CN106164626A - 容器轮廓和缺陷轮廓的识别 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测定填充材料(107)的体积或质量的方法，其中首先在不存在填充材料的情况下采取空轮廓检测模式，然后在存在填充材料的情况下采取体积或质量测定模式。在所述空轮廓检测模式中，从通过扫描容器表面获得的回波曲线生成缺陷轮廓。然后，在所述体积或质量测定模式中测定所述填充材料的体积或质量时考虑所述缺陷轮廓。这使得可以更精确地测定所述填充材料的体积或质量。

Description

容器轮廓和缺陷轮廓的识别

技术领域

本发明涉及填充材料或散状物料的体积和质量的测定。特别地，本发明涉及一种用于测定填充材料的体积或质量的方法、用于测定填充材料的体积或质量的填充水平测量装置、程序单元和计算机可读介质。

背景技术

已知的填充水平测量装置可以用于三维填充水平测量。“三维填充水平测量”被理解为可以测量填充材料的表面形式(拓扑结构)。例如，填充材料表面的拓扑结构的这种检测通过使天线和/或整个填充水平测量装置相应地倾斜或旋转而对该表面进行扫描来实现。除了这种对填充水平雷达天线的主发射方向的机械控制之外，电子束控制也是可以的(或这两者的组合)。

这种三维填充水平测量的优点特别在于，在粗粒度的散状物料或移动的填充材料的情况下，由于材料表面经常不是在水平面上延伸，所以测定散状物料表面的表面拓扑结构允许更精确地测定填充材料的体积和/或质量。

发明内容

本发明的目的是进一步改善填充材料的体积或质量的测定。

这个目的通过独立权利要求的特征来实现。本发明的进一步改进可以从从属权利要求和以下说明中得到。

根据本发明的第一方面，提出了一种用于测定填充材料的体积或质量的方法，其中首先在不存在填充材料的情况下采取空轮廓检测模式。在所述空轮廓检测模式中，由填充水平测量装置的天线在不同方向上向所述填充材料的表面发射传输信号，并且检测来自所述填充材料的表面的不同区域的回波曲线。通过改变填充水平测量装置的收发天线的主发射方向所产生的传输信号的方向变化使得可以进行这种来自表面的不同区域的回波曲线的检测。可选择地或另外地，通过改变填充水平测量装置的收发天线的主接收方向使得可以进行来自表面的不同区域的回波曲线的检测。

在本文中，不存在填充材料可以被理解为其中容器内可能存在的残余量的填充材料不会引起传输信号的显著反射的状态。因此，先前被填充过的容器在排空之后有可能仍含有微量的填充介质，但是在本发明的情况下，可以将其认为成不存在填充材料。

通过使天线倾斜和/或旋转、通过使整个填充水平测量装置倾斜和/或旋转、通过使将传输信号偏转的反射镜旋转、通过使一个或多个棱镜旋转或通过另一种机械方式可以产生天线的主发射方向和/或主接收方向。可选择地或除此之外，电子束控制(“数字波束形成”)也是可以的，在这种情况下使用天线阵列。

然后，至少在所述填充材料的表面上被反射的传输信号由天线或由多个接收天线接收，并且从被反射并被接收的传输信号生成回波曲线。还检测相关回波曲线从其产生的传输信号的对应发射方向。也可以设置成检测天线接收信号的方向。

换句话说，在空轮廓检测模式中，通过连续或不连续地(逐步地)改变填充水平测量装置的主发射方向和/或主接收方向来扫描空容器。在各种情况下，针对所选择的主发射方向和/或主接收方向生成回波曲线。然后，可以从该系列的回波曲线测定容器中的干扰点轮廓，所述干扰点轮廓对应于干扰物体的位置。

例如，可以在每条回波曲线中识别出回波曲线的源自干扰物体的那些部分，这些部分之所以会产生是因为传输信号在所提到的干扰物体处被反射。因此，例如，干扰点轮廓可以由一系列回波曲线的各个部分构成，这些回波曲线都在天线/填充水平测量装置的特定主发射方向上生成。

然而，也可以从这些回波曲线计算容器中的干扰点的拓扑结构，并且该拓扑结构也可以是干扰点轮廓。

在各种情况下，这种干扰点轮廓使得可以识别主发射方向的特定角度，主发射方向与干扰物体以该角度相交，并且因此，传输信号在该角度处被干扰物体反射。

当存在填充材料时，所述填充水平测量装置采取体积或质量测定模式，其中生成另一些回波曲线。通过扫描所述填充材料的表面可以如上所述地生成另一些回波曲线。然后，从所述另一些回波曲线并考虑所述干扰点轮廓来测定所述填充材料的体积或质量。

因此，由于可以消除可能歪曲测量结果的干扰点的影响，所以进一步改善了体积或质量测定的结果。

应当指出的是，在此处，所述填充材料可以是液体或散状物料。

在下文中，当提到所述填充材料位于其内的容器时，其可以被理解为包含填充材料的字面意义上的容器、散状物料位于其上的传送带或开放的料堆。

在下文中使用的术语“干扰物体”指的是位于填充水平测量装置的天线和填充材料之间但是不形成容器或传送带的一部分的物体。因此，特别地，干扰物体不是容器底或容器壁，并且同样不是填充材料本身。相反，这种干扰物体是容器中的异物，例如梯状物或管子。

根据本发明的另一个实施方案，从在所述空轮廓检测模式中生成的回波曲线并还使用所述填充材料位于其内的容器的几何形状来测定干扰点轮廓。

当测定干扰点轮廓时，考虑容器的几何形状使得可以避免当创建干扰点轮廓时源自容器的反射被考虑进来。

根据本发明的另一个实施方案，从在所述空轮廓检测模式中生成的回波曲线测定整体轮廓，所述整体轮廓是容器轮廓和所述干扰点轮廓的组合。然后，从所述整体轮廓测定所述干扰点轮廓。

因此，对包含干扰物体的空容器进行扫描，然后将容器轮廓从整体轮廓中移除，结果是仅保留干扰点轮廓。

整体轮廓以及容器轮廓和干扰点轮廓中的每个都可以是数据记录，该数据记录使得可以发现容器的一部分或干扰物体位于哪个主发射方向上以及与填充水平测量装置相距什么样的距离。因此，可以从该数据记录测定对应反射体(干扰物体或容器的一部分)的坐标。这些轮廓没有必要转换成一个面。例如，数据记录可以以列表的形式(参照图9)或以矩阵的方式(参照图10)示出。

根据本发明的另一个实施方案，使用一致性(即，连续性)分析从所述整体轮廓测定所述干扰回波轮廓，以便将所述特定的整体轮廓划分成容器轮廓和所述干扰点轮廓。

根据本发明的另一个实施方案，在不存在填充材料且不存在干扰物体的情况下，从在所述空轮廓检测模式中生成的回波曲线测定所述填充材料位于其内的容器的几何形状。

根据本发明的另一个实施方案，从在所述体积或质量测定模式中生成的另一些回波曲线并且考虑所述填充材料位于其内的容器的几何形状来测定所述填充材料的体积或质量。

根据本发明的另一个实施方案，从在所述体积或质量测定模式中生成的另一些回波曲线测定表示所述填充材料的表面拓扑结构的拓扑曲线。这个步骤包括将拓扑曲线的当从填充水平测量装置的天线观看时在干扰点后面的那些部分消除。

换句话说，在体积或质量测定模式中，检测填充材料的包括任何可能的干扰点和容器的部分的表面拓扑结构，然后将源自干扰点并由此在填充材料表面上形成阴影的那些部分从拓扑曲线去除。

根据本发明的另一个实施方案，将在所述空轮廓检测模式中生成的回波曲线以及天线的相关联的主发射方向和/或主接收方向的角度存储在所述填充水平测量装置的易失性和/或非易失性的存储器中。

根据本发明的另一个实施方案，当存在填充材料时，即，当容器或料堆被部分填充时，采取所述空轮廓检测模式。

根据本发明的另一个方面，提出了一种用于根据上文和下文所述的方法来测定填充材料的体积或质量的填充水平测量装置。

根据本发明的实施方案，所述填充水平测量装置被设计成与4-20mA的双线传输线连接，所述双线传输线用于向所述填充水平测量装置供给测量操作所需要的能量，并且用于传输由所述填充水平测量装置生成的测量值。

根据本发明的另一个方面，提出了一种程序单元，其中当所述程序单元在填充水平测量装置的处理器上执行时指示所述填充水平测量装置进行上文和下文所述的步骤。

根据本发明的另一个方面，提出了一种计算机可读介质，在所述计算机可读介质上存储有上述类型的程序单元。

计算机程序产品可以是存储在填充水平测量装置的处理器上的一款软件的一部分。这里，处理器同样可以是本发明的主题。此外，程序单元可以是从一开始就使用本发明的程序单元，也可以是使现有的程序通过更新来使用本发明的程序单元。

在下文中，参照附图说明本发明的实施方案。

附图说明

图1示出了用于测量散状物料的测量装置。

图2示出了用于测量容器中的填充材料的测量装置。

图3示出了根据本发明实施方案的回波曲线的例子。

图4示出了根据本发明实施方案的测量装置和回波曲线。

图5示出了根据本发明另一个实施方案的测量装置。

图6示出了根据本发明实施方案的干扰点轮廓。

图7示出了根据本发明实施方案的整体轮廓。

图8示出了考虑了干扰点轮廓之后的填充材料轮廓。

图9示出了根据本发明实施方案的容器轮廓或干扰点轮廓的表示形式。

图10示出了根据本发明实施方案的另一种表示形式。

具体实施方式

附图中的图示是示意性的，而不是按比例绘制的。

其中，在以下的附图说明中，在不同的附图中使用相同的附图标记，这些相同的附图标记表示相同或类似的元件。然而，相同或类似的元件也可以由不同的附图标记来表示。

图1示出了填充水平测量装置105，例如能够检测填充材料表面的拓扑结构的填充水平雷达装置。该测量装置包括收发天线108和与该收发天线连接的电子单元109。

测量装置能够检测来自不同角度范围101、102和103的回波信号或回波曲线。针对每条检测到的回波曲线，测定距离散状物料104的表面的相关点的距离。通过对这些距离值进行数值积分，并且当假设散状物料的下方为平坦的表面106时，可以测定散状物料堆107的体积。另外，当密度已知时，可以计算散状物料的质量。

工业上典型的容器中的条件完全不同。图2示出了相应的例子。天线108以多个角度朝向填充材料发射传输信号202、203、204和205。被反射的传输信号208、209、210和211随后再被天线接收。

在这种情况下，对针对角度方向1～4检测到的距离值进行积分可能导致完全错误的结果。首先，在这种情况下，没有对来自容器201的反射和来自散状物料206的反射进行区分。其次，当计算体积时，完全没有考虑容器底207的倾斜轮廓。

图3示出了根据本发明实施方案的多条回波曲线。雷达测量装置在被安装到空容器201(参照图2)上之后立即转变成空轮廓检测模式。在这种情况下，雷达测量装置检测来自空容器的不同角度范围202、203、204和205的回波曲线，并将所述曲线与各自的角度一起直接或以压缩形式存储在测量装置的(易失性和/或非易失性的)存储器中。

相应的回波曲线307、308、309和310由图3中的虚线示出。另外，基于各自的检测角度来计算空容器的拓扑结构(即，距离容器底和/或容器壁的距离)。

然后，在随后的装置的正常操作模式(在本文中也被称为体积或质量测定模式)期间，从容器的不同区域连续地检测回波曲线301、302、303和304，并将其与先前获得的空容器的回波曲线进行比较。以这种方式，可以将来自填充材料表面的反射305和306与来自容器表面的反射311和312区分开来。

另外，考虑空容器的拓扑结构并使用鉴定为源自填充材料的回波，可以正确地测定散状物料的体积。

有利地，上述存储的空容器的回波曲线也可以用来简化由散状物料引起的回波的鉴定。图4示出了相应的例子。雷达测量装置105在5号角度方向(402)上检测到回波曲线403，除了由填充材料表面406引起的回波407之外，回波曲线403还包括位于容器内的管子405的回波408。当将检测到的回波曲线403与空容器的相同角度位置的回波曲线404进行比较时，确定哪一个回波源自散状物料表面406变得微不足道。

当干扰物体或干扰件405的物理延伸小于在相应点的雷达波束409的宽度时，上述条件总是出现，原因是只有这时，来自干扰物体后面的区域的反射才能也被检测到并被处理。

然而，当越过雷达测量装置和散状物料表面之间的干扰物体的上述发射不发生时，条件完全不同。

图5示出了相应的情况。位于容器502中的梯状物501具有多个台阶503，由于台阶503距离雷达测量装置105的距离很小，所以所述装置不能越过台阶发射信号，即，当主波束方向505被相应地定位时，雷达信号的几乎所有能量都在台阶处被反射。然而，如果雷达测量装置的主波束方向指向允许在台阶之间传播的方向506，那么可以正确地测定距离填充材料表面507的距离。

如果在根据图5的容器中进行空轮廓检测，即，如果由雷达测量装置测量空容器，那么如此梯状物可能被错误地检测成容器的边界。随后容器中体积的计算将存在原则性错误。

图6示出了由雷达测量装置检测的表面上空容器502的轮廓，容器壁601和608的位置以及容器底607的位置被正确地检测到，但是来自梯状物的台阶的距离值错误地给出了容器边界的不正确的轮廓602、603、604、605和606。

可以以各种方式来克服所示出的问题。客户可以将基本的容器形状作为参数进行输入。从检测到的表面的轮廓和/或在一致性分析的帮助下，可以将测定的轮廓(图6)进一步划分成可以相应地被分类(“空容器”，“插入件/干扰件”)的子轮廓。因此，容器的空轮廓由边界线601、607和608构成，并且插入件的干扰点轮廓由轮廓602、603、604、605和606构成。

可选择地或者另外地，可以在填充水平测量装置中进行自动合理性分析，其中，将空容器轮廓表面的非典型(即，大量不连续的)轮廓识别出并将其分类为干扰点轮廓。

上述两种不同轮廓的测定对在持续操作期间的信号处理提供了显著优势。

图7示出了相应原理。由填充水平测量装置根据已知方法测定的散状物料和梯状物的原始拓扑结构701包含由梯状物的梯磴所引起的高测量值702、703、704、705和706。然后，在进一步的信号处理步骤中，将测定的拓扑结构轮廓701与先前测定的干扰点轮廓707(参见虚线)进行比较，拓扑曲线的在干扰点轮廓下方的部分被消除。

图8中的曲线801示出了所产生的拓扑曲线，该拓扑曲线实际上为二维曲线并具有所产生的间隙802、803、804、805和806。为了补充从间隙的角度范围缺失的信息，现在可以有利地对拓扑曲线进行内插，优选二维内插。通过对考虑了可以被先前减去的空容器的拓扑曲线(空轮廓601、607和608)的任选内插的拓扑曲线进行数值积分来进行实际体积计算。

图9示出了空轮廓拓扑结构(在本文中也被称为容器轮廓)或干扰回波拓扑结构(在本文中也被称为干扰点轮廓)的存储优化的表示形式。

代替全部的回波曲线307，308，309，310，这里仅将距离对应容器边界或对应干扰件的距离值存储在雷达装置的存储器中。为此，各距离值必须用相关联的角度位置标记。

图10示出了在笛卡尔坐标系中的空轮廓拓扑结构或干扰回波拓扑结构的另一种表示形式。矩阵的坐标对应于雷达测量装置或容器的测量点或干扰物体的位置坐标x 110、y 111和z 112。矩阵元素表示在对应点处雷达装置和容器壁的表面之间的距离(空轮廓拓扑结构)或者雷达装置和容器中干扰件的表面之间的距离(干扰回波拓扑结构)。

还应当指出的是，“包括”和“具有”没有排除其他元件或步骤的可能性，并且“一个”没有排除多个的可能性。还应当指出的是，参照上述实施方案中的一个实施方案说明的特征或步骤也可以与上述其他实施方案的其他特征或步骤组合使用。权利要求中的附图标记不应被视为限制性的。

Claims (13)

1.一种用于测定填充材料(107)的体积或质量的方法，包括以下步骤：

在不存在填充材料的情况下采取空轮廓检测模式；

在不同方向上向所述填充材料的表面发射传输信号；

接收至少在所述填充材料的表面上被反射的传输信号；

从被反射并且随后被接收的传输信号生成回波曲线，并且检测相关传输信号沿其反射的对应方向；

从这些回波曲线测定干扰点轮廓，所述干扰点轮廓对应于干扰物体的位置；

当存在填充材料时采取体积或质量测定模式；

生成另一些回波曲线；

从所述另一些回波曲线并考虑所述干扰点轮廓来测定所述填充材料的体积或质量。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：

从在所述空轮廓检测模式中生成的回波曲线并使用所述填充材料位于其内的容器的几何形状来测定所述干扰点轮廓。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括以下步骤：

从在所述空轮廓检测模式中生成的回波曲线测定整体轮廓，其中所述整体轮廓是容器轮廓和所述干扰点轮廓的组合；

从所述整体轮廓测定所述干扰点轮廓。

4.根据权利要求3所述的方法，

其中使用一致性分析从所述整体轮廓测定所述干扰点轮廓，以便将所述整体轮廓划分成容器轮廓和所述干扰点轮廓。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括以下步骤：

在不存在填充材料且不存在干扰物体的情况下，从在所述空轮廓检测模式中生成的回波曲线测定所述填充材料位于其内的容器的几何形状。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括以下步骤：

从在所述体积或质量测定模式中生成的另一些回波曲线并且考虑所述填充材料位于其内的容器的几何形状来测定所述填充材料的体积或质量。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括以下步骤：

从在所述体积或质量测定模式中生成的另一些回波曲线测定表示所述填充材料的表面拓扑结构的拓扑曲线；

其中这个步骤包括将拓扑曲线的当从填充水平测量装置的天线观看时在干扰点后面的那些部分消除。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括以下步骤：

存储在所述空轮廓检测模式中生成的回波曲线。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括以下步骤：

当存在填充材料时采取所述空轮廓检测模式。

10.一种用于根据前述权利要求中任一项所述的方法来测定填充材料(107)的体积或质量的填充水平测量装置(105)。

11.根据权利要求10所述的填充水平测量装置(105)，

被设计成与4-20mA的双线传输线连接，所述双线传输线用于向所述填充水平测量装置供给测量操作所需要的能量，并且用于传输由所述填充水平测量装置生成的测量值。

12.一种程序单元，其中当所述程序单元在填充水平测量装置的处理器上执行时指示所述填充水平测量装置进行以下步骤：

在不存在填充材料的情况下采取空轮廓检测模式；

在不同方向上向所述填充材料的表面发射传输信号；

接收至少在所述填充材料的表面上被反射的传输信号；

从被反射并且随后被接收的传输信号生成回波曲线并存储所述回波曲线，并且检测相关传输信号沿其反射的对应方向；

从这些回波曲线测定干扰点轮廓，所述干扰点轮廓对应于干扰物体的位置；

当存在填充材料时采取体积或质量测定模式；

生成另一些回波曲线；

从所述另一些回波曲线并考虑所述干扰点轮廓来测定所述填充材料的体积或质量。

13.一种计算机可读介质，在所述计算机可读介质上存储有根据权利要求12所述的程序单元。