DE3419218A1 - Verfahren zur optischen gewichtsdarstellung bei dosiervorgaengen sowie dosierwaage zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

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Mettler Instrumente AG, Greifensee (Schweiz)

Verfahren zur optischen Gewichtsdarstellung bei Dosiervorgängen sowie Dosierwaage zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optischen Gewichtsdarstellung bei Dosiervorgängen, bei welchem einer Anzeigesteuerung ein Sollwert eingegeben und in einer Anzeige eine nicht-numerische Darstellung des Gewichts erzeugt wird, sowie eine Dosierwaage zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Verfahren dieser Art sind bereits verschiedentlich bekannt geworden. So beschreibt die deutsche Offenlegungsschrift 25 36 045 eine Waage, die neben einer üblichen numerischen Anzeige eine quasi-analoge Uebersichtsanzeige aufweist, welche einen Hinweis auf den noch verfügbaren bzw. den schon ausgenutzten Anteil des Wägebereichs gibt. Eine ähnliche Waage beschreibt die deutsche Patentschrift 26 04 747, gemäss welcher symbolhaft angeordnete Streifen von Leuchtelementen verwendet werden. Eine eigentliche Einwäge- oder Dosierhilfe ist mit diesen beiden Uebersichtsanzeigen allerdings nicht gegeben (allenfalls dann, wenn das Sollgewicht zufällig dem Wägebereich entspricht).

Die US-Patentschrift 4,200,896 offenbart eine 7-Segment-Anzeige, bei der zeitweise nur die Horizontalsegmente aktiviert werden. Die Digitalanzeige wird so zu einer Analoganzeige, welche es erlaubt, nur aus der Position der Horizontalsegmente beim Dosieren Hinweise auf die Annäherung an das Sollgewicht zu entnehmen. Diese Methode hat den Vorteil, dass eine separate (zusätzliche) Uebersichtsanzeige entbehrlich ist. Nachteilig ist jedoch, dass die jeweiligen Anzeigeänderungen streng dekadisch gestuft sind und insofern eine gewisse Starrheit der Anzeigesprünge bedingen. Ferner bedarf es einer längeren Eingewöhnung und hoher Konzentration seitens der Bedienungsperson, um den Dosiervorgang an die logarithmische Anzeigewechselcharakteristik anzupassen. Diese Bemerkungen gelten auch für eine weitere bekannte Methode (deutsche Offenlegungsschrift 27 02 842), bei welcher ebenfalls eine starr dekadische Stufung vorgesehen ist, wobei wiederum zusätzlich zur numerischen Anzeige eine Analoganzeige aus Leuchtelementen verwendet wird.

Die vorliegende Erfindung entstand aus der Aufgabenstellung, eine wesentlich verbesserte, eindeutige optische Führung der Bedienungsperson bei Dosiervorgängen zu ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, bei dem in der Anzeige ein Abbild des jeweiligen Gewichts erzeugt wird, das einen sich füllenden Behälter darstellt, wobei wenigstens einmal im Verlauf eines vollständigen Dosiervorgangs das Verhältnis zwischen Dosierrate und abgebildeter Füllgeschwindigkeit verändert wird. Es wird also wenigstens einmal die Anzeigeempfindlichkeit verändert, wobei der Gewichtsbereich nahe dem Sollwert gespreizt wird, und der Wägende kann so während einer ersten Phase rasch und nahe dem Sollwert langsam dosieren. Die analoge Abbildung des Dosiervorganges, symbolisiert durch den sich füllenden Behälter, stellt dabei eine einleuchtende Hilfe auch für weniger geübtes Personal dar und

erlaubt in jedem Falle eine maximale Z.eitausnützung. Es resultiert also ein merklicher Zeitgewinn ohne Erhöhung des ■Ueberf üllungsrisikos.

Das Konzept kann auf verschiedene Arten ausgestaltet werden. So könnte sich das genannte Verhältnis zwischen Gewichtsänderung und Abbild nach irgendeiner mathematischen Funktion vom Beginn des Dosierens bis zum Sollgewicht ständig ändern. Bevorzugt wird eine Ausgestaltung, bei welcher während einer ersten Phase des Dosiervorgangs (Grobdosierphase) ein erstes Verhältnis zwischen der Dosierrate und der abgebildeten Füllgeschwindigkeit besteht und während einer zweiten Phase (Fein dosierphase) ein zweites Verhältnis. Dabei wird es als zweckmässig erachtet, wenn zwischen der ersten und der zweiten Phase eine dritte Phase vorgesehen ist, während der das erste Verhältnis allmählich in das zweite Verhältnis übergeht. Es wird so der sprunghafte üebergang von langsamer zu rascher Aenderung des Abbildes vermieden und damit eine Reservezeitspanne für die Anpassung der Dosierrate angeboten.

Vorzugsweise wird auf der Anzeige im Bereich des Sollwertes eine Skala dargestellt. Dies bedeutet eine weitere Erleichterung für die Bedienungsperson und erlaubt im kritischen Bereich ein fein gezieltes Dosieren. Dies gilt umso mehr dann, wenn die Skala mit einem Hinweis auf den Teilungswert versehen wird.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Dosierwaage zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, welche gekennzeichnet ist durch eine Schaltung zur wenigstens einmaligen Aenderung des Verhältnisses zwischen der Dosierrate und deren Abbild während eines vollständigen Dosiervorganges.

In einer bevorzugten Ausführungsform'verfügt die Waage zur

Darstellung des Abbildes über einen Bildschirm. Dies ermöglicht eine besonders elegante Darstellung des Abbildes sowie von etwaigen weiteren Zeichen, Symbolen u.a.

In einer anderen zweckmässigen Ausgestaltung verfügt die Waage über fest vorgegebene, selektiv ansteuerbare Anzeigeelemente. Eine solche Variante ist besonders geeignet für eine wirtschaftliche Herstellung grösserer Stückzahlen.

Zur Anpassung an unterschiedliche Anforderungen ist es zweckmässig, wenn ein Einstellelement zur Wahl desjenigen Gewichtsanteils vorgesehen ist, bei welchem das Verhältnis - gegebenenfalls erstmalig - geändert wird.

Im folgenden wird anhand der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel näher beschrieben. In den Zeichnungen ist Figur 1 eine blockschematische Gesamtdarstellung der Anordnung mit vergrössert gezeichneter Analoganzeige,
Figur 2 ein Diagramm des Verlaufs eines posiervor-

ganges, und

Figur 3 ein Flussdiagramm der wesentlichen Verfahrens-' schritte.

Eine Waage oder Messzelle 10 liefert ein Signal, das in einem Messwertgeber 12 in ein digitales gewichtsproportionales Signal (Mess- oder Gewichtswert G) umgeformt wird. Dieses Signal G wird in einem Mikrocomputer weiterverarbeitet. Letzterer umfasst in bekannter Weise im wesentlichen eine zentrale Recheneinheit (CPU) 14, einen Arbeitsspeicher (RAM) 16 und einen Festwertspeicher (ROM) 18. Nachgeschaltet ist eine Anzeigespeicher- und -treiberschaltung 20, ebenfalls t'ür sich konventionell, welche eine Digitalanzeige 22 und Z. eine Analoganzeige 24 steuert. Letztere umfasst die Kontur ones flaschenartigen Behälters (im folgenden Flasche genannt) , mit einem Bauch 26, einer Uebergangszone 28 und einem Hals 30. In der Mitte des Halses 30 ist beidseits

je eine Strichmarke S vorgesehen, die den Sollwert bezeichnet. Ober- und unterhalb der Marke S sind noch je drei weitere Marken 32 vorgesehen, deren Teilungswert (Abstand zwischen zwei Marken) angegeben wird (im Beispiel: Δ = 0,1 g).

Zur Anordnung'gehört ferner eine Tastatur 34 zur Eingabe von numerischen Werten sowie von Steuerbefehlen.

Bei unbelasteter Waage sowie nach dem Nullstellen bzw. nach dem Tarieren eines Behälters erscheint in der Digitalanzeige 22¹OOO₇O g¹ und in der Analoganzeige 24 (nur) die Kontur der Flasche. Wird nun Wägegut zugegeben, so erscheinen von unten nach oben nach und nach waagerechte Striche 36 bildende Anzeigeelemente, die Flasche 'füllt sich¹. In der Grobdosierphase wird der Bauch 2 6 gefüllt, und zwar mit einer bezogen auf die Dosierrate kleinen Geschwindigkeit (s.a. Figur 2). Bei etwa 80% des Sollgewichts wird die Uebergangszone 28 der angezeigten Flasche erreicht. Nun beginnt sich, eine gleichbleibende Dosierrate vorausgesetzt, die Geschwindigkeit der Flaschenfüllung in der Anzeige zu erhöhen; sie tut dies ständig, bis die Uebergangszone 28 verlassen wird. Jetzt ist, bezogen auf die immer noch als konstant angenommene Dosierrate, die zweite (Anzeige-)Füllgeschwindigkeit erreicht, welche etwa acht- bis zehnmal höher sein mag als die erste Geschwindigkeit.

in der Praxis wird selbstverständlich die Dosierrate entsprechend herabgesetzt, wofür der üebergangsbereich 28 in der Anzeige 24 ausreichend Gelegenheit bietet.

Das Schaubild der Figur 2 zeigt den Zusammenhang graphisch. Während der Grobdosierphase besteht ein erster'linearer Zusammenhang zwischen der Gewichtszunahme und der Anzahl ein,-zuschaltender Anzeigeelemente 36 (mit (26) bezeichneter gerader Ast der Kurve). Es schliesst sich die Uebergangsphase

zwischen Grob- und Feindosierphase an, markiert mit (28) entsprechend dem Uebergangsbereich 28 in der Anzeige 24. In dieser Uebergangsphase ist der genannte Zusammenhang nichtlinear. Zuletzt folgt die Feindosierphase, dargestellt durch den zweiten geraden Kurvenast, markiert mit (30) entsprechend dem Flaschenhals 30. Hier ist der Zusammenhang Gewichtsänderung/Anzeigeänderung wieder linear, aber wesentlich steiler, d.h. die Anzeige reagiert sehr viel empfindlicher auf die Gewichtsänderung.

Das Zeichen N in den Figuren 1 und 2 bezeichnet den Endpunkt der Analoganzeige; wird weiter Wägegut zugegeben, so ändert sie sich nicht mehr. Der Bereich der Skalenteile 32 kann als Toleranzbereich dienen. Im Beispiel wären es 'Sollwert +/- 0,3 g¹.

Die Bedeutung der Angaben S ...Sg- für die Abszisse sowie η (von 0 bis 100) für die Ordinate in Figur 2 erhellt aus der folgenden Besprechung des Dosierablaufs in Verbindung mit dem Flussdiagramm der Figur 3.

Zu-Beginn einer Dosierung wird mittels der Tastatur 34 der Sollwert (das Soll- oder Dosiergewicht) eingegeben und im Arbeitsspeicher 16 gespeichert. Dieser,Sollwert kann im Bedarfsfall durch Betätigen einer Taste in der Tastatur 34 jederzeit kontrollhalber abgerufen werden und erscheint dann in der Digitalanzeige 22.

Im Festwertspeicher 18 ist eine Tabelle mit Schwellwerten S (S ...Sgg) enthalten (Speicherteil 18a). Bei jedem durch den Takt des Mikrocomputers vorgegebenen Zyklus geschieht folgendes :

- Der aktuelle Gawichtswert (Messwert) G des Nettogewichtes 2- wird eingelesen.

- Ein- Indexzähler für η wird auf Null gesetzt.

- Der Quotient Messwert/Sollwert wird gebildet und mit den gespeicherten Schwel!werten S verglichen. Dabei wird der Indexzähler so oft um einen Schritt weiter laufen, bis entweder der gespeicherte Schwellwert S grosser als Q ist (vor dem Erreichen des Endwertes N) oder aber der letzte Schwellwert (hier: Sg-) gleich oder kleiner ist als es dem Endwert N entspricht.

- Die Recheneinheit 14 steuert die Anzeigespeicher- und -treiberschaltung 20 so an, dass - neben der numerischen Anzeige (22) des aktuellen Gewichtswertes - die dem jeweils zutreffenden Speicherwert S entsprechende Anzahl Anzeigeelemente 36 in der Analoganzeige 24 aktiviert, d.h. angezeigt wird.

Im vorliegenden Beispiel ist die Aufteilung so gewählt, dass von den äquidistant angeordneten total hundert strichförmigei Anzeigeelementen 36

- vierzig der Grobdosierphase (entsprechend den Schwellwerten S_Q...S_{3 9}) ,

- zwanzig der Uebergangsphase (entsprechend S₄₀...S₅₉) und - je zwanzig der Feindosierphase bis zum Sollwert (S_g0...S₇g!

bzw.. dem anschliessenden üeberbereich (S_0n...S_nn)

ου y y

zugeordnet sind. Dabei bestimmt die Festlegung der den einze! nen Speicherwerten S zugeordneten Anzahlen an Anzeigeelementen, welche Steigung die Kurvenäste (26) bzw. (28) bzw. (30) in Figur 2 haben und bei welchen Gewichtsanteilen in % die üebergänge gewählt werden. Es versteht sich, dass nahezu beliebig viele derartige Festlegungen wie auch Anzahlen an Anzeigeelementen 36 denkbar sind. Die Randbedingungen im Einze fall werden jeweils konkrete Werte nahelegen.

Je nach verfügbarem Speicherplatz kann der Speicherteil 18a des Rom 18 auch mehrere? Tabellen S enthalten, beispielsweise eine für eine Üebergangsphase von 80 bis 98 i und eine an dere für eine Uebergangsphase von 90 bis 99 %. Die jeweils g wünschten Grenzwerte ergeben sich dann durch Wahl der ent-

sprechende Tabelle (18a), was durch Betätigen einer Steuertaste der Tastatur 34 geschehen kann. Es.ist damit eine Anpassung beispielsweise an die Dosiereigenschaften des Materials oder aber an die Geschicklichkeit der Bedieungsperson möglich.

Die konstruktive Realisierung der Analoganzeige 24 kann auf mehrere konventionelle Arten, mit aktiven oder passiven Anzeigetypen, erfolgen.. Als Beispiel seien genannt

- eine Fluoreszenzanzeige mit den hundert Anzeigeelementen 36 sowie der bei eingeschalteter Anzeige stets leuchtenden Kontur der Flasche, die (wie auch übrigens die Anzeigeelemente 36) gegebenenfalls aus Segmenten aufgebaut sein kann; auch Punktraster kommen in Betracht. Die Skalenteilung sowie die Zeichen S und N können ebenfalls als Leuchtelemente oder aber als dauerhafte Markierungen auf dem Anzeigefenster ausgebildet sein;

- eine Flüssigkristallanzeige mit entsprechenden aufgedampften Elektroden; oder

- ein Bildschirm.

Die letztgenannte Möglichkeit stellt eine besonders flexible, wenn auch etwas aufwendigere Variante dar. In diesem Fall kann auch die numerische Anzeige auf dem Bildschirm erzeugt werden, es könnte während der Dosierung neben dem Istgewicht auch ständig das Sollgewicht angezeigt werden. Es bestünde ferner die Möglichkeit, den Feindosierbereich in einer - zusätzlichen oder alternativen Darstellung - bei Bedarf nochmals vergrössert darzustellen, um eine besonders feine Dosierung zu erleichtern. Auch könnte die -.bei konventionellen Elementanzeigen invariab-La - Kontur der Flasche auf Wunsch bzw. gemäss Programm geändert -und beispielsweise unterschiedlichen Schaltpunkten Grob- - (-Uebergangs-) /Feinbereich angepasst werden.

D-..3 Art der verwendeten Waage oder Messzelle ist irrelevant, sofern das Gewichtssignal nur in digitaler Form zur Verfügung

2 19218

-y-ΛΑ.

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Verschiedene. Variationen und Ergänzungen des hier an einem Beispiel vorgestellten Prinzips sind denkbar. So kann ein akustisches Signal die Bedienungsperson darauf aufmerksam machen, dass die Uebergangsphase beginnt. In Sonderfällen mag auch eine Aufteilung in drei Dosierphasen (mit einer oder zwei oder aber ganz ohne Üebergangsphasen) zweckmässig sein. Eine weitere Variante könnte so aussehen, dass sich an den linear abgebildeten Grobdosierbereich (Bauch 26) nur ein nichtlinearer Uebergangsbereich anschliesst, der z.B. kurz über dem Sollwert endet (ohne Flaschenhals 30).

Schliesslich würde das 'Flaschen-Prinzip' auch die Anwendung einer von Anfang bis Ende nichtlinearen Abbildungsfunktion mit zu Beginn kleiner und beim Sollwert grosser Steigung .der Kurve nach Figur 2 nicht ausschliessen.

Sind für eine Mischung mehrere Komponenten in einen Behälter einzuwägen, so wird nach der beendeten Dosierung einer Komponente tariert. Darauf zeigt die numerische Anzeige 22 Null an, und die Flasche in der Analoganzeige 24 ist wieder 'leer¹. Nun wird der Sollwert der folgenden Komponente eingetastet, und die nächste. Dosierung kann wie oben beschrieben erfolgen.

Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, dass der Begriff 'Dosieren' auch Entnahmewägungen (Weg-Dosieren) umfasst. Für solche Fälle kann ausser der in Figur 1 gezeichneten Flasche zusätzlich eine auf dem Kopf stehende Flasche vorgesehen sein, die dann zu Beginn gefüllt angezeigt würde und mit fortschreitender Entnahme von Wägegut immer 'leerer' angezeigt würde. Alternativ könnte auch eine Doppelflasche nach Art einer Sanduhr in.der Analoganzeige dargestellt werden, die sich dann im Falle des Zudosierens von unten bis Z¹Jn Hals 'füllen' und im Falle des Wegdosierans von oben her bis. zum Hals 'leeren' würde.

Claims (9)

1. Patentansprüche . . ■

   Verfahren zur optischen Gewichtsdarstellung bei Dosiervorgängen, bei welchem einer Anzeigesteuerung ein Sollwert eingegeben und in einer Anzeige eine nicht-numerisehe Darstellung des Gewichts erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Anzeige (24) ein Abbild des jeweiligen Gewichts erzeugt wird, das einen sich füllenden Behälter darstellt, wobei wenigstens einmal im Verlauf eines vollständigen Dosiervorgangs das Verhältnis zwischen Dosierrate und abgebildeter Füllgeschwindigkeit verändert wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Phase des Dosiervorgangs ein erstes Verhältnis zwischen der Dosierrate und der abgebildeten Füllgeschwindigkeit besteht und während einer zweiten Phase ein zweites Verhältnis.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten und der zweiten Phase eine dritte Phase vorgesehen ist, während der das erste Verhältnis allmählich in das zweite Verhältnis übergeht.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Anzeige (24). im Bereich des Sollwertes eine Skala (32) dargestellt wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Skala (32) mit einem Hinweis auf den Teilungswert versehen wird.
6. 6. Dosierwaage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eino Schaltung zur wenigstens einmaligen Aenderung des Verhältnisses zwischen der Dosierrate und deren Abbild während eines vollständigen Dosiervorganges.
7. 7. Dosierwaage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Darstellung des Abbildes über einen Bildschirm verfügt.
8. 8. Dosierwaage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

   dass sie zur Darstellung des Abbildes über fest vorge gebene, selektiv ansteuerbare Anzeigeelemente verfügt
9. 9. Dosierwaage nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein Einstellelement zur Wahl desjenigen Gewichtsanteils, bei welchem das Verhältnis - gegebenenfalls erstmalig - geändert wird.