PL217671B1

PL217671B1 - Method for monitoring the position of the weighing device and a device for monitoring the position of the weighing device

Info

Publication number: PL217671B1
Application number: PL390137A
Authority: PL
Inventors: Witold Lewandowski
Original assignee: Lewandowski Witold Radwag Wagi Elektroniczne
Priority date: 2010-01-07
Filing date: 2010-01-07
Publication date: 2014-08-29
Also published as: PL390137A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do monitorowania położenia jak i sposób wyznaczania przechyłu, które są przeznaczone do stosowania zwłaszcza w wagach elektronicznych.The subject of the invention is a position monitoring device and a tilt determination method, which are intended especially for use in electronic scales.

Powszechnie używane typy wag elektronicznych należy poziomować po każdej zmianie lokalizacji. Z reguły, jest to dokonywane ręcznie poprzez wkręcanie lub wykręcanie nóżek wagi przy jednoczesnej obserwacji pęcherzyka poziomicy typu libella. Poziomowanie wagi nabiera szczególnego zna₅ czenia dla wag o rozdzielczościach 10⁵ i większych. Tradycyjne rozwiązanie może prowadzić do błędów spowodowanych nieświadomością operatora. Natomiast jeżeli procesor wagowy posiada bieżącą informację o przechyle urządzenia, daje to możliwość ustawienia programowego alarmu, który zapobiegnie błędnemu ważeniu.Commonly used types of electronic scales should be leveled after each relocation. As a rule, it is done manually by screwing in or unscrewing the feet of the balance while observing the bubble of the vial. Leveling the balance becomes particularly familiar with ₅ wt destination for resolutions of 10 ⁵ or more. Traditional solution can lead to errors caused by operator unawareness. On the other hand, if the weighing processor has current information about the inclination of the device, it makes it possible to set a software alarm that will prevent incorrect weighing.

Znany jest z opisu wynalazku nr WO 2008071270 sposób i układ do pomiaru położenia wagi elektronicznej, zawierający przezroczystą poziomicę z płynem i pęcherzykiem powietrza, która u góry posiada cztery fotodetektory służące do detekcji położenia pęcherzyka powietrza. Górna ścianka pojemnika z pęcherzykiem jest wypukła, a pod dolną umieszczone jest źródło światła - dioda LED. Światło emitowane przez diodę jest absorbowane przez fotoczułe elementy, a na wielkość sygnału każdej z czterech fotoelektrod ma wpływ położenie pęcherzyka znajdującego się na drodze światła. Następnie, sygnały położenia wagi podawane są bezpośrednio na mikroprocesor wagi poprzez przetwornik analogowo-cyfrowy, podobnie jak sygnał pomiarowy podawany na ten sam mikroprocesor poprzez inny przetwornik analogowo-cyfrowy. Informacja o położeniu wagi jest wyświetlana na wyświetlaczu wagi. Wynalazek rozwiązuje ponadto problemy z błędami powodowanymi wpływem wibracji na urządzenie poziomicy.There is known from the description of the invention No. WO 2008071270 a method and system for measuring the position of an electronic balance, comprising a transparent level with a liquid and an air bubble, which has four photodetectors at the top for detecting the position of the air bubble. The top wall of the container with the bubble is convex, and under the bottom there is a light source - LED diode. The light emitted by the diode is absorbed by photosensitive elements, and the magnitude of the signal of each of the four photoelectrodes is influenced by the position of the bubble in the light path. Then, the balance position signals are sent directly to the balance microprocessor through an analog-to-digital converter, similarly to the measurement signal sent to the same microprocessor through another analog-to-digital converter. Information about the position of the scale is displayed on the scale display. The invention further solves the problems with errors caused by the influence of vibration on the level device.

Znany jest z opisu patentowego nr US7325321 sposób i urządzenie przeznaczone do monitorowania położenia przyrządu pomiarowego, w szczególności wagi. Dla wykonywania tej funkcji, waga jest wyposażona w czujnik, oparty o zasadę poziomicy z pojemnikiem z cieczą i pęcherzykiem powietrza. Zgodnie z wynalazkiem, pozycja pęcherzyka powietrza jest określana optycznie przez środki do emisji światła z jednej strony poziomicy i środki do odbioru emisji światła z drugiej strony poziomicy. Jako środek emisji światła zastosowano diodę LED, a środek do odbioru - fotodiodę. Sposób poziomowania wagi przebiega do momentu, w którym oś czujnika jest równoległa do osi siły przyciągania ziemskiego. Dodatkowo czujnik jest otoczony przez co najmniej jeszcze dwa elementy fotoelektryczne. Ich zadaniem jest sprawdzanie poziomu intensywności emisji światła w zadanych dopuszczalnych przedziałach. Tekst funkcjonalny jest wykonywany automatycznie wewnątrz monitorowanego urządzenia w celu potwierdzenia, że monitorowane urządzenie funkcjonuje prawidłowo.There is known from the patent description No. US7325321 a method and a device for monitoring the position of a measuring instrument, in particular a balance. To perform this function, the balance is equipped with a sensor based on the principle of a spirit level with a container with a liquid and an air bubble. According to the invention, the position of the air bubble is determined optically by the light emission means on one side of the spirit level and the light emission receiving means on the other side of the spirit level. An LED is used as the means of light emission, and a photodiode is used for the reception. The balance is leveled until the sensor axis is parallel to the gravity axis. Additionally, the sensor is surrounded by at least two more photoelectric elements. Their task is to check the level of light emission intensity in the given allowable ranges. Functional text is executed automatically inside the monitored device to confirm that the monitored device is functioning properly.

Znane jest również rozwiązanie przedstawione w japońskim opisie JP 61108927 wagi o dużej precyzji, które zawiera poziomicę z płynem elektroprzewodzącym, elektrodami i sygnalizatorem akustycznym nieprawidłowego położenia wagi.Also known is the solution presented in the Japanese publication JP 61108927 of high-precision balances, which includes a level with an electrically conductive fluid, electrodes and an acoustic indicator of incorrect balance position.

Jednym z czynników wpływających na dokładność pomiaru masy w różnego typu wagach elektronicznych jest odchylenie od poziomu części mechanicznej, na której jest oparta szalka. Celem budowy elektronicznego czujnika poziomu jest uzyskiwanie cyfrowej informacji o odchyleniu od poziomu w czasie rzeczywistym dla umożliwienia sygnalizacji tego odchylenia i ręcznego poziomowania urządzenia.One of the factors influencing the accuracy of mass measurement in various types of electronic scales is the deviation from the level of the mechanical part on which the pan is based. The purpose of the construction of the electronic level sensor is to obtain digital information about the deviation from the level in real time to enable signaling this deviation and manual leveling of the device.

Sposób według wynalazku polega na tym, że dokonuje się odczytu obrazu z przetwornika obrazu mikrokamery i filtruje się zakłócenia w obrazie przy pomocy filtru medianowego, a następnie wyznacza się próg odcięcia tonalnego dla umożliwienia identyfikacji krawędzi obiektów, przy czym wyznacza się prostokąty referencyjne opisane zarówno na obwodzie pojemnika z cieczą jak i na obwodzie pęcherzyka. Następnie koryguje się położenie pęcherzyka powietrza, dla pozycji, kiedy pęcherzyk styka się z krawędzią urządzenia do monitorowania położenia i na podstawie znajomości pozycji dwóch wyznaczonych kwadratów wyznacza się odległość między ich środkami jako przesunięcie w osi x i y, a na końcu odległości w osi x i y między środkami wyznaczonych kwadratów zamienia się na stopnie kątowe i przekazuje się na wyjście urządzenia.The method according to the invention consists in reading the image from the image sensor of the microcamera and filtering the disturbances in the image with the median filter, and then determining the tonal cut-off threshold to enable identification of the edges of the objects, while determining the reference rectangles described both on the perimeter the container with the liquid and around the perimeter of the bubble. Then the position of the air bubble is corrected for the position where the bubble is in contact with the edge of the position monitoring device, and based on the knowledge of the position of the two marked squares, the distance between their centers is determined as an x and y axis offset, and at the end of the x and y distances between the centers of the designated squares. squares are converted into angular degrees and passed to the output of the device.

Urządzenie do monitorowania położenia wagi według wynalazku, ma przezroczysty pojemnik wypełniony przezroczystą cieczą i niewielkim pęcherzykiem powietrza oświetlone źródłem światła. Urządzenie do monitorowania położenia na sztywno połączone jest z obudową wagi i znajduje się w polu widzenia mikrokamery. Mikrokamera wyposażona jest w przetwornik obrazu, który jest połączony do układu mikroprocesorowego z wyjściem podłączonym do mikroprocesora wagi. Układ mikroprocesorowy ma zaimplementowany program do obróbki obrazu. Źródłem światła są diody LED, doPL 217 671 B1 brane i usytuowane tak, by zakresy skrajnych wartości tonów tarczy pojemnika z cieczą i pęcherzyka powietrza nie nakładały się na siebie. Urządzenie monitorowania położenia wykonane jest w kształcie walca z białą tarczą na spodzie walca.The balance position monitoring device according to the invention has a transparent container filled with a transparent liquid and a small air bubble illuminated by a light source. The position monitoring device is rigidly connected to the balance housing and is in the field of view of the microcamera. The microcamera is equipped with an image converter connected to the microprocessor system with the output connected to the balance microprocessor. The microprocessor system has an implemented image processing program. The light source is LEDs, selected and positioned so that the extreme value ranges of the tone of the liquid container and air bubble discs do not overlap. The position monitoring device is cylindrical with a white disc on the underside of the cylinder.

Przechył wagi elektronicznej wyznacza się więc na podstawie zmiany charakterystycznych cech obrazu cyfrowego, w sposób automatyczny i obiektywny. Brak możliwości oceny wzrokowej przechyłu przez obsługujący personel, powoduje zwiększenie pewności prawidłowo dokonanego pomiaru masy z deklarowaną dokładnością pomiaru.The tilt of the electronic scale is determined automatically and objectively on the basis of changes in the characteristic features of the digital image. The inability to visually assess the inclination by the operating personnel increases the certainty of a correctly made mass measurement with the declared measurement accuracy.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy urządzenia, fig. 2 przedstawia zasadę wyznaczania obszarów charakterystycznych, a fig. 3 - algorytm działania urządzenia.The subject of the invention has been shown in the embodiment in the drawing, in which Fig. 1 shows a block diagram of the device, Fig. 2 shows the principle of determining the characteristic areas, and Fig. 3 - the algorithm of the device operation.

Urządzenie składa się z kilku podstawowych elementów. Pierwszym jest urządzenie monitorowania położenia, którym jest przezroczysty pojemnik w kształcie walca 1 wypełniony cieczą tak, aby pozostał niewielki pęcherzyk powietrza 2, który jest widoczny na jasnym tle płaszczyzny podstawy pojemnika. Aby funkcja monitorowania położenia była realizowana, waga i urządzenie monitorowania położenia muszą być sztywno sprzęgnięte mechanicznie, co determinuje umieszczanie ich w jednej obudowie. Drugim zasadniczym elementem jest mikrokamera z przetwornikiem obrazu 3, ustawiona tak, aby w jej polu widzenia był pojemnik 1 z pęcherzykiem powietrza. Powierzchnia pojemnika z cieczą jest dodatkowo oświetlana przy pomocy zespołu diod LED 4. Oświetlenie, pochodzące z diod 4, dobrano tak, aby zakres pomiędzy skrajnymi wartościami tonów tarczy pojemnika z cieczą nie nakładał się na zakres pomiędzy skrajnymi tonami pęcherzyka powietrza. Przetwornik obrazu 3 jest podłączony do układu mikroprocesorowego 5, który sczytuje i obrabia obraz. Na wyjściu 6 urządzenia podawany jest wynik w postaci współrzędnych charakteryzujących odchylenie urządzenia od poziomu, wyznaczone przesunięciem pęcherzyka powietrza 2 w urządzeniu monitorowania położenia 1. Wyjście 6 jest podłączone do mikroprocesora wagi w celu odczytu położenia wagi w czasie rzeczywistym. Przetwornik obrazu 3, wspólnie z układem mikroprocesorowym 5 i układ wyjściowy 6, stanowią mechanicznie i elektrycznie jedną całość. Natomiast przezroczysty pojemnik w kształcie walca urządzenia 1 jest oddzielnym elementem nie związanym mechanicznie z w/w elementem.The device consists of several basic elements. The first is the position monitoring device, which is a cylindrical transparent container 1 filled with liquid so that a small air bubble 2 remains, which is visible against the light background of the plane of the base of the container. For the position monitoring function to be realized, the balance and the position monitoring device must be rigidly mechanically coupled, which determines their positioning in one housing. The second essential element is a microcamera with an image sensor 3, positioned so that in its field of view there is a container 1 with an air bubble. The surface of the container with the liquid is additionally illuminated by a set of LEDs 4. The illumination from the diodes 4 is selected so that the range between the extreme values of the tones of the liquid container disk does not overlap the range between the extreme tones of the air bubble. The image sensor 3 is connected to a microprocessor circuit 5 which reads and processes the image. The output 6 of the device shows the result in the form of coordinates characterizing the deviation of the device from the level, determined by the movement of the air bubble 2 in the position monitoring device 1. The output 6 is connected to the scale microprocessor in order to read the balance position in real time. The image pickup device 3, together with the microprocessor circuit 5 and the output circuit 6, form a single unit mechanically and electrically. On the other hand, the cylindrical transparent container of the device 1 is a separate element not mechanically related to the above-mentioned element.

Pęcherzyk powietrza 2 jest fotografowany na jasnym tle przy pomocy mikrokamery 3 z prostą optyką i przetwornikiem obrazu. Sygnał z mikrokamery podlega filtrowaniu przy pomocy filtru medianowego, dzięki któremu usuwa się zakłócenia. Filtr ten jest wykorzystywany do usuwania zakłóceń losowych, których poziom intensywności znacznie odbiega od poziomu intensywności punktów sąsiednich. Następnie wyznacza się próg odcięcia tonalnego dla umożliwienia identyfikacji krawędzi obiektów, przy czym wyznacza się prostokąty/kwadraty referencyjne 7, 8 opisane zarówno na obwodzie pojemnika z cieczą 1 jak i na obwodzie pęcherzyka 2. Koryguje się położenie pęcherzyka powietrza dla pozycji, kiedy pęcherzyk styka się z krawędzią urządzenia 1 i na podstawie znajomości pozycji dwóch wyznaczonych prostokątów 7, 8 wyznacza się odległość między ich środkami, jako przesunięcie w osi x i y, a na końcu odległości w osi x i y między środkami wyznaczonych kwadratów zamienia się na stopnie kątowe. Za wskazanie pozycji poziomej urządzenia przyjmuje się kiedy pęcherzyk powietrza 2 znajduje się w położeniu uznanym za pozycję zerową, tj. w środku pojemnika z cieczą.The air bubble 2 is photographed against a bright background by a microcamera 3 with simple optics and an image sensor. The signal from the microcamera is filtered with a median filter, thanks to which the noise is removed. This filter is used to remove random interference whose intensity level differs significantly from the intensity level of the neighboring points. The tonal cut-off threshold is then determined to enable identification of the edges of the objects, with reference rectangles / squares 7, 8 drawn both on the periphery of the liquid container 1 and on the periphery of the bubble 2. The position of the air bubble is corrected for the position where the bubble touches. with the edge of the device 1 and on the basis of the knowledge of the positions of the two determined rectangles 7, 8, the distance between their centers is determined as a shift in the x and y axis, and at the end of the distance in the x and y axis between the centers of the designated squares, it is converted into angular degrees. The indication of the horizontal position of the device is taken when the air bubble 2 is in the position considered to be the zero position, i.e. in the center of the liquid container.

Algorytm realizowany przez program wykonywany przez mikroprocesor 5 wyznacza odchylenie środkowej części pęcherzyka powietrza od punktu zerowego. Wynik analizy jest wysyłany na wyjście 6. W ten sposób procesor wagi może odbierać w czasie rzeczywistym informację o położeniu wagi.The algorithm executed by the program executed by the microprocessor 5 determines the deviation of the central part of the air bubble from the zero point. The result of the analysis is sent to the output 6. In this way, the processor of the balance can receive information about the position of the balance in real time.

Algorytm rozpoznawania charakterystycznych cech fotografowanych obiektów wymaga przy tym spełnienia kilku założeń:The algorithm for recognizing the characteristic features of photographed objects requires the fulfillment of several assumptions:

- jedynym jasnym elementem obrazu jest tarcza pojemnika z cieczą, a poza tarczą nie ma żadnych jasnych elementów w polu widzenia przetwornika obrazu,- the only bright element of the image is the face of the container with the liquid, and apart from the dial there are no bright elements in the field of view of the image sensor,

- w celu wyodrębniania ciemniejszego elementu, jakim jest obwód pęcherzyka powietrza na jasnym tle, jest stosowane tonalne odcinanie progowe,- in order to isolate the darker element such as the circumference of the air bubble against a bright background, tonal threshold clipping is used,

- oświetlenie tarczy pojemnika z cieczą jest równomierne i jest tak dobrane, aby zakres pomiędzy skrajnymi wartościami tonów tarczy pojemnika nie nakładał się na zakres pomiędzy skrajnymi tonami pęcherzyka powietrza,- illumination of the face of the container with the liquid is uniform and is selected so that the range between the extreme values of the tones of the container disk does not overlap the range between the extreme tones of the air bubble,

- proporcje pomiędzy powierzchnią tarczy pojemnika z cieczą a pozostałymi (ciemnymi) elementami jest przyjęta jako stała.- the ratio between the surface of the disk of the container with the liquid and the remaining (dark) elements is assumed to be constant.

Claims

Patent claims

A method of monitoring the position of a weighing device, characterized in that the image is read from the image sensor of the microcamera (3) and the disturbances in the image are filtered using a median filter, and then the tonal cut-off threshold is determined to enable identification of the edges of the objects. the reference rectangles (7, 8) described both on the periphery of the liquid container of the position monitoring device (1) and on the perimeter of the bubble (2), then the position of the air bubble is corrected for the position when the bubble touches the edge of the device (1) and Based on the knowledge of the position of two designated rectangles (7, 8), the distance between their centers is determined as a shift in the x and y axis, and at the end of the distance in the x and y axis between the centers of the designated squares, it is converted into angular degrees and transferred to the device output (6).

2. A device for monitoring the position of the weighing device, comprising a transparent illuminated container filled with a transparent liquid and a small air bubble, characterized in that the illuminated by the light source (4) the device for monitoring the position (1) is rigidly connected to the housing of the balance and is located in the field of view of a microcamera (3) with an image sensor, which is connected to a microprocessor circuit (5) with an output (6).

3. The device according to claim The method of claim 1, characterized in that the light source (4) is LEDs, selected and positioned such that the extreme tone ranges of the liquid container dial and the air bubble do not overlap.

4. The device according to claim 1 A device according to claim 1, characterized in that it is made in the shape of a cylinder (1) with a white disc at the bottom of the cylinder.

5. The device according to claim 1 The method of claim 1, characterized in that the microprocessor circuit (5) has an image processing program implemented.