JP2002513143A - 容器の充填レベルを確定するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 容器（１０）の充填レベルを確定するために、容器の壁（３０）内に機械的な振動が発生させられ、振動パターンが分析される。振動は、充填レベルに依存して、種々のレベルで充填物によって接触される容器の壁（３０）内に発生させられ、振動パターンの評価が、容器の壁（３０）がその内側においてどの程度まで充填物によって接触させられているかに関してなされる。このために、減衰時間、周波数、強度および／または強度の時間積分が評価され、または容器の壁内における機械的な振動の最大強度を生じる位置が確定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、容器の充填レベルを確定するための方法および装置であって、容器の
壁内に、非接触にて機械的な振動が発生させられ、発生させられた機械的な振動
が非接触にて受信され、受信された振動が分析されるようにした方法および装置
に関するものである。

【０００２】 ＤＥ ４０ ０４ ９６５ Ａ１から、取り付けられた低圧栓の気密性に関して
、容器を検査することが知られており、この場合、低圧栓内に、短時間だけ生じ
た磁場によって、非接触にて機械的な振動が発生させられ、この振動が、周波数
、持続時間および／または減衰に関して評価される。

【０００３】 ＵＳ−Ａ−３ ８０２ ２５２、ＵＳ−Ａ−４ ８１１ ５９５、ＵＳ−Ａ−５
３５３ ６３１およびＧＢ−Ａ−２ ２９３ ４５０から、容器の壁を機械的
にまたは磁気的に打ち、そして容器の共鳴周波数を測定し、それらから内部圧力
を測定することによって、容器の内部圧力を確定することが知られている。

【０００４】 ＤＥ−Ａ−４０ ０８ １３５から、最小および最大の充填レベルを確定するた
めの方法であって、その都度容器の外壁の一定の位置において、共鳴周波数が確
定される方法が知られている。振動を発生させ、振動を調べるために圧電性結晶
が使用される。

【０００５】 ＤＥ−Ａ−４１ ００ ３３８から、低粘性の製品を収容した容器の充填レベル
が、容器の壁の上に直接配置されたセンサを用いて、容器の音響的振動の周波数
を測定することによって、確定されるような方法が知られている。

【０００６】 ＤＥ−Ａ−１９７ １１ ０９３から、ガスボンベの外側に配置された音送信機
を用いて、ガスボンベに向かって音信号が向けられ、ガスボンベから発生した音
信号が受信され、これら２つの信号が比較されることによって、液体ガスボンベ
の中身が確定されるような方法が知られている。この場合、送信信号は、大きな
周波数領域を通過し、受信信号の振幅の測定によって共鳴周波数が確定される。

【０００７】 ＷＯ ９４／２４５２６から、容器内において、一様な超音波が液体センサ中に
発生させられ、共鳴の振幅および／または位相の周波数依存性が測定される方法
が知られている。

【０００８】 別のまだ公開されていない特許出願ＤＥ−Ａ−１９６ ４６ ６８５（＝ＷＯ９
８／２１５５７）においては、閉栓された容器の充填レベルを確定するための方
法が記載されている。この方法においては、容器の壁中に一次の機械的な振動が
励発され、その後、容器の壁の一次の機械的な振動によって、容器内に二次の振
動が発生させられる。二次の振動は、栓と液体との間の空間内に生じ、分析され
る。この二次の振動の周波数から充填レベルが確定され得る。

【０００９】 また、別のまだ公開されていない特許出願ＤＥ−Ａ−１９７ ３６ ８６９（＝
ＷＯ ９９／１０７２２）においては、栓によって閉じられた容器の残留空気体
積を調べるための方法が記載されている。この場合、閉栓に先立って、残留空気
体積を排除するために、容器内において液体が泡立てられる。この残留空気体積
は、栓内に機械的な振動が発生させられ、栓が取り付けられた直後でかつ内部圧
力の実質的な変化が容器内に生じる前に分析されることによって、確定される。
この振動の分析においては、周波数、減衰時間、振動振幅および／または振動振
幅の時間積分が、収集される。

【００１０】 本発明の課題は、容器、とりわけ缶の充填レベルを、できるだけ簡単かつ迅速な
やり方で確定することにある。

【００１１】 この課題は、本発明によれば、振動が、充填レベルに依存して種々のレベルで充
填物によって接触される容器の壁内において発生させられ、受信された振動の分
析が、容器の壁がその内側において、どのレベルまで充填物によって接触されて
いるかに関してなされ、機械的な振動の減衰時間、周波数、強度および／または
強度の時間積分、または最大強度の生ずる位置の確定を含むようにすることによ
って解決される。

【００１２】 容器の壁内における機械的な振動は、よく知られた方法で、磁気コイルによって
短時間だけ生ぜしめられた磁気パルスを用いることによって、発生させられる。
磁気パルスは、容器の壁を短時間だけゆがめ、容器の壁は、磁気パルスの発生終
了後、振動を始める。容器の壁の機械的な振動は、音響的な振動を生じさせ、こ
の音響的な振動は、マイクロフォン、磁気記録器またはそれに類するものによっ
て受信され得る。この測定技術は、容器の内部圧力の確定に関連して、これまで
に知られているものである。この機械的な振動は、一定の時定数を伴って減衰す
る。時定数は相対的に小さく、すなわち、容器が充填されている場合には、減衰
は大きくなる。充填レベルが低いほど、振動の時定数は大きくなる。充填レベル
は、特に振動の減衰に重大な影響を及ぼす。

【００１３】 増大する減衰はまた、振動振幅の時間積分に影響を及ぼす。この時間積分は、振
動振幅の時間にわたるグラフにおける、振動を表す曲線の下側の面積に比例する
。この面積が小さいほど、充填レベルは高い。 さらに、振動周波数におけるずれが、また同様に評価され得る。一般的に、充填
レベルが高くなるにつれて、周波数はより高くなる。

【００１４】 機械的な振動が、非接触にて、例えば、磁気パルスを用いて容器の壁内に発生さ
せられ、振動の受信が非接触にてなされることによって、本発明による方法は、
特に、コンベヤベルト上または他の搬送装置上を搬送される容器の充填レベルを
確定するのに適している。

【００１５】 本発明の好ましい実施例によれば、容器の壁の振動は、２個の互いに間隔を開け
て配置されたマイクロフォンによって受信され、振動の位相の比較によって、音
源の位置が確定される。この場合、容器の壁の振動は、液体表面の下側で強く減
衰させられ、その結果、液体表面の上側の容器の壁部分が、特に振動させられ、
それによって、充填レベルが高くなるにつれて、容器内に発生させられた振動の
中心は、上方にずれる。それ故に、音源の位置の測定を通じて、充填レベルに関
する情報が得られる。

【００１６】 振動が、減衰および周波数に関して評価される場合、磁気コイルおよび容器間の
距離、並びに容器およびマイクロフォン間の距離は、全く重要な役割を演じない
。しかしながら、これら２つの距離は、振動が振幅の時間積分に関して評価され
る場合には、考慮に入れられなければならない。というのは、ここで振動の絶対
強度が、測定結果の中に入り込むからである。それ故、振動が、強度または振幅
の時間積分に関して評価される場合、好ましくは、磁気コイルおよび容器の壁間
の距離、並びに容器の壁およびマイクロフォン間の距離が、考慮に入れられる。
これらの距離の測定は、よく知られたレーザビームを用いて誘導的に、または超
音波を用いてなされ得る。

【００１７】 容器内における液体の波動およびポチャポチャ動く効果に起因して、測定の不正
確さが生じる。したがって、測定精度を上げるために、好ましくは、多数の測定
装置が互いに接続され、この場合、各測定装置は、磁気コイルおよび１個または
２個のマイクロフォンからなっている。個々の測定装置は比較的安いので、多数
個の、例えば１０個またはそれ以上の測定装置を用いることによって、そして、
すべての測定装置の測定結果の平均値を取ることによって、測定精度が明確に向
上し得る。多数個の測定装置を用いることによって、液体のポチャポチャ動きに
よって生じる不正確さだけでなく、システムに固有の測定の不正確さが改善され
る。この場合、測定装置は、容器または缶の両側に配置される。

【００１８】 以下、図面を参照しながら、本発明の実施例を説明する。 図示された実施例において、缶１０は、搬送装置１２上を搬送され、測定装置１
４の横を通過する。図１において、缶はさらに、固定された両側のレール１６に
よって案内される。缶１０は、空きを残して液体１８を充填され、液体の上側に
空間２０が存在する。

【００１９】 測定装置１４は、軸方向の空洞２６を備えた磁気コイル２２およびコア２４から
なっている。空洞２６内には、１個または２個のマイクロフォン２８が配置され
ている。磁気コイル２２には、図示されない電源によって短い電気的パルスが適
用され、それに対応して、磁気コイルは短い磁気パルスを送信する。測定装置１
４は、通過する缶１０の側壁からできるだけ離れないように配置され、磁気コイ
ル２０は、通過する缶１０との距離が最小となるときに磁気パルスを送信するよ
うに制御される。それによって、缶１０の側壁３０は、短時間だけ磁気パルス２
２によってゆがめられ、側壁３０内には機械的な振動が発生させられ、この機械
的な振動は再び急激に減衰する。この場合、測定装置１４は、缶１０が正常な充
填レベルにある場合の水面の高さと略同じ高さの位置に配置されている。

【００２０】 磁気パルスによって発生させられた振動は、マイクロフォン２８によって音響的
な振動として受信され、図示されない評価装置によって評価される。 磁気コイル２２およびマイクロフォン２８を備えた測定装置１４は、図面では概
略的にしか描かれていない。実際には、磁気コイル２２は、任意の通常の形状、
例えば、ポット形状または馬蹄形状を有し、それによって、磁場は、缶１０に向
けられた側に集中させられる。機械的な振動の減衰時間は、充填レベルに依存す
る。缶１０の充填レベルが高いほど、減衰時間は短くなる。マイクロフォン２８
によって受信された振動信号は、評価装置において評価される。通常の電子評価
装置を用いることによって、振動の減衰時間が確定されうる。幾つかの異なるレ
ベルに充填された缶１０を用いて、テストランを何回か行うことによって、値の
テーブルが設定される。このテーブルに基づいて、減衰時間から充填レベルが読
み取られ得る。

【００２１】 同様にして、発生させられた機械的な振動の周波数は、充填レベルに依存して変
化し、その結果、対応する値のテーブルを用いることによって、機械的な振動の
確定した周波数に基づいて、また充填レベルが読み取られる得る。 また、振動の強度は充填レベルに依存し、その結果、その測定を通じて充填レベ
ルに関する情報が得られうる。しかしながら、強度は、缶１０からの磁気コイル
２２およびマイクロフォン２８の距離に付加的に依存するので、測定された強度
値は、まず最初、この距離に基づいて補正され、正規化されなければならない。
これらの距離の測定は、例えば、レーザビームの走行時間測定によってなされ得
る。 最後に、発生させられた機械的な振動の振幅または強度の時間積分が、充填レベ
ルに依存することは明らかである。この場合、補正が、缶１０からの測定装置１
４の距離に対応してなされなければならない。

【００２２】 図２および図３に示された実施例では、２個のマイクロフォン２８が配置される
。２個のマイクロフォン２８によって受信された振動信号の位相の比較によって
、音響信号がやってくる方向が確定され、缶１０の測定装置１４からの距離が考
慮に入れられることによって、缶１０の側壁３０の内側の、最も強い音響信号が
生じる位置が確定される。発生させられた機械的な振動は、側壁３０のこの領域
のほぼ中央において最大の強度および振幅を有し、この位置は充填レベルより上
方に存在する。それ故に、２個のマイクロフォン２８を用いることによって、機
械的な振動の最大の強度を生じるこの位置が確定され、缶１０全体の高さが考慮
に入れられることによって、充填レベルが確定され得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 缶の内部に機械的な振動を発生させ、この振動によって発生させられた音響信号
を受信するための装置を示した図である。

【図２】 図１に類似した装置を示した図であるが、充填不足の場合に、音響的な振動の中
心を確定するための２個のマイクロフォンを備えた装置を示した図である。

【図３】 缶が正常な充填レベルにあるときの、図２の装置を示した図である。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１２年３月１６日（２０００．３．１６）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００２

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００２】 このような方法は、ＧＢ ２ ２９８ ２７９ Ａから知られており、この場合
、特定のタイプのガス容器においては、含まれた残量に依存して変化するのは、
共鳴周波数ではなく、周波数振幅のみであることを確立することから出発してい
る。それ故、残量を確定するため、この共鳴周波数の音波がラウドスピーカを用
いて容器に向けられ、この周波数の反射された音波の強度が確定され、しきい値
と比較される。 ＤＥ ４０ ０４ ９６５ Ａ１から、取り付けられた低圧栓の気密性に関して
、容器を検査することが知られており、この場合、低圧栓内に、短時間だけ生じ
た磁場によって、非接触にて機械的な振動が発生させられ、この振動が、周波数
、持続時間および／または減衰に関して評価される。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００６】 ＤＥ−Ａ−１９７ １１ ０９３（＝ＥＰ ０ ８３１ ３０８ Ａ）から、ガ
スボンベの外側に配置された音送信機を用いて、ガスボンベに向かって音信号が
向けられ、ガスボンベから発生した音信号が受信され、これら２つの信号が比較
されることによって、液体ガスボンベの中身が確定されるような方法が知られて
いる。この場合、送信信号は、大きな周波数領域を通過し、受信信号の振幅の測
定によって共鳴周波数が確定される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゴレル，ハンス‐ウルリッヒ ドイツ連邦共和国、デー‐53173 ボン- バート ゴーデスベルク、ラインアレー 68 Ｆターム(参考） 2F014 AA02 GA05

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容器（１０）の充填レベルを確定するための方法であって、容器
   の壁（３０）内に、非接触にて機械的な振動が発生させられ、発生させられた機
   械的な振動が非接触にて受信され、受信された振動が分析される方法において、 ‐ 前記振動が、充填レベルに依存して種々のレベルで充填物によって接触され
   る容器の壁（３０）内において発生させられ、 ‐ 前記受信された振動の分析は、前記容器の壁（３０）が、その内側において
   、どのレベルまで前記充填物によって接触されているかに関してなされ、機械的
   な振動の減衰時間、周波数、強度および／または強度の時間積分、または最大強
   度の生ずる位置の確定を含んでいることを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 前記機械的な振動の最大強度が生じる位置を確定するために、前
   記機械的な振動は、２個の互いに間隔を開けて配置されたマイクロフォンによっ
   て受信され、各マイクロフォンによって受信された振動の位相が比較されること
   を特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 １つの容器（１０）の充填レベルが複数回確定され、確定された
   充填レベルの平均値が形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記
   載の方法。
4. 【請求項４】 前記機械的な振動は、前記容器の壁（３０）における、実質上正
   常な充填レベルの高さの位置で発生させられることを特徴とする請求項１〜請求
   項３のいずれかに記載の方法。
5. 【請求項５】 前記受信された振動の分析が強度または振幅の時間積分に関して
   なされる場合、前記機械的な振動を発生させるための装置と前記容器の壁との間
   の距離、および前記容器の壁と前記振動を受信するための装置との間の距離が考
   慮に入れられることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の方法。
6. 【請求項６】 前記距離の測定は、レーザビームを用いて誘導的に、または超音
   波を用いてなされることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 【請求項７】 請求項１〜請求項６のいずれかに記載の方法を実施するための装
   置であって、前記容器の壁（３０）内に機械的な振動を発生させるための装置（
   ２２）と、前記機械的な振動を受信し、評価するための装置（２８）とを備えた
   装置において、 前記装置（２２、２８）は、前記容器（１０）に隣接して、かつ前記容器（１０
   ）の正常な充填レベルの高さの位置に配置されているものであることを特徴とす
   る装置。