CN113853253A - 包括旋转喷洒头组件旋转传感器的清洁设备 - Google Patents

包括旋转喷洒头组件旋转传感器的清洁设备 Download PDF

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Abstract

描述一种容纳箱组件，其包括：箱，其包括内表面；清洁设备，其安装到所述箱。所述清洁设备包括：细长臂；旋转式喷洒头组件，其被旋转地联接到所述细长臂的端部。旋转喷嘴组件被旋转地联接到旋转式喷洒头。磁场源联接到所述旋转式喷洒头以根据所述旋转式喷洒头组件相关于所述细长臂的所述端部的旋转而产生沿空间变化的磁场。磁场传感器按与所述细长臂的固定关系被承载。所述磁场传感器在操作时产生根据所述沿空间变化的磁场而改变的传感器信号，所述沿空间变化的磁场基于所述旋转式喷洒头组件的所述旋转。

Description

包括旋转喷洒头组件旋转传感器的清洁设备
对相关申请的交叉引用
本申请是美国临时申请序列号62/843,880(2019年5月6日提交，名称为“包括旋转喷洒头组件旋转传感器的清洁设备”)的非临时申请，所述申请的内容通过引用而全文(包括其中的任意引用文献)明确并入本文。
技术领域
本发明整体上涉及内部箱表面(或其它视觉受阻表面)清洁系统和设备，更特别地涉及内表面清洁系统，其包括旋转喷洒头组件(附接到旋转喷嘴组件)，其中旋转喷嘴组件包含一个或多个喷洒喷嘴。旋转喷洒头组件设置在插入箱或其它封闭体(例如管道)中的细长臂的端部，并且被布置为旋转以提供对箱或封闭体的内表面的全喷洒覆盖。
背景技术
流体容纳箱用于众多工业处理中，例如，食品和化工制造和处理、制药、制酒、材料发酵，等等。常常至关重要的是确保箱内部没有不希望存在的残渣和污染物。
箱或其它封闭区(例如管道)中的不希望存在的污染物可对被处理或制造的终产品的质量产生不利影响。另外，未能适当清洁箱内部可能违反特定产业(例如药物处理)的相关规定。因此，通常以特定间歇(例如在每个处理批次之后)清洁这种箱的内部，以确保产品质量和对任何相关规定的遵守。
一种类型的清洁系统采用插入箱中的工具。插入的工具持久或临时安置在箱内且典型地通过法兰对箱密封。工具在箱内部内的棒状延伸部支撑被设置在棒状延伸部最内端处的旋转式喷洒头组件。棒状延伸部包括管状壳体和旋转式喷洒头组件。旋转式喷洒头组件包括适合的机械组件，其有利于使旋转式喷洒头组件作为整体沿由管状壳体与旋转式喷洒头组件之间的旋转连接接口限定的轴线旋转。
此外，已知的清洁系统包括：旋转式喷洒头组件，其使出口喷嘴组件沿与旋转式喷洒头组件的旋转轴线非对准(例如正交)的旋转轴线回转。这样，当旋转式喷洒头组件作为整体围绕第一旋转轴线(通过旋转式喷洒头组件到管状壳体的连接限定)旋转时，出口喷嘴组件根据出口喷嘴组件的非对准旋转轴线排放扫射(行进)输出。这种多轴线旋转机械组件的示例例如在Bramsen等人的美国专利9,302,301中描述。
若关注上述类型的清洁系统的操作的监测和控制，则存在的显著需要在于：在进行清洁的容器没有内部视觉观察辅助的情况下，确保使旋转式喷洒头组件正确操作的高度确定性。
发明内容
本发明的实施例提供一种设备，包括：细长臂；和旋转式喷洒头组件，其被旋转地联接到所述细长臂的端部。旋转喷嘴组件被旋转地联接到旋转式喷洒头。磁场源联接到所述旋转式喷洒头以根据所述旋转式喷洒头组件相关于所述细长臂的所述端部的旋转而产生沿空间变化的磁场。磁场传感器按与所述细长臂的固定关系被承载。所述磁场传感器在操作时产生根据所述沿空间变化的磁场而改变的传感器信号，所述沿空间变化的磁场基于所述旋转式喷洒头组件的所述旋转。
本发明的实施例提供一种容纳箱组件，其包括：箱，其包括内表面；清洁设备，其安装到所述箱。所述清洁设备包括：细长臂；旋转式喷洒头组件，其被旋转地联接到所述细长臂的端部。旋转喷嘴组件被旋转地联接到旋转式喷洒头。磁场源联接到所述旋转式喷洒头以根据所述旋转式喷洒头组件相关于所述细长臂的所述端部的旋转而产生沿空间变化的磁场。磁场传感器按与所述细长臂的固定关系被承载。所述磁场传感器在操作时产生根据所述沿空间变化的磁场而改变的传感器信号，所述沿空间变化的磁场基于所述旋转式喷洒头组件的所述旋转。
附图说明
图1是根据本公开内容的实施例的可用的包括清洁设备的例示性容纳箱的剖视立体图示；
图2是图1中所示系统的清洁设备的放大立体图；
图3是根据图2中所示例示性示例的例示性传感器输出波形；
图4是图2中所示清洁设备的分解视图；
图5是图2中所示清洁设备的端部分的放大视图；
图6是图2中所示清洁设备的端部分的流体驱动样式的局部分解视图；
图7是图2中所示清洁设备的端部分的局部视图，图示出磁场源的第一可替代定位；
图8是图7中所示清洁设备的端部分的从第二视角的第二局部视图；
图9是图2中所示清洁设备的端部分的局部视图，图示出磁场源的第二可替代定位；
图10是对于图2中所示的在磁场传感器与电子处理器之间的有线连接的可替代的无线通讯链接的放大立体图；
图11是对于图6中所示类型的流体驱动清洁设备中的在磁场传感器与电子处理器之间的有线连接的可替代的无线通讯链接的放大立体图。
虽然本发明易于实现各种修改和可替代结构，不过本发明的特定的例示性实施例已经显示在图中并将在下文中详细描述。不过，应理解的是，并非意在将本发明限制到所公开的特定形式，而是相反，本发明将覆盖落在本发明精神和范围内的所有修改方式、可替代结构、和等同方案。
具体实施方式
现在描述一种设备的例示性示例，其解决以下需求：确保至少旋转头喷洒头组件在视觉受阻环境(例如箱、管道等)中正确操作。例示性示例利用磁场传感器和磁场源连续测量和提供：在插入视觉受阻环境(例如箱或管道)中的细长臂的远端设置的旋转式喷洒头组件的旋转位置和速率。旋转式喷洒头组件旋转地联接到细长臂的端部，以利于旋转式喷洒头组件在由旋转式喷洒头组件与细长臂之间的旋转联接所限定的旋转轴线上旋转。更特别地，磁场传感器在适合用于接收和传感周期改变的(传感的)磁场的位置承载在细长臂的非旋转部分上，所述周期改变的(传感的)磁场源于由旋转式头组件直接(按照图2)或间接(按照图7－9)承载的磁场源。作为示例，磁场传感器是霍耳效应传感器，磁场源是永磁体。例示性示例的进一步细节参照附图描述。霍耳效应传感器相对于永磁体取向而使得：当磁体围绕旋转式喷洒头组件的旋转轴线行进时，结果形成的传感器信号以可预测方式改变。这样，通过霍耳效应传感器提供的传感磁场信号能够在没有视觉观察的情况下监测旋转式喷洒头组件相对于安装在细长臂上的霍耳效应传感器(其在细长臂上固定就位且不旋转)的瞬时位置和当前旋转速率。
参见图1，例示性清洁设备10在对箱20的内表面进行清洁方面具有特定效用。清洁设备10包括：延伸到箱20中的细长管状部分30，位于箱20外的致动部分40。在其它实施例中，致动部分40位于箱20内。箱20的内表面在清洁设备10的细长管状部分30进入箱20之处通过环形密封部50对外部环境密封。
在清洁过程中，清洁设备10针对箱20的内表面以一股或多股射流(附图标记为60)喷射清洁流体。在针对箱20的壁而喷射射流60时，清洁设备10逐渐改变射流60在箱20的内表面上的冲击位置，以最终处理(清洁、清洗、涂覆，等等)箱20的大致整个内表面。
箱20的内表面上的冲击部位的控制方式通过广泛范围的控制方案中的任意方案进行。
转到图2，提供清洁设备110(例如箱清洁设备)的详细图，清洁设备110包括：基于磁场的旋转传感组件，用于旋转式喷洒头组件112(其旋转地联接到供应壳体114(细长臂))，这有利于在没有视觉确认的情况下监测旋转式喷洒头组件112的位置和旋转速率。在例示性示例中，磁场传感器116(例如霍耳效应传感器)以固定关系承载在供应壳体114上。供应壳体114通过法兰115而相对于箱(未示出)保持在固定位置。磁场源(磁体)118以固定关系承载在旋转式喷洒头组件112上。虽然在图2的例示性示例中磁体118被图示为安装在旋转式喷洒头组件112的外表面上，不过在各种可替代物理构造中可以修改物理定位——包括将磁场源(磁体)嵌入到旋转式喷洒头组件112的机壳内。另外，磁场极的取向无需沿任何特定方向以利于由磁场传感器116探测旋转式喷洒头组件112的旋转。
旋转式喷洒头组件112(其旋转地联接到供应壳体)沿旋转轴线(其与供应壳体114为对准/一致的关系)旋转。不过，在可替代实施例中，旋转式喷洒头组件112的旋转轴线与供应壳体114并不对准/一致。另外，虽然供应壳体114大致为直棒，不过在可替代实施例中，供应壳体114为非平直的(甚至柔性的)结构。
应注意，在图2中所示例示性示例中，旋转式喷洒头组件112的旋转轴线与供应壳体114的轴线对准/一致。此外，旋转喷嘴组件120(其旋转地联接到旋转式喷洒头组件112)包括一对喷嘴。旋转喷嘴组件120沿一旋转行进轴线旋转，旋转行进轴线保持大致垂直于旋转式喷洒壳体的旋转轴线(或者为任意其它非对准/一致轴线)。作为示例，旋转喷嘴组件120通过齿轮(例如互锁齿)物理接口与旋转式喷洒头组件112联接，使得喷嘴组件120和喷洒头组件112以由齿轮接口建立的固定比率同时旋转。
继续参见图2，图示出马达驱动轴布置。在这样的布置中，马达122驱动供应壳体114内的轴(未示出)，所述轴进而使旋转式喷洒头组件112相对于供应壳体114旋转。马达122可例如被流体致动或电致动以对所述轴施加旋转。在可替代的“无轴”示例(例如参见图6)中，旋转式喷洒头组件112的旋转受到流体(例如清洁流体)流的影响，所述流体流通过供应壳体114(214)至位于旋转式喷洒头组件112(212)近处且联接到旋转式喷洒头组件112(212)的涡轮以驱动其旋转。
此外，供应入口124提供开口通向供应壳体114内的通道，所述通道承载用于经由旋转喷嘴组件120的出口排放的处理流体。
在例示性示例中，电子处理器130包含电子控制逻辑和模拟电路的组合，用于监测和控制清洁设备110。电子处理器130的控制方式并非本公开内容的特别重点且将不进行详细论述。电子处理器130的描述反而将聚焦于监测旋转式喷洒头组件116的旋转位置/速率。
在图2的例示性示例中，磁场传感器116是需要电流源的霍耳效应传感器。在例示性示例中，一系列电流源线132也作为传感磁场信号源操作。在例示性示例中，电子处理器130监测一系列电流源线132上的信号值(例如电压差、电流)，并通过将信号值应用于所传感信号值的图谱和旋转式喷洒头组件112的对应旋转位置而确定旋转位置、旋转速率、或其它操作状态。
在其它实施例中，电子处理器130对于所接收的模拟信号波形(其关联于计时器/时间戳功能)的特定值(或部分，例如峰或谷)的情况进行传感/计数，以提供旋转周期值。电子处理器可记录单独旋转时间周期，或者可替代地基于多个旋转周期的测量而提供平均旋转时间。图3中提供示例性波形，持续多次旋转，速率约为每15秒一转。在例示性波形中，当磁场(霍耳效应)传感器116从磁体118传感到最大磁场时，实现信号最小值。相反地，当磁场传感器116传感到最小磁场时，实现信号最大值。波形重复出现且在所有旋转周期中一致。这样，可在线132上所观察到的传感器信号值与旋转式喷洒头组件112的旋转位置之间形成相对简单的映射/图谱。
图4提供图2中所示清洁设备110的分解视图，其显示出其中所示例示性示例的各个部件。
短暂转到图5，提供清洁设备110的下部分的放大图。在此可替代视图中，通量线以二维视图示出。本领域技术人员应认识到，通量线在磁体118的极处开始和终止并在三维空间中延伸。类似地，磁场传感器116根据公知霍耳效应传感器操作原理对穿过传感器元件的通量(线)操作。
在例示性示例中，选用霍耳效应传感器是因为旋转速率(每转15秒)相对较慢。不过，在更高旋转速率的应用(例如在每秒100转的量级)中，可使用感应传感器布置。用于传感磁场的霍耳效应传感器的例示性示例并非意在对于适合的可替代方案加以限制。
转到图6，提供图2中所示清洁设备110的无马达无轴可替代实施例的一部分的分解视图。在图6中所示实施例中，清洁设备210包括：流体驱动涡轮240。在无轴情况下，承压流体(例如清洁流体)流动通过供应壳体214对涡轮240施加旋转。涡轮240进而对旋转式喷洒头组件212施加旋转。磁场传感器216和磁体218以与图2中所示相同的整体方式就位。磁场传感器216与电子处理器230之间通过线232提供有线连接，如前文中参照图2中相似附图标记的元件所述。
转到图7，对于磁体218的磁场源(磁体)和磁场传感器216的物理/感应配对(如先前参照图2所述)提供可替代的物理定位。磁场传感器316被承载在供应壳体314上。尤其，在清洁设备310中，磁体318安装到旋转喷嘴组件320(其旋转地联接到旋转式喷洒头组件312)上。当旋转式喷洒头组件312和旋转喷嘴组件320同时旋转时在三维空间中结果形成的磁体318的极的路径和重新取向，在由磁场提供的结果信号中产生复杂却又可预测的波形。图8提供可替代的视图，其中旋转式头组件312从图7中所示位置旋转约1/8圈。这个视图意在提供旋转喷嘴组件320上的磁体318的定位的更清晰视图。
转到图9，显示出磁源定位的又一个例示性可替代构造。在例示性示例中，图示出清洁设备410，其中，磁体418固定到旋转喷嘴组件420的旋转(回转)表面，使磁体418的北/南磁极的旋转轴线与旋转喷嘴组件420的旋转轴线对准/一致。图9中的例示性示例形成磁场源/传感器关系，其中，当旋转喷嘴组件420根据旋转喷嘴组件420与旋转式头组件412之间的齿轮连接关系旋转时，壳体414上的磁场传感器416传感来自磁体418的交替的北/南(N/S)极性场。
短暂转到图10，公开一种无线实施例。在例示性示例中，电子处理器530使用适合的无线通讯协议通讯以接收由包含在磁场传感器516中的无线发送器提供的信号数据。此外，磁场传感器516包括独立功率源，以驱动传感器电路和用于从电子处理器530接收命令和将信号/旋转状态数据发送给电子处理器530的通讯接口。在图10中提供的例示性示例中，旋转式头组件112的旋转由马达122通过供应壳体114内的轴驱动。不过，如图11中所示，涡轮340可用于可替代无线布置中，其中，电子处理器630和磁场传感器616无线通讯，对磁场传感器616独立供电(即，不从电子处理器630接收功率)。
虽然相关论述通常涉及到闭合箱和封闭体的清洁，不过应认识到，本发明不限于此。清洁设备的可替代构造包括：线性致动的喷嘴，可缩进的矛，管和管道清洁单元，排水管等等——承载一个或多个喷洒喷嘴的旋转端部件在清洁操作过程中不可见的任意情况。一个或多个所述实施例可用于在寻求功能操作有效性之时。
虽然本文中前述的和在图中图示的例示性示例包括单个磁体，不过本公开内容设想提供多个磁场源。例如，参照图2，旋转式喷洒头组件112可以承载多个实例的磁体118，其中每个实例的磁体118与其它实例的磁体118以已知的旋转角度分开。例如，旋转式喷洒头组件112可被构造以承载两个(2)实例的磁体118以产生两个(2)磁场波动，所述磁场波动在每次旋转式喷洒头组件112旋转时通过磁场传感器116传感。这样，在旋转式喷洒头组件112被调整/构造以每4秒一转(15RPM)操作时，由磁场传感器116传感到每分钟总共30次波动(0.5Hz)。虽然每转单个磁场波动将是足够的，不过每转多次波动可改善相对较长旋转周期时的旋转异常探测和探测准确性(通过在旋转式喷洒头组件112的操作过程中增加产生探测事件的速率实现)。例如，足够的波动产生特征被包含在旋转式喷洒头组件112中，以产生(在例示性示例中具有15RPM和两个磁体)每2秒的波动。
应认识到，以上描述涉及例示出清洁系统优选构造的示例。不过，可设想的是，本发明的其它实施方案可在细节上不同于前述示例。如前所述，本发明的所有引述内容意在引述在该处论述的本发明的特定示例，而非意在暗示对于本发明范围更宽泛地进行任何限制。关于特定特征的所有区别和轻视语言意在表示对这些特征无偏好，而非将其从本发明范围内完全排斥，除非另行指明。
在描述本发明的行文中(特别是在所附权利要求的行文中)使用用语“一”、“一个”和类似对象应被认为覆盖单数和复数，除非在本文中另行指明或行文明显矛盾。用词“包括”、“具有”、“包含”、“含有”应被认为是开放式用词(即，是指“包括但不限于”)，除非另行指出。本文中所述的值范围仅意在用作对落在所述范围内的每个分立值的单独引述的简要方法，除非本文中另行指明，每个分立值被包含在专利文件中，如果其在本文中单独引述。本文中所述的所有方法可按任意适合顺序执行，除非在本文中另行指明或者与其它行文明显矛盾。使用在本文中所提供的任意或者所有示例或示例性语言(例如“诸如“)仅意在更好地阐明本发明，而非对本发明范围设置限制，除非另行要求。专利文件中的语言应被认为并非指示出任何非权利要求元素作为实践本发明的基本元素。
因此，本发明包括被适用法律所容许的所附权利要求中陈述的主题的所有修改方案和等同方案。另外，在本发明所有可行变例中的上述元素的任意组合被本发明涵盖，除非在本文中另行指明或者与其它行文明显矛盾。

Claims (20)

1.一种设备，包括：
细长臂；
旋转式喷洒头组件，其被旋转地联接到所述细长臂的端部，其中旋转喷嘴组件被旋转地联接到所述旋转式喷洒头；
磁场源，其联接到所述旋转式喷洒头以根据所述旋转式喷洒头组件相关于所述细长臂的所述端部的旋转而产生沿空间变化的磁场；
磁场传感器，其按照与所述细长臂的固定关系被承载，其中所述磁场传感器在操作时产生根据所述沿空间变化的磁场而改变的传感器信号，所述沿空间变化的磁场基于所述旋转式喷洒头组件的所述旋转。
2.如权利要求1所述的设备，进一步包括：
电子处理器，其通讯联接到通讯接口，所述通讯接口有利于所述电子处理器接收根据所述沿空间变化的磁场由所述磁场传感器产生的所述传感器信号。
3.如权利要求1所述的设备，其中，
所述沿空间变化的磁场是周期性重复磁场，其具有的周期对应于所述旋转式喷洒头组件的旋转周期。
4.如权利要求1所述的设备，其中，
所述磁场传感器是霍耳效应传感器。
5.如权利要求1所述的设备，其中，
所述旋转式喷洒头组件的旋转受到流体压力的影响。
6.如权利要求1所述的设备，其中，
所述旋转式喷洒头组件的旋转受到马达的机械轴输出的影响。
7.如权利要求1所述的设备，其中，
所述磁场源安装在所述旋转式喷洒头组件的主体的外表面上。
8.如权利要求1所述的设备，其中，
所述磁场源嵌入所述旋转式喷洒头组件的主体的外表面内。
9.如权利要求1所述的设备，其中，
所述磁场源至少包括：由所述旋转式喷洒头组件承载的第一磁场源。
10.如权利要求9所述的设备，其中，
所述磁场源至少包括：由所述旋转式喷洒头组件承载的第二磁场源。
11.一种容纳箱组件，包括：
箱，其包括内表面；
清洁设备，其安装到所述箱，其中所述清洁设备包括：
细长臂；
旋转式喷洒头组件，其被旋转地联接到所述细长臂的端部，其中旋转喷嘴组件被旋转地联接到所述旋转式喷洒头；
磁场源，其联接到所述旋转式喷洒头以根据所述旋转式喷洒头组件相关于所述细长臂的所述端部的旋转而产生沿空间变化的磁场；
磁场传感器，其按照与所述细长臂的固定关系被承载，其中所述磁场传感器在操作时产生根据所述沿空间变化的磁场而改变的传感器信号，所述沿空间变化的磁场基于所述旋转式喷洒头组件的所述旋转。
12.如权利要求11所述的容纳箱，进一步包括：
电子处理器，其通讯联接到通讯接口，所述通讯接口有利于所述电子处理器接收根据所述沿空间变化的磁场由所述磁场传感器产生的所述传感器信号。
13.如权利要求11所述的容纳箱，其中，
所述沿空间变化的磁场是周期性重复磁场，其具有的周期对应于所述旋转式喷洒头组件的旋转周期。
14.如权利要求11所述的容纳箱，其中，
所述磁场传感器是霍耳效应传感器。
15.如权利要求11所述的容纳箱，其中，
所述旋转式喷洒头组件的旋转受到流体压力的影响。
16.如权利要求11所述的容纳箱，其中，
所述旋转式喷洒头组件的旋转受到马达的机械轴输出的影响。
17.如权利要求11所述的容纳箱，其中，
所述磁场源安装在所述旋转式喷洒头组件的主体的外表面上。
18.如权利要求11所述的容纳箱，其中，
所述磁场源嵌入所述旋转式喷洒头组件的主体的外表面内。
19.如权利要求11所述的容纳箱，其中，
所述磁场源至少包括：由所述旋转式喷洒头组件承载的第一磁场源。
20.如权利要求19所述的容纳箱，其中，
所述磁场源至少包括：由所述旋转式喷洒头组件承载的第二磁场源。
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