DE69008089T2

DE69008089T2 - Einrichtung zum Messen einer Kraft insbesondere eines Gewichtes.

Info

Publication number: DE69008089T2
Application number: DE69008089T
Authority: DE
Inventors: Yoshihisa Nishiyama
Original assignee: Tokyo Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 1989-08-25
Filing date: 1990-08-20
Publication date: 1994-07-28
Anticipated expiration: 2010-08-21
Also published as: KR910005038A; DE69008089D1; EP0418567A1; EP0418567B1; JPH0382921A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen einer Kraft, insbesondere eine digitale Gewichtskraftmeßdose mit mehreren Kraftmeßdosen zur Gewichtsmessung.
Bei einer herkömmlichen digitalen Gewichtskraftmeßdose werden die von Kraftmeßdosen ermittelten Werte jeweils verstärkt und durch Analog-Digital-Wandler in Digitalwerte umgewandelt. Die digitalisierten erfaßten Gewichtswerte werden dann in Speichern gespeichert. Die in den Speichern gespeicherten Werte werden zum Errechnen eines Gesamtgewichtswertes summiert, und der Gesamtgewichtswert wird an einen Summenspeicher übertragen.
Bei der vorgenannten bekannten Ausbildung treten Schwierigkeiten auf, wenn die digitalisierten erfaßten Werte niederfrequente Störungen einschließen. Wenn insbesondere jeder von den Kraftmeßdosen erfaßte Wert niederfrequente Störungen einschließt, auch ohne daß eine Kraft auf die Gewichtskraftmeßdose einwirkt, werden störungsbedingte Wellenformen entsprechend Fig. 3A bis 3D in die Speicher eingegeben. Wenn die von diesen Speichern ausgelesenen Werte summiert werden, erhält eine in dem Summenspeicher gespeicherte Wellenform, die eigentlich für den Gewichtswert Null auf der Nullinie liegen sollte, eine in Fig. 3E gezeigte Form. Eine derartige Wellenform verringert die Genauigkeit der Gewichtsmessung.
Es ist demnach Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zum Messen einer physikalischen Kraft, insbesondere eine Gewichtskraftmeßdose zu schaffen, die eine Verringerung der Meßgenauigkeit aufgrund niederfrequenter Störungen verhindert.
Zur Lösung der Aufgabe enthält eine erfindungsgemäße Meßeinrichtung mehrere Kraftmeßdosen, eine Analog-Digital- Wandlereinrichtung zum Umwandeln der von den Kraftmeßdosen ausgegebenen Meßwerte in digitale Meßwerte, Digitalfilter zum jeweiligen Unterdrücken niederfrequenter Störungskomponenten in den digitalen Meßwerten, und eine arithmetische Recheneinrichtung zum Summieren der Ausgänge der Digitalfilter, um die Gewichtswerte zu erhalten.
Die Erfindung wird besser aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung zusammen mit der zugehörigen Zeichnung verständlich, in der
Fig. 1 in einem Blockdiagramm eine Gewichtskraftmeßdose nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer Gewichtskraftmeßdose ist,
Fig. 3A bis 3E Wellenformen von niederfrequenten Störungen darstellen, die sich im Zeitablauf ändern,
Fig. 4 in einem Blockdiagramm eine Gewichtskraftmeßdose nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und
Fig. 5 in einem Blockdiagramm eine Gewichtskraftmeßdose nach noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben. In der Beschreibung werden die selben oder funktionell äquivalente Teile mit denselben oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet, um die Beschreibung zu vereinfachen.
Nachfolgend wird eine Gewichtskraftmeßdose gemäß einer Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung erläutert. Dabei stellt die Gewichtskraftmeßdose eine Einrichtung zum Messen einem physikalischen "Gewichtes" dar.
Fig. 2 zeigt eine Ausbildung mit vier Kraftmeßdosen. In der Darstellung bezeichnet die Ziffer 11 einen rechteckigen Basiskörper aus Aluminium o.dgl. An den vier Ecken des Basiskörpers 11 befinden sich Kraftmeßdosen 1a, 1b, 1c und 1d. Die Kraftmeßdosen 1a, 1b, 1c und 1d sind an Verwindungserzeugerkörper (Roberval-Mechanik) anesetzt, die jeweils eine nahezu rechteckige Form aufweisen. Der Verwindungserzeugerkörper weist an seiner Seite eine Öffnung in Form einer Acht auf. Auf der dünnen Abdeckplatte über der Öffnung jeder der Kraftmeßdosen 1a, 1b, 1c und 1d sind zwei Paare von Dehnungsmeßstreifen 12a, 12b, 12c und 12d angebracht.
Die unteren Enden der Kraftmeßdosen 1a, 1b, 1c und 1d sind auf Befestigungsteilen 14a, 14b, 14c und 14d angebracht, die an dem Basiskörper 11 befestigt sind. Die anderen unteren Enden der Kraftmeßdosen 1a, 1b, 1c und 1d liegen jeweils Übergewichtsanschlägen 13a, 13b, 13c und 13d gegenüber. Die anderen oberen Enden der Kraftmeßdosen 1a, 1b, 1c und 1d sind jeweils mit Vorsprüngen 15a, 15b, 15 und 15d versehen. Die oberen Enden jedes der Vorsprünge 15a, 15b, 15c und 15d liegen an der Innenseite einer Lastplatte 16 an, die die Form eines offenen Kastens hat und deren Umfang etwas größer als der des Basiskörpers 11 ist. Die Lastplatte 16 kann sich dadurch in senkrechter Richtung frei bewegen.
Der Basiskörper 11 ist ferner mit Aufnahmegehäusen 17, 18a, 18b, 18c und 18d versehen.
Zusätzlich sind die hinteren Seiten der an dem Basiskörper 11 befestigten Befestigungsteile 14a, 14b, 14c und 14d mit höhenverstellbaren Füßen 19a, 19b, 19c und 19d versehen, durch die der Basiskörper 11 waagerecht gehalten werden kann.
Die genannten Kraftmeßdosen 1a, 1b, 1c und 1d sind jeweils mit den in Fig. 1 dargestellten elektronischen Schaltungen verbunden.
Die Meßwerte a1a, a1b, a1c und a1d der Kraftmeßdosen 1a, 1b, 1c und 1d werden durch Verstärker 2a, 2b, 2c und 2d verhstärkt. Die verstärkten Analogwerte a2a, a2b, a2c und a2d werden jeweils in Analog-Digital-Wandlern (ADC) 3a, 3b, 3c und 3d in Digitalwerte d3a, d3b, d3c und d3d umgewandelt.
Die Analog-Digital-Wandler 3a, 3b, 3c und 3d sind an ein Mikrocomputersystem 4 angeschlossen. Das Mikrocomputersystem 4 weist Speicher (z.B. RAM) 5a, 5b, 5c und 5d auf, die jeweils mit den Analog-Digital-Wandlern 3a, 3b, 3c und 3d verbunden sind und die Digitalwerte d3a, d3b, d3c und d3d speichern. Niederfrequente Störungskomponenten, die in der aus den Speichern 5a, 5b, 5c und 5d ausgelesenen Digitalwerten d5a, d5b, d5c und d5d enthalten sind, werden einzeln durch Digitalfilter (oder digitale Störungsreduktionsschaltungen) 21a, 21b, 21c und 21d verringert.
Die gefilterten Ausgänge d21a, d21b, d21c und d21d aus der Digitalfiltern 21a, 21b, 21c und 21d werden in dem Addierer 6 summiert, so daß der Gesamtgewichtswert errechnet wird. Der Gesamtausgang d6 des Addierers 6 wird in der Summenspeicher 7 geleitet.
Das Mikrocomputersystern 4 ist im übrigen mit einer Anzeige 22 zum Anzeigen von Gewichtswerten usw. sowie mit einer Tastatur (10-Tasten) 23 zum Eingehen von Daten verbunden.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 1 arbeitet wie folgt.
Bei einer Gewichtsmessung wird ein Gegenstand (nicht dargestellt) auf die Lastplatte 16 gebracht. Die in den Kraftmeßdosen 1a, 1b, 1c und 1d erzeugten Dehnungen werden als Analogsignale a1a, a1b, a1c und a1d erfaßt. Die erfaßten Werte werden in den Verstärkern 2a, 2b, 2c und 2d verstärkt und dann in den Analog-Digital-Wandlern 3a, 3b, 3c und 3d in Digitalsignale d3a, d3b, d3c und d3d umgewandelt. Die so umgewandelten Digitalsignale d3a, d3b, d3c und d3d werden in den Speichern 5a, 5b, 5c und 5d gespeichert. Nierderfrequente Störungskomponenten, die in den aus den Speichern 5a, 5b, 5c und 5d ausgelesenen Digitalsignalen enthalten sind, werden jeweils und unabhängig von den Digitalfiltern 21a, 21b, 21c und 21d reduziert. Die im wesentlichen störungsfreien Digitalwerte d21a, d21b, d21c und d21d werden in dem Addierer 6 summiert, und der Summenwert d6 wird in dem Summenspeicher 7 gespeichert. Der in dem Speicher 7 gespeicherte Wert d7 (Gewichtsdaten) wird in der Anzeige 22 mit der Bezeichnung "Gewicht" angezeigt.
Wenn ein dem gemessenen Gewicht entsprechender Preis angezeigt werden soll, wird ein Preis für eine Gewichtseinheit mit der Zehnertastatur 23 eingegeben. Auf der Grundlage der Zehntasteneingabe und der errechneten Gewichtswerte berechnet die CPU 8 das Produkt (d7 x d23) aus der Zehntasteneingabe und dem gemessenen Gewicht, und das berechnete Produkt sowie das gemessene Gewicht werder auf der Anzeige 22 angegeben.
Bei der vorbeschriebenen Ausführungsform werden unterschiedliche niederfrequente Störungen, die in Fig. 3A bis 3E dargestellt und für die jeweiligen Kraftmeßdosen unterschiedlich sind, unabhängig von den Digitalfiltern 21a, 21b, 21c und 21d reduziert. Dementsprechend ist der Störungsminderungseffekt bei dieser Ausbildung besser als in einem Fall, bei dem nur ein Filter für die Daten in dem Gesamtwert eingesetzt wird, wie es in Fig. 3E gezeigt ist.
Erfindungsgemäß können niederfrequente Störungskomponenten, die in den erfaßten Werten enthalten sind, welche durch die Analog-Digital-Wandlereinrichtung aus den Ausgängen der einzelnen Kraftmeßdosen digitalisiert worden sind, unabhängig durch Digitalfilter reduziert werden. Damit gewährleistet die hochwirksame Störungsminderung eine sichere und genaue Gewichtsmessung.
In der Ausführungsform gemäß Fig. 1 kommen vier Kraftmeßdosen zur Anwendung. Die Anzahl der Kraftmeßdosen kann jedoch auch drei oder mehr als vier sein.
Die Charakteristik jedes der Digitalfilter kann folgendermaßen bestimmt werden: Zunächst wird bei der vorliegenden Einrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung das in Fig. 3A bis 3D gezeigte Muster der Störungskomponenten durch Probieren ermittelt. Als zweites wird die Tendenz des aktuellen Störungsmusters für jede Kraftmeßdose als Ergebnis des Probierens erfaßt, so daß die Filterparameter jedes Digitalfilters bestimmt werden. Danach erzeugt eine Kombination der jeweiligen Digitalfilter eine hochwirksame Störungsminderung, die besser als die Wirksamkeit nur eines Digitalfilters ist.
Die vorgenannten Digitalfilter können durch digitale Störungsreduktionsschaltungen 21a* bis 21d* gemäß Fig. 4 ersetzt werden.
Die digitale Störungsreduktionsschaltung 21a* führt die folgende Operation aus, wenn die in Fig. 3A gezeigte Störung reduziert werden soll.
Im einzelnen wird der über eine bestimmte Periode (t1) ermittelte Ausgang d3a(t1) des ADC 3a in dem Speicher (RAM) 5a und in der digitalen Störungsreduktionsschaltung 21a* gespeichert. Bei der nächsten Periode (t2) wird der Ausgang d3a(t2) des ADC 3a in dem Speicher 5a gespeichert und an die Schaltung 21a* geleitet, in der der Durchschnitt d3a(t12) des vorherigen Ausgangs d3a(t1) und des neuen Ausgangs d3a(t2) berechnet wird. Ferner wird während der nachfolgenden Periode (t3) der Ausgang d3a(t3) des ADC 3a in dem Speicher 5a gespeichert und zu der Schaltung 21a* geleitet, in der der Durchschnitt d3a(t123) des vorhergehenden Durchschnitts d3a(t12) und des neuen Ausgangs d3a(t3) berechnet wird.
Die vorgenannten Durchschnittsberechnungen werden wiederholt (d.h. der Ausgang d3a wird über die Zeit integriert). Sodann werden die zufälligen Störungskomponenten sämtlicher Perioden mit einer Rate von N reduziert (N ist die Anzahl der Durchschnittsberechnungen), während der aktuelle Gewichtswert, der keine Zufallsvariable bildet, nicht durch die genannten Durchschnittsberechnungen reduziert wird.
Jeder der übrigen Ausgänge d3b, d3c und d3d wird den genannten Durchschnittsberechnungen unterzogen.
Die Summe d6 der genannten gemittelten Ausgänge ist eine von Natur aus geringe Störung. Wenn jedoch die Störung weiter verringert werden soll, kann zusätzlich ein weiteres Digitalfilter 21e für die Summe d6 eingesetzt werden. Es kann auch gemäß Fig. 5 zusätzlich eine digitale Störungsreduktionsschaltung 21e* für die Summe d6 der Ausgänge d21a bis d21d der Digitalfilter eingesetzt werden.
Die Ausbildung der Gewichtskraftmeßdose ist nicht auf diejenige gemäß Fig. 2 beschränkt.
Das folgende US-Patent bildet bezüglich der Digitalverarbeitung bei der Erfindung einen relevanten Stand der Technik:
US Patent 4.660.160, veröffentlicht am 21. April 1987 (Tajima et al.), "ELECTRONIC WEIGHING DEVICE HAVING LABEL PRINTER WITH DATA STABILITY CHECK".

Claims

1. Einrichtung zum Messen einer physikalischen Kraft, gekennzeichnet durch:

eine Einrichtung (1a-1d; 2a-2d; 3a-3d) zum Umwandeln einer Kraft in mehrere Digitalsignale (a3a-a3d);

eine Störungsreduktionseinrichtung (5a-5d; 21a-21d; 21a*- 21d*) zum unabhängigen Reduzieren der jeweiligen Störungskomponenten der Digitalsignale (a3a-a3d), um mehrere niedrig störende Digitalsignale (a21a-a21d) zu erzeugen ; und

eine Einrichtung (6, 7) zum Kombinieren der niedrig störenden Digitalsignale (a21a-a21d), um Informationen (d7) über die Kraft zu erhalten.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Störungsreduktionseinrichtungen (5a-5d; 21a-21d; 21a*- 21d*) mehrere Digitalfilter (21a-21d) enthalten, deren Anzahl dieselbe wie die der Digitalsignale (a3a-a3d) ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Digitalfilter (21a-21d) eine Dämpfungscharakteristik entsprechend einem Muster von Störungskomponenten des Digitalsignals aufweist, das sich mit der Zeit ändert.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Störungsreduktionseinrichtungen (5a-5d; 21a-21d; 21a*- 21d*) mehrere Störungsreduktionsschaltungen (21a*-21d*) enthalten, deren Anzahl dieselbe wie die der Digitalsignale (a3a-a3d) ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (6, 7) zum Kombinieren Mittel (21e, 21e*) zur Dämpfung von Störungskomponenten aufweisen, die in dem kombinierten Resultat (d6) der niedrig störenden Digitalsignale (a21a-a21d) enthalten sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (1a-1d; 2a-2d; 3a-3d) zum Umwandeln folgende Bauteile aufweist:

mehrere Kraftmeßdosen (1a-1d) zum Umwandeln der Kraft in mehrere Analogsignale (a1a-a1d);

Einrichtungen (15a-15d, 16) zum Übertragen einer Kraft, die dem Gewicht eines zu messenden Objektes entspricht, auf jede der Kraftmeßdosen (1a-1d); und

Einrichtungen (2a-2d; 3a-3d) zum jeweiligen Umwandeln der Analogsignale (a1a-a1d) in Digitalsignale (d3a-d3d),

worin die Störungsreduktionseinrichtung (5a-5d; 21a-21d; 21a*-21d*) aufweist:

eine Einrichtung (5a-5d) zum einzelnen Speichern der Digitalsignale (d3a-d3d) über eine bestimmte Zeitperiode; und

eine Einrichtung (21a-21d) zum Reduzieren der in jedem der aus der Speichereinrichtung (5a-5d) gelesenen Digitalsignale (d3a-d3d) enthaltenen Störungskomponenten,

und worin die Einrichtung (6, 7) zum Kombinieren aufweist:

eine Einrichtung (6) zum Erzeugen einer Gesamtsumme (d6) der Ausgangssignale (d21a-d21d) aus der Einrichtung (21a-21d) zum Reduzieren als ein das Gewicht des Objektes wiedergebendes Signal;

eine Einrichtung (7) zum zeitweisen Speichern der Gesamtsumme (d6); und

eine Einrichtung (22) zum Anzeigen der in der Einrichtung (7) zum zeitweisen Speichern gespeicherten Daten.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin aufweist:

eine Einrichtung (8) zum Berechnen des Produktes aus der Gesamtsumme (d6) und einem vorgegebenen Preis einer Einheit, und zum Anzeigen der Ergebnisses der Produktberechnung auf der Anzeigeeinrichtung (22).