本發(fā)明總體上涉及動(dòng)力驅(qū)動(dòng)輸送機(jī)，并且更具體地涉及具有嵌入在輸送帶中的力敏元件以對(duì)運(yùn)行中的輸送物品進(jìn)行稱重的輸送機(jī)系統(tǒng)。

在一些應(yīng)用中，多個(gè)單獨(dú)物品在輸送帶上傳送時(shí)必須分開(kāi)稱重。常規(guī)輸送帶系統(tǒng)首先使這些輸送物品單一化，以使得這些輸送物品可以在該帶跨過(guò)的稱重站處依次稱重。必須將多個(gè)單一化輸送機(jī)區(qū)段插入到稱重站上游的輸送機(jī)中，以迫使這些物品成為單行(file)。向輸送機(jī)系統(tǒng)添加單一化區(qū)段增加了輸送機(jī)布局的長(zhǎng)度并且減小了輸送表面的可用寬度。于2000年9月14日公開(kāi)的日本專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)2000-249591 A描述了單行地安裝在鏈的頂上的載荷檢測(cè)單元中的載荷傳感器。而且，于2013年2月28日公開(kāi)的國(guó)際申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)WO 2013/028378 A2中描述了具有沿其長(zhǎng)度和寬度分布的多個(gè)載荷傳感器的輸送帶。但是這兩個(gè)系統(tǒng)都要求電源和發(fā)射器位于帶或鏈之上或之中，以對(duì)這些載荷傳感器和相關(guān)聯(lián)的電子器件供電。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

體現(xiàn)了本發(fā)明的多個(gè)特征的一種形式的輸送帶包括具有上表面的帶本體以及在該帶本體中被布置在單獨(dú)位置的多個(gè)無(wú)源諧振電路。這些無(wú)源諧振電路中的每一個(gè)具有諧振頻率并且包括力敏元件。該力敏元件隨施加至該力敏元件的力的變化而改變?cè)摕o(wú)源諧振電路的諧振頻率。

在本發(fā)明的另一個(gè)方面，體現(xiàn)本發(fā)明的多個(gè)特征的一種稱重系統(tǒng)包括一條輸送帶和位于該輸送帶的底側(cè)附近的多個(gè)測(cè)量電路。該輸送帶包括被布置在該輸送帶上的單獨(dú)位置的多個(gè)無(wú)源諧振電路。這些無(wú)源諧振電路中的每一個(gè)具有諧振頻率并且包括力敏元件，該力敏元件隨由該輸送帶的頂側(cè)上的多個(gè)輸送物品施加至該力敏元件上的力的變化而改變?cè)摕o(wú)源諧振電路的諧振頻率。這些測(cè)量電路各自包括振蕩器，該振蕩器以標(biāo)稱頻率振蕩。每個(gè)測(cè)量電路中的電感線圈在該輸送帶經(jīng)過(guò)時(shí)將該振蕩器電感地耦合至這些無(wú)源諧振電路中接近該電感線圈的一個(gè)無(wú)源諧振電路。該無(wú)源諧振電路的諧振頻率的變化隨由該輸送帶的頂側(cè)上的輸送物品施加至該力敏元件上的力的變化而使該振蕩器的頻率從其標(biāo)稱頻率改變。

附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

本發(fā)明的這些特征和方面以及其優(yōu)點(diǎn)在以下說(shuō)明、所附權(quán)利要求書(shū)以及附圖中予以更詳細(xì)的描述，在附圖中：

圖1是體現(xiàn)本發(fā)明的多個(gè)特征的輸送帶的一部分的透視圖；

圖2是使用如圖1中的輸送帶的輸送機(jī)系統(tǒng)的等距視圖；

圖3是圖2的輸送機(jī)系統(tǒng)的一部分的局部剖開(kāi)的平面俯視圖；

圖4是圖3的沿著線4-4截取的輸送機(jī)系統(tǒng)的截面，并且示出了電容式力敏元件；

圖5是圖4的帶部分的視圖，其中施加向下的力以使電容器變形；

圖6是可用于圖2的輸送機(jī)系統(tǒng)中的分布式載荷傳感器系統(tǒng)的框圖；

圖7是如圖6中的載荷傳感器系統(tǒng)的電氣原理圖/框圖；

圖8是圖2的輸送機(jī)系統(tǒng)的俯視示意圖；

圖9A和圖9B是如圖3中的輸送機(jī)系統(tǒng)中的帶部分的截面，示出了在該帶上不存在和存在向下作用力的情況下的另一形式的電容式力敏元件；

圖10A和圖10B是如圖3中的輸送機(jī)系統(tǒng)中的帶部分的截面，示出了在該帶上不存在和存在向下作用力的情況下的電感式力敏線圈；并且

圖11是如圖10B中的截面，其中在向下作用力作用在帶上時(shí)該線圈的芯部改變?cè)摼€圈的電感。

具體實(shí)施方式

圖1中示出了體現(xiàn)本發(fā)明的多個(gè)特征的一種形式的輸送帶的一部分。輸送帶10是由一系列的具有一個(gè)或多個(gè)塑料帶模塊14的行12構(gòu)成的模塊化塑料輸送帶，這些塑料帶模塊通過(guò)鉸接桿16或銷在交錯(cuò)的鉸鏈元件17中端對(duì)端鉸接式連接，從而在相繼的行之間形成鉸接接頭18。這些帶模塊14通常是由諸如聚丙烯、聚乙烯、乙縮醛或復(fù)合聚合物的熱塑性聚合物注塑模制的。將多個(gè)力敏元件20在單獨(dú)位置嵌入輸送帶10中。在種形式中，以橫跨每個(gè)帶行12的寬度的行R和在輸送方向22上沿該帶的長(zhǎng)度的列C構(gòu)成的二維陣列來(lái)安排這些力敏元件。以這種方式，可以將任何單獨(dú)的力敏元件20的位置限定為P_RC，其中R表示行(或帶行，如果每個(gè)帶行僅具有一行力敏元件)，并且C表示從帶的一側(cè)到另一側(cè)的列。對(duì)于給定的帶，該陣列的密度或力敏元件的行和列之間的間隔可以利用對(duì)所輸送物品的尺寸和形狀的先驗(yàn)知識(shí)來(lái)確定。在這種形式中，每個(gè)力敏元件20被安裝在帶10的外部輸送表面24處。這些力敏元件可以由蓋26保護(hù)，該蓋可以是圓頂形的，以形成略高于該帶的輸送表面24的凸起的凸出部，使得所輸送物品的整個(gè)重量由一組蓋承擔(dān)。這些力敏元件具有垂直或法向于輸送表面24的感測(cè)軸線28，以測(cè)量在該帶上的這些力敏元件的位置處法向于輸送表面施加的力。

在圖2中，在稱重系統(tǒng)30中示出輸送帶10。該輸送帶在輸送方向22上沿著上部運(yùn)送路徑32前進(jìn)。環(huán)形帶圍繞安裝在多個(gè)軸36上的驅(qū)動(dòng)和空轉(zhuǎn)鏈輪組34、35呈串(trained)，這些軸的末端被支撐在軸承座38中。聯(lián)接至驅(qū)動(dòng)軸的驅(qū)動(dòng)電機(jī)40使這些驅(qū)動(dòng)鏈輪34旋轉(zhuǎn)，這些驅(qū)動(dòng)鏈輪接合該帶的下側(cè)并且在輸送方向22上沿著上部運(yùn)送路徑32驅(qū)動(dòng)該帶。該帶沿著下部返回路徑42返回。多個(gè)滾輪44在該返回路徑中支撐該帶并且減少最大懸鏈線下垂。

如圖3所示，沿著多個(gè)耐磨條50頂上的運(yùn)送路徑支撐輸送帶10。用于這些力敏元件20的激活電路52被容納在多個(gè)殼體54中，這些殼體的頂表面處于或略低于耐磨條50的頂部的水平高度。這些激活電路52被安排在與輸送帶10中的力敏元件20的列C相對(duì)齊的列中。

圖4中示出了一個(gè)帶行的截面。電容器56被嵌入在塑料帶模塊55中，該電容器具有上板58和下板59。這兩個(gè)板被示出為彼此平行并且在該帶的頂上不存在物品的情況下平行于該帶的頂部輸送表面24。這些板被電連接到電感線圈60的相反兩端，該電感線圈纏繞該帶的底側(cè)25附近的線軸62。該電容器跨電感線圈60的兩端電連接，以形成無(wú)源高Q諧振電路61。外部激活電路52包括振蕩器和激活線圈64，該激活線圈被電感地連接至經(jīng)過(guò)的帶線圈60。這兩個(gè)線圈定位成足夠靠近以將該激活線圈電感地耦合至該帶中的無(wú)源諧振電路。激活線圈60經(jīng)連接以支持殼體54中的多個(gè)電子器件66。

如圖5所示，例如由位于蓋26頂上的所輸送物品的重量產(chǎn)生的向下力F致使電容器56的上板58向下偏轉(zhuǎn)或移動(dòng)。偏轉(zhuǎn)后的上板58和剛性固定下板59之間的間隔S的減小致使電容成正比地增加，因?yàn)殡娙菖c這些板之間的距離成反比。而且由于該上板的移動(dòng)與所施加的力F成正比，該電容與由所支撐的物品施加至蓋26的力成正比。因此，在圖5的示例中，電容器56是力敏元件。電容的任何變化致使由電感線圈60和電容器56形成的無(wú)源L-C電路的諧振頻率變化。該帶中的諧振電路61和外部電路66中的振蕩器一起形成具有位于該帶中的感測(cè)電路部分和位于該帶外部的測(cè)量電路部分的分布式載荷傳感器。

圖9A和9B中示出了另一形式的力敏電容器。在這種形式中，電容器112的板110、111，即由這些板限定的平面，總體上垂直于輸送帶的頂表面24。第一板110可豎直移動(dòng)，而第二板111被剛性地固定在位。當(dāng)沒(méi)有向下力作用在凸出部26上時(shí)，如圖9A所示，這兩個(gè)板110、111在豎直方向上彼此偏置。當(dāng)由所輸送物品的重量施加向下力F時(shí)，如圖9B所示，可移動(dòng)板110向下移動(dòng)114，從而增加這兩個(gè)板之間的面積，并且按比例增加電容并降低該L-C電路的諧振頻率。當(dāng)然，可替代地，這兩個(gè)板可以在不存在力的情況下平行定位而沒(méi)有豎直偏置。在這樣的設(shè)計(jì)中，向下力將推動(dòng)一個(gè)板相對(duì)于另一個(gè)板下降以增大偏置，減小這些板之間的面積，減小電容，并且增加該L-C電路的諧振頻率。與圖4中的電容器56類似，圖9A和9B的電容器112跨電感線圈60連接。

圖10A和10B示出了另一形式的力敏諧振電路。在這種形式中，電感線圈是力敏元件。線圈120被電連接到固定電容電容器122，以形成無(wú)源諧振L-C電路。當(dāng)將向下力F施加至凸出部26時(shí)，線圈120'像彈簧一樣被壓縮，如圖10B所示。該線圈的減小的長(zhǎng)度增加了線圈120'的電感，并且降低了該L-C電路的諧振頻率。使該線圈的截面增大的向下力也將增加線圈120的電感。實(shí)際上，該線圈的幾何形狀的由力引起的其他變化可以影響該線圈的電感和無(wú)源L-C電路的諧振頻率。

圖11示出了替代的力敏線圈124。該線圈的幾何形狀是固定的，但是凸出部26上的向下力F推動(dòng)具有高磁導(dǎo)率的金屬芯部126向下更深入線圈124中。該芯部的增加的穿入深度增加了線圈124的磁導(dǎo)率和電感，并且降低了由該線圈和固定電容器130形成的L-C電路的諧振頻率。可替代地，可以通過(guò)移動(dòng)導(dǎo)電環(huán)以使其更接近或者環(huán)繞該線圈的更多繞組或者移動(dòng)導(dǎo)電板使其更靠近線圈或兩者來(lái)使電感增大。當(dāng)然，可以相對(duì)于該線圈來(lái)安排芯部、板或環(huán)，以在該輸送帶上的使芯部的穿入減小或使該板或環(huán)與該線圈的距離增大的力的影響下，減小電感并且增加諧振頻率。

圖6示出了一種稱重系統(tǒng)的一個(gè)載荷傳感器的框圖。該載荷傳感器包括在帶中形成感測(cè)電路的無(wú)源諧振電路61以及在外部殼體中包括激活線圈的振蕩器68。該輸送帶中的感測(cè)電路可以由嵌入在該帶中的多個(gè)離散電氣部件制成，或者可以使用微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)將該感測(cè)電路制造得更小。該振蕩器被設(shè)定為以接近于該帶中的諧振電路61的諧振頻率的頻率振蕩。當(dāng)該諧振電路在激活線圈附近時(shí)，該線圈(用作天線)將諧振電路61電感地耦合至振蕩器68。諧振電路61與振蕩器68的相互作用根據(jù)該諧振電路的電容變化而改變振蕩器頻率。振蕩器68的頻率由頻率檢測(cè)器70測(cè)量。形成該分布式載荷傳感器的測(cè)量電路的振蕩器和頻率檢測(cè)器70由電源72供電。該振蕩器的頻率變化與電容器56上的向下力成正比。該頻率檢測(cè)器的輸出被轉(zhuǎn)換成重量并且被本地地或遠(yuǎn)程地記錄在數(shù)據(jù)記錄器74中。

圖7中示出了更詳細(xì)的電路圖。無(wú)源諧振電路61包括電容器56和線圈60，該電容器的電容隨所施加的力而變化。線圈60是具有電感L₁的電感器，并且電容器56具有隨所施加的力的變化而變化的電容C₁。該線圈還具有小的串聯(lián)電阻。在該帶中不需要電源。諧振頻率(以赫茲為單位)由f_r＝1/[2π(L₁C₁)^1/2]給定。外部振蕩器68包括具有電感L₂和圖7中未示出的小電阻的激活線圈64。與具有可變電容的微調(diào)電容器77并聯(lián)的具有固定電容的電容器75連接在激活線圈的一端64與接地之間。固定和可變電容器75、77的組合電容是C₂。線圈64的另一端連接到運(yùn)算放大器(op amp)94的非反相輸入端(+)。線圈64和這些電容器76、78的接合點(diǎn)被連接到運(yùn)算放大器94的反相輸入端(-)。通過(guò)將運(yùn)算放大器94的輸出96連接到其非反相輸入端(+)來(lái)施加正反饋，以保持以由f_n＝1/[2π(L₂C₂)^1/2]給出的標(biāo)稱頻率振蕩。微調(diào)電容器77經(jīng)調(diào)節(jié)以將振蕩器標(biāo)稱頻率(即該振蕩器在與該帶中的諧振電路61解除耦合時(shí)的頻率)設(shè)定至接近諧振電路61的諧振頻率f_r的值。

運(yùn)算放大器94單端式運(yùn)行，其上電壓軌處于正電壓V(例如，+5Vdc)并且其下電壓軌接地。在用作具有高輸入阻抗的緩沖放大器的射極跟隨器運(yùn)算放大器100電路中緩沖由振蕩器68產(chǎn)生的正偏壓正弦波形98，以便不對(duì)該振蕩器電路加載。經(jīng)緩沖的振蕩器信號(hào)被施加至頻率計(jì)數(shù)器。可以用模擬和數(shù)字邏輯電路或用微控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)該頻率計(jì)數(shù)器。

在圖7中，由微控制器71實(shí)現(xiàn)該頻率檢測(cè)器。經(jīng)緩沖的振蕩器波形被施加到該微控制器的模擬比較器的負(fù)輸入端AIN1。正輸入端AIN0被連接到形成電源電壓V的可調(diào)分壓器的電位計(jì)102的游標(biāo)臂。每當(dāng)比較器負(fù)輸入端AIN1處的振蕩器波形的幅值超過(guò)由該電位器設(shè)定的比較器正輸入端AIN0處的閾值電壓時(shí)，該微控制器中就產(chǎn)生中斷。由固件例程服務(wù)所述中斷，該固件例程使對(duì)該振蕩器波形的周期數(shù)計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器增加增量。預(yù)定時(shí)間間隔中的總周期計(jì)數(shù)與振蕩器頻率成正比。在下一間隔開(kāi)始時(shí)周期計(jì)數(shù)被重置為零。因此，在該示例中，頻率檢測(cè)器被實(shí)現(xiàn)為頻率計(jì)數(shù)器。但是可以使用其他檢測(cè)頻率的方法。例如，該微控制器可以是能夠?qū)φ袷幤鞑ㄐ螆?zhí)行快速傅里葉變換(FFT)或快速哈特利變換(FHT)算法以提取其頻率的數(shù)字信號(hào)處理(DSP)裝置。在這種情況下，該頻率檢測(cè)器被實(shí)現(xiàn)為頻譜分析儀。

當(dāng)該帶中的諧振電路61遠(yuǎn)離振蕩器68時(shí)，振蕩器的標(biāo)稱頻率f_n不受該諧振電路的影響。當(dāng)該帶前進(jìn)并且諧振電路61接近振蕩器68時(shí)，這兩個(gè)電路之間的相互作用增加。振蕩器的頻率從其標(biāo)稱頻率f_n變化。該頻率檢測(cè)器檢測(cè)頻率的變化。當(dāng)如上所述在微控制器中將頻率檢測(cè)器實(shí)現(xiàn)為頻率計(jì)數(shù)器時(shí)，預(yù)定間隔中的周期計(jì)數(shù)是作用在該帶中的電容器56上的力的度量。由于頻率也是隨帶線圈60至振蕩器線圈64的接近度的變化而變化，微控制器例程報(bào)告頻率從標(biāo)稱值的最大變化作為施加至帶電容器56的力的最佳度量。該微控制器將該周期計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)換成重量值。微控制器71可以被連接到包括輸出顯示器104和手動(dòng)輸入設(shè)備(例如鍵盤(pán)106)的用戶接口。還可以將微控制器71連同其他激活單元中的微控制器直接或無(wú)線地連接到主控制器108。

如圖1中的視覺(jué)系統(tǒng)包括支撐在運(yùn)送路徑32上方的相機(jī)76或其他光學(xué)檢測(cè)器，以觀察輸送表面的一部分。來(lái)自相機(jī)的光學(xué)信號(hào)107被發(fā)送到主控制器108。該主控制器執(zhí)行圖案識(shí)別過(guò)程以根據(jù)這些光學(xué)信號(hào)確定該帶上輸送的多個(gè)單獨(dú)物品的足跡。通過(guò)相對(duì)于該帶上的點(diǎn)(例如帶模塊拐角78)的載荷傳感器陣列幾何形狀的先驗(yàn)知識(shí)，該視覺(jué)系統(tǒng)可以相對(duì)地確定單獨(dú)物品的足記下方的一組載荷傳感器。例如，在如圖8所示，在輸送表面24的所述部分中，物品B覆在覆蓋兩列C和五行R的十個(gè)載荷傳感器的上面。例如，視覺(jué)系統(tǒng)可以使用一些或所有帶行上的可光學(xué)檢測(cè)的標(biāo)記80來(lái)絕對(duì)地標(biāo)識(shí)物品B覆蓋哪十個(gè)載荷傳感器。在該示例中，該視覺(jué)系統(tǒng)讀取標(biāo)記，該標(biāo)記可以被編碼或僅僅是指示其位于該帶的行10上的數(shù)字10。通過(guò)陣列幾何形狀的先驗(yàn)知識(shí)和物品B相對(duì)于行10的足記，該視覺(jué)系統(tǒng)可以標(biāo)識(shí)該物品下方的這十個(gè)電容器。該視覺(jué)系統(tǒng)然后可以執(zhí)行稱重過(guò)程81，該稱重過(guò)程組合在絕對(duì)位置P_RC＝{(R，C)}＝{(11，2)；(11，3)；(12，2)；(12，3)；(13，2)；(13，3)；(14，2)；(14，3)；(15，2)；(15，3)}處的這些電容器的測(cè)量值來(lái)計(jì)算物品B的重量。這些載荷傳感器測(cè)量值可以例如通過(guò)對(duì)這些單獨(dú)的載荷傳感器的測(cè)量值求和來(lái)組合，以計(jì)算與下面的物品的重量相等或成正比的值。每個(gè)物品都標(biāo)記有該視覺(jué)系統(tǒng)中的讀取器可以解釋的標(biāo)識(shí)記號(hào)82，諸如條形碼。以這種方式，所計(jì)算的重量可以與特定的單獨(dú)物品相關(guān)聯(lián)。而且，由于該視覺(jué)系統(tǒng)觀察該帶的整個(gè)寬度，這些物品不必被單行地安排在運(yùn)行路徑中的靜態(tài)稱重站上。此外，該帶中的諧振電路陣列允許在不停止帶的情況下測(cè)量重量。可以使用該視覺(jué)系統(tǒng)的視頻顯示器來(lái)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)操作狀況和設(shè)定或者多個(gè)單獨(dú)物品的重量。控制器108可以是可編程邏輯控制器、膝上型計(jì)算機(jī)、臺(tái)式計(jì)算機(jī)或能夠執(zhí)行所描述的過(guò)程的任何適當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)設(shè)備。

該視覺(jué)系統(tǒng)可以使用其他手段來(lái)將重量指定給多個(gè)單獨(dú)物品。例如，可以在輸送表面24或載荷傳感器蓋26上標(biāo)記這些電容器中每一個(gè)的位置。所述標(biāo)記可以明確地標(biāo)識(shí)每個(gè)載荷傳感器，或者可以僅是一般位置標(biāo)記，例如這些電容器的每一個(gè)或預(yù)定子集上的點(diǎn)88(圖1)。如果標(biāo)記了所有電容器位置，則該視覺(jué)系統(tǒng)將不需要陣列布局的先驗(yàn)知識(shí)。作為另一示例，可替代地，該視覺(jué)系統(tǒng)可以選擇在關(guān)于物品足記的放大區(qū)域90(圖8)中的所有電容器，并且對(duì)它們的測(cè)量值求和。不在物品D下方的電容器將產(chǎn)生為零的測(cè)量值，這將不增加重量。這確保了整個(gè)物品被正確地稱重。當(dāng)然，如果另一個(gè)物品臨近，則必須仔細(xì)地選擇放大區(qū)域，以便不包含附近的物品。

如果這些物品是足夠分開(kāi)的，使得沒(méi)有兩個(gè)物品位于相同或相鄰電容器的頂上，則可以通過(guò)對(duì)連續(xù)的讀取非零的載荷傳感器的載荷傳感器的測(cè)量值求和來(lái)確定每個(gè)物品的重量。

盡管已經(jīng)參考一些示例性形式來(lái)詳細(xì)描述了本稱重系統(tǒng)，但是還可以有其他形式。例如，該輸送帶不需要是模塊化塑料輸送帶。例如，該輸送帶可以是平帶或板條輸送機(jī)。作為另一個(gè)示例，該視覺(jué)系統(tǒng)可以使用除了所描述的之外的視覺(jué)算法和位于該帶上的可檢測(cè)標(biāo)記來(lái)標(biāo)識(shí)多個(gè)單獨(dú)物品和它們下面的載荷傳感器。這樣，如這幾個(gè)實(shí)例提議的，權(quán)利要求的范圍不意味著限于示例性形式的這些細(xì)節(jié)。