DE2709874A1

DE2709874A1 - Lichtdetektor fuer waagen mit ausgleicher fuer federkonstantenabweichungen

Info

Publication number: DE2709874A1
Application number: DE19772709874
Authority: DE
Inventors: Daniel Frank Dlugos
Original assignee: Pitney Bowes Inc
Current assignee: Pitney Bowes Inc
Priority date: 1976-03-08
Filing date: 1977-03-07
Publication date: 1977-09-15
Also published as: GB1567853A; DE2709874C2; NL7702391A; FR2344003B1; FR2344003A1; CA1060054A; JPS52113251A; US4047585A

Description

Patentanwälte
Leinweber 6 Zimmermann

Rosentr! 7!\l.A-jiQ.
D-8000 München 2

7. Ki; 1377

/3 ZML

PITNEY-BOTIES, INC. Stanford, Conn./USA

chungen

lie Erfindung bezieht ei oh auf Federwaagen und insbesondere auf Federwaagen mit einer optischen Able se einrichtung zur Feststellung des Skalenaue schlage.

Zur Herstellung von Federwaagen mit vertretbarem Aufwand sind für die Federauslegung hinsichtlich der Abmessungen bestimmte Fertigungstoleranaen festgelegt worden. Aufgrund dieser Fertigungetoleranzen konnten die Waagenfedern Federkonstantenabweichungen aufweisen, was die Genauigkeit der Gewichtsablesung beeinträchtigte.

So waren beispielsweise für die in Blattfederwaage η wie etwa der in der US-Patentschrift 3 807 517 beschriebenen Waage verwendeten Federn typische Fertigungstele ran ze η für die Blattstärke, Blattbreite und Blattlänge festgelegt. SLe innerhalb der übleranzgrenzen auftretenden Unterschiedlichkeiten in der Federlänge wurden

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durch Einstellung der Federendklemmen ausgeglichen. Auch waren die Längen- und Brei te η sch wankungen innerhalb der Toleranzgrenzen im Vergleich zu den Längen- und Brei tenabme seungeη nur minimal $ die durch die Toleranzen in diesen Abmessungen bedingten Fehler waren demgemäß also relativ klein. Stärkenuntersehiedlichkeiten konnten demgegenüber nicht leicht kompensiert werden, was wegen der verhältnismäßig geringen Stärke nabme seunge η erhebliche Abweichungen in den Federkonstanten mit sich brachte. So führte eine Abweichung von 1,3 Prozent in der Stärke der Blattfeder, wie sie im typischen Fall auftreten kann, zu einer 5prozentigen Änderung in der Federkonstante.

Den bislang ins Auge gefaßten Bestrebungen, die auf die Schaffung einer Einstellmöglichkeit an einem Lichtdetekter zum Ausgleichen von Schwankungen in der Federkonstante zielten, war wegen der den nach dem Stand der Technik bekannten Lichtdetektoren innewohnenden zahlreichen Mängel in der technischen Praxis kein Erfolg beschieden. Zur Yeransohaulichung dieser älteren Bemühungen kann die US-Patentschrift 3 186 148 dienen, in der eine Federwaage besehrieben ist, die zwei parallele Blattfedern in einem vertikalen Abstand voneinander aufweist und in einem Poetabfertigungesystem eingesetzt wurde. Ein zu der Waage gehörender Lichtdetektor umfaßte einen Satz von mehreren Photodetektoren am Ende eines Lichtstrahlengange. Ein von der Tariereinrlohtung getragener niedergehender Verschluß konnte zum fertechreitenden Bleekieren des Lichtwege· su den aufeinanderfolgenden Photo detektor« η des Photodetektersatzes betätigt werden. Die noch im Liehtweg verbleibenden Photo detektor· η lieferten ein für den Tarierausschlag bezeichnendes Signal, das sum Einstellen des Pertoaufdrucks auf der Pestsache diente.

Der Photo detektor sat s war an einem allgemein vertikalen Arm angeordnet, der zur Änderung des senkrechten Abstandes zwischen den aneinandergereihten Photo detektor· η des Satsee, bezogen auf die Sichtung der Terschlußbewegung, verschwenkt werden konnte. Durch die Einstellung des Photodetektorarms konnton Abweichungen in der Federkonetante kompensiert werden.

Beim Gebrauch dieser bekannton optieehen Ableseeinriehtung traten gewisse Mangel zutage. So bedurfte ·· beispielsweise zahlreicher

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eher Photodetekteren, damit auch nur für einen schmale η Bereich der Gewiohtelaeten die entsprechenden Gewi oh teanze ige signale erzeugt werden konnten. Auch erhöhte sich die Zahl der Photo detektoren mit steigender Waagenkapazität. FUr die fortlaufenden Gewichteporteaufschlage war zu de β eine Si nzeleinste llung des jeweiligen Umschlagpunktes erforderlieh, an de· der betreffende Photodetektor umschaltet, beispielsweise vom leitenden in den nichtleitenden Zustand. Biese Umechlagpunkte waren überaus kritisch und die ToIe ranze rf· rderniase machten die Vornahme der Ende ins te llung schwierig und zeitraubend.

Nachteilig war bei diesem bekannten System außerdem auch die relatir lange Projektionsstrecke, die sieh beispielsweise auf eine Distanz von 45 bis 60 em belaufen mochte, was erforderlich war, um die nötige optische Vergrößerung zu erzielen. Wegen dieser langen Projektionestrecke und wegen der kritischen Um schaltpunkte konnten sieh Erschütterungen und sonstige Einflüsse aus der Umgebung sehr stark auf die Genauigkeit der Ablesungen auswirken.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß die Erfindung eine Federwaage betrifft, die einen Lichtdetektor aufweist, der dazu dient, den Tarieraus sohl ag zu ertasten, indem ein Moire streifenmuster erzeugt und dieses Huster als verstärkte direkte funktion des Tarieraue schlage verschoben wird. BLe Erzeugung des Husters erfolgt durch Modulation eines Lichtstrahls mit Hilfe zweier paralleler Strichgitte reätze. Der durch einen Tarieraus sohl ag hervorgerufene Ausschlag des einen der Gittersätze bewirkt eine AbI auf bewegung der aneinandergereihten Moire"streifen oder -bänder über eine Anordnung von Photodetekterpaaren. Ein fester Gittersatz ist in dem einen von zwei getrennten Armen eines Wandlergehäuse β angeordnet, während in dem anderen Arm eine Lichtquelle montiert ist. In einer zwischen den Armen liegenden Vertikalebene ist ein beweglicher Gittersatz vergesehen.

Eine Halterungsanordnung verbindet den beweglichen Gittersatz mit dem Tarieraufbau und ermöglioht gemeinsame Bewegungen des Tarieraufbaue und des Gittersatzes in einer Vertikalebene. KLe Halterungeanordnung ermöglicht ferner eine Winkelstellungskorrektur der Gitter in bezug auf die Vertikal richtung des Tarieraue schlage, so daß die Toleranzuntersohiede der jeweils zur Verwendung in der Waage

vorgesehenen

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vorgesehenen Federn kompensiert werden können.

Die Lichtquelle umfaßt eine Glühlampe mit einem einzigen, im wesentlichen geraden Faden, wobei diese Lampe in dem betreffenden Wandlerarm drehbar gelagert ist, so daß ihr Faden mit dem eingestellten Gitterwinkel des beweglichen Gittersatzes in Obereinstimmung gebraoht werden kann, wodurch ein günstiges Signal-Störverhältnis verbürgt wird.

Aus dem obigen Abriß geht hervor, daß die Erfindung die Schaffung einer Waage der genannten allgemeinen Art zur Aufgabe hat, die einen Lichtdetektor aufweist, der aber nicht mit den erwähnten Mängeln der naoh dem Stand der Technik bekannten Detektoren behaftet ist.

Erfindung hat weiterhin zur Aufgabe, eine Waage der genannten allgemeinen Art zu schaffen, die einen Lichtdetektor aufweist, der genau, zuverlässig, in seiner Bauweise einfach und zur Herstellung nach Massenfertigungen»thoden geeignet ist.

Des weiteren hat die Erfindung zur Aufgabe, eine Waage der genannten allgemeinen Art zu schaffen, die einen Lichtdetektor aufweist, der mühelos so eingestellt werden kann, daß Federkonstantenabweichungen kompensiert werden.

Des weiteren hat die Erfindung zur Aufgabe, einen Lichtdetektor der genannten allgemeinen Art zu schaffen, der zur Anwendung in Federwaagen geeignet ist und der aufgrund der Möglichkeit der Vornahme einer kompensierenden Einstellung größere ToIeranzbreiten der Federn zuläßt.

Des weiteren hat die Erfindung zur Aufgabe, ein Verfahren zum Bau einer Federwaage der genannten allgemeinen Art zu schaffen, bei dem der Fertigungsaufwand wesentlich herabgesetzt ist, da größere Federtoleranzen zulässig sind.

Des weiteren hat die Erfindung zur Aufgabe, ein Verfahren zum Bau einer Federwaage der genannten allgemeinen Art zu sohaffen, ■it der eine genaue Gewichtsbestimmung vorgenommen werden kann, wobei diese* Verfahren je do oh im Rahmen rationeller Methoden der Massenfertigung einzusetzen ist.

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Ferner

Ferner hat die Erfindung zur Aufgabe, ein Verfahren zu sohaffen, das die Möglichkeit der Vornahme einer Einstellung des Lichtdetektors einer Federwaage zur Kompensation von Federkonetantenabweichungen bietet.

Weitere Erfindungsziele ergeben sioh z.T. aus dem Gesagten von selbst und sind teils im folgenden auoh ausdrücklich genannt.

Im Blick auf die Lösung dieser Aufgaben verkörpert sich die Erfindung in bestimmten Kombinationen von Bauelementen und in Anordnungen von Bauteilen, mit denen sioh die obigen und gewisse weitere Ziele erreichen lassen, wie dies im einzelnen anhand der beigegebenen Zeichnungen beschrieben und insbesondere in den Ansprächen abgegrenzt ist. In den beigegebenen Zeichnungen ist eine der verschiedenen möglichen Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Es zeigern

Fig. 1 eine in einem größeren Maßstab gehaltene perspektivische Teilansioht eines die Erfindung verkörpernden Lichtdetektor β , wobei in der zeichnerischen Darstellung zur Veranschaulichung der Erfindungseinzelheiten Teile weggebrochen sind»

Fig. 2 eine Seitenansicht einer typisohen Waage mit erfindungsgemäßem Aufbau, wobei der Lichtdetektor im teilweise aueeinandergebauten Zustand dargestellt ist, um die Halterungsanordnung deutlicher zu zeigen, die dazu dient, ein op ti sehe β Gitter unter Wahrung der Verstellmögliohkeit mit einem Tarieraufbau in der Weise zu verbinden, daß die Winkelstellung der Gitter zur Kompensation ve η Unterschiedlichkeiten in den Federkonstanten korrigiert werden kann»

Fig. 3 eine im Ausschnitt dargestellte Schnittansicht der Waage in einem im wesentlichen entlang der Linie 3-3 der Fig. 2 gelegten Sohnitt»

Fig. 4 eine in einem größeren Maßstab gehaltene sehe ma tische Darstellung des typischen Erscheinungsbildes eines Moire-Interferenzmusters, wie es von dem erfindungsgemäßen Lichtdetektor erzeugt werden kann» und

Fig. 5 eine in einem erheblieh größeren Maßstab gehaltene schematisierte Darstellung eines Meirtf-Interferenzmusters zur Ve ran-

schauliohung

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Bchaulichung der Federkonstanten-Kompeneatienewirkung von Änderungen im Gitterwinkel des beweglichen Gittersatzes.

Zur Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform sei nun auf die Einzelheiten der Zeichnungen eingegangen, in denen die Bezugssahl 10 eine Blattfederwaage bezeichnet (in PLg. 2 dargestellt), wie sie in der US-Patentschrift 3 877 513 su einem am 15. April 1975 erteilten Patent beschrieben ist.

Es sei bemerkt, daß die Waage entsprechend ihrer baulichen Eigenart einen im wesentlichen linearen Ausschlag liefert, wenn auf eine von einem Wage aufbau 12 getragene (nicht dargestellte) Schale unterschiedliche Gewichte aufgelegt werden. Der Wägeaufbau 12 ist an den äußersten Randkanten zweier waagerecht angeordneter, vertikal getrennter breiter Blattfedern 14 und 16 gehaltert. Sie Blattfedern sind jeweils am andern Ende an einem geneigten Tragrahmen 18 freitragend gehalten, wie dies in der bereite genannten Patentschrift 3 877 513 und in der Patentschrift 3 807 517 «u einem am 30. April 1974 erteilten US-Patent näher ausgeführt ist.

In der Waage 10 ist zwischen den Blattfedern 14 und 16 ein Lichtdetekter 20 mit einem Aufbau gemäß der Erfindung angeordnet, damit der senkrechte Ausschlag des Wäge aufbaue festgestellt werden kann, wenn auf den Aufbau 12 eine Last aufgebracht wird. Wie bereits erwähnt wurde, dient das Auswandern eines Moire*Streifenmusters im Hahnen der Erfindung zur Feststellung und Messung des Lastgewichts. Zu diesem Zweck sind zwei parallele Striohgittersätze auf transparenten Trägern verge sehen, wobei der eine dieser Sätze festgelegt ist, während der andere Gittereatz sich mit dem Wägeaufbau 12 in einer zu dem festen Satz parallelen Ebene bewegt. Bei spiel shalber sei erwähnt, daß es sich bei den Gittern eines Jeden dieser Sätze um Ronohi-Strichteilungen mit Abständen von 0,05 mm handeln kann. HLe Teilungsabstände können für die jeweiligen Gittersätze jedoch auch unterschiedlich sein.

Der Lichtdetektor 20 umfaßt ein Wandle rge hau se 22, das an einer Halterungsunterlage 24 verstellbar befestigt ist, die sich von dem Tragrahmen 18 forteretreokt. Das Wandlergehause 22 weist zwei parallele, vertikal gerichtete Arme 26 und 28 auf (fig. 3), die sieh

ve η

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von einem allgemein ebenen Fuß )O forterstrecken. Der Fuß 30 ist seinerseits durch übliche Befestigungsmittel mit einer schwalbenschwanzförmig ausgebildeten Halterungsplattferm 32 verbunden.

Eine Halterungeplatte 34 verbindet die Halterungeplattform 32 mit der Rahmenhai te rungsunte rl age 24. Zur Verbindung der platte 34 mit der sohwalbensohwanzförmig ausgebildeten Plattform 32 sind mehrere Sehrauben 35 vorgesehen (Fig. 3)> die sich durch überdimensionierte öffnungen in der Halterungsplatte 34 erstrecken und in Gewinde öffnungen in der Plattform 32 eingeschraubt sind.

Ein auf einer ebenen Fläche eines transparenten, beispielsweise aus GELas bestehenden Trägers 40 vorgesehener fester Gittereatz 38 ist am vorderen Ende eider zylindrischen Buchse 42 angeordnet. SLe Buchse 42 ist in eine Querbohrung 44 aufgenommen, die sich entlang einer Horizontalachse durch den Wandlerarm 28 erstreckt. Zum Einstellen des Gittersatzes 38 kann die Buchse 42 innerhalb der Behrung in der Achsrichtung verschoben werden. Ist die gewünschte Gi tterlage erreicht, so wird das äußerste Ende der Buchse mit einer Klemmschraube 48 an einem geschlossenen Stellring 46 festgeklemmt.

Eine weitere Terschiebungseinstellung kann dank der Schwalbe ns oh wanzhal te rung der Plattform 32 an der Hai te rungeplatte 34 erzielt werden, die Terschiebungsbewegungen des gesamten Wandlergehäu-BSs 22 in einer Horizontalebene ermöglicht. Hierzu ist ein oberer und ein unterer sohwalbenschwanzförmiger Absatz 50 bzw. 52 vorgesehen, die sich beide von der Halterungsplatte 34 ferte rs trecken. Die Absätze 50 und 52 sind zum gleitenden Angreifen am oberen bzw. unteren Sohwalbensohwanzrand der Halterungeplattform 32 in getrennten Horizontalebenen festangeordnet.

Sie Halterungeplattform 32 wird federnd gegen eine Kugel 51 gedrückt, die in eine ausgehöhlte konische Spitze 53 am Ende einer Stellschraube 54 aufgenommen ist. BLe Stellschraube 54 ist in eine Horizontalbohrung eingeschraubt, die sieh durch einen senkrechten Flansch 56 hindurcherstreokt, der von einer vertikalen Randkante der Halterungeplatte 34 fortragt. An der entgegengesetzten vertikalen Randkante der Halterungsplatte 34 ist ein weiterer Flansch 58 vorgesehen, der zur Aufnahme einer Spannfeder 60 dient. Durch Drehen der

Stell schraube

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Stellschraube 54 wird also eine Ve rschi ebungsbe we gung des gesamten Wandlergehäuses 22 entlang einer Horizontalebene bewirkt.

Ein auf einer ebenen Fläche eines transparenten Trägers vorgesehener beweglicher Gittersatz 62 ist zur Ausführung von Bewegungen in einer Vertikalebene zwischen den Wandlerarmen 26 und 28 angeordnet. Erfindungsgemäß ist der bewegliche Gittersatz 62 durch eine Halterungeanordnung 66 an dem Wäge aufbau zur Ausführung gemeinsamer Bewegungen befestigt, wobei der Gitterwinkel, d.h. der Winkel zwischen den Strichteilungen des Gi tte reatze β 62 und einer Horizontalebene, -«erstellt werden kann, um so einen Korrekturausgleich für Abweichungen in der lederkonstante zu schaffen, wie dies im folgenden noch erläutert werden soll.

In der Barstellung der Fig. 1 ist zu beachten, daß der die ebene Fläche mit den Teilungen des Gittersatzes 62 aufweisende Trä- ' ger 64 mit der Halterungeanordnung 66 durch eine allgemein rinnenförmig ausgebildete Klammer 68 verbunden ist, die einen oberen und einen unteren Fuß aufweist, der in der Längenerstreckung jeweils kürzer ist, als es der Stärke des Trägers 64 entsprechen würde. Die Klammer 68 und mit dieser der Träger 64 werden durch zwei Befestigungsschrauben 70 an eine ebene Wand eines Zahnradsegments 72 angedrückt. Zwischen die Klammer 68 und den Träger 64 ist eine elastomere Beilage 74 eingefügt. Der Träger 64 wird in die Klammer 68 eingeschoben, bis er gegen zwei Anschlagstifte 75 anliegt, die von dem Zahnsegment fortragen. Werden anschließend die Schrauben 70 festgezogen, so drückt die Klammer 68 die Beilage 74 gegen den Träger 64. Das Zahnsegment 72 ist seinerseits an einem Unterbau 76 verstellbar befestigt, der mit einem Fußflansch 78 in herkömmlicher Weise an einer Halterungserhöhung 80 des Wägeaufbaus 12 montiert ist.

Eine in Achsfluohtung mit der Bohrung 44 vorgesehene Behrung 82 erstreckt sich durch den Arm 26 des Wandlergehäuses 22, damit der Durchtritt eines Lichtstrahls ermöglicht wird, der mit Hilfe der Gi tte reätze moduliert werden kann. Eine si ohe rungeartige Lampenfassung dient zur Halterung einer Glühlampe 84 mit einem im wesentlichen geraden Einzelfaden 86 und einem Beflektorplättohen 88. Die Lampenfassung ist ihrerseits in einer Trage ehe i be 90 gehaltert, die an dem Wandlerarm 26 drehbar befestigt ist, wobei sich die Bohrung

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82 sowohl durch den Arm 26 als auch durch die Scheibe 90 erstreckt. Die Scheibe 90 wird durch zwei Schrauben 91 in einer gewählten Stellung festgelegt, die sich durch entgegengesetzte begenförmige Schlitze in der Scheibe hindurcherstreoken und in Gewindeöffnungen in dem Arm 26 eingesehraubt sind. In der Bohrung 82 ist innerhalb des Arms 26 zwischen der Lampe 84 und dem beweglichen Gittereatz 62 eine Kondensorlinse 92 angeordnet, die den Lichtstrahl senkrecht auf die beiden Gitter Sätze 62 und 38 wirft, durch die er hindurch tritt.

Da die Gitter des festen Gittersatzes 38 mit einem geringfügigen Schrägungewinkel zu den im Idealfall horizontalen Gittern des beweglichen Gittersatzes 62 angeordnet sind, wird der Lichtstrahl durch die Interferenz zwischen den beiden Gittersätzen so moduliert, daß eine Vielzahl von zyklisch-parallele η Moirestreifen entsteht.

Der Wägeaufbau 12 bewegt sich beim Aufbringen einer Last nach unten und folglich wird dann auch der bewegliehe Gittersatz 62 nach unten geführt. Infolge der ausgedehnten seitlichen Breite der Blattfedern 14 und l6 bleibt der Seitenaus sohl ag des beweglichen Gitter eat ze β 62 bei dieser Abwärtsbewegung minimal. Die Gittersätze 38 und 62 verbleiben also in einer im wesentlichen parallelen Anordnung in einem Abstand voneinander, so daß die Lichtprojektion des Moire musters mit hoher Auflösungsgüte erfolgen kann. Die feineinstellung der anfänglichen parallelen Nebe neinandere te llung der Gitter wird durch eine drehende Bewegung des gesamten Wandle rge hau se β 22 um einen Befestigungsstift 94 bewirkt, der end sei tig mit einem Federring 96 versehen ist. Der Stift 94 erstreckt sieh zwischen dem Wandlerfuß 30 und der Halterungeplattform 32. Nachdem die parallele Auerichtung der Gitter sät ze durch die Drehungseinstellung des Wandlergehäuses um den Stift 94 ersielt ist, wird die Wandlerstellung durch Anziehen der Befestigungsschrauben 36 festgelegt.

Zur Einstellung des Ab stände β der Gittersätze 38 und 62 kann sowohl die Verschiebungebewegung des Wandlergehäuses dienen, die alt Hilfe der Stell sehraube 34 herbe ige führt wird, als auoh die axiale Einstellung der Buchse 42 in bezug auf den Hing 46.

Ee sei min auf Fig. 4 Bezug genommen, eine in einem gröieren MaBs tab gehaltene schema ti sehe Darstellung der Erzeugung einte

«. - m typischen 709837/0859 -"

typisehen Moire-Interferenzmustere, in der ein Teil dee beweglichen Gi tte reatze β 62 mit den einzelnen Gattern 98 gezeigt ist, die hier ihre nermale, horizontal auegerichtete Stellung einnehmen. Der Horizontal stellung bedient man sich unter Idealbedingungen, wenn der fak tische Wert der Federkonstante mit dem gewünschten Wert zusammenfällt.

Der feste Gittersatz 38 überschneidet eich in der Darstellung mit dem beweglichen Gittersatz 62 und hat eine kreisförmige Gestalt, da er in die zylindrische Buchse 42 aufgenommen ist (Fig. 3). Der Gittersatz 38 umfaßt eine Vielzahl einzelner Gitter 100, die gegen die Horizontale in einem Schrägungswinkel θ ausgerichtet sind. Der Darstellung iet zu entnehmen, daß die Gitter 98 und 100 in der wechsel sei tigen übe rechne! dung ein Interferenzmuster erzeugen, das eine Vielzahl von dunklen läeiristreifen aufweist, die im wesentlichen Tertikai ausgerichtet sind. Eine vertikale Bewegung des beweglichen Gi tte reatze β 62 in Sichtung des Pfeils 104 bewirkt ein Auswandern der Streifenanordnungen 102 naoh linke in Richtung des Pfeil· 106. Die räumlichen Lage Verhältnisse sind solcherart, daß sich eine gewählte Streifenanordnung 102 horizontal über einen rollen Streifenteilungsabstand fortbewegt, während sich der Gittersatz 62 vertikal nur über einen Gitterteilungsabstand bewegt.

Die Distanz zwischen den aneinandergereihten Streifen 102 kann durch Änderung des Schrägungswinkel· θ verstellt werden und eine Feineinstellung des Streifenabetandes wird durch die kontrollierte drehende Einstellung der Buchse 42 erzielt, die den festen Gittereatz 38 trägt. Zur Ermögliohung einer solchen Schrägungswinkeleinstellung weist der Ring 46 (Fig. 1 und 3) einen gerändelten Umfang auf, an dem ein elaetomerer Wulstring 106 angreift, der fest auf einen in dem Wandlerarm 28 drehbar gelagerten Schlitzzapfen 110 aufgeschoben ist. Durch Drehen des Zapfen· 110 wird mithin der Sohrägungswinkel θ in einer untersetzten Drehbewegung verstellt. Zum Einbauen des Stellzapfen· 110 ist in den Arm 26 eine Zugangeöffnung vorgesehen.

Die Streifenbewegung wird festgestellt und ausgesählt, so daß man für die Last, beispielsweise einen Briefumschlag, ein

Gewichtsanzeige signal

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Gewichtsanzeigesignal erhält. Im Rahmen beispielsweise eines automatisoh arbeitenden Postabfertigungssystems kann dieses Signal dann verarbeitet werden und dazu dienen, die an einer nachgeschalteten Betriebsstelle auf eine Postsache aufzudruckende Portogebühr festzulegen und den Druckvorgang zu steuern.

BLe Bewegung des Moire-Interferenzmusters wird von mehreren Photo detektoren II4, II6, 118 und 120 erfaßt (flg. 3). Es sind hier vier solcher Photo detektoren dargestellt, doch konnten befriedigend· Ergebnisse auch schon mit zwei Photo detektoren erzielt werden, die auf die Größe und Richtung der BiIdmueterverSchiebung ansprechen. Sie Photo detektoren sind in einer nichtleitenden Scheibe 122 angeordnet. Sie haben voneinander jeweils den gleichen Abstand und sind entlang einer Achse vorgesehen, die sich mit der Scheibendiagonalen deekt.

BLe Scheibe 122 ist in der Anlage gegen einen Randanschlag in der Innenbohrung der Buchse 42 festangeordnet. Es sei bemerkt, daß jeder der Photo detektor· η von dem jeweils benachbarten Photodetektor in bezug auf das Moiτ6-Interferenzmuster, das sich über die Reihenanordnung hinwegbewegt, optimal um 90 Grad versetzt ist.

BLe Photo detektoren 114 und 118 sind so aufgebaut, daß sie ein einziges Ausgangs signal liefern, während zum andern vergesehen ist, daß auoh die Photo detektor· η 116 und 120 nur ein Ausgangs signal liefern. BLe untereinander verbundenen Photodetektorpaare sind räumlich jeweils um 90 Grad gegeneinander versetzt, so daß das kombinierte Ausgangs signal eines jeden Paares in bezug auf das des anderen Paares um 90 Grad phasenverschoben ist und ein Bekräftigungssignal darstellt.

BLe Ausgangs signale der Photo detektorpaare werden mit Hilfe einer nach dem Stand der Technik bekannten Schaltungsanordnung wie beispielsweise der in den US-Patentschriften 2 886 718 oder 3 713 139 beschriebenen verarbeitet und ausgezählt, so daß man ein zur op ti sehen Anzeige geeignetes Signal erhält, welches das von dem Wäge aufbau getragene Lastgewicht ausdrückt.

Hinsichtlich der durch den Lichtdetektor 20 vermittelten Einstellmögliohkeiten zur Kompensation von Unterschiedlichkeiten in

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den Fe der konstante η ist zu bemerken, daß eine gewählte Feder, die in die Toleranzgrenzen fällt und hierbei aber neon unterhalb eines optimalen Stärke werte verbleibt, mithin weicher ist und sich pro Gewichtseinheit also über eine größere Distanz durchbiegen wird als eine Feder mit einer idealen Federkonstante.

Zur Kompensation der aus den Fertigungsvorgängen herrührenden ToIe ranz Schwankungen der Federn hat sich ein Drehen der Gitter 98 als geeignetes Mittel zum Ausgleich der Federkonstantenabweichungen erwiesen. Dies soll anhand der Fig. 5 belegt werden.

Wie bereite erwähnt wurde, müssen die Gitter 98 zur Herbeiführung einer Horizontal verschiebung (pfeil 106) der Streifenanordnung 102 nach unten ausgelenkt werden, wie dies durch den Pfeil 105 angedeutet ist. Zum Verschieben der Streifenanordnung 102 über eine volle Streifenteilung "d" müssen sich die Gitter 96 über eine Distanz "a" nach unten bewegen (falls die Gitter 98 horizontal angeordnet sind).

Werden nun die Gitter 98 um einen Winkel "φ" aus der Horizontalen gedreht (pfeil 10l), so ändert sich die einer vollen Streifenteilung "d" entsprechende Vertikal verschiebung der Gitter 98 in der Weise, daß a/2 sin θ/2 = d.

Anders ausgedrückt,

! ^C8C

Bei kleinen Winkeln, d.h. θ < 8° wird "d" annähernd gleich a/θ:

d Z a/θ

worin θ in Radianten ausgedrückt ist.

Aus den obigen Darlegungen geht hervor, daß Abweichungen in der *'ederkonstante der Waagenfedern kompensiert werden können, indem man den Gitterwinkel φ gegen die Vertikalaohse ändert. Mit anderen Worten, die einer Bewegung über eine volle Streifenteilung "d" entsprechende Ausschlaget«eke ist nunmehr a«, eine Distanz, die größer ist als die Ve rschie bungs strecke "a"j

709837/0859 jLl

a' > a. ^A ^

Au β Fig. 1 und 2 ist zu entnehmen, daß die gewünschte Gi tterwinkeleinstellung mechanisch dadurch ermöglicht wird, daß man das Zahnradsegment 72 gegen eine ebene Fläche der Sockelbaugruppe 76 anliegen läßt und in einer gewünschten Stellung durch eine Klemmbacke 124 festhält, die in einem bogenförmigen Sohlitz 126 des Zahnsegmente 72 angeordnet ist. Ein treibendes Zahnrad 128 und ein Zwischenzahnrad 130 sind zur Ausführung von Drehbewegungen im Eingriff mit den Zähnen des Zahnsegments 72 in der Baugruppe 76 gelagert. Zur Vermittlung eines Zahneingriffs zwischen dem Zahnsegment 72 und den Zahnrädern 128 sowie 130 sind zwei Rollen 132 in der Baugruppe 76 gelagert und greifen jeweils in radialer Gegenüberstellung zu dem betreffenden der Zahnräder 128 und 130 an einer Wand des Schlitzes 126 an. SLe Rollen 132 können zum Heranführen an die Zahnräder 128 bzw. 130 im Sinne einer Hinderung dee Spiels beim Zahneingriff kurve nverstellbar sein.

Von dem Unterbau oder der Sockelbaugruppe 76 erstreokt eich ein Absatz 134 nach vorn gegen das Zahnsegment 72 und weist nahe dem Zahnsegment einen bogenförmigen Umfang auf. Der Absatz 134 stellt eine Montagefläche dar, an der eine Deckplatte 136 befestigt ist. Die Deckplatte 136 weist eine Bohrung auf, in der eine mit dem Zahnrad 128 verbundene Welle 138 gelagert ist.

Ein in der Deckplatte 136 gelagerter Ge trie be zug I40 dient zur Herbeiführung einer drehenden Bewegung des Zahnrades 128. Ein Antriebeknopf I42 des Getriebezuges weist eine Vielzahl von Bezugsmarkierungen 144 auf, die in Verbindung mit einem Anzeigearm 146 zum Einstellen eines geeigneten Gitterwinkels 4 ^Bur Kompensation von Abweichungen in den Federkonstanten behilflich sind. Nachdem der gewünschte Gitterwinkel eingestellt ist, werden zwei zur Befestigung der Klemmbacke 124 an dem Unterbau 76 vorgesehene Schrauben angezogen, so daß ein Handflansch I48 der Klemmbacke 124 das Zahnsegment fest an den Unterbau 76 andrückt.

Hierauf wird die Lampe 84 so gedreht, daß ihr Faden 86 annähernd mit dem Gitterwinkel φ übereinstimmt, um ein günstiges Signal-Störverhältnis zu gewährleisten. Diese Einstellung wird durch

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Drehen der Lampenhai te rungs scheibe 90 vorgenommen, worauf die Spannschrauben 91 festgezogen werden, wenn die gewünschte Ausrichtung erzielt ist.

Es liegt auf der Hand, daß durch die kompensierende Gitterwinkeleinstellung der Fertigungsaufwand schon insoweit gesenk* wird, al β dies eine größere Breite der Federauslegungen ermöglicht, doch läßt sieh der Aufwand auch darüber hinaus noch verringern, wenn man den Zahnteil des Zahnradsegments 7², das Zwischenzahnrad 130, das Antriebszahnrad 12Θ und den Getriebezug I40 in ein Einbauwerkzeug einbezieht. Das Werkzeug wäre bei der Montage der Waage 10 mit dem Segment "]2 und der Baugruppe 76 verbunden und wäre abzunehmen, nachdem die Einstellung zur Federkonstantenkompensation erfolgt und der Gittersatz 62 in dem gewünschten Gitterwinkel festgelegt ist.

Es sei betont, daß das beschriebene erfindungegemäße optische Ansprechsystem praktisch in jeder beliebigen Federwaage in Anwendung kommen kann und daß seine Anwendungsmöglichkeiten keineswegs auf die beispielhaft beschriebene Ausführungeform einer Blattfederwaage begrenzt sind.

ils ist also festzustellen, daß somit eine Waage und ein optisohes Ansprechsystem geschaffen werden, die der Aufgabenstellung der Erfindung gereoht werden und die den im praktischen Gebrauoh auftretenden Bedingungen in jeder Weise entsprechen.

Da an dem obenbeschriebenen Lichtdetektor verschiedene Abänderungen vorgenommen werden können, ist davon auezugehen, daß die beschriebenen oder in den Zeichnungen dargestellten Einzelheiten lediglich der Veranschaulichung dienen sollen und nicht in einem die Erfindung einschränkenden Sinn aufzufassen sind

Patentansprüche

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Claims

Pa tentansprüche

Waage mit einem Gestell, einem von dem Gestell getragenen verschiebbaren Wägeaufbau, einer der Verschiebung des Wägeaufbaus nachgiebig entgegenwirkenden Federanordnung, wobei diese Federanordnung eine innerhalb eines ToIeranzbereiche fallende Federkonstante aufweist, und einem Lichtdetektor ays tem zur Ermittlung der Aussehlagweite des Wägeaufbaus, umfassend ein Mittel zur Erzeugung eines Lichtstrahls, einen ersten und zweiten optischen Gitter satz, wobei jeder dieser Gittersätze ein optisches Gitter aufweist, wobei der erste Gittersatz von dem Gestell getragen wird und der zweite Gittersatz zur Ausführung von Bewegungen mit dem Wägeaufbau gelagert ist, wobei die optischen Gitter des ersten und des zweiten Gitter sat ze s im Sinne der Ermöglichung einer Modulation des Lichtstrahls und der Erzeugung heller und dunkler optischer Signale gegeneinander einstellbar sind und wobei diese optischen Signale im Zuge der Bewegung des mit dem Wägeaufbau beweglichen Gittersatzes erzeugbar sind, und eine Photodetektoranordnung zum Feststellen der op ti sehen Signale, gekennzeichnet durch Mittel (66) zur Lagerung des einen der Gi t te reätze (38, 62) zur Vornahme einer Winkellageeinstellung in bezug auf den Wägeaufbau (12) im Sinne der Gewährleistung eines optischen Kompensationsvermögens zum Ausgleich für die in den Toleranzbereich fallenden Abweichungen in den Federkonstanten der in der Waage (lO) zu verwendenden Federanordnung (14, l6) und Mittel (32, 42) zur Lagerung des anderen der optischen Gi t te reätze (38, 62) zur Vornahme einer gegenseitigen Einstellung der optischen Gitter (98, lOO) im Sinne der Erzeugung de r op ti sehe η Si gnale.
2. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitter (98, lOO) des ersten und zweiten Gittersatzes (38, 62) im Sinne der Erzeugung eines lioiremusters von optischen Interferenzstreifenlinien in einer Winkelstellung zueinander angeordnet sind, wobei die photo de tektoranordnung (II4» II6, 118, 120) zum Ansprechen auf eine Bewegung der Interferenzstreifenlinien betätigbar ist.
3· Waage nach Anspruoh 1, dadurch gekennzeichnet, daf? das Mittel (84, 92) zur Erzeugung des Lichtstrahls eine Glühlampe (84) mit einem

einzelnen

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einzelnen, im wesentlichen geraden Faden (86) einbegreift, wobei dieser Faden (86) im Sinne der Erzielung eines günstigen Signal-Störverhältnisses der Pho to de tek to rano rdnung (114, 116, 118, 120) in eine dem einen der Gitter (98, lOO) im wesentlichen parallele Ebene bringbar ist.
4. Waage naeh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine der Gittersätze (38, 62) mit dem Wägeaufbau (12) beweglioh ist.
5. ¥aage naeh Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (32, 42) zur Lagerung des einen der Gittersätze (38, 62) eine zylindrische Buchse (42) einbegreifen, wobei diese Buohse (42) in drehbarer Anordnung von dem Wägeaufbau (12) getragen wird und wobei außerdem ein Untersetzungsantrieb (46, 108, HO) zum Drehen der zylindrischen Buchse (42) in genaue Winkel Stellungen vorgesehen ist.

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