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Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Postdickenmeßvorrichtung, und insbesondere eine derartige
Vorrichtung zum Einsatz bei einer Hochgeschwindigkeits-
Postversandmaschine.
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Heutige Postversandmaschinen können derartige automatische
Funktionen durchführen wie die Handhabung von Poststücken mit
unterschiedlichen Abmessungen und Dicken, das Verschließen
von Umschlägen, das Wiegen der Post, das Stempeln der Post,
und das Sortieren der Post. Bei der Entwicklung von Maschinen
mit derartigen Funktionen, die Post mit hoher
Hochgeschwindigkeit von beispielsweise vier oder mehr Stücken
pro Sekunde verarbeiten können, wird es wesentlich - falls
nicht sogar unbedingt erforderlich - daß die Poststückdicke
so schnell wie möglich bestimmt wird, nachdem die Post ihren
Flußablauf beginnt. Eine frühe Kenntnis der Dicke ist
deswegen wesentlich, da normalerweise eine Beziehung zwischen
der Postdicke und dem Postgewicht besteht, also die Post
desto mehr wiegt, je dicker sie ist. Normalerweise muß
schwerere Post langsamer verarbeitet werden als leichtere
Post, bei einer Verarbeitung mit hoher Geschwindigkeit. Das
Gewicht der Post gestattet es dem Computer, der die Maschine
steuert, die Transportmechanismen zu verlangsamen, wenn
schwere Post transportiert wird, und beim Transport
leichterer Post die Transportmechanismen zu beschleunigen.
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Es ist wünschenswert, die Transporgeschwindigkeit als
Funktion des Postgewichtes oder der Postdicke sobald wie
möglich zu steuern, wenn die Poststücke mit ihrem Durchlauf
durch die Maschine beginnen. Üblicherweise treten die
Poststücke in das System gestapelt von einer Rutsche ein, und
eine der ersten erforderlichen Aktionen besteht darin, ein
einzelnes Poststück von dem Stapel abzutrennen. Der
Mechanismus, der hierzu verwendet wird, wird als
Vereinzelungsvorrichtung bezeichnet, und der Vorgang als
Vereinzelung.
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Die europäische Patentanmeldung (EP-A) 225 288 beschreibt
eine Maschiner zur Überwachung der Dicke von Gegenständen wie
etwa Poststücken. In dieser Maschine ist ein linearer
variabler Differentialtransformator (LVDT) im Betrieb mit
einem Quetschrollenmechanismus so gekuppelt, daß Änderungen
der Dicke, die beim Durchgang eines Gegenstands durch den
Quetschrollenmechanismus festgestellt werden, durch die
LDVT-Vorrichtung in elektrische Signale umgewandelt werden,
welche digital verarbeitet werden können, um eine exakte
Anzeige der Dicke und des Inhalts zu ergeben. Derartige
verarbeitete Signale werden zum Steuern verschiedener
Maschinenfunktionen entsprechend der Dicke oder des Inhalts
des Gegenstands verwendet, der durch den
Quetschrollenmechanismus hindurchgelangt ist.
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Die deutsche Patentanmeldung (DE-A) 3 035 744 beschreibt
einen Positionskodierer, der optische Markierungen und
photoelektrische Sensoren oder Hall-Effektsensoren oder Reed-
Schalter verwendet. Der Kodierer wird zur Bestimmung der
Position von Maschinenteilen verwendet.
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In dem US-Patent (US-A) 3 035 695 wird eine Rolle
beschrieben, welche Gegenstände wie beispielsweise Poststücke
(Briefe) voneinander trennt. Die Rolle wird so gedreht, daß
ihre Arbeitsoberfläche sich in einer Richtung entgegengesetzt
zur Förderrichtung der Poststücke bewegt. Briefe werden durch
ein Saugband befördert.
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Postdickensensoren in einigen bekannten Maschinen ordnen
typischerweise oben auf dem Poststück eine
Nachlaufvorrichtung an, die an ein optisches System
angeschlossen ist, welches eine Lichtquelle enthält, die eine
Abtastung über ein Array von Lichtdetektoren durchführt,
wobei die Position der Lichtquelle durch die Position der
Nachlaufvorrichtung bestimmt ist, und die Position der
Lichtquelle festlegt, welcher Detektor aktiviert ist. Es
wurden auch mechanische Systeme eingesetzt.
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Diese bekannten Systeme weisen eine oder mehrere der
nachstehend angegebenen Unzulänglichkeiten auf. Bei optischen
Systemen ist eine häufige Wartung dazu erforderlich, die
optischen Elemente sauber zu halten. Eine
Postversandmaschine, die pro Tag tausende an Poststücken
bearbeitet, stellt keine saubere Umgebung für optische
Sensoren dar. Häufig erfolgte eine analoge Signalausgabe.
Daher war ein A/D-Wandler dazu nötig, das analoge Signal in
ein Digitalsignal umzuwandeln, welches der Computer
verarbeiten kann, was die Kosten erhöhte. Die Genauigkeit der
Messung der Dicke war nicht immer optimal. Insbesondere bei
einer Hochgeschwindigkeitsverarbeitung ist es wichtig, die
Postdicke im Bereich von etwa 0,1 bis 19 mm ((0,004 bis 0,75
Zoll) mit einer Genauigkeit von etwa 0,05 Zoll (1,27 mm) zu
messen.
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Gemäßder vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur
Verarbeitung von Poststücken zur Verfügung gestellt, welche
eine Einrichtung zum Zuführen mehrerer Poststücke aufweist,
eine Vereinzelungsvorrichtung zum Abtrennen einzelner
Poststücke, eine Vorrichtung zum Transport von Poststücken
von der Zufuhreinrichtung zur Vereinzelungsvorrichtung, und
eine im Betrieb an die Vereinzelungsvorrichtung
angeschlossene Vorrichtung zur Messung der Dicke von
Poststücken, die auf diese Weise vereinzelt wurden,
gekennzeichnet durch eine Vorrichtung stromabwärts der
Vereinzelungsvorrichtung zur weiteren Verarbeitung der Post,
und zum Transportieren der einzelnen Poststücke zu der
weiteren Verarbeitungsvorrichtung, und eine Vorrichtung zum
Ändern der Geschwindigkeit der weiteren Transportvorrichtung
entsprechend der gemessenen Dicke jedes verarbeiteten
Poststücks.
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Insbesondere wird hier ein relativ einfaches, jedoch genaues
Dickenmeßsystem beschrieben, zur Verwendung bei der
Postverarbeitung, welches einen absolut-kodierten Digitalwert
ausgibt, der direkt von einem Computer verarbeitet werden
kann, um die Geschwindigkeit des gemessenen Poststückes zu
steuern, wenn es durch die Maschine befördert wird, zum
nachfolgenden Verschließen, Wiegen, Stempeln und Sortieren,
falls gewünscht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist
ein Permanentmagnet, der Mehrpolsegmente aufweist, an eine
Nachlaufvorrichtung angeschlossen, welche die Oberseite des
Poststücks berührt, wobei die Position des Magneten der
Position der Nachlaufvorrichtung folgt. Der Magnet überquert
ein Array (Feld) von Magnetfelddetektoren, welche auf
ausgewählte festgestellte Magnetfelder reagieren, und erzeugt
in Reaktion hierauf ein Ausgangssignal, welches eine absolut-
Gray-kodierte Binärzahl ist, die für jeden Unterbereich der
Postdicke eindeutig ist. Zwanzig exakte Dickenmessungen
können in einem Bereich von im wesentlichen 0,1 bis 25,5 mm
(0,004 bis 1,0 Zoll) mit einer Genauigkeit von etwa 1,27 mm
(annähernd 0,05 Zoll) durchgeführt werden. Die sich ergebende
Binärzahl kann dann dazu verwendet werden, auf eine
Nachschlagetabelle zuzugreifen, um einen geeigneten
Flußgeschwindigkeitsablauf oder ein geeignetes
Flußgeschwindigkeitsprofil für das gemessene Poststück bei
dessen nachfolgender Verarbeitung in einer automatischen
Postbearbeitungsmaschine auszuwählen.
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Die Erfindung wird nachstehend mit weiteren Einzelheiten
unter Bezugnahme auf mehrere beispielhafte Ausführungsformen
im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Es zeigt:
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Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Form eines
magnetischen Sensors, der zur Messung der Postdicke
geeignet ist, gemäß der Erfindung;
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Fig. 2 eine Tabelle, welche den binär-kodierten und
hexadezimalen Ausgangswert des Sensors von Figur 1
angibt;
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Fig. 3 eine schematische Vorderansicht einer typischen
Postverarbeitungsmaschine, bei welcher der Sensor
von Figur 1 verwendet wird; und
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Fig. 4 eine detaillierte Seitenansicht der
Vereinzelungsvorrichtung und des magnetischen
Sensors, die in Figur 3 schematisch dargestellt
sind.
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In den verschiedenen Figuren werden dieselben Bezugszeichen
zur Bezeichnung entsprechender Elemente verwendet.
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Ein geeigneter Postdickensensor, der zur Verwendung in einer
Postbearbeitungsmaschine geeignet ist, bei einer bevorzugten
Ausführungsform zur Messung der Post oder der Briefdicke, ist
schematisch in Figur 1 dargestellt und wird nachstehend kurz
erläutert. Die Sensoranordnung weist eine ortsfeste
Detektoranordnung 8 und einen beweglichen Magneten 20 auf.
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Die ortsfeste Detektoranordnung umfaßt sieben Hall-
Effektdetektoren 10 bis 16, die in einer Reihe angeordnet
sind, und um einen festen Abstand 18 von Zentrum zu Zentrum
beabstandet sind. Jeder Detektor weist eine aktive Meßfläche
auf, die durch das Bezugszeichen 27 bezeichnet ist.
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Der Magnet 20 bewegt sich auf einer geraden Linie parallel
zur Detektorreihe in einem Abstand 19. Das bevorzugte
magnetische Array (Feld) weist zwei Südpole (S) 22, 24 auf,
die durch einen Nordpol (N) 23 getrennt sind. Zusätzliche
Nordpole können an der Vorderkante, Pol 21, und an der
Hinterkante, Pol 25, der Anordnung vorgesehen sein, um die
Feldübergänge schärfer auszubilden. Der Magnet wird durch die
Poststück-Nachlaufvorrichtung in der durch den Pfeil
angegebenen Richtung bewegt. Die durch durchgezogene Linien
dargestellte Position des Magneten 20 stellt die
Startposition oder Position für die Dicke Null dar. Mit
gestrichelten Linien sind Magnetpositionen 20' und 20"
bezeichnet, in welchen der Magnet um vier bzw. neun Einheiten
nach rechts von seiner Startposition aus bewegt wurde.
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Bei der dargestellten geometrischen Form, wobei die aktive
Detektorfläche 27 gleich 1,27 mm, 0,05 Zoll, ist, der
Detektorabstand 18 gleich 0,2 Zoll ist (in Pfeilrichtung),
der S-Pol 22 0,25 Zoll lang ist, der N-Pol 23 0,01 Zoll lang,
und der S-Pol 24 0,15 Zoll lang, gibt das Detektor-Array 20
unterschiedliche absolute Gray-Kodes für einen Bereich von
0,1 bis 25,4 mm der Dicke der Post mit einer Auflösung (im
schlechtesten Fall) von etwa ± 1,27 mm. Der ausgegebene
Binärkode kann in einem Register 7 gespeichert werden, und
daraufhin von einem Computer geholt werden, um verarbeitet zu
werden.
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Figur 2 ist eine Tabelle, die das Ausgangssignal jedes
Detektors in Reaktion auf Positionen des Magneten 20 zeigt.
Im wesentlichen gibt der Detektor eine "0" aus, wenn er einem
S-Pol gegenüberliegt, und eine "1", wenn er entweder keinem
Feld oder einem N-Pol gegenüberliegt. Die Spalte auf der
rechten Seite, die Hexadezimaldarstellung des daneben
angegebenen binär-kodierten Ausgangswertes zeigt, daß der
Ausgangswert absolut ist, also keine zwei Kodes gleich sind.
Die binären Ausgangswerte zeigen eine Gray-Kodierung, da sich
bei benachbarten Magnetpositionen nicht mehr als ein Bit
ändert. Der Magnet wird mit der dargestellten Geometrie
einfach hergestellt, und die Detektoren sind im Handel als
kostengünstige Hall-Effektdetektoren verfügbar. Der
Spaltabstand 19 beträgt typischerweise 0,04 Zoll. Wie
voranstehend erwähnt, wird ein robuster Sensor erhalten, der
sehr widerstandsfähig ist, da das bewegliche Teil des Sensors
ein Magnet ist, und das ortsfeste Teil die Hall-
Effektdetektoren sind. Da Magnetfelder festgestellt werden,
ist das System praktisch immun gegenüber Staub und
Verschmutzung. Die direkte Ausgabe einer binär-kodierten Zahl
macht eine Analog/Digitalwandlung entbehrlich und verringert
die Kosten. Die Gray-Kodierung stellt Messungen mit hoher
Auflösung und Verläßlichkeit sicher.
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Bei einer praktischen Ausführungsform sind die Detektoren 10
bis 16 in einer gemeinsamen Halterung oder auf einer
gemeinsamen Stütze angebracht, mit einem Verbinder 6 mit
sieben Leitungen für den Ausgang zum Register 7.
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Figur 3 zeigt schematisch das Vorderende der
Postbearbeitungsmaschine, die mit einem Einlauf 30 zum
Empfangen eines Stapels von Poststücken 31 für die
Verarbeitung versehen ist. Ein Transportsystem, welches
motorgetriebene Rollen 32 und ein Band 33 aufweist, nimmt
sich ein oder mehrere der Poststücke 31 vom Boden des Stapels
heraus und befördert sie sofort unter einen
Vereinzelungsmechanismus 35, der dazu dient sicherzustellen,
daß daraufhin nur ein einziges Poststück zur Zeit von der
Maschine verarbeitet wird.
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Die Vereinzelungsvorrichtung 35 kann irgendeinen von mehreren
bekannten Mechanismen enthalten, unter der Voraussetzung, daß
sie ein bewegliches Element enthält, welches der Oberseite
des Poststückes folgt. Eine bevorzugte
Vereinzelungsvorrichtung weist einen Gelenkmechanismus 36 mit
vier Stangen, der schwenkbar auf dem Maschinengestell
angelenkt ist, auf. Dies ist mit mehr Einzelheiten in Figur 4
dargestellt. Der Vorwärtsantrieb für die Poststücke, bei 50
gezeigt, wird von dem Riemen oder den Riemen 32 versorgt, der
bzw. die auf dem Maschinendeck 37 angeordnet ist bzw. sind.
Der Gelenkmechanismus 36 mit vier Stangen weist einen oder
mehrere in Rückwärtsrichtung angetriebene Riemen 38 auf, die
sich um Riemenscheiben 39 drehen, die an den Ecken eines
durch die Gelenke 40 gebildeten Rhombus angeordnet sind. Der
Rhombus ist an Riemenscheibenwellen 44 zur Schwenkbewegung
auf einer Halterung 41 verankert, die von dem
Maschinengestell ausgeht. Eine Druckfeder 45 spannt die
Vereinzelungsvorrichtung 36 nach unten vor und belastet die
Post, wobei sie deren Vereinzelung unterstützt. Die in
Rückwärtsrichtung angetriebenen Riemen 38 sind normalerweise
mit den Vorwärtsantriebsriemen 32 gekuppelt.
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Wenn im Betrieb mehr als ein Poststück oder sich überlappende
Poststücke in die Zone zwischen den in Rückwärtsrichtung
angetriebenen Riemen 38 und den in Vorwärtsrichtung
angetriebenen Riemen 32 gelangen, während die unteren
Poststücke nach rechts vorwärts getrieben werden, werden
irgendwelche überlappenden Poststücke nach rückwärts
getrieben. In diesem Vorgang wird das untere Poststück unter
die Vereinzelungsvorrichtungs-Quetstelle getrieben, den
untersten Abschnitt der in Rückwärtsrichtung angetriebenen
Riemen 38, was den Mechanismus nach oben drückt. Der Rhombus
36 verformt sich, so daß unter ihm Poststücke mit
unterschiedlicher Dicke durchgehen können, während er seinen
Außenumfang beibehält. Daher arbeitet der Rhombus 36 als
Nachlaufvorrichtung, die sich nach oben in der durch den
Pfeil 43 angezeigten Richtung um eine Entfernung bewegt, die
proportional zur Postdicke ist. Das Magnetarray 20, das in
Figur 1 gezeigt ist, und durch die Platte 46 an der unteren
Gelenkstange 40 befestigt ist, bewegt sich ebenso um dieselbe
proportionale Entfernung nach oben. Das Hall-
Effektdetektorarray 8 für das Magnetarray 20 ist auf einer
gedruckten Leiterplatte angebracht, die wiederum auf der
ortsfesten Halterung 41 ausgebracht ist. Ein optischer Sensor
47 ist in dem Deck 37 angebracht und dient zur Feststellung
der Vorderkante des Poststücks. Wird diese festgestellt,
schaltet der Sensor die Antriebe in Vorwärts- und
Rückwärtsrichtung momentan ab. Daher stoppt die
Aufwärtsbewegung der Vereinzelungsvorrichtung. Zu diesem
Zeitpunkt stabilisiert sich das Detektorausgangssignal an das
Register 7, und der mit 51 bezeichnete Computer, dem ein
entsprechendes Signal von dem Sensor 47 zugeführt wird, fragt
das Register 7 ab, holt sich die dort gespeicherte binär-
kodierte Zahl, und speichert diese wiederum in einem internen
Register. Nach einer festen Zeitverzögerung, typisch 20 mms,
werden die Antriebsmechanismen erneut wieder in Gang gesetzt,
und wird das Poststück vorwärts nach rechts befördert, und
wird durch eine Abnahme-Quetschstelle eingefangen, die durch
die angetriebene Rolle 48 und eine federbelastete
Leerlaufrolle 49 gebildet wird, die an der Welle 45 befestigt
ist, und wird so für die weitere Verarbeitung stromabwärts
befördert. Falls gewünscht kann ein zweiter Sensor (nicht
gezeigt) stromabwärts des Sensors 47 angeordnet sein, der
entsprechend arbeitet, also die vordere Umschlagkante
feststellt, die Antriebe stoppt, und sie dann wieder in Gang
setzt, sämtlich unter Steuerung durch den Computer. Hierdurch
könnte eine zweite Postdickenmessung bei demselben Poststück
durchgeführt werden, und die zweite Messung mit der ersten
gemittelt werden, um sicherzustellen, daß ungleichmäßig
gefüllte Umschläge keine fehlerhafte Gewichtsanzeige
hervorrufen.
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Wie aus der voranstehenden Beschreibung deutlich wird,
erfolgt durch Zuordnung eines Vereinzelungsmechanismus,
welcher Poststücken unterschiedlicher Dicke folgt, zum
Dickenmeßsensor die Dickenmessung praktisch gleichzeitig mit
dem Vereinzelungsvorgang, und daher früh in dem
Postverarbeitungsvorgang. Daher wird der Computer für die
Postdicke und daher das ungefähre Gewicht praktisch zum
selben Zeitpunkt informiert, zu welchem jedes Poststück mit
seiner Folge von Verarbeitungsschritten durch die Maschine
beginnt.
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Die Verwendung von auf der Grundlage eines Magnetfeldes
arbeitenden Sensoren sichert einen störungsfreien,
verläßlichen Betrieb, selbst im Zusammenhang mit Maschinen
mit hoher Postdurchgangsrate. Daß ein binär-kodierter
Ausgangswert erhalten wird, reduziert direkte Kosten, und
wenn der Ausgangswert Gray-kodiert ist, erhöht dies die
Genauigkeit. Der beschriebene Mechanismus, der in den
Zeichnungen dargestellt ist, sorgt für eine Genauigkeit von
1,27 mm, 0,05 Zoll, bezüglich der Postdicke. Die Auflösung
und der Meßbereich für die Dicke können dadurch geändert
werden, daß die geometrischen Verhältnisse des Detektorarrays
und die magnetische Anordnung geändert werden, oder durch
Verwendung von Gelenksystemen zwischen der
Vereinzelungsvorrichtung und dem Magneten.
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Es wird deutlich, daß die bevorzugte Ausführungsform eine
Postdickenmeßvorrichtung zur Verfügung stellt, welche die
Dicke von Poststücken messen kann, die mit hoher
Geschwindigkeit verarbeitet werden; und auch eine
Postbearbeitungsmaschine zur Verarbeitung von Poststücken mit
unterschiedlicher Dicke bei hoher Geschwindigkeit zur
Verfügung stellt, bei welcher die Dickenmessung exakt und
früh in dem Postfluß durchgeführt wird, während das Poststück
mit hoher Geschwindigkeit verarbeitet wird.