DE3414934A1

DE3414934A1 - Elektronische waage

Info

Publication number: DE3414934A1
Application number: DE19843414934
Authority: DE
Inventors: Frank A. Quincy Mass. Catrambone; Gerald M. Milford Mass. Dee
Original assignee: Pneumatic Scale Corp
Current assignee: Pneumatic Scale Corp
Priority date: 1983-08-22
Filing date: 1984-04-19
Publication date: 1985-03-14
Also published as: US4549620A; GB8408307D0; JPS6044834A; AU2639284A; GB2145524B; AU565251B2; CA1214843A; GB2145524A

Description

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BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine elektronische Waage, insbesondere ein Steuersystem dafür. Das erfindungsgemäße elektronische Steuersystem ist vorgesehen zum Gebrauch mit einer pneumatischen Waage der Art, wie sie in US-PS 2 704 197 (Howard) beschrieben ist.

Pneumatische Waagen dieser Art haben weite Verbreitung gefunden wegen ihrer Genauigkeit und Zuverlässigkeit, insbesondere beim Verpacken von Getreideerzeugnissen. Die hohe Genauigkeit der pneumatischen Waage resultiert aus einem großen Gewicht/Skala-Ablenkungsfaktor, da die gesamte Skalabewegung nur an und um das Aufschriftgewicht der Schachtel auftritt. Der von der Luftfederung der Waage bewirkte Auftrieb isoliert die Waage von Erschütterungen von der Umgebung und der Maschine.

Ein häufig bei pneumatischen Waagen angetroffenes Problem, insbesondere beim Füllen von Schachteln für Getreideerzeugnisse, ist der Aufbau von Rückständen in der Waage. Beispielsweise klebt Zucker auf zuckerüberzogenem Getreide oft an der Waage, nachdem das Produkt in die Schachtel freigelassen wurde. Dieser Rückstand erzeugt Ungenauigkeiten beim Wiegeverfahren.

Weiter war es schwierig, den Betrieb von pneumatischen Waagen nach dem Stand der Technik zu bewerten, da kein numerisches Ausgangssignal produziert wurde oder für statistische Analyse gespeichert wurde.

Die Erfindung ist auf ein elektronisch gesteuertes Wiegesystem gerichtet, das ein automatisches Tara-Signal liefert, welches bezüglich Rückstand, der sich in der Waage ansammelt, kompensiert ist.

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Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung produziert ein Umformer ein Gewicht-Signal, welches dem Gewicht eines fließbaren Materials entspricht, das in einer Waage vorhanden ist. Eine Verriegelungsschaltung speichert und liefert ein Tara-Signal zur Summierung mit dem Gewicht-Signal. Das Tara-Signal entspricht dem Gewicht eines Rückstands auf der Waage, wenn die Waage frei von fließbarem Material ist. Das Tara-Signal ist das Inverse des von dem Rückstand produzierten Gewicht-Signals. Die Summe des Gewicht-Signals und des Tara-Signals produziert ein Netto-Gewicht-Signal, welches zum Triggern der Beendigung des Materialflusses auf die Waage benutzt werden kann, wenn das Gewicht auf der Waage sich einem vorbestimmten Gewicht nähert. Die Verriegelungsschaltung wird periodisch automatisch rückgestellt, um ein neues Tara-Signal zu produzieren bei einem neuen Wert für das Gewicht des Rückstands .

Gemäß einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine programmierbare Steuerung in der Schaltung vorgesehen. Ein Analog/Digital-Konverter empfängt das Netto-Gewicht-Signal und konvertiert es in ein digitales Netto-Gewicht-Signal. Die digitalen Netto-Gewicht-Signale werden der programmierbaren Steuerung zugeführt. Die programmierbare Steuerung dient mehreren Funktionen. Sie steuert das periodisehe Rücksetzen der Verriegelungsschaltung zum Liefern neuer Tara-Signale. Sie zeichnet auf und analysiert die Endgewichte des Materials auf der Waage, nachdem der Fluß des Materials gestoppt hat. Von der Endgewichtinformation produziert sie ein Durchschnittsgewicht und eine Standardabweichung für die empfangenen Werte. Das Durchschnittsgewicht wird verglichen mit dem vorbestimmten Gewicht, und die Steuerung liefert ein Computer-Sollwert-Signal als Funktion des Durchschnittsgewichts, der Standardabweichung und des vorbestimmten Gewichts. Das Computer-Sollwert-Signal wird benutzt zum Ändern des Trigger-

Punktes, so daß das Endgewicht innerhalb akzeptabler Grenzen des gewünschten vorbestimmten Gewichts kommt. Das Computer-Sollwert-Signal wird mit dem Gewicht-Signal und dem Tara-Signal summiert zum Liefern eines korrigierten Signals. Das korrigierte Signal wird benutzt zum Triggern der Beendigung des Materialflusses.

Durch Benutzung einar programmierbaren Steuerung können die Gewichtsdaten aufgezeichnet werden und später zur Analyse durch die Bedienungsperson der Wiegemaschine produziert werden. Es ist auch möglich, mit dieser Einrichtung eine Volumen-Erfassungseinrichtung zum Messen des Volumens von fließendem Material in der Waage hinzuzufügen. Durch Benutzung dieser zugefügten Einrichtung läßt sich verhindern, daß der Triggermechanismus den Materialfluß beendet, ehe ein Minimalvolumen in der Waage erreicht wurde. Der Computer empfängt ein Signal von dem Volumensensor, so daß er in seinen Berechnungen registrieren kann, welche Wiegungen über vorbestimmtem Gewicht waren wegen der Volumenbedingung.

Weitere Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer pneumatischen Waqge, bei

der die vorliegende Erfindung benutzt werden kann;

Fig. 2 eine schematische Ansicht des pneumatischen Steuerungssystems der Waage nach Fig. 1;

Fig. 3 ein schematisches Diagramm des erfindungsgemäßen

elektronischen Wiegesystems.

In Fig. 1 und 2 ist eine pneumatische Wiegemaschine, die mit der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann, gezeigt. Diese Wiegemaschine ist in US-PS 2 704 197 (Howard) offenbart. Eine grundlegende Beschreibung der pneumatischen Waage wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 durchgeführt. Durch eine Vibrations-Beschickungsvorrichtung 20 wird Material der Waage zugeführt. Das Material läuft durch eine Zuführung 18 auf die Waage. Die Waage hat auf einer Seite ein lastaufnehmendes Gefäß 12 zur Aufnahme des Materials, wenn es von der Zuführung 18 fällt. Das lastaufnehmende Gefäß 12 ist auf Cantilever-Blattfedern 10 befestigt. Die Federn 10 ermöglichen vertikale Bewegung des lastaufnehmenden Gefäßes 12 als Antwort auf einen Wechsel des Gewichts, das in dem Gefäß gehalten ist. Am Ende der Federn 10 gegenüber dem Gefäß 12 sind die Federn an dem festen Träger der Waage befestigt. Die unteren Blattfedern 10 sind über einem Luftdüsenelement 36 gelegen. Auf der Unterseite der unteren Blattfeder 10 ist ein Düsenzapfen 32 montiert, der direkt über dem Luftdüsenelement 36 liegt zur Aufnahme des Drucks, der von dem Luftstrom aus der Düse 36 erzeugt wird.

In Fig. 2 ist der Druckluftkreislauf gezeigt. Der Düsenzapfen 32 liegt direkt über der primären Düsenöffnung 34. Wenn zusätzliches Gewicht dem Gefäß 12 zugefügt wird, wird von dem Düsenzapfen 32 eine zusätzliche Abwärtskraft gegen den Luftstrom ausgeübt. Der resultierende Anstieg des Luftdrucks wird durch eine primäre Düsenkammer 35 übertragen, so daß er durch den ganzen primären Luftkreislauf gefühlt wird. Dies erzeugt eine Kraft gegen das Diaphragma innerhalb des Luftdruck/Spannungswandlers 44. Die von dem Wandler 44 erzeugte Spannung wird von dem erfindungsgemäßen elektronischen Wiegesystem benutzt zum Liefern eines dem Gewicht in dem Gefäß 12 proportionalen Gewicht-Signal .

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Die vorliegende Erfindung wird im allgemeinen benutzt zum Ablegen von Materiallasten, die ein vorbestimmtes Gewicht haben, in eine Packung. Wenn das vorbestimmte Gewicht erreicht ist, ist es Aufgabe des vorliegenden Wiegesystems, den Materialfluß in das lastaufnehmende Gefäß 12 zu beenden. Wenn es zusammen mit den Waagen nach Fig. 1 und 2 benutzt wird, wird ein elektrisches Signal an ein normalerweise geöffnetes Dreiweg-Miniatur-Magnetvenr.il 31 geliefert, das bei Aktivierung als Auslaßöffnung dient. Das Ventil 31 ist auf einer vertikalen Luftkammer 38 befestigt, welche mit einem zweiten Luftkreislauf 30 verbunden ist. Der zweite Luftkreis 38 ist separat, reagiert jedoch auf Druckänderungen in dem ersten Luftkreislauf 28. Die Luft für die ersten und zweiten Luftkreisläufe wird geliefert durch einen Lufteinlaß 24, der einen luftregulierten Druck aufnimmt. Die Beendigung des Materialflusses wird getriggert, wenn Luft durch das Ventil 31 des zweiten Luftkreislaufs 30 abgegeben wird.

Die Abgabe von Luft aus dem zweiten Luftkreislauf 30 bewirkt, daß ein hin- und herlaufender Verriegelungs-Luftkolben 42 in seine Normalposition innerhalb des Luftzylinders 40 zurückkehrt. Der Luftkolben 42 gibt eine Verriegelung frei, welche ein stromunterbrechendes Tor 22 (siehe Fig. 1) freigibt. Wenn das Ventil 31 leer ist, bewegt sich der Verriegelungskolben 42 von der Posiiton, in welcher die Luft ihn in seine Normalposition gezwungen hat, wobei die Verriegelung an dem stromunterbrechenden Tor 22 freigegeben wird. Das Tor 22 ist durch einen Torarm 25 verbunden für eine Schwenkbewegung um den Zapfen 21. Wenn die Verriegelung freigegeben ist, schließt eine Feder 23 das Tor und beendet den Materialfluß von der Zuführung 18. Nachdem die Verriegelung das Tor freigegeben hat, wird noch Material, das im Flug ist, in das Gefäß 12 deponiert. Eine Endgewichtsmessung wird jedesmal gemacht, wenn Material aufhört, in das Gefäß 12 zu fallen und eine Wiegung

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beendet. Nach jeder Wiegung kann das Material aus dem Gefäß 12 freigegeben werden durch Öffnung der Gefäßtür 14. Das Material fällt durch eine zweite Zuführung 16 in einen Karton C oder eine andere Packungsart. Nachdem das Material in den Karton C gefüllt wurde, wird die Tür 14 wieder geschlossen und das Tor 22 wieder geöffnet.

Nun wird das erfindungsgemäße elektronische Wiegesystem nach Fig. 3 beschrieben. Das Materialgewicht auf der Waage wird durch den Luftdruck in dem ersten Luftkreislauf 28 gefühlt. Der Druck in dem Luftkreislauf wird konvertiert in ein elektrisches Gewicht-Signal von dem Luft/Spannungswandler 44. In dem Wandler 44 konvertiert ein Dehnungsmesser, der mit einem Diaphragma verbunden ist, den Druck in ein Rohgewicht-Signal proportional dem Gewicht auf der Waage, wenn der Druck erhöht wird. In der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform wird als Wandler 44 ein von Data Instruments hergestellter Transducer Modell AB 5 % benutzt. Ein Luftwaagesystem dieser Art ist linear nur innerhalb eines engen Bereichs. Deshalb sollte das System für optimalen Betrieb bei dem vorbestimmten für jede Wiegung gewünschten Gewicht eingenullt werden, und das Wiegesystem sollte kalibriert werden.

Das Rohgewicht-Signal von dem Wandler 44 durchläuft eine Signal-Formungsschaltung mit im wesentlichen einem chopper-stabilisierten Meßverstärker 54 und einem Wiegeverstärker 52. Der chopper-stabilisierte Meßverstärker 54 verarbeitet das Rohgewicht-Signal durch Entfernen von Rauschanteilen. Bei der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform wird das Rohgewicht-Signal vom Wandler 44 in einer nicht gezeigten integrierten Schaltung 0221 moduliert. Das modulierte Signal wird durch zwei in Fig. 3 gezeigte Operationsverstärker 3240E geführt. Das resultierende Signal wird in einer nicht gezeigten integrierten Schaltung 4066 demoduliert. Das demodulierte Signal

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wird in einen Operationsverstärker 714 geführt. Der Operationsverstärker 714 bewirkt auch eine Gleichtaktunterdrückung. Dieser und alternative Aufbauten für die signalverarbeitende Schaltung sind dem Fachmann bekannt.
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Potentiometer 64 und 66 sind vorgesehen zum Einnullen und Kalibrieren des Wiegesystems beim Beginn des Wiegebetriebs· Sobald diese Potentiometer eingestellt sind, brauchen sie nicht mehr neu justiert zu werden, solange das gewünschte vorbestimmte Gewicht nicht geändert wird. Zum Einnullen des Systems wird ein Gewicht, das dem gewünschten vorbestimmten Gewicht gleich ist (das Füllgewicht der zu füllenden Kartons) in das lastaufnehmende Gefäß 12 gebracht. Das Nullpunkt-Einstell-Potentiometer 64 wird justiert, bis der Ausgang des Meß-Verstärkers 52 gleich null Volt ist. Dann wird ein kleines Gewicht zu dem schon in dem lastaufnehmenden Gefäß 12 befindlichen Gewicht zugefügt zum Zweck des Eichens der Waage. Das Kalibrierungs-Potentiometer 66 wird justiert, bis die Spannung am Ausgang des Wiegeverstärkers 52 einen Ablesewert liefert, der dem Gewicht des Kalibrierungsgewichts entspricht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform für Wiegung von Getreideprodukten wird ein Kalibrierungsgewicht von 14,175 g (0,5 Unzen) benutzt. Nachdem die Kalibrierung ausgeführt wurde, kann es notwendig sein, das Nullpunkt-Potentiometer 64 nachzujustieren, um sicherzustellen, daß ein Ausgangssignal Null noch empfangen wird, wenn das Gefäß 12 leer ist. Es kann notwendig sein, die Nullpunkt-Einstellung und die Kalibrierung einige Male zu wiederholen, ehe die beiden Steuerungen genau stimmen. Nachdem diese Vorgänge abgeschlossen sind, ist die Signalverarbeitungsschaltung bereit zum Produzieren eines Gewicht-Signals, das genau das Materialgewicht in dem lastaufnehmenden Gefäß 12 darstellt. Das Gewicht-Signal ist gleich Null, wenn das Gewicht in dem lastaufnehmenden Gefäß 12 gleich dem vorbestimmten Gewicht ist, welches benutzt wurde zur Nullpunkt-Einstellung des Wiegesystems.

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Wenn ein Wiegesystem der beschriebenen Ausführungsform benutzt wird zum Wiegen von z.B. Getreideprodukten, besteht die Tendenz, daß ein Rückstand von Zucker an dem lastaufnehmenden Gefäß 12 kleben bleibt, wodurch die Genauigkeit der gemessenen Gewichte verändert wird. Zur Korrektur dieser Erscheinung sieht das erfindungsgemäße Wiegesystem ein Tara-Signal zum Summieren mit dem Gewicht-Signal vor. Das Tara-Signal ist gleich dem Inversen des Gewichts des Rückstands. Die Summierung des Tara-Signals und Gewicht-Signals wird ausgeführt in dem Gewicht-Lese-Summierverstärker 62. Die Summe des Gewicht-Signals und des Tara-Signals liefert ein Netto-Gewicht-Signal.

Das Tara-Signal wird gespeichert und geliefert von einer Verriegelungsschaltung, Bei der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform dient ein invertierender Digital/Analog-Konverter 69 als Verriegelungsschaltung und speichert und liefert das Tara-Signal. Das Tara-Signal wird auf einen neuen Wert rückgestellt, wenn der Tara-Schalter 65 betätigt wird. Wenn ein Tara-Feststellungsbetrieb durchgeführt wird, wird das lastaufnehmende Gefäß 12 von Material geleert und ein Gewicht gleich dem vorbestimmten Gewicht wird auf die Waage gelegt. Vor Beginn des Wiegevorgangs, nachdem das Wiegesystem eingenullt und kalibriert wurde, sollte das Tara-Signal so eingestellt werden, daß sein Ausgang Null ist. Das Tara-Signal ist das Inverse des Gewicht-Signals, wenn das vorbestimmte Gewicht innerhalb des lastaufnehmenden Gefäßes 12 liegt.

Beim Durchführen eines Tara-Betriebs wird das Gewicht-Signal von dem signalverarbeitenden Schaltkreis in den Gewicht-Lese-Summierverstärker 62 geführt. Das Signal läuft dann durch einen Tiefpaßfilter 63 mit einem bevorzugten Cutoff bei ungefähr 4 - 6 Hz. Der Gewichts-Lese-Summierverstärker 62 und der Tiefpaßfilter 63 weisen beide einen Operationsverstärker 714 bei der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform auf. Das Ausgangs-Signal des Tiefpaßfilters 63 läuft in einen Analog/Digi-

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tal-Konverter 68. Das Signal von dem Analog/Digital-Konverter 68 läuft dann zu einem invertierenden Digital/Analog-Konverter 69, wo es invertiert und verriegelt wird. Der gegenwärtig bevorzugte invertierende Digital/Analog-Konverter 69 ist eine Hardware-Schaltung mit Operationsverstärkern vom Typ 714 und integrierten Schaltungen vom Typ 4076. Der Fachmann kann eine beliebige Zahl von digitalen/analogen Schaltungen anstelle der gegenwärtig bevorzugten substituieren. Wenn der Tara-Schalter 65 freigegeben wird, speichert der Digital/Analog-Konverter 69 weiter das letzte Tara-Signal zur Eingabe in das Wiegesystem. Das Tara-Signal bleibt ungeändert, bis der Tara-Schalter 65 reaktiviert wird zur Ausführung der nächsten Tarabestimmung.

Es wäre möglich, manuell einen Tara-Schalter periodisch niederzudrücken, das Gefäß 12 zu leeren und ein vorbestimmtes Gewicht auf die Waage zu senken. Die vorliegende Erfindung bietet jedoch eine automatische Einrichtung zum Betrieb des Tara-Schalters 65, welche die Bedienungsperson von dieser Aufgabe entbindet. Eine programmierbare Steuerung 70 zählt die Anzahl von Wiegungen, und nach einer vorbestimmten Anzahl von Wiegungen erdet sie den Tara-Schalter 65 zum Ausführen der Tarabestimmung und veranlaßt, daß ein vorbestimmtes Gewicht in das Gefäß 12 gesenkt wird, nachdem alles Material aus dem Gefäß geleert wurde. Auf diese Weise hält das Wiegesystem seinen Tara-Signal-Strom entsprechend der letzten Ablesung des Rückstands in dem Gefäß 12. Auf diese Weise ist das System in der Lage, sich dem Endgewicht sehr genau zu nähern und zu verhindern, daß eine unakzeptable Anzahl von Untergewichten produziert wird.

Zusätzlich zu dem Gewichts-Lese-Summierverstärker 62 werden das Gewicht-Signal und das Tara-Signal auch in einem analogen Summierverstärker 56 summiert. Bei der gegenwärtigen bevorzugten Ausführungsform dient ein Operationsverstärker vom Typ

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714 als analoger Summierverstärker 56. Das Ausgangssignal des Summierverstärkers 56 wird ein angepaßtes Signal genannt. Das angepaßte Signal wird dann in einen Komparator 60 geführt, welcher das Signal mit einem vorbestimmten Wert vergleicht, welcher bei dieser Ausführungsform null Volt ist. In diesem Fall, wenn das angepaßte Signal gleich null Volt ist, ist das Gewicht in dem Gefäß gleich dem vorbestimmten Gewicht. Zu diesem Zeitpunkt triggert der Komparator 60 das Magnetventil 31, wodurch der Riegel ausgelöst wird zum Freigeben des stromunterbrechenden Tors 22. Der Wert des Netto-Gewicht-Signals, der das Magnetventil 31 zum Triggern veranlaßt, wird der vorbestimmte Sollwert genannt. Da einiges Material im Flug ist, wenn das Tor ausgelöst wird, ist das Endgewicht des Produkts in dem Gefäß größer als der vorbestimmte Sollwert. Der gegenwärtig bevorzugte Komparator 60 ist ein Operationsverstärker vom Typ 3140.

Das Wiegesystem gemäß der vorliegenden Erfindung bietet zwei Möglichkeiten zum Justieren des vorbestimmten Sollwertes des Wiegesystems, so daß das Endgewicht sich dem gewünschten vorbestimmten Gewicht genauer nähert. Ein manuelle Sollpunkt-Einstellung 58 kann eingestellt werden von der Bedienungsperson zum Liefern eines Sollpunkt-Signals, welches beim analogen Summierverstärker 56 dem eingestellten Signal zugefügt wird.

Bei der bevorzugten Ausführungsform würde die manuelle Sollpunkt-Justierung von der Bedienungsperson beim Beginn des Betriebs ausgeführt werden als Versuch, Endgewichte zu erhalten, die am nächsten dem gewünschten vorbestimmten Gewicht nahekommen. Nach dieser anfänglichen manuellen Einstellung werden vorzugsweise weitere Einstellungen computergesteuert. Zu diesem Zweck ist die programmierbare Steuerung 70 so programmiert, daß sie ein Computer-Sollwert-Signal liefert mit einer Größe, die in einem Endgewicht resultiert, das ungefähr gleich dem vorbestimmten Gewicht ist. Die gegenwärtig bevorzugte programmierbare Steuerung 70 ist ein Meß- und Steuerglied Fluke 2400.

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Die programmierbare Steuerung 70 kann in mehr als einem Wiegesystem gleichzeitig benutzt werden. Die Steuerung 70 empfängt, analysiert und zeichnet die Gewichtsdaten auf, die von dem Wiegesystem produziert werden, um ein genaues Computer-Sollwert-Signal zu bilden. Das in dem System durch Addieren der Gewicht- und Tara-Signale gelieferte Netto-Gewicht-Signal durchläuft den Analog/Digital-Konverter 68, wodurch ein digitales Netto-Gewicht-oignal erzeugt wird. Der gegenwärtig bevorzugte Analog/Digital-Konverter ist vom Typ Intersil 7103.

Das Digital-Netto-Gewicht-Signal wird in eine digitale Summierungsschaltung 72 geführt. Der andere Eingang der digitalen Summierungsschaltung 72 ist ein Wahlschalter 76. Der Wahlschalter 76 sollte manuell eingestellt werden, damit er dem vorbestimmten Gewicht gleicht, das benutzt wird zum Einnullen und Tarieren des Systems. Auf diese Weise ist die von der Summierungsschaltung 72 produzierte Summe das aktuelle Gewicht des Materials in dem Gefäß 12, wobei für die letzten Messungen des Rückstands kompensiert wurde. Dieses aktuelle Gewicht wird auf der Anzeige 74 angezeigt und in die programmierbare Steuerung 70 zum Aufzeichnen und zur Analyse geführt. In dem Analog/Digital-Konverter 68 ist eine Verriegelungsschaltung, die den Wert des letzten Gewichts zwischen den Wiegungen aufrechterhält. Eine von der Wiegemaschine veranlasste Relais-Schliessung stellt die Verriegelungsschaltung in dem Analog/Digital-Konverter 68 am Ende einer jeden aufeinanderfolgenden Messung zurück.

Ein Schalter 77 verbindet den Wahlschalter 76 mit der digitalen Summierungsschaltung 72. Der Schalter 77 ist im allgemeinen geschlossen zum Versorgen der digitalen Summierungsschaltung 72 mit dem vorbestimmten Gewicht, das benutzt wird zum Einnullen des Systems, so daß das Ausgangssignal der Summierungsschaltung 72 gleich dem aktuellen Produktgewicht in dem Gefäß 12 ist. Die Ausgangsdaten von der digitalen Summierungsschaltung 72 ist in binär verschlüsselter Dezimalform (BCD).

Das Ausgangssignal der Summierungsschaltung 72 wird an eine Anzeige 74 und zur Steuerung 70 gesandt. Die gegenwärtig bevorzugte Anzeige benutzt lichtemittierende Dioden vom Typ HDSP5303 der Firma Hewlett Packard. Wenn der Schalter 77 offen ist, liest die Anzeige 74 die Abweichung vom vorgewählten Gewicht anstelle des aktuellen Gewichts im Gefäß 12. Auf diese Weise könnte der Schalter 77 während der Nullpunkt-Einstellung und während des Kalibrierverfahrens offen geschaltet werden, um eine Null-Anzeige zu erhalten, wenn das Wiegesystem bei dem vorbestimmten Gewicht eingenullt wird. Die digitale Summierungsschaltung 72 kann auf verschiedenartige Weise gestaltet sein. Die gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform ist gestaltet für gleichzeitige Benutzung der Summierungsschaltung 72 in drei verschiedenen Wiegesystemen. Eine Summierung komplementär zu neun findet statt in einer Anzahl von Drei-Zustands-Ausgängen 14560. Der Wahlschalter 76 ist ein Vier-Ziffern-BCD-Wahlschalter.

Die programmierbare Steuerung 70 analysiert die Endgewichtsdaten zum Liefern eines Durchschnittsgewichts und einer Standardabweichung für die Gewichtsdaten. Die Steuerung 70 kann benutzt werden in Zusammenhang mit mehr als einem Wiegesystem, falls dies erwünscht ist. Die Endgewichtsdaten werden von der Steuerung 70 aufgezeichnet und lassen sich vorteilhaft durch eine Bedienungsperson zu einem späteren Zeitpunkt erfassen, um eine Bewertung des Systems zu ermöglichen.

Es ist ein Ziel der meisten Verpacker, daß Packungen ein Endgewicht so nahe wie möglich dem Sollgewicht haben, aber daß die Produktion von mehr als einem spezifizierten Prozentsatz von untergewichtigen Packungen verhindert wird. Durch Messung der Standardabweichung und des Durchschnitts der Endgewichte der Produkte, wenn sie gewogen werden, kann die Steuerung 70 die Daten analysieren, um ein Sollgewicht zu erreichen, das am ehesten die Anforderungen des Verpackers

erfüllt. Das Sollgewicht sollte gleich sein dem aufgedruckten Produktgewicht plus einer gewissen Anzahl von Standardabweichungen. Die Anzahl von Standardabweichungen, die dem aufgedruckten Produktgewicht zugefügt wird, wird bestimmt durch den vorgeschriebenen Prozentsatz von zulässigen Untergewichten. Falls das Sollgewicht von dem Durchschnittsgewicht, das mit dem gegenwärtigen Computer-Sollwert-Signal produziert wird, abweicht, pafat die programmierbare Steuerung 70 das Computer-Sollwert-Signal an in einem Versuch, das Durchschnittsgewicht dem Sollgewicht anzugleichen. Bei der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform wird das neue Computer-Sollwert-Signal eingestellt gemäß der folgenden Formel:

Neues Computer- = Altes Computer- - Sollgewicht - Durchschnittsgewicht Einstell-Signal Einstell-Signal 2

Der Unterschied zwischen Sollgewicht und Durchschnittsgewicht wird durch Zwei geteilt, damit keine abrupten Änderungen beim Computer-Sollwert-Signal auftreten. Auf diese Weise wird das richtige Computer-Sollwert-Signal allmählich erreicht. Der Gebrauch von Zwei als Divisor ist willkürlich, und jede andere Zahl gleich oder größer Eins kann anstelle benutzt werden.

Das Computer-Sollwert-Signal ist ein Analog-Signal, das von dem Eingangs/Ausgangs-System der Steuerung 70 von digital zu analog konvertiert wurde. Bei der bevorzugten Ausführungsform summiert der Analog-Summierungsverstärker 56 vier Signale, das Gewicht-Signal, das Tara-Signal, das manuelle Sollwert-Signal und das Qbmputer-Sollwert-Signal. Das Ergebnis ist ein angepaßtes Signal, welches, wenn es gleich null ist, das Magnetventil 31 triggert und so das stromunterbrechende Tor 22 veranlaßt, sich zu schließen, wobei der Materialfluß in das Gefäß beendet wird. Die Computer-Analyse der Endgewichte hat Anpassungen an den vorbestimmten Sollwert geliefert, so daß, wenn das im Flug befindliche Material in das Waagengefäß 12 fällt, das Endgewicht ungefähr gleich dem vorbestimmten

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Gewicht ist. Die Kombination des automatischen Tara- und des Computer-Sollwert-Signals ermöglichen ein sehr genaues und automatisches Wiegesystem.

Eine weitere Eigenschaft kann der vorliegenden Erfindung zugefügt werden, um Volumen-Anforderungen beim Packen zu erfüllen. Optische Volumensensoren können hinter dem lastaufnehmenden Gefäß 12 so befestigt werden, daß sie die Höhe des Produkts innerhalb des Gefäßes 12 durch ein durchscheinendes Fenster beobachten. Die Volumensensoren liefern ein Übersteuerungs-Signal zu der Waage-Auslöseschaltung, so daß die Waage nicht ausgelöst wird, bis das Minimalvolumen erreicht wurde. Die Volumensensoren liefern auch ein Signal an die Steuerung 70, so daß sie erkennen kann, welche Endgewichte Gegenstand einer Minimal-Volumen-Übersteuerung waren.

Das Tara-Signal kann auch mit einer Verriegelungsschaltung unabhängig von dem Pfad durch einen Analog/Digital-Konverter und einen Digital/Analog-Konverter produziert werden. Es ist auch möglich, den automatischen Tara-Schalter durch eine Einrichtung unabhängig von der programmierbaren Steuerung 70 zu betätigen. Weitere Änderungen sind möglich, ohne vom Geist und dem Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

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PATENTANWALT DIPL.-PHYS. LUTZ H. PRÜFER

IZUf=

D-8OOO MÜNCHEN 9O

DB 58-3036 P/M/so

Pneumatic Scale Corporation, Quincy, Massachusetts/U.S.A.

Elektronische Waage

PATENTANSPRÜCHE

1> Elektronische Waage mit einem elektronischen Steuersystem ■zum Auslösen bzw. Triggern der Beendigung eines Materialflusses zum wiederholten Erreichen eines vorbestimmten Gewichts in einem Waagengefäß, gekennzeichnet durch: eine Einrichtung (52) zum Liefern eines Gewicht-Signales entsprechend dem Gewicht, mit dem die Waage beaufschlagt wird, eine Verriegelungseinrichtung zum Speichern und Liefern eines Tara-Signals, das dem Gewicht von Rückstand in dem Waagengefäß (12) entspricht, nachdem das Waagengefäß (12) von fließbarem Material entleert wurde,

eine automatische Einrichtung zum periodischen Rückstellen des in der Verriegelungseinrichtung gespeicherten Tara-Signals, eine Einrichtung (72) zum Summieren des Gewicht-Signals und des Tara-Signals zum Liefern eines Netto-Gewicht-Signals, und

PATENTANWALT DIPL.-PHYS. LUTZ H. PRÜFER ■ D-8O0O MÜNCHEN 9O . WILLROIDERSTR. 8 · TEL. (089)640640

eine Einrichtung zum Triggern der Beendigung des Materialflusses, wenn das Netto-Gewicht-Signal einem vorbestimmten Sollwert entspricht.
2. Elektronische Waage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine manuelle Einrichtung (58) zum Einstellen des vorbestimmten Sollwerts.
3. Elektronische Waage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine programmierbare Steuerung (70), die mit der Summiereinrichtung (72) verbunden ist, zum Empfangen des Netto-Gewicht-Signals und zum Liefern eines Computer-Sollwert-Signals, welches den vorbestimmten Sollwert anpaßt.
4. Elektronische Waage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die programmierbare Steuerung (70) eine Einrichtung aufweist zum Berechnen eines Durchschnittsgewichts und der Standardabweichung von Endgewichten des fließbaren Materials gemessen auf der Waage, wobei das Endgewicht das Netto-Gewicht des fließbaren Materials jedesmal beim Aufhören des Materialflusses in das Waagegefäß (12) ist.
5. Elektronische Waage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Computer-Sollwert-Signal eine Funktion des Durchschnittsgewichts, der Standardabweichung und des vorbestimmten Gewichts ist.
6. Elektronisches pneumatisches Waagensystem mit einem Triggermechanismus zum Beenden des Materialflusses in die Waage und einer Einrichtung (14) zum Leeren der Waage, um wiederholt ein vorbestimmtes Gewicht zu erreichen, gekennzeichnet durch: eine Wandlereinrichtung (44) zum Liefern eines Gewicht-Signals entsprechend dem Gewicht auf der Waage, eine Verriegelungseinrichtung zum Speichern und Liefern eines Tara-Signals entsprechend dem Gewicht auf der Waage, wenn das fließbare Material ausgeleert worden ist,

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eine erste Summierungseinrichtung zum Summieren des Gewicht-Signals und des Tara-Signals zum Liefern eines Netto-Gewicht-Signals,

einen Analog/Digital-Konverter (68), gekoppelt mit der ersten Summiereinrichtung zum Konvertieren des Netto-Gewicht-Signals in ein digitales Netto-Gewicht-Signal, eine programmierbare Steuereinrichtung (70) gekoppelt mit dem Analog/Digital-Konverter (68), wobei die programmierbare Steuereinrichtung (70) aufweist:

eine Einrichtung zum Berechnen eines Durchschnittsgewichts und einer Standardabweichung für die Netto-Gewichte der Endmenge von fließbarem Material gemessen auf der Waage, nachdem das Material aufhört, auf die Waage zu fallen, und

eine Einrichtung zum Produzieren eines Computer-Sollwert-Signals als Funktion des Durchschnittsgewichts, der Standardabweichung und des vorbestimmten Gewichts,

eine zweite Summiereinrichtung zum Empfangen und Summieren des Gewicht-Signals, des Tara-Signals und des Computer-Sollwert-Signals zum Liefern eines angepaßten Signals, und

eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen des angepaßten Signals mit einem vorbestimmten Wert und zum Triggern der Beendigung des Materialflusses, wenn das angepaßte Signal gleich dem vorbestimmten Wert wird.
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7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungseinrichtung einen Digital/Analog-Konverter gekoppelt mit dem Analog/Digital-Konverter aufweist zum Rückkonvertieren des digitalen Netto-Gewicht-Signals in das Netto-Gewicht-Signal.
8. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine manuelle Einrichtung (76) zum Liefern eines Sollwert-Signals vorgesehen ist, und daß die zweite Summiereinrichtung weiter eine Einrichtung zum Empfangen des Sollwert-Signals und eine Einrich-

tung zum Summieren des Sollwert-Signals mit dem Gewicht-Signal, dem Tara-Signal und dem Computer-Sollwert-Signal zum Liefern des angepaßten Signals aufweist.
9. System nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch:

eine Volumensensor-Einrichtung mit einer Einrichtung zum Feststellen des Volumens von fließbarem Material auf der Waage, einer Einrichtung zum Verhindern der Beendigung des Flusses von Material, bis ein vorbestimmtes Minimalvolumen erreicht ist und eine Einrichtung zum Senden eines Signals an die programmierbare Steuereinrichtung (70) zur Anzeige der Tatsache, daß die Volumensensor-Einrichtung die Beendigung des Materialflusses verhindert hat.
10. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die programmierbare Steuereinrichtung (70) weiter eine Einrichtung zum Speichern von Daten zur Anzeige der Netto-Gewichte der Endmenge von fließbarem Material gemessen auf der Waage jedesmal, wenn das Material auf-hört, auf die Waage zu fallen, aufweist.
11. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die programmierbare Steuereinrichtung (70) weiter eine Einrichtung zum periodischen Rücksetzen des in der Verriegelungseinrichtung gespeicherten Tara-Signals aufweist.
12. Elektronische pneumatische Waage zum Wiegen eines Materialflusses, wie er auf der Waage sich ansammelt und zum wiederholten Triggern der Beendigung des Materialflusses zum Erreichen von aufeinanderfolgenden Wiegungen von Material ungefähr gleich einem vorbestimmten Gewicht, gekennzeichnet durch: eine Luftdruck/Spannungs-Wandlereinrichtung (44) zum Konvertieren eines pneumatischen Signals entsprechend dem auf die Waage einwirkenden Gewicht in ein elektrisches Gewicht-Signal, eine Einrichtung zur Nullpunkt-Einstellung des Gewicht-Signals,

so daß das Gewicht-Signal gleich null Volt ist, wenn die Waage mit dem vorbestimmten Gewicht beaufschlagt wird, eine Verriegelungseinrichtung zum Speichern und Liefern eines Tara-Signals entsprechend dem Gewicht eines Rückstandes auf der Waage, nachdem das fließbare Material von der Waage geleert wurde,

eine erste Summierungseinrichtung zum Summieren des Gewicht-Signals und des Tara-Signals zum Liefern eines Netto-Gewicht-Signals,

einen Analog/Digital-Konverter (68), gekoppelt mit der ersten Summierungseinrichtung zum Konvertieren des Netto-Gewicht-Signals in ein digitales Netto-Gewicht-Signal, eine manuelle Einrichtung zum Liefern eines Sollwert-Signals zum Steuern des Gewichts, bei dem die Beendigung des Materialflusses getriggert wird,

eine programmierbare Steuereinrichtung (70), gekoppelt mit dem Analog/Digital-Konverter, wobei die programmierbare Steuereinrichtung aufweist:

eine Einrichtung zum periodischen Rücksetzen des in der Verriegelungseinrichtung gespeicherten Tara-Signals, eine Einrichtung zum Berechnen eines Durchschnittsgewichts und einer Standardabweichung für die Netto-Gewichte der Endmengen von fließbarem Material, gemessen auf der Waage, nachdem das Material aufhört, auf die Waage zu fallen, und

eine Einrichtung zum Liefern eines Computer-Sollwert-Signals als Funktion des Durchschnittsgewichts, der Standardabweichung und des vorbestimmten Gewichts, eine zweite Summiereinrichtung zum Empfangen und Summieren des Gewicht-Signals, des Tara-Signals, des Sollwert-Signals und des Computer-Sollwert-Signals zum Liefern eines angepaßten Signals, und

eine Komparator-Einrichtung zum Vergleichen des angepaßten Signals mit null Volt und zum Triggern der Beendigung des Materialflusses, wenn das angepaßte Signal gleich null Volt wird,
13. Pneumatische elektronische Waage nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Anzeigeeinrichtung (74), gekoppelt mit dem Analog/Digital-Konverter zur Anzeige des aktuellen Materialgewichts auf der Waage.
14. Pneumatische elektronische Waage nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch:

einen Wahlschalter (76) zum Liefern eines digitalen Signals entsprechend dem vorbestimmten Gewicht, eine digitale Summierungseinrichtung zum Summieren des digitalen Signals von dem Wahlschalter (76) mit dem digitalen Netto-Gewicht-Signal zum Liefern eines digitalen aktuellen Gewicht-Signals, und
eine Einrichtung zum Senden des digitalen aktuellen Gewicht-Signals zur programmierbaren Steuereinrichtung und zu der Anzeigeeinrichtung .
15. Pneumatische elektronische Waage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungseinrichtung einen Digital/Analog-Konverter, gekoppelt mit dem Analog/Digital-Konverter aufweist zum Rück-Konvertieren des digitalen Netto-Gewicht-Signals in das Netto-Gewicht-Signal.
16. Pneumatische elektronische Waage nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch:

eine Volumen-Sensor-Einrichtung mit einer Einrichtung zum Feststellen des Volumens von fließbarem Material auf der Waage, eine Einrichtung zum Verhindern der Beendigung des Materialflusses, bis ein vorbestimmtes Minimalvolumen erreicht wird, und eine Einrichtung zum Senden eines Signals an die programmierbare Steuereinrichtung (70) zur Anzeige, wenn die Volumen-Sensor-Einrichtung die Beendigung des Materialflusses verhindert hat.
17. Pneumatische elektronische Waage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die programmierbare Steuereinrichtung (70) weiter eine Einrichtung zum Speichern von Daten zur Anzeige des Netto-Gewichts der Endmenge von fließbarem Material, gemessen auf der Waage jedesmal, wenn Material aufhört, auf die Waage zu fallen, aufweist.