DE1803372C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Masse einer Reihe von Gegenständen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft zum einen ein Verfahren zum Messen der Masse einer Reihe von Gegenständen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung und zum andere.! eine entsprechende Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 3 angegebenen Gattung.

Im Rahmen des Dosierens und/oder Verpackens von

Gütern besteht das Bedürfnis zur Feststellung der Masse oder des Gewichts, und insbesondere der Gewichtskontrolle, Gewichtsaufzeichnung, Gewichtsüberwachung und/oder Steuerung der Gewichtsentwicklung aufeinanderfolgend gefüllter oder geformter Gegenstände, wie z.B. mit Pulver gefüllter Kartons, Margarinewürfel, Behälter mit flüssigen oder teilchenförmigem Material oder irgendwelchen anderen verpackten oder in Einheiten hergestellten Waren, welche auf einem Fließband als eine Reihe von Abstände voneinander aufweisenden Einheiten verpackt werden.

Es ist zwar bekannt, daß eine mit Strahlenabsorption arbeitende Meßeinrichtung für verschiedene Aufgaben der Dichtemessung bei Industriewaagen angewendet werden kann; es ist jedoch eine solche Einrichtung zur Durchführung genauer Gewichtsmessungen nicht benutzt worden, weil im allgemeinen angenommen wird, daß die der Einrichtung anhaftenden Mängel, beispielsweise hinsichtlich des Zerfalls der Strahlungsquelle und der Temperaturabhängigkeit des Anzeigegerätes, die Vorteile wieder aufgehoben werden, die möglicherweise durch die Einrichtung erzielt werden können.

Bekannt sind Verfahren, die im Wege einer Strahlungsabsorption arbeiten, und zwar im Hinblick auf industrielle Gewichtsfeststellungen, im Rahmen der Zigarettenindustrie bzw. der zugehörigen Anlagen. Dabei gibt üblicherweise eine Strahlungsquelle sine Strahlung ab, die durch den Gegenstand hindurchgeführt wird: dabei ist die Messung der empfangenen Strahlung proportional zu der Dichte des von der Strahlung durchdrungenen Gegenstandes und damvt proportional zu dem Gewicht dieses Gegenstandes. Di« Praxis zeigt jedoch, daß die Strahlungsquelle fortschreitend verschmutzt und damit die Leistung des Absorptionsdetektors in zunehmender Weise abfällt. Diese Schwierigkeit wird deshalb durch die Verwendung einer zweiten Strahlungsquelle zu Vergleichszwecken oder durch eine vergleichende Messung im Hinblick auf einen separaten Strahl, der auf einen »Standardgegenstand« gerichtet ist, überwunden. Diese zusätzliche Ausbildung macht jedoch einen erheblich vergrößerten Konstruktionsaufwand erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zur Durchführung der Messung der Masse einer Reihe von Gegenständen der eingangs hinsichtlich ihrer Gattungen näher bezeichneten Art anzugeben, mit deren Hilfe die vorstehend angegebene Problematik gelöst werden kann. In verfahrenstechnischer Hinsicht wird diese Aufgabenstellung durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale und in vorrichtungstechnischer Hinsicht durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 3 angegebenen Merkmale gelöst.

Es wird somit im Rahmen der Erfindung ein fortlaufender Vergleich der Messung unter Berücksichtigung der zwischen den einzelnen Gegenständen vorgesehenen Abstandsmoduln vorgesehen. Somit besteht also keine Notwendigkeit zur Vorsehung irgendeiner besonderen Einrichtung, wie beispielsweise einer zweiten Strahlungsquelle oder eines »Standardgegenstandes«. Beachtenswert ist, daß das angestrebte Ziel deshalb erreicht werden kann, weil trotz des Umstandes, daß die Abstandsmoduln, die normalerweise in der Fülleinrichtung vor der Einführung in die Wiegeeinrichtung vorhanden sind, keine exakte Dichte besitzen, infolge der fortlaufenden Durchschnittswertbildung über der Reihe der Abstandsmoduln ein Standardvergleichssignal erreicht wird. Somit wird also

immer dann, wenn eine Reihe von Gegenständen durch den Strahl hindurchtritt ein Standardsignal erreicht, wobei mit demselben Strahlungsstrahl gearbeitet wird. Dies geschieht dabei nicht nur unter Verwendung von weniger besonderen Einrichtungen als bisher, sondern s darüber hinaus ist das Ergebnis auch genauer, da Vergleiche unter Verwendung desselben Strahlungsstrahls durchgeführt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörige Vorrichtung können so betrieben werden, daß der genannte Durchschnittswert dadurch erhalten wird, daß die Signale wenigstens der letzten drei unmittelbar vor dem zu messenden Gegenstand abgetasteten Abstandsmoduln auf einen Mittelwert gebracht werden. In der Praxis wird in der Regel wohl die Ermittlung des Durchschnittswertes am besten über etwa zehn oder mehr Abstandsmoduln erstreckt werden. Es besteht somit die Möglichkeit, die Vorrichtung in einfacher und wirksamer Weise kontinuierlich einzuregulieren, um so der Auswirkung des Zerfalls der Strahlungsquelle und den Veränderungen der Ansprechfähigkeit des Anzeigegerätes entgegenzuwirken.

Die Abstandsmoduln können Blöcke aus festem Material, wie z. B. Metall, wie beispielsweise Aluminium, und zwischen den Gegenständen angeordnet sein, und sollten vorzugsweise eine Absorptionscharakteristik in ähnlicher Größenordnung wie die zu messenden Gegenstände aufweisen. Dieses letzte Merkmal zielt darauf ab, eine größere Genauigkeit der Messung zu liefern und ermöglicht eine einfachere Ermittlung von grobfehlerhaft gemessenen Gegenständen und macht es dadurch leichter, solche Gegenstände abzuweisen, "alls das erwünscht ist Es ist jedoch nicht immer erforderlich, Blöcke aus festem Material als Abstandsmoduln zu benutzen; in einigen Fällen ist es auch möglich, unter Benutzung von Abstandsmodu'n zu arbeiten, die hauptsächlich oder vollständig durch Luftspalte zwischen den Gegenständen gebildet sind. Es sollte hier beachtet werden, daß in der Praxis viele volumetrisch arbeitende Füllmaschinen zwischen den zu füllenden Gegenständen Zwischenräume aufweisen, beispielsweise die vorstehend bereits erwähnten Aluminiumzwischenstücke, und daß diese Zwischenräume die Abstandsmoduln bilden können, die bei der vorliegenden Erfindung Verwendung finden. Es besteht somit also auch die Möglichkeit, solche volumetrisch arbeitende Füllmaschinen leicht auf Gewichtssteuerung umzuändern.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrich- so tung sind aus den Ansprüchen 2 bzw. 4 und 5 zu ersehen.

Durch die zur Weiterbildung vorsehbare vorher eingestellte Spannungsquelle und deren besondere Anordnung können Veränderungen der Abmessungen oder der Absorptionscharakteristiken der Abstandsmoduln oder der Gegenstände berücksichtigt werden und kann jeder gewünschte Wert einer Nullabweichung im Ausgangssignal erhalten werden.

Generell ist zu beachten, daß in den meisten Fällen die Relativbewegung zwischen den Gegenständen und eo der Strahlungsquelle sowie dem Anzeigegerät zwar durch Bewegung der Gegenstände erzeugt wird, daß dies jedoch nicht wesentlich ist und es in einigen Fällen vorzuziehen ist, eine Reihe von stationären Gegenständen durch eine sich bewegende Strahlungsquelle und μ ebensolches Anzeigegerät abzutasten.

An Hand der nun folgenden Beschreibung des in der schematischen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung wird diese näher erläutert

Wie in der Zeichnung dargestellt ist wird eine Reihe von offenen Paketen 1 mit konstanter Geschwindigkeit an einer volumetrisch arbeitenden Füllvorrichtung 2 vorbeibewegt durch welche sie mit einem Pulver bis zu einem konstanten Nennvolumeu gefüllt werden. Die Pakste 1 werden durch Zwischenstücke 3 in Form von Aluminiumblöcken getrennt welche außerdem dazu dienen, fehlerhaft geleitetes Pulver aus dem Raum zwischen den Paketen abzulenken. In dieser Weise entspricht die Vorrichtung der üblichen Bauart

Um das Gewicht der Pakete zu prüfen, die Füllgeschwindigkeit der Abfüllvorrichtung 2 in Abhängigkeit vom Gewicht zu steuern und Pakete mit Untergewicht auszuscheiden, ist ein mit Strahlung arbeitendes Gewichtsmeß- und -steuersystem vorgeseher,.

Das System umfaßt eine Gammastrahlenquelle g, welche so angeordnet ist daß sie einen gerichteten Strahl der Gammastrahlung auf ein Anzeigegerät in Form eines synthetischen Kristalls und eines zugeordneten Sekundärelektronenvervielfachers ρ wirft. Das Ausgangssignal des Sekundärelektronenvervielfachers, welches von der Absorptionscharakteristik der Gegenstände abhängig ist welche sich durch den Strahl bewegen und diesen schwächen, wird dann mit der erforderlichen Behandlung des Signals, welche später näher erläutert wird, längs der durch Pfeilspitzen angezeigten Bahn geleitet. Es gibt im wesentlichen zwei Bahnen, deren erste durch einfache und dann doppelte Pfeilspitzen angedeutet wird und welche eine Rückführschleife zur Steuerung der Füllvorrichtung 2 über ein Steuergerät b bildet und deren zweite im gemeinsamen Bereich mit der ersten Bahn durch einfache und dann durch dreifache Pfeilspitzen gekennzeichnet ist und eine Rückführschleife zum Ausstoßen von Untergewicht aufweisenden Packungen durch einen Auswerfmechanismus rbildet.

Wenn nun das besondere hier angewandte Verfahren zur Verarbeitung des Signals erläutert wird, ist zu berücksichtigen, daß entsprechend der vorliegenden Erfindung die Vorrichtung dazu dienen soll, das einem jeden Paket zugeordnete Signal mit einem Durchschnittswert zu vergleichen, welcher aus den Signalen erhalten wird, welche den Abstandsblöcken, d. h. den Abstandsmoduln, zugeordnet sind.

Das durch den Sekundärelektronenvervielfacher erzeugte Signal wird einem Strom / von Io e-*"" gleich sein, wobei Io die Anzahl der Zählungen pro Sekunde ist welche von der Strahlungsquelle bei Abwesenheit eines Strahlungsabsorbers geliefert werden, μ der Absorptionskoeffizient des Materials, durch welches der Strahl hindurchtritt und ni die Masse dieses Materials. Zu gewissen Zeiten wird das Signal / durch die Masse und die Absorptionscharakteristik der Blöcke und zu anderen Zeiten durch die Masse und Absorptionscharakteristik des zu messenden Materials bestimmt. Dies ergibt zwei getrennte Ausdrücke:

Ib = Ioe~i'i>^w>>_l wobei b die den Blöcken zugeordneten

Werte kennzeichnet und Ip — Io e -M»"¹*, wobei ρ die.den Paketen zugeordneten

Werte bezeichnet.

Aus diesen beiden Ausdrucken kann der Betrag Io eliminiert werden und man erhält so einen Wert für m, welcher unabhängig von Veränderungen der Intensität der Strahlungsquelle und der Ansprechfähigkeit des Anzeigegerätes ist. Dieser Wert kann dargestellt

werden durch

m = (log/6-log/ρ+ Κ_{)Κ₂,

wobei Kt und K₂ zwei Konstanten sind, welche von den bekannten Werten der Ausgangsgleichungen abhängen, d. h. der Masse und Absorptionscharakteristik eines durchschnittlichen Abstandsblocks und der Absorptionscharakteristik des zu wiegenden Materials.

Wie wiederum aus der Zeichnung ersichtlich ist, wird das Signal aus dem Sekundärelektronenvervielfacher p, welches eine negative Wellenform aufweisen wird, die abwechselnd der der Masse der Abstandsblöcke bzw. Pakete entsprechenden Absorption entsprechen wird, einem Glättungsfilter / zugeführt. In diesem Filter werden auf Lärm zurückzuführende Hochfrequenzveränderungen geglättet und das Signal wird dann an den Verstärker a weitergeleitet, wo das Signal verstärkt und dann in eine positive Wellenform umgewandelt wird.

Das Signal wird dann an einen logarithniierenden Verstärker 1 weitergeleitet, welcher einfach ein Arbeitsverstärker mit festem Zustand sein kann, der eine eine logarithmische Funktion erzeugende Rückkopplung aufweist, wobei der Logarithmus der den Paketen bzw. Abstandsblöcken entsprechenden Signale erzeugt wird.

Die logarithmierten Signale werden dann in einen Kreis eingespeist, welcher die Durchschnittswerte der Abstandsblock-Signale enthält und sie von dem einem jedem Paket entsprechenden Signal subtrahiert.

Dieser Kreis umfaßt einen Speicherkondensator C mit geringem Verlust, einen Ladewiderstand R, einen Quecksilberschalter Q und eine voreingestellte Spannungsquelle V. Der Schalter Q wird über eine Synchronisationseinheit s in Abhängigkeit von einem rotierenden Nocken gesteuert, welcher direkt mit der Fördervorrichtung für die Pakete gekuppelt ist, wobei die Steuerung das Schließen des Schalters jeweils dann bewirkt, wenn ein Abstandsblock durch den Meßstrahl wandert.

Der Wert der voreingestellten Spannungsquelle V und die Zeitkonstante des Ä-C-GIiedes sind so gewählt, daß während der geschlossenen Perioden des Schalters ζ) der Durchschnittswert des logarithmischen Abstandsblock-Signals als Spannung am Kondensator C auftritt. Während des Auftretens eines jeden Paket-Signals wird dann von diesem logarithmischen Paket-Signal jeweils das durchschnittliche Abstandsblock-Signal abgezogen, wenn das Paket-Signal durch den Kreis zur nächsten Stufe läuft, d.h. bis zu dem Punkt, welcher in der Zeichnung mit Xgekennzeichnet.

Am Punkt X wird das Signal nun repräsentativ für das Paketgewicht pro Längeneinheit zu den entsprechenden Zeiten sein und wird längs zweier Bahnen geleitet, deren eine (doppelte Pfeilspitze) zur Steuerung der. Abfüllvorrichtung 2 und deren andere (dreifache Pfeilspitze) zur Gewichtsprüfung und zur Betätigung der Auswerfvorrichtung rführt.

Längs der ersten dieser Bahnen, wie durch doppelte Pfeilspitze angedeutet ist, wird das Signal zu einer

Einheit t zur Ermittlung der Gewichtsentwicklung geführt, wo ein der Gewichisentwicklung der Pakete entsprechendes Signal erhalten wird und wird dann über das Steuergerät b, in welchem die Gewichtsentwicklung mit einem vorgegebenen Wert verglichen wird, an das Abfüilgerät 2 geleitet, um das Füllgerät in Abhängigkeit von der Gewichtsentwicklung zu steuern. In der Einheit zur Ermittlung der Gewichtsentwicklung wird der Durchschnitt des Gewichtssignals vom Punkt X erzeugt, während ein Signal von der Synchronisationseinheit s sicherstellt, daß die Einheit während der Intervalle, während welcher die Abstandsblöcke vorbeilaufen, unwirksam ist. Zusätzlich wird ein Gerät u zur Ermittlung leerer Pakete zwischen den Ausgang des Verstärkers a und die Einheit t zur Ermittlung der Gewichtsentwicklung eingeschaltet, um sicherzustellen, daß Pakete mit grobem Untergewicht oder leere Pakete nicht die Ermittlung des Durchschnittswertes der Paketgewichte beeinflussen und damit die Steuerung der Maschine.

Das Signal für Pakete mit richtigem Gewicht am Punkt X wird außerdem in eine Gewichtskontrolleinheit w eingespeist. Diese Einheit w verarbeitet das Signal für das Pakelgewicht während der Durchlaufzeit des Paketes durch den Gammastrahl, um einen Wert für das Gesamtgewicht eines jeden Pakets zu erhalten, und vergleicht das Gesamtgewicht mit einem vorgegebenen Wert, um ein positives oder negatives Signal in Abhängigkeit davon zu erhalten, ob das Paket Überoder Untergewicht aufweist. Diese Funktion wird durch ein Signal aus der Synchronisiereinheit s in Abhängigkeit von den Zeitverhältnissen beim Durchlauf der Abstandsblöcke bzw. der Pakete gesteuert, so daß die Gewichtsermittlungseinheit w veranlaßt wird

1. das Signal von X während der Intervalle des Abstandsblock-Durchlaufs unbeachtet zu lassen,

2. das Gewicht während der Paketdurchlaufintervalle zu summieren,

3. während einer Anfangsperiode des Abstandsblock-Durchlaufs den Gesamtgewichtswert an die nächste Stufe weiterzuleiten und

4. während des letzten Teils eines jeden Blockdurchlaufs die Einheit zur Ermittlung des Gesamtgewichtes auf Null zurückzustellen.

Das Signal von der Gewichtskontrolleinheit w kann dann, falls gewünscht, an eine mit Registrierstreifen

arbeitende Aufzeichnungseinheit weitergeleitet werden, sowie an eine Einheit d, welche die Pakete mit Untergewicht in Abhängigkeit von der Polarität des aus

der Einheit w erhaltenen Signals ermittelt und dadurch den Auswerfmechanismus rbetätigL

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Messen einer Reihe von Gegenständen, bei welchem die Gegenstände, s während sie durch Abstandsmoduln mit konstanter Strahlungsabsorptionscharakteristik in einem Abstand gehalten werden, dadurch abgetastet werden, daß sie relativ durch einen Strahl zwischen einer Strahlungsquelle und einem Anzeigegerät bewegt werden, so daß dieses Anzeigegerät den aufeinanderfolgenden Gegenständen und den Abstandsmoduln entsprechende Signale erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß das einem jeden Gegenstand entsprechende Signal mit dem Durchschnitts- wert einer Mehrzahl von Signalen verglichen wird, welche den vorher durch den Strahl abgetasteten Abstandsmoduln entsprechen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal des Gegenstandes mit dem Durchschnittswert dadurch verglichen wird, daß man den Logarithmus des einen von dem des anderen als Ausgangssignal abzieht, welches der Masse des Gegenstandes direkt proportional ist

3. Vorrichtung zum Messen der Massen einer Reihe von Gegenständen, bei welchem die zu messenden Gegenstände durch Abstandsmoduln von im wesentlichen konstanter Strahlungsabsorptionscharakteristik getrennt sind, wobei die Vorrichtung eine Strahlungsquelle und ein Anzeigegerät zur Erzeugung von Signalen umfaßt, welche von der Strahlungsabsorption der Gegenstände und der Abstandsmoduln abhängig sind, wenn diese durch aufeinanderfolgendes Hindurchwandern durch den zwischen der Strahlungsquelle und dem Anzeigegerät verlaufenden Strahl abgetastet werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Signalverarbeitungseinrichtung mit einem Ä-C-GIied vorgesehen ist, in welchem die den Abstandsmoduln (3) zugeordneten Signale so verarbeitet werden, daß sie über einen Ladewiderstand (R) auf einen Speicherkondensator (C) geleitet werden, um den Durchschnittswert als Spannung am Kondensator zu erhalten.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Schalteinrichtung (Q), um den Ladewiderstand (R) des R-C-Gliedes während des Abtastens eines Gegenstandes abzuschalten, um als Spannung am Speicherkondensator (C) die Differenz zwischen den Logarithmen des Gegenstandssignals und des Speicherwerts zu erhalten.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorher eingestellte Spannungsquelle (V) vorgesehen ist, welche so angeordnet ist, daß ihre Spannung der Spannung am Speicherkondensator (C) über den Ladewiderstand (R) hinzugefügt wird, während man diese Durchschnittsspannung erhält, um eine Eichung des Ausgangssignals zu ermöglichen.