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称重方案的总体设计 

3.1 目前常用的称重方法 

    近几年，我国电子技术迅速发展，在工业、车辆、食品领域应用非常广泛并且相关称重技术也有了很大提高。而国内常用的称重方法主要有以下几种[31-34]： 

    （1）定量动态称重 

    zui初，在线称重装置没有研发成功之前，生产线上称量都是靠人工来完成， 没有自动化生产过程，这种方法很难满足生产要求，大大降低企业生产效率，随着定量动态称重方法的研究，逐渐改善了称量过程，提高企业效益。 

    定量动态称重方法主要应用于流水线生产，在线检测流水线上物品的重量是否达到定量值，被检测物品在传送带上运输，在传送带上末端装有称重装置，这个称重装置主要是通过称重传感器来感应重量信号，当被检测物品经传送带运输到此位置时，称重传感器就将感应到的重量信号传输到计算机设备中并存储起来， 这样就完成了称重过程，结构简图如图3-1 所示。 

称重部分主要由称重传感器，a/d 转换器，输入输出装置，秤体等组成，由于称重传感器所感应的重量信号较弱，若直接传输出来，计算机就很难准确记录称重结果，所以在称重部分会加上放大电路和滤波电路，这样就可以准确记录下称重结果，模型如图3-2 所示。 

    在实际生产过程中，定量动态称重的时间短，可理想化为施加了一个斜坡信号，定量动态称重要考虑实际工作效率，而不是像传统的称重方法那样等到被测对象处于静止状态再进行测量，所以我们将被称量对象的输入看成是下个斜坡信号，易于分析计算，使运算速度更快。 

    （2）起吊货物动态称重方法 

    目前，随着我国经济发展，进出口货物逐渐增加，为了提高装载效率，往往要求在吊起货物的同时进行称量，但称量结果会受到外界因素影响。现在常用的方法的是利用单摆原理，将一个已知重量的物体同被测重物一起摆动，利用这个重物来消除离心力作用，从而可以得到被测重物的重量。 

动态称重方法的称量原理：被测重物被提升后，吊秤所称量的重量并不是被测重物本身的重量，因为提升过程中要受到离心力，风力等因素的作用，为方便分析计算，理想认为，在起吊过程中顶端始终保持静止不动，这样摆动过程就可以看作为一个单摆运动，模型如图3-4 所示。 

经分析计算可得出计算公式： 

其中，φm指得是zui大摆角。f

    在上述公式中，会因以下几个因素而产生误差： 

    （a）重力、风力对这种称重方法会产生一定误差，但较摆动所产生的误差， 重力和风力所产生的误差会小很多，反而标准物和被测物的相互作用会产生很大的误差。 

    （b）这种称重方法是建立在将系统看成是一个单摆运动，由上述运动模型图可知l1 和l2 长度不同时，其摆动周期也会不同，这样在摆动过程中就可能会发生碰撞，这时候相互影响比较大，会使称重结果产生较大误差。 

    在实际称量过程中，还应注意以下几个问题： 

    （a）应根据称量情况选择称重传感器，比如起吊的吨位、环境要求和称量精度，并且所选择的称重传感器应具有测量范围宽、工作稳定、输出线性好、精度高等特点。由于称重传感器输出的信号很小，使得直接接收比较困难，必须要加入一个信号放大回路，要求精度高、抗干扰能力强，另外用于检测被测重物的测量放大器的增益应该是可调节。 

    （b）单片机和a/d转换器应根据具体精度要求来进行选择，常用的是8位、10位或16位，同时还要求能够很好的与称重传感器相配合。软件设计方面，主要是采用模块化结构，由主程序、中断程序组成；而硬件方面，主要是单片机接口回路、放大回路和a/d转换回路。 

    （3）黏性食品动态称重 

    在动态称重领域，黏性食品的称重一直是一个难以解决的问题，尤其现在自动化生产过程中，黏性食品的计量准确度是制约一个企业生产的关键因素，虽然目前我国已实现动态称重，但黏性食品在称重过程中会黏结成块，这样就会影响称重精度，大大降低了企业生产效率。 

    目前应用比较广泛的就是将称重过程分为2个部分：一个部分是粗称，另一个部分是细称，粗称可以保证称重速度，细称可以保证称重精度，这样一来又会产生新的问题，在保证称重速度的时候称重精度难以保证，在保证称重精度的时候称重速度难以提高，并且在细称时黏性食品黏结成块会影响称重精度。 

    针对黏性食品，可以对进料装置进行改进，目前企业使用较为广泛的进料装置是通过双管螺旋体旋转带动黏性食品前进，这样可保证黏性食品在输送过程中不会黏结成块，从而可以均匀连续的送到下一环节，这种机构的特别之处在于双管分为一粗一细，一开始双管通时进料，这样可以快速的接近包装定量值，当要达到包装定量值时，大管停止进料，改为细管单独进料，然后慢慢达到定量值，同时在软件、硬件方面都进行改进，如称重传感器，放大器回路，滤波电路等。 

    采用双管进料机构，先快后慢的下料方式，zui终达到包装定量值，整个称重过程为：将被测黏性食品送到进料装置，双管螺旋进料，然后达到包装定量值。在黏性食品进入称量机构称重时，先对其进行搅拌，以减少黏连，在称理机构中装有输出信号装置，当接近包装定量值时，信号输出，经放大电路、a/d转换器、滤波电路处理后送入单片机中，由单片机控制后续动作完成。 

3.2 组合分拣称重方案描述 

    近几年，我国动态称重技术已有了快速的发展，同时促进我国经济发展，使企业实现了自动化生产，大大提高企业生产效率。 

    目前，随着生活节奏不断加快，冷冻水产品的需加量逐渐增加，使我国冷冻水产品加工行业迅速发展，成为了一个ji具竞争力的行业，一些水产品加工技术已经达到世界先jin水平。现在国内冷冻水产品产量逐年增加，日常生活中人们对冷冻水产品的需求也逐渐增加，这样就促进了国内冷冻食品加工技术的快速发展，但是国内在冷冻水产品加工这一方面还需要很大改进，主要是技术相对不成熟，不能实现自动化和机械化生产，主要还是以粗加工为主，要在这一方面快速发展，还需实现智能化生产。 

    冷冻食品是指以一种或一种以上食品品为主原料，经预处理、速冻、包装等工序加工而成的食品，对于冷冻水产品的加工、运输和储存等环节都有着相应的规定和要求，否则ji易出现水产品的质量问题[35-36]。因冷冻水产品的加工工艺原因，冷冻水产品加工后成为形状非规则、质量不均匀的颗粒状，这就使企业难以实现定量包装冷冻水产品，在我国企业针对冷冻水产品的定量包装还没有实现自动化，主要还是靠人工操作来完成这一过程，这样就大大降低了企业生产效率，也使企业难以迅速发展，而国外已广泛采用并联、串联机械手来实现冷冻水产品生产线上的分流、分类、分拣等作业，针对上述问题，通过对冷冻水产品加工拣选方法分析的基础上，提出适合形状非规则和重量不均匀的冷冻水产品加工分拣方法，只需进行一次称重分拣即可满足加工拣选要求，这种称重法方法简单，成本降低，生产节拍缩短，可降低劳动强度，提高生产效率，为冷冻水产品连续加工分拣，实现机械化、自动化提供可行方案。 

新称重方案过程如下：冷冻水产品加工完成后，经传送带输送到称重区，传统的方式就是工人从加工好的样品中随机抽取放在台秤上称重，达到定量标准后就进行后续包装工艺，若少于标准或者超出标准都需要重新抽取其他加工样本来替换台秤上的样品，如此不断重复，直到台秤上样品达到定量包装要求。而新称重方案在此进行改善，假设每次都随机抽取15个样品包装为一袋，单个样品重量为50g，虽然单个冷冻水产品质量是不均匀的，但不会偏离标准重量太多，若相差太多可视为废品，重新进行加工，工人在对样品称重时，随机抽取5个样品为一组进行称重，这样所得到的称重结果只有三种情况，即大于250g、等于250g和小于250g，然后按称重结果将它们分为三个组别，分别为组别1、组别2和组别3，要保证5个样品为一组归类，接着再重复上述过程2次，当上述过程完成以后，分别从大于250g、等于250g 和小于250g 类别中按1:3:1 的比例抽取组合，zui终结果会很接近定量包装值1250g，从而满足包装要求，方案流程图如图3-5 所示[37-38]。 

3.3 本章小结 

本章首先介绍了目前常用的一些称重方法，着重介绍了这些方法的称重原理、实现过程和影响因素，然后针对形状非规则、重量不均匀的冷冻水产品提出了新称重方案并描述整个称重流程。