schematische Darstellung einer Verrechnung des Referenzverlaufs mit einem Wägeverlauf.
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Die in 1 dargestellte Waage ist zweispurig ausgebildet. Die erfindungsgemäße Waage kann aber auch nur eine Spur oder mehr als zwei Spuren umfassen. Jede Spur 11 umfasst eine Antriebsrolle 13, die über einen Lastaufnahmehalter 15 auf einer Wägezelle 17 abgestützt ist. Die beiden Antriebsrollen 13 der beiden Spuren werden von einer gemeinsamen Antriebswelle 19 angetrieben, die ihrerseits wiederum von einem Motor 21 angetrieben wird.
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Die dargestellte Mehrspurwaage erlaubt, Wägegüter parallel zu verwiegen, d. h. mehrere Wägegüter nebeneinander und gleichzeitig. Hierzu sind auf Höhe der Antriebsrollen 13 jeweils ein nicht dargestelltes Zuführ- und ein nicht dargestelltes Abführband angeordnet, um eine definierte Wägeebene bereitzustellen, entlang der die Wägegüter transportiert werden. Die Transportrichtung der Wägegüter verläuft senkrecht zur Zeichenebene.
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Bei der gezeigten Mehrspurwaage handelt es sich um eine integrierende Waage, bei der das Gewicht der Wägegüter durch zeitliche Integration der Messsignale der Wägezellen ermittelt wird. Dabei wirkt das Gewicht der Wägegüter niemals vollständig auf die Wägezellen 17, sondern die Wägegüter liegen bei ihrem Transport über die Mehrspurwaage immer auch auf dem Zuführband und/oder dem Abführband auf. Bei den Antriebsrollen handelt es sich daher um Messrollen 13. Die Mehrspurwaage selbst besitzt keine Förderbänder.
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Die Mehrspurwaage kann beispielsweise als eine dynamische Kontrollwaage bzw. als ein Checkweigher eingesetzt werden, die bzw. der innerhalb von Produktionsprozessen zur Produktinspektion oder Gewichtskontrolle verwendet wird, zum Beispiel zur Überprüfung von Füll- oder Verpackungsvorgängen. Die dabei gewonnenen Daten können dann eine Grundlage für statistische Auswertungen zur Qualitätskontrolle bilden. Diese Daten können im Rahmen einer ”Inline”-Prozesskontrolle jedoch auch sofort ausgewertet werden, beispielsweise um eine Sortierung (insbesondere eine Aussonderung von Fehlgewichten) oder eine Anpassung einer Füll- oder Dosiermenge vorzunehmen. Dabei wird das Wägegut im Durchlauf gewogen, wie es eingangs erläutert ist.
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Da die Massen der Messrollen 13 jeweils und die Masse der Antriebswelle 19 nicht rotationssymmetrisch um ihre Drehachsen verteilt sind, besitzen die genannten Bauteile jeweils eine Unwucht. Diese Unwuchten führen zu Störungen, die einem jeweiligen Wägeverlauf 39 eines Wägesignals einer Messung eines Wägeguts (vgl. 3) überlagert sind. Das jeweilige Wägesignal weist daher einen Fehler auf, der in der Regel umso größer ist, je größer die jeweilige Unwucht ist.
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Zur Korrektur der Unwuchten ist den einzelnen Spuren 11 jeweils ein Kontrollspeicher 23 zugeordnet, in dem für die jeweilige Messrolle 13 ein Referenzverlauf 35 eines Referenzsignals (vgl. 2b) gespeichert ist, der aus einer Mittelung der Messverläufe 41 der Messsignale mehrerer Leermessungen der jeweiligen Spur 11 hervorgegangen ist (vgl. 2a), wobei in 2a lediglich zwei von mehreren Messverläufen 41 dargestellt sind. Bei einer Leermessung handelt es sich um eine Gewichtsmessung ohne Wägegut. Das Referenzsignal 35 entspricht daher der in einem Wägesignal einer Messung mit Wägegut enthaltenen, durch die Unwuchten hervorgerufenen Störung. Bei den genannten mehreren Leermessungen kann es sich insbesondere um die einer jeweiligen Umdrehung entsprechenden Teilmessungen einer mehrere aufeinander folgende Umdrehungen umfassenden Messung ohne Wägegut handeln.
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Das jeweilige Referenzsignal 35 und das jeweilige Wägesignal 39 sind jeweils von der Drehposition der jeweiligen Messrolle 13 abhängig. Zur Erkennung der Drehposition bzw. des Drehwinkels der Antriebswelle 19 bzw. der Messrollen 13 ist ein beispielsweise an der Antriebswelle 19 angeordneter Drehimpulsgeber 25 vorgesehen. Das Referenzsignal 35 erstreckt sich über einen Bereich von 0 bis 2 π. Das in 3 gezeigte Wägesignal 39 beispielsweise über einen Bereich von 0 bis ca. 3,75 π.
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Mittels des jeweiligen Referenzverlaufs 35 kann nun ein jeweiliger gestörter Wägeverlauf 39 einer jeweiligen Messrolle 13 störbereinigt werden. Hierzu wird zunächst die Länge des jeweiligen Referenzverlaufs 35 der Länge des jeweiligen Wägeverlaufs 39 angepasst. Erstreckt sich der jeweilige Wägeverlauf 39 über weniger als eine volle Umdrehung der jeweiligen Messrolle 13, wird der entsprechende Teilbereich des jeweiligen Referenzverlaufs 35 verwendet. In der Regel wird der Wägeverlauf 39 jedoch länger als 2 π sein, so dass als Korrekturverlauf 37 für den jeweiligen Wägeverlauf 39 ein entsprechend periodisch fortgesetzte Referenzsignal verwendet wird. Bei dem in 3 gewählten Beispiel erstreckt sich das Korrektursignal deshalb von 0 bis ca. 3,75 π. Um nun ein störbereinigtes Wägesignal zu erhalten, wird das jeweilige Korrektursignal von dem jeweiligen Wägesignal subtrahiert (vgl. 3).
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Bei der Ermittlung des jeweiligen Wägeverlaufs 39 wird die jeweilige Messrolle 13 mit derselben Rotationsgeschwindigkeit betrieben, wie bei der Ermittlung des jeweiligen Referenzverlaufs 35. Dies ist deshalb von Vorteil, da das Signal einer Messung, sei es mit oder ohne Wägegut, zumindest geringfügig von der jeweiligen Rotationsgeschwindigkeit, mit der die Rollenwaage bzw. die jeweilige Messrolle 13 betrieben wird, abhängig sein kann. Aus diesem Grund ist es auch sinnvoll, für die jeweilige Messrolle 13 mehrere Referenzverläufe 35 zu ermitteln, die unterschiedlichen Rotationsgeschwindigkeiten zugeordnet sind.
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Die Ermittlung der Referenzverläufe 35 und der Wägeverläufe 39 sowie die Korrektur eines jeweiligen Wägeverlaufs 39 durch einen jeweiligen zugeordneten Korrekturverlauf 37 erfolgt durch eine Signalverarbeitungseinrichtung 27. Die Signalverarbeitung kann digital und/oder analog erfolgen. Insbesondere ist es auch denkbar, dass das jeweilige Referenzsignal 35 digital gespeichert, danach analog gewandelt und analog mit einem jeweiligen Wägesignal 39 verrechnet wird.
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Darüber hinaus ist es zusätzlich möglich, das jeweilige Referenzsignal 35 vor der Verrechnung mit dem jeweiligen Wägesignal 39 durch ein Filter 29 zu korrigieren, beispielsweise in Betrag A und/oder Phase B. Dies kann z. B. dann sinnvoll sein, wenn sich die Störung aufgrund mechanischer Vorlast oder durch das Wägegut verändert und der belasteten Waage angepasst werden muss. Auch eine veränderte Rotationsgeschwindigkeit kann an dieser Stelle eine entsprechende Anpassung erfordern. Eine Phasenkorrektur ist in der Regel jedoch nicht erforderlich, da aufgrund des Drehimpulsgebers 25 grundsätzlich kein Phasenversatz auftreten kann.
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Anschließend wird das korrigierte Wägesignal mittels eines Filters 31 in einen Gewichtswert umgesetzt, der dann an einer Ausgabeeinheit 33 ausgegeben wird. Ein für die genannte Umsetzung notwendiges Filter 31 bzw. die hierfür notwendige Filterfunktion ist aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, so dass hierauf im Rahmen der vorliegenden Anmeldung nicht näher eingegangen werden muss.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht, die Unwucht einer Rollenwaage zu kompensieren und somit die Genauigkeit der von der Rollenwaage ermittelten Gewichtswerte zu erhöhen.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- Spur
- 13
- Mess- und Antriebsrolle
- 15
- Lastaufnahmehalter
- 17
- Wägezelle
- 19
- Antriebswelle
- 21
- Motor
- 23
- Kontrollspeicher
- 25
- Drehimpulsgeber
- 27
- Signalverarbeitungseinrichtung
- 29
- Filter
- 31
- Filter
- 33
- Ausgabeeinheit
- 35
- Referenzverlauf
- 37
- Korrekturverlauf
- 39
- Wägeverlauf
- 41
- Messverlauf
