JP6671422B2 - センサをパラメータ化するための方法及びシステム - Google Patents

Description

本発明は、工業プロセスにおいて少なくとも１つのセンサを動的にパラメータ化するための方法に関する。

例えば工作物又は物品を製造、選別、及び／又は処理するように働く工業プロセスにおいて、通常、工作物を観察又は検出する複数のセンサが使用される。その際、センサの計測データから工業プロセスを制御するように働くデータが収集される。

センサのパラメータ（要するにセンサの構成）は通常、１回設定される。この設定において、パラメータは、工業プロセスにおいて通常存在する境界条件に適合される。センサは、例えば代表的な明るさ条件及び／又は観察すべき工作物の色ならびに明るさにその露出時間が設定されるカメラとすることができる。例えば工業プロセスにおいて、異なる色を有する工作物が処理される場合、カメラのパラメータは、通常、考えられる条件全てに対して満足のいく結果をカメラが提供するように設定される。

ところが、考えられる非常に広いセンサの応用範囲に対してパラメータの設定が行われねばならず、センサにより提供される計測データの質がしばしば改良を必要とするこのような手法は不利である。

従って、前記センサの計測データの質の向上を可能にするセンサをパラメータ化するための方法を提供することが、本発明の根底にある目的である。

この目的は、本発明によれば請求項１に記載の方法により満足される。

本発明による前記方法は、工業プロセスにおいて少なくとも１つのセンサをパラメータ化するように働く。前記方法において、
‐前記プロセスの計測データが構成センサ及び生産的センサによって獲得され、前記構成センサ及び前記生産的センサが同じ種類のセンサであり、
‐少なくとも前記構成センサの又は前記構成センサのみの前記計測データが、制御ユニットに送信され、
‐前記制御ユニットが、前記計測データを参照して／計測データに基づき、前記生産的センサ用のパラメータセットを生成すると共に前記パラメータセットを前記生産的センサに送信し、
‐前記生産的センサが、作動中に前記パラメータセットを使用する。

本発明は、同じ種類の２つのセンサ、つまり前記構成センサ及び前記生産的センサを使用するのであり、前記構成センサは前記生産的センサの上流に接続される。前記生産的センサのパラメータ化は、前記構成センサにより測定された前記プロセスの前記計測データを参照して行われる。

例えば前記構成センサの前記計測データを参照して、前記プロセスにおいて現在どの環境条件が存在するのかに関する判定を行うことができる。その後、前記環境条件に基づき（要するに前記プロセスの今の境界条件に基づき）、前記生産的センサ内で、前記境界条件に関して最適化された構成を使用することができる。その後、前記最適化された構成が前記パラメータセットによって前記生産的センサに送信されることに起因して、前記工業プロセスの理想的な記録を行うことができる。従って最適化されたパラメータセットを、計測物体に固有のやり方で及び／又は経過時間に関して、決定することができる。前記パラメータセットが、前記経過時間に関して生成されることに起因して、それぞれの正に今の境界条件用のそれぞれの理想的なパラメータセットを使用することができる。従って前記パラメータセットの設定は、変化する環境条件に対して反応できるように、作動中に動的に行われる。

前記の生成されたパラメータセットを、更に前記構成センサに送信し、前記構成センサの設定を変更することもできる。別法として、前記構成センサの設定を変更せず残しておくこともできる。

従って、異なる境界条件用に異なるパラメータセットを前記生産的センサにロードすることが可能になり、それによって、異なる境界条件を備えた前記生産的センサによりそれぞれの理想的な結果を達成することもできる。このことは、前記構成センサが上流に配置されて前記境界条件を検出できるようにすることにより、可能になる。

前記境界条件を判定するために、前記制御ユニットは前記構成センサの前記計測データを評価し、前記計測データに基づき、前記生産的センサ用の対応する前記パラメータセットを生成する。例えば前記制御ユニットは、前記生産的センサ用のそれぞれの特に適切なパラメータセットを、複数のパラメータセットから選択することができる。続いて、前記パラメータセットが、例えばデジタルデータパケットとして前記生産的センサに送信される。前記生産的センサは、前記パラメータセット内に包含される前記パラメータを引き継ぎ、その構成を相応に変更する。その際、前記工業プロセスを観察するための前記生産的センサの設定は、前記正に今の境界条件に適合され、その後、前記生産的センサは前記工業プロセスに関する理想的な計測データを提供することができる。

前記センサ（即ち前記構成センサ及び前記生産的センサ）の各々は、好ましくはデジタルデータ接続によって、前記制御ユニットに連結される。前記制御ユニットは、前記センサとは別に離間して構成することができ又は前記センサのうちの１つに一体化することもできる。

例えば、前記構成センサ及び前記生産的センサは各々、バーコードを認識するように働くカメラとすることができ、前記工業プロセスは、例えば前記バーコードを参照して工作物（例えばパケット）を選別するように働く。前記２つのセンサの標準としての前記構成は、白色の背景をバックにした黒色のバーコードに適合させることができる。次に、前記背景がもはや白色でなく例えば濃い灰色であることが前記構成センサにより認識されると、前記制御ユニットはパラメータセットを生成することができ、そこでは前記濃い灰色の背景をバックにした前記バーコードをも前記生産的センサにより確実に認識できるよう前記生産的センサ用のコントラスト設定が変更される。

前記構成センサ及び前記生産的センサは、好ましくは互いとは別に構成され、例えば異なるハウジング内に配置される。前記構成センサ及び前記生産的センサは、更に同じ工作物を同時に検出できないように配置することができる。

前記構成センサ及び前記生産的センサは同じ種類のセンサであり、要するに、同じ種類の計測値を獲得及び／又は出力するように構成される及び／又は同じ機能を有するセンサである。両方のセンサは、例えば距離値を計測するように、温度又は前記明るさを計測するように、又は光学画像を記録するように構成することができる。前記構成センサ及び前記生産的センサは、好ましくは少なくとも実質、同じ構造を有する。

本発明の更なる有利な発展態様を記述したもの、図面、及び従属請求項に見ることができる。

第１の有利な実施形態によれば、前記パラメータセットは前記プロセスの現在の状態に適合される。これは前記パラメータセットが、前記工業プロセスの現在存在する境界条件に適合されることを意味する。前記境界条件は、例えば現在処理される工作物の種類を含むことができ、前記工作物は、時々変動してそれぞれの他のパラメータセットを要求することができる。更に前記境界条件は、現在の温度、現在の明るさ、前記プロセスの現在の処理速度、及び同等のものを含むことができる。

更なる有利な実施形態によれば、前記パラメータセットはデジタルデータを有するデータパケットを含み、前記データパケットは前記生産的センサのメモリ内に、少なくとも部分的に記憶される。従って、前記パラメータセットはデジタル方式で送信することができる。前記パラメータセット内に包含される前記構成は、前記パラメータセットが前記生産的センサ内で受理された後に前記生産的センサのメモリ内に記憶することができ、その際、前記生産的センサがどのように機能するかを左右する。前記パラメータセットをデジタルデータパケットとして送信することにより、前記制御ユニットは前記構成センサ及び前記生産的センサから遠く離して配置することも可能になる。というのも、例えば前記デジタルデータパケットを、インターネットを介しても送信できるからである。

更なる有利な実施形態によれば、前記工業プロセスにより機械加工される工作物が、まず前記構成センサにより、その後前記生産的センサにより相次いで適時に検出される。更に、同じ工作物の前記構成センサ及び前記生産的センサによる前記検出を、前記工作物の異なる位置にて行うことができる。例えば前記工作物は、まず、コンベヤベルトによって前記構成センサを通り過ぎて案内することができ、続いて、―例えば数センチメートル又は数メートルの距離をおいて複数秒遅延させて―前記生産的センサを通り過ぎて案内することができる。これらのセンサを通り過ぎて案内されると、前記構成センサ及び前記生産的センサは各々、それぞれの工作物の計測データを獲得し、これらの計測データを前記制御ユニットに送信することができる。従って前記生産的センサは、好ましくは、前記構成センサとして同じプロセスを監視する。

更なる有利な実施形態によれば、前記パラメータセットの使用が、選択された時間遅延後にのみ行われる。前記構成センサと前記生産的センサとの間で前記工作物が前記経過時間を要することに起因して、それぞれの工作物が到着する直前（即ち所定の持続時間）にはじめて、前記パラメータセットを前記生産的センサ内で活性化させることが好適である。このやり方において、「新規の」前記パラメータセットを要求する前記工作物が到着するまでは、「古い」前記パラメータセットを有する、前記生産的センサによって事前に処理された工作物を、前記生産的センサによりやはり検出できることが可能である。

前記遅延を達成するために、前記制御ユニットが前記対応するパラメータセットを前記生産的センサに遅延を伴って送信することができ又は前記パラメータセットが、前記生産的センサにより前記パラメータセットをそこから使用すべき時点を包含することができる。前記時間遅延が選択されるということは、前記遅延が例えば前記制御ユニットにより故意に引き起こされ、例えばいずれにしても存在する待ち時間により生成されるのでないこと等を意味する。一方、前記時間遅延の選択において、いずれにしても存在する遅延又は待ち時間を考慮してもよい。

更なる有利な実施形態によれば、前記時間遅延は前記工業プロセスの状態を参照して選択される。このことは、例えば前記プロセスの現在の処理速度を参照して及び／又はそれぞれの工作物が前記構成センサから前記生産的センサまで要する前記時間を参照して、前記時間遅延を選択できることを意味する。

更なる有利な実施形態によれば、前記生産的センサが前記プロセスの計測データを獲得し、前記生産的センサの前記計測データが前記制御ユニットに送信され、前記制御ユニットが、前記生産的センサの前記計測データを参照して更なる生産的センサ用のパラメータセットを生成すると共に、前記パラメータセットを、前記更なる生産的センサに／更なる生産的センサに基づき送信し、前記更なる生産的センサが、作動中に前記パラメータセットを使用する。このことは、循環的プロセス内パラメータ化と呼ばれる。

前記生産的センサは、前記更なる生産的センサ用の構成センサとして働くことができる。従って、同じ工業プロセスを観察し、好ましくは前記プロセスに沿って配置される、同じ種類の一連の３つ以上のセンサを形成することが可能である。この点に関して、前記プロセスにおいて上流に配置される前記センサのうちのそれぞれの１つは、後の方のセンサ用の構成センサとして働くことができるのであり、前記後の方のセンサはその際、生産的センサとして働く。このやり方で設計された論理鎖により、前記プロセスに沿って、連続して改良された設定を実施することができるのであり、それによって前記プロセスに沿って、益々良好な計測値又は計測データを生成することができる。

更なる有利な実施形態によれば、前記制御ユニットは、前記構成センサ及び前記生産的センサとは別に配置されると共に、データ接続によって、特にイーサネット接続、フィールドバス接続、又はＵＳＢ接続によって、前記構成センサ及び／又は前記生産的センサに連結される。

前記制御ユニットは、好ましくは前記インターネット内、ローカルネットワーク（ＬＡＮ‐ローカルエリアネットワーク）内、クラウド内、又はいわゆるフォグ（要するに前記制御ユニットが例えばローカルエンドデバイスにより形成されるもの）内のサーバである。

前記制御ユニットは、特に（前記クラウド内の）サーバ上で動作するサービスとすることができる。このような（強力な）サーバの使用に起因した問題無しに、スケーリング能力が可能である。要するに、構成センサ及び生産的センサの数を所望するものとほぼ同数とすることができる。

更に好ましくは、前記構成センサの前記計測データから前記生産的センサ用の前記パラメータセットを生成するために機械学習アルゴリズムを使用することができる。機械学習に使用される前記アルゴリズム用に、前記の生成されたパラメータセットが改良をもたらしているかどうかを、例えば前記プロセスのユーザ又はプロセス制御システムがいずれの場合も表示するところのフィードバックループを生成することができる。このやり方だと、機械学習の前記アルゴリズムにより生成される前記パラメータセットの質を次第に向上させることができる。

更なる有利な実施形態によれば、前記制御ユニットは前記生産的センサにより獲得された前記計測データのデータ評価を実行する。対応するやり方で、前記構成センサにより獲得された前記計測データのデータ評価をも実行することができる。従って、前記構成センサ及び前記生産的センサの両方の前記計測データを使用して、前記工業プロセスを制御することができる。前記データ評価は、例えば（前記クラウド内の）前記サーバ上で実行することができ、要件に依存して、特に追加として予定しておくことができる。これによって、前記データ評価を非常に大きな計算力を有するコンピュータ上で実行することができる。このことは、前記データ評価の効率及び前記速度を向上させる。前記評価された計測データは、特に前記制御ユニットにより前記工業プロセスの前記プロセス制御システムに送信することができる。

前記制御ユニットを前記クラウド内に移行することにより、クラウドコンピューティングによって、画像処理又は同様のもの等の計算集約的な問題をも、効率的かつ適時に、又はリアルタイムにおいてさえ、実行することができる。このことは、特に動的プロセス内パラメータ化にとって大いに重要である。

前記制御ユニットが、前記工業プロセスの前記プロセス制御システムに（例えばプログラマブルロジックコントローラ‐ＰＬＣに）連結されると有利である。同じように、前記制御ユニットが前記プロセス制御システムの一部であることが可能である。前記制御ユニットは、好ましくはそれぞれのパラメータセットの生成を促進又は改良する情報を、前記プロセス制御システムから受信することができる。前記制御ユニットは、前記プロセス制御システムから、例えば現在の温度値又は（例えば前記工作物の）重量値、及び／又は、前記工業プロセスの現在の処理速度等の他のセンサの計測データを受信することができる。前記プロセス制御システムは、例えば照明が活性化されるかどうかを前記制御ユニットに通信することもできる。

従って、異なる種類のセンサ（即ち前記生産的センサとは異なる種類のもの）を前記プロセス制御システムによって使用して、計測データを生成することもできる。前記の生成されたパラメータセットは、前記異なる種類のセンサのうちの少なくとも１つの前記計測データにも依拠する。

前記構成センサ及び前記生産的センサは各々、前記プロセス制御システムに連結することもできるのであり、例えば前記プロセス制御システムは、前記構成センサ及び前記生産的センサの前記計測データを前記制御ユニットに転送する。

本発明は、更に工業プロセスを監視するためのシステムに関する。前記システムは、構成センサ、生産的センサ、及び制御ユニットを含む。前記構成センサは、前記プロセスの計測データを獲得すると共にこれらの計測データを前記制御ユニットに送信するように構成される。前記制御ユニットは、前記計測データを参照して／計測データに基づき、前記生産的センサ用のパラメータセットを生成すると共に前記パラメータセットを前記生産的センサに送信するように構成される。前記生産的センサは、作動中に前記パラメータセットを使用するように構成される。

本発明による前記方法に関する上の説明は、本発明による前記システムに相応に当てはまる。この説明は、特に利点及び好適な実施形態に関して当てはまる。

本発明による前記システムの有利な実施形態によれば、前記構成センサ及び／又は前記生産的センサは、カメラを有するそれぞれのコードリーダを含む。前記カメラは、画像を記録するように働くことができるのであり、前記コードリーダは、バーコード、スタックコード、及び／又は２Ｄマトリクスコード（ＱＲコード）を検出するように構成される。前記コードは、それぞれ前記工業プロセスにより処理される前記工作物のうちの１つに適用することができる。

以下で純粋に例として、図面を参照して本発明を記載することにする。

３つのセンサによって観察される工業プロセス。

図１は、工業プロセス１２を観察するシステム１０を示す。工業プロセス１２は、コンベヤベルト１６上でのパケット１４の搬送及びパケット１４の選別を含む。パケット１４は各々、その上側にバーコード（図示せず）を含む。バーコードは、システム１０により検出されるべきものである。選別（図示せず）はそれぞれのバーコードを参照して実行される。

システム１０は、構成センサ１８、第１生産的センサ２０、及び第２生産的センサ２２を含む。

センサ１８、２０、２２は各々、バーコードを検出するための又はバーコードの画像を生成するためのカメラを含む。センサ１８、２０、２２は各々同じ構造を有し、コンベヤベルト１６の上方に、互いから離間して配置される。

センサ１８、２０、２２は、各々、イーサネット接続２４によってインターネット２６に連結される。制御ユニット２８として働くサーバも、同じようにデータ接続３０を介してインターネット２６に連結されるのであり、センサ１８、２０、２２と制御ユニット２８との間でデータ通信が可能である。

パケット１４は、システム１０及び工業プロセス１２の作動中、（図１の）コンベヤベルト１６によって左から右に移動する。この点に関して、それぞれのパケット１４（又はパケット上に存在するバーコード）が、まず構成センサ１８により検出される。構成センサ１８は、それぞれのパケット１４の画像を生成し、イーサネット接続２４、インターネット２６、及びデータ接続３０を介して、制御ユニット２８に画像を送信する。

制御ユニット２８は受信された画像を処理する。制御ユニットは、例えばこの画像が、白色の背景をバックにした黒色のバーコードであると判定することができる。その際、制御ユニット２８はこの種類のバーコードに関して最適化されるパラメータセットを生成することができる。その際、パラメータセットは制御ユニット２８により、第１生産的センサ２０に（そして任意で更なるセンサにも）送信される。それぞれのパケット１４が構成センサ１８により第１生産的センサ２０に運搬されたならばすぐに、第１生産的センサ２０は、制御ユニット２８により受信されたパラメータセットを使用するのであり、構成センサ１８による検出に関して、最適化された結果を既に達成することができる。この点に関して、生産的センサ２０も同じように、それぞれのパケット１４の画像を生成し、画像を制御ユニット２８に送信する。制御ユニット２８は、更なる最適化の可能性を認識すると、例えば更なるパラメータセットを生成してこのパラメータセットを第２生産的センサ２２に送信するのであり、一層更なる最適化された結果をそこで実施することができる。更なる最適化が可能でない場合、制御ユニット２８は生産的センサ２０に関して同じパラメータセットを第２生産的センサ２２に送信する。

例えば暗い背景を有し、より大きなパケット１４（図１に、左のパケット１４を用いて示すようなもの）に留められるバーコードが処理されねばならないためにバーコードの特性が変化するという事例が、作動中に生じることがある。この場合、制御ユニットは、構成センサ１８により生成された画像を参照して（要するに構成センサの計測データを参照して）、次に変更された境界条件を認識する。その後、制御ユニット２８は、第１生産的センサ２０及び第２生産的センサ２２用の新規のパラメータセットを生成する。前記パラメータセットは、例えばそれぞれのカメラのコントラストに対する及びそれぞれのカメラの焦点位置に対する、変更された設定を包含する。このやり方において、より大きいパケット１４に対して、バーコードの信頼できる認識をも確実にすることができる。

１０ システム
１２ 工業プロセス
１４ パケット
１６ コンベヤベルト
１８ 構成センサ
２０ 第１生産的センサ
２２ 第２生産的センサ
２４ イーサネット接続
２６ インターネット
２８ 制御ユニット
３０ データ接続

Claims (13)

1. 工業プロセス（１２）において少なくとも１つのセンサ（２０、２２）を動的にパラメータ化するための方法であって、
   ‐前記プロセス（１２）の計測データが、構成センサ（１８）及び生産的センサ（２０）によって獲得され、前記構成センサ（１８）及び前記生産的センサ（２０）が同じ種類のセンサであり、
   ‐前記構成センサ（１８）の前記計測データが、制御ユニット（２８）に送信され、
   ‐前記制御ユニット（２８）が、前記計測データに基づき前記生産的センサ（２０）用のパラメータセットを生成すると共に前記パラメータセットを前記生産的センサ（２０）に送信し、
   ‐前記生産的センサ（２０）が、作動中に前記パラメータセットを使用する、
   方法において、
   ‐前記生産的センサ（２０）が、前記プロセス（１２）の計測データを獲得し、
   ‐前記生産的センサ（２０）の前記計測データが、前記制御ユニット（２８）に送信され、
   ‐前記制御ユニット（２８）が、前記生産的センサ（２０）の前記計測データに基づき更なる生産的センサ（２２）用のパラメータセットを生成すると共に前記パラメータセットを前記更なる生産的センサ（２２）に送信し、
   ‐前記更なる生産的センサ（２２）が、作動中に前記パラメータセットを使用すること、
   を特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記パラメータセットが、前記プロセス（１２）の現在の状態に適合されること、を特徴とする方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法であって、前記パラメータセットが、デジタルデータを有するデータパケットを含み、前記データパケットが、前記生産的センサ（２０）のメモリ内に少なくとも部分的に記憶されること、を特徴とする方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法であって、前記プロセス（１２）により機械加工される工作物（１４）が、まず前記構成センサ（１８）により、その後前記生産的センサ（２０）により、相次いで適時に検出されること、を特徴とする方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法であって、前記パラメータセットの使用が、選択された時間遅延後にのみ行われること、を特徴とする方法。
6. 請求項５に記載の方法であって、前記時間遅延が、前記プロセス（１２）の状態を参照して選択されること、を特徴とする方法。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法であって、前記制御ユニット（２８）が、前記構成センサ（１８）及び前記生産的センサ（２０）とは別に配置されると共に、データ接続（２４、２６、３０）によって、特にイーサネット接続、フィールドバス接続、又はＵＳＢ接続によって、前記構成センサ（１８）及び／又は前記生産的センサ（２０）に連結されること、を特徴とする方法。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法であって、前記制御ユニット（２８）が、クラウドサーバ上のサービスにより実施されること、を特徴とする方法。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法であって、機械学習のアルゴリズムが、前記パラメータセットを生成するために使用されること、を特徴とする方法。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法であって、前記制御ユニット（２８）が、前記生産的センサ（２０）により獲得された計測データのデータ評価を実行すること、を特徴とする方法。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法であって、前記制御ユニット（２８）が、前記パラメータセットの生成を促進する及び／又は前記パラメータセットを改良する情報を前記工業プロセスのプロセス制御システムから受信すること、を特徴とする方法。
12. 工業プロセス（１２）を監視するためのシステム（１０）であって、
    構成センサ（１８）、生産的センサ（２０）、及び制御ユニット（２８）を含み、
    ‐前記構成センサ（１８）が、前記プロセス（１２）の計測データを獲得すると共に該計測データを前記制御ユニット（２８）に送信するように構成され、
    ‐前記制御ユニット（２８）が、前記計測データに基づき前記生産的センサ（２０）用のパラメータセットを生成すると共に前記パラメータセットを前記生産的センサ（２０）に送信するように構成され、
    ‐前記生産的センサ（２０）が、作動中に前記パラメータセットを使用するように構成される、
    システムにおいて、
    ‐前記生産的センサ（２０）が、前記プロセス（１２）の計測データを獲得すると共に該計測データを前記制御ユニット（２８）に送信するように構成され、
    ‐前記制御ユニット（２８）が、前記生産的センサ（２０）の前記計測データに基づき更なる生産的センサ（２２）用のパラメータセットを生成すると共に前記パラメータセットを前記更なる生産的センサ（２２）に送信するように構成され、
    ‐前記更なる生産的センサ（２２）が、作動中に前記パラメータセットを使用するように構成されること、
    を特徴とするシステム。
13. 請求項１２に記載のシステムであって、前記構成センサ（１８）及び／又は前記生産的センサ（２０）が、カメラを有するコードリーダを含むこと、を特徴とするシステム。

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