DE10322504A1

DE10322504A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Wiegen von Produkten

Info

Publication number: DE10322504A1
Application number: DE10322504A
Authority: DE
Inventors: Harald Beck; Rolf Kreimeyer
Original assignee: GARVENS AUTOMATION GmbH
Current assignee: Mettler Toledo Garvens GmbH
Priority date: 2003-05-19
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2004-12-09
Also published as: PL1625367T3; US7405368B2; DK1625367T3; EP1625367B1; ATE341750T1; HK1092521A1; CA2540352A1; CA2540352C; ES2273265T3; US20070181349A1; DE502004001690D1; EP1625367A1; WO2004102135A1

Abstract

Eine Kontrollwaage, in der das Gewicht von Produkten (14) dynamisch bei ihrem Transport über ein Wägeband (4) durch Filtrierung von während dieses Transports erfaßten Gewichtswerten bestimmt wird, weist erfindungsgemäß eine Optimierungseinrichtung auf, mit der automatisch die optimale Filteranlänge bestimmt wird (Fig. 1).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Wiegen von Produkten, bei dem die Produkte einzeln einer Meßstrecke aufgegeben, längs der Meßstrecke transportiert, dabei in regelmäßigen Abständen Gewichtswerte erfaßt und zur Bestimmung des Wägeergebnisses aus den auf einer Teilstrecke erfaßten Gewichtswerten ein Mittelwert gebildet wird, sowie auf eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung.

Mit derartigen Verfahren werden die Produkte während ihres Transports längs der Meßstrecke dynamisch verwogen. Hierdurch läßt sich ein hoher Durchsatz erreichen, weil bei diesem dynamischen Betrieb im Unterschied zu einer statischen Waage das Einschwingen auf einen stabilen Endwert nicht abgewartet wird. Allerdings ist die Unschärfe der dynamischen Verwägung im allgemeinen um so größer, je kürzer der hierfür verfügbare Zeitabschnitt ist. Auf die Produkte wirken während ihres Transports längs der Meßstrecke zahlreiche Störungen ein, die Schwingungen hervorrufen und zu entsprechenden Schwankungen der erfaßten Gewichtswerte führen.

Nach einem Verfahren der eingangs genannten Art arbeitende bekannte Waagen, die als Kontrollwaagen bezeichnet werden (Firmenprospekt Garvens Automation GmbH oder EP 0 507 957 A1 ) weisen deshalb eine Filtereinrichtung auf, die dafür vorgesehen ist, aus den bei der dynamischen Wägung jedes Produktes erfaßten Gewichtswerten einen dem wahren Gewichtswert möglichst nahekommenden Mittelwert zu bilden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art hinsichtlich dieser Mittelwertsbildung zu optimieren und eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung anzugeben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens dadurch gelöst, daß für eine Anzahl unterschiedlicher Teilstrecken jeweils die Varianz der erfaßten Gewichtswerte bestimmt und die die kleinste Varianz aufweisende Teilstrecke für das Wägeergebnis ausgewählt wird.

Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, daß entgegen üblicher Erwartung die maximale Ausnutzung der längs der Meßstrecke erfaßten Gewichtswerte bei der Mittelwertsbildung nicht immer die besten Ergebnisse bezüglich der Unschärfe des Wägeergebnisses liefert. Beispielsweise neigen Produkte wie Gläser oder Dosen dazu, durch Aufprall auf die Meßstrecke Erschütterungen einzutragen, die nur langsam abklingen. Ferner können längs der Meßstrecke auch Störspitzen in den gemessenen Gewichtswerten auftreten. All dies wirkt sich in einer erhöhten Standardabweichung aus. Indem erfindungsgemäß für unterschiedliche Teilstrecken jeweils die Varianz der erfaßten Gewichtswerte bestimmt wird, kann die die kleinste Varianz aufweisende Teilstrecke aufgefunden und für die Feststellung des Wägeergebnisses ausgewählt werden. Dabei werden nur die längs der ausgewählten Teilstrecke erfaßten Gewichtswerte zur Mittelwertsbildung herangezogen und dadurch die Unschärfe des Wägeverfahrens optimiert.

Vorteilhaft wird das erfindungsgemäße Verfahren derart ausgeführt, daß eine Teilstrecke voreingestellt und daraus die unterschiedlichen Teilstrecken durch zufällige Variationen gewonnen werden. Dies ermöglicht es besonders einfach, die Auffindung der die kleinste Varianz aufweisenden Teilstrecke zu automatisieren. Dabei kann der Benutzer durch die von ihm vorgenommene Voreinstellung seine empirische Erfahrung einbringen und insbesondere einen nach seiner Sicht wünschenswerten Rahmen für die Größe der anzuwendenden Teilstrecken vorgeben.

Weiter ist in einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, daß für die unterschiedlichen Teilstrecken eine untere Schranke für den Abstand zwischen ihrem Anfang und dem Anfang der Meßstrecke vorgegeben wird. Insbesondere wird diese untere Schranke derart vorgegeben, daß der Abstand zwischen dem Anfang der Meßstrecke und dem Anfang der Teilstrecke größer ist als die Länge Produkts in der Transportrichtung. Dadurch wird sichergestellt, daß nur solche Gewichtswerte in Betracht gezogen werden, bei deren Erfassung sich das Produkt in seiner vollen Länge auf der Meßstrecke befindet. Ebenso kann es vorteilhaft sein, daß für die unterschiedlichen Teilstrecken eine obere Schranke für deren Länge vorgegeben wird. Die Vorgabe einer solchen Längenbeschränkung hat den Vorteil, daß bei der Ermittlung der optimalen Teilstrecke keine Teilstrecken von so hoher Länge herangezogen werden, daß sie von vorneherein als optimal nicht in Betracht kommen. Dies schließt allerdings nicht aus, Längen zuzulassen, welche die physikalische Länge der Meßstrecke überschreiten. Sinnvoll kann dies bei der Mittelwertbildung mit Hilfe von Filtern sein, die verzögert auf den Endwert einschwingen und ausschwingen. Hierdurch kann zwar eine Verringerung des Wägeergebnisses auftreten, was sich jedoch unschwer durch geeignete Rechenlogarithmen ausgleichen läßt.

Im Rahmen der Erfindung ist auch vorgesehen, daß die Teilstrecken mit Hilfe der konstanten Transportgeschwindigkeit der Produkte durch eine Laufzeit längs der Meßstrecke ausgedrückt werden und/oder daß die Schranken mit Hilfe der konstanten Transportgeschwindigkeit der Produkte durch eine Laufzeit längs der Meßstrecke ausgedrückt werden. Diese Maßnahmen sind insbesondere dann zweckmäßig, wenn die Gewichtswerte mit einem Wandler erfaßt werden, der die Gewichtswerte in regelmäßigen Zeitabständen, d.h. mit einer festen Frequenz liefert. Eine typische Frequenz für Wägezellen ist beispielsweise 1200 Hz. Die Darstellung mittels der jeweiligen Laufzeit ist auch im Hinblick auf die Mittelwertbildung durch einen Filter zweckmäßig, dessen Filterlänge durch eine Filterzeit ausgedrückt wird.

Eine zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe geeignete Vorrichtung zum Wiegen von Produkten mit einem als Meßstrecke dienenden Förderband, dem die Produkte einzeln aufgegeben und auf dem sie in einer Förderrichtung transportiert werden, einer Wägezelle, auf der das Förderband abgestützt ist und die in regelmäßigen Zeitabständen Gewichtswerte erfaßt, einer auf das Förderband ausgerichteten Sensoreinrichtung, welche jeweils das beim Transport durch ihren Erfassungsbereich hindurchtretende vordere und hintere Ende eines Produkts erfaßt, und einer Filtereinrichtung zur Bildung eines Mittelwertes aus den auf einer Teilstrecke erfaßten Gewichtswerten, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Filtereinrichtung eine Auswahleinrichtung zugeordnet ist, von der für eine Anzahl unterschiedlicher Teilstrecken jeweils die Varianz der erfaßten Gewichtswerte bestimmt und die die kleinste Varianz aufweisende Teilstrecke für das Wägeergebnis ausgewählt wird.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen 9 und 10 angegeben.
In der folgenden Beschreibung wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
1 eine schematische Ansicht einer Kontrollwaage, und
2 eine vergrößerte schematische Ansicht des auf einer Wägezelle abgestützten Förderbands dieser Kontrollwaage.
Eine in 1 schematisch dargestellte Kontrollwaage weist einen mit höhenverstellbaren Füßen 1 auf dem Boden stehenden Grundrahmen 2 auf, an dem in horizontaler Fluchtlinie hintereinander ein Zuführband 3, ein als Meßstrecke dienendes Förderband 4 und ein Abführband 5 angeordnet sind. Die drei Bänder 3, 4, 5 sind gleichsinnig und mit gleicher Geschwindigkeit umlaufend über je zwei horizontal voneinander beabstandete Rollen geführt, von denen jeweils die Rollen 6, 7 und 8 von Elektromotoren 9, 10 bzw. 11 angetrieben sind. Diese Elektromotore sind derart geregelt, daß für alle drei Bänder 3, 4, 5 die Einstellung der selben Bandgeschwindigkeit gewährleistet ist.
An mindestens einem der Elektromotore, im dargestellten Ausgangsbeispiel am Elektromotor 11 ist ein als Impulsgeber dienender Tachogenerator 12 vorgesehen, der eine Impulsfolge mit einer der Drehung der Abtriebswelle des Elektromotors proportionalen Impulsfrequenz erzeugt. Die in einer Zeiteinheit auftretende Anzahl der Impulse des Tachogenerators 12 entspricht somit einer Transportstrecke, die jedes der Bänder 3, 4, 5 bei seinem Umlauf in dieser Zeiteinheit zurückgelegt hat.
Das als Meßstrecke dienende Förderband 4 ist auf einer an dem Grundrahmen 2 festgelegten Wägezelle 13 abgestützt. Letztere liefert mit einer vorgegebenen Frequenz, beispielsweise 1200 Hz, ihrer Belastung entsprechende Gewichtswerte. Dem als Meßstrecke dienenden Förderband 4 werden zu wiegende Produkte 14 an seinem in Bezug auf die Förderrichtung eingangsseitigen Ende von dem Zuführband 3 jeweils einzeln aufgegeben. Das als Meßstrecke dienende Förderband 4 transportiert das ihr aufgegebene Produkt 14 zu seinem in Bezug auf die Förderrichtung ausgangsseitigen Ende und übergibt es dort an das Abführband 5. Letzterem ist eine nur schematisch angedeutete Sortiervorrichtung 16, beispielsweise in Form einer Schiebevorrichtung, zugeordnet, von der fehlgewichtige Produkte 14 aussortiert werden können.
Am eingangsseitigen Ende des als Meßstrecke dienenden Förderbandes 4 ist eine Sensoreinrichtung 17 in Form einer Lichtschranke angeordnet. Diese Sensoreinrichtung 17 erfaßt jeweils den Durchtritt der Vorderkante 18 bzw. der Hinterkante 19 des Produkts 14, wenn es in der Förderrichtung durch die Lichtschranke hindurch läuft.
Diese Situation ist in 2 verdeutlicht, in welcher der Pfeil 20 die Förderrichtung bezeichnet. Durch das den Durchgang der Vorderkante 18 anzeigende Ausgangssignal der Sensoreinrichtung 17 wird eine Zählereinrichtung zurückgesetzt und sodann von den Impulsen des Tachogenerators 12 hochgezählt. Der jeweilige Zählwert der Zähleinrichtung gibt dadurch die von der Vorderkante 18 des Produktes 14 seit ihrem Durchtritt durch die Lichtschranke 17 auf dem Förderband 4 zurückgelegte Laufstrecke wieder. In 2 durchläuft gerade die Hinterkante 19 des Produkts 14 die Lichtschranke 17. Der dabei erreichte Zählwert der Zähleinrichtung entspricht dem Zustand, daß das Produkt 14 erstmals in voller Länge auf dem Förderband 4 aufliegt.
Zur Bildung des Wägeergebnisses aus den von der Wägezelle 13 abgegebenen Gewichtswerten werden zwei Zählwerte vorgegeben, die den Anfang und das Ende einer Teilstrecke bestimmen, die das Produkt 14 durchläuft. In 2 ist diese Teilstrecke durch einen Doppelpfeil 21 veranschaulicht. Sie ist in der in 2 veranschaulichten Situation derart gewählt, daß ihr Anfang durch die Lage der Vorderkante 18 des Produkts 14 bestimmt ist, wenn dessen Hinterkante 19 von der Sensoreinrichtung 17 erfaßt wird. Das Ende der Teilstrecke 21 liegt in 2 am ausgangsseitigen Ende des als Meßstrecke dienenden Förderbandes 4 und ist durch eine symbolische Markierung 22 gekennzeichnet. Der Abstand zwischen der Sensoreinrichtung 17 und der Markierung 22 längs der Meßstrecke ist durch einen Doppelpfeil 23 gekennzeichnet. Der Durchlauf des Produktes 14 durch die gewählte Teilstrecke ist somit dadurch bestimmt, daß der in der Zähleinrichtung hochgezählte Zählwert jeweils den den Anfang bzw. das Ende der gewählten Teilstrecke kennzeichnenden vorgegebenen Zählwert erreicht.
Die von der Wägezelle 13 während des Durchlaufs des Produkts 14 durch die gewählte Teilstrecke 21 erfaßten Gewichtswerte werden einer Filtereinrichtung zugeführt, die daraus durch Mittelwertbildung das endgültige Wägeergebnis ableitet. Zu diesem Zweck werden die von der Wägezelle 13 erfaßten Gewichtswerte fortlaufend in einen Pufferspeicher eingegeben. Der Pufferspeicher hat ein Fassungsvermögen, das ausreicht, alle während wählbarer Teilstrecken anfallenden Gewichtswerte abzuspeichern. Beispielsweise kann er derart ausgelegt sein, daß er 2000 Gewichtswerte festhalten kann. Die Einspeicherung erfolgt nach Art eines Silospeichers, in dem der Speicherinhalt fortlaufend nach Eingangsreihenfolge aktualisiert wird. Er enthält somit zu jedem Zeitpunkt jeweils den letzten von der Wägezelle 13 erfaßten Gewichtswert und alle zurückliegenden Gewichtswerte bis zur Erschöpfung seines Fassungsvermögens. Wenn der Zählwert der Zähleinrichtung den dem Ende der gewählten Teilstrecke 21 entsprechenden Zählwert erreicht, werden die während der Teilstrecke 21 angefallenen Gewichtswerte aus dem Pufferspeicher ausgelesen und der Filtereinrichtung zur Mittelwertsbildung zur Verfügung gestellt.
Im einzelnen kann dies beispielsweise dadurch geschehen, daß alle durch die hochgezählten Zählwerte ausgedrückten Laufstrecken mit Hilfe der konstanten Transportgeschwindigkeit des Förderbands in Laufzeiten umgerechnet werden. Dadurch wird eine Zeitbasis erhalten, die jeweils mit der Erfassung der Vorderkante des Produktes 14 durch die Sensoreinrichtung 17 startet. Wenn die dem durch die Markierung 22 gekennzeichneten Ende der Teilstrecke 21 entsprechende Laufzeit verstrichen ist, werden die Gewichtswerte für die der gewählten Teilstrecke 21 entsprechend zurückliegende Laufzeit aus dem Pufferspeicher an die Filtereinrichtung übergeben.
Die Kontrollwaage weist eine Eingabeeinrichtung auf, mit der der Benutzer eine Teilstrecke vorgeben kann. Beispielsweise geschieht dies durch Eingabe der nach der Erfassung der Vorderkante 18 mittels der Sensoreinrichtung 17 auftretenden Gesamtlaufzeit bis zur Erreichung des durch die Markierung 22 in 2 angedeuteten Endes der Teilstrecke, und durch die Eingabe der der Länge der gewählten Teilstrecke 21 entsprechenden Restlaufzeit. Daraufhin werden die während des Transports eines Produkts 14 über das Förderband 4 von der Wägezelle 13 erfaßten Gewichtswerte für die eingegebene Teilstrecke und für verschiedene abgewandelte Einstellungen von Teilstrecken ausgewertet. Diejenige Teilstrecke, die die geringste Standardabweichung bzw. Varianz der erfaßten Gewichtswerte liefert, wird als optimale Teilstrecke ausgewählt und für die Bildung des Wägeergebnisses beibehalten. Die verwendeten Teilstrecken werden durch einen Zufallsgenerator-Algorithmus bestimmt und können immer wieder erneut variiert werden. Es kann eine bestimmte Anzahl von Produkten vorgegeben werden, während der die Ermittlung einer optimalen Teilstrecke durchgeführt wird.
Zur Beschleunigung der Einstellung der optimalen Teilstrecke können Beschränkungen für die verwendeten Teilstrecken vorgesehen sein. Insbesondere kann für das Ende der jeweiligen Teilstrecke ein in Bezug auf die Position der Sensoreinrichtung 17 festgelegtes Toleranzfenster vorgegeben sein. Ferner kann für die maximale Länge der Teilstrecke eine Toleranzgrenze gelten.
Mit der Veränderung der Teilstrecken kann sich der zugehörige Mittelwert ändern. Diese mit der fortlaufenden Optimierung verbundenen Mittelwertschwankungen können im Wägeergebnis rechnerisch ausgeglichen werden. Hierzu wird der aus der optimalen Einstellung berechnete Mittelwert mit einem Faktor korrigiert. Dieser Faktor kann als Quotient zwischen dem mit der zu Beginn des Optimierungsvorgangs voreingestellten Teilstrecke errechneten Mittelwert und dem mit der durch die Optimierung gefundenen Teilstrecke berechneten Mittelwert definiert werden.
Die dem vorstehend erörterten Optimierungsvorgang dienenden Komponenten, insbesondere die Filtereinrichtung, die Auswahleinrichtung mit ihrer Zähleinrichtung und der Pufferspeicher können durch ein Mikroprozessorsystem verwirklicht werden. Die Unterbringung dieser Komponenten am Grundrahmen 2 der Kontrollwaage ist in 1 schematisch unter dem Bezugszeichen 24 veranschaulicht. Diese Darstellung läßt auch erkennen, daß das Mikroprozessorsystem einen Bildschirm aufweisen kann, auf dem die verschiedenen Vorgänge und Einstellungen der Kontrollwaage dargestellt werden. Vorzugsweise wird jedoch die Filtereinrichtung durch einen getrennten Mikroprozessor verwirklicht, der in der Wägezelle 13 angeordnet ist.
In 1 ist die Transportrichtung der Produkte 14 von links nach rechts gerichtet. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Kontrollwaage eine Ausbildung aufweisen kann, welche die Umkehr der Transportrichtung ermöglicht. In diesem Fall übernimmt das Abführband 5 die Funktion des Zuführbands 3 und umgekehrt. Dementsprechend ist in 1 an dem Zuführband 3 eine der Sortiervorrichtung 16 entsprechende Sortiervorrichtung 16' angedeutet.

1: Füße
2: Grundrahmen
3: Zuführband
4: Förderband
5: Abführband
6, 7, 8: Rollen
9, 10, 11: Elektromotore
12: Tachogenerator
13: Wägezelle
14: Produkt
16, 16': Sortiervorrichtung
17: Sensoreinrichtung
18: Vorderkante
19: Hinterkante
20: Förderrichtung
21: Doppelpfeil
22: Markierung
23: Doppelpfeil
24: Mikroprozessorsystem

Claims

Verfahren zum Wiegen von Produkten, bei dem die Produkte einzeln einer Meßstrecke aufgegeben, längs der Meßstrecke transportiert, dabei in regelmäßigen Abständen Gewichtswerte erfaßt und zur Bestimmung des Wägeergebnisses aus den auf einer Teilstrecke erfaßten Gewichtswerten ein Mittelwert gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Anzahl unterschiedlicher Teilstrecken jeweils die Varianz der erfaßten Gewichtswerte bestimmt und die die kleinste Varianz aufweisende Teilstrecke für das Wägeergebnis ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Teilstrecke voreingestellt und daraus die unterschiedlichen Teilstrecken durch zufällige Variationen gewonnen werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die unterschiedlichen Teilstrecken eine untere Schranke für den Abstand zwischen ihrem Anfang und dem Anfang der Meßstrecke vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die unterschiedlichen Teilstrecken eine obere Schranke für deren Länge vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilstrecken mit Hilfe der konstanten Transportgeschwindigkeit der Produkte durch eine Laufzeit längs der Meßstrecke ausgedrückt werden.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schranken mit Hilfe der konstanten Transportgeschwindigkeit der Produkte durch eine Laufzeit längs der Meßstrecke ausgedrückt werden.
Vorrichtung zum Wiegen von Produkten mit einem als Meßstrecke dienenden Förderband (4), dem die Produkte einzeln aufgegeben und auf dem sie in einer Förderrichtung (20) transportiert werden, einer Wägezelle (13), auf der das Förderband (4) abgestützt ist und die in regelmäßigen Zeitabständen Gewichtswerte erfaßt, einer auf das Förderband (4) ausgerichteten Sensoreinrichtung (17), welche jeweils das beim Transport durch ihren Erfassungsbereich hindurchtretende vordere (18) und hintere (19) Ende eines Produkts (14) erfaßt, und einer Filtereinrichtung zur Bildung eines Mittelwertes aus den auf einer Teilstrecke erfaßten Gewichtswerten, dadurch gekennzeichnet, daß der Filtereinrichtung eine Auswahleinrichtung zugeordnet ist, von der für eine Anzahl unterschiedlicher Teilstrecken jeweils die Varianz der erfaßten Gewichtswerte bestimmt und die die kleinste Varianz aufweisende Teilstrecke für das Wägeergebnis ausgewählt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Förderband (4) ein eine zu dessen Transportbewegung proportionale Impulsfolge liefernder Impulsgeber (12) zugeordnet ist, sowie eine zur Zählung der Impulse der Impulsfolge dienende Zähleinrichtung, die durch das das vordere Ende (18) eines Produkts (14) erfassende Ausgangssignal der Sensoreinrichtung (17) zurückgesetzt und von den eingehenden Impulsen hochgezählt wird, wobei jeweils der Anfang und das Ende jeder Teilstrecke durch entsprechende Zählwerte der Zähleinrichtung bestimmt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der den Anfang jeder Teilstrecke bestimmende Zählwert der bei der Erfassung des hinteren Endes (19) des Produktes (14) durch die Sensoreinrichtung (17) hochgezählte Zählwert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein zur Zwischenspeicherung einer Reihe von jeweils bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt erfaßter Gewichtswerte dienender Pufferspeicher vorgesehen ist, aus dem die der gewählten Teilstrecke entsprechenden Gewichtswerte der Filtereinrichtung zuführbar sind.