用于处理片状材料的多段称重装置和方法

摘要

本发明涉及一种用于处理片状材料的多段称重装置和方法，更具体地说，涉及一种用于测量沿处理路径馈送的物件重量的称重装置和方法。该称重装置包括多段，即，适于称重第一结构的物件重量的初级称量段，以及适于与初级称量段合作来称重第二结构的物件的至少一个次级称量段。第二结构的物件至少在一维尺度或方向上大于第一结构的物件。由于物件沿着处理路径被馈送，所以，提供传送带或运输装置将物件馈送到称量段。该传送带可以被控制成瞬时地将物件暂停在各个称量段上以获得精确的重量测量。称重装置特别适用于邮件收发机中以计算邮资邮戳值。

说明书

技术领域

本发明涉及用于称重的装置，具体来说，涉及新颖和有效的、用于称量物件重量同时使板片传输/处理装置处理过的物件产量得到优化的装置。

背景技术

各种加工装置采用称重工位来处理相对较薄的板片材料。本文中，板片材料可包括邮寄信封、纸片或纸板、纸幅材料、织物、复合层叠物等。一种如此的装置是处理邮寄信封(即，片状材料)的邮件收发机，以便根据邮件重量敲上邮资邮戳。

邮件收发机执行各种操作，包括馈送、折叠、插入内容材料、密封、称重和打印(即，在信封上打印地址信息和邮资邮戳)。一般来说，这些步骤由特殊操作专用的各种处理工位顺序地进行，即，连续地进行。这些处理步骤中重要的是邮件的称重，以及根据邮件重量印刷邮资邮戳。这就是说，由于历史上邮资一直依据于邮件的重量，所以，大多数传统邮件收发机至少包括称重和印刷工位来执行这些功能。

邮件收发机的效率通常用每单位时间内处理的邮件数量(即，诸如10#信封那样传统大小的邮件)来衡量。例如，根据邮件作业复杂性，现代邮件收发机一般每分钟能处理100至130件邮件。例如，如果邮件重量已知，那么，邮件称重的要求就可去除，因此，可以快速地处理邮件，例如，每分钟处理260件邮件。然而，如果每一邮件必须称重，则处理就慢得多，例如，速度为每分钟130件。

处理速度还受到邮件之间要求的间距和一个邮件独立于另一邮件移动的能力的影响。就邮件之间的间距而言，应该认识到，邮件间距递增12英寸(12”)，处理时间就比递增6英寸(6”)要长得多。尽管希望将信封之间的间距减到最小，但各种处理工位要求的空间关系和尺寸要求给设计带来很大的限制，这些限制趋于增加所需的间距。

例如，在图1a和1b中，分别显示了现有技术邮件收发机100的外形图和平面图，该邮件收发机包括馈送工位102、密封工位104、称重工位106和印刷工位108。各种工位102、104、106、108适于处理各种邮件110，其规格范围如下：(i)明信片大小规格(3.5英寸×5英寸)，(ii)传统的10#信封，可放标准的C或Z折叠的信纸材料的规格，以及(iii)更大的平板型信封，可装标准的展开片状材料。因此，称重工位106的台面106D构造成有足够大的跨度来容纳两种信封类型。

此外，有些工位，诸如密封工位104，不便于/允许信封在任何要求的部位处间歇地暂停，而要求邮件110做到：(i)定位在该工位前，即，排队等待下游工位的处理，或(ii)完全被该工位处理。例如，弄湿涂敷器或喷嘴104A(清晰地示于图1b中)不工作地位于邮件110封口折页(未示出)之上对于密封操作是有害的。因此，必须控制邮件110沿处理路径PPH的运输，在开始密封操作之前，即，在密封工位104处，要等待称重操作的完成。

此外，尽管可以要求组合邮件收发机的诸结构元件，以便(i)执行双重功能，以及(ii)减少要组装/维护零件的数量，但这些表面上看来增效结构组合仍可限制处理的产量。这种情况在如下情形中尤其如此，即结合传送带和滚轮的使用来沿处理路径PPH运输邮件110。例如，在图1a中，单个上皮带112跨越称重和印刷工位106、108的台面106D、108D而横贯两个工位106、108运输邮件110。尽管单个皮带112提供横贯两个工位106、108运输邮件110的驱动力(即，节约部件、组装和维护成本)，但两个工位的运输功能一体地连接在一起，而不考虑工位106、108中一个或另一个所达到的处理速度。这就是说，上游邮件110A直到印刷工位108完成下游邮件110B的处理之后才能由称重工位106进行称重，反之亦然。

最后，还将认识到，除了称重工位106的台面106D跨越足够的长度来容纳各种邮件的结构之外，台面106D还跨越印刷工位108的长度。这样，单一的结构平台制造/加工起来降低制造成本。虽然这种匹配能使邮件间距更加靠近，但它通过增加称重邮件所需的时间而降低了产量。具体来说，称重邮件110所需的时间是“停留时间”的函数，或是工位台面106D减缓引入邮件110而引起的振动所需时间的函数。这就是说，只有当邮件110引起的振动(即，每次邮件加载和从台面110D移去时)减缓到阈值(即，幅值)之下时，才可获得重量的精确读数。

由于称重工位振动幅值是弹簧/质量系统总质量(即，包括邮件110、台面106D、滚轮106R和上皮带112)的函数，所以，任何附加的或不必要的质量都将延长停留时间，由此，延长获得精确重量测量所需的时间。因此，改变称重工位106以包括单一拉长的皮带112或台面106D，除了影响邮件收发机100的处理产量，还会不利地影响到称重邮件110的时间。

发明内容

因此，需要有一种提高产量同时又灵活地适应变化尺寸和形状的各种邮件的邮件收发机。

提供一种称重装置和方法来测量沿处理路径馈送的物件重量。该称重装置包括多段，即，适于称重第一结构物件重量的初级称量段，以及适于与初级称量段合作来称重第二结构物件的至少一个次级称量段。第二结构的物件至少在一维尺度或方向上大于第一结构的物件。由于物件沿着处理路径被馈送，所以，提供传送带或运输装置将物件馈送到称量段。该传送带可以被控制成瞬时地将物件暂停在各个称量段上以获得精确的重量测量。

附图说明

附图示出本发明目前的优选实施例，它们连同以上的概括描述和下面给出的详细描述一起用来解释本发明的原理。如全部的附图所示，相同的附图标记表示相同的或对应的零件。

图1a是现有技术的邮件收发机的局部剖切的截面图，其包括馈送、密封、称重和印刷工位。

图1b是现有技术的邮件收发机的俯视图，显示邮件之间的空间关系以及这种间距对邮件处理产量的影响。

图2是根据本发明的包括多段称重装置的邮件收发机的局部剖切的截面图。

图3是根据本发明的多段称重装置的放大外形图，其包括初级和次级称量段。

图4a是多段称重装置的俯视图，其中，初级称量段称重第一结构的邮件，而第二称量段承载下一邮件准备让初级称量段进行称重。

图4b是多段称重装置的俯视图，其中，初级和次级称量段合作联合地称重第二结构的较大的邮件。

图5a和5b示出多段称重装置的另一替代实施例，其中，次级称量段的台面邻近于初级称量段的两侧上。

图6a和6b示出多段称重装置的另一替代实施例，其中，次级称量段的台面部分地围绕初级称量段的三侧上。

图7a和7b示出多段称重装置的另一替代实施例，该多段称重装置具有一初级称量段和一对次级称量段，其中，次级称量段之一设置在初级称量段后面，而次级称量段之另一个沿初级称量段的侧边设置。

图8a和8b分别为邮件收发机的外形图和平面图，其中，分段的称重装置显示为处于第一操作模式中，用来处理传统的10#邮寄信封。

图9a和9b分别为邮件收发机的外形图和平面图，其中，分段的称重装置显示为处于第二操作模式中，用来处理较大的平型邮寄信封。

图10a显示现有技术称重装置的共振响应，其中，在记录精确重量测量值之前，在停留时间内使振动减缓。

图10b显示根据本发明的多段称重装置的共振响应，其中，由于各个称量段质量减小，在缩短的停留时间内使振动减缓。

具体实施方式

本发明的用于处理片状材料的称重装置和方法在诸如DM800、DM900和DM1000型号的邮件收发机中予以描述，上述型号邮件收发机由位于美国康涅狄格州斯坦福德(Stamford)市的皮特尼鲍斯股份有限公司(Pitney Bowes Inc.)生产，但本发明也可用于任何片状材料处理装置、邮件插入和/或邮资装置中，其中，片状材料不管是邮件、纸、卡片纸料、层叠物还是建造材料都是有待进一步处理的weighed-on-the-(“weighed-on-the-way”是美国康涅狄格州斯坦福德市的皮特尼鲍斯股份有限公司的注册商标)。称重片状材料的必要性是确定片材如何进行后续处理。例如，在邮件收发机中，信封的重量确定了为邮资/邮递目的印刷的邮戳价值。在其它板片处理设备中，物件的重量可确定需采用何种切割刀片来切割/剪切板片材料，或确定材料将跟从哪种处理路径，即，称重装置下游的路径。

在本发明最广义的意义上，提供称重装置是为了测量沿处理路径馈送的物件重量。称重装置包括多段，即，适于称重第一结构物件的初级称量段，以及至少一个适于与初级称量段合作而称重第二结构物件的次级称量段。一般来说，第二结构的物件至少在一维尺度或方向上大于第一结构的物件。由于物件沿着处理路径馈送，所以，提供传送带或运输装置将物件馈送到称量段。传送带可以被控制成在每个称量段上瞬时地暂停物件以便获得精确的重量测量值。

在图2中，邮件收发机8包括根据本发明技术的称重装置10(也称之为“重量测量装置”)。在详细讨论称重装置10之前，先简要地描述一下邮件收发机8，包括其上游和下游元件。邮件收发机8包括馈送机组件12，其具有分拣机部分14和密封模块16，用来沿馈送路径(下文中将称之为“处理路径”)处理邮件。本文中“处理路径”是指引导片状材料作处理的经过路径，不管片状材料是支承在光滑的台面上还是通过滚轮、辊隙或皮带。分拣机部分14接受堆叠的邮件20S，从堆叠20S中分拣/分离出最下面的邮件。当邮件20沿着处理路径被驱送时，最下面的邮件20被挤压通过一对皮带14a、14b，在横截面中，该对皮带形成浅的V形结构。在由皮带14a、14b形成的顶点处，一小间隙能使单一邮件20通过或从邮件堆叠20S中分离出来。

单一的邮件20然后通过弄湿/密封模块16，其中，叶片18将邮件下方的折页(未示出)引导到弄湿涂敷器/喷嘴22(根据弄湿/密封模块类型而定)。当每一邮件20的折页通过涂敷器或喷嘴22时，水溶液(包括水和杀菌剂)弄湿折页封口剂(也未示出)以激活装在其中的粘结剂。此后，邮件20通过一对关闭辊24之间以使折页密封到邮件信封的本体上。尽管关闭辊24显示为就在弄湿涂敷器22之后，但关闭辊也可设置在下游的任何位置。由于折页封口剂被薄层的溶液激活，即，由于邮件20通过涂敷器/喷嘴22，所以，通常不希望折页与涂敷器/喷嘴22保持接触的时间超过涂敷薄层所需的时间。因此，如果邮件20必须瞬时暂停来执行某一特定操作，则系统处理器26将邮件20定位在紧接涂敷器/喷嘴22的上游或下游，所述系统处理器26控制着邮件收发机8的各种运输功能。这样，可避免折页封口剂与弄湿/密封模块16的水溶液接触。

邮件20然后传送到称重装置10来测量邮递重量。这就是说，由于邮递的成本基本上依据于邮件重量，所以，称重装置10的功能是在邮件连续地通过处理路径时快速和精确地测量邮件重量。根据邮件结构，例如，10#平板型邮件将放置在称重装置10的台面10D上。横贯称重装置加速和减速邮件产生的振动有必要使装置“停下来”或达到一定的稳定阈值水平，然后才能产生或记录重量测量信号。系统处理器24响应于重量信号10S并计算邮资所需的邮戳值。

此后，邮件20运输到印刷工位30，那里，邮件20被向上推压在压盘上，确保一平面提供给印刷。除了使用其它的符号，例如，一维或二维的条形码、行星码或地址信息，延伸通过压盘的印刷头32还可将邮资邮戳印刷在信封上。

图3、4a和4b示出根据本发明的称重装置10的放大的外形图和平面图。称重装置10包括多段称量段40、42，其中包括初级称量段40、次级称量段42和将邮件20运输到称量段40、42的传送带装置44。在所述实施例中，初级称量段40适于称重第一结构的邮件20-1(见图4a)，而次级称量段42适于与初级称量段40合作来称重第二结构的邮件20-2(见图4b)。此外，传送带装置44包括第一和第二皮带驱动组件46a、46b，它们分别与初级和次级称量段40、42相关联。这些皮带驱动组件46a、46b可以独立地或一致地被驱动，根据称重装置10的操作模式而定。因此，邮件20-1、20-2可独立地移动通过个别的称量段40、42，或一致地移动通过称量段40、42。此外，皮带驱动组件46a、46b形成驱动表面，它们基本上共面以便将邮件顺利地从一个称量段42驱动到另一称量段40。

在讨论本发明称重装置10的各种操作模式之前，先简要地描述一下称量段40、42。由于每个称量段40、42基本上相同，只是相应的台面40D、42D的大小和/或几何形状不同，所以，应该认识到，下面对初级称量段40的描述同样有效和适用于次级称量段42。因此，为了描述简明起见，初级称量段40将作详细描述，而对于次级称量段42通常只局限于其相对于初级称量段40的空间和几何关系。

初级称量段40包括大致平面的运输台面40D，其沿着邮件收发机8的处理路径PPH设置。台面40D安装成支承围绕多个弹簧偏置的滚轮50的结构(未示出)，多个滚轮50向上延伸通过台面40D内的狭缝形开口。多个臂52可枢转地安装在连接底板54上，它们支承着滚轮50。底板54安装在结构/系统56上并被其支承，所述结构56可测量重力引起的挠曲。例如，测压元件可插入在连接底板54和邮件收发机8的静止的结构外壳58之间。或者，悬臂弹簧60可附连在底板54和外壳58的每端部处，而应变片(未示出)可设置在悬臂弹簧60的面或表面上。

沿着处理路径PPH被传送带装置44传输的邮件在以下情况下被减速和加速：(i)它们定位在台面40D上，(ii)瞬时地保持(即，直到可进行称重测量为止)，以及(iii)再次朝向下游传输到印刷工位(图3中未示出)。由于这些运动包括振动，所以称量段40、42必须等待“暂停时间”以确保可获得精确的重量测量信号并被系统处理器26处理。当振动被减缓到某一阈值水平时，测压元件或应变片(无论采用何种称重传感器)可测量到连接底板的挠曲，并由系统处理器26作出解译。

初级和次级称量段40、42的运输台面40D和42D基本上是共面的，但弹簧偏置的滚轮50能具有一定的斜度/顺从度来适应邮件之间的厚度变化。尽管台面40D、42D基本上是矩形并布置成一前一后，但台面40D和42D也可具有其它的几何形，或布置成各种空间关系。例如，在图5a和5b中，次级称量段42’的台面42D’可以沿初级称量段的两侧S1、S2邻近于初级称量段40’的台面40D’。初级称量段40’的台面40D’的大小可容纳第一结构的邮件20-1，例如，10#信封(见图5a)，而与初级和次级称量段40’、42’相关的组合台面40D’、42D’的尺寸适于支承第二结构的较大的邮件20-2，例如，多个10#信封。在图6a和6b所示的另一实例中，次级称量段42”的台面42D”可沿着初级称量段40’的三个侧边S1、S2和S3局部地围绕初级称量段40”的台面40D”。在图6a中，传统信件规格的信封20-1的外围被初级称量段40”的台面40D”界围。在图6b中，较大平板型信封20-2被容纳在与初级和次级称量段40”、42”相关的组合台面40D”、42D”(示于图6b中)的尺寸内。

在图7a和7b所示的本发明还有另一实施例中，三个台面40D-1、42D-1和42D-2分别与多个称量段40-1、42-1和42-2相关联。具体来说，本发明的称重装置包括一个初级称量段40-1和一对次级称量段42-1、42-2，其中一个次级称量段42-1沿着初级称量段40-1的第一侧S1设置，而另一个次级称量段42-2沿着初级称量段40-1的第二侧S2设置。

在邮件收发机8中，本发明的称重装置10在至少两个操作模式中的一个模式中称重邮件20-1、20-2。这些操作模式提高生产率，同时能灵活地称重变化的尺寸或形状的物件。图8a和8b显示第一操作模式中的邮件20-1a、20-1b、20-1c、20-1d的流动和间距。在此操作模式中，第一结构/尺寸的邮件20-1a、20-1b、20-1c、20-1d(即，它们使用10#规格信封)紧相邻以达到高的生产率，即，每分钟超过240个邮件。在该操作模式中，初级称量段40称重沿处理路径PPH走过的每个邮件20-1a、20-1b、20-1c、20-1d。同时，正由初级称量段40进行称重的邮件20-1a上游的紧跟邮件20-1b放置在次级称量段42的台面42D上。因此，在此操作模式中，次级称量段42和其相关的驱动组件46b仅起到堆叠/准备下一邮件20-1b的能力，以备作称重测量和印刷邮资邮戳。为了完成邮件处理，初级称量段40的偏转被系统处理器26发送、测量和转换成称重信号10S。称重信号10S又用来计算邮递员投递所需的邮资费用。邮资邮戳和其它印刷的事情/符号(即，目的地、返回地址和条形码符号等)在印刷工位30内进行印刷。

在第一操作模式中，尽管次级称量段42在其测量邮件20-1a、20-1b、20-1c、20-1d重量的能力方面基本上不起作用，但其放置邮件20-1a、20-1b、20-1c、20-1d的能力大大地减小了处理的邮件20-1a、20-1b、20-1c、20-1d之间的间距X，从而大大地提高了生产率。即，由于邮件20-1b可以紧邻前面的或下游的邮件20-1a放置在次级称量段42的台面42D上，所以，另外的邮件20-1b可插在弄湿/密封工位16和初级称量段40之间。这样，通过沿处理路径PPH增加处理邮件的数量，从3个增加到4个(同时保持运输速度不变)，可以显著地提高产量，例如，提高33％。

在图9a和9b所示的第二操作模式中，初级和次级称量段40、42合作来称重较大规格或不同结构的邮件20-2a、20-2b、20-2c。在此操作模式中，第二结构的邮件20-2a、20-2b、20-2c(例如，使用大的平板型信封)优化地间距开，然而，由于必须容纳下较大规格的邮件信封，降低了获得高效率的机会。这就是说，虽然初级称量段40可优化尺寸用于第一操作模式中，即，容纳下特殊规格/结构的邮件信封，但次级称量段42必须足够大来容纳下具有多种规格的邮件信封。换句话说，尽管为了单一规格的邮件信封基本上可以优化其中一个称量段，但组合台面40D、42D的大小必须足够大来容纳各种结构。其结果，使邮件间距开而不干扰其它处理工位(即，弄湿/密封和印刷工位)的能力大大地降低。

除了从邮件之间有利的空间关系得出的益处之外，多段称重装置10减少了精确测量重量所需的暂停周期或时间。在本发明的背景技术中，可以回想起处理各种规格的邮件需要有一个大的运输台面，这在弹簧-质量振动系统中产生大的材料质量。还可以回想到，作为弹簧-质量系统的共振频率和幅值函数的暂停时间随着材料质量的增加而延长。图10a示出现有技术称重装置的共振响应，其中，振动V在暂停时间T₁内减缓，然后可以记录精确的称重值。即，只有当振动V的幅值减小到阈值水平TA，邮件收发机8的系统处理器26才可读取测量值和计算邮件重量。在图10b中，示出多段称重装置10的共振响应，其中，由于每个称量段40、42的质量减小，振动V在缩短的暂停时间T₂内减缓。即，振动V的幅值减小到阈值水平TA所需的时间T₂减小，这样，T₂基本上小于T₁。此外，记录称重值所需时间减少，这也减少了物件/邮件必须在运输台面40D、42D上保持静止的时间。其结果，增加了处理时间或产量。

由于处理板片材料的方法在以上本发明称重装置10的讨论中作了很大程度的描述，所以，为了理解作为本发明方法精华的这些步骤，现将简要地总结本方法。在最广义的意义上，处理板片材料的方法包括以下步骤：(i)在初级称量段40上称重第一结构的邮件20-1，(ii)在初级和次级称量段40、42上称重第二结构的邮件20-2，以使称量段40、42合作来称重第二结构的邮件20-2，以及(iii)沿着处理路径PPH将第一和第二结构的邮件20-1、20-2传送到对应的称量段，根据要称重邮件的类型而定。

根据板片处理装置或邮件收发机8的操作模式，系统处理器26控制传送邮件20-1、20-2的步骤。这些步骤在一种操作模式中包括：将第一结构的邮件20-1放置在次级称量段42上，并将物件从次级称量段42传送到初级称量段40进行称重。在另一种模式中，该方法包括如下步骤：将第二结构的邮件20-2定位在初级和次级称量段40、42上，由称量段40、42联合地进行称重。尽管本发明的称重装置10显示为具有上游称量段(即，称量段42)，其在第一操作模式中放置物件/邮件，并在第二操作模式中称重较大的物件/邮件，但本发明的称晕装置10可适用这样的情况：称量段40、42中的任一个，(即，上游或下游的称量段)可称重和/或放置物件/邮件。这就是说，例如，在第一种操作模式中，上游称量段可用来称重具有第一结构的邮件，而下游称量段放置印刷工位30之前的邮件。同样地，在第二种操作模式中，两个称量段可合作来称重第二种(较大的)结构的邮件，而邮件跨越两个称量段的组合长度。

总而言之，用于处理板片材料的本发明的称重装置和方法提高了产量，同时能灵活地适应各种规格和形状的物件/邮件。称重装置可以改变/控制成称重第一结构的物件/邮件，同时放置物件/邮件以将其间的间距减到最小并优化生产率。此外，通过组合各种称量段的能力(不管称重段的数量是两个还是三个、四个等)，称重装置可以改变/控制成称重第二结构的物件/邮件(即，该物件/邮件通常大于其它操作模式中处理的物件/邮件)。此外，通过对称重装置的分段，还可得出其它的好处，例如，减少暂停的时间。如上所讨论的，通过缩短实现/接受重量测量值所需的时间，可提高产量。

应该理解到，不能认为本发明就局限于附图中所示和以上描述的具体实施例。以上说明只是显示目前实施本发明所构思的最佳方式，其容易作出本技术领域内技术人员所明白的各种变化。本发明旨在涵盖所有这样的变化、修改和其等价物，可认为它们落入附后权利要求的范围之内。