DE2709874C2 - - Google Patents
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- G01G3/08—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a leaf spring
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Description
Die Erfindung betrifft eine Waage zum Wiegen von Wägegut
mit einem Gestell, mit einem vom Gestell getragenen, verschiebbaren
Wägeaufbau, mit einer der Verschiebung des
Wägeaufbaus entgegenwirkenden Federanordnung, mit einer
Lichtdetektorvorrichtung zur Ermittlung der vom Gewicht
des Wägegutes abhängigen Verschiebung des Wägeaufbaus
durch verschiebungsabhängige Beeinflussung von Lichtdetektoren
durch ein Lichtstrahlenbündel einer Lichtquelle
und mit einer Justiervorrichtung zur Winkelverstellung der
Lichtdetektorvorrichtung gegenüber der Verschiebungseinrichtung
des Wägeaufbaus in Abhängigkeit von der
Toleranzschwankung der Federkonstanten der Federanordnung.
Aus der DE-OS 25 24 765 ist eine Photodetektoranordnung
bekannt, welche aus einer vorgegebenen Anzahl von Lichtdetektoren
besteht, die durch einen Lichtstrahl beeinflußbar
sind, der von einer Lichtquelle herrührt. Die Zahl
der beleuchteten und nicht beleuchteten Lichtdetektoren
ist ein Maß für die Auslenkung des Wegeaufbaus gegen die
Kraft einer Federanordnung. Da die Federkonstante der
Federanordnung Toleranzschwankungen unterliegt, ist bei
der bekannten Waage eine Justiervorrichtung vorgesehen,
mit deren Hilfe die Lichtdetektoranordnung um eine Achse
schwenkbar ist, um auf diese Weise den auf die Vertikale
projizierten Abstand jeweils zwischen zwei benachbarten
Lichtelementen entsprechend zu variieren.
Bei senkrechter Anordnung der Lichtdetektorreihe ist der
wirksame Abstand gleich dem tatsächlichen Abstand zwischen
zwei benachbarten Lichtdetektoren. Je mehr die Lichtdetektorsäule
geneigt wird, desto geringer wird der jeweilige
projizierte Nachbarabstand. Auf diese Weise kann
die auf eine Gewichtseinheit bezogene Verschiebung des
Wägeaufbaus entgegen der Kraft der Blattfedern angeglichen
werden an die Nachbarabstände der Lichtdetektoren.
Solche Justiermaßnahmen sind jedoch nicht ausreichend, um
die Federkonstanten-Toleranzschwankungen aufzufangen. Insbesondere
ist es bei dieser bekannten Waage notwendig,
über den gesamten Auslenkbereich des Wägeaufbaus Photodetektoren
vorzusehen, so daß ein relativ großer Auslenk-
oder Biegebereich der Blattfedern erfaßt werden muß.
Aufgrund des relativ langen Lichtweges zwischen der Lichtquelle
und den Photodetektoren besteht außerdem der Nachteil,
daß Verschiebungen und Ungenauigkeiten in der
Strahlenführung auftreten können. Da bei der bekannten
Waage der gesamte Auslenk- und Verschiebebereich des
Wägeaufbaus durch Lichtdetektoren erfaßt werden muß, ist
es notwendig, bei entsprechend hoher gewünschter
Empfindlichkeit eine entsprechend große Anzahl von
Lichtdetektoren vorzusehen. Dies bedeutet, daß die
Lichtdetektoren untereinander gleiche Abstände aufweisen
müssen. Toleranzschwankungen dürfen hierbei nicht
auftreten. Andererseits ist es zur Erzielung einer
genügend großen Empfindlichkeit
notwendig, daß die Abstände zwischen jeweils zwei benachbarten
Lichtdetektoren möglichst gering gewählt werden.
Die Empfindlichkeit ist jedoch nur dann entsprechend groß,
wenn der gesamte Auslenk- und Verschiebebereich des
Wägeaufbaus bezogen auf den Abstand zwischen zwei
benachbarten Lichtdetektoren entsprechend groß ist.
Toleranzschwankungen der Federkonstante sind allenfalls
nur dann kompensierbar, wenn die Hell/Dunkelkante des
Lichtstrahles sich bei Drehen der Lichtdetektorreihe
erkannbar nach oben oder unten verschiebt. Hierdurch würde
nach der Durchführung der Justierdrehung der
Lichtdetektorreihe die Hell/Dunkelkante des Lichtstrahls
bei einem Normgewicht immer die gleiche Anzahl von
beleuchteten und nicht beleuchteten Lichtdetektoren
ergeben. Dies dient zur Nullpunktkorrektur der Waage
mittels eines Elektromotors über eine Gewindespindel und
eine Zugfeder. Des weiteren ist es nachteilig, daß für die
fortlaufende Gewichtsportoaufschläge eine
Einzeleinstellung des jeweiligen Umschaltpunktes
erforderlich ist, an dem der jeweilige Photodetektor
umschaltet. Der Umschaltpunkt bzw. Pegel ist äußerst
kritisch. Die Vornahme einer Endeinstellung ist aufgrund
der Toleranzerfordernisse schwierig und zeitraubend. Wie
bereits eingangs erwähnt, kann die Projektionsstrecke für
die bekannte Waage bis zu 60 cm betragen. Aufgrund dieser
langen Projektionsstrecke und aufgrund der kritischen
Umschaltpunkte für die Photodetektoren wirken sich
Erschütterungen und andere Einflüsse der Umgebung stark
auf die Genauigkeit der Waage aus.
Aus der US-PS 37 13 139 ist eine Vorrichtung zur
Bestimmung von Verschiebungen bekannt. Die Verschiebungen
werden dadurch gemessen, daß zwei Gittersätze mit je einem
Gitter zur Erzeugung eines Moir´-Musters von optischen
Interferenzlinien vorgesehen sind. Beide Gittersätze
werden von einer Lichtquelle bestrahlt. Im Strahlengang
der beiden relativ zueinander verschiebbaren Gitterstrukturen
befinden sich vier Lichtdetektorzeilen
nebeneinander. Sie sind derart angeordnet, daß jede der
Lichtdetektorzeilen einen bestimmten Phasenverlauf eines
Moir´-Interferenzmusters wiedergibt. Die erste Lichtdetektorzeile
bildet die Referenzzeile mit dem Winkel Null. Die
zweite Lichtdetektorzeile ist derart gegenüber der ersten
versetzt angeordnet, daß sie elektrische Wechselsignale
des Moir´-Musters mit einer Phasenverschiebung von 90°
wiedergibt. Die beiden weiteren Lichtdetektoren sind
ebenfalls untereinander und in Bezug auf die jeweils vorhergehende
Lichtdetektorzeile um 90° phasenverschoben.
Diese bekannte Meßvorrichtung enthält keinerlei Angaben
über die Möglichkeit einer Justierung infolge von
Toleranzschwankungen von Fehlern. Diese bekannte Vorrichtung
enthält darüber hinaus keinerlei Angaben über die
Anwendung einer Moir´-Mustererkennungsvorrichtung bei
Waagen. Des weiteren weist die bekannte Vorrichtung den
Nachteil auf, daß die Lichtdetektoreinrichtung mit der
Optik zusammen mit dem zugeordneten Gittersatz gemeinsam
verschiebbar ist. Dies kann zu Ungenauigkeiten in der Ablesung
führen, da das Bewegungsspiel nicht zur Erhöhung
der Ablesegenauigkeit und Empfindlichkeit beiträgt. Eine
genaue Kompensierung von Toleranzfehlern ist mit Hilfe
dieser bekannten Vorrichtung nicht möglich.
Der Erfindung liegt daher die Ausgabe zugrunde, eine Waage
der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der durch Verringerung
der Anzahl der Lichtdetektoren und durch Verringerung
des Lichtweges zwischen der Lichtquelle und der
Lichtdetektoren die Genauigkeit in der Bestimmung des
Gewichtes durch Auslenkung des Wägeaufbaus erhöht wird.
Außerdem soll die Lichtdetektorvorrichtung in einfacher
Weise so einstellbar sein, daß Fertigungstoleranzen der
Federkonstanten der Federanordnung kompensiert werden
können, ohne hierbei die Lichtdetektoren in ihrer Stellung
zu verändern.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch
- a) zwei Gittersätze, die mit je einem Gitter zur Erzeugung eines Moir´-Musters von optischen Interferenzlinien in zwei zueinander parallelen Ebenen senkrecht zum Lichtstrahlenbündel angeordnet sind, wobei die beiden Gitter innerhalb ihrer jeweiligen Gitter-Ebene untereinander einen spitzen Winkel bilden, wobei der erste Gittersatz mit dem Gestell und der zweite Gittersatz mit dem Wägeaufbau verbunden ist, und wobei die Anzahl der bei der Verschiebung des Wägeaufbaus an den Lichtdetektoren vorbeilaufenden optischen Interferenzlinien des Moir´-Musters das Gewicht des Wägegutes bestimmt, und
- b) durch ein Justierelement, durch das der erste oder zweite Gittersatz um eine Achse senkrecht zu den beiden parallelen Ebenen zwecks Justierung des spitzen Winkels zwischen den beiden Gittern drehbar und nach erfolgter Justierung in der eingestellten Winkellage durch eine Sicherungseinrichtung arretierbar ist.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß in zuverlässiger
und einfacher Weise eine Waage geschaffen ist, die in Massenfertigung
hergestellt werden kann. In einfacher Weise
können Federkonstantenabweichungen kompensiert werden.
Hierbei können größere Toleranzbreiten der Federkonstanten
kompensiert werden. Bei der Kompensierung der Toleranzfehler
von Federkonstanten der Federanordnung braucht die
Position der Lichtdetektoranordnung sowie der Lichtquelle
und der Optik nicht verändert zu werden. Bei Änderung des
ohnehin spitzen Winkels der Gitterstrukturen machen sich
diese bereits bei geringfügigen Änderungswerten stark bemerkbar.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den
Unteransprüchen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Fig.
1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.
Es zeigt:
Fig. 1 eine in einem größeren Maßstab gehaltene perspektivische
Teilansicht einer Lichtdetektoreinrichtung,
wobei in der zeichnerischen Darstellung
zur Veranschaulichung der Einzelheiten
Teile weggebrochen sind,
Fig. 2 eine Seitenansicht einer Waage, wobei die
Lichtdetektoreinrichtung im teilweise
auseinandergebauten Zustand dargestellt ist,
um die Halterungsanordnung deutlicher zu
zeigen, die dazu dient, ein optisches Gitter
unter Wahrung der Verstellmöglichkeit mit
einem Wägeaufbau in der Weise zu verbinden,
daß die Winkelstellung der Gitter zur Kompensation
von 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 Schnitt,
Fig. 4 eine in einem größeren Maßstab gehaltene
schematische Darstellung des typischen
Erscheinungsbildes eines
Moir´-Interferenzmusters, wie es von der
Lichtdetektoreinrichtung erzeugt werden kann,
und
Fig. 5 eine in einem erheblich größeren Maßstab
gehaltene schematisierte Darstellung eines
Moir´-Interferenzmusters zur Veranschaulichung
der Federkonstanten-Kompensationswirkung von Änderungen
im Gitterwinkel des beweglichen Gittersatzes.
Zur Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform sei nun
auf die Einzelheiten der Zeichnungen eingegangen, in denen die Bezugszahl
10 eine Blattfederwaage bezeichnet (in Fig. 2 dargestellt),
wie sie in der US-PS 38 77 513
beschrieben ist.
Es sei bemerkt, daß die Waage entsprechend ihrer baulichen
Eigenart einen im wesentlichen linearen Ausschlag liefert, wenn auf
eine von einem Wägeaufbau 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. Die Blattfedern
sind jeweils am andern Ende an einem geneigten Tragrahmen 18 freitragend
gehalten, wie dies in der US-PS
38 77 513 und in der US-PS 38 07 517
näher ausgeführt ist.
In der Waage 10 ist zwischen den Blattfedern 14 und 16 ein
Lichtdetektor 20 mit einem Aufbau gemäß der Erfindung angeordnet,
damit der senkrechte Ausschlag des Wägeaufbaus festgestellt werden
kann, wenn auf den Aufbau 12 eine Last aufgebracht wird. Wie bereits
erwähnt wurde, dient das Auswandern eines Moir´streifenmusters im
Rahmen der Erfindung zur Feststellung und Messung des Lastgewichts.
Zu diesem Zweck sind zwei parallele Strichgittersätze auf transparenten
Trägern vorgesehen, wobei der eine dieser Sätze festgelegt ist,
während der andere Gittersatz sich mit dem Wägeaufbau 12 in einer zu
dem festen Satz parallelen Ebene bewegt. Beispielshalber sei erwähnt,
daß es sich bei den Gittern eines jeden dieser Sätze um Ronchi-
Strichteilungen mit Abständen von 0,05 mm handelt. Die Teilungsabstände
können für die jeweiligen Gittersätze jedoch auch unterschiedlich
sein.
Der Lichtdetektor 20 umfaßt ein Wandlergehäuse 22, das an
einer Halterungsunterlage 24 verstellbar befestigt ist, die sich von
dem Tragrahmen 18 fort erstreckt. Das Wandlergehäuse 22 weist zwei
parallele, vertikal gerichtete Arme 26 und 28 auf (Fig. 3), die sich
von einem allgemein ebenen Fuß 30 fort erstrecken. Der Fuß 30 ist seinerseits
durch übliche Befestigungsmittel mit einer schwalbenschwanzförmig
ausgebildeten Halterungsplattform 32 verbunden.
Eine Halterungsplatte 34 verbindet die Halterungsplattform
32 mit der Rahmenhalterungsunterlage 24. Zur Verbindung der Platte
34 mit der schwalbenschwanzförmig ausgebildeten Plattform 32 sind
mehrere Schrauben 35 vorgesehen (Fig. 3), die sich durch überdimensionierte
Öffnungen in der Halterungsplatte 34 erstrecken und in
Gewindeöffnungen in der Plattform 32 eingeschraubt sind.
Ein auf einer ebenen Fläche eines transparenten, beispielsweise
aus Glas bestehenden Trägers 40 vorgesehener fester Gittersatz
38 ist am vorderen Ende einer zylindrischen Buchse 42 angeordnet.
Die 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 Bohrung
in der Achsrichtung verschoben werden. Ist die gewünschte Gitterlage
erreicht, so wird das äußerste Ende der Buchse mit einer
Klemmschraube 48 an einem geschlossenen Stellring 46 festgeklemmt.
Eine weitere Verschiebungseinstellung kann dank der Schwalbenschwanzhalterung
der Plattform 32 an der Halterungsplatte 34 erzielt
werden, die Verschiebungsbewegungen des gesamten Wandlergehäuses
22 in einer Horizontalebene ermöglicht. Hierzu ist ein oberer
und ein unterer schwalbenschwanzförmiger Absatz 50 bzw. 52 vorgesehen,
die sich beide von der Halterungsplatte 34 fort erstrecken. Die
Absätze 50 und 52 sind zum gleitenden Angreifen am oberen bzw. unteren
Schwalbenschwanzrand der Halterungsplattform 32 in getrennten
Horizontalebenen fest angeordnet.
Die Halterungsplattform 32 wird federnd gegen eine Kugel 51
gedrückt, die in eine ausgehöhlte konische Spitze 53 am Ende einer
Stellschraube 54 aufgenommen ist. Die Stellschraube 54 ist in eine
Horizontalbohrung eingeschraubt, die sich durch einen senkrechten
Flansch 56 hindurcherstreckt, der von einer vertikalen Randkante der
Halterungsplatte 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
Stellschraube 54 wird also eine Verschiebungsbewegung des gesamten
Wandlergehäuses 22 entlang einer Horizontalebene bewirkt.
Ein auf einer ebenen Fläche eines transparenten Trägers 64
vorgesehener beweglicher Gittersatz 62 ist zur Ausführung von Bewegungen
in einer Vertikalebene zwischen den Wandlerarmen 26 und 28
angeordnet. Der bewegliche Gitttersatz 62 ist durch
eine Halterungsanordnung 66 an dem Wägeaufbau zur Ausführung gemeinsamer
Bewegungen befestigt, wobei der Gitterwinkel, d. h. der Winkel
zwischen den Strichteilungen des Gittersatzes 62 und einer Horizontalebene,
verstellt werden kann, um so einen Korrekturausgleich für
Abweichungen in der Federkonstante zu schaffen, wie dies im folgenden
noch erläutert werden soll.
In der Darstellung der Fig. 1 ist zu beachten, daß der die
ebene Fläche mit den Teilungen des Gittersatzes 62 aufweisende Träger
64 mit der Halterungsanordnung 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 Achsfluchtung mit der Bohrung 44 vorgesehene Bohrung
82 erstreckt sich durch den Arm 26 des Wandlergehäuses 22, damit
der Durchtritt eines Lichtstrahls ermöglicht wird, der mit Hilfe
der Gittersätze moduliert werden kann. Eine sicherungsartige Lampenfassung
dient zur Halterung einer Glühlampe 84 mit einem im wesentlichen
geraden Einzelfaden 86 und einem Reflektorplättchen 88. Die
Lampenfassung ist ihrerseits in einer Tragscheibe 90 gehaltert, die
an dem Wandlerarm 26 drehbar befestigt ist, wobei sich die Bohrung
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 bogenförmige Schlitze
in der Scheibe hindurcherstrecken und in Gewindeöffnungen in dem
Arm 26 eingeschraubt sind. In der Bohrung 82 ist innerhalb des Arms
26 zwischen der Lampe 84 und dem beweglichen Gittersatz 62 eine Kondensorlinse
92 angeordnet, die den Lichtstrahl senkrecht auf die beiden
Gittersätze 62 und 38 wirft, durch die er hindurchtritt.
Da die Gitter des festen Gittersatzes 38 mit einem geringfügigen
Schrägungswinkel 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-parallelen Moir´streifen entsteht.
Der Wägeaufbau 12 bewegt sich beim Aufbringen einer Last
nach unten, und folglich wird dann auch der bewegliche Gittersatz 62
nach unten geführt. Infolge der ausgedehnten seitlichen Breite der
Blattfedern 14 und 16 bleibt der Seitenausschlag des beweglichen Gittersatzes
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 Moir´musters
mit hoher Auflösungsgüte erfolgen kann. Die Feineinstellung
der anfänglichen parallelen Nebeneinanderstellung der Gitter wird
durch eine drehende Bewegung des gesamten Wandlergehäuses 22 um einen
Befestigungsstift 94 bewirkt, der endseitig mit einem Federring
96 versehen ist. Der Stift 94 erstreckt sich zwischen dem Wandlerfuß
30 und der Halterungsplattform 32. Nachdem die parallele Ausrichtung
der Gittersätze durch die Drehungseinstellung des Wandlergehäuses um
den Stift 94 erzielt ist, wird die Wandlerstellung durch Anziehen
der Befestigungsschrauben 36 festgelegt.
Zur Einstellung des Abstandes der Gittersätze 38 und 62
können sowohl die Verschiebungsbewegung des Wandlergehäuses dienen,
die mit Hilfe der Stellschraube 54 herbeigeführt wird, als auch die
axiale Einstellung der Buchse 42 in bezug auf den Ring 46.
Es sei nun auf Fig. 4 Bezug genommen für eine in einem größeren
Maßstab gehaltene schematische Darstellung der Erzeugung eines
typischen Moir´-Interferenzmusters, in der ein Teil des beweglichen
Gittersatzes 62 mit den einzelnen Gittern 98 gezeigt ist, die hier
ihre normale, horizontal ausgerichtete Stellung einnehmen. Der Horizontalstellung
bedient man sich unter Idealbedingungen, wenn der faktische
Wert der Federkonstante mit dem gewünschten Wert zusammenfällt.
Der feste Gittersatz 38 überschneidet sich 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 R ausgerichtet sind.
Der Darstellung ist zu entnehmen, daß die Gitter 98 und 100 in der
wechselseitigen Überschneidung ein Interferenzmuster erzeugen, das
eine Vielzahl von dunklen Moir´streifen aufweist, die im wesentlichen
vertikal ausgerichtet sind. Eine vertikale Bewegung des beweglichen
Gittersatzes 62 in Richtung des Pfeils 104 bewirkt ein Auswandern
der Streifenanordnung 102 nach links in Richtung des
Pfeils 106. Die räumlichen Lageverhältnisse sind solcherart, daß
sich eine gewählte Streifenanordnung 102 horizontal über einen vollen
Streifenteilungsabstand fortbewegt, während sich der Gittersatz
62 vertikal nur über einen Gitterteilungsabstand bewegt.
Die Distanz zwischen den aneinandergereihten Streifen 102
kann durch Änderung des Schrägungswinkels R verstellt werden.
Eine Feineinstellung des Streifenabstandes wird durch die kontrollierte
drehende Einstellung der Buchse 42 erzielt, die den festen
Gittersatz 38 trägt. Zur Ermöglichung einer solchen Schrägungswinkeleinstellung
weist der Ring 46 (Fig. 1 und 3) einen gerändelten Umfang
auf, an dem ein elastomerer Wulstring 108 angreift, der fest
auf einen in dem Wandlerarm 28 drehbar gelagerten Schlitzzapfen 110
aufgeschoben ist. Durch Drehen des Zapfens 110 wird mithin der Schrägungswinkel
R in einer untersetzten Drehbewegung verstellt. Zum Einbauen
des Stellzapfens 110 ist in den Arm 26 eine Zugangsöffnung 112
vorgesehen.
Die Streifenbewegung wird festgestellt und ausgezählt, so
daß man für die Last, beispielsweise einen Briefumschlag, ein
Gewichtsanzeigesignal erhält. Im Rahmen beispielsweise eines automatisch
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.
Die Bewegung des Moir´-Interferenzmusters wird von mehreren
Photodetektoren 114, 116, 118 und 120 erfaßt (Fig. 3). Es sind
hier vier solcher Photodetektoren dargestellt. Doch konnten befriedigende
Ergebnisse auch schon mit zwei Photodetektoren erzielt werden,
die auf die Größe und Richtung der Bildmusterverschiebung ansprechen.
Die Photodetektoren sind in einer nichtleitenden Scheibe
122 angeordnet. Die haben voneinander jeweils den gleichen Abstand
und sind entlang einer Achse vorgesehen, die sich mit der Scheibendiagonalen
deckt.
Die Scheibe 122 ist in der Anlage gegen einen Randanschlag
in der Innenbohrung der Buchse 42 fest angeordnet. Es sei bemerkt,
daß jeder der Photodetektoren von dem jeweils benachbarten Photodetektor
in bezug auf das Moir´-Interferenzmuster, das sich über die
Reihenanordnung hinwegbewegt, optimal um 90 Grad versetzt ist.
Die Photodetektoren 114 und 118 sind so aufgebaut, daß sie
ein einziges Ausgangssignal liefern, während zum andern vorgesehen
ist, daß auch die Photodetektoren 116 und 120 nur ein Ausgangssignal
liefern. Die untereinander verbundenen Photodetektorpaare sind räumlich
jeweils um 90 Grad gegeneinander versetzt, so daß das kombinierte
Ausgangssignal eines jeden Paares in bezug auf das des anderen
Paares um 90 Grad phasenverschoben ist und ein Bekräftigungssignal
darstellt.
Die Ausgangssignale der Photodetektorpaare werden mit
Hilfe einer nach dem Stand der Technik bekannten Schaltungsanordnung
wie beispielsweise der in der US-PS 28 86 718 oder
37 13 139 beschrieben verarbeitet und ausgezählt, so daß man ein
zur optischen Anzeige geeignetes Signal erhält, welches das von dem
Wägeaufbau getragene Lastgewicht ausdrückt.
Hinsichtlich der durch den Lichtdetektor 20 vermittelten
Einstellmöglichkeiten zur Kompensation von Unterschiedlichkeiten in
den Federkonstanten ist zu bemerken, daß eine gewählte Feder, die
in die Toleranzgrenzen fällt und hierbei aber noch unterhalb eines
optimalen Stärkewerts 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
Toleranzschwankungen 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 bereits erwähnt wurde, müssen die Gitter 98 zur Herbeiführung
einer Horizontalverschiebung (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 98 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 101), so ändert sich die einer vollen Streifenteilung
"d" entsprechende Vertikalverschiebung der Gitter 98 in
der Weise, daß a/2 sin Φ/2 = d ist.
Anders ausgedrückt:
Bei kleinen Winkeln, d. h. Φ<8°, wird "d" annähernd
gleich a/Φ:
d ≅ a/Φ
worin Φ in Radianten ausgedrückt ist.
Aus den obigen Darlegungen geht hervor, daß Abweichungen
in der Federkonstante der Waagenfedern kompensiert werden können,
indem man den Gitterwinkel Φ gegen die Vertikalachse ändert. Mit anderen
Worten: die einer Bewegung über eine volle Streifenteilung "d"
entsprechende Ausschlagstrecke ist nunmehr a′, eine Distanz, die
größer ist als die Verschiebungsstrecke "a":
a′<a.
Aus Fig. 1 und 2 ist zu entnehmen, daß die gewünschte Gitterwinkeleinstellung
mechanisch dadurch ermöglicht wird, daß man das
Zahnradsegment 72 gegen eine ebene Fläche der Sockelaufbaugruppe 76 anliegen
läßt und in einer gewünschten Stellung durch eine Klemmbacke
124 festhält, die in einem bogenförmigen Schlitz 126 des Zahnsegments
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. Die Rollen 132 können zum Heranführen an die Zahnräder 128
bzw. 130 im Sinne einer Minderung des Spiels beim Zahneingriff kurvenverstellbar
sein.
Von dem Unterbau oder der Sockelbaugruppe 76 erstreckt
sich 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 Getriebezug 140 dient
zur Herbeiführung einer drehenden Bewegung des Zahnrades 128. Ein
Antriebsknopf 142 des Getriebzuges weist eine Vielzahl von Bezugsmarkierungen
144 auf, die in Verbindung mit einem Anzeigearm 146
zum Einstellen eines geeigneten Gitterwinkels Φ zur 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 Randflansch 148 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
Drehen der Lampenhalterungsscheibe 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 gesenkt wird,
als dies eine größere Breite der Federauslegungen ermöglicht. Doch
läßt sich der Aufwand auch darüber hinaus noch verringern, wenn man
den Zahnteil des Zahnradsegments 72, das Zwischenzahnrad 130, das
Antriebszahnrad 128 und den Getriebezug 140 in ein Einbauwerkzeug
einbezieht. Das Werkzeug wäre bei der Montage der Waage 10 mit dem
Segment 72 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 optische
Ansprechsystem praktisch in jeder beliebigen Federwaage in Anwendung
kommen kann und daß seine Anwendungsmöglichkeiten keineswegs
auf die beispielhaft beschriebene Ausführungsform einer Blattfederwaage
begrenzt sind.
Es ist also festzustellen, daß somit eine Waage und ein
optisches Ansprechsystem geschaffen wurden, die
den im praktischen Gebrauch auftretenden
Bedingungen in jeder Weise entsprechen.
An dem oben beschriebenen Lichtdetektor können verschiedene Abänderungen
vorgenommen werden.
Claims (7)
1. Waage zum Wiegen von Wägegut mit einem Gestell, mit
einem vom Gestell getragenen, verschiebbaren Wägeaufbau,
mit einer der Verschiebung des Wägeaufbaus entgegenwirkenden
Federanordnung, mit einer Lichtdetektorvorrichtung
zur Ermittlung der vom Gewicht des
Wägegutes abhängigen Verschiebung des Wägeaufbaus
durch verschiebungsabhängige Beeinflussung von Lichtdetektoren
durch ein Lichtstrahlenbündel einer Lichtquelle
und mit einer Justiervorrichtung zur Winkelverstellung
der Lichtdetektorvorrichtung gegenüber
der Verschiebungsrichtung des Wägeaufbaus in Abhängigkeit
von der Toleranzschwankung der Federkonstanten
der Federanordnung,
gekennzeichnet durch
- a) zwei Gittersätze (38, 62), die mit je einem Gitter (98, 100) zur Erzeugung eines Moir´-Musters von optischen Interferenzlinien in zwei zueinander parallelen Ebenen senkrecht zum Lichtstrahlenbündel angeordnet sind, wobei die beiden Gitter (98, 100) innerhalb ihrer jeweiligen Gitter-Ebene untereinander einen spitzen Winkel bilden, wobei der erste Gittersatz (38) mit dem Gestell (18) und der zweite Gittersatz (62) mit dem Wägeaufbau (12) verbunden ist, und wobei die Anzahl der bei der Verschiebung des Wägeaufbaus (12) an den Lichtdetektoren (114, 116, 118, 120) vorbeilaufenden optischen Interferenzlinien des Moir´-Musters das Gewicht des Wägegutes bestimmt, und
- b) durch ein Justierelement (142), durch das der erste oder zweite Gittersatz (38 oder 62) um eine Achse senkrecht zu den beiden parallelen Ebenen zwecks Justierung des spitzen Winkels ( R ) zwischen den beiden Gittern (98, 100) drehbar und nach erfolgter Justierung in der eingestellten Winkellage durch eine Sicherungseinrichtung (124) arretierbar ist.
2. Waage nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand
zwischen dem ersten, mit dem Gestell (18) über
eine Halterung (32, 34) verbundenen Gittersatz (38),
und dem zweiten Gittersatz (62) mittels Einrichtungen
(54, 56, 58, 60, 42, 46) veränderbar ist.
3. Waage nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Lichtquelle (84) als Glühlampe mit einem einzelnen,
im wesentlichen geraden Lampenfaden (86) ausgebildet
und in einer Ebene parallel zu den beiden Ebenen
der Gitter zur Erzielung eines günstigen Signal-Störverhältnisses
der Lichtdetektoren (114 bis 120) in
eine Stellung drehbar und in dieser Stellung arretierbar
ist, in der der Lampenfaden in etwa mit dem Gitter
(98 oder 100) eines der beiden Gittersätze (38, 62)
ausgerichtet ist.
4. Waage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der
zweite Gittersatz (62) an der mit dem Wägeaufbau (12)
verbundenen Halterung (66) drehbar gelagert ist und
daß ein Zahnraduntersetzungsgetriebe (126, 128, 130
140, 142) vorgesehen ist, durch das mittels einer mit
einem Winkelzeiger (146) zusammenwirkenden Handhabe
der zweite Gittersatz (62) in seiner Ebene drehbar
ist, und daß die Sicherungseinrichtung eine Klemmbacke
(124) ist, durch die das Zahnraduntersetzungsgetriebe
(140) arretiert wird.
5. Waage nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung
des zweiten Gittersatzes (62) ein Zahnsegment
(72) mit Außenverzahnung und mit einem Kreissegmentschlitz
(126) aufweist, in dem Lagerrollen (132) der
Halterung (76) eingreifen, während die Außenverzahnung
mit Zahnrädern (128, 130) in Verbindung steht.
6. Waage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung
des ersten Gittersatzes (38) eine zylindrische
Buchse (42) aufweist, wobei die Buchse drehbar in der
Halterung des Gestells (18) gelagert ist, und daß ein
Untersetzungsgetriebe (110, 108, 46) zur Drehung der
zylindrischen Buchse (42) für die Einstellung des
Schrägwinkels ( R ) vorgesehen ist.
7. Waage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der
erste Gittersatz (38) und dessen Halterung (22) um
eine parallel zu den beiden parallelen Ebenen liegende
Achse (94) drehbar ist.
Applications Claiming Priority (1)
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