CN104245561A - 用于灌装液体容器的零浪费配量方法和装置 - Google Patents

Abstract

用于向容器（22）灌装液体的零浪费配量方法，其在所述液体产品的递送展台（9）处至少使用带有转子和定子的容积泵（12），所述容积泵（12）连接装有将灌入所述容器（22）中的液体的槽（11）。

Description

用于灌装液体容器的零浪费配量方法和装置

技术领域

本发明涉及一种方法，该方法用于获得含定量液体或液体混合物的容器的零浪费生产。本发明还涉及按照所述方法运作的配量装置和使用该装置的机器。具体而言，本发明涉及向容器精确灌装所述定量液体或液体混合物。

背景技术

已知在向容器灌装确定的液体或液体混合物时，相对于注入容器的液体体积量准确性存在不同的公差水平。

还已知，在现有技术的某些领域中，例如但不限于，医药领域中，要求的公差水平总是很小。

还已知，对于非常昂贵的液体、特殊或专用液体、甚至危险、有毒、有害或污染性的液体而言，必须将灌装公差限制为极低的值，根据所灌装的液体类型，还可以达到1-10‰的系数。

说明书中各处所称的“液体”应当理解为既可以指严格意义上的液体物质（即环境温度和压力条件下保持其自身体积，但倾向于变形来适应容器形状的液体物质），或者也可以指凝胶状或类似物质（即具有一定的粘度从而可用适当装置进行转移）。

使用已知的灌装系统中，并非总是能够达成上述精度，且甚至在达成的时候也不能保持所述精度的连续性和恒定性；由于没有遵照公差要求，这总是会生成浪费。

此类浪费不仅带来产量降低，成本上升，还在给容器再加工以提供所需液体含量的过程造成问题。

此外，对于危险、有毒、有害或污染性液体而言，容器的再加工导致了成本问题、安全问题且通常对产品和环境均造成污染问题。

此外，还有些液体在转移过程中需要持续的保护，以便在可能的范围内避免某些污染物。

因此，本发明的目的之一在于，完善一种至少能够在例如用于对人类、动物或植物给药的昂贵或危险、有毒、有害或污染性液体中避免浪费产生的方法。

不言而喻，所述产品，在一次性使用的情况下，还可以用于科学和/或工业应用。

本发明的又一目的在于：获得一种能够应用所述方法的装置。

本发明的一个相关目的在于，完善一种适用于在包含所述装置的机器上执行并控制所述方法的电脑程序，

       本发明的又一目的在于：获得一种用于灌装容器的机器，该机器使用根据本发明所述方法来运作并由相关电脑程序所管理的所述装置。

申请人设计、测试并实施了本发明，以克服现有技术的缺陷，并达成上述及其他目的与有益效果。

发明内容

本发明通过独立权利要求来陈述和表征，同时从属权利要求描述了本发明或其主要发明思路的变形形式的其他特征。

基于以上目的，本发明的方法提供：在用于将液体递送至精确灌装定量容器的站台处，使用精确容积泵，所述精确容积泵连接在槽或其他用于容纳将要引入所述容器的液体的适当容器上。

所述容积泵类型是：包括至少一个转子和可选的相连定子，其中限定了泵室，所述泵室逐步确定从入口或吸入管至出口或递送管的液体抽吸。

在所述容积泵领域中，定义了本发明所述的递送开始“零”角位置或点，其与至少一个转子的定量角位置有关，通过所述“零”点，可以控制递送液体量从而获得所需的精密配量。

特别地，在医药产品或需要保护其免受污染物质之害的产品中，本发明优选为使用蠕动泵。

但是，使用容积泵，例如齿轮泵、凸轮泵或可变箱式泵，也属于本发明的思路之内。

在蠕动泵的情形下，其通常设有转子，该转子上设有1个或多个辊，随所述辊的转动，连续并渐进地堵住转子和定子之间弹性管，所述弹性管内有用于泵吸的液体，且所述弹性管起到泵室的作用。所述辊的连续及渐进动作使得液体前进。

蠕动泵通常用在需要防止泵的构件与泵吸液体相接触的过程中，其中所述液体，例如在本发明中，可能具有危险性、毒性、有害性和污染性。所述弹性管可以用不同的已知材料制成。

通常情况下，容积泵且尤其是蠕动泵在各种因素下具有不连续的精度。所述不连续性尤其是与泵的正常不连续运作（或所谓的“起停”）有关，其中每次运行都关联着完全递送的单一循环。这种不连续递送的决定事实在于：一次运作循环期间所递送的液体数量正是灌装容器所需要的数量（即递送所需液体数量）。

蠕动泵的不连续递送过程中所出现的各种因素包括：弹性管的尺寸和厚度；制管材料；一个和其前一个转动阻塞辊之间的泵室大小；停工时间；单位时间内的循环数目；输送中的液体的特性。

申请人通过实验，尤其是在使用蠕动泵的情况下，验证了在非连续递送（“起停”）的情形下，可以将该递送液体总量的不确定性降低至很低的值，且在最严格的公差允许范围之内。

申请人还验证了：若相对于所述管来定义转子的递送开始“零”点，可以将递送液体量控制在严格公差，甚至是2-5‰范围内。

在本发明的又一个变形形式中，申请人还解决了液体递送中，由于循环结束递送瞬时（“停”之后）且令容积泵转子回到递送开始“零”点（“起”）所需转动而决定的额外递送的角位移的问题。

为了克服这些问题，且消除所述瞬时的影响，申请人发现，可以提供设置在所采用的容积泵的出口管下游的截流阀，优选但不限于三向阀，或类似或相当的可选择通道的液体截流构件。

在一个变形形式中，所述阀设置在非常靠近与容器配合的最终递送构件处。

当容积泵的转子达到所需递送结束角位置(“停”)时，所述阀截流通常流向所述最终容器的所述液流，以将其转移入再循环分支，例如将截流的液体再引入最初的槽或适当容器中。

本发明能够满足从0.01ml至1000ml的数量配量范围，且符合严格的甚至是2-5‰的公差范围。

应当指出，本发明中所述阀的驱动必须考虑到阀自身的运作以及所需时间，由此才能够在所需递送体积的最严格公差范围内精确地进行截流。

还应当指出，该方法及其相关装置允许建立与产品类型和其他可能因素（例如温度、构件漂移、一次“停”及其后的“起”之间的时间，等等）相关的数据库，所述数据库的建立包括统计学形式和逐点形式。

这意味着，在第一次递送中，所述第一次递送即涉及此前已递送过的新产品，也涉及到某次停止后的新起始，已可以达到所需公差范围内的递送值，因为数据库提供了必需的调节和控制参数。

使用本方法及相关装置，可以通过专门服务于容器的自动容积泵，同时灌装数个容器，所述槽下游的每个所述泵连接其专用的三向阀，而无需现有技术中的任何单独预校准。

本发明中，可以存在单一递送站台，其具有独立的上游测量站台，用于测量容器皮重。

在一种变形形式中，该递送站台可以连接用于测量容器皮重的装置，或与其合为一体。

但是，由于数据库中可能不包含的漂移问题，容积泵可能无法随时间保持递送恒定；申请人已预见此问题，在一种变形形式中，递送站台下游处还有一个单独站台，用于测量灌满的容器的毛重。

因此，在本发明的一种改进变体形式中，提供使用处理系统来比较需灌入容器中的特定液体液体量的理论或期望值与灌入容器的该特定液体的实际或真值数量，所述理论或期望值存储在处理器所连接的适当数据库中。

所述比较衍生自皮重以及灌装之后的毛重测量。

本发明提供：使用该比较结果来对容积泵进行闭环反馈控制。

特别地，若在该比较中，灌入的真实量小于理论量，则调节控制系统的递送开始“零”点相关角位置相对于转子转动方向反向移动。反之亦然，若真实量大于理论量，则递送开始“零”点相关角位置相对于转子转动方向向前移动。

根据以下函数，用a表示从“停”点到“零”或起始点的重定位角度值，或采用的补偿角位移：

其中：

q= “零”点移动角位置的每个角单位或分数所对应的液体单位数量；

g=液体比重；

d=控制测量中测得的递送液体理论数量和真实数量之间的个体差异值。

在一个改进的变形形式中，可在算法中并入至少一个或多个以下函数：

  t=液体温度；

  T=环境温度；

  D=构件漂移的相关因素。

在某些执行模式中，对于容积泵在停顿或产品更换后的第一次启动，由于定量递送点所连接的数据库中的信息，处理器可以根据将要递送的液体产品类型，限定每个泵的单独“零”点。

在一个变形形式中，本发明提供：当需要更新流速时，“零”点保持固定，而所需液体量的递送结束角位置发生变化。

在本发明的思路中，递送循环的控制指挥系统在必要时可以对“零”点和递送结束点同时进行干涉。

附图说明

以下将通过结合附图，以非限制性实施例的方式，对一种可能的优选实施方式进行描述，以清楚说明本发明的上述及其他特征。

图1是一种用于将液体精确灌入容器的机器的局部示意图，该机器包括根据本发明的方法来运作的装置。

图2是一种根据本发明的方法来运作的装置的示意图。

图3是图2所示装置的局部细节放大示意图。

图4是本发明的方法的一种实施方案是的综合流程图。

为了帮助理解，在可能的情况下，对附图中的相同通用元件使用了同样的标号。应理解，一种实施方式中的元件和特征，可以很方便地并入其他实施方式中，而无需进一步阐明。

具体实施方式

如附图所示的示例为用于以液体精确灌装多个容器22的机器20，其具有配量装置10（图2）、第一站台24和第二站台26；第一站台24在容器22灌装步骤上游（仅对时间顺序而言）工作，用于测量容器22皮重；第二站台26在配量装置10下游工作，用于在容器22灌装后测量其毛重。

在一种变形形式中，第一站台24独立地且具有物理分隔地设在配量装置10的上游，例如如图1所示。在其他变形形式中，第一站台24与所述配量装置10相关联或结合为一体。

机器20还连接或包括电子信息处理器28或类似处理装置或控制指挥装置，所述处理器28用于至少指挥和控制配量装置10。所述处理器28可以根据需递送的液体类型，配备预先存储数据的电子数据库，该数据库可用所获得的逐点信息来实现。

配量装置10包括在递送站台19中，且与支持和定位将要灌装的容器22的工作平台30的下部相关联，也可以独立设置。

根据本发明的一种变形形式，机器20设有装置25，用于单一辨认每个个体容器22。

配量装置10(图2)包括与一个或多个容积泵（此情况下为蠕动泵12）液压连接的液体槽11。如本例所示的情况中，展示了4个蠕动泵12，各用于其相关联的容器22的精确灌装。但是，由于泵与容器之间的比值总是1：1，因此，蠕动泵12的数目可以作为需要同时灌装的容器的函数而变化，从而满足生产需求。

每个蠕动泵12的上游均连接用于液体的第一进口支管14，该支管将槽11与蠕动泵12的进口或吸入管连接在一起；每个蠕动泵12在下游的递送口或出口处连接有递送构件16，例如精密喷嘴，适用于根据已知方法将所需液体数量灌入相关容器22中。

在本发明中，每个蠕动泵12的下游设有三向阀，与递送构件16相连。从每个三向阀13中伸出第二再循环分支15，该分支15连通槽11或其他适当容器。

根据从处理器28接收到的指令，三向阀13适于采取至少一个第一递送运行状态和一个第二再循环运行状态。所述两种状态与蠕动泵12的逐点角位置相关。

在第一递送运行状态中，三向阀13允许液体从蠕动泵12中流出，经过递送构件16，灌入下方的容器22中。

在第二再循环运行状态中，来自蠕动泵12的液流被完全截取并转移至第二再循环分支15中，再从此处再次引入槽11。

图3的示意图展示了：图2中的蠕动泵12之一所连接的三向阀13如何控制液体递送。

如图所示的蠕动泵12传统上包括转子42，转子42上装有多个辊44，所述辊44阻塞适当的管46，使得来自槽11的液体前进。在一个变形形式中，辊44的数目在4-10之间较为有利，优选为5-8之间。在此情况下，转子42设置为逆时针转动。字母“A”表示灌装循环的递送结束的理论角位置（“停”），而数字”零”表示递送开始的理论”零”角位置（“起”）。

事实上，根据需要递送的液体数量，转动角度的变化范围可以是几度至一个或多个周角。

一个递送循环结束（点“A”的位置-停）且另一循环尚未开始之前，本发明所述的蠕动泵12必须令转子42的角位置恢复至“零” 点——即递送开始处，从此处起再次确定需传给转子42的转动，由此递送所需的液体体积。

转子42受到被控制在适当位置的动力装置驱动，此例中所述的动力装置是位置传感器或编码器50所连接的步进马达48。处理器28指挥步进马达48的运行，其指令也是从位置传感器或编码器50接收到的信号的函数。

三向阀13包括促动器17，在处理器28的控制下启动。促动器17决定三向阀13内部截流构件或阻塞件（附图中未显示）的所需定位，由此三向阀13可以选择性地采取至少所述第一递送运行状态或第二再循环运行状态。

特别地，由于位置传感器或编码器50的存在，可以向处理器28传输电子信号，所述电子信号用于识别转子42在完成灌装角位移之后到达灌装循环停止的角位置“A”时的位置和瞬间时刻。

当处理器28接收到表明转子42接近角位置“A”的信号时，考虑到延迟，处理器28向三向阀13发出启动指令，由此到达角位置“A”上时，三向阀13处于第二再循环运作状态。

这使得泵出的液体体积被转入通向槽11的第二再循环分支15。

由此一来，从递送结束点“A”（或“停”）到递送开始角位置”零”（或“起”）的角位移中所泵出的液体体积，被再循环进入槽11，而并不引入容器22，因此，容器22仅会接收到与运作循环相关联的正确液体量。

保持第二再循环运作状态，直至处理器28接收到表示转子42到达角位置”零”的信号，在此处停止，准备开始下一次递送。由此一来，三向阀13再次回到第一递送运行状态。

图3中的箭头FB表示进入处理器28的电子信号，该信号用于蠕动泵12（以及可选地，促动器17）的运作的闭环反馈控制。

箭头FB所示的信号包括在一个定量工作循环中，需要递送至容器22的液体体积理论或期望值（例如预先储存在连接处理器28的数据库中）与递送至容器22的液体体积的真实或实际值之间的差异比较的相关信息。所述后者（即真实或实际值）是从对每个容器22所进行的各个重量测量推导出来的，所述测量发生于所述灌装步骤的上游和下游，在第一站台24测量皮重，在第二站台26测量每个容器22灌装后的毛重。

所述差异比较结果所得的值，可以转而与公差阈值（例如处理器28的数据库中的预设值，且可能随需递送的液体类型而变化）相比较。

根据箭头FB的信号所接收到的差异比较结果，且可选地与所述容差值阈值相比较后，处理器28通过指挥步进马达48，根据要求改变递送开始角位置”零”，从而决定蠕动泵12的运作。

在一种变形形式中，可以决定或同时调节所需液体量的递送结束位置，从而决定或调节截流阀开始运作的位置。

改变“零”点和/或递送结束点角位置的目的在于，在后续的递送循环中，降低（若未能消除）将要递送的液体体积理论值与液体递送实际值之间的差异。该复位截流优选为执行于一次配量和下一次配量之间。换言之，可以在每次总灌装循环中一次至多次地，以预设或可预设的循环节奏（cadence）（即一个固定数字），连续验证该重新定位。

启动对蠕动泵12的重新定位，以便优化配量装置10的循环时间，以及令将用于配量的产品上的压力保持得尽可能低。

应当指出，为了消除可能的漂移问题或与温度变化相关的问题，处理器28还可以在指令信号启动且定位促动器17时进行干涉。

特别地，图4的流程图中展示了本发明的一种实施方式中的方法的步骤顺序，其是本发明保护范围的一个非限制性示例。

在本例中，流程图提供第一步骤（模块60），其初始化控制系统，通常是借助处理器28，例如，处理器28加载工作循环的数据和信息以及用于定位蠕动泵12的转子42的可能预储存数据。

随后，提供第二步骤（模块62），其中凭借来自位置传感器或编码器50的信号，转子42达到蠕动泵12的递送开始角位置”零”。

然后，提供第三步骤（模块64），其中处理器28加载所有可用信息和参数，例如配量所用的液体产品种类的必需数量和精度要求。

随后，提供第四步骤（模块66），其中，由处理器28执行程序，根据箭头FB代表的信号的相关信息且可选地根据考虑到配量中的定量产品数据档案的数据库，来校准蠕动泵12的反馈。该过程可以设定和校准特定产品，例如，递送结束角位置“A”、用于配量的液体数量、精度要求。

校准结束后，提供第五步骤（模块68），其中由处理器28的指令启动三向阀13，并将其定位在第一递送运行状态。

接着，提供第六步骤（模块70），其中处理器28根据箭头FB所表示的信号，计算蠕动泵12的转子42所必须执行的可能新转动值。

显然，在每次新工作对话中，第一灌装循环并不与特定工作对话的反馈信号相关联。因此，在第一灌装循环的情况下，第六步骤还可能根据考虑到配量中的定量产品相关数据档案的统计数据库来执行，或者可以不执行。相反地，第一循环后的每个后续灌装循环可以在第六步骤中利用相同工作对话的反馈控制。

随后，提供第七步骤（模块72），其中处理器28等待传输信号以开始由蠕动泵12进行配量。随后的第八步骤（模块74）中，以蠕动泵12的转子42的必要转动来影响配量，直至到达递送结束角位置“A”。此时，第九步骤（模块76），启动三向阀13，将其定位在第二再循环状态下。最后，第十步骤（模块78）中，将蠕动泵12的转子42从递送结束角位置“A”移动至递送开始角位置“零”。然后，如箭头所示地，从模块78行进至模块68，该工作循环再次从第五步骤（即重新定位三向阀13）开始执行直至特定工作对话的结尾。

本发明的方法如图4所示的一般形式，当在电脑上执行电脑程序产品时，可以由直接载入数码电脑存储器（本例中为处理器28）内的所述电脑程序产品的软件编码的部分来执行。

Claims (14)

1.用于向容器（22）灌装液体的零浪费配量方法，其提供：在液体产品递送站台（19）处，使用至少一个具有转子和定子的容积泵（12），该容积泵与将要引入所述容器（22）的液体的槽（11）相关联；所述方法包括：灌装每个容器（22）的步骤，其中定义了所述容积泵（12）的递送开始“零”角位置和作为所述“零”角位置的函数的所需液体量的递送结束角位置（A），所述“零”角位置和/或所需液体量的递送结束角位置（A）受到用于重新定位所述“零”角位置和/或递送结束角位置（A）的控制指挥装置的控制和调节；所述方法借助于对递送至容积泵（12）出口管下游的液体进行选择性截流，通过定义贯穿所述递送结束角位置（A）期间的循环结束递送瞬时，来控制所需的液体递送量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述循环结束递送瞬时后，根据将所述容积泵（12）的转子带到所述递送开始“零”角位置所必需的转动来确定一段额外的递送角位移，其中，当在所述容积泵（12）的转子的作用下到达所述递送结束角位置（A）时，在所述瞬时中被沿着所述额外角位移导向所述容器（22）的液流被截流，以将该液流完全转移入所述槽（11）中。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法在完成所需灌装的角位移后，识别所述容积泵（12）到达所述递送结束角位置（A）的位置和瞬时时刻，并将所述递送结束角位置（A）至所述递送开始“零”角位置之间泵出的液体体积完全再循环到所述槽（11）中。

4.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，在所述灌装步骤的上游和下游，对每个所述容器（22）进行单独测重，以便计算递送入所述容器（22）中的液体体积的真实或实际值，并对需要递送入所述容器（22）中的液体体积的理论或期望值和递送入所述容器（22）中的液体体积的真实或实际值进行差异比较，并通过改变或恢复所述递送开始“零”角位置和/或所需液体量的所述递送结束角位置（A），在闭环反馈中通过包含所述差异比较相关信息的所述反馈信号（FB），来调节所述容积泵（12）的运作。

5.根据权利要求1和4或2和4所述的方法，其特征在于，通过所述反馈信号（FB）来调节所述容积泵（12）出口管下游递送的液体的选择性截流。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，包括：使所述容积泵（12）的转子到达所述递送开始“零”角位置的步骤；提供关于将用于配量的液体产品类型和/或将用于配量的产品的信息和参数的步骤；基于所述反馈信号（FB）及可选地基于统计学数据库，对所述容积泵（12）的反馈校准步骤；启动所述产品的递送状态的第五步骤；基于所述反馈信号（FB），计算必须由所述容积泵（12）执行的可能的新转动值的第六步骤；启动所述容积泵（12）的转子以进行液体产品配量，直至到达所述递送结束角位置（A）的步骤；一旦到达所述递送结束角位置（A）、立即启动再循环液体产品的状态的步骤；以及，令所述容积泵（12）的转子从所述递送结束角位置（A）再次移动至所述递送开始“零”角位置的步骤。

7.用于向容器（22）灌装液体的零浪费配量装置，至少包括与一个或多个容积泵（12）液压连接的液体槽（11），其特征在于，所述容积泵（12）中的至少一个容积泵被配置为：限定一递送开始“零”角位置，该位置与所述容积泵（12）的转子相对于转子和定子之间的液体泵室的预定角位置相关联，以及限定所需液体量的递送结束角位置（A），并提供一段与将液体灌入所述容器（22）无关的额外递送位移；所述装置连接有用于调节所述“零”角位置和/或所述递送结束角位置（A）的控制、测试和指挥装置。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述至少一个容积泵（12）的上游连接液体的第一入口支管（14），下游连接递送构件（16）；所述第一入口支管（14）连接所述槽（11）与所述容积泵（12）的进口，所述递送构件（16）适用于将所需液体量引入相关联的容器（22），其特征在于，所述至少一个容积泵（12）的下游设有可进行通道选择的液体截流装置（13）；所述液体截流装置（13）连接有：用于从所述第一入口支管（14）接收液体的所述递送构件（16）、连接所述液体截流装置（13）并通向所述槽（11）的第二再循环支管（15）；所述液体截流装置（13）与递送液体所述量的末端相关联。

9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述至少一个容积泵（12）为蠕动泵。

10.根据权利要求8或根据权利要求8和9所述的装置，其特征在于，所述装置连接用于调节所述液体截流装置（13）的处理装置（28），由此所述液体截流装置（13）至少可采取第一递送运作状态和第二再循环运作状态，其中，所述第一递送运作状态下，所述液体截流装置（13）允许从所述容积泵（12）出来的液体通过所述递送构件（16），以灌装所述容器（22）；在所述第二再循环运作状态下，来自所述容积泵（12）的液流被截流并完全转入所述第二再循环支管（15），并从此处再被导入所述槽（11）。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，可以通过使用源于一个定量工作循环中，将要灌入所述容器（22）的液体体积理论或期望值与递送入所述容器（22）的液体体积的真实或实际值之间的差异比较的反馈信号（FB），来调节所述液体截流装置（13）。

12.用于使用液体或液体混合物精确灌装多个容器（22）的机器，包括如权利要求7-11中任一项所述的配量装置（10）。

13.根据权利要求12所述的机器，其特征在于，其包括第一站台（24）和第二站台（26）；所述第一站台（24）在容器（22）灌装步骤至少时间次序上的上游工作，用于测量所述容器（22）皮重，所述第二站台（26）在所述配量装置（10）下游工作，用于在灌装所述容器（22）后测量其毛重，以便利用所述皮重值计算差值，确定实际灌入所述容器（22）中的液体量；所述机器还包括处理装置（28），用于至少基于预先存储在适当电子数据库中的数据以及来自所述第一站台（24）和所述第二站台（26）的逐点信息，指挥和控制所述配量装置（10），所述预先存储的信息是将递送的液体类型的函数。

14.根据权利要求13所述的机器，其特征在于，所述处理装置（28）被配置为使用一反馈信号（FB）来调节所述容积泵（12）的运作，所述反馈信号（FB）源于在一定量工作循环中将要灌入所述容器（22）的液体体积的理论或期望值与递送入所述容器（22）的液体体积的真实或实际值之间的差异比较，其中所述理论或期望值获自所述第一站台（24），所述真实或实际值获自所述第二站台（26），其中所述处理装置（28）用于通过所述信号（FB）调节所述液体截流装置（13）的运作。