DE3823618A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der masse eine gegenstands durch die messung der verschiebung der periode einer harmonischen bewegung - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der masse eine gegenstands durch die messung der verschiebung der periode einer harmonischen bewegungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Bestimmung der Masse eines Gegenstandes.
Mit fortschreitender Technik laufen auch bestimmte Prozesse
und Verfahren immer schneller ab. Die meisten Verfahren er
fordern eine Koordination der Anzahl der Bauteile, wobei
die Geschwindigkeit des Verfahrens durch das langsamste Bau
teil bestimmt wird, wenn nicht mehrere ähnliche Bauteile
verwendet werden. Es gibt bestimmte Verfahren, bei denen das
Gewicht eines Artikels bestimmt werden muß, jedoch gibt es
bis heute keine Waage, die sehr schnell ein genaues Gewicht
liefert. "Genau" bedeutet in diesem Zusammenhang die Fähig
keit, einen Gegenstand mit einem Gewicht zwischen 1814,4 g
(64 onz) und 0,886 g (1/32 onz) zu wiegen. "Schnell" bedeu
tet in diesem Zusammenhang, fortlaufend geförderte Gegen
stände in einer Zeit von weniger als einer Sekunde pro Gegen
stand zu wiegen. Ein derartiges Verfahren zum Wiegen ist bei
der Verarbeitung von Poststücken erforderlich. Es wurden zwar
Hochgeschwindigkeitssysteme entwickelt, mit denen eine geeig
nete Anzahl von Einlagen, die sich von Umschlag zu Umschlag
ändern können, in einem Umschlag angeordnet werden. Der Um
schlag wird verschlossen und die Postgebühr auf den Umschlag
gedruckt. Bevor die Postgebühr jedoch auf den Umschlag ge
druckt werden kann, ist es erforderlich, daß das Gewicht des
Poststückes bestimmt wird. Für derartige Postverarbeitungs
systeme wurden bisher Wiegevorrichtungen entwickelt, die je
doch im allgemeinen relativ langsam arbeiten. Viele bekannte
Wiegeeinrichtungen verbinden zur Zeit eine Standardwaage mit
einem Mechanismus, der die Poststücke anhält, um ein Wiegen
durchzuführen. Um den Ausgang eines Kuvertiergerätes aufzu
nehmen, müssen jedoch mehrere Waagen vorgesehen sein, wobei
die Poststücke abwechselnd auf diese Waagen verteilt werden.
Obwohl diese bekannte Wiegevorrichtung mit bekannten Post
stückverarbeitungssystemen relativ gut arbeitet, wobei die
Kuvertiereinrichtungen mit hoher Geschwindigkeit arbeiten,
besteht das Problem für eine schnelle Verarbeitung von Post
stücken im Wiegevorgang der Poststücke, bevor die Postgebühr
angebracht wird. Um dieses Problem zu lösen, wurden mehrere
Waagen stromabwärts eines Hochgeschwindigkeitskuvertierge
rätes angeordnet und die Poststücke abwechselnd diesen Waagen
zugeleitet. Es ist verständlich, daß mehrere Waagen kosten
intensiv sind und weiter zusätzliche Förderfunktionen erfor
dern, wodurch sich eine höhere Anzahl von Betriebsstörungen
ergibt.
Bestimmte bekannte Hochgeschwindigkeitswiegevorrichtungen zum
Wiegen von Gegenständen, die fortlaufend in einer Reihe zuge
führt werden, bestimmen das Gewicht jedes Gegenstandes, wenn
sich die Waage noch in Bewegung befindet (US-PS 38 00 893).
Der Nachteil derartiger Wiegesysteme sind die Kosten. Ein
weiteres Verfahren zum schnellen Wiegen besteht darin, eine
große Anzahl von Gegenständen gleichzeitig zu wiegen und ein
mittleres Gewicht zu bestimmen, wobei dieses Verfahren jedoch
unbrauchbar ist, wenn das einzelne Gewicht jedes Gegenstandes
erforderlich ist.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfah
ren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Gewichtes eines
Gegenstandes zu schaffen, das die oben beschriebenen Nach
teile der bekannten Verfahren bzw. Vorrichtungen nicht auf
weist.
Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen gekennzeich
nete Erfindung gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren bedient sich zum Wiegen eines
Gegenstandes der Grundlagen einer harmonischen Schwingung.
Eine federnd befestigte Plattform wird durch eine anfängliche
Erregerwirkung in eine Schwingung versetzt. Die Frequenz der
Schwingung hängt in erster Linie von der gesamten Masse der
Plattform und irgendeinem damit verbundenen Gegenstand so
wie der Federkonstanten der Plattform ab. Zuerst wird eine
Eichung durchgeführt. Die Plattform mit ihren zugeordneten
Bauteilen wird in eine Schwingung durch Aufbringen eines Er
regerimpulses versetzt, und die Perioden der Schwingung mit
unterschiedlich geeichten Gewichten werden gemessen. Dann
wird ein Gegenstand auf die Waage gelegt und die Plattform
wiedererregt. Die Periode der Schwingung der Plattform mit
dem Gegenstand unbekannten Gewichtes wird bestimmt. Die mit
dem Gegenstand auf der Plattform erhaltene Schwingungsperio
de wird mit den Eichversuchen verglichen, woraufhin man die
Masse des Gegenstandes unter Verwendung abgeleiteter Glei
chungen bestimmen kann.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in der
Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt der Wiegeeinrichtung;
Fig. 2 eine Endansicht der Wiegeeinrichtung längs den
Linien 2-2 in Fig. 1;
Fig. 3 eine Aufsicht längs den Linien 3-3 in Fig. 2;
Fig. 4 eine seitliche geschnittene Längsansicht zur Dar
stellung ausgewählter Teile der Wiegeeinrichtung
gemäß Fig. 1;
Fig. 5 ein Diagramm eines in der in den Fig. 1 bis 4 dar
gestellten Wiegeeinrichtung verwendeten Meßschalt
kreises;
Fig. 6 ein Blockdiagramm der Bauteile der in Fig. 5 dar
gestellten elektronischen Steuerung;
Fig. 7a-7c Diagramme zur Darstellung eines einzigen auf die
Wiegeeinrichtung aufgebrachten Impulses, eine Dar
stellung der Schwingung der Plattform der in Fig.
1 dargestellten Wiegeeinrichtung als Ergebnis des
einzigen Impulses bzw. eine quadratische Wellenform
der Schwingung;
Fig. 8 ein Diagramm zur Darstellung des prozentualen Feh
lers einer Periode als Funktion der Zeit;
Fig. 9 ein Fließbild zur Beschreibung der Funktion der in
Fig. 1 bis 4 dargestellten Wiegeeinrichtung; und
Fig. 10 ein Fließbild zur Beschreibung der Schritte zur
Bestimmung der Masse eines Gegenstandes.
In den Fig. 1 bis 4 ist eine Wiegevorrichtung 10 dargestellt.
Die Wiegevorrichtung 10 kann auf vielen Gebieten verwendet
werden, in denen eine schnelle und genaue Gewichtsbestimmung
erforderlich ist, soll im folgenden jedoch im Einsatz eines
Verfahrens zur Bearbeitung von Poststücken, wie z.B. Umschlä
gen mit Einsätzen, Postkarten und ähnlichem, beschrieben
werden, wobei eine Postgebühr auf diese Gegenstände aufge
bracht werden muß. Es soll darauf hingewiesen werden, daß die
Vorrichtung nicht das Gewicht, sondern die Masse bestimmt,
wie dies im folgenden beschrieben wird. Es soll jedoch diese
Vorrichtung im folgenden als Wiegevorrichtung bzw. Waage be
zeichnet werden. In den Fig. 1 bis 4 ist die Wiegevorrichtung
bzw. Waage 10 dargestellt, die einen Rahmen 12 umfaßt, der
auf ein Maschinengehäuse, einen Tisch oder eine andere Unter
lage gestellt werden kann. Eine Grundplatte 14 ist oberhalb
des Rahmens 12 mittels isolierten Schraubenfedern 16 gelagert,
von denen jede an einem Ende an einem umgekehrt, im allgemei
nen L-förmig ausgebildeten, sich vertikal erstreckenden Arm
18 des Rahmens 12 und mit dem anderen Ende an der Grundplatte
14 befestigt ist. Die Isolierfedern 16 dienen zum Isolieren
der Waage 10 gegen von der Unterlage, auf der der Rahmen 12
angeordnet ist, übertragenen Schwingungen. Wenn beispiels
weise der Rahmen auf einer Frankiermaschine oder einer
Kuvertiermaschine angeordnet ist, neigt die Unterlage im
Betrieb zur Übertragung von Schwingungen. Das Vorhandensein
der Isolationsfedern 16 dient zur Verminderung der Übertra
gung der Schwingungen. Vorzugsweise haben die Federn 16 eine
hohe Federkonstante in vertikaler Richtung und eine niedrige
Federkonstante in Richtung der Schwingung, die im folgenden
beschrieben wird.
Ein weiterer, jedoch kleinerer vertikaler Arm 20 ist am
Rahmen 12 angebracht. Dieser vertikale Arm 20 und der Rahmen
12 dienen zur Lagerung eines Paares käfigeinklemmender Sole
noide 22, deren Kerne 23 an ihren Enden konisch ausgebildet
sind und mit Vertiefungen von im allgemeinen napfförmigen
Druckunterlagen 24 in Eingriff bringbar sind, die an den
gegenüberliegenden Seiten der Grundplatte 14 befestigt sind.
Nach der Erregung werden die Kerne der Solenoide 22 innerhalb
der Vertiefungen der Druckunterlagen 24 aufgenommen, um die
Grundplatte 14 sicher zu halten, wie dies im einzelnen weiter
unten beschrieben wird.
An der Grundplatte 14 sind mehrere flexible Stützen 26 be
festigt, an denen eine Plattform 27 mittels Verbindungsteilen
29 befestigt ist. Diese flexiblen Stützen 26 bestehen aus
dünnen Streifen von rostfreiem Stahl. Obwohl vier flexible
Stützen in der bevorzugten Ausführungsform dargestellt sind,
ist es verständlich, daß irgendeine Anzahl Stützen verwendet
werden kann, ohne sich vom Umfang der Erfindung zu entfernen.
Am Rahmen 12 ist eine Halterung 28 befestigt, die aufrechte
Elemente 30 aufweist, an denen Glieder 32 mittels Bolzen 34
gelagert sind. An der Oberseite jedes Gliedes 32 ist ein
federnder Knopf 35, vorzugsweise aus einem weichen dämpfenden
Gummi, befestigt. An den Gliedern 32 sind im Abstand vonein
ander durch Abstandshalter mit Bolzen 40 ein Paar Platten 36,
38 verbunden, um einen Käfig 41 zu bilden. An der Unterseite
der Platte 36 ist mittels eines Flachstückes 43 ein Dreh
zapfen 42 befestigt, an dem ein Glied 44 mittels eines Stif
tes 46 drehbar angebracht ist. Ein Solenoid 48 ist am Rahmen
12 befestigt, wobei der Kern 50 des Solenoids einen Stift 52
aufweist, der schwenkbar innerhalb eines Endes des Gliedes 44
aufgenommen ist. Wenn der Solenoid 48 betätigt wird, so dre
hen sich die Glieder 32 um die Bolzen 34, wodurch das Glied
44 auf den Drehzapfen 42 einwirkt. Zwischen den Platten 36,
38 sind zwei Leerlaufwalzen 56, 58 angeordnet, die in Öff
nungen 39 der Plattform 27 aufgenommen und drehbar mittels
Wellen 60 bzw. 62 gelagert sind, die an den Platten 36, 38
befestigt sind und einen Teil des Käfigs 41 bilden. An einer
der Wellen 60 ist eine einfache Riemenscheibe 64 befestigt,
und an der anderen Welle 62 ist eine doppelte Riemenscheibe
66 befestigt. Eine Antriebswalze 68 und eine Antriebsriemen
scheibe 69 sind auf einer Antriebswelle 70 befestigt, die
einen Teil des Käfigs 41 bildet. Die Antriebswelle 70 wird
mittels eines Motors 72 angetrieben, der an dem Rahmen 12
mittels einer Halterung 74 befestigt ist. Die Ausgangswelle
76 des Motors 72 erstreckt sich durch eine Öffnung 78 der
Halterung 74. Eine flexible Welle 80 verbindet die Motoraus
gangswelle 76 mit der Antiebswelle 70, so daß sich der Käfig
41 relativ zum Motor 72 bewegen kann, wobei immer ein Antrieb
zwischen dem Motor und der Antriebswelle 70 gewährleistet
ist. Ein Riemen 82 verläuft über die Riemenscheibe 69 und
über einen Teil der doppelten Riemenscheibe 66. Ein weiterer
Riemen 84 verläuft über den anderen Teil der doppelten Riemen
scheibe 66 und die Leerlaufriemenscheibe 64, um einen Antrieb
von der Antriebswelle 70 zu den Leerlaufwellen 60, 62 zu
schaffen. Auf diese Weise werden, wenn der Motor 72 mit
Energie versorgt ist, die Walzen 56, 58 und 68 angetrieben.
Mittels einer Halterung 88, die an dem Rahmen 12 befestigt
ist, ist ein Elektromagnet 86 gelagert. Ein Anker 90 erstreckt
sich von der Plattform 27 nach unten und wird zwischen den
Polen 89, 91 des Elektromagneten 86 aufgenommen. Ein Wandler
92, z.B. eine piezoelektrische Einrichtung, ist an einer der
flexiblen Stützen 26 befestigt und ist mit einer Leitung 93
mit einem elektrischen System 94 verbunden, das im folgenden
unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben wird.
An der Plattform 27 ist eine Halterung 96 befestigt, an der
eine Platte 98 mittels eines Abstandshalters mit Bolzen 100
angebracht ist. Mehrere Stifte 102 sind an der Platte 98 be
festigt, und jeder Stift 102 lagert drehbar einen Schwenkarm
104. An jedem Schwenkarm 104 ist mittels eines Stiftes 108
eine Leerlaufwalze 106 drehbar gelagert, wobei die Leerlauf
walzen eine größere Breite als die Breite der Öffnungen 39
in der Plattform 27 aufweisen. An jedem Stift 102 ist zwi
schen der Platte 98 und jedem Schwenkarm 104 eine Expansions
feder 114 angeordnet, deren gegenüberliegende Enden 113, 117
in der Platte 98 bzw. den Schwenkarmen angeordnet sind. Diese
Federn 114 dienen dazu, die Leerlaufwalzen 106 gegen die
Plattform 27 zu drücken. Jede Leerlaufwalze 106 ist mit
einer der Walzen 56, 58, 68 ausgerichtet. Es soll darauf
hingewiesen werden, daß die Breite jeder der Walzen 56, 57,
58 kleiner als die Breite der Öffnungen 39 ist, so daß diese
Walzen in den Öffnungen aufgenommen werden können, wohingegen
die Walzen 106 aufgrund ihrer größeren Breite nicht in den
Öffnungen aufgenommen werden.
Oberhalb der Plattform 27 ist eine Lichtquelle 115 und unter
halb der Plattform 27 in Ausrichtung mit der Lichtquelle ein
Photosensor 116 angeordnet, wobei in der Plattform eine Öff
nung 118 ausgebildet ist, damit Licht hindurchtreten kann.
Der Photosensor 116 ist mit dem elektrischen System 94 mit
tels einer Leitung 120 verbunden. Auf der Plattform 27 (siehe
Fig. 4) ist ein Poststück 122 mit seiner vorderen Kante un
mittelbar hinter dem Photosensor 116 angeordnet.
In Fig. 5 ist der Schaltkreis des elektrischen Systems 94
mit seinen Bauteilen und Verbindungen dargestellt. Der
Schaltkreis umfaßt eine Motorsteuerung 126, die mit einem
Verstärker 128 in elektrischer Verbindung steht, die wiederum
mit dem Antriebsmotor 72 in elektrischer Verbindung steht.
Eine elektronische Steuerung 130, deren Einzelheiten in
Fig. 6 dargestellt sind, steht mit dem Photosensor 116, dem
Elektromagneten 86, dem Käfigsolenoid 48, den Käfigklemm
solenoiden 22 und dem piezoelektrischen Wandler 92 in Verbin
dung. Die elektronische Steuerung 130 steht mit einem Computer
132 in elektrischer Verbindung, der ebenfalls mit der Motor
steuerung 126 in Verbindung steht. Der Computer 132 weist
einen Schalter 131 auf, der das gesamte elektrische System
in Fig. 5 einschaltet, und weist weiter eine Anzeige 133 auf,
die das Gewicht eines bestimmten Poststückes 122 anzeigt. Die
Bauteile der elektronischen Steuerung 130 sind in Fig. 6 dar
gestellt und umfassen einen Bandfilter 134, der den Ausgang
des piezoelektrischen Wandlers 92 empfängt und mit einem
Null-Durchgangsdetektor 136 verbunden ist. Der Bandfilter 134
filtert elektrisches Hochfrequenzrauschen und mechanisches
Niedrigfrequenzrauschen von dem vom piezoelektrischen Wandler
92 empfangenen Signal aus. In der elektrischen Verbindung zum
Bandfilter 134 befindet sich der Null-Durchgangsdetektor 136,
der das vom Bandfilter empfangene Signal in eine Quadratwelle
umwandelt. Der Null-Durchgangsdetektor 136 steht mit einem
Kantendetektor 137 in elektrischer Verbindung, der die Kante
jeder vom Null-Durchgangsdetektor erzeugten Querwelle erfaßt.
Der Kantendetektor 137 steht mit einem Flip-Flop 138 in
elektrischer Verbindung, das einen Eingang von einem UND-
Verknüpfungsglied 140 empfängt. Das UND-Verknüpfungsglied 140
steht mit dem Computer 132 und einem Zähler 142 in Verbindung,
der seine Eingänge von einem Taktgeber 144 und dem Kanten
detektor 137 erhält. Die zwei Pole 89, 91 des Elektromagneten
86 stehen mit dem Zähler 142 in elektrischer Verbindung. Ein
Ein-Impulsvibrator 146 steht mit einem Flip-Flop 148 und mit
dem Photosensor 116 in Verbindung. Das Flip-Flop 148 steht
mit dem Computer 132 in Verbindung. Auf diese Weise wird,
wenn ein Poststück vom Photosensor 116 erfaßt wird, ein
Impuls 146 ausgesendet, um das Flip-Flop 148 zu pulsen,
welches wiederum dem Computer 132 das Vorhandensein eines
Poststückes mitteilt. Alternativ wird, nachdem ein Poststück
122 vom Photosensor 116 weggefördert würde, erneut ein Impuls
146 das Flip-Flop 148 pulsen, um dies dem Computer 132 mit
zuteilen.
Im Betrieb, wenn sich die Waage 10 in der Ruhestellung befin
det, befindet sich der Kern 50 des Solenoids 48 in seiner
äußersten Stellung, so daß sich der Käfig 41 in seiner höch
sten Stellung befindet. In dieser Stellung werden die Walzen
56, 58, 68 innerhalb der Öffnungen 39 der Plattform 27 aufge
nommen und stehen mit den Walzen 106 in Eingriff. In dieser
Ruhestellung stehen die Knöpfe 35 mit der Plattform 27 in
Berührung, um die Plattform sicher zu halten, wobei die Kerne
23 innerhalb der Vertiefungen der Druckunterlagen 24 aufge
nommen werden, um die Grundplatte 14 zu sichern. Auf diese
Weise ist der Käfig 41 so verriegelt, daß keine Bewegung der
verschiedensten Teile stattfinden kann. Wenn die Waage 10 be
tätigt wird, wird der Ein/Aus-Schalter 131 des Computers in
die Ein-Stellung gebracht und der Motor 72 angetrieben. Dies
führt dazu, daß sich die Antriebswalze 68 dreht und die ande
ren Walzen 56, 58 durch die Wirkung der Riemen 82, 84 gedreht
werden. Mit der Drehung der unteren Walzen 56, 58, 68 werden
ebenfalls die Leerlaufwalzen 106, die mit ihnen in Berührung
stehen, gedreht. Ein Poststück 122 wird in den Spalt der
Walzen 68, 106 durch irgendeine bekannte Einrichtung einge
bracht, wie z.B. dem Fördermechanismus einer Kuvertiermaschi
ne. Das Poststück 122 wird dann über die Plattform 27 geför
dert, bis es die Lichtquelle 115 und den Photosensor 116
durchläuft. Wenn die Vorderkante des Poststückes durch den
Photosensor 116 erfaßt wird, wird ein Signal zu der elektro
nischen Steuerung 130 ausgesendet, wodurch der Solenoid 48
betätigt wird. Durch eine derartige Betätigung des Solenoids
48 wird der Käfig 41 aufgrund des auf den Drehzapfen 42, der
mit der Platte 36 verbunden ist, wirkenden Gliedes 44 nach
unten gezogen, wodurch die Walzen 56, 58, 68 aus den Öff
nungen 39 der Plattform 27 herausgezogen werden. Die Federn
114 drücken dabei die Walzen 106 gegen die Plattform 27, um
das Poststück 122 sicher darauf zu halten, so daß die Kombi
nation der Plattform und des Poststückes sich als einheitli
cher fester Körper bewegen. Gleichzeitig werden die Solenoide
22 erregt, so daß sich die Kerne 23 von den Druckunterlagen
24 lösen, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. In diesem Zu
stand befinden sich sowohl die Plattform 27 als auch die
Grundplatte 14 in einem freibeweglichen Zustand, d.h. die
Plattform 27 aufgrund der flexiblen Stützen 26 und die Grund
platte aufgrund des Vorhandenseins der Feder 16. Entsprechend
ist die Grundplatte 14 und alles was an ihr befestigt ist von
der Umgebung isoliert. Nun wird der Elektromagnet 86 durch
Ladungen entgegengesetzter Polarität an den Polen 59, 91
erregt, und es wird ein Impuls erzeugt, wie dies in Fig. 7a
dargestellt ist. Dieser Impuls bewirkt eine Anziehung des
Ankers 90 in Richtung eines der Pole und ein Abstoßen von dem
anderen. Der Impuls leitet eine freie Schwingung der Platt
form 27 aufgrund der Flexibilität der flexiblen Stützen 26
ein. Wenn die Plattform 27 schwingt, wird ein ungefähr sinus
förmiges Signal von dem Wandler 92 in der in Fig. 7b gezeig
ten Form übertragen. Dieses sinusförmige Signal wird von der
piezoelektrischen Einrichtung 92 zur elektronischen Steuerung
130 übertragen, welches durch den Null-Durchgangsdetektor 136
empfangen wird. Der Null-Durchgangsdetektor wirkt als Schmidt-
Träger und wandelt die Sinusoidalkurve in einen quadratischen
Wellenimpuls um, wie dies in Fig. 7c dargestellt ist. Der
Kantendetektor 137 erfaßt die Kanten der Welle, die die Null-
Durchgänge der sinusoidalen Kurve in Fig. 7b darstellen, und
sendet diese Kantenerfassungsimpulse zu dem Flip-Flop 138.
Das Flip-Flop 138 sendet diese Signale zu dem Computer 132,
der dann die Frequenz der Null-Durchgänge bestimmt. Diese
Frequenz wird dann zur Bestimmung der Masse des Poststückes
122 auf der Plattform 27 verwendet.
Wenn auf der Plattform 27 kein Poststück 122 angeordnet ist,
wird der Elektromagnet 86 etwa ungefähr 12 Millisekunden
lang impulserregt, wie dies in der oberen Grafik in Fig. 7a
dargestellt ist, wodurch die Armatur 90 an einem Pol des
Elektromagneten 86 angezogen wird während der 12 Millisekun
den langen Impulserregung des Elektromagneten. Die flexiblen
Teile 26 und die Plattform 27, die an ihnen befestigt ist,
wird so zu einer Schwingung angeregt. Die Plattform 27
schwingt in der gleichen horizontalen Richtung wie die Post
stücke 122 gefördert werden, d.h. in der Ebene der Plattform
nach links und rechts, gesehen in Fig. 1. Dies ist von Vor
teil, da andererseits die Poststücke 122 zum Aufprallen
neigen. Da die flexible Stütze 26 mit dem daran befestigten
Wandler 92 verbogen wird und weiterschwingt, sendet der Wand
ler eine abwechselnde Spannung aus, die eine Frequenz in Ab
hängigkeit der Masse der Plattform 27 und irgendeinem darauf
befestigten Gegenstand hat. Es soll darauf hingewiesen werden,
daß an der Plattform 27 die Leerlaufwalzen 106 und der Lager
mechanismus für die Leerlaufwalzen angebracht ist und einen
Teil der Masse darstellt, die die Frequenz beeinflußt. Wenn
die Plattform 27 schwingt, wird ihre Schwingung durch den
Wandler 92 als Ausgangsspannung, wie in Fig. 7b dargestellt,
gemessen. Wenn der Elektromagnet 86 zuerst eingeschaltet wird,
ist die sinusoidale Kurve nicht symmetrisch, und es ist min
destens ein Zyklus erforderlich, bevor man eine gleichförmige
Kurve erhält. Der Meßfehler der Frequenz relativ zur Zeit ist
in Fig. 8 dargestellt. Entsprechend ist eine Verzögerung er
forderlich, bevor eine Messung durchgeführt werden kann, wo
bei diese Verzögerung in den Computer 132 einprogrammiert ist
und etwa 0,024 sec. beträgt. Nach der Verzögerung wird die
Frequenz oder die Periode der Null-Durchgänge mittels der
elektronischen Steuerung 130 bestimmt. Nachdem die Frequenz
der Null-Durchgänge bestimmt wurde, wird ein Gegenstand, z.B.
ein Umschlag oder ein Poststück 122, auf der Plattform 27 an
geordnet. Dies wird dadurch erreicht, daß der Motorsteuerung
126 und den anderen Bauteilen durch Schließen des Schalters
131 Energie zugeführt wird. Darauf wird irgendein Poststück
122 auf der Plattform 27 durch irgendeine Standardpoststück
förderanordnung angeordnet, bis es im Spalt zwischen der
Antriebswalze 68 und ihrer zugeordneten Leerlaufwalze 106
aufgenommen ist. Das Poststück 122 wird dann längs der Platt
form 27 mittels der Walzen 56, 58, 68, 106 gefördert und mit
tels des Photosensors 116 erfaßt. Nachdem das Poststück 122
erfaßt ist, wird der Motor 72 abgeschaltet und der Käfig
solenoid 48 eingeschaltet. Nach dem Einschalten des Solenoids
48 wirkt der Kern 50 auf das Glied 44, um den Käfig 41 nach
unten zu ziehen. Dies wird aufgrund des Vorhandenseins der
flexiblen Ausgangswelle 80 ermöglicht. Wenn der Käfig von der
Plattform 27 nach unten gezogen ist, werden die Walzen 56, 58,
68 vom Poststück 122, das auf der Plattform 27 liegt, gelöst.
In diesem Zustand hat die Plattform 27 eine neue Masse, die
die Masse des Poststückes 122 einschließt. Es wird bevorzugt,
daß das Poststück 122 auf der Plattform 27 aufgrund der Wal
zen 106 fest gehalten wird, die weiterhin aufgrund der Vor
spannwirkung der Federn 114 damit in Eingriff stehen, so daß
sich das Poststück und die Plattform als Einheit bewegen. Es
soll in Erinnerung gerufen werden, daß die Leerlaufwalzen 106
breiter als die Öffnungen 39 sind, so daß sie mit der Platt
form 27 in Berührung stehen, um das Poststück 122 fest darauf
zu halten.
Befindet sich das Poststück 122 auf der Plattform in seiner
vorbestimmten Position, d.h. unter den Walzen 106, wird der
Elektromagnet 86 noch einmal eingeschaltet und bewirkt, daß
der Anker 90 und die Plattform 27 in der gleichen horizonta
len Ebene und Richtung, wie das Poststück 122 gefördert wurde,
schwingt. Die Schwingung wird durch den Wandler 92 erfaßt,
und die Periode der Schwingung wird, wie oben beschrieben,
gemessen. Hieraus ist man in der Lage, die Masse des Post
stückes 122 auf der Plattform 27 entsprechend folgender For
mel zu bestimmen:
M E = C₁ (T ² - T₀²) + C₂ (T ² - T₀²)², (1)
wobei M E die Masse des Poststückes 122, T 0 die Schwingungs
periode, wenn kein Poststück auf der Plattform vorhanden ist,
und T die Schwingungsperiode bedeuten, wenn ein Poststück auf
der Plattform 27 vorhanden ist. T 0, C 1 und C 2 sind Konstanten,
die von der Masse der Grundplatte M und der Masse der Platt
form 27 als auch von den Federkonstanten der Isolationsfe
dern 16 und der flexiblen Stützen 26 abhängen. Diese Konstan
ten werden empirisch in einem Eichverfahren bestimmt, in dem
die Perioden für mindestens zwei unterschiedliche Massen als
auch für die leere Waage bestimmt werden. In dem Grenzfall,
in dem die Grundplatte 14 wesentlich schwerer als die Masse
der Plattform 27 plus die Masse des Poststückes ist, wird die
Konstante C 1 durch die Formel:
C₁ = K/ /4π ²), (2)
bestimmt, wobei K die Federkonstante der flexiblen Stützen 26
bedeutet. Im gleichen Grenzfall wird T₀ durch die Formel:
T₀² = (4π ²) M p / K , (3)
bestimmt, wobei M p die Masse der Plattform 27 ist.
Wenn eine Feder an den zwei isolierten Massen m und M angebracht
ist, beträgt die Schwingungsperiode
T ² = 4π ² µ/K. (4)
wobei µ die reduzierte Masse:
µ = mM/(m + M). (5)
ist.
In dem Grenzfall, in dem M viel größer als m ist, ist die
reduzierte Masse geringer als der Wert m und in der Nähe
desselben. Die Gleichung (4) kann für m für T aufgelöst
werden. Bei der Waage 10 ist die Masse der Grundplatte 14
wesentlich größer als m, die kombinierte Masse der Plattform
27 plus die des Poststückes 122; infolge der erforderlichen
Genauigkeit muß jedoch die Differenz zwischen µ und m in Be
tracht gezogen werden. Dies wird durch die Kombination der
Gleichungen (4) und (5) erreicht.
Es gibt andere Berichtigungen der Periode infolge der Tat
sache, daß das System ein wenig gedämpft ist, und infolge der
Tatsache, daß die Grundplatte 14 am Rahmen 12 durch die Iso
lationsfedern 16 angebracht ist. Das System wird weiter durch
die Tatsache kompliziert, daß der Versuch zur Bestimmung der
Periode während der Messungen der ersten wenigen Schwingungs
perioden durchgeführt wird. Während dieser Zeit treten einige
anfängliche Durchgänge infolge des Ausgangsimpulses auf. Als
Ergebnis ist das beste was man sagen kann, daß man erwarten
kann, daß die Masse eine nichtlineare Funktion der mit der
durch die Gleichungen (4) und (5) gegebenen führenden Nicht
linearität quadrierten Periode ist. Es wurde empirisch be
obachtet, daß die Nichtlinearität durch eine durch die Glei
chung (1) dargestellte Parabel angenähert werden kann.
Die Masse wird durch den in Fig. 5 und 6 dargestellten Schalt
kreis bestimmt. Der Computer 132, der irgendein Computer sein
kann (z.B. ein Compaq Modell 286 PC), steht mit der elektro
nischen Steuerung 130 in Verbindung. Der Wandler 92 gibt eine
Spannung aus, die durch den Bandfilter 134 gefiltert wird und
dann dem Null-Durchgangsdetektor 136 zugeführt wird, der
grundsätzlich ein Operationsverstärker ist, der bei fünf
Volt gesättigt ist, um eine quadratische Welle, wie in Fig.
7c dargestellt, auszugeben. Die Dauer der quadratischen Welle
ergibt die Zeit zwischen den Null-Durchgängen, die durch den
Kantendetektor 137 bestimmt werden. Der Kantendetektor 137
gibt einen Impuls aus, jedes Mal, wenn eine Kante der Quer
wellen erfaßt wird, die natürlicherweise einen Null-Durch
gang darstellt. Diese Ausgänge werden dem Zähler 142 zuge
führt, der die Taktzyklen zwischen den Null-Durchgängen zählt
und derartige Signale zu dem UND-Verknüpfungsglied sendet.
Das Flip-Flop sendet dann die Null-Durchgangssignale dem
Computer 132 zu. Auf der Grundlage dieser Zählung berechnet
der Computer dann die Masse des Poststückes 122 durch einen
Algorithmus, der die Berechnung durch die Anwendung der obi
gen Formeln ermöglicht. Die berechnete Masse wird dann an der
Anzeige 133 angezeigt.
Nachdem man eine Ausgabe vom Wandler 92 erhalten hat, wird
der Solenoid 48 eingeschaltet, um den Käfig 41 anzuheben, so
daß die Walzen 56, 58, 68 in die Öffnungen 39 hineinreichen
und die Knöpfe 35 die Plattform 27 berühren. Gleichzeitig
werden die Solenoide 22 eingeschaltet, um die Grundplatte 14
sicher in einer vorbestimmten Stellung zu halten, wenn die
Poststücke auf die Plattform 27 und von ihr weg transportiert
werden. Der Motor 72 wird mit Energie versorgt und das Post
stück 122 von der Plattform 27 ausgegeben, um von irgendeiner
üblichen Transporteinrichtung aufgenommen zu werden.
Der Käfig 41, der durch die Knöpfe 35 und die Solenoide 22
gesperrt wird, hat zwei Funktionen, von denen die erste be
schrieben wurde, d.h. das Anordnen der Plattform 27 in einer
vorbestimmten Stellung. Die zweite Funktion dient dazu, Aus
schläge früherer Wiegevorgänge auszuschließen. Durch das
Festhalten der Grundplatte 14 und der Plattform 27 vor dem
Wiegen werden derartige Einflüsse früherer Aktivitäten aus
geschaltet.
Wenn man das oben beschriebene Verfahren verwendet, ist man
in der Lage, sehr genau die Masse eines auf der Plattform 27
angeordneten Gegenstandes zu bestimmen. Die Genauigkeit ist
besser als 0,886 g für Poststücke 122 bis zu 1814,5 g. Man
erhält nicht nur eine äußerst genaue Messung der Masse,
sondern man kann dies ebenfalls sehr schnell erreichen. Man
hat herausgefunden, daß ein einziges Poststück 122 in einem
Strom von Poststücken in etwa 325 Millisekunden auf die Platt
form 27 transportiert, angehalten, gewogen und ausgegeben
werden kann. Ein überlappender Eintritt des nächsten Post
stückes 122 gleichzeitig mit der Ausgabe des vorhergehenden
schafft eine Wiegegeschwindigkeit von 184 Poststücken pro
Minute. Dies stellt eine entscheidende Verbesserung beim Wie
gen von Gegenständen hinsichtlich Kosten, Leistung und Ein
fachheit der Elektronik gegenüber bekannten Wiegevorrichtun
gen dar.
Das von dem Wandler übertragene Signal ist ein relativ saube
res Signal, d.h. es ist frei von mechanischem Rauschen, das
durch Vibrationen eingebracht wird. Beispielsweise erhält man
beim Vergleich des mechanischen Rauschens in diesem Signal zu
dem einer Lastzellenwaage ein wesentlich geringeres mechani
sches Rauschen. Da die Plattform 27 in horizontaler Richtung
schwingt, ist die Beschleunigung oder "g′s" drei- bis viermal
größer als die Schwerkraft "g". Da die Reinheit des Ausgangs
signals eine Funktion der Verhältnisse der g′s zum mechani
schen Rauschen ist, erhält man ein besseres Signal mit höhe
ren g′s. Bei Lastzellenwaagen müssen die Signale von der Last
zelle notwendigerweise integriert werden, und wenn ausrei
chend Zeit vorhanden ist, kann das Wandlersignal bestimmt
werden. Da die erfindungsgemäße Vorrichtung mit sehr hohen
g′s arbeitet, ist eine Integration nicht erforderlich. Weiter
befindet sich das überwachte Signal bei der erfindungsgemäßen
Waage in einem vorbestimmten Frequenzbereich, so daß mechani
sches Rauschen außerhalb des vorbestimmten Frequenzbereiches
herausgefiltert wird. Eine Lastzellenwaage verwendet ein
Gleichstromsystem, wohingegen die Erfindung ein FM-System
verwendet, wodurch eine Überwachung in einem vorbestimmten
Frequenzbereich ermöglicht wird.
Bei der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform ist
festzustellen, daß nicht das Gewicht, sondern die Masse
bestimmt wird. Die Waage 10 wird daher weder durch die
Schwerkraft noch durch ein Kippen des Niveaus beeinflußt.
Da die Plattform in horizontaler Richtung schwingt, ist die
Schwerkraft kein Faktor bei den erhaltenen Messungen, und
somit wird die Masse bestimmt. Dies ist von Vorteil, da sich
die Schwerkraft von Ort zu Ort ändert.
In Fig. 9 ist ein Fließbild dargestellt, das die Funktions
weise des Transportsystems der Waage 10 beschreibt. Die Post
stücke 122 werden auf die Plattform 27 durch irgendeine be
kannte Fördereinrichtung gefördert, und das Elektroniksystem
wird bei Schritt 152 eingeschaltet. Die Anzeige 133 wird dann
bei Schritt 154 eingeschaltet. Die Photozelle 116 wird über
wacht, und es wird bei Schritt 160 ein Signal erzeugt, wenn
ein Poststück 122 erfühlt wird. Eine Verzögerung 162 ist vor
gesehen, damit das Poststück 122 seine vorbestimmte Stellung
erreichen kann. Ein Stoppbefehl 164 wird zur Motorsteuerung
126 ausgesendet, um den Motor 72 anzuhalten. Es ist eine Ver
zögerung 166 vorgesehen, damit der Motor 72 anhalten kann,
wozu ein Unterbrechungssignal 168 für den Motorantrieb aus
gegeben wird. Das Poststück 122 wird dann bei Schritt 170 ge
wogen, wobei der Wiegevorgang unter Bezugnahme auf Fig. 10
beschrieben wird. Nachdem man die Masse des Poststückes 122
erhalten hat, wird ein Startbefehl 172 dem Motor 72 zugelei
tet. Die Anhaltezeit wird bei Schritt 174 berechnet, und die
mittlere Schwingungsdauer wird bei Schritt 176 berechnet. Das
Gewicht wird dann bei Schritt 178 berechnet und das Ergebnis
bei Schritt 180 an der Anzeige 133 angezeigt, worauf der
Poststücksensor bei Schritt 182 zurückgestellt wird. Es wird
eine Anfrage durchgeführt, ob das letzte Poststück 122 bei
Schritt 184 verarbeitet wurde, worauf, wenn dem so ist, das
System bei Schritt 186 abgeschaltet wird.
In Fig. 10 werden die Schritte zur Erhaltung der Masse eines
Poststückes 122 beschrieben. Der Solenoid 48 wird bei Schritt
186 aktiviert, um den Käfig 41 nach unten zu ziehen. Die
Startzeit wird bei Schritt 188 gespeichert, und eine Verzö
gerung wird bei Schritt 190 geschaffen, damit die Walzen 56,
58, 68 Zeit haben, die Öffnungen 39 zu verlassen. Darauf wird
der Elektromagnet 86 bei Schritt 192 aktiviert und eine weite
re Verzögerung bei Schritt 194 geschaffen, damit die Spulen
89, 91 des Elektromagneten sicher aktiviert werden. Der Null-
Durchgangslesebit wird bei Schritt 196 gelöscht, und es wird
eine Anfrage gemacht, ob der Null-Durchgangsdetektor 136 be
triebsbereit ist. Wenn dem so ist, wird der Null-Durchgangs
fertigbit bei 200 gelöscht. Die Null-Durchgangsüberprüfung
wird bei Schritt 212 eingeschaltet, und dann wird bei Schritt
214 bestimmt, ob der letzte Null-Durchgang stattgefunden hat.
Claims (52)
1. Waage, gekennzeichnet durch
- - eine sich horizontal erstreckende Auflage (27) für Gegenstände,
- - eine Einrichtung (89, 90, 91) zur Einleitung einer Schwingung der Auflage (27) für Gegenstände,
- - eine Einrichtung (94) zum Messen der Frequenz der Schwingung der Auflage (27) für Gegenstände, und
- - eine Einrichtung (132) zur Zuordnung der Masse eines Gegenstandes auf der Auflage (27) für Gegenstände zu der gemessenen Frequenz der Schwingung.
2. Waage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Ein
richtung zum sicheren Halten eines Gegenstandes auf der
Auflage (27) für Gegenstände, um eine einheitliche Bewegung
zu ermöglichen.
3. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Einrichtung zur Bewirkung einer Schwingung einen an
einem Rahmen befestigten Elektromagneten (86) und einen an
der Auflage (27) für Gegenstände befestigten Anker (90) um
faßt, und daß der Anker (90) sich in der Nähe des Elektro
magneten (86) befindet.
4. Waage nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Ein
richtung (56, 68, 106) zur Förderung eines auf der Auflage
(27) für Gegenstände angeordneten Gegenstandes.
5. Waage nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Ein
richtung (115, 116) zur Erfassung des Vorhandenseins eines
Gegenstandes auf der Auflage (27) für Gegenstände.
6. Waage nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Ein
richtung zur Steuerung der Aktivität der Fördereinrichtung
(56, 68, 106) in Abhängigkeit von der Meßeinrichtung und der
Fühleinrichtung (115, 116).
7. Vorrichtung zur Bestimmung der Masse, gekennzeichnet
durch
- - eine Grundplatte (14),
- - eine sich horizontal erstreckende Aufnahmeplattform (27) für Gegenstände,
- - mindestens ein flexibles Teil (26), das eine Verbindung zwischen der Grundplatte (14) und der die Gegenstände auf nehmenden Plattform (27) schafft,
- - einen Wandler (92), der mit dem flexiblen Teil (26) ver bunden ist,
- - eine mit dem Wandler (92) verbundene Einrichtung zur Ein leitung einer freien Schwingung der die Gegenstände auf nehmenden Plattform (27),
- - eine Einrichtung zum Messen der Frequenz der Schwingung der Plattform (27), und
- - eine Einrichtung zur Bestimmung der Masse eines auf der Plattform (27) angeordneten Gegenstandes in Abhängigkeit der Einrichtung zur Messung der Frequenz.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung zum Schwingen der Plattform (27) eine
Einrichtung zum Schwingen der Plattform (27) in der Ebene
der Plattform (27) umfaßt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung zum Schwingen der Plattform einen an
der Grundplatte (14) befestigten Elektromagneten (86) und
einen an der Plattform (27) befestigten Anker (90) umfaßt,
der in der Nähe des Elektromagneten (86) angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine
Einrichtung (56, 68, 106) zum Fördern eines auf der Platt
form (27) angeordneten Gegenstandes.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine
Einrichtung (115, 116) zur Erfassung des Vorhandenseins
eines Gegenstandes auf der Plattform (27).
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die Fördereinrichtung (56, 68, 106) eine Einrichtung zur
Entfernung eines auf der Plattform (27) angeordneten Gegen
standes umfaßt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine
Einrichtung zur Steuerung der Aktivität der Fördereinrich
tung in Abhängigkeit der Frequenzbestimmungseinrichtung und
der Fühleinrichtung.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine
Einrichtung zum sicheren Halten der Plattform (27) in Ab
hängigkeit der Fühleinrichtung (115, 116), wenn festgestellt
wird, daß sich kein Gegenstand auf der Plattform befindet.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß der Wandler (92) eine piezoelektrische Einrichtung ist.
16. Vorrichtung zum Messen einer Masse, gekennzeichnet durch
- - einen Rahmen (12),
- - eine von dem Rahmen (12) getragene Grundplatte (14),
- - eine einen Gegenstand aufnehmende Plattform (27),
- - mindestens ein flexibles Teil (26), das eine Verbindung zwischen der Grundplatte (14) und der den Gegenstand auf nehmenden Plattform (27) schafft,
- - einen mit dem flexiblen Teil (26) verbundenen Wandler (92),
- - eine Einrichtung (86, 90) zum Aufbringen einer Schwingung auf die den Gegenstand aufnehmenden Plattform (27),
- - eine mit dem Wandler (92) verbundene Einrichtung zum Messen der Frequenz der Schwingung der Plattform (27), und
- - eine Einrichtung zur Bestimmung der Masse eines auf der Plattform (27) angeordneten Gegenstandes in Abhängigkeit der gemessenen Frequenz der Schwingung.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß die Plattform (27) Öffnungen (39) aufweist und mehrere
Walzen (56, 68) und von dem Rahmen (12) getragene Einrich
tungen zum Bewegen der Walzen (56, 68) in die Öffnungen (39)
hinein und aus ihnen heraus umfaßt.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine
Einrichtung zum Messen der Frequenz der in dem Wandler (92)
erzeugten Spannung als Ergebnis der Schwingung der Plattform
(27).
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung zur Bewirkung der Schwingung einen an
dem Rahmen (12) befestigten Elektromagneten (86) und einen
an der Plattform (27) in der Nähe des Elektromagneten (86)
befestigten Anker (90) umfaßt.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet,
daß die Plattform (27) mehrere Öffnungen (39) aufweist und
eine Einrichtung (56, 68, 106) zum Fördern eines auf der
Plattform (27) angeordneten Gegenstandes umfaßt, wobei die
Fördereinrichtung erste Walzen (56, 68), die im Rahmen (12)
gelagert sind und in den Öffnungen (39) der Plattform auf
genommen sind, eine Einrichtung zum Antrieb mindestens einer
der ersten Walzen (56, 68) und mehrere zweite Walzen (106)
umfaßt, wobei jede der zweiten Walzen (106) mit den ersten
Walzen (56, 68) ausgerichtet ist und sich die Plattform (27)
im wesentlichen zwischen den ersten und zweiten Walzen be
findet.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,
daß die zweiten Walzen (106) eine größere Breite als die
Breite der Öffnungen (39) in der Plattform (27) aufweisen.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch eine
Einrichtung zum Drücken der zweiten Walzen (106) gegen die
Plattform (27), um sicher einen auf der Plattform (27) an
geordneten Gegenstand auf der Plattform zu halten.
23. Vorrichtung nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch eine
Einrichtung (115, 116) zum Erfassen des Vorhandenseins eines
Gegenstandes auf der Plattform (27).
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch eine
Einrichtung zur Steuerung der Aktivität der Fördereinrichtung
in Abhängigkeit der Frequenzmeßeinrichtung und der Fühlein
richtung.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch eine
Einrichtung zur Bewegung der ersten Walzen (56, 68) in die
Öffnungen (39) der Plattform (27) hinein und aus ihnen heraus.
26. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung für den Rahmen (12) zur Lagerung der
Grundplatte (14) federnde Isolatoren umfaßt.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet,
daß die federnden Isolatoren Federn (16) sind.
28. Vorrichtung zur Messung einer Masse, gekennzeichnet durch
- - einen Rahmen (12),
- - eine am Rahmen (12) federnd gelagerte Grundplatte (14),
- - eine sich allgemein horizontal erstreckende Plattform (27) zur Aufnahme von Gegenständen mit Öffnungen (39) in der Plattform,
- - mehrere flexible Teile (26), die eine Verbindung zwischen der Grundplatte (14) und der Plattform (27) zur Aufnahme der Gegenstände schaffen,
- - einen mit einem der flexiblen Teile (26) verbundenen Wand ler (92),
- - eine Einrichtung (115, 116) zur Erfassung des Vorhanden seins eines auf der Plattform (27) angeordneten Gegenstandes,
- - eine Einrichtung (86, 90) zur Aufbringung einer Schwingung auf die Plattform (27) zur Aufnahme eines Gegenstandes,
- - mehrere im Rahmen (12) bewegbar gelagerte erste Walzen (56, 68), die sich in Öffnungen (39) der Plattform (27) hinein und aus ihnen heraus bewegen können,
- - eine Einrichtung (48, 50), um die ersten Walzen (56, 68) in die Öffnungen (39) der Plattform (27) hinein und aus ihnen heraus zu bewegen, und
- - eine Einrichtung (72) zum Drehen der ersten Walzen (56, 68).
29. Vorrichtung nach Anspruch 28, gekennzeichnet durch eine
Einrichtung zum Messen der Frequenz der im Wandler (92) auf
der Grundlage der Schwingung der Plattform (27) erzeugten
Spannung.
30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung zur Bewirkung der Schwingung einen am
Rahmen (12) befestigten Elektromagneten (86) und einen an
der Plattform (27) in der Nähe des Elektromagneten (86) be
festigten Anker (90) umfaßt.
31. Vorrichtung nach Anspruch 30, gekennzeichnet durch
mehrere zweite an der Plattform (27) gelagerte Walzen (106),
wobei jede der zweiten Walzen (106) mit einer der ersten
Walzen (56, 68) ausgerichtet ist und die Plattform (27) im
wesentlichen zwischen den ersten und zweiten Walzen angeord
net ist.
32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet,
daß die zweiten Walzen (106) eine größere Breite als die der
Öffnungen (39) in der Plattform (27) und Einrichtungen auf
weisen, um die zweiten Walzen (106) mit der Plattform (27)
in Berührung zu bringen.
33. Vorrichtung nach Anspruch 32, gekennzeichnet durch eine
Einrichtung zur Steuerung der Drehung der ersten Walzen (56,
68) in Abhängigkeit von einer Erfassungseinrichtung (115,
116) und zur Steuerung der Bewegungseinrichtung für die
Walzen in Abhängigkeit von der Frequenzmeßeinrichtung.
34. Waage, gekennzeichnet durch folgende Kombination
- - einen Rahmen (12),
- - eine federnd am Rahmen (12) gelagerte Grundplatte (14),
- - eine sich im wesentlichen horizontal erstreckende Plattform (27) zur Aufnahme von Gegenständen,
- - mindestens ein federndes Teil (26) zur Schaffung einer Ver bindung zwischen der Grundplatte (14) und der Plattform (27) zur Aufnahme der Gegenstände,
- - eine erste Sperre zum Sperren der Plattform (27) mit der Grundplatte (14), und
- - eine zweite Sperrvorrichtung zum Sperren des Rahmens (12) mit der Grundplatte (14).
35. Waage nach Anspruch 34, gekennzeichnet durch eine Ein
richtung zum Entriegeln der ersten und zweiten Sperre und
eine Einrichtung zum Einleiten einer Schwingung der Plattform
(27).
36. Waage nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die
erste Sperre von der Grundplatte (14) getragene Gummiknöpfe
(35) umfaßt, die mit der Plattform (27) in Eingriff bringbar
sind, und daß die zweite Sperre mindestens eine von der
Grundplatte (14) getragene Druckauflage (24) und mindestens
einen von dem Rahmen (12) getragenen Solenoid (22) umfaßt,
der mit der Druckplatte (24) in Eingriff bringbar ist.
37. Verfahren zur Bestimmung der Masse eines Gegenstandes,
gekennzeichnet durch folgende Schritte
- - Lagern einer Plattform (27) mit flexiblen Teilen (26),
- - Anordnen eines Wandlers (92) an einem der flexiblen Teile (26),
- - Aufbringen einer Schwingung auf die Plattform (27),
- - Messen des Ausgangs des Wandlers (92),
- - Anordnen eines Gegenstandes auf der Plattform (27),
- - Aufbringen einer Schwingung auf die Plattform (27),
- - Messen des Ausgangs des Wandlers (92) mit dem Gegenstand auf der Plattform (27),
- - Vergleichen des Ausgangs des Wandlers (92) ohne Gegenstand auf der Plattform (27) mit dem Ausgang des Wandlers (92) mit Gegenstand auf der Plattform (27), und
- - Bestimmen der Masse des Gegenstandes auf der Grundlage des Vergleichs.
38. Verfahren nach Anspruch 37, gekennzeichnet durch
- - Anordnen eines piezoelektrischen Wandlers (92) an einem der flexiblen Teile (26),
- - Leiten des Spannungsausgangs vom Wandler (92) während der Schwingungen der Plattform (27) durch einen Null-Durchgangs detektor (136),
- - Messen der Frequenz der Null-Durchgänge,
- - Vergleichen der Frequenz der Null-Durchgänge ohne Gegen stand auf der Plattform (27) mit der Frequenz der Null- Durchgänge mit einem Gegenstand auf der Plattform (27), und
- - Bestimmen der Masse des Gegenstandes auf der Grundlage des Vergleichs der Frequenz mit und ohne Gegenstand auf der Plattform (27).
39. Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schritte zur Bestimmung der Masse des Gegenstandes gemäß
folgender Formel erfolgen:
M E = C₁ (T ² - T₀²) + C₂ (T ² - T₀²)²,wobei M E die Masse des Umschlages, T 0 die Schwingungsdauer
ohne Umschlag, T die Schwingungsdauer mit Umschlag, C 1 und
C 2 Konstanten in Abhängigkeit der Masse der Grundplatte (14),
der Masse der Plattform (27), der Federkonstanten der Isola
tionsfeder (16) und der Federkonstanten der flexiblen Federn
(26) sind.
40. Verfahren zur Bestimmung der Masse eines Gegenstandes,
gekennzeichnet durch folgende Schritte
- - Anordnen eines Gegenstandes auf einer Plattform (27),
- - Einleiten einer freien Schwingung der Plattform (27),
- - Messen der Frequenz der Schwingung der Plattform (27), und
- - Bestimmen der Masse des Gegenstandes auf der Grundlage der Frequenz der Schwingung.
41. Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schritte zur Bestimmung der Masse des Gegenstandes gemäß
folgender Formel erfolgen:
M E = C₁ (T ² - T₀²) + C₂ (T ² - T₀²)²,wobei M E die Masse des Umschlages, T 0 die Schwingungsdauer
ohne Umschlag, T die Schwingungsdauer mit Umschlag, C 1 und
C 2 Konstanten sind, die empirisch durch eine Eichung abge
leitet werden.
42. Verfahren zur Bestimmung der Masse eines Gegenstandes,
gekennzeichnet durch folgende Schritte
- - Anordnen eines Gegenstandes auf einer Plattform (27),
- - Einleitung einer freien Schwingung der Plattform (27),
- - Erzeugen eines Signals entsprechend der Schwingung der Plattform (27),
- - Filtern des erzeugten Signals, um Einflüsse äußerer Schwin gungen auszuschalten,
- - Messen der Frequenz des gefilterten Signals, und
- - Bestimmen der Masse des Gegenstandes auf der Grundlage der Frequenz des gefilterten Signals.
43. Waage, gekennzeichnet durch die Kombination folgender
Merkmale
- - einen Rahmen (12),
- - eine federnd am Rahmen (12) gelagerte Grundplatte (14),
- - eine sich horizontal erstreckende Plattform (27),
- - mindestens ein Teil, das eine Verbindung zwischen der Grund platte (14) und der Plattform (27) schafft,
- - einen vertikal bewegbaren, unterhalb der Plattform (27) an geordneten Käfig,
- - eine Einrichtung zur Bewegung des Käfigs in eine erste und zweite Stellung, wobei der Käfig in der ersten Stellung mit der Plattform (27) in Eingriff steht und in der zweiten Stellung von der Plattform gelöst ist.
44. Waage nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß die
Einrichtung zur Bewegung des Käfigs ein vom Rahmen (12) ge
tragener Solenoid (48) ist, der mit dem Käfig in Eingriff
steht.
45. Waage nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß die
Plattform (27) Öffnungen (39) aufweist, und daß der Käfig
drehbar Rollen (56, 68) lagert, die in den Öffnungen (39)
aufgenommen werden, wenn sich der Käfig in der zweiten Stel
lung befindet.
46. Waage nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß der
Käfig federnde Knöpfe (35) aufweist, die mit der Plattform
(27) in Eingriff treten, wenn der Käfig sich in der ersten
Stellung befindet.
47. Waage, gekennzeichnet durch
- - eine sich horizontal erstreckende Lagereinrichtung (27) zur Aufnahme von Gegenständen,
- - eine Einrichtung (86, 90) zur Einleitung einer Schwingung der Lagereinrichtung (27) für Gegenstände mit einer größe ren Beschleunigung als die Beschleunigung infolge der Schwerkraft,
- - eine Einrichtung zur Messung der Frequenz der Schwingung der Lagereinrichtung (27) für Gegenstände, und
- - eine Einrichtung zur Zuordnung der Masse eines Gegenstandes auf der Lagereinrichtung (27) für Gegenstände zu der gemes senen Frequenz der Schwingung.
48. Waage nach Anspruch 47, gekennzeichnet durch eine Ein
richtung zum sicheren Halten eines Gegenstandes auf der Lager
einrichtung (27) für Gegenstände zur Schaffung einer gleich
förmigen Bewegung.
49. Waage nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß die
Einrichtung zur Bewirkung der Schwingung einen an dem Rahmen
(12) befestigten Elektromagneten (86) und einen an der Lager
einrichtung (27) für Gegenstände befestigten Anker (90) auf
weist, wobei sich der Anker (90) in der Nähe des Elektromag
neten (86) befindet.
50. Waage nach Anspruch 49, gekennzeichnet durch eine Ein
richtung zur Förderung eines auf der Lagereinrichtung (27)
befindlichen Gegenstandes.
51. Waage nach Anspruch 50, gekennzeichnet durch eine Ein
richtung (115, 116) zur Erfassung des Vorhandenseins eines
Gegenstandes auf der Lagereinrichtung (27) für Gegenstände.
52. Waage nach Anspruch 51, gekennzeichnet durch eine Ein
richtung zur Steuerung der Aktivitäten der Fördereinrichtung
in Abhängigkeit der Meßeinrichtung und der Fühleinrichtung.
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