CN117782280A - 一种在线称重方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在线称重方法及系统，方法包括以下步骤：监听称重传感器反馈的重量值，若称重传感器反馈的重量值为0则继续监听称重传感器反馈的重量值，直到称重传感器反馈的重量值大于0，等待第一指定时长后，以指定的采样率获取第二指定时长的时段内称重传感器反馈的重量值；分别计算所有相邻采样时刻的重量值的斜率，并根据所述斜率在所有重量值中选取端点值；计算所有端点值的平均值，或者计算端点值与端点值之间的所有重量值的平均值，得到称重值。本发明能够避免因重量值波动而花费过长的等待时间去获取准确的重量值，提高设备产能。
Description
技术领域
本发明涉及重量测量技术，尤其涉及一种在线称重方法及系统。
背景技术
目前在线称重功能越来越普遍的应用于生产线中，由于在线称重在动态过程中获取精确的重量值会花费较长的时间，从而会影响设备产能。因此无论是抽检还是全称重，都对称重速度，即重量获取速度有一定要求。常规的在线称重方案一般采用以下两种方式获取重量值：
(1)延时获取
为了获得准确的重量，物料上秤后需等待稳定，经过延时一段延时后再获取称重传感器的重量值作为被称量物体的重量。该方法的弊端在于每次称量的延时时长不固定，为了满足每次能够获得准确的重量，延时时间会设置很长，降低设备产能。
(2)稳态获取
稳态获取是通过给定一个判定窗口，连续判断在窗口的时间范围内重量值波动未超过设定的阈值则认为达到了稳定，此时将称重传感器的重量值作为被称量物体的重量。该方案的缺点是称量结果的精度会随着判定窗口的给定变化，窗口越长且阈值越小得到称重结果越精确但获值时间长，反之窗口越小且阈值越大很容易获得称重结果，但不精确。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种在线称重方法及系统，能够避免因重量值波动而花费过长的等待时间去获取准确的重量值，提高设备产能。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种在线称重方法，包括以下步骤：
以指定的采样率获取称重传感器反馈的重量值；
分别计算所有相邻采样时刻的重量值的斜率，并根据所述斜率在所有重量值中选取端点值；
计算所有端点值的平均值，或者计算端点值与端点值之间的所有重量值的平均值，得到称重值。
进一步的，以指定的采样率获取称重传感器反馈的重量值之前，包括：监听称重传感器反馈的重量值，若称重传感器反馈的重量值为0则继续监听称重传感器反馈的重量值，直到称重传感器反馈的重量值大于0，等待第一指定时长后，执行以指定的采样率获取称重传感器反馈的重量值的步骤。
进一步的，以指定的采样率获取称重传感器反馈的重量值时，包括：以指定的采样率获取第二指定时长的时段内称重传感器反馈的重量值。
进一步的，分别计算所有相邻采样时刻的重量值的斜率时，包括：将当前采样时刻的重量值减去前一相邻采样时刻的重量值得到第一差值，并将当前采样时刻减去前一相邻采样时刻得到第二差值，将第一差值除以第二差值，得到相邻采样时刻的重量值的斜率。
进一步的，根据所述斜率在所有重量值中选取端点值时，包括：若当前采样时刻的重量值与前一相邻采样时刻的重量值的斜率为正数，且当前采样时刻的重量值与后一相邻采样时刻的重量值的斜率为负数，则当前采样时刻的重量值为端点值。
进一步的，计算所有端点值的平均值，或者计算端点值与端点值之间的所有重量值的平均值之前，还包括筛选有效端点值的步骤，具体包括：判断端点值是否在预设的滤波窗口内，是则所述端点值为有效端点值。
进一步的，判断端点值是否在预设的滤波窗口内时，包括：
若所述端点值的采样时刻在预设的滤波窗口的缓冲时间内，且所述端点值的重量值满足预设的滤波窗口的稳态判据，则所述端点值在预设的滤波窗口内。
进一步的，计算端点值与端点值之间的所有重量值的平均值之前，还包括滤除波动过大重量值的步骤，具体包括：
分别获取每两个有效端点值之间的所有重量值；
判断每个重量值的大小是否满足预设的滤波窗口的稳态判据，是则保留对应的重量值，否则删除对应的重量值。
进一步的，预设的滤波窗口的稳态判据具体是指预设的重量值范围，预设的重量值范围的上限为目标重量与重量偏差的和，预设的重量值范围的上限为目标重量与重量偏差的差，所述重量偏差为目标重量与指定比例的乘积。
本发明还提出一种在线称重系统，包括灌装加塞机，所述灌装加塞机被编程或配置以执行任一项所述的在线称重方法。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明通过对采样获取的多个重量值计算所有相邻采样时刻的重量值的斜率，并根据斜率在所有重量值中选取端点值，能够在称重数据的波动阶段准确的找到完整波形对应的关键点，然后通过求取完整波形的平均值得到更为精准的重量值，相比现有技术提高了效率和准确率，同时提高了设备产能。
附图说明
图1为物品上称后的重量波动曲线示意图。
图2为本发明实施例的方法流程图。
图3为重量波动曲线中采样点的分布图。
图4为重量波动曲线与其导数曲线的示意图。
图5为稳态判定窗口在重量波动曲线中的示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
图1为物品上称后重量值的波动曲线，其中横坐标为时间且纵坐标为重量值，如图1所示，物品上称后，重量值会有一个过冲的过程，持续T1时间，本实施例中将过冲的阶段称为T1阶段，T1阶段之后重量值会逐步波动，持续T2时间，本实施例中将波动的阶段称为T2阶段，T2阶段之后重量值会逐步稳定，本实施例中称为T3阶段，可见，如果需要获得稳定的重量值，则至少需要等待T1加T2时间。
为了能够快速获取到真实重量值，本实施例提出一种在线称重方法，能够避免因重量值波动而花费过长的等待时间去获取准确的重量值，提高设备产能，如图1所示，包括以下步骤：
S1)以指定的采样率获取称重传感器反馈的重量值；
S2)分别计算所有相邻采样时刻的重量值的斜率，并根据所述斜率在所有重量值中选取端点值；
S3)计算所有端点值的平均值，或者计算端点值与端点值之间的所有重量值的平均值，得到称重值。
本实施例通过上述步骤，能够在物品上称后的重量波动曲线中快速的找到完整波形，同时通过计算完整波形中重量值的平均值，就能够得到精准的重量值，从而提高获取重量值的效率。
下面对于相关步骤进行具体说明。
本实施例的方法在T2阶段完成，因此，步骤S1之前包括以下步骤：
监听称重传感器反馈的重量值，若称重传感器反馈的重量值为0则继续监听称重传感器反馈的重量值，直到称重传感器反馈的重量值大于0，等待第一指定时长(即T1时间)后，执行步骤S1。
本实施例的步骤S1中，以指定的采样率获取称重传感器反馈的重量值时，包括：以指定的采样率获取第二指定时长的时段内称重传感器反馈的重量值。具体的，虽然传感器称量出来的重量值是一个连续的变化过程，但是通过PLC采集的数据实际是采样出来的一个一个的点，用x表示。通常，采样周期是5ms，若称重T2时间为400ms，则在整个T2阶段共采集到80个点，如图3所示，将其存储于数组T[x]当中，即T[1]至T[80]。
需要说明的是，实际上仅需要在T2阶段的重量波动曲线中按需获取整数个完整波形，例如Ta+Tb、Ta+Tb+Tc或Tb+Tc+Td……，因此，步骤S1中以指定的采样率获取称重传感器反馈的重量值时第二指定时长的时段可以是从T2时间开始时刻起算的任意时段，且该时段的时长可以小于T2时间，以节约等待的时间。
如图4所示，T2阶段实际上是由多个类似正弦波的曲线组成的，将各个波形的起点分别标注为a、b、c、d、e…其中ab段为完整波形Ta，bc段为完整波形Tb，cd段为完整波形Tc，de段为完整波形Td…依此类推。为了在T2阶段的重量波动曲线中得到相对完整的正余弦曲线，可以通过求导的方式找到完整波形所对应的a、b、c、d、e点。如图4所示，其中的蓝色曲线为重量波动曲线的导数，每个波峰A、B、C、D、E即为所需要寻找的点。因此，将T[1]至T[80]中相邻的两点求斜率后，存储于数组R[y]当中，得到R[1]至R[79],当R[y]中的斜率值从正数变成负数时，该点对应的T[x]值即为所求点。
基于上述内容，本实施例的步骤S2中，由于波动曲线中横坐标为时间且纵坐标为重量值，因此分别计算所有相邻采样时刻的重量值的斜率时，包括：将当前采样时刻的重量值减去前一相邻采样时刻的重量值得到第一差值，并将当前采样时刻减去前一相邻采样时刻得到第二差值，将第一差值除以第二差值，得到相邻采样时刻的重量值的斜率。
步骤S2中，求得斜率之后，根据所述斜率在所有重量值中选取端点值时，包括：若当前采样时刻的重量值与前一相邻采样时刻的重量值的斜率为正数，且当前采样时刻的重量值与后一相邻采样时刻的重量值的斜率为负数，则当前采样时刻的重量值为端点值。
例如，在图3中，Xn-1、Xn、Xn+1为T2阶段的称重曲线上采集到连续三个点，将该三个点存储于数组T[x]中，然后对T[x]中连续两点求斜率后存储于R[y]中，由于Xn-1、Xn的斜率为正数，而Xn、Xn+1的斜率为负数，即可以判断Xn为所求的点。依次方法，可求出所有的完整波形对应的端点。
如图5所示，针对T2阶段的重量波动曲线中采样的重量值，本实施例中设置滤波窗口，即稳态判定窗口，该窗口的参数包括缓冲时间和稳态判据，缓冲时间一般设置为整数个完整正余弦曲线的时间；稳态判据设定值根据称重精度进行调整，具体是指预设的重量值范围。
基于滤波窗口能够获取满足条件的整数个完整波形，因此本实施例的步骤S3之前，还包括筛选有效端点值的步骤，具体包括：判断端点值是否在预设的滤波窗口内，是则所述端点值为有效端点值，判断端点值是否在预设的滤波窗口内具体是指若所述端点值的采样时刻在预设的滤波窗口的缓冲时间内，且所述端点值的重量值满足预设的滤波窗口的稳态判据，则所述端点值在预设的滤波窗口内。
例如，通过步骤S2，针对从T2时间开始时刻起算的第二指定时长，计算得到采样的重量值Xn1、Xn2、Xn3为端点值，其中Xn2、Xn3的采样时间在滤波窗口的缓冲时间内且Xn2、Xn3的重量值在滤波窗口的稳态判据的重量值范围内，因此，选取Xn2、Xn3作为有效端点值。
根据有效端点值获得整数个完整的波形后，一般还需要滤除波动过大的重量值，而基于稳态判据，就能够实现波动过大重量值的滤除，在步骤S3中，计算端点值与端点值之间的所有重量值的平均值之前，还包括滤除波动过大重量值的步骤，具体包括：
分别获取每两个有效端点值之间的所有重量值；
判断每个重量值的大小是否满足预设的滤波窗口的稳态判据，是则保留对应的重量值，否则删除对应的重量值。
本实施例中，滤波窗口的稳态判据中预设的重量值范围的上限为目标重量与重量偏差的和，预设的重量值范围的下限为目标重量与重量偏差的差，所述重量偏差为目标重量与指定比例的乘积，例如：稳态判据设定值为波动范围<目标重量*0.1％，则重量偏差为目标重量*0.1％。
在步骤S3中，找到完整波形并滤除波动过大的重量值之后，即可以通过求完整波形的平均值得到更为精准的重量值。例如：若完整波形Ta、完整波形Tb、完整波形Tc、完整波形Td均在滤波窗口范围内时，求得称重值如下：
本实施例还提出一种在线称重系统，包括灌装加塞机，所述灌装加塞机被编程或配置以执行前文所述的在线称重方法。
综上所述，本发明能够在称重数据的波动阶段准确的找到完整波形对应的关键点，并且基于预设的滤波窗口能够自动获取满足条件的有效端点，从而确定参与求取称重值的完整波形，同时通过对完整波形的多个有效端点值以及其余重量值计算平均值，能够得到精确的称重值，相比延时获取重量值的方法节约大量的等待时间，相比稳态获取重量值的方法数据更加高效，更加精确，相比两种方法能够有效的提高设备产能。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种在线称重方法，其特征在于，包括以下步骤：
以指定的采样率获取称重传感器反馈的重量值；
分别计算所有相邻采样时刻的重量值的斜率，并根据所述斜率在所有重量值中选取端点值；
计算所有端点值的平均值，或者计算端点值与端点值之间的所有重量值的平均值，得到称重值。
2.根据权利要求1所述的在线称重方法，其特征在于，以指定的采样率获取称重传感器反馈的重量值之前，包括：监听称重传感器反馈的重量值，若称重传感器反馈的重量值为0则继续监听称重传感器反馈的重量值，直到称重传感器反馈的重量值大于0，等待第一指定时长后，执行以指定的采样率获取称重传感器反馈的重量值的步骤。
3.根据权利要求1所述的在线称重方法，其特征在于，以指定的采样率获取称重传感器反馈的重量值时，包括：以指定的采样率获取第二指定时长的时段内称重传感器反馈的重量值。
4.根据权利要求1所述的在线称重方法，其特征在于，分别计算所有相邻采样时刻的重量值的斜率时，包括：将当前采样时刻的重量值减去前一相邻采样时刻的重量值得到第一差值，并将当前采样时刻减去前一相邻采样时刻得到第二差值，将第一差值除以第二差值，得到相邻采样时刻的重量值的斜率。
5.根据权利要求1所述的在线称重方法，其特征在于，根据所述斜率在所有重量值中选取端点值时，包括：若当前采样时刻的重量值与前一相邻采样时刻的重量值的斜率为正数，且当前采样时刻的重量值与后一相邻采样时刻的重量值的斜率为负数，则当前采样时刻的重量值为端点值。
6.根据权利要求1所述的在线称重方法，其特征在于，计算所有端点值的平均值，或者计算端点值与端点值之间的所有重量值的平均值之前，还包括筛选有效端点值的步骤，具体包括：判断端点值是否在预设的滤波窗口内，是则所述端点值为有效端点值。
7.根据权利要求6所述的在线称重方法，其特征在于，判断端点值是否在预设的滤波窗口内时，包括：
若所述端点值的采样时刻在预设的滤波窗口的缓冲时间内，且所述端点值的重量值满足预设的滤波窗口的稳态判据，则所述端点值在预设的滤波窗口内。
8.根据权利要求7所述的在线称重方法，其特征在于，计算端点值与端点值之间的所有重量值的平均值之前，还包括滤除波动过大重量值的步骤，具体包括：
分别获取每两个有效端点值之间的所有重量值；
判断每个重量值的大小是否满足预设的滤波窗口的稳态判据，是则保留对应的重量值，否则删除对应的重量值。
9.根据权利要求8所述的在线称重方法，其特征在于，预设的滤波窗口的稳态判据具体是指预设的重量值范围，预设的重量值范围的上限为目标重量与重量偏差的和，预设的重量值范围的上限为目标重量与重量偏差的差，所述重量偏差为目标重量与指定比例的乘积。
10.一种在线称重系统，包括灌装加塞机，其特征在于，所述灌装加塞机被编程或配置以执行权利要求1～9任一项所述的在线称重方法。
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