DE2345100C3 - Dynamische Wägevorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine dynamische Wägevorrichtung für Gegenstände, die sich mit gegebenenfalls unterschiedlicher Geschwindigkeit über einen Meßwandler bewegen, der ein belastungsproportionales Signal liefert, mit einem Integrator für ein Meßwandlersignal und mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines, die Integrationsdauer vorgebenden Hilfssignals sowie mit einer Dividiereinrichtung, in der das Meßwandlersignal durch das Hilfssignal dividiert wird und deren Meßwandlersignal dem statischen Gewicht der Gegenstände proportional ist. Eine solche Wägevorrichtung ist aus der GB-PS 11 23 211 bekannt.

Bei der bekannten Wägevorrichtung, die vorzugsweise für Eisenbahnwaggons bestimmt ist, wird eine Zeitdauer für die Wägung vorgegeben, während der das Wandlerausgangssignal periodisch abgetastet wird, um Fehler zu verringern, hervorgerufen durch die Nichtübereinstimmung zwischen dem statischen Gewicht der Waggons und dem Mittelwert des Wandlerausgangssignals. Ein Restfehler verbleibt.

Bei einem vorgegebenen Integrationsintervall ist Vorbedingung für die Brauchbarkeit der Vorrichtung, daß der zu wiegende Gegenstand mindestens während dieser Integrationszeit die Waagenplattform oder, allgemeiner, den Wandler mit seinem statischen Gewicht belastet. Bewegt sich der Gegenstand zu schnell, so wird die Messung falsch.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wägevorrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen zu schaffen, bei der eine sehr schnelle Abfolge der einzelnen Wägevorgänge bei Gegenständen vergleichbarer Größe und vergleichbaren Gewichts möglich ist und trotzdem das statische Gewicht mit hoher Genauigkeit, etwa auf 1% genau, ermittelt werden kann. Unter schneller Abfolge soll dabei, um eine Größenordnung zu geben, etwa das Wiegen von fünf Gegenständen zu etwa 500 g oder das Wiegen von 50 Gegenständen zu etwa 1 g, jeweils in einer Sekunde, verstanden werden; daraus ergibt sich, daß der Gegenstand der Erfindung besonders für automatisch arbeitende Wiege-, Zähl-, Frankier- und ähnliche Anlagen bestimmt und geeignet sein soll.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Patentanspruch 1; die Unteransprüche kennzeichnen zweckmäßige Weiterbildungen.

Es sei angenommen, daß die zu wiegenden Gegenstände sich mit irgendeiner Translationsgeschwindigkeit über eine Plattform bewegen, die beispielsweise elastisch abgestützt ist und deren mechanischer Ausschlag mittels Dehnmeßstreifen erfaßt wird, wie dies an sich bekannt ist (US-PS 30 57 419). Dann weist, während der Translationsbewegung des Gegenstandes mit näherungsweise konstanter Geschwindigkeit über die Meßplattform, das von dem Wandler erzeugte Signal in der Form identische auf- und absteigende Rampen auf, in umgekehrter Richtung, die darüber hinaus im allgemeinen nicht linear sind. Diese Rampen werden getrennt voneinander durch ein Plateau mit

einer von null verschiedenen Länge, die variabel ist, in Abhängigkeit von der Abfolgegeschwindigkeit der Gegenstände (inverse Beziehung), und mit wachsender Länge der Gegenstände linear abnimmt. Unter diesen ymständen erhält man nach zeitlicher Integration eines Signals (verstärktes oder frequenzgewandeltes Analogsignal oder numerisches Signal), abgeleitet von dem Aiigenblickssignal, das von dem Wandler geliefert wird, ein Signal, das repräsentativ ist für das Produkt aus statischem Gegenstandsgewicht und Dauer des Zeitintervalls, welches zwischen dem Augenblick des Auslaufens und dem Ablaufen desselben Gegenstandes von der Meßplattform vergeht. Daraus ergibt sich, daß das Ergebnis der Division des integrierten Signals, wie oben beschrieben, durch ein Hilfssignal bezüglich der f ransitzeit, das eine umgekehrte Funktion der mittleren Fördergeschwindigkeit der Gegenstände ist, repräsentativ ist für das statische Gewicht des Gegenstandes und darüber hinaus unabhängig von seiner Kördergeschwindigkeit, seiner Länge und parasitären Signalen ist, die dem vom Wandler erzeugten Signal überlagert sind.

Es ist anzumerken, daß unter »Gegenständen vergleichbarer Größe und vergleichbarem Gewicht« solche Gegenstände zu verstehen sind, bei denen das Verhältnis homologer Abmessungen im Extremfall unter etwa 1,5 liegt, und das Verhältnis zwischen Maximal- und Minimalgewicht unter etwa 3 liegt.

Um eine Wägung von ungeordnet aufgegebenen Gegenständen mit einer Anlage gemäß der Erfindung durchführen zu können, muß man Vorkehrungen treffen, um die Gegenstände zu ordnen, und ihren Auflauf auf die Meßplattform in getrennter Abfolge sicherzustellen. Dies ist jedoch nicht Gegenstand der Erfindung, so daß eine nähere Erläuterung entfallen kann.

Das Prinzip, das der Erfindung zugrundeliegt, wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, wobei F i g. 2 nur ein Ausführungsbeispiel darstellt.

F i g. 1 zeigt ein mögliches Wandlerausgangssignal, und

Fig.2 zeigt in Blockform eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, stark schematisiert.

F i g. 1 zeigt den prinzipiellen Verlauf des Ausgangssignals eines Meßwandlers, der mit in Brückenschaltung angeordneten Dehnungsmeßstreifen bestückt ist. Ein solches Signal wird erzeugt, wenn ein zu wiegender Gegenstand zwei definierte Kontaktzonen besitzt, die ausgefluchtet liegen in Richtung der Gegenstandsbewegung. In diesem Falle ergibt sich, wenn sich der Gegenstand über die Wandlerplattform bewegt, ein ansteigendes Signal, bestehend aus drei voneinander unterscheidbaren Abschnitten. Zunächst erscheint ein relativ steiler Anstieg 110, der bei to beginnt und im Augenblick fi endet, wenn die gesamte erste Kontaktzone auf der Wandlerplattform angekommen ist. Ein Zwischenplateau 112 beginnt bei fi und endet im Augenblick f₂, wenn die zweite Kontaktzone auf die Wandlerplattform aufzugleiten beginnt. Schließlich folgt ein weiterer steiler Anstieg 114, der bei t₂ beginnt und bei 6 endet, wenn die gesamte zweite Kontaktzone sich auf der Wandlerplattform befindet. Es folgt dann ein zentrales Plateau 116, das im Augenblick £» endet, wenn die erste Kontaktzone beginnt, die Wandlerplattform zu verlassen und auf eine nachgeschaltetc Abgaberutsche oder dergleichen aufzugleiten.

Wenn der Gegenstand so mit dem Verlassen der Wandlerplattform beginnt, so zeigt das Wandlerausgangssignal infolge der Tatsache, daß dieser Gegenstand in der Praxis seine ursprüngliche Geschwindigkeit beibehält und sich nur translatorisch längs der Wandlerplattform bewegt, einen inversen Verlauf identisch mit dem der vorlag, wenn der Gegenstand begann, auf die Plattform aufzugleiten. Unter diesen Bedingungen reproduziert das absteigende Signal identisch jedoch in umgekehrter Richtung das Ansteigen des Signals, was sich wie folgt zusammenfassen läßt: Ein gerader Abstieg 118 von U bis & eine Zwischenplattform 120 von fc bis fe gleicher Dauer wie Zwischenplattform 112 von ii bis f₂ dann wieder ein steiler Abstieg 122 von fe bis U formgleich mit dem Anstieg 114 zwischen h und u. jedoch mit umgekehrter Richtung. Die Dauer U minus fo ist gleich der Länge L der Wandlerplattform dividiert durch die Geschwindigkeit V der Bewegung des Gegenstandes. Eine gestrichelte Linie oberhalb des Plateaus 116 und oberhalb des Abstiegs 118 läßt zwei parasitäre Signale 117 und 119 erkennen, wie sie durch den Stoß der Frontkante der Kontaktzone des Gegenstandes auf der Plattform hervorgerufen werden können bzw. den Stoß infolge des Zurückfallens der rückseitigen Kante der gleichen Zone auf die Plattform.

Gemäß F i g. 2 ist ein Wandier 34 einer Wandlerplattform 32 zugeordnet, die in Reihe liegt mit einer Einlaufplattform 30 und einer Auslaufplattform 35. Der Wandler 34 umfaßt eine Brückenschaltung 99, Dehnmeßstreifen R\ bis Ra, gespeist von einer Gleichspannungsquelle 124. Das Wandlerausgangssignal erzeugt von Brücke 99 wird an den Eingang eines Vorverstärkers 126 mit niedriger Drift angelegt, dessen Ausgang mit einer Verbindungsleitung 127 zum Eingang eines ersten Integrators 128 verbunden ist, der einen Operationsverstärker 130, einen Eingangswiderstand 132 und einen Rückkopplungskondensator 134 umfaßt. Der Ausgang des ersten Integrators 128 ist verbunden mit einem Eingang eines Amplitudenkomparators 136, dessen anderer Eingang an Masse liegt. Dieser Komparator 136 liefert einen Ausgangsimpuls, wenn seine beiden Eingangssignale gleiche Größe besitzen. Ein zweiter Integrator 138 aus einem Operationsverstärker 140, einem Eingangswiderstand 142 und einem Rückkopplungskondensator 144 ist mit seinem Eingang an die negative Klemme der Gleichspannungsquelle 124 über einen ersten Halbleiterschalter angeschlossen, bei dem es sich um einen Feld-Effekt-Transistor 146 handelt und an Masse über einen zweiten Halbleiterschalter 148. Diese beiden Schalter werden jeweils gesteuert durch den direkten bzw. den inversen Ausgang <?bzw. Q' eines Flip-Flops 150, dessen Setz- bzw. Rücksetzsteuerklemmen S bzw. R jeweils verbunden sind mit fotoelektrischen Detektoren 43 bzw. 44, mit denen der Einlauf bzw. Auslauf von Gegenständen auf die Wandlerplattform 32 erfaßt wird. Der Auslaufdetektor 44 ist ferner verbunden mit dem Setzeingang 5 eines Meß-Flip-Flops 154.

Die Rücksetzsteuerklemme R des Flip-Flops 154 ist verbunden mit dem Ausgang des Amplitudenkomparators 136. Der Ausgang des zweiten Integrators 138, der den Hilfsintegrator bildet, ist verbunden mit dem Eingang des ersten Integrators 128 über einen Widerstand 160 unter Steuerung durch einen Halbleiterschalter 156 und mit Masse über einen Halbleiterschalter 158, welche Schalter jeweils gesteuert sind durch den direkten bzw. inversen Ausgang Q bzw. Q' des Flip-Flops 154. Ein Schalter 162 an den Klemmen des Kondensators 144 wird ferner während einer kurzen Zeitdauer durch den Ausgangsimpuls geschlossen, der

vom Amplitudenkomparator 136 geliefert wird.

Ferner ist der direkte Ausgang Q des Meß-Flip-Flops 154 verbunden mit dem Eingang eines Gatters 184, das zwischen einen Taktgeber 186 und einen Impulszähler 188 geschaltet ist. s

Das Meßwandlerausgangssignal erzeugt von der Dehnmeßstreifenbrücke 99 des Wandlers 34 wird nach Verstärkung in 126 dauernd angelegt an den Integratorschaltkreis 128. Man erkennt aus Fig. 1, daß die Integration eines solchen Signals ein Signal ergibt, proportional dem Produkt der Höhe des Plateaus 116 und der Überlaufzeit T gleich U, minus fo; die schraffierten Bereiche A und C in F i g. 1 sind nämlich identisch, -wenn einmal die Identität (mit entgegengesetzter Steigung) der ansteigenden bzw. Ansteigendkurventeile sichergestellt ist. Da das Plateau 116 entsteht, wenn.ein Gegenstand vollständig auf der Plattform 32 befindlich ist, ist seine Höhe repräsentativ für das statische Gewicht P des Gegenstandes. Die Übergangszeit Tist gleich dem Quotienten aus der Länge L der Plattform dividiert durch die Geschwindigkeit V der Gegenstandsbewegung: T ist gleich L/V. Aus dem Vorstehenden ergab sich, daß alle Vorkehrungen getroffen werden, damit die Geschwindigkeit V eines bestimmten Gegenstandes so konstant wie möglich bleibt während seines Übergangs über die Wandlerplattform, obwohl man in der Praxis natürlich eine solche absolute Konstanz nicht erreicht. Infolge der besonderen Anordnung der Einlauf- und Auslaufdetektoren ist es jedoch möglich, geringe Veränderungen von V während des Überlaufs über.die Wandlerplattform zu kompensieren. Da nämlich die Länge der Plattform für einen Satz von zu wiegenden Gegenständen, deren Verhältnis der Extremwerte der Längen etwa bei 3 :2 liegt größer ist als die Länge des längsten Gegenstandes aus der Serie ist es klar, daß der Auslaufdetektor 44, der etwas hinter dem mittleren Teil der Auslaufplattform 35 angeordnet ist, einen Impuls beinahe in dem Augenblick erzeugt, in dem der Gegenstand den Auslauf von der Wandlerplattform beendet hat. Unter diesen Bedingungen ist die Dauer des Impulses geliefert von dem Flip-Flop 150, der nacheinander gesetzt und zurückgesetzt wird durch Impulse, geliefert von den Einlauf- bzw. Auslaufdetektoren 43 und 44, die einen festen Abstand Lo voneinander einhalten, der beinahe gleich 1,6 L ist umgekehrt proportional der mittleren Geschwindigkeit V_n, des Gegenstandsdurchlaufs während der Gesamtdauer f₇-fo der Bewegung über die Plattform. Im Ergebnis ist die Amplitude des Überlaufzeitsignals erzeugt durch den Hilfsintegrator 13IB am Ende des so Intervalls bestimmter Detektoren 43, 44 gleich K\ · E- Lq/V_m wobei der Ausdruck K\ eine lntegrationskonstante ist und der Ausdruck £die Versorgungsspannung der Brückenschaltung. In ähnlicher Weise ist das Signal, das am Ausgang des ersten Integrators 128 erscheint, gleich Kt · E-P- LZV_n, wobei der Ausdruck Ki eine Konstante ist, abhängig von der Empfindlichkeit des Wandlers 34, der Verstärkung des Verstärkers 126 und der Integrationskonstante des Integrators 128. Unter diesen Bedingungen ist die Entladezeit 7J> des ersten Integrators 128 durch einen Strom bestimmt durch die Überlaufzeitsignalamplitude proportional dem Quotienten der beiden oben erwähnten Ausdrücke, d. h. Tp ist gleich /C₃ · P, wobei der Ausdruck K3 eine Konstante ist. Diese Zeit wird abgebildet durch den Meßimpuls erzeugt von dem Flip-Flop 154, der gesetzt wird durch einen Impuls erzeugt durch den Auslaufdetektor 44 und rückgesetzt durch einen Impuls geliefert vom Amplitudenkomparator 136, der den Augenblick erfaßt, bei dem die Ausgangsspannung des Integrators 128 auf null zurückkehrt.

Durch entsprechende Auswahl der Werte für die Widerstände 160, welche den Entladestrom des Integrators 128 bestimmen, trifft man die Anordnung so, daß für einen Gegenstand kleinsten noch zu erfassenden Gewichts der Augenblick, in dem der erste Integrator 128 vollständig entladen wird, später liegt als der Augenblick »7, bei dem der Gegenstand den Überlauf über die Wandlerplattform beendet hat. Daraus folgt, daß selbst trotz Beginn der Entladung des ersten Integrators 128 vor dem Augenblick /7 der vorausgesetzte Quotient immer korrekt erzeugt wird und die Dauer des Meßimpulses, geliefert von dem Flip-Flop 154, immer das statische Gewicht des Artikels repräsentiert, der gerade über die Wandlerplattform gelaufen ist.

Man erkennt ferner, daß die zeitliche Integration der parasitären Signale 117 und 118 und ihre nachfolgende Division durch die Überlaufzeit L₀/ V_n, in das endgültig gewonnene Meßsignal einen relativ kleinen Fehler einführen. Solche parasitären Signale sind nämlich notwendigerweise sehr kurz, verglichen mit der Überlaufzeit, und außerdem ist ihre Amplitude klein im Vergleich mit der Amplitude des Wandlerausgangssignals von den Dehnmeßstreifen unter der Wirkung der augenblicklichen Kraft ausgeübt von dem Gegen stand auf die Wandlerplattform.

Das Ausführungsbeispiel ist unter Verwendung vor analog arbeitenden Schaltkreisen beschrieben worden doch versteht es sich, daß man auch mit digitaler Signalen arbeiten könnte, indem man beispielsweise Spannungsfrequenzwandler einsetzt, denen digital ar beitende Integratoren und Dividierschaltkreise nachge schaltet sind; solche Schaltkreise sind dem Fachmani bekannt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

23 45 Patentansprüche:

1. Dynamische Wägevorrichtung für Gegenstände, die sich mit gegebenenfalls unterschiedlicher S Geschwindigkeit über einen Meßwandler bewegen, der ein belastungsproportionales Signal liefert, mit einem Integrator für ein Meßwandlersignal und mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines, die Integrationsdauer vorgebenden Hilfssignals sowie mit einer to Dividiereinrichtung, in der das Meßwandlersignal durch das Hilfssignal dividiert wird und deren Ausgangssignal dem statischen Gewicht der Gegenstände proportional ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen des Hilfssignals in der Bewegungsbahn der Gegenstände angeordnete Anfangs- bzw. Enddetektoren (43 bzw. 44) umfaßt und daß ein Hilfsintegrator (138) vorgesehen ist, dessen das Hilfssignal bildendes Ausgangssigna] proportional dem Zeitintervall zwisehen den Detektorsignalen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandlerausgang (34, 99) dauernd an den Integratoreingang (126) angeschlossen ist und daß der Anfangsdetektor (43) etwas vor der Frontkante des Meßwandlers angeordnet ist, während der Enddetektor (44) hinter dessen Rückkante angeordnet ist in einem Abstand von der Rückkante etwa gleich der mittleren Länge der zu wiegenden Gegenstände.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Meß-Flip-Flop (150), der durch Ausgangssignale von den Anfangs- bzw. Enddetektoren (43,44) gesetzt bzw. rückgesetzt wird zur Erzeugung eines Bezugssignals für den Hilfsintegrator (138).

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßwandlersignal und das Hilfssignal analog arbeitenden Integratoren (128, 138) zugeführt sind und daß die Dividiereinrichtung umfaßt: eine Schalteranordnung (156,158) zum Anlegen des Hilfssignals an den Eingang (128) des ersten Integrators, um diesen durch einen dem Hilfssignal proportionalen Strom zu entladen, einen Amplitudenkomparator (136) mit zwei Eingängen und einem Ausgang, wobei die Eingänge an die Ausgangsklemme des ersten Integrators (128) bzw. eine Ruhepegelquelle (Masse) angeschlossen sind und am Ausgang ein Signal erscheint, wenn die Eingangssignale gleiche Größe besitzen, einen zweiten Flip-Flop (154) mit Setz- und Rücksetzeingang, von denen der Setzeingang mit dem Enddetektor (44) verbunden ist und der Rücksetzeingang mit dem Ausgang des Amplitudenkomparators (136), während der Ausgang des Flip-Flops (154) mit Steuereingängen der Schaltereinrichtung (156, 158) verbunden ist, derart, daß die Dauer des von dem Flip-Flop (154) erzeugten Meßimpulses repräsentativ ist für das statische Gewicht des Gegenstandes.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Taktgeber (186), ein Gatter (184) und einen Impulszähler (188), von denen das Gatter durch den Flip-Flop (154) gesteuert ist und der Zähler (188) ein Meßendsignal in digitaler Form liefert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler in an sich bekannter Weise mit Dehnmeßstreifen in Brückenschaltung

ausgestattet ist und daß das Bezugssignal ein Gleichstrom ist, der von einer die Brücke speisenden Gleichstromquelle abgeleitet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfangs- und der Enddetektor (43, 44) fotoelektrisch arbeitend ausgebildet sind.