CN113670409A - 用于确定可移动容器中的填充材料的物位或体积的物位测量装置 - Google Patents

用于确定可移动容器中的填充材料的物位或体积的物位测量装置 Download PDF

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Abstract

一种被构造成用于确定可移动容器中的填充材料的物位或体积的物位测量装置，其包括被构造成用于距离测量的第一传感器、被构造成用于位置测量或方位测量的第二传感器以及评估单元，该评估单元被构造成通过分析位置测量或方位测量来确定自先前的物位测量以来可移动容器是否已经移动，并且在后续的根据距离测量进行的物位或体积的计算中，如果自先前测量以来可移动容器已经移动，则使用第一计算规则，并且如果自先前测量以来可移动容器从未移动，则使用第二计算规则。

Description

用于确定可移动容器中的填充材料的物位或体积的物位测量 装置
技术领域
本发明涉及可移动容器中的填充材料的物位或体积的确定。特别地，本发明涉及被构造成用于确定可移动容器中的填充材料的物位或体积的物位测量装置、物位测量装置的用途、用于确定可移动容器中的填充材料的物位或体积的方法、程序元件和计算机可读介质。
背景技术
为了确定可移动容器中的填充材料的物位或体积，可以使用物位传感器来测量填充高度。除了浸入填充材料中的传感器以外，还特别使用非接触式测量传感器。为此可以使用雷达传感器、超声波传感器或光学传感器。
在计算颗粒状松散材料的填充体积时，可以包括填充材料表面的拓扑，以便提高测量结果的准确性。为此可以使用扫描表面的传感器，以便由此计算填充材料表面的拓扑。
扫描填充材料表面会增加计算量和能源消耗。然而，特别是在自给式传感器的情况下，或者在连接到4至20mA双线电缆的传感器的情况下，能源是稀缺品。这种类型的传感器在构造上也很复杂并且昂贵。
发明内容
在该背景技术下，本发明的目的是，在以较少的能量消耗或以较低的成本确定可移动容器中的填充材料的物位或体积时，提供良好的测量结果。
该目的通过独立权利要求的特征来实现。本发明的改进示例在从属权利要求和实施例的以下说明中得出。
本发明的第一方面涉及一种物位测量装置，特别是用于工业环境中的过程自动化的物位测量装置，其被构造成用于确定可移动容器中的填充材料的物位或体积。填充材料特别可以是松散材料。物位测量装置包括被构造成用于距离测量的第一传感器。这种第一传感器的示例是执行渡越时间测量(Laufzeitmessungen)的雷达传感器、超声传感器或光学传感器。术语“第一传感器”应该被广义地解释。
提供了第二传感器，其被构造成用于位置测量(即用于朝向或定位测量)或用于方位测量。此外，提供了评估单元，其被构造成通过分析位置测量或方位测量来确定自先前的物位测量以来可移动容器是否已经移动。此外，评估单元被构造成：如果自先前测量以来可移动容器已经移动并且可能的是其它条件满足，则在后续的根据距离测量进行的物位或体积的计算中使用第一计算规则。根据一实施例，其它条件是自先前测量以来物位或距离未改变预定的第一最小值。
此外，评估单元被构造成：如果在自先前测量以来可移动容器从未移动，则使用第二计算规则。
在某些情况下，这两个计算规则可以相同(请参见下文)。通常，它们是不同的。
在简单的情况下，这些计算规则以表格的形式实现，从该表格中可以读取相应的结果。这节省了计算工作量并因此节省了能量。计算规则可以被设计为物位传感器的软件部件。例如，第一或第二计算规则是例如填充材料的线性化表格形式的线性化规则，该线性化规则根据容器中的填充材料的物位确定填充材料的体积。
如果自先前测量以来容器已经移动，则可以认为已将其装载到运输设备上并因此使其倾倒(倾斜)。如果随后将其重新竖起以用于后续测量，则松散材料通常形成倾斜平面，其形状被纳入在第一计算规则中。
如果随后在竖起状态下进行填充，则该倾斜平面将转换为堆料锥体。相反地，如果(经过较长时间)将其排空，则可能出现排料漏斗而不是倾斜平面。相应地，在上述最后两种情况下，在物位或体积计算中分别使用不同的计算规则。使用计算规则的顺序可以独立于测量结果，并且可以多次使用计算规则。
根据一实施例，评估单元被构造成仅在自先前测量以来可移动容器已经移动并且物位未改变预定的第一最小值时，才在根据距离测量进行的物位或体积的计算中使用第一计算规则。在这种情况下，如前所述，认为松散材料的表面形成倾斜平面。根据另一实施例，评估单元被构造成：如果自先前测量以来虽然可移动容器已经移动，但物位自先前测量以来已增大或减小了第一预定最小值，则在根据距离测量进行的物位或体积的计算中使用第二计算规则。
在这种情况下，例如可以认为形成堆料锥体或排料漏斗。
根据本发明的另一实施例，评估单元被构造成在选择计算规则时考虑自先前测量以来物位是否已经增大或减小。根据物位的这种增大或减小的程度，可以认为是堆料锥体、排料漏斗，或者如果增大相当小，则仍可认为是(可能具有小圆锥体或小排料漏斗的)倾斜平面，并选择对应于该情况的相应计算规则。
在这一点上，应再次指出，物位测量装置可以使用两个以上的这种计算规则。对此简单的示例是描述以下情况的计算规则：倾斜平面、排料漏斗、堆料锥体、或者倾斜平面和堆料锥体的混合体、倾斜平面和排料漏斗的混合体、平坦填充平面和堆料锥体的混合体、平坦填充平面和排料漏斗的混合体，甚至在最简单的情况下为平坦的、水平延伸的填充材料表面。
根据另一实施例，第一传感器和第二传感器被集成在物位测量设备中。
但是，第二传感器也可以被构造成用于方位测量并且没有集成在物位测量设备中，而是例如集成在可移动容器中。替代地，传感器的位置或方位确定可以通过移动无线电技术实现，例如在经由移动无线电网络实现的无线电小区定位的意义上。
特别地，可以在服务器上或在云端中而不是在实际的物位测量设备中集中地评估传感器的测量数据。
根据本发明的另一实施例，第一传感器是雷达传感器、使用导向微波(geführteMikrowellen)的传感器、超声波传感器或激光传感器或者其它光学传感器。
根据另一实施例，填充材料是松散材料。
根据另一实施例，第二传感器是无线电网络的一部分，该无线电网络例如是专用W-Lan或LoRa网络，或是公共移动无线电网络。第一传感器也可以是这种无线电网络的一部分。
本发明的另一方面涉及一种用于确定可移动容器中的填充材料的物位或体积的方法。通常第一传感器进行距离测量。在此之前、与此同时或在此之后，进行容器的位置测量，或者进行容器或第一传感器的方位测量。接下来，对位置测量的测量数据和/或方位测量的测量数据进行分析，以便确定自先前的物位测量以来可移动容器是否已经移动。同时可以确定自先前测量以来物位的变化程度。如果自先前测量以来可移动容器已经移动，则在后续的根据距离测量进行的物位或体积的计算中使用第一计算规则。如果自先前测量以来可移动容器已经移动，并可能包括物位已增大或减小了定义值的额外条件，则在根据距离测量进行的物位或体积的计算中使用第二计算规则。
在某些情况下，两个计算规则是相同的；但通常，它们是不同的。
本发明的另一方面涉及一种程序元件，其在物位测量装置的评估单元上执行时指示该评估单元执行上述和下述的方法步骤。
本发明的另一方面涉及一种存储有上述程序元件的计算机可读介质。
术语“工业环境中的过程自动化”可以理解为技术的一个子领域，其包含无人工参与的操作机器和设备的所有措施。过程自动化的一个目标是在化学、食品、制药、石油、造纸、水泥、航运或矿业领域中使工厂的各个部件的交互自动化。为此，可以使用大量的传感器，这些传感器特别适用于过程工业的诸如机械稳定性、对于污染物的不敏感性、极端温度、极端压力等特定要求。通常将这些传感器的测量值传送到控制室，在控制室中可以监测诸如填充物位、极限物位、流量、压力或密度等过程参数，并且可以手动或自动更改整个工厂的设置。
工业环境中的过程自动化的一个子领域涉及物流自动化。在物流自动化领域中，借助于距离传感器和角度传感器使建筑物内或单个物流设备内的过程自动化。典型的应用是用于以下领域的物流自动化系统：机场的办理行李和货物托运处理领域、交通监控领域(收费系统)、贸易领域、包裹配送或还有建筑物安全(访问控制)领域。先前列出的示例的共同点在于，各个应用端都需要将存在检测与对象大小和位置的精确测量结合起来。为此，可以使用借助于激光、LED、2D相机或3D相机的基于光学测量原理的传感器，这些传感器根据渡越时间原理(ToF：time of flight)检测距离。
工业环境中的过程自动化的另一子领域涉及工厂/制造自动化。在诸如汽车制造业、食品制造业、制药业或一般包装行业等许多行业中，都可以见到这种应用示例。工厂自动化的目的是使通过机器、生产线和/或机器人执行的货物生产自动化，即，在没有人工参与的情况下运行。在此使用的传感器以及在检测对象的位置和大小时对于测量精度的特定要求与上述物流自动化示例中的传感器和特定要求相当。
下面将说明本发明的其它实施例。附图中的图示是示意性的，并且未按比例绘制。如果在以下附图说明中使用相同的附图标记，则它们表示相同或相似的元件。
附图说明
图1示出了根据第一实施例的物位测量装置。
图2示出了根据另一实施例的物位测量装置。
图3示出了根据另一实施例的物位测量装置。
图4示出了根据一实施例的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了物位测量装置100，其被构造成用于确定可移动容器200中的填充材料201的物位或体积。可移动容器200在底部包括出口，可以通过该出口排出填充材料201。
在可移动容器的上部区域中安装有可执行距离测量(虚线)的物位测量设备104。通过距离测量来测量到填充材料表面202的距离。
从图1可以看出，由于容器200倾斜并然后重新竖起，填充材料表面202形成倾斜平面。
图2示出了另一实施例，其中已经形成填充材料表面202的堆料锥体(Schüttkegel)。虚线203示出了已经形成排料漏斗(Abzugstrichter)的相反情况。从图2可以看出，开始情况是图1的倾斜平面，其中，在竖起可移动容器之后，随后重新填充填充材料(堆料锥体形成)或排出填充材料(排料漏斗形成)。
与可移动容器分离地设置有所谓的企业资源计划(ERP)系统107，该系统与基于云端的系统106通信，以便控制填充或排空过程并评估由测量设备104发送的测量数据。
图3示出了其中设置有两个评估单元103的另一实施例。第一评估单元103集成在物位测量设备104中，并连接到第一传感器101和第二传感器102。测量设备可以通过无线接口105将测量数据发送到外部的第二评估单元103，并从该外部的第二评估单元接收参数化数据或控制数据。特别地，该外部评估单元103可以集成在ERP系统107或基于云端的系统106中。
在可移动松散材料料仓和存储容器的应用中，存在不同的堆料锥体情况，这可能取决于料仓/容器各自的运输情况。在运输期间(以及在供应商处填充时)，料仓/容器水平放置。然后在使用地竖起该料仓/容器。因此，松散材物处于容器中的倾斜平面中。在使用期间，料仓/容器在现场在直立状态下重新填充。这就产生了特征性的堆料锥体，该堆料锥体完全偏离了料仓/容器竖起后的状态。
可以存储线性化表，但是，在堆料锥体情况非常不同的情况下，这可能导致与实际情况的显著偏差。
根据本发明的一实施例，例如以计算规则的形式存储两个以上的线性化表，以便由此实现更高的测量值精度。为此，用于距离测量的物位测量装置(例如，雷达、超声波、激光等)包含位置传感器，该位置传感器识别料仓/容器何时倾斜或竖起以进行运输。除了位置传感器之外，还可以使用地理数据。通过GPS或其它卫星导航系统，或者通过蜂窝网络可以确定料仓是否已经移动。如果料仓的位置已改变，则可以认为料仓被水平地运输，并因此选择相应的线性化表。
在图1的实施例中，可移动容器在运输期间水平地运输并在使用地旋转90°且竖直起来。因此，产生了料仓内松散材料的典型倾斜平面。距离测量中的位置传感器识别位置变化。因此，使用合适的线性化表(或计算规则)进行线性化。
在第一次排空之后，在现场重新填充料仓。这可以在图2中看到。通过从上部填充可产生典型的堆料锥体。位置传感器识别出料仓未倾倒，并且距离传感器识别出容器中的物位已发生正向变化(上升)。因此，现在使用适用于堆料锥体的第二线性化表或计算规则来进行线性化。
也存在料仓以较低的物位运输并随后在现场在竖起后再次填充的情况。一旦物位测量装置识别出物位已经上升了一定百分比或预定的最小值(即，一定距离)，就使用相应的计算规则。
线性化可以在第一传感器(距离测量)内进行。作为另一种可能性，可以通过无线传输将纯距离值和传感器的位置传送到基于云端的系统，随后在该系统中进行线性化(计算)并进行匹配(参见图3)。
在没有位置传感器且仅具有位置信息(例如，地理数据)的情况下，当传感器检测位置数据时，也可以在云端或传感器中复制。如果可移动容器发送了新位置，则可移动容器已运输并使用第一计算规则，以便根据距离值计算出物位(或体积)。如果距离值增大且料仓位于同一位置处，则料仓已在现场填充，因此使用第二计算规则将距离值换算成物位或体积。
由于集成在距离传感器中的位置传感器提供了额外的信息，因此可以存储逻辑(评估电路)，使得始终使用与实际情况匹配的计算规则。因此确保了通过匹配的线性化而使测量值偏差最小化。
由于关于位置的额外信息，可以设置有始终使用与实际情况匹配的计算规则的评估电路。因此确保了通过匹配的线性化而使测量值偏差最小化。
通过传输到基于云端的系统，如果料仓/容器中的松散材料发生变化，除了与实际情况匹配的计算规则以外，也可以快速且简单地匹配松散材料密度或介质类型。因此，还可以考虑不同松散材料的自由流动特性。
图4示出了根据一实施例的方法的流程图。在步骤401中执行距离测量，并在步骤402中执行位置测量和/或方位测量。在距离测量401之前已经执行了这种位置和/或方位测量，并且现在在步骤403中确定要使用哪个计算规则。除其它因素之外，这取决于自在测量401之前发生的先前测量以来可移动容器是否已倾斜或移动，或者自先前测量以来物位是否显著改变。然后在步骤404中，根据距离测量401的测量数据以及与位置变化和/或地点变化以及可能自先前测量以来的距离变化有关的额外信息来计算实际的物位或体积。
另外，应注意，“包括”和“具有”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。还应指出，已经参考其中一个上述示例性实施例说明的特征或步骤也可以与上述其它示例性实施例的其它特征或步骤结合使用。权利要求中的附图标记不应被视为限制。

Claims (15)

1.一种被构造成用于确定可移动容器(200)中的填充材料(201)的物位或体积的物位测量装置(100)，其包括：
第一传感器(101)，其被构造成用于距离测量；
第二传感器(102)，其被构造成用于位置测量或方位测量；
评估单元(103)，其被构造成
通过分析所述位置测量或所述方位测量来确定自先前的物位测量以来所述可移动容器是否已经移动；并且
在后续的根据所述距离测量进行的所述物位或所述体积的计算中，如果自所述先前的测量以来所述可移动容器已经移动，则使用第一计算规则，并且
如果自所述先前的测量以来所述可移动容器从未移动，则使用第二计算规则。
2.根据权利要求1所述的物位测量装置(100)，
其中，所述评估单元(103)被构造成仅在自所述先前的测量以来所述可移动容器已经移动并且所述物位或所述距离未改变预定的第一最小值时，才在根据所述距离测量进行的所述物位或所述体积的计算中使用所述第一计算规则。
3.根据权利要求1或2所述的物位测量装置(100)，
其中，所述评估单元(103)被构造成：如果自所述先前的测量以来所述可移动容器虽然已经移动，但所述物位或所述距离自所述先前的测量以来增大或减小了第一预定最小值，则在根据所述距离测量进行的所述物位或所述体积的计算中使用所述第二计算规则。
4.根据前述任一项权利要求所述的物位测量装置(100)，
其中，所述评估单元(103)被构造成在选择所述计算规则时考虑自所述先前的测量以来所述物位或所述距离是否已经增大或减小。
5.根据前述任一项权利要求所述的物位测量装置(100)，
其中，所述第一传感器(101)和所述第二传感器(102)被集成在物位测量设备(104)中。
6.根据前述任一项权利要求所述的物位测量装置(100)，
其中，所述评估单元(103)被集成在所述物位测量设备(104)中。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的物位测量装置(100)，
其中，所述评估单元(103)没有被集成在所述物位测量设备(104)中。
8.根据前述任一项权利要求所述的物位测量装置(100)，
其中，所述第一传感器(101)是雷达传感器、使用导向雷达信号的传感器、超声波传感器、激光传感器或使用渡越时间测量方法的传感器。
9.根据前述任一项权利要求所述的物位测量装置(100)，
其中，所述填充材料是松散材料。
10.根据前述任一项权利要求所述的物位测量装置(100)，
其中，所述第二传感器(102)是无线电网络的一部分。
11.根据前述任一项权利要求所述的物位测量装置(100)的用于确定可移动容器(200)中的填充材料(201)的物位或体积的用途。
12.一种用于确定可移动容器(200)中的填充材料(201)的物位或体积的方法，其包括以下步骤：
执行距离测量(401)；
执行位置测量或方位测量(402)；
分析所述位置测量或所述方位测量以便确定自先前的物位测量以来所述可移动容器是否已经移动(403)；
如果自所述先前的测量以来所述可移动容器已经移动，则在后续的根据所述距离测量进行的所述物位或所述体积的计算中使用第一计算规则(404)；
如果自所述先前的测量以来所述可移动容器从未移动，则在根据所述距离测量进行的所述物位和所述体积的计算中使用第二计算规则(405)。
13.根据权利要求12所述的方法，
其中，如果自所述先前的测量以来所述可移动容器已经移动并且已经出现特定事件，特别是出现比上次测量更高的物位，则使用所述第二计算规则(404)。
14.一种程序元件，其在物位测量装置(100)的评估单元(103)上执行时指示所述评估单元执行以下步骤：
如果自先前的测量以来可移动容器已经移动，则在根据距离测量进行的物位或体积的计算中使用第一计算规则(406)；
如果自所述先前的测量以来所述可移动容器从未移动，则在根据所述距离测量进行所述物位或所述体积的计算中使用第二计算规则(407)。
15.一种计算机可读介质，其存储有根据权利要求14所述的程序元件。
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