CN107922068A - 真空包装监视和控制系统 - Google Patents

Abstract

一种用于对产品真空包装机器的性能进行监视的系统和方法允许确定压盘与腔室组合的性能，尤其是在使用多个压盘和腔室的系统中、特别是在包装操作期间将单个的压盘与不同腔室结合使用的情况下。

Description

真空包装监视和控制系统

背景技术

真空包装提供了对包括食品在内的许多产品进行包装的有效方法。使用真空包装能够通过从包装物中去除空气而提高包装食品的保质期、并减小被包装产品的体积。

不同来源的许多单个的机器可以用于辅助产品的真空包装。这些机器中的每一个都遵循基本的模式：产品放置于通常为可热成形的塑料膜的包装材料中，从包装材料中排出空气，并围绕产品密封该包装材料。

为了有效生产商业上大量的真空包装产品，销售商开发了大规模生产装备来大规模实现真空包装。这种装备通常遵循几个阶段，包括：将产品放置于包装物内，将产品/包装组合加载到真空腔室中，在真空腔室中抽真空以从包装物中去除空气，使用加热棒将包装物的边缘融化在一起以对包装物进行密封，修剪包装材料以使被包装产品的体积最小化，并将被包装产品放在输送机上以堆积到其他容器中。

将包装物抽真空会花费大量时间，因为通常使用真空泵来减小真空腔室中的气压。因而，大规模生产装备可以使用真空腔室的转盘来提高在每个真空腔室中抽真空的时间利用。

真空腔室本身可以由两个部件形成，通常称为压盘与腔室盖，其中，压盘形成放置位于未密封包装物中的产品的台架或平台，而腔室盖形成当产品放置于压盘上后位于压盘之上的气密盖。组合的压盘/腔室盖通常还可以设置有气密连接部，用于将组合的腔室盖/压盘(当组合在一起时称为“真空腔室”)连接至用于从真空腔室中(由此同时从含有产品的包装物中)抽出空气的一个或更多个真空泵。真空腔室可以另外设置有用于在真空下对包装物进行密封的装置，例如加热金属元件，用于使包装物融化以形成当从真空腔室中取出包装物时防止空气重新进入包装物中的密封部。

为了解决在真空期间真空腔室“停滞时间”太长的问题，典型的是设置通常来自不同压盘与腔室盖组合的多个真空腔室。真空腔室保持真空的能力对于机器对产品进行包装的效率很重要，即，在密封之前没有经历足够真空的产品可能需要被拒绝，由此产生浪费。对密封问题的检测非常重要。存在密封问题会导致在问题被发现之前，大量低于标准的产品被分发给消费者或者由于被拒绝而被浪费，并且还可能导致生产装备的大量停机时间以对缺陷进行诊断和校正。

发明内容

为了提高使用具有多个真空腔室的真空包装装备的效率，开发了一种监视和管理系统，该系统利用针对真空包装设备的每个单独循环实现的真空来识别有问题的产品/包装物单元以及真空腔室和真空腔室盖/压盘组合，使得能够快速识别生产期间的问题，由此对系统进行管理以达到真空包装装备的最有效实现。

在一个方面中，本发明涉及一种用于真空包装机器的监视系统，所述真空包装机器具有多个压盘与腔室盖以及，所述真空泵用于从由压盘与腔室盖形成的真空腔室中泵送空气。该监视系统可以具有真空传感器，用于测量在由压盘与腔室盖形成的真空腔室中实现的压力水平。该监视系统还可以具有：压盘标识符，用于标识用来形成所述真空传感器所连接的真空腔室的压盘；以及腔室盖标识符，用于标识用来形成所述真空传感器所连接的真空腔室的腔室盖。该监视系统还可以具有数据记录器，用于针对联合形成真空腔室的每各压盘与腔室盖组合来记录在该真空腔室中实现的真空。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的包含有传感器系统的六腔室盖、十压盘真空包装系统的俯视图。

图2是示出根据本发明的一个实施例的示出七腔室盖、十二压盘真空包装系统的真空性能的示意图。

图3是示出根据本发明的一个实施例的示出七腔室盖、十二压盘真空包装系统的真空性能的示意图。

图4是使得操作者能够识别期望观看其数据的组合的示意图。

图5是根据本发明的一个实施例的使得操作者能够设置监视系统的监视参数的示意图。

图6是根据本发明的一个实施例的监视系统的产品位置传感器输出的示意图。

图7是根据本发明的一个实施例的监视系统的产品传感器输出的示意图。

图8是根据本发明的一个实施例的双阶真空泵系统的真空传感器输出的示意图。

具体实施方式

在下面的描述中使用特定术语是为了方便起见而不是加以限制。除非此处具体说明，术语“一个”、“一”和“该”不限于一个元件，而是应当解释为意味着“至少一个”。术语包括上述词语、其缩写以及具有类似含义的词语。

如图1所示，控制器系统可以连接至真空包装装备100。真空包装装备100可以包括多个压盘102a、102b、102c……以及腔室盖104a、104b、104c......，它们可以组合形成单个真空腔室106。压盘102和腔室盖104的数量可以相等或不相等，使得不同的压盘102可以与不同的腔室盖104在不同时间组合形成真空腔室106。

出于下面讨论的目的，描述了具有六个腔室盖104和十个压盘102的设备。然而，本发明可以基于不同数量的压盘102和腔室盖104而容易地实现，包括具有相等数量的压盘102和腔室盖104的装备100。在压盘102的数量不等于腔室盖104的数量的情况下，所得到的组合是顺序地使用每个压盘102和腔室盖104的结果，使得对于所讨论的六个腔室盖和十个压盘的配置，前六个腔室盖与前六个压盘相匹配，然后以第一腔室盖开始的将要重新使用的腔室盖现在与第七压盘匹配，第二腔室盖现在与第八压盘匹配，如此继续，依次顺序地使用腔室盖和压盘。

控制器可以优选地设置有压力传感器108、110，所述压力传感器被配置为确定真空循环期间真空腔室106的任意一个中获得的真空水平。在使用多个真空泵从真空腔室中排出空气的情况下，压力传感器108、110可以与每个真空泵相关联。例如，在两个真空泵通过滑动环或其他通道依次连接至真空腔室106以使得能够从真空腔室106中排出空气的情况下，传感器108可以设置在与第一泵相关联的端口或通路中来测量装有产品和包装物的腔室106中的由第一泵抽的真空，而传感器110连接至二级泵。

该系统可以另外设置有附加传感器112、114，例如用于识别当前使用的特定压盘102和/或腔室盖104。在一个实施例中，该系统可以使用光学传感器，其对压盘102上标明号码“1”的压盘的特征以及第一腔室盖104上的特征进行检测，标示该腔室盖作为号码“1”的腔室盖，计数器116用于标示相继的压盘102和腔室盖104，直到再次检测到：“具有识别出作为第一腔室和/或压盘的腔室盖和/或压盘的视觉特征”的压盘102和/或腔室盖104。备选地，在压盘102和腔室盖104组合为依次的情况下，控制器可以通过计数器116识别当前压盘与腔室盖，即，已经将任意值(例如压盘号码“1”和腔室盖号码“1”)指派给第一压盘和第一腔室盖，基于当前腔室盖104和压盘102的号码，通过每次使用一个压盘或腔室盖时使压盘与腔室盖标识符递增的计数器可以确定当前压盘与腔室盖，而无需求助于视觉传感器或其他检测装置。备选地，各个压盘102和腔室盖104可以被唯一地识别，使得在控制器系统启动和停止的全过程能够维持记录。在使用计数器系统跟踪特定压盘102和腔室盖104的情况下，在操作开始时可以由操作者对计数器进行索引，以确保在不同的工作时段维持压盘102和腔室盖104标识符。在一个备选实施例中，压盘与腔室盖识别传感器可以是视觉传感器，用于对每个压盘102和腔室盖104上的视觉记号(例如条形码标签)进行检测，使得数据记录仪能够记录压盘102和腔室盖104标识符，从而它们可以与真空读数相关联而无需计数器系统。

除了用于识别压盘102、腔室盖104和达到的真空水平的部件以外，该系统可以设置有用于确定工作参数的附加传感器。传感器118可以用于确定压盘102何时有产品在压盘102上进行包装。这可以通过多种方式实现，例如，通过确定由于存在产品而导致视场破坏的视觉传感器(即，传感器使用光源和接收器，将产品置于光源和接收器之间将阻止光到达接收器)，或者通过使用质量传感器对压盘进行称重而确定是否存在产品(即，所称重的压盘的质量是否大于卸货后压盘的重量)。

可以使用另一个传感器120来确定与测量真空水平相关联的定时，例如真空腔室106上的端口何时置于与真空泵连通。为了实现更大的流处理速率，真空腔室106仅可在真空腔室封闭有产品和包装物期间连接至真空源。这样，在除了对封闭的真空腔室106施加真空的时间以外的时间测量所抽的真空可能提供不太有价值的信息。

此外，传感器122可以设置成指示每次从真空包装系统100卸下包装物的时间，使得可以获得定时指示，从而能够跟踪包装物到下游位置。

由于多真空腔室系统中采取的工艺过程将一些腔室加载，一些腔室被减压，而一些腔室被卸货，与此同时，通过对所有的真空腔室顺序地使用一个或多个公共真空泵而不是为每个真空腔室提供一个或更多个真空泵，能够节省费用。类似地，通过将压力测量装备与真空泵而不是腔室相关联，还能够减少所需感测装备的数量。

在将单个真空泵顺序应用于不同真空腔室106的一个实施例中，测量在特定真空腔室中抽的真空提供了与被包装产品是否抽了足够的真空有关的信息，以及在系统使用彼此不连续关联的腔室和压盘的情况下，提供与特定腔室和特定压盘之组合的有效性有关的信息。

在这种系统中，单个真空泵可以轮流连接至连续的真空腔室，通过使用置于与真空腔室106交替连接的真空泵侧的压力传感器108、110，从而当真空泵连接至真空腔室时获得真空的测量，使得可以仅需要部署单个传感器108。

在一个备选实施例中，可以优选地使用在不同时间顺序地连接不同真空泵的两阶抽真空系统。在这种系统中，第一传感器108可以与第一真空泵上的端口相关联，其中当连接时该端口与真空泵106可连通地连接，并且第二传感器110与第二真空泵上的端口相关联，其中当连接时该端口与真空泵106可连通地连接。因此，在真空泵106上获得的真空将取决于当连接时第一泵以及当连接时第二泵抽的真空。简单地测量在连接这两个真空泵后得到的真空水平将可能提供与真空腔室中抽的真空的任何不足的来源有关的不明确信息。

因而，当使用这种系统时，优选的是对第一泵抽的真空和第二泵抽的真空都进行测量，这样能够有根据地确定未达到期望真空是否因为泵中的一个或者两个之缘故，还是真空腔室106本身的缘故。因此，测量的定时与该测量的含义有关，并且可以使用光学传感器120来确定真空腔室106的定位，例如它何时到达第一位置，其中在该第一位置处第一真空泵可以连接至真空腔室。备选地，可以使用一个或多个接触传感器来获得相同的信息。

第二真空泵抽真空测量的定时可以基于针对第一真空泵或源获得的定时信息而建立，或者可以通过使用第二传感器获得。在使用单个传感器120的情况下，基于针对第一位置传感器定时获得的检测，可以使用机器的自然定时，使得可以使用机器内工作站之间的预期定时增量将第二读数与特定真空腔室相关联。

此外，当确定在真空腔室中实现的真空水平对于生产目的不足时，可以利用附加传感器122将特定产品/包装物组合指定为缺陷品。由于真空包装装备100通常循环工作，每个循环具有固定时间增量或者一组确定的位置，因此可以确定包装物的下游位置，从达到不合适真空水平起经过的时间量(其可以考虑使用“循环”为测量单位)。例如，如果在循环X在真空腔室内对特定产品/包装物组合进行了包装，则知晓该产品/包装物组合花了20个循环达到转向器，然后在识别出不足真空后20个循环到达转向器的包装物可以从线上转向出去，以便回收。由于生产线可能不是以连续形式工作，并且由于将可接受的产品/包装物单元转向出去是不期望的，因此可以使用传感器116对自从确定实现不可接受的真空起出现的循环的次数进行计数，以在到达实际循环次数之时将不可接受的产品/包装物组合转向出去。

上述传感器系统可以由可编程逻辑控制器或其他数据获取系统进行监视，以使得所实现的真空能够被测量、记录并与单独的腔室/压盘组合关联。可编程逻辑控制器或其他数据获取系统可以具有附加的能力，使得系统能够主动地影响下游的产品/包装物组合，例如在对包装物进行密封之前抽真空不足时，在该情况下将真空不足的产品包装物从线上转向到例如重新包装区域。

取决于用户的期望，该系统能够以被动或主动模式工作。在被动监视的情况下，可以去掉实现主动监视所需的功能，例如去掉允许从真空包装装备下游的生产线上将产品/包装部件转向出去所需的部件。

在最简单的被动监视系统中，该系统可以记录针对与真空包装系统相关联的单独真空腔室实现的真空水平。在该简单的情况下，数据可以存储以供一个或更多个操作者或其他维护人员随后浏览(例如在一天结束时)，使得能够确定正确的装备功能。数据日志可以记录压盘的标识符、腔室盖的标识符和/或针对压盘实现的真空。在使用多级真空的情况下，该系统可以记录在每一级实现的真空。

在系统使用数量相等的腔室盖和压盘的情况下，例如机器使用四个压盘和四个腔室盖，可以为每个压盘/腔室盖组合设置显示器。典型地，在一个四腔室盖、四压盘系统中，每循环该序列可以将相同的压盘结合到相同的腔室盖，使得仅需要记录四个压盘/腔室盖组合。在压盘与腔室盖数量不同的情况下，例如(出于例示目的)四压盘三腔室盖系统，存在每个压盘最终与每个腔室盖关联的可能性，使得数据记录需要针对这些组合来进行，即，腔室盖“1”，压盘“1”(或者1，1)；腔室盖“2”，压盘“2”(或者2，2)；腔室盖“3”，压盘“3”(或者3，3)；然后是腔室盖“1”结合到压盘“4”(或者1，4)；腔室盖“2”结合到压盘“1”(或者2，1)等。因此，可以看出例如图2所示例示了七腔室盖十二压盘系统的矩阵可以形成用于识别腔室盖/压盘组合。

该矩阵结构可以用作每个数据集的标识符(即，哪个腔室盖/压盘组合在何时施加真空以及达到什么真空水平，使得可以基于时间、腔室盖、压盘和/或实现的真空水平对数据进行排序，使得能够检测并展示性能趋势)。例如，如果无论何种压盘/腔室盖组合，所达成的真空均随着时间下降，则会认为真空泵的问题。在出现的性能下降仅针对特定压盘或腔室盖或者特定压盘/腔室盖组合的情况下，该特定压盘/腔室盖或压盘/腔室盖组合将被认为该性能下降的潜在原因。

该系统还可以设置有显示器，以使得能够向真空包装系统的操作者实时显示性能。在这种系统中，显示器可以以矩阵形式提供最近期的压盘/腔室盖组合的性能的指示，并且性能被编码使得能够快速识别出相对预期性能的偏离。在图3中示出了这种显示器，图3例示了用于十压盘、六腔室盖设备的显示器。可能组合的矩阵可以利用将压盘与列302关联并且将腔室盖304与行关联的方式显示，使得压盘“3”与腔室盖“5”的组合具有矩阵的第五行第三列所示的相关联的性能指示306。该指示可以是简单的例如色块，指示所实现的真空对于包装要求是否可接受。例如，足够真空用绿色指示，边界真空用黄色指示，不足真空用红色指示。可以另外显示关联的数字数据，例如以托(Torr)为单位的所实现的真空的值。还可以显示与系统相关联的附加性能数据，例如针对每分钟处理包装物的信息，在给定时段上、在可能的多个真空级上所有压盘/腔室盖组合的平均真空读数。

从图3的显示器可以看出，存在一种可能，即：并非所有的矩阵位置都被使用，例如压盘与腔室盖的数字均为偶数的情形，从而使得不出现的那些组合的矩阵位置(例如，压盘“2”腔室盖“1”，压盘“4”腔室盖“1”)可能是空白。

如图4和5所示，对于实现的可接受真空水平，可以提供接口以用于针对性能指示而设定参数，例如阈值502a、502b、502c、502d、502e……。另外，可以设置接口以允许操作者浏览特定腔室/压盘组合的历史性能，从而能够对趋势进行评估。因此，可以根据需要生成例如图6、图7、图8中所示的实时趋势信息以供操作者研究。

在一个完整的实现中，该系统可以实现为，使得能够基于获得的真空读数，将实现了不足真空的腔室盖/压盘组合产生的包装物转向到处置或重新包装区域。图1中所示的这种系统可以使用对实现不足真空的特定包装物的跟踪，使得转向器(未示出)能够将该特定包装物转向出去。在该系统使用每当完成的包装物离开真空包装单元100就递增的循环计数器116的情况下，可以使用循环计数来确定特定包装物何时到达下游位置。例如，可以知晓每个包装物花费十个循环到达下游转向器，并且真空实现不足的包装物将在十个循环后位于该转向器台。这样，可以实现真空测量技术方案以基于所实现的真空来实现包装物自动拒绝。

在不脱离本发明的精神或本质属性的情况下，可以用其他具体形式来具体实施本发明。相应地，将提及所附权利要求书而不是前述说明书来表明本发明的保护范围。

Claims (20)

1.一种用于真空包装机器的监视系统，所述真空包装机器包括多个压盘与腔室盖以及用于从由压盘与腔室盖形成的真空腔室中泵送空气的真空泵，所述监视系统包括：

真空传感器，与所述真空腔室可连通地连接，所述真空传感器测量由所述多个压盘与腔室盖中的一个形成的真空腔室中的压力水平；

压盘标识符，用于标识用来形成所述真空传感器可连通地连接到的真空腔室的至少一个压盘；

腔室盖标识符，用于标识用来形成所述真空传感器可连通地连接到的真空腔室的至少一个腔室盖；以及

数据记录器，用于针对联合形成所述真空腔室的所述至少一个压盘与腔室盖来记录在所述真空腔室中实现的真空。

2.根据权利要求1所述的监视系统，其中，压盘的数量和腔室盖的数量不相等。

3.根据权利要求1所述的监视系统，其中，所述数据记录器进一步包括用于将实现的真空水平与预定阈值进行比较的逻辑。

4.根据权利要求3所述的监视系统，其中，所述数据记录器在所述实现的真空不符合所述预定阈值时，为所述真空包装机器的操作者提供视觉指示。

5.根据权利要求3所述的监视系统，其中，所述数据记录器进一步包括拒绝生成器，所述拒绝生成器在所述实现的真空不符合所述预定阈值时生成拒绝信号。

6.根据权利要求1所述的监视系统，其中，所述数据记录器针对多个压盘与腔室盖组合来记录在真空腔室中实现的真空。

7.根据权利要求6所述的监视系统，其中，以矩阵显示的方式向操作者显示针对多个压盘与腔室盖组合所记录的在真空腔室中实现的真空。

8.根据权利要求1所述的监视系统，所述真空包装机器进一步包括包装物跟踪器，用于识别在特定压盘与腔室盖组合中被真空包装的包装物，所述包装物跟踪器进一步在所述包装物离开所述真空包装机器后确定所述包装物的位置。

9.根据权利要求8所述的监视系统，其中，所述数据记录器进一步包括用于将实现的真空水平与预定阈值进行比较的逻辑、以及拒绝生成器，所述拒绝生成器在所述实现的真空不符合所述预定阈值时生成拒绝信号，并且所述监视系统进一步包括包装物转向器，当所述监视系统生成拒绝信号时，所述包装物转向器将在特定压盘与腔室盖组合中被真空包装的所述包装物转向。

10.一种用于对产品进行真空包装的真空包装机器，所述真空包装机器包括：

多个压盘；

多个腔室盖，所述腔室盖顺序地结合至所述压盘以形成真空腔室；

真空源，选择性地连接至所述真空腔室；

真空传感器，选择性地连接至所述真空腔室；以及

数据记录器，用于当所述真空源选择性地连接至所述真空腔室时记录在所述真空腔室中实现的真空，所述数据记录器进一步识别：当所实现的真空被记录时哪个压盘和哪个腔室盖构成了所述真空腔室。

11.根据权利要求10所述的真空包装机器，其中，所述真空包装机器进一步包括包装物跟踪器，所述包装物跟踪器对在所述压盘与腔室盖组合中被真空包装的包装物进行跟踪。

12.根据权利要求10所述的真空包装机器，其中，所述数据记录器进一步包括用于将所述实现的真空与预定阈值进行比较的逻辑。

13.根据权利要求12所述的真空包装机器，进一步包括包装物转向器，当压盘与腔室盖组合中实现的所述真空不符合所述预定阈值时，所述包装物转向器将包装物转向。

14.根据权利要求12所述的真空包装机器，进一步包括附加至与所述真空包装机器相关联的每个压盘与腔室盖的单元标识符。

15.根据权利要求12所述的真空包装机器，进一步包括显示器单元，所述显示器单元针对所述压盘与腔室盖组合来显示真空实现结果。

16.根据权利要求15所述的真空包装机器，其中，以矩阵形式显示所述真空实现结果。

17.根据权利要求16所述的真空包装机器，其中，利用编码显示所述真空实现结果，以指示所述真空实现结果是否符合所述预定阈值。

18.根据权利要求16所述的真空包装机器，进一步包括：选择性地连接至所述真空腔室的第二真空泵以及选择性地连接至所述真空腔室的第二真空传感器，其中，所述数据记录器通过所述第二真空传感器记录与所述真空腔室相关联的所实现的第二真空水平。

19.根据权利要求18所述的真空包装机器，其中，所述数据记录器进一步包括用于将所实现的第二真空与第二预定阈值进行比较的逻辑。

20.根据权利要求19所述的真空包装机器，其中，所述显示器单元进一步针对所述压盘与腔室盖组合来显示所述第二真空实现结果。