CN114365010A - 用于识别工业设备中的物体的运动的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及设备、优选工业设备的领域。本发明的目的在于提出简单和低成本地监视设备的至少五个实施运动的物体的装置、方法、装置的应用和计算机程序。该目的通过线缆天线(1)和能够由线缆天线(1)探测到的无源的收发器(2)实现。收发器(2)或者线缆天线(1)安置在物体(4)上，使得在物体运动期间收发器(2)和线缆天线(1)改变位置。评估器(3)能够根据由天线(1)接收的转发信号测定物体(4)的运动并且探测该运动与预设的运动的偏差。

Description

用于识别工业设备中的物体的运动的装置和方法

技术领域

本发明涉及具有可运动物体的设备的领域。

一方面，本发明涉及用于监视设备、优选工业设备的装置和方法，其中与设备连接的至少五个物体、优选至少二十个物体实施预设的转动运动或预设的平移运动、特别优选周期性的转动运动或周期性的平移运动。

另一方面，本发明涉及该装置的应用。

此外，本发明还包括计算机程序，其实施用于监视设备的方法。

背景技术

在生产设备中存在多个能运动的物体，其中不会持久地监视所有的运动。在一些应用中出现的问题是存在多个能运动的物体。出于成本原因，持续监视所有能运动的物体通常无利可图。能运动的物体通常仅被偶尔检查，或者其它标识(例如提高的噪声等级)指出故障功能。存在多个这种能运动的物体的实例是具有传送皮带的传送带，其沿着传送路径由承载辊支撑。现在出现的问题在于，必须确保该承载辊在运行期间与带速度同步转动。然而，所有形式的材料的运输和该传送带的长的运行时间导致轴承的磨损，其能够损害承载辊的转动运动。卡住的或迟缓的承载辊导致传送皮带和辊之间的相对运动，这不仅在辊还在传送皮带上导致增大的磨损。卡住的或迟缓的承载辊并不少见并且能够特别在长的传送路径(当不及时识别时)导致非计划的停机并且进一步导致生产故障。传送装置的人工目测是非常困难的，因为出于安全原因传送装置的大部分都是封闭实施的。封闭实施在很多情况下阻止见到承载辊。因为传送路径通常是非常长的，所以人工检测代表了非常耗时的工作。

利用通用的传感器的监视(例如转速传感器)仅能够通过应用过量的硬件实现，由此产生高硬件成本和附加的耗费的维护。这在实际中很少应用，因为首先硬件的布线有非常大的开销。

可行的视觉检测通常是非常困难的，因为传送带出于安全原因以及由于形成灰尘而是整体封装的。转动的承载辊由此不再能从外部见到。

AU 2017100493A4公开了一种辊，其具有用于收集关于辊的信息的信息生成器。这能够实现对传送系统的多个这种辊的监视。

发明内容

本发明的目的在于，提供用于监视实施预设的运动的多个设备部件的简单和低成本的可行方案。

该目的通过开头部分所述的装置实现。设备具有实施预设的转动运动和/或平移运动的至少五个物体、优选至少二十个物体。该装置包括线缆天线，并且五个物体中的每一个都具有无源的收发器、优选RFID(射频识别)收发器。无源的收发器没有单独的能量供应，能量供应仅通过电磁场实现，电磁场由线缆天线发出。线缆天线设计成使其能够探测收发器。收发器安置在相应的物体上，使得在物体进行转动运动和/或平移运动期间改变收发器和线缆天线的相对彼此的位置，优选在运动期间出现用于线缆天线从收发器接收信号的区域和用于线缆天线不从收发器获得信号的区域。线缆天线例如是用作为天线的同轴天线线缆。这种线缆天线例如作为行波RFID天线已知。这种行波RFID天线的读取区域例如达到几cm直到2m。用于检测无源的收发器的场沿着天线线缆环形地设计。工业设备的要监视的物体主要相互以确定的间距布置。因此不必每个物体都装配单独的天线，应用线缆天线已证实非常有用(为了能够借助于接收的转发信号探测运动)，以便利用天线读取全部(即至少所有五个)无源收发器。这种线缆天线能够以长达25m的长度实施。设计绕着天线的圆柱形的场(具有直到2m的半径)能够用于读取各个收发器。评估器基于由线缆天线接收的转发信号测定物体的运动。评估器根据通过线缆天线接收的转发信号连续测定至少五个物体的实际的平移运动或者实际的转动运动。只要出现偏差，评估器就为所有五个物体连续识别转动运动或平移运动与预设的转动运动或平移运动的偏差。连续被理解为使得在每秒多个进程的情况下至少在几秒之中能够识别偏差，并且当该运动每分钟一次地进行时在该分钟之中进行识别。多快地识别偏差必须首先取决于对于设备来说物体运动与预设运动的偏差的关键程度。当能运动的物体是直接影响产品质量的设备部件时，该偏差应被立刻检测。当该偏差对于产品质量来说不是直接关键的，而是仅造成增大的能量消耗或增大的材料损耗，那么就能够实现较长的时间段。在临界并且缓慢地运动时应当在该运动之中识别偏差。当涉及快速的运动(即每秒多次运动时)运动偏差不直接影响产品质量，够用的是其例如在五到十次运动偏差之后由评估器识别。因此，转动运动或平移运动与预设的转动运动或预设的平移运动的偏差应当在预设的时间窗口中被识别。时间窗口选择为避免设备损坏和/或通过设备生成的产品的变差的质量。时间窗口也能够选择为避免由于运动的偏差造成的增大的能量需求或增大的磨损。线缆天线必须布置为，使得至少五个物体中的每个都能够由线缆天线(至少在一个位置)检测，并且评估器能够明确地标识相应的收发器。线缆天线位置固定地安装。收发器和线缆天线之间的相对运动导致由线缆天线接收的信号发生改变。结合本发明，位置(收发器和天线的相互位置)改变被理解为使得收发器的至少部分区域相对于天线的位置发生变化。因此，信号也必须改变以能够根据改变的参数得出位置变化。结合本发明，能运动的物体被理解为进行运动的所有的设备部件、机器部分或其它对象。这种能运动的物体例如能够是进行转动运动的转动对称的物体或者进行线性运动的物体。物体的运动(转动运动或平移运动、优选重复运动)总是再次到达同样的位置。特别优选地，该运动是周期性的运动，即以规律的间距重复的运动。收发器安装的位置使得其一方面在物体运动时改变并且另一方面收发器应当在该位置得到保护以免破坏。收发器或线缆天线的保护例如能够通过凹进部得到保障。评估器能够基于由线缆天线接收的信号探测物体的运动。

结合本发明，运动的探测一般被理解为物体是否运动或者物体是否(像设置那样)不运动。这能够是使得其未到达确定的结束位置或者该结束位置仅在较长的时间之后到达或者保持在其原始位置。在一个优选的解决方案中，能够探测运动的多个特性参数，特别优选地能够近似完全检测运动。该装置例如用在冶金的设备、优选连铸设备或传送带中。

在一个优选的实施方式中，物体是旋转体。收发器偏心地安置在旋转体的端侧处或者安置在旋转体的周侧处。该旋转体实施围绕旋转轴的转动运动。收发器因此相对于旋转轴偏心地布置。该布置确保了在物体运动时在收发器和天线之间进行相对运动。评估器由此能够探测运动。收发器安置在端侧上的优点在于，其(在端侧不与其它物体啮合的实施方式中)得到足够保护免于破坏。在安置在周侧的情况中，收发器布置在同样不与其它物体产生接触的位置或者在凹进部中。然而也能考虑其它的适用于相应地保护收发器的措施。

一个有利的实施方案提出，收发器定位在物体处，使得在物体运动期间由线缆天线接收的信号在其信号强度方面改变，和/或在物体运动期间出现不接收信号的位置。通过考虑信号强度能够非常可靠地得出运动。对于首先使得某个运动的存在很重要的物体，该方法也实用地表明了信号存在和信号不存在。然而在此重要的是，在物体运动期间重视分别出现不接收信号的位置和接收信号的位置。

一个优选的实施方式提出，至少五个物体相对彼此具有确定的间距，其中，具有最大间距的这些物体相对彼此具有至少5m、特别优选20m的间距，并且线缆天线具有至少5m、特别优选20m的长度。线缆天线能够实现的是，在相应的铺设时也经由各个物体的较大的间距实现各个物体的运动的可靠探测。不必布置多个天线以确保探测。

一个有利的实施方式提出，评估器能够确定运动的至少一个特性参数、优选速度、到达结束位置和/或转速。评估器设计为，使得其在接收的信号的基础上能够得出物体的运动。这例如随后是如下情况，即在运动中接收到收发器信号的阶段和不从收发器接收信号的阶段。该信息允许得出转速，只要运动是转动运动。这也能够在实施线性运动的物体上以相似的方式实现。也能考虑的是，运动参数的推导基于信号强度进行。

一个有利的实施方案提出，天线被非金属的软管包裹。其优点在于，天线具有保护。此外当天线在维护情况下应被拆卸时是有利的。对此简单地要求拉出天线并且通过牵引弹簧能够使其然后再次伸入到非金属的软管中。优选地，软管由人造材料、碳或玻璃纤维管制成。尤其在连铸区段中该要求由于热辐射而更高。

一个特别优选的实施方式提出，非金属的软管具有冷却介质，软管优选地具有用于冷却介质的入口和出口。在产生很高温度的应用中，例如在连铸时应当冷却天线。这由此证明特别有利的是，废金属的软管借助于冷却介质载流。因此，软管在一个端部上具有用于冷却介质的输入端并且在另一个端部上具有用于该冷却介质的输出端。例如采用水或冷却空气作为冷却介质。

另一个有利的实施方案提出，软管具有至少一个自身的冷却通道，冷却通道沿着线缆天线布置。可行的实施方案为，软管由双层软管组成，其中，在内部引入天线并且在外层和内层之间布置冷却通道。另一个实施方案提出，在软管壁中存在多个通道，或者在软管中绕着天线布置多个管，其能够由冷却介质流过。

一个有利的实施方式提出，相应的收发器的由线缆天线读取的信息在转动运动或平移运动期间保持不变，信息是相同的。由相应的收发器读取的信息在转动运动或平移运动期间不改变，因此没有信息(在转动运动或平移运动期间)从其它的传感器写到收发器上。读取的信息例如是标识码、标识号、设备特征说明和/或组件说明。

根据本发明的目的还通过开头部分的方法实现，其包括以下特征：

-线缆天线和五个无源的收发器、优选RFID收发器，其中，在五个物体中的每一个上安装至少一个无源的收发器，

-其中，定位无源的收发器，使得在物体进行转动运动或平移运动期间收发器和线缆天线改变位置，

-评估器与线缆天线连接并且基于由线缆天线检测的转发信号确定转动运动或平移运动，

-其中，评估器能够为所有五个物体连续地、优选实时地识别该转动运动或平移运动与预设的转动运动或平移运动的偏差。

线缆天线和收发器必须在物体运动期间实施相对运动。这能够实现的是，评估器在接收的信号的基础上得出运动。对运动的监视在最简单的情况下确定物体是否实施运动。评估器如已经之前在装置中实施的那样基于一个或多个信号确定运动。

一个有利的实施方式提出，收发器或天线定位在物体处，使得在物体运动期间收发器的由天线接收到的信号在其信号强度方面改变，或者在物体运动期间出现不接收信号的位置。

通过考虑信号强度能够非常可靠地得出运动。对于首先使得某个运动的存在很重要的物体，该方法也实用地表明了信号存在和信号不存在。然而在此重要的是确保也总是有效地出现天线不能够接收到信号的位置。

一个优选的实施方式提出，评估器能够确定运动的至少一个特性参数、优选速度、到达结束位置和/或转速。评估器设计为，使得其能够基于接收的信号得出物体的运动。这例如随后是如下情况，即在运动期间接收到收发器信号的阶段和不从收发器接收信号的阶段。该信息允许得出转速，只要运动是转动运动。这也能够在实施线性运动的物体上以相似的方式实现。也能考虑的是，对运动参数的推导在信号强度的基础上进行。

一个有利的实施方案提出，天线由冷却介质冷却。这尤其地在恶劣和热的环境中的应用的情况下是非常重要的。冷却天线尤其在监视连铸设备的区段中的转动的辊时是重要的，以便确保更长时间段的监视的功能。

一个有利的实施方式提出，相应的收发器的由线缆天线接收的信息内容在转动运动或平移运动期间不改变，信息保持相同。

该目的通过开头部分所述的装置的应用实现。该装置特别适用于连铸设备以监视转动辊的运动，或者适用于传送带以监视承载辊。所描述的装置特别有利地适用于这种设备，因为在这种设备中存在多个能运动的物体。通过该装置监视是特别简单和低成本的。

该目的还通过计算机程序实现，其包括指令，指令使得先前描述的用于监视设备的装置实施上述方法的步骤。该计算机程序例如存储在计算机可读介质上。

附图说明

图1a和图1b示出装置的示意图。

图2示出根据本发明的装置的优选的实施方式。

图3示出具有根据本发明的装置的连铸设备。

图4a和图4b示出收发器在能运动的物体上的优选的布置。

图5示出根据本发明的装置的另外优选的实施方式。

图6a至图6c示出简化的由天线接收的信号。

具体实施方式

图1a示出在能运动的物体4上布置有收发器2。线缆天线1接收收发器2的信号，信号由评估器3接收和评估。该结果在显示装置5上显示。然而，评估器3也能够将结果传输到工业设备的上级管理系统。

图1b示出了具有收发器2的能运动的物体4，物体实施线性运动。物体4应当到达结束位置或至少到达预限定的区域，其通过具有实线的物体4示出。线缆天线1能够探测在该结束位置或该区域中的收发器2。因此，能运动的物体4在以虚线示出的物体4和以实线示出的物体4之间运动。

图2示例性地示出传送带35的部段。传送带35由多个物体4(具体地是承载辊)和传送皮带36组成。物体4相对彼此具有确定的间距。两个要监视的相互具有最大间距的物体具有间距A。间距A例如能够是至少五米或者至少20米。当然也能够监视至少二十个物体。当这些物体4中的一个卡住或者不再与承载皮带的速度同步运动时，这导致较大的磨损和增大的能量需求。为了探测不再如设置的那样转动的物体4，其装配有收发器。位置固定的线缆天线1至少从实施运动的物体4接收信号。评估器3接收该信号并且根据收发数据评估每个物体的运动。将该评估例如传输给显示装置5。在不再实施运动的物体4中接收恒定的信号。

图3示出了连铸设备30。连铸设备具有多个能运动的物体4(具体为承载辊)，其随着铸造的支路31运行并且由此实施转动运动。这些物体4装配有收发器2。线缆天线1探测收发器2的信号。支路31在两侧由承载辊支撑。在两侧布置有线缆天线1。这些线缆天线1由软管20包裹。冷却介质以有利的方式流过该软管20，冷却介质通过用于冷却介质的入口21引入并且通过用于冷却介质的出口22再次导出。随后，两个线缆天线1连接到评估器3上，评估器能够相应地评估各个物体4的运动。

图4a示出了转动对称的辊形式的物体4。收发器以有利的方式安置在端侧处，因为通过该布置能够简单地实现偏心的布置。另外的优点在于，在辊的端侧处一般情况下没有破坏收发器2的力。

图4b示出了收发器在转动对称的物体4上的布置的另一个可行性方案，即收发器沿周侧布置在凹进部中。该形式的布置同样得出偏心的布置并且同样确保了相应的保护。凹进部也能够附加地还被填充填料，填料不阻止收发器的通过线缆天线的探测。

图5示出了转动的辊(例如辊柱)的布置。在该布置中存在两个线缆天线1。通过应用两个或更多个天线，能够实现覆盖更大的区域。线缆天线在正常情况下仅适用于确定的长度区域。因此例如能够利用每个线缆天线1分别监视至少五个、优选至少二十个物体。

图6a至图6c还示例性地示出了由评估器3接收的信号。这些信号如下地实施，即在物体4运动期间存在能够探测信号的位置和不能够探测的位置。图6a示出了物体如所期望的那样运动。在图6b中物体运动得比期望的慢。因此，该物体没有如所期望的那样实施运动，这通过收发器的更长的阶段显示识别或未识别信号。在图6c中持续探测信号，对此该物体不运动或仅实施非常小的运动。也能考虑的是没有识别出的信号，由此同样不如期望的那样实施运动。

尽管通过优选的实施例在细节上详细阐述和描述了本发明，但本发明并不局限于公开的实例，并且能够由专业人员得出其它变体方案，这并不脱离本发明的保护范围。

参考标号列表

1 线缆天线

2 收发器

3 评估器

4 物体

5 显示装置

6 传送带

7 存储器

8 电池

9 接口

20 软管

21 用于冷却介质的入口

22 用于冷却介质的出口

30 连铸设备

31 支路

35 传送带

36 传送皮带。

Claims (17)

1.一种用于监视设备的装置，所述设备优选是工业设备，其中，与所述设备连接的至少五个物体(4)、优选至少二十个物体(4)实施预设的转动运动或者预设的平移运动、特别优选周期性的转动运动或者周期性的平移运动，其特征在于，

-线缆天线被位置固定地布置，

-能够由所述线缆天线(1)探测到的至少五个无源的收发器(2)、特别优选射频识别收发器，

-其中，每个物体(4)具有收发器(2)，所述收发器分别安置在物体(4)处，使得在物体进行转动运动或平移运动期间相应的所述收发器(2)和所述线缆天线(1)改变位置，

-评估器(3)，所述评估器根据由一个所述天线(1)接收的转发信号连续测定至少五个所述物体(4)的平移运动或转动运动，并且所述评估器能够为全部五个所述物体连续地、优选实时地识别转动运动或平移运动与预设的转动运动或预设的平移运动的偏差。

2.根据权利要求1所述的用于监视设备的装置，其特征在于，所述物体(4)是旋转体，并且所述收发器(2)偏心地安置在所述旋转体的端侧处或者所述收发器安置在所述旋转体的周侧处。

3.根据权利要求1-2所述的用于监视设备的装置，其特征在于，所述收发器(2)定位在所述物体(4)处，使得在所述物体(4)运动期间由所述线缆天线(1)接收的信号在该信号的信号强度方面改变，和/或在所述物体(4)运动期间出现不接收信号的位置。

4.根据权利要求1-3所述的用于监视设备的装置，其特征在于，至少五个所述物体相对彼此具有确定的间距，其中，具有最大间距的物体相对彼此具有至少5m的间距，并且所述线缆天线具有至少5m的长度。

5.根据权利要求1-4所述的用于监视设备的装置，其特征在于，所述评估器(3)能够确定所述物体(4)的运动的至少一个特性参数、优选速度、到达结束位置和/或转速。

6.根据权利要求1-5所述的用于监视设备的装置，其特征在于，所述线缆天线(1)被非金属的软管(20)包裹。

7.根据权利要求6所述的用于监视设备的装置，其特征在于，非金属的所述软管具有冷却介质，所述软管(20)优选地具有用于冷却介质的入口(21)和出口(22)。

8.根据权利要求6或7所述的用于监视设备的装置，其特征在于，所述软管(20)具有至少一个自身的冷却通道，所述冷却通道沿着所述线缆天线布置。

9.根据权利要求1-8所述的用于监视设备的装置，其特征在于，相应的所述收发器的读取的信息在转动运动或平移运动期间保持不变。

10.一种用于监视设备的方法，所述设备优选是工业设备，其中，所述设备的至少五个物体(4)、优选至少二十个物体(4)实施预设的转动运动或者预设的平移运动、优选重复的转动运动或者重复的平移运动、特别优选周期性的转动运动或者周期性的平移运动，其特征在于，

-位置固定地布置线缆天线，

-能够借助于所述线缆天线读取五个无源的收发器(2)、优选射频识别收发器，其中，在五个所述物体(4)中的每一个物体处安装至少一个无源的收发器(2)，

-其中，定位无源的所述收发器(2)，使得在所述物体(4)进行转动运动或平移运动期间所述收发器(2)和所述线缆天线(1)改变位置，评估器(3)与所述线缆天线连接并且所述评估器基于由所述线缆天线(1)检测到的转发信号确定该转动运动或平移运动，

-其中，借助于所述评估器为全部五个物体连续地、优选实时地识别该转动运动或平移运动与预设的转动运动或预设的平移运动的偏差。

11.根据权利要求10所述的用于监视设备的方法，其特征在于，所述收发器(2)定位在所述物体(4)处，使得在所述物体(4)运动期间所述收发器(2)的由天线(1)接收到的信号在该信号的信号强度方面改变，或者在所述物体(4)运动期间出现不接收信号的位置。

12.根据权利要求9-11所述的用于监视设备的方法，其特征在于，至少五个所述物体相对彼此具有确定的间距，其中，具有最大间距的物体相对彼此具有至少5m的间距，并且所述线缆天线具有至少5m的长度。

13.根据权利要求10-12所述的用于监视设备的方法，其特征在于，所述评估器(3)能够确定运动的至少一个特性参数、优选速度、到达结束位置和/或转速。

14.根据权利要求10-13所述的用于监视设备的方法，其特征在于，天线(1)由冷却介质冷却。

15.根据权利要求10-14所述的用于监视设备的方法，其特征在于，相应的所述收发器的读取的信息在转动运动或平移运动期间保持不变。

16.一种根据权利要求1-9所述的装置的应用，所述装置用于连铸设备以监视转动辊的运动或者用于输送设备以监视承载辊。

17.一种计算机程序，包括指令，所述指令使得根据权利要求1-9所述的用于监视设备的装置实施根据权利要求10-15所述的方法的步骤。

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