DE69215055T2

DE69215055T2 - Waage zur Schnellbestimmung von Gewichten

Info

Publication number: DE69215055T2
Application number: DE69215055T
Authority: DE
Inventors: Seymour Feinland; Gerald C Freeman
Original assignee: Pitney Bowes Inc
Current assignee: Pitney Bowes Inc
Priority date: 1991-09-27
Filing date: 1992-09-23
Publication date: 1997-03-06
Anticipated expiration: 2012-09-24
Also published as: US5178228A; EP0534736A2; CA2078512A1; EP0534736B1; DE69215055D1; EP0534736A3; CA2078512C

Description

Diese Anmeldung betrifft ein Projekt der Anmelder und besitzt gemeinsame Elemente der Offenbarung mit den gleichzeitig anhängigen US-Anmeldungen mit der Seriennummer 768,793 und 768,143 (EP-A2-534738 und EP-A2-534734, die beide am 31.03.1993 veröffentlicht sind) und dem US-Patent Nr. 5,082,072 (am 21.01.1992 veröffentlicht), die in dem Namen der Anmelder eingereicht wurden.
Die vorliegende Erfindung betrifft Waagen und ein Verfahren zum Betreiben derartiger Waagen zum schnellen Bestimmen von Gewichten. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung postalische Waagen und dergleichen.
Postalische Waagen sind alt bekannt. Derartige Waagen wiegen ein Postgutstück und bestimmen das geeignete Porto für dieses Postgutstück als eine Funktion des Gewichts.
Eine Waage zum Wiegen ist in der europäischen Patentanmeldung (EP-A) 289113 von Yamato Scale Co. Ltd. offenbart. Diese ist für die Verwendung auf einer Haltefläche ausgelegt, die oszillieren kann. Eine Basis ist auf der Halteoberfläche positioniert und weist erste und zweite Seiten auf. Vibrationen werden an die Basis von der Haltefläche übertragen. Eine Schale hält das zu wiegende Produkt und weist einen Schwerpunkt benachbart zu der ersten Seite der Basis auf. Eine Lastzelle haltert die Schale auf der Basis an der ersten Seite der Basis. Dehnungsmesser, die mit der Lastzelle verbunden sind, erzeugen ein Signal, welches das Gewicht der Schale und irgendeines davon gehaltenen Produkts anzeigt. Das Signal umfaßt oszillierende Rauschkomponenten entsprechend zu den Vibrationen, die durch die Basis über die Lastzelle an die Schale übertragen werden. Ein Einbau eines aktiven Filters wird beschrieben. Die EP-A-289113 beschreibt, daß ein Hilfsträger und ein Gegengewicht die Schale stabilisieren, indem wenigstens einige der Vibrationen, die an die Schale übertragen werden, minimiert werden und indem wenigstens einige der Vibrationen einer niedrigeren Frequenz (ungefähr 4Hz), die an die Schale übertragen werden, in Vibrationen mit einer Frequenz, die höher als die Frequenz der Vibrationen der niedrigeren Frequenz ist, umgewandelt werden. Die Schale überträgt gegenphasige Vibrationen an die Lastzelle, was zu Rauschkomponenten in dem Signal führt. Der Hilfsträger und der Gegenausgleich wandeln wenigstens einige der gegenphasigen Vibrationen, die an die Lastzelle übertragen werden, in Vibrationen um, die eine Frequenz aufweisen, die Höher als die Frequenz der gegenphasigen Vibrationen ist.
Postverarbeitungssysteme, bei denen ein Postgutstück auf eine postalische Waage transportiert wird, das geeignete Porto bestimmt wird und zur Einstellung der Frankiermaschine verwendet wird und das Postgutstück dann an die Frankiermaschine zum Bedrucken mit einer den Portobetrag darstellenden postalischen Aufstempelung transportiert wird, sind ebenfalls bekannt. Ein derartiges System ist in dem US- Patent Nr. 4,742,878 beschrieben, welches am 10. Mai 1988 für die Erfinder der vorliegenden Erfindung ausgegeben wurde. In derartigen Systemen besteht ein fortwährendes Erfordernis zur Vergrößerung der Rate, bei der die Waage das Gewicht eines Postgutstücks bestimmen kann, damit der Durchsatz des Systems vergrößert werden kann.
Das US-Patent mit der Nummer 4,787,048, welches am 22. November 1988 für die Erfinder der vorliegenden Erfindung ausgegeben wurde, offenbart einen Ansatz zur Verringerung der Zeit, die eine postalische Waage benötigt, um das Gewicht eines Postgutstücks zu bestimmen. Das in diesem Patent offenbarte System benutzt in vorteilhafter Weise die Struktur von postalischen Ratenkarten, d.h. die Funktion, die einen Zusammenhang zwischen dem Gewicht eines Postgutstücks und dem geeigneten Portobetrag herstellt. Wie aus Fig. 1 gesehen werden kann, stellen derartige Ratenkarten einen konstanten Portowert für alle Gewichte zwischen Paaren von vorgegebenen Übergangspunkten bereit. Das System des 048-er Patents nutzt dies in vorteilhafter Weise durch Verwendung eines Algorithmus, bei dem ein erster Schätzwert des Gewichts ermittelt wird und verwendet wird, um den Portobetrag zu bestimmen, außer wenn sich der erste Schätzwert innerhalb eines vorgegebene Abstands von einem Übergangspunkt befindet, wobei in diesen Fall ein zweiter genauerer Schätzwert hergestellt wird.
Ein anderer Ansatz zur Bereitstellung von Postverarbeitungssystemen mit hohem Durchsatz war die Verwendung von oszillierenden Schalenwaagen, um das Gewicht eines Postgutstücks zu bestimmen, wobei das Gewicht als eine Funktion der Frequenz abgeschätzt wird, bei der eine Waagschale oszilliert, nachdem ein Postgutstück darauf gelegt worden ist und das System angeregt wurde. Ein derartiges System ist in dem voranstehend erwähnten US-Patent Nr. 5,802,072 beschrieben. Während derartige herkömmliche Systeme sich als allgemein zufriedenstellend erwiesen haben, besteht noch eine Nachfrage nach einem Waagensystem und einem Betriebsverfahren, die sich zur Verwendung mit einer Lastzellentechnologie eignen, während sie noch gewünschte hohe Durchsatzraten für Postverarbeitungssysteme und dergleichen bereitstellen.
Gemäß der Erfindung ist eine Waage bereitgestellt, umfassend:
(a) eine Einrichtung zum Halten eines zu wiegenden Einzelstücks, wobei die Halteeinrichtung (12) ferner umfaßt:
(a1) Eine Schale (18) zur Aufnahme des Einzelstücks;
(a2) eine Wandlereinrichtung (10) zum Erzeugen eines Ausgangs, der die unmittelbare Antwort der Halteeinrichtung darstellt, wobei die Schale und der Wandler verbunden sind, um einen Aufbau (20) zu bilden;
(a3) wobei der Ausgang der Wandlereinrichtung (10) durch ein Tiefpaßfilter (76) verarbeitet wird, wobei das Filter (76) eine Grenzfrequenz aufweist, die kleiner als eine vorgegebene Frequenz ist;
b) eine Einrichtung zum Empfangen des Ausgangs der Wandlereinrichtung und zum Bestimmen des Gewichts des Einzelstücks als eine Funktion des Ausgangs;
dadurch gekennzeichnet, daß
c) die Durchschnittszeit zum Bestimmen des Gewichts einer repräsentativen Reihe der Einzelstücke ungefähr gleich zu einer vorgegebenen Zeit ist;
d) der Aufbau (20) so konstruiert ist, daß seine Steifigkeit in Bezug zu seiner Masse ausreichend groß ist, so daß er keine wesentlichen Resonanzen unterhalb der vorgegebenen Frequenz aufweist, wobei die Periode der Frequenz im wesentlichen kleiner als die vorgegebene Zeit ist; und
e) wobei das Filter ein digitales Filter (76) ist und Mittel vorgesehen sind, so daß die Grenzfrequenz des digitalen Filters bei der Verwendung vorübergehend für eine Periode vergrößert wird, die ungefähr mit einer anfänglichen Antwort der Halteeinrichtung (12) auf eine Anbringung des zu wiegenden Einzelstücks übereinstimmt.
Somit werden die Nachteile des Standes der Technik gemäß der vorliegenden Erfindung mittels einer Waage beseitigt, bei der ein Postgutstück auf einer Schale gehaltert wird, welche wiederum gehaltert ist von einem Wandler zum Erzeugen einer Serie von Signalen, die die unmittelbare Antwort der Schale darstellen, wenn das Postgutstück aufgenommen wird. Typischerweise wird der Wandler eine Lastzelle umfassen. Ein Prozessor empfängt die Ausgangssignale von dem Wandler und erfaßt das Vorliegen eines Postgutstücks auf der Schale.
In der vorliegenden Erfindung arbeitet ein Prozessor zum Bestimmen von Gewichten für eine repräsentative Reihe von Postgutstücken, und die Durchschnittszeit zum Bestimmen derartiger Gewichte ist ungefähr gleich zu einer vorgegebenen Zeit. In dieser Ausführungsform sind die Schale und der Wandler verbunden, um einen Aufbau zu bilden, wobei die Steifigkeit dieses Aufbaus in Bezug zu der Masse des Aufbaus groß genug ist, so daß der Aufbau keine Resonanzen unterhalb einer vorgegebenen Frequenz aufweist, wobei die Periode der vorgegebenen Frequenz im wesentlichen kleiner als die vorgegebene Zeit ist.
Ausgangssignale von den Wandler werden von einen Tiefpaßfilter bearbeitet, um Frequenzen zu filtern, die größer als die voranstehend erwähnte vorgegebene Frequenz sind. Wenn ein Postgutstück auf der Waagschale erfaßt wird, wird das Filter somit bei einer höheren Abtastrate über eine vorübergehende Periode betrieben, um seine Grenzfrequenz zu erhöhen und den gefilterten Ausgang des Wandlers zu erlauben, einen stabilen Zustand schneller zu erreichen. Wenn ein Postgutstück auf der Waagschale erfaßt wird, kann das Filter alternativ vorübergehend überbrückt werden. Dieses Filter ist ein digitales Filter.
Dementsprechend verringert die Erfindung vorteilhafterweise die Zeit, in der eine postalische Waage einen Portobetrag für ein Poststück bestimmen kann.
Nun folgt eine Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wobei beispielhaft auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 eine typische Postratenkarte;
Figur 2 eine schematische Ansicht einer Waagschale und einer Lastzellen-Wandlerstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung;
Figur 3 eine graphische Darstellung der unmittelbaren Antwort der Waagschale auf die Anwendung eines Postgutstücks und den entsprechenden Wanderausgang;
Figur 4 die elektronische Schaltungsanordnung des Lastzellen-Wandlers aus Figur 2; und
Figur 5 eine Flußdiagrammdarstellung des Betriebs des Waagesystems der vorliegenden Erfindung bei der Bestimmung eines Gewichts für ein Postgutstück.
Bezugnehmend auf Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eine Seitenansicht eines Wägemoduls gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein derartiger Modul kann beispielsweise in einem Hochgeschwindigkeits- Postgutverarbeitungssystem verwendet werden, beispielsweise in einem derartigen, welches in dem gemeinsam zugewiesenen US-Patent mit der Nummer 5,082,072 beschrieben ist, als Ersatz für das Waagensystem mit oszillierender Schale, welches in diesen Patent beschrieben ist.
In Figur 2 haltert eine kommerziell erhältliche Lastzelle eine Schalenanordnung 12 auf einer Waagenbasis 14. Die Anordnung 12 umfaßt eine Schale 18, die mittels Halterungen 22 auf einer Versteifungsstruktur 20 angebracht ist, die allgemein als "Spinne" bezeichnet wird.
Die Lastzelle 10 ist an der Basis 14 mittels eines Bolzens 26 und eines Abstandstücks 28 in freitragender Weise befestigt. Die Anordnung 12 ist in einer ähnlichen Weise an der Lastzelle 10 mittels eines Bolzens 30 und eines Abstandsstücks 34 befestigt. Diese Vorgehensweise zur Anbringung einer Waagschale ist herkömmlich und führt dazu, daß die Lastzelle 10 als ein Vierstabgelenkmechanismus arbeitet, der sich vertikal im Ansprechen auf Lasten auf der Schale 18 verbiegt.
Der Wägemodul in Figur 2 umfaßt auch Anschläge 36, die die Lastzelle 10 gegenüber übermäßigen Durchbiegungen schützt. Die Basis 14 wird auf den mechanischen Untergrund durch federnde Halterungen 38 gehaltert. Vorzugsweise werden Halterungen 38 aus einem Vibrationsdämpfungsmaterial gebildet, wie in dem US-Patent mit der Nummer 4,479,561 von Feinland et al. gelehrt wird.
Die Waagen und Wägemodule, umfassend eine Schale, die auf einer Basis durch eine Lastzelle gehaltert wird, die als ein Vierstabgelenkmechanismus angebracht ist, sind in Stand der Technik altbekannt und allgemein wird angenommen, daß eine ausführlichere Beschreibung ihrer Konstruktion zum Verständnis der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich ist.
Der Wägemodul umfaßt auch eine Transportmechanismus 50, um Postgutstücke auf die Schale 18 in einer gesteuerten und wiederholbaren Weise zu transportieren. Der Transport 50 umfaßt einen Riemen 52, der auf Rollen 54 gehalten und davon angetrieben wird. Die Rollen 54 werden wiederum von einer Struktur 58 gehaltert, die auf der Basis 14 mittels Federn 60 abgestützt ist. Wenn Postgutstücke transportiert und angehalten werden, werden die erforderlichen Kräfte somit von der Lastzelle 10 nicht gefühlt, sondern sie werden durch die Halterung 58 und die Federn 60 an die Basis 14 und dann an den mechanischen Untergrund transferiert.
Der Transportmechanismus 50 steht über die Oberfläche der Schale 18 durch die Schlitze S1 und S2 vor, die in der Schale 18 bzw. der Stuktur 20 vorgesehen sind, so daß ein Postgutstück, welches von einem Zuführungsmechanismus (nicht gezeigt) zugeführt wird, durch die Transporteinrichtung 50 an eine Position oberhalb der Schale 18, aber nicht auf die Schale 18 transportiert wird.
Die Transporteinrichtung 50 wird durch eine herkömmlichen Antrieb 62 angetrieben und Postgutstücke werden auf dem Riemen 52 durch Rollen 64 in einer herkömmlichen Weise geführt.
Der Antrieb 62 umfaßt auch eine Aktivierungseinrichtung 68 zum Absenken der Halterung 58 und der Transporteinrichtung 50 entgegen den Widerstand der Federn 60, so daß ein Postgutstück, nachdem es über der Schale 18 angehalten wird, in einer gesteuerten und wiederholbaren Weise auf die Schale 18 abgesenkt wird.
Ein Transport, der ähnlich wie der voranstehend beschriebene ist, ist in dem Postgutverarbeitungssystem des voranstehend erwähnten US-Patents mit der Nummer 5,082,072 enthalten und ist in diesen Patent beschrieben, welches durch Bezugnahme einen Teil der vorliegenden Offenbarung bildet. In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Transportsystem auf der Schalenanordnung eines Wägemoduls so angebracht sein, daß das gesamte Gewicht des Transportsystems einen Teil des Eigengewichts des Wägemoduls bildet. Ein derartigen System ist beispielsweise in dem voranstehend erwähnten US-Patent Nr. 4,742,878 beschrieben, welches ebenfalls hier durch Bezugnahme einen Teil der vorliegenen Offenbarung bildet.
Allgemein werden Einzelheiten der Konstruktion von Transportsystemen zum Transportieren von Postgut auf Wägemodule nicht als ein Teil der vorliegenden Erfindung angesehen und auch nicht als zum Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich angesehen. Allerdings sollte erkannt werden, daß ein Transport des Postgutstücks auf das Wägemodul in einer gesteuerten und wiederholbaren Weise zur Durchführung einer schnellen Bestimmung des Gewichts des Postgutstücks vorteilhaft ist.
Figur 3 zeigt eine grafische Darstellung des Ansprechverhaltens eines Schalenaufbaus 12, wenn ein Postgutstück angebracht ist. Zu einer Zeit vor t&sub0; wird ein Signal empfangen, welches anzeigt, daß ein Postgutstück angebracht worden ist. Vorzugsweise wird dieses Signal durch das System erzeugt, wenn der Transportmechanismus 50 angehalten und abgesenkt wird, um das Postgutstück anzubringen. Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, steigt das Ansprechverhalten R von den Nullwert schnell an und zeigt dann eine gedämpfte Oszillation, die auf einen Wert W konvergiert, der das Gewicht des angebrachten Postgutstücks darstellt. Beginnend zur Zeit t&sub0; werden digitale Signale d erzeugt, die ein Ansprechverhalten R darstellen, wie nachstehend noch eingehend beschrieben wird.
Figur 4 zeigt eine Schaltungsanordnung, die die mechanische Verschiebung der Lastzelle 10 in digitale Signale d zur weiteren Verarbeitung umwandelt. Ein Dehnungsmesser 70 umfaßt vier Dehnungssensoren 70s, die physikalisch an der Lastzelle 10 in einer herkömmlichen Weise angebracht sind, und die Widerstandselemente sind, deren Widerstand sich im Ansprechen auf die Dehnung in der Lastzelle 10 ändert. Sensoren 70s sind zur Bildung einer Brückenschaltung verbunden, die mit einer DC-Spannung angeregt wird. Der Ausgang des Dehnungsmessers 70 ist ein analoges elektrisches Signal, welches die mechanische Verschiebung der Lastzelle 10 und damit der Schale 18 im Ansprechen auf die Anbringung eines Postgutstücks darstellt. Dieses Signal wird durch einen Verstärker 72 verstärkt, der vorzugsweise ein Instrumentionsverstärker ist, beispielsweise das Modell AD624, welches von Analog Devices Inc. erhältlich ist. Dieses verstärkte Signal wird dann einem kommerziell erhältlichen Analog-/Digital-Wandler (A/D) 74 eingegeben, in dem es in eine Reihe von digitalen Signalen umgewandelt wird, die Abtastwerte des analogen Signals darstellen, wie in Figur 13 gezeigt.
Die digitalen Signale werden dann durch ein Tiefpäß- Digitalfilter 76 verarbeitet. Vorzugsweise würde ein derartiges Filter ein Besselfilter sein, welches implementiert werden kann entweder a) in einer bekannten Weise in irgendeiner Anzahl von kommerziell verfügbaren Mikroprozessoren, die speziell zur Digitalsignalverarbeitung ausgelegt sind; oder b) in einem A/D des Sigma-Delta-Typs, der ein integrales Sechspol-Besselfilter enthält und dessen digitaler Ausgang bereits gefiltert ist. Bevorzugte A/Ds, die derartige Filter auf Grundlage digitaler Signalverarbeitungstechniken umfassen und die eine zur schnellen Abwiegung ausreichend hohe Umwandlungsrate aufweisen sind die Modelle 5501 und 5503, die von Crystal Semiconductor Corp. erhältlich sind. Das Filter 76 ist hilfreich zur Minimierung der Auswirkungen der Vibrationen, die von der Lastzelle 10 gefühlt werden und die sich über der Grenzfrequenz des Filters 76 befinden. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die zur Bestimmung der Gewichte einer repräsentativen Reihe von Postgutstücken innerhalb einer Durchschnittszeit von ungefähr 250 Millisekunden vorgesehen ist, ist diese Grenzfrequenz ungefähr 5 Hz. Da eine digitale Filterung im wesentlichen ein Mittelungsprozeß über wenigstens einen Zyklus einer Frequenz von Interesse ist, ist es nicht möglich, tiefere Frequenzen in den gewünschten Zeitbeschränkungen dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu filtern.
Demzufolge sollte die Schalenanordnung 12 und die Lastzelle 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung konstruiert und verbunden sein, um eine Struktur zu bilden, die in Bezug zu ihrer Masse ausreichend steif ist, so daß sie keine wesentlichen Resonanzen (d.h. Frequenzen, bei denen die Struktur in natürlicher Weise tendiert, zu vibrieren) unter einer gewählten Frequenz aufweist, wobei die Periode dieser gewählten Frequenz im wesentlichen kleiner als die vorgegebene Mittelungszeit zum Bestimmen des Gewichts eines Postgutstücks (und die Periode der Grenzfrequenz des Filters) ist. Der Schalenaufbau 12 kann in verschiedenen herkommlichen Vorgehensweisen, die einem Fachmann bekannt sind, versteift werden, beispielsweise durch die Hinzufügung von Halterungsrippen, oder seine Masse kann reduziert werden, indem selektiv Löcher gebohrt werden, etc. Die Lastzelle 10 kann durch Bereitstellung einer Lastzelle versteift werden, deren Kapazität im wesentlichen größer als diejenige für die Anwendung erforderliche ist. Wenn die Lastzelle 10 beispielsweise in einer Frankiermaschine verwendet werden soll, wie diejenige, die in den voranstehend erwähnten US- Patent mit der Nummer 5,082,072 beschrieben ist, bei der das maximale Gewicht für ein Postgutstück als in der Größenordnung von 0,454 kg (ein Pfund) angenommen wird, kann zur Bereitstellung der erforderlichen Steifheit eine Lastzelle verwendet werden, die bis zu 6,81 kg (15 lbs) behandeln kann.
Signale d, die von den Tiefpaßfilter 76 ausgegeben werden, werden von dem Mikroprozessor 78 empfangen und verarbeitet, um das Gewicht des angebrachten Postgutstücks zu bestimmen, wie nachstehend noch eingehend beschrieben wird.
Figur 5 zeigt ein Flußdiagramm des Betriebs des Mikroprozessors 78 bei der Bestimmung des Gewichts des angebrachten Postgutstücks im Ansprechen auf die Serie von Signalen d, die von dem Tiefpaßfilter 76 empfangen werden.
Bei 100 wartet der Mikroprozessor 78 auf ein Signal von dem System, daß ein Postgutstück auf die Schale 18 gelegt worden ist. Alternativ und wie in diesen Gebiet bekannt, kann der Mikroprozessor 78 die ansteigende Flanke der transienten Antwort erfassen, wenn ein Postgutstück angebracht wird. Wenn ein Postgutstück angebracht ist, gibt der Mikroprozessor 78 bei 102 den nächsten Abtastwert (d.h. das Signal d) ein und bei 104 testet er, um zu bestimmen, ob er drei Abtastwerte angesammelt hat. Wenn nicht, kehrt er nach 102 zurück, bis drei Abtastwerte angesammelt sind.
Wenn eine Folge von drei Abtastwerten angesammelt ist bestimmt der Mikroprozessor 78 den Bereich (d.h. die Differenz zwischen dem maximalen und minimalen Abtastwert der Folge) und testet, ob dieser Bereich kleiner als eine vorgegebene Schwelle T1 ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schwelle T1 ungefähr 2,65 x 10&supmin;³kg (3/32 Unzen). Wenn der Bereich der Abtastwerte nicht innerhalb des Schwellwerts T1 ist, geht der Mikroprozessor 78 durch die Schleife 102 zurück, um den nächsten Abtastwert einzugeben und geht durch die Schleife durch 108 weiter, bis die letzten drei getesteten Abtastwerte einen Bereich kleiner als der Schwellwert T1 aufweisen. Somit werden alle Folgen der Länge 3 getestet, bis eine erste gefunden wird, deren Bereich kleiner als der Schwellwert T1 ist.
Dann berechnet der Mikrocomputer 78 bei 110 einen Schätzwert für das Gewicht des Postgutstücks, wie nachstehend noch weiter beschrieben wird. Bei 112 testet der Mikroprozessor 78, um zu bestimmen, ob der erste Schätzwert, der bei 110 berechnet wird, innerhalb eines vorgegebenen Abstands von einem Übergangspunkt in der postalischen Ratenkarte ist, wie beispielsweise in Figur 1 gezeigt. Wenn der erste Schätzwert nicht innerhalb des vorgegebenen Abstands ist, dann wird der erste Schätzwert verwendet, um den Portowert in einer herkömmlichen Weise zu berechnen, die dem Fachmann altbekannt ist.
Unter der Annahme, daß sich der erste Schätzwert innerhalb des vorgegebenen Abstands eines Übergangspunkts befindet, testet der Mikroprozessor 78 dann bei 116, um zu bestimmen, ob 12 Abtastwerte verfügbar sind. Wenn dies nicht der Fall ist, geht er durch 118 in einer Schleife, bis 12 Abtastwerte verfügbar sind und dann teilt er bei 122 die 12 Abtastwerte in drei aufeinanderfolgende Gruppen von 4 Abtastwerten und bei 124 berechnet er einen Durchschnitt für jede der drei Gruppen. Dann testet der Mikroprozessor bei 130, um zu bestimmen, ob der Bereich der Durchschnitte kleiner als ein zweiter Schwellwert T2 ist. Wenn dies nicht der Fall ist, wird bei 132 der nächste Abtastwert eingegeben und der Mikroprozessor 78 geht wieder durch eine Schleife durch 122.
Sobald eine Folge von drei Durchschnitten mit einem Bereich von kleiner als der Schwellwert T2 gefunden wird, berechnet der Mikrocomputer 78 dann bei 130 den zweiten Schätzwert für das Gewicht und benutzt den zweiten Schätzwert zur Bestimmung des Portobetrags für das Postgutstück.
In dem voranstehend erwähnten US-Patent mit der Nummer 4,787,048 ist eine postalische Waage offenbart, bei der erste und zweite Schätzwerte für das Gewicht eines Postgutstücks berechnet werden und der zweite Schätzwert verwendet wird, wenn der erste Schätzwert ausreichend nahe an einem Übergangspunkt ist. In der in diesem Patent offenbarten bevorzugten Ausführungsform basiert der erste Schätzwert auf zwei aufeinanderfolgenden Abtastwerten mit einem Bereich kleiner als ein erster Schwellwert, und der zweite Schätzwert basierte auf drei aufeinanderfolgenden Abtastwerten mit einem Bereich kleiner als ein zweiter kleinerer Schwellwert. Seit der Entwicklung der postalischen Waage der 048-er Anmeldung haben die Anmelder erkannt, daß eine beträchtliche Verbesserung der Durchschnittszeit zur Bestimmung des Gewichts des Postgutstücks durch ein verbessertes Verfahren zum Berechnen des ersten Schätzwerts erzielt werden kann. Gemäß der Erfindung der Anmelder wird der erste Schätzwert als eine Funktion von drei oder mehreren, und vorzugsweise drei Abtastwerten bestimmt, deren Bereich kleiner als der Schwellwert T1 ist. Der erste Schätzwert wird dann als der Durchschnitt aller Abtastwerte, außer des frühesten Abtastwerts, berechnet. Diese Berechnung ermöglicht die Verwendung eines relativ breiten Schwellwerts T1, so daß der erste Schätzwert schnell bestimmt werden kann und dennoch eine ausreichende Genauigkeit bereitstellt, so daß der erste Schätzwert in der Nähe eines Übergangspunkts verwendet werden kann, so daß ein größerer Abschnitt von Gewichten unter Verwendung des ersten Schätzwerts bestimmt werden kann.
Eine Untersuchung der Figur 3 zeigt, daß häufig der erste Abtastwert, der genommen wird, nachdem ein Postgutstück angebracht ist, auf die ansteigende Flanke der transienten Antwort fallen wird. Mit einer Schwelle T1 gleich 2,65x10&supmin;³kg (3/32 Unzen) in der voranstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform wird die erste Folge, die einen Bereich kleiner als eine Schwelle T1 aufweist, häufig den ersten Abtastwert umfassen. Demzufolge haben die Anmelder gelernt, daß ein genauerer Schätzwert erhalten werden kann, indem der möglicherweise anomale erste Abtastwert verworfen wird. Unter Verwendung dieses Verfahrens einer Berechnung der ersten Abschätzung haben die Anmelder bestimmt, daß der erste Schätzwert akzeptiert werden kann, wenn er nicht näher als ungefähr 1,78 x 10&supmin;³kg (1/16 Unzen) zu einen Übergangspunkt ist.
Die Abtastrate wird vorübergehend erhöht, so daß die Grenzfrequenz des Filters 76 ungefähr verdoppelt wird, wenn ein Postgutstück erfaßt wird, was Signalen ermöglicht, schneller auf die schnell ansteigende Flanke anzusprechen, die in Figur 3 gezeigt ist. In einer anderen Ausführungsform kann das Filter 76 einfach überbrückt werden, wenn ein Postgutstück erfaßt wird.
Die Anmelder haben auch bestimmt, daß eine Durchschnittszeit von ungefähr 250 Millisekunden zur Bestimmung des Gewichts des Postgutstücks mit einer zweiten Schwelle T2 von ungefähr 8,85x10&supmin;&sup4;kg (1/32 Unzen) erreicht werden kann. Der zweite Schätzwert wird dann berechnet als der Durchschnitt aller Abtastwerte, die in der Folge von drei Durchschnittswerten enthalten sind, mit Ausnahme wiederum des frühesten Abtastwerts, wegen der voranstehend erläuterten Gründe. Dieser zweite Schätzwert wird gefunden, um die Genauigkeitsspezifikationen zu erfüllen, die für postalische Waagen geeignet sind (d.h. ± 1/32-tel einer Unze).
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der der erste Schätzwert als der Durchschnitt der zweiten und dritten Abtastwerte einer Folge von drei Abtastwerten berechnet wird, deren Bereich kleiner als ungefähr 2,65x10&supmin;³kg (3/32-tel Unzen) ist, der zweite Schätzwert als der Durchschnittswert aller Abtastwerte, außer dem frühesten Abtastwert, einer Folge von drei Gruppen von vier Abtastwerten berechnet wird, deren Durchschnittswerte einen Bereich von kleiner als ungefähr 8,85x10&supmin;&sup4;kg (1/32 Unzen) aufweisen, die Abtastwerte bei Intervallen von ungefähr 20 Millisekunden genommen werden und durch ein digitales Filter mit einer Grenzfrequenz von 5Hz verarbeitet werden, der Schalenaufbau und die Lastzellenstruktur keine Resonanzen unterhalb von ungefähr 5Hz besitzen und das Postgutstück auf die Waagschale in einer gesteuerten und wiederholbaren Weise angebracht wird; wurde eine Durchschnittszeit zur Bestimmung des Gewichts von einer repräsentativen Reihe von Postgutstücken mit ungefähr 260 Millisekunden beobachtet (es sei darauf hingewiesen, daß bei dieser Beobachtung Datenabtastwerte off-line aufzeichnet und verarbeitet wurden, um eine Auswertung der Ergebnisse zu erleichtern).
Während in Figur 1 postalische Ratendaten in Einheiten von Gewichten in Unzen und Gebühren in Cent (d.h. die Standardeinheiten, die postalische Raten in den USA bestimmen) gezeigt sind, kann die Vorrichtung der Erfindung einfach konfiguriert werden, um auf der Basis von anderen postalischen Ratenbestimmungseinheiten zu arbeiten. Beispielsweise können Postgutstücke in Gramm oder Kilogramm gewogen werden und die Postgebühren können in anderen Währungen als die in Figur 1 gezeigten berechnet werden.

Claims

1. Waage, umfassend:

(a) eine Einrichtung zum Halten eines zu wiegenden Einzelstücks, wobei die Halteeinrichtung (12) ferner umfaßt:

(a1) Eine Schale (18) zur Aufnahme des Einzelstücks;

(a2) eine Wandlereinrichtung (10) zum Erzeugen eines Ausgangs, der die unmittelbare Antwort der Halteeinrichtung darstellt, wobei die Schale und der Wandler verbunden sind, um einen Aufbau (20) zu bilden;

(a3) wobei der Ausgang der Wandlereinrichtung (10) durch ein Tiefpaßfilter (76) verarbeitet wird, wobei das Filter (76) eine Grenzfrequenz aufweist, die kleiner als eine vorgegebene Frequenz ist;

b) eine Einrichtung zum Empfangen des Ausgangs der Wandlereinrichtung und zum Bestimmen des Gewichts des Einzelstücks als eine Funktion des Ausgangs;

dadurch gekennzeichnet, daß:

c) die Durchschnittszeit zum Bestimmen des Gewichts einer repräsentativen Reihe der Einzelstücke ungefähr gleich zu einer vorgegebenen Zeit ist; und

d) der Aufbau (20) so konstruiert ist, daß seine Steifigkeit in Bezug zu seiner Masse ausreichend groß ist, so daß er keine wesentlichen Resonanzen unterhalb der vorgegebenen Frequenz aufweist, wobei die Periode der Frequenz im wesentlichen kleiner als die vorgegebene Zeit ist;

e) wobei das Filter ein digitales Filter (76) ist und Mittel vorgesehen sind, so daß die Grenzfrequenz des digitalen Filters bei der Verwendung vorübergehend für eine Periode vergrößert wird, die ungefähr mit einer anfänglichen Antwort der Halteeinrichtung (12) auf eine Anbringung des zu wiegenden Einzelstücks übereinstimmt.

2. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlereinrichtung (10) eine Lastzelle umfaßt.

3. Waage nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, ferner umfassend eine Einrichtung zum Anbringen des Einzelstücks an der Halteeinrichtung (12) in einer gesteuerten und wiederholbaren Weise.

4. Waage nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, so daß in einer Verwendung die Rate, mit der das digitale Filter (76) den Ausgang abtastet, vorübergehend für die Periode vergrößert, die ungefähr mit einer anfänglichen Antwort der Halteeinrichtung (12) auf eine Anbringung des zu wiegenden Einzelstücks übereinstimmt, so daß die Grenzfrequenz ungefähr verdoppelt wird.