CN109890257A - 台式混合器搅动过程监控 - Google Patents

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Abstract

一种台式或立式混合器(100)，其容纳包含配料(106)的碗(105)。电动机(102)驱动配件(搅打器)(103)以处理配料(106)。传感器(109)提供指示配料变化的信号，其中传感器(109)与控制器(处理器)(110)协作以响应于配料(106)的状态变化来控制电动机(102)的速度。

Description

台式混合器搅动过程监控
技术领域
本发明涉及台式混合器，并且更具体地，涉及具有过程监控能力的台式混合器。
背景技术
台式混合器利用电动机头来驱使传统或行星式配件。该配件对包含在位于机头下方的混合碗中的食物进行操作。
已知的台式混合器的缺点是操作需要连续监控混合器碗中的配料以确定何时需要修改和/或终止混合过程。
发明目的
本发明的目的是克服或实质改善上述缺点。
发明内容
本发明公开了一种加工机，其用于处理位于具有内部的容器中的物质，该加工机包括：
致动设备，其位于容器内部，使得容器和设备之间的相对运动引起对物质的处理；
电动机，其可操作地与容器和设备相关联以引起所述相对运动；
传感器，其用于产生指向内部的传感器光束，以从该内部中的物质产生反射并产生指示反射的信号；以及
控制器，其可操作地与传感器和电动机相关联，以接收来自传感器的信号，以检测信号的变化并因此检测碗中物质的变化，并在由控制器检测到信号的预定变化时改变电动机的操作。
优选地，传感器是产生传感器光束的红外传感器，其中传感器光束是红外光束。
优选地，反射具有强度，并且控制器配置为根据反射强度改变电动机的操作。
优选地，控制器配置为在操作加工机之前记录关于反射强度的基线读数，其中传感器和控制器还配置为确定传感器与从其反射该光束的容器中的物质的上表面之间的距离的移动平均值。
优选地，控制器配置为根据传感器和上表面之间的距离来改变电动机的操作。
优选地，容器是碗，并且加工机包括容纳电动机并支撑设备的主体，使得设备从主体向下延伸到内部，并且传感器将所述光束向下引向内部。
优选地，传感器和控制器配置为根据传感器和物质的上表面之间的距离的函数来控制电动机。
优选地，所述函数包括所述距离的移动平均值。
优选地，加工机是食物加工机。
在本文中进一步公开了上述加工机和所述容器的组合。
附图说明
为了更好地理解本发明，现在参考以下附图，其中：
图1是具有红外传感器的混合器的横截面视图。
图2是当具有红外传感器的混合器制作面团球时该混合器的横截面视图。
图3示出了该技术在黄油和糖的混合物中的应用。
图4是示出在混合过程中使用红外数据的流程图。
图5是示出随时间的任意电压值的曲线图，其是混合器上的红外传感器的输出。
图6示出了图5中描述的数据的低通滤波的结果。
图7示出了计算并显示图6中所描述的低通滤波器数据的移动平均值的结果。
具体实施方式
图1中示出了台式或立式混合器100。混合器100具有枢转机头101，其中电动机102可以位于该枢转机头101内。电动机102驱动任何一个或多个配件103。机头101可以包括传统齿轮装置或行星齿轮装置104。最终，电动机102驱动混合碗105内的配件103。电动机102位于碗105上方。配件103是引起配料106运动的设备。机头101是混合器100的主体120的一部分。主体120包括具有平台122的基部121，其中碗105置于该平台122上。机头101可枢转地附接至基部121，以围绕由枢轴123提供的大致水平的轴线进行角运动。配件103被驱动以围绕大致竖直的轴线124进行角运动。当配件103搅拌碗105中的配料106(例如蛋清)时，混合物的上表面107可以是不规则的。因此，在混合器100工作时，获取碗105的内容物的有意义的实时体积测量(即使在视觉上)是复杂的。实际上，对碗105中的配料106的体积的任何基于换能器的测量也由于碗100和碗105内的配件103的运动而变得复杂。
将蛋清搅动打成泡沫期望继续进行直到达到最大稳定体积。继续搅打可能是不利的。该技术提出了一种自动过程以用于一旦达到稳定的体积就停止混合器100的搅打活动。因此，机头101的下侧设置有面朝下的红外传感器109。传感器109将传感器光束引导至碗105的内部125。传感器109将红外辐射光束发射至碗105的内部并检测反射的红外辐射。传感器109与反射的辐射成比例地将电信号数据提供至混合器的处理器110。该处理器对红外信号数据执行计算以产生表示碗105的内容物(配料106)的体积变化的值。
当这种体积的增加变化稳定时，认为搅打过程完成并且可以关闭电动机102。简而言之，混合器(100)确定配料106的上表面107的垂直高度的移动平均值，并且当该移动平均值达到指示有用过程终点的稳定性时，处理器110停止搅动或搅打过程。
红外传感器109测量从碗105的内容物反射的红外光的强度。反射的红外光的量或强度的增加用于推断从传感器109到碗105的内容物的上表面107的距离。
如图2所示，传感器109可同样用于确定何时在混合碗105中形成面团球200的过程。传感器109可以在混合之前获取由碗105中的原配料202的上表面201确定的基线读数。面团钩203的操作将原配料202组合成球。当球形成时，它上升至面团钩203的长度。钩203是引起面团运动的设备。处理器110使用红外信号来确定面团球200的近似高度的移动平均值。当达到目标高度时，可以停止电动机102或允许其运行由用户或处理器110确定的附加预设时间。
图3示出了碗105，其中进行混合过程。即使当配料300的体积不改变时，也可以从红外传感器109获得过程信息。可以通过传感器109检测上表面301的反射率的变化。表面301的反射率的变化可以用于推断能够被传输至处理器110的混合程度，并且可以用于基于该混合程度来改变混合器的参数，包括混合速度或操作状态(开/关)。可以以这种方式监测和控制黄油和糖的混合物。在黄油和糖的混合物中，固体糖颗粒溶解到黄油混合物中，从而改变其反射率。
图4示出了说明控制混合、搅拌、拌合或搅动过程(统称为“混合”)的示例的流程图。可以理解，信号处理在混合器的处理器(控制器)110中进行，或者根据需要通过辅助处理器和辅助处理进行。第一步是将未加工的食物材料放入混合器的碗105中，并且用户启动组合的混合和红外监控操作400。随后，传感器109接收经反射的红外光，由此传感器109产生表示经反射的红外光的强度的数据信号(例如可变电压)401。在混合期间来自传感器109的电压数据流被传输至处理器110。处理器110以例如每秒100个数据样本对原始数据流进行操作。从传感器110的输出电压中获得的原始数据可以被示出为由随时间的一系列数据点组成的线，例如，如图5所示。如图5所示，难以将有用的数据点与噪声区分开。图5示出了对碗105的内容物进行的典型数据收集过程，其中在约4分16秒的时间段内搅拌蛋清。
处理器110利用低通滤波器软件对原始数据进行操作402。该数据处理步骤对于滤除不必要的动态数据是重要的，该不必要的动态数据诸如由配件或线式搅打器、积聚在碗105的侧面上的配料所反射的信号和其它不相关的数据。低通数字滤波器通过从当前原始数据值中减去最后一个滤波值并将其乘以常数，然后加上最后一个滤波值来获得当前滤波值。该常数基于过程变量，诸如给定过程发生有多快、碗105的大小等。在传统的碗105中搅拌蛋清的情况下，常数值0.003被证明是有用的。存储前一个或最后一个滤波值，使其可以在后续计算中使用。当前滤波值表示从碗105的内容物反射的红外线的总量，并因此表示过程变量(如碗105中的配料的混合程度或垂直高度)。通过将传感器109的模拟输出数字化来获得原始数据值。在图6的曲线图中示出了图5中所描绘的相同原始数据在低通滤波之后的情况。
在图4所示的过程的下一步骤中，对通过低通滤波402获得的结果执行信号调节操作403。在该步骤中，以给定的时间间隔(比方说，在所提供的示例中为1秒)对经滤波的数据进行采样。该步骤计算经滤波的数据值的移动平均值以获得更平滑的趋势线，该趋势线允许由处理器110来区分和识别混合、共混或搅拌过程中的变化。图7中示出了图5和图6中所描绘的相同时间间隔内所得的移动平均值。通过监测移动平均值的变化来获得实际过程信息404。处理器110从移动平均值随时间的变化率来获得信息。假设时间t1处的移动平均值是A1且时间t2处的移动平均值是A2，且t2>t1，则由(A2-A1)/(t2-t1)来定义移动平均值的时间变化率dD/dt。
由处理器计算移动平均值的时间变化率并将其与目标值进行比较405。当配料包含在混合碗105中并由配件103操作时，可以针对任何合适的过程和配料而根据经验导出目标值。当移动平均值的变化率等于或小于目标值时，可以相应地停止或修改混合过程。在比较值高于目标值的情况下，继续该过程并且收集进一步的数据407。
还应当理解，通过将该值与存储在处理器的存储器中的理想值进行比较，比较步骤405的结果还可以用于估计给定过程中剩余的时间。
应当理解，由红外传感器109提供的瞬时或连续数据可以用于在位于设备外部或联网设备上的图形界面111上生成随时间的图形显示或适当的图形警报。该信息也可以由处理器直接使用，以停止电动机102、暂停电动机102或改变电动机的速度。
尽管已经参考具体示例描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，本发明可以以许多其它形式实施。
如本文所使用的，除非另有说明，否则使用序数形容词“第一”、“第二”、“第三”等来描述共同的对象，仅仅表示引用了相同对象的不同实例，且并非意指如此描述的对象必须在时间上、空间上、在排序中或以任何其它方式处于给定的序列中。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“某个实施例”或“示例”的引用意味着结合实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书中的各处出现的短语“在一个实施例中”或“在某个示例中”不一定都指相同的实施例或示例，但可以指相同的实施例或示例。此外，在一个或多个实施例中，如本领域普通技术人员从本公开中明白的，特定特征、结构或特性可以以任何合适的方式进行组合。
类似地，应当理解，在本发明的示例性实施例的以上描述中，本发明的各种特征有时在单个实施例、附图或其描述中被组合在一起，以便简化本公开并有助于理解各个发明方面中的一个或多个方面。然而，该公开方法不应被解释为反映了以下意图，即所要求保护的发明需要比每项权利要求中明确记载的特征更多的特征。而是，如以下权利要求所反映，创造性方面在于比单个前述公开实施例的所有特征更少。具体实施方式之后的任何权利要求在此明确地并入本具体实施方式中，其中每个权利要求自身作为本发明的单独实施例。
除非另有明确说明，否则如从以下讨论中显而易见的，应当理解，在整个说明书中，利用诸如“处理(processing)”、“计算(computing)”、“计算(calculating)”、“确定(determining)”等术语的讨论是指操纵和/或转换数据的微处理器、控制器或计算系统或类似的电子计算或信号处理设备的动作和/或过程。
此外，虽然本文所述的一些实施例包括一些特征而不是包括在其它实施例中的其它特征，但是如由本领域技术人员所理解的，不同实施例的特征的组合意在包括在本发明的范围内，并且形成不同的实施例，。例如，在以下权利要求中，可以以任何组合来使用任何所要求保护的实施例。
因此，虽然已经描述了被认为是本发明的优选实施例的实施例，但是本领域技术人员将认识到，可以对其进行其它的和进一步的修改而不脱离本发明的范围，并且旨在要求保护落在本发明的范围内的所有此类改变和修改。
虽然已经参考结构的特定细节公开了本发明，但是应当理解这些是以示例的方式提供的，而不是对本发明范围的限制。

Claims (10)

1.一种加工机，其用于处理位于具有内部的容器中的物质，所述加工机包括：
致动设备，其位于所述容器内部，使得所述容器和所述设备之间的相对运动引起对所述物质的处理；
电动机，其可操作地与所述容器和所述设备相关联以引起所述相对运动；
传感器，其用于产生指向所述内部的传感器光束，以从所述内部中的所述物质产生反射并产生指示所述反射的信号；以及
控制器，其可操作地与所述传感器和所述电动机相关联，以接收来自所述传感器的所述信号，以检测所述信号的变化并因此检测所述碗中所述物质的变化，并在由所述控制器检测到所述信号的预定变化时改变所述电动机的操作。
2.根据权利要求1所述的加工机，其中，所述传感器是产生所述传感器光束的红外传感器，其中所述传感器光束是红外光束。
3.根据权利要求1或2所述的加工机，其中，所述反射具有强度，并且所述控制器配置为根据所述反射强度来改变所述电动机的操作。
4.根据权利要求3所述的加工机，其中，所述控制器配置为在操作所述加工机之前记录关于所述反射强度的基线读数，其中所述传感器和所述控制器还配置为确定所述传感器与从其反射所述光束的所述容器中的所述物质的上表面之间的距离的移动平均值。
5.根据权利要求4所述的加工机，其中，所述控制器配置为根据所述传感器与所述上表面之间的距离来改变所述电动机的操作。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的加工机，其中，所述容器是碗，并且所述加工机包括主体，所述主体容纳所述电动机并支撑所述设备，使得所述设备从所述主体向下延伸至所述内部，并且所述传感器将所述光束向下引向所述内部。
7.根据权利要求1或2所述的加工机，其中所述传感器和所述控制器配置为根据所述传感器与所述物质的上表面之间的距离的函数来控制所述电动机。
8.根据权利要求7所述的加工机，其中，所述函数包括所述距离的移动平均值。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的加工机，其中，所述加工机是食物加工机。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的加工机和所述容器的组合。
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