DE2703816C3 - Vorrichtung zur Bestimmung der Standardabweichung einer um einen Mittelwert zufallsverteilten Eigenschaft von Gegenständen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und bildet einen Zusatz zum Patent 22 56 619.4. Die Vorrichtung ist besonders nützlich, wenn sie in Verbindung mit einer Maschine, die die fraglichen Gegenstände kontinuierlich erzeugt, z. B. mit einer kontinuierlichen Strang-Zigarettenherstellungsmaschine, verwendet wird.

Die Standardabweichung ist ein anerkanntes statistisclies Maß für die Konsistenz einer meßbaren Eigenschaft eines Gegenstandes und kann mit Erfolg für verschiedene Zwecke verwendet werden, solange nur irgendwelche NichtzufallsqueUen der Änderung der Eigenschaft eliminiert werden, so daß die Verteilung

ίο der spezifischen Werte der zu betrachtenden Eigenschaft unter der »Bevölkerung« der fraglichen Gegenstände eine Zufallsverteilung (Gaußsche Verteilung) ist Die Standardabweichung wird im speziellen Fall in der Weise berechnet, daß die Quadratwurzel des Durchschnitts der Fehlerquadrate für sämtliche Gegenstände gezogen wird (wobei der Fehler die Differenz zwischen dem tatsächlichen Wert der betrachteten Eigenschaft für jeden Gegenstand und dem Mittel-Wert dieser Eigenschaft für sämtliche Gegenstände ist). Der Bruchteil der gesamten Anzahl der Gegenstände, für den der Fehler in der gemessenen Eigenschaft einen definierten Wert überschreitet, hat eine feste Beziehung zu dem definierten Wert des Fehlers; wenn z. B. der definierte Wert des Fehlers zweimal die Standardabweichung ist, haben 4,56% der Gesamtzahl der Gegenstände Fehler, die größer sind als der definierte Wert, und diese 4,56% der Gegenstände enthalten gleiche Mengen von Gegenständen, bei denen der Fehler positiv und bei denen der Fehler negativ ist.

Eine Berechnungseinrichtung für diesen Zweck ist aus der Hauptanmeldung gemäß DE-OS 2256619 bekannt. In der Hauptanmeldung ist eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung offenbart, bei der eine Folge von Gegenständen an einer Meßeinrichtung vorbeigeführt wird. Die Meßeinrichtung erzeugt ein elektrisches Signal, das den Wert der Eigenschaft für jeden Gegenstand anzeigt. Eine Vergleichseinrichtung empfängt das Signal von der Meßeinrichtung und gibt einen resultierenden Impuls ab, wenn das Signal einen Wert der Eigenschaft darstellt, der jenseits einer Grenze liegt, die von einer einer Vergleichseinrichtung eingegebenen Bezugsspannung dargestellt wird. Eine Zähleinrichtung erzeugt eine Folge von Zählimpulsen jedesmal, wenn die Gegenstände an der Meßeinrichtung vorbeigeführt werden; jeder Zählimpuls stellt eine vorgegebene Zahl (größer als 1) der Gegenstände dar. Ein Digitalzäliler ist so geschaltet, daß er sowohl die resultierenden Impulse

■50 als auch die Zählimpulse an zwei getrennten Eingängen empfängt, und er ist so ausgebildet, daß jeder Impuls, der an einem der Eingänge empfangen wird, einen Anstieg um 1 der von dem Zähler registrierten Zahl bewirkt, während jeder Impuls, der an dem anderen Eingang empfangen wird, eine Verringerung dieser Zahl um 1 bewirkt. Ein Digital-Analog-Konverter ist an den Zähler angeschlossen, um eine Analogspannung zu erzeugen, die jederzeit die im Zähler registrierte Zahl wiedergibt. Der Konverter ist so ge-

bo schaltet, daß er das Ausgangssignal an die Vergleichseinrichtung abgibt, um deren Bezugsspannung zu steuern.

Die vorgegebene Zahl, mit der der Zähler arbeitet, muß richtig in Beziehung gesetzt werden zu dem Be-

μ 7ugspegel der Vergleichseinrichtung. Wenn beispielsweise bei einer Normalverteilung (Gaußschen Verteilung) der relevanten Eigenschaft eine Anzahl von Gegenständen der Bezugspegel auf einen Wert der

Eigenscahft eingestellt ist, der um l,53mal die Standardabweichung kleiner ist als der Mittelwert für sämtliche Gegenstände, so ist bei einem Sechzehntel der gesamten Anzahl der Gegenstände cer Wert dieser Eigenschaft unterhalb der Grenze. Wenn somit der Bezugspegel so eingestellt ist und der Zähler einen Zählimpuls für alle sechzehn Gegenstände, die an der Meßeinrichtung vorbeilaufen, abgibt, so empfängt der Zähler während einer Zeitspanne eine gleiche Anzahl von resultierenden Impulsen und von Zählimpulsen; somit ändert sich die vom Zähler registrierte Zahl nicht (ausgenommen momentane Änderungen, die jedoch selten mehr aiseine Einheit betragen, aufgrund der Tatsache, da3 die Eingänge diskrete Impulse empfangen), so daß die Bezugsspannung der Vergleichseinrichtung konstant bleibt.

Eine Änderung der Standardabweichung bewirkt jedoch, daß die Anzahl der resultierenden Impulse in einer Zeitspanne größer oder kleiner als die Anzahl der Zählimpulse ist, so daß die vom Zähler registrierte -° Anzahl größer oder kleiner wird, bis die resultierenden Änderungen des Ausgangs des Digital-Analog-Konverters die Bezugsspannung auf einen Pegel bringen, bei dem die Anzahl der resultierenden Impulse in einer Zeitspanne wieder gleich der Anzahl der Zählimpulse ist. Es gibt daher einen unterschiedlichen Wert der Bezugsspannung für jeden Wert der Standardabweichung, so daß die Bezugsspannung in der Tat eine Anzeige für die vorhandene Standardabweichung darstellt.

Bei der DE-OS 2256619 ist ferner eine Korrektureinrichtung zur Korrektur der Anzeige der erzeugten Standardabweichung vorgesehen, damit der Mittelwert der relevanten Eigenschaft der Gegenstände geändert werden kann. Diese Korrektureinrichtung hat einen ähnlichen prinzipiellen Aufbau wie die oben definierte Einrichtung zur Anzeige der Standardabweichung; sie besitzt einen weiteren Digitalzähler mit zwei Eingängen; die Anordnung ist dort so getroffen, daß der Zähler an dem einen oder dem anderen seiner Eingänge einen Impuls für jeden Gegenstand, der an der Meßeinrichtung vorbeigelangt, empfängt. Eine Vergleichseinrichtung, die mit einer Bezugsspannung versorgt wird, die durch die in dem weiteren Zähler registrierte Zahl über einen weiteren Digital-Analog-Konverter gesteuert wird, legt fest, welcher der Zählereingänge den Impuls für jeden Gegenstand empfängt, in Abhängigkeit davon, ob die Eigenschaft für diesen Gegenstand oberhalb oder unterhalb des von der Bezugsspannung dargestellten Wertes liegt. Die Korrektureinrichtung erzielt daher einen ausgeglichenen Zustand, in dem die im Zähler registrierte Zahl konstant bleibt (abgesehen von momentanen Anstiegen und Abfällen), wenn sich die Bezugsspannung auf einem Pegel befindet, der den herrschenden Mittelwert der Eigenschaft darstellt, da bei diesem Pegel der Bezugsspannung die gleiche Anzahl von Impulsen von den beiden Zählereingängen empfangen wird.

Es ist das Ziel der Erfindung, die Vorrichtung der to Stammanmeldung dahingehend zu verbessern, daß sie eine ausreichend genaue Anzeige der Standardabweichung liefert, ohne daß es der Korrektureinrichtung der Vorrichtung nach der Hauptanmeldung bedarf. Insbesondere soll die Anzeigegenauigkeit letzterer Vorrichtung für den Fall verbessert werden, daß neben einer Zufalls-Kurzzeitänderung der Eigenschaft, deren Standardabweichung abgeleitet werden soll, eine sehr viel größere Langzeitänderung gegeben ist, d. h. eine langsame Schwingung des Mittelwertes dieser Eigenschaft. Langzeitänderungen dieser Art sind nicht selten bei den Eigenschaften von maschinengefertigten Gegenständen.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben. Eine Weiterbildung der Erfindung ist Gegeilstand des Anspruchs 2.

Die beiden Vergleicherschaltungen der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung erzeugen einen resultierenden Impuls immer dann, wenn der Wert der relevanten Eigenschaft eines Gegenstandes oberhalb oder unterhalb der oberen bzw. unteren Grenze liegt, während bei der Vorrichtung nach der Hauptanmeldung resultierende Impulse von Vergleichseinrichtungen nur dann erzeugt werden, wenn der Wert der relevanten Eigenschaft jenseits einer einzigen Grenze liegt, d. h., die Vergleichseinrichtung arbeitet nur in einem Richtungssinn. Bei der Vorrichtung nach der Hauptanmeldung beeinflußt daher jede Änderung des Mittelwertes sofort die angezeigte Standardabweichung direkt, und eine Korrektur ist erforderlich; bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung dagegen ist ein gewisses Maß an Kompensation gegeben, da eine Änderung des Mittelwertes der Eigenschaft eine Vergrößerung der Frequenz der resultierenden Impulse hervorruft, aufgrund der Tatsache, daß der gemessene Wert außerhalb des definierten Bereichs in einem Richtungssinn liegt, aber zur gleichen Zeit ist eine Abnahme der Frequenz der resultierenden Impulse gegeben, aufgrund der Tatsache, daß der gemessene Wert des Bereichs im anderen Richtungssinn liegt.

Die Tatsache, daß die Vergleichseinrichtung jedesmal resultierende Impulse erzeugt, wenn der gemessene Wert zu sehr von dem gewünschten Mittel in irgendeinem der Richtungssinne abweicht, erfordert eine andere Einstellung des Zählers. Wenn sie bei der Vorrichtung nach der DE-OS 2256619 die Grenze bei l,53mal die Standardabweichung von dem Mittelwert eingestellt wird, ist der Zähler so eingestellt, daß er einen Zählimpuls für alle 16 Gegenstände erzeugt, da bei einer Normalverteilung innerhalb von 16 Gegenständen ein Gegenstand vorhanden ist, bei dem der Wert der betreffenden Eigenschaft jenseits dieser Grenze liegt. Um jedoch bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung dafür zu sorgen, daß solch ein Fehler in jedem Richtungssinn einen resultierenden Impuls hervorruft, muß der Zähler einen Zählimpuls jedesmal erzeugen, wenn acht Gegenstände an der Meßeinrichtung vorbeigelangt sind, wenn der Betrag, um den die Eigenschaft von dem gewünschten Mittel vor Erzeugung eines resultierenden Impulses abweichen kann, der gleiche ist, d. h. l,53mal die Standardabweichung.

Die Kompensation, die dadurch erhalten wird, daß die Anzahl der Gegenstände, bei denen die betreffende Eigenschaft außerhalb der Grenzen in irgendeinem Richtungssinn liegt, berücksichtigt wird, ergibt keine vollständige Genauigkeit, aber sie ergibt eine sehr dichte Annäherung an die richtige Standardabweichung. (Die korrekte Standardabweichung, und zwai in dem Fall, in dem die Zufalls-Kurzzeitänderung von einer sehr viel größeren Langzeitänderung des Mittelwertes begleitet wird, ist gleich der Quadratwurzel aus der Summe der mittleren Quadrate der Fehler aufgrund der Kurzzeit- und der Langzeit-Komponenten.) Es läßt sich durch Berechnung zeigen,

daß sich der Fehler mit dem Mittelwert und mit der Wahl des Bezugspegels, d. h. der obenerwähnten oberen und unteren Grenze, ändert. Wenn die Grenzen so gewählt werden, daß jeder Zählimpuls sechs Gegenstände darstellt, hat sich gezeigt, daß eine Mittelwertänderung bis zu zwei Standardabweichungen einen Fehler in der angezeigten Standardabweichung ergibt, der 1% nicht überschreitet.

Anhand der Zeichnungen wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung,

Fig. 2A, 2B und 2C drei Verteilungskurven, die zur Erläuterung der Betriebsweise der Vorrichtung nach Fig. 1 dienen,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Genauigkeit der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 4 ein schematisches Diagramm eines Integrators, der in der Vorrichtung nach Fig. 1 verwendet wird.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung besitzt eine Signal-Eingangsklemme 1, die unmittelbar mit dem einen Eingang eines ersten Integrators 2 und über einen Inverter 20 mit dem einen Eingang eines zweiten Integrators 22 verbunden ist. Die Ausgänge der Integratoren 2,22 sind mit den Eingängen zweier Komparatoren 3,23 verbunden, und die Ausgänge der Komparatoren sind mit getrennten Eingängen eines Torgliedes 25 verbunden. Ein synchronisierendes Eingangsglied 10 ist mit einer Dividiereinheit 4 und einem dritten Eingang des Torgliedes 25 verbunden, und eine Rückstell-Eingangsklemme 11 ist mit einem zweiten Eingang jedes der Integratoren 2,22 verbunden.

Der Ausgang des Torgliedes 25 ist mit einem Eingang eines Digitalzählers 5 verbunden; ein zweiter Eingang des Digitalzählers 5 ist mit dem Ausgang der Dividiereinheit 4 verbunden, und ein Digital-Analogkonverter 6 ist so geschaltet, daß er ein digitales Ausgangssignal von dem Zähler 5 empfängt und eine entsprechende Analogspannung an einen dritten Eingang jedes der Integratoren 2,22 abgibt. Jeder der Komparatoren 3, 23 besitzt einen zweiten Eingang, der geerdet ist.

Die Vorrichtung nach Fig. 1 wird bei einer kontinuierlich arbeitenden Strang-Zigarettenherstellungsmaschine verwendet, die mit einer Betastrahlenvorrichtung versehen ist, die kontinuierlich die Masse des Tabaks in dem Strang mißt, ehe der Strang in einzelne Zigaretten zerschnitten wird. Bei Betrieb der Maschine empfängt die Eingangsklemme 1 eine sich kontinuierlich ändernde Spannung, die die Tabakmasse darstellt, während die Eingangsklemme 10 eine Reihe von Impulsen empfängt, die mit der Arbeitsweise der Zigarettenherstellungsmaschine so synchronisiert ist, daß an der Eingangsklemme 10 ein Impuls jedesmal erscheint, wenn ein Abschnitt des Zigarettenstrangs, der später zerschnitten wird, dem Strahl der Betastrahlenvorrichtung ausgesetzt ist. Die Impulse an der Eingangsklemme 10 werden somit als »Ende-der-Zigarettee-Impulse bezeichnet, und es versteht sich, daß der Abschnitt der sich kontinuierlich ändernden Spannung, die an der Eingangsklemme 1 an der Zeitspanne zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen an der Eingangsklemme 10 erscheinen, die Massenänderungen über der Länge des Zigarettenstrangs, die eine einzelne Zigarette wird, darstellt, und das Integral der Eingangsklemme 1 über dieser Zeitspanne zeigt die Gesamtmasse des Tabaks in dieser einen Zigarette an.

Die Integratoren 2, 22 sind einander gleich und werden unter Bezugnahme auf Fig. 4 genauer beschrieben. Der Integrator 2 empfängt jedenfalls an seinen drei Eingängen die Spannung von der Eingangsklemme 1, die Analogspannung von dem Konverter 6, die als Bezugsspannung dient, die unmittelbar einen speziellen Wert der Masse pro Längeneinheit des Zigarettenstrangs und somit indirekt eine spezielle Gesamtmasse pro Zigarette darstellt, und die Rückstellimpulse von der Eingangsklemme 11. Von den ersten beiden dieser Eingangssignale gibt der In-

; 3 tcgrator 2 eine Ausgangsspannung an den Komparator 3 ab; diese Ausgangsspannung stellt in jedem Augenblick das Integral der Differenz zwischen den Spannungen an den ersten beiden Eingängen in der Zeitspanne dar, seitdem der letzte Rückstellimpuls an dem dritten Eingang des Integrators 2 von der Eingangsklemme 1 empfangen wurde.

Die RückstellimpuLse an der Eingangsklemme 11 treten unmittelbar nach den »Ende-der-Zigarette«- Impulsen auf. In der Tat könnte die Eingangsklemme 11 weggelassen werden, und die betreffenden Eingänge der Integratoren 2, 22 könnten mit der Eingangsklemme 10 über eine Verzögerungsschaltung verbunden sein.

In dem Komparator 3 wird die Spannung, die von

jo dem Integrator 2 empfangen wurde, mit der Spannung an dem zweiten Eingang des Komparators (die in diesem Fall Null ist, da der zweite Eingang geerdet ist) verglichen, und der Komparator 3 gibt eine Spannung an das Torglied 25 ab, wenn die Spannung von dem Integrator 2 negativ ist bezüglich der an ihren zweiten Eingang, in diesem Fall also, wenn die Spannung von dem Integrator 2 negativ bezüglich der Erde ist. Dieser Zustand wird erreicht, wenn der Mittelwert der Spannung an der Eingangsklemme 1 in der Zeitspanne seit dem letzten Rückstellimpuls an der Eingangsklemme 11 kleiner ist als die Bezugsspannung, die von dem Konverter 6 geliefert wird, d. h. wenn die mittlere Masse pro Längeneinheit des Zigarettenstrangs in dieser Zeitspanne kleiner ist als der Wert, der von der Bezugsspannung dargestellt wird. Wenn ein »Ende-der-Zigarette«-Impuls an der Eingangsklemme 10 erscheint und an das Torglied 25 angelegt wird und wenn der Komparator 3 zur gleichen Zeit ein Ausgangssignal abgibt, so wird ein Impuls (einer Dauer gleich der des »Ende-der-Zigarettee-Impulses) an den ersten Eingang des Zählers 5 abgegeben, und die in dem Zähler registrierte Zahl wird um 1 vergrößert. Dieser an den Zähler 5 abgegebene Impuls stellt den Durchgang einer Zigarette (eigentlich

einer Zigarettenlänge des Strangs) mit einer Gesamtmasse dar, die kleiner ist als eine Grenze, die durch die Bezugsspannung definiert wird.

Der Integrator 22 und der Komparator 23 arbeiten in genau der gleichen Weise wie in bezug auf die Inte-

gratoren 2, 3 beschrieben; da jedoch der Integrator 22 die Spannung von der Eingangsklemme 1 nicht unmittelbar, sondern erst nach einer Umkehrung empfängt, wenn er auch die gleiche Bezugsspannung wie der Integrator 2 empfängt, ist die Gesamtwirkung die,

es daß der Zähler 5 jedesmal einen Impuls (der die darin registrierte Zahl um 1 vergrößert) empfängt, wenn eine Zigarettenlänge des Strangs, die sich an der Meßeinrichtung vorbeibewegt, eine Masse besitzt, die grö-

ßer ist als die Grenze, die durch die Bezugsspannung definiert ist (wenn die Bezugsspannung invertiert wäre).

Der Zähler S empfängt somit einen Impuls an seinem ersten Eingang und vergrößert die in ihm gespei- ■> cherte Zahl um 1, wenn eine Zigarettenlänge des Strangs (d. h. ein Abschnitt des Strangs, der eine einzelne Zigarette wird), die an der Betastrahlenvorrichtung vorbeigelangt, eine Gesamtmasse besitzt, die entweder unterhalb oder oberhalb einer unteren bzw. ι <> einer oberen Grenze liegt, wobei beide Grenzen durch die von dem Konverter 6 gelieferte Bezugsspannung gesteuert werden.

Die »Ende-der-Zigarette«-Impulse von der Eingangsklemme 10 gehen jedoch ebenfalls zu der Dividiereinheit 4, die einen Ausgangsimpuls an den zweiten Eingang des Zählers 5 alle sechs empfangene »Ende-der-Zigarettee-Impulse abgibt; jeder dieser Impulse bewirkt, daß die im Zähler 5 registrierte Zahl um 1 verringert wird. Wenn somit während einer Zeitspanne ein Sechstel der Gesamtzahl der Zigaretten (oder genauer: der Zigarettenlängen in dem Strang) so schwer oder so leicht sind, daß ein Impuls an den ersten Eingang des Zählers 5 abgegeben wird, so ist die im Zähler registrierte Zahl - und damit die Bezugsspannungam Ende der Zeitspanne unverändert. Der durch die Bezugsspannung dargestellte Betrag beträgt l,38mal die herrschende Standardabweichung, da bei einer Normalverteilung die Masse eines Sechstels der Zigaretten bekanntlich mehr als l,38mal χ die Standardabweichung oberhalb oder unterhalb des Mittelwertes liegt.

Eine Änderung der Standardabweichung bewirkt, daß die Bezugsspannung sich entsprechend ändert, bis der gleiche ausgeglichene Zustand erreicht ist, d. h. daß der erste Eingang des Zählers 5 in jeder Zeitspanne eine Anzahl von Impulsen empfängt, die gleich einem Sechstel der Anzahl der Zigaretten ist. Wenn beispielsweise die Standardabweichung größer wird, wird mehr als ein Sechstel der Zigaretten zu schwer oder zu leicht, so daß der erste Eingang des Zählers 5 häufiger Impulse empfängt als der zweite Eingang; die im Zähler 5 registrierte Zahl wird daher größer, und die vom Konverter 6 gelieferte Bezugsspannung wird ebenfalls größer. Dieser Anstieg der Bezugsspannung verringert die Frequenz, mit der Impulse an dem ersten Eingang des Zählers ankommen, und zwar durch Erweitern der Grenzen, außerhalb deren die Masse einer Zigarette sich befinden muß, ehe ihr Durchgang einen Impuls für den ersten Durchgang des Zählers zur Folge hat, und die Bezugsspannung wird auf einem neuen Wert stabil, wenn die Anzahl der Impulse, die von den beiden Zählereingängen innerhalb einer Zeitspanne empfangen wird, wieder gleich sind. Es ergibt sich dann ein neuer Wert der Bezugsspannung, der dem neuen Wert der Standardabweichung entspricht und ihn somit darstellt.

Wenn sich die mittlere Masse der einzelnen Zigaretten ändert, so kann die auf die Vorrichtung erfolgende Auswirkung durch Bezugnahme auf die Fig. 2 A bis 2C, die drei Verteilungskurven zeigen, gewürdigt werden. Fig. 2A ist eine graphische Darstellung einer Normalverteilung von Zigarettenmassen, wobei der gemessene Ist-Mittelwert einem Sollwert entspricht, der durch die vertikale Linie D-D dargestellt ist. Gestrichelte Linien L, H bezeichnen die obere und untere Grenze, wobei jede Grenze von dem Soll-Mittelwert um einen vorgegebenen Betrag Sl getrennt ist. Die schraffierten Bereiche sind der Anzahl der Zigaretten, deren Massen außerhalb der entsprechenden Grenzen liegen, proportional, und sie sind somit der Anzahl der Impulse proportional, die an den ersten Eingang des Zählers 5 abgegeben werden.

In Fig. 2B ist der Zustand dargestellt, bei dem die tatsächliche mittlere Masse der Zigaretten um einen Betrag E größer ist als der Soll-Mittelwert. In diesem Zustand ist der gesamte schraffierte Bereich größer als in Fig. 2 A, da die Anzahl der Zigaretten mit einer oberhalb der Grenze H liegenden Masse wesentlich stärker angewachsen ist, als die Anzahl der Zigaretten mit einer Masse unterhalb der Grenze L abgenommen hat. Fig. 2C zeigt jedoch den Effekt der neuen Grenzen H +, L + , die wirksam sind, wenn, wie oben beschrieben, die Bezugsspannung sich in Abhängigkeit von der durch die Größe E dargestellten Situation ändert. Die neuen Grenzen H+, L+ sind jeweils von dem Soll-Mittelwert D um einen Betrag SZ (der größer ist als Sl) getrennt, und die gesamte schraffierte Fläche ist gleich der in der Kurve A.

Bei den drei Kurven der Fig. 2 A bis 2 C ist die Standardabweichung in allen drei Fällen gleich; die Vorrichtung nach Fig. 1 ändert jedoch in Abhängigkeit von der Änderung E der mittleren Masse ihre Bezugsspannung, wodurch sich die neuen Grenzen H-K L+ der Fig. 2C ergeben.

Bei Abwesenheit einer Änderung der mittleren Masse zeigt die Bezugsspannung, wie oben erläutert, die Standardabweichung an; in der Situation der Fig. 2C ist die Anzeige jedoch fehlerhaft, und zwar in dem Ausmaß, wie durch den Unterschied zwischen Sl und 52 angedeutet ist. Die Rechnung zeigt jedoch, daß dieser Fehler nicht groß zu sein braucht. Der Fehler ändert sich entsprechend der Wahl des Ausgleichspunktes für die Vorrichtung. Das beschriebene Ausführungsbeispiel, bei dem die Dividiereinheit 4 alle sechs Zigaretten einen Impuls an den Zähler abgibt, ergibt einen Fehler in der Standardabweichung (wie durch die Bezugsspannung angedeutet), der nicht größer ist als 1 % für Fehler des Mittelwerts (etwa E der Kurven B und C) bis zu zwei Standardabweichungen. Fig. 3 zeigt graphisch den Ablesfehler (d. h. den Fehler in den angezeigten Standardabweichungen), der für verschiedene Werte von N (die Anzahl der Zigaretten pro Zählimpuls) über dem mittleren Massenfehler (der in Vielfachen der Standardabweichungen, z. B. 1,5 Standardabweichung, dargestellt ist) aufgetragen ist.

F i g. 4 zeigt schematisch die bevorzugte Anordnung jedes der Integratoren 2, 22, die nahezu identisch ist mit der in der Stammanmeldung. Eingangsklemmen 71, 72 sind durch Widerstände 27,28 gleichen Wertes mit einem gemeinsamen Punkt 29 verbunden; ein invertierender Verstärker 30 ist mit seinem Eingang an dem Punkt 29 angeschlossen, und sein Ausgang ist mit der Ausgangsklemme 70 verbunden. Ein Kondensator 31 ist zwischen den Eingang und den Ausgang des Verstärkers 30 geschaltet, und ein normalerweise offener Rückstellschalter 32 ist so geschaltet, daß er im Schließzustand den Kondensator 31 entlädt. Der dritte Eingang 73 des Integrators ist an dem Rückstellschalter 32 angeschlossen — aus Darstellungsgründen ist der letztere als elektromagnetisches Relais dargestellt, in der Praxis wird jedoch zur Erzielung eines schnellen Ansprechverhaltens eine elektronische Vorrichtung als Rückstellschalter verwendet,

vorzugsweise ein Feldeffekttransistor.

Im Betrieb empfängt die Eingangsklemme 71 die sich kontinuierlich ändernde Spannung von der Betastrahlenvorrichtung, und die Klemme 72 empfängt die Bezugsspannung. Es sei angenommen, daß das an der Klemme Tl empfangene Signal positiver wird, wenn die Tabakmasse pro Längeneinheit kleiner wird. In jedem Augenblick ist am Punkt 29 ein Eingangssignal vorhanden, das der algebraischen Summe der Spannungen an den Klemmen 71 und 72 proportional ist, und der Verstärker 30 und der Kondensator 31 wirken in bekannter Weise unter Steuerung des Eingangssignals zusammen, so daß in jedem Augenblick die Aufladung des Kondensators 31 das Integral des Eingangssignais am Punkt 29 über einer Zeitspanne bis zu diesem Augenblick darstellt. Da das Signal an der Klemme 71 die Masse des Tabaks in dem Abschnitt des Zigarettenstrangs in dem Strahl der Meßeinrichtung zu dem betreffenden Augenblick darstellt und die Bezugsspannung an der Klemme Tl hinsichtlich ihrer Größe einen speziellen Wert dieser Masse darstellt (der dem Wert L der Fig. 2 A proportional ist), jedoch von entgegengesetzter Polarität wie die Spannungan der Klemme 71 ist, gibt das Integral, das von der am Kondensator 31 anliegenden Spannung dargestellt wird, den Gesamtfehler der Tabakmasse während der Integrationsdauer wieder, und zwar bezüglich des Wertes, der von der Bezugsspannung wiedergegeben wird.

Der Kondensator 31 wird dadurch entladen, daß der Rückstellschalter 32 in Abhängigkeit von einem Rückstellimpuls an der Klemme 73 entladen wird (und zwar unmittelbar nach einem »Ende-der-Zigarette«-Impuls an der Klemme 10, Fig. 1); und zu der Zeit des nächsten Rückstellimpulses stellt somit die am Kondensator 31 anliegende Spannung den Gesamtmassenfehler in einem Abschnitt des Strangs dar, der nach dem Schneiden des Strangs eine einzelne Zigarette wird; diese am Kondensator 31 anliegende Spannung stellt ebenfalls den mittleren Massenfehler dar, da die Zigarettenlängen gleichförmig sind und »Ende-der-Zigarette«-Impulse regelmäßig auftreten. Die erfindungsgemäße Vorrichtung liefert somit eine Anzeige der Standardabweichung, die für prak-

•^(| tische Zwecke durch eine Änderung des Mittelwertes der zu messenden Eigenschaft nicht beeinträchtigt wird, obgleich die erfindungsgemäße Vorrichtung etwas einfacher ist als die Vorrichtung nach der Hauptanmeldung.

ΐϊ Wenn die Vorrichtung nach Fig. 1 bei einer kontinuierlichen Strang-Zigarettenherstellungsmaschine verwendet wird, kann sie lediglich dazu dienen, eine Anzeige der Standardabweichung der einzelnen Massen der hergestellten Zigaretten zu liefern, z. B. kann der Ausgang des Konverters 6 an ein Meßgerät oder eine andere Form von Anzeigevorrichtung abgegeben werden. Es ist jedoch festzuhalten, daß die Standardabweichung in jedem Augenblick nicht nur (in Analogform) durch den Konverterausgang wiedergegeben wird, sondern daß auch eine digitale Anzeige des gleichen Wertes in dem Zähler 5 vorhanden ist. Wenn es erwünscht ist, eine elektronische datenverarbeitende Einrichtung zu verwenden, um die Betriebsweise einer oder mehrerer Zigarettenherstellungsmaschinen zu überwachen und/oder zu steuern, so ist eine solche Einrichtung zweckmäßigerweise eine Form eines Digitalrechners, und er kann jedesmal, wenn erforderlich, mit einer Anzeige der Standardabweichung versorgt werden, indem die im Zähler gespeicherte Zahl abgefühlt wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Bestimmung der Standardabweichung einer um einen Mittelwert zufallsverteilten Eigenschaft von Gegenständen, die der Reihe nach einer Meßeinrichtung zur Erzeugung eines der Eigenschaft jeweils proportionalen elektrischen Signals zugeführt werden, mit

a) einem Impulsgeber zur Erzeugung einer der Anzahl der gemessenen Gegenstände proportionalen Zahl von Zählimpulsen,

b) einer ersten Vergleicherschaltung zum Vergleich des elektrischen Signals mit einem von einer Bezugsspannung gebildeten ersten Grenzwert der Eigenschaft auf der einen Seite von deren Mittelweit und zur Erzeugung eines Fehlerimpulses bei einer Überschreitung dieses Grenzwertes durch das elektrische Signal,

c) einem Vorwärts-Rückwärts-Zähler mit einem Vorwärts-Zähleingang und einem Rückwärts-Zähleingang, von denen der eine mit den Zählimpulsen und der andere mit den Fehlerimpulsen beaufschlagt ist,

d) einem die Bezugsspannung aus dem Zählerstand des Vorwärts-Rückwärts-Zählers ableitenden Digital-Analog-Wandler, nach Patent 22 56 619.

gekennzeichnet durch

e) eine zweite Vergleicherschaltung (20,22,23) zum Vergleich des elektrischen Signals mit einem auf der anderen Saite des Mittelwertes liegenden und von der Bezugsspannung abgeleiteten zweiten Grenzwert der Eigenschaft und zur Abgabe eines Fehlerimpulses an den anderen Eingang des Vorwärts-Rückwärts-Zählers (5) jeweils bei Überschreitung des zweiten Grenzwertes durch das elektrische Signal.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Vergleicherschaltungen (2,3; 20, 22, 23) jeweils einen Integrator (2; 22) zur Integration der Differenz zwischen dem elektrischen Signal und der Bezugsspannung jeweils über die Dauer des einem Gegenstand zugeordneten elektrischen Signals aufweisen, daß die beiden Vergleicherschaltungen ferner jeweils einen an den Ausgang des Integrators (2; 22) der jeweiligen Vergleicherschaltung angeschlossenen Schwellwertkomparator(3; 23) enthalten, daß die beiden Schwellwertkomparatoren (3; 23) ausgangsseitig über ein gemeinsames Torglied (25) an den anderen Eingang des Vorwärts-Rückwärts-Zählers (5) angeschlossen sind, und daß dem Integrator (22) der einen Vergleicherschaltung (20, 22, 23) ein Inverter (20) für das von der Meßeinrichtung zugeführte elektrische Signal vorgeschaltet ist.