WO2022096082A1 - System und verfahren zur automatischen abfüllung von füllgut - Google Patents

System und verfahren zur automatischen abfüllung von füllgut Download PDF

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WO2022096082A1
WO2022096082A1 PCT/EP2020/080882 EP2020080882W WO2022096082A1 WO 2022096082 A1 WO2022096082 A1 WO 2022096082A1 EP 2020080882 W EP2020080882 W EP 2020080882W WO 2022096082 A1 WO2022096082 A1 WO 2022096082A1
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filling
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filling material
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PCT/EP2020/080882
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Marcel Dieterle
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Vega Grieshaber Kg
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    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65B—MACHINES, APPARATUS OR DEVICES FOR, OR METHODS OF, PACKAGING ARTICLES OR MATERIALS; UNPACKING
    • B65B1/00—Packaging fluent solid material, e.g. powders, granular or loose fibrous material, loose masses of small articles, in individual containers or receptacles, e.g. bags, sacks, boxes, cartons, cans, or jars
    • B65B1/30—Devices or methods for controlling or determining the quantity or quality or the material fed or filled
    • B65B1/36—Devices or methods for controlling or determining the quantity or quality or the material fed or filled by volumetric devices or methods
    • G—PHYSICS
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    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/284—Electromagnetic waves
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    • G01S13/865—Combination of radar systems with lidar systems
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    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S17/894—3D imaging with simultaneous measurement of time-of-flight at a 2D array of receiver pixels, e.g. time-of-flight cameras or flash lidar

Definitions

  • the invention relates to a system for the fully automatic filling of filling material according to patent claim 1.
  • the invention also relates to a method for the automatic filling of filling material from a storage container into a container according to patent claim 9.
  • This method has several disadvantages. On the one hand, one person monitors and controls the weighing and filling of the container. On the other hand, such a weight-based method for calculating the delivery quantity and the price is not particularly secure against manipulation. The weight of the container can easily be influenced in favor of the customer by loading and unloading additional weights.
  • the underlying object of the invention is to provide a system and a method for filling filling material which enable filling material to be filled automatically and which is also as secure as possible against manipulation.
  • a system according to the invention for the automatic filling of filling material comprises at least one storage container, the storage container having a controllable opening and closing device. Furthermore, the system comprises at least one fill level sensor for measuring a fill level of filling material in the storage container and at least one 3D sensor for three-dimensional detection of the volume of a container to be filled.
  • a storage container is a container which is used to store and store contents.
  • the storage container can contain significantly larger quantities of filling material than an individual container to be filled.
  • the storage container is a tank for holding liquids or a silo for holding bulk goods.
  • a silo has, in particular, a base body which tapers downwards in the shape of a funnel.
  • the storage container has an opening and closing device, by means of which the release of filling material can be controlled as required.
  • the opening and closing device is actuated in order to deliver filling material, so that the opening and closing device releases an opening in the storage container and the filling material can escape from the container.
  • the opening and closing device closes again to end the delivery of filling material.
  • the opening and closing device can be opened and closed automatically via a controller, without manual intervention.
  • the closing device is in particular a simple slide which opens or closes an opening in the storage container as required.
  • a level measuring device is provided in order to determine the level of filling material in the storage container.
  • Level measuring devices for determining and/or monitoring a level in a (storage) container are known in various configurations.
  • Radar level gauges for example level gauges that work according to the transit time principle, emit electromagnetic radiation pulses of a specific wavelength and then detect the time course of the reflected back electromagnetic radiation as an echo curve. be there Among other things, reflections on the surface of the product to be measured are detected. The sum of the reflections results in a signal that is measured as a function of time and is detected and displayed as a time-dependent echo curve, usually with several maxima.
  • the fill level of the filling material in the (storage) container is then determined from the course of this echo curve.
  • the radar measuring device is arranged in particular in an upper area and preferably in a ceiling area of the storage container and the electromagnetic radiation is emitted from above onto the surface of the filling material.
  • the container to be filled is a container which has an interior space for receiving the filled product.
  • the container is transportable and in particular it is a vehicle trailer or a loading area of a vehicle.
  • the volume of the interior of the container to be filled can be detected by means of the at least one 3D sensor.
  • the at least one 3D sensor can capture the inner dimensions of the interior of the container.
  • the 3D sensor is used to detect installations, recesses or projections within the container in order to determine the volume available for accommodating the filling material as precisely as possible.
  • the system has, in particular, two or more 3D sensors which at least partially detect different areas of the container.
  • the combination of at least one 3D sensor for detecting the volume and at least one filling level sensor for detecting the amount of filling material that has already been dispensed enables a fully automatic dispensing of filling material.
  • the precise detection of the volume of the container to be filled enables the position of the container to be checked on the one hand and overfilling of the container on the other is avoided.
  • the amount of filling material delivered can be determined exactly by the level sensor.
  • the information from the volume and level makes it possible to automatically control the opening and closing device in order to fill the desired quantity of filling material into the container.
  • the system can also have a plurality of storage containers. In particular, the individual storage containers can be filled with different contents.
  • the at least one 3D sensor for detecting the volume of the container includes in particular a depth sensor.
  • the three-dimensional data of the container can be recorded in particular according to one or a combination of the time of flight, structured light or stereoscopy methods.
  • the aforementioned methods are various methods for determining depth information by measuring the time from the emission of a light pulse to receiving the light pulse reflected by the object to be measured (time of flight), the projection of a structured light carpet, for example a grid or of points on the object to be measured and the detection of the projection (structured light) or the use of stereoscopic effects to determine depth and size information of the object to be measured, here the container.
  • the three-dimensional detection of the container can be supported, for example, by a database with three-dimensional data on possible geometries of containers and possible installations.
  • a database for example, three-dimensional data can be stored in a large number of commonly used containers, such as vehicle trailers and installations used therein, and can be used to support the determination of the three-dimensional model.
  • the 3D sensor includes a topology-detecting filling level measuring device.
  • topology-detecting fill-level measuring devices are becoming increasingly important in fill-level measurement technology. In addition to the output of a normal fill level for bulk goods, these devices provide additional information about the surface contour of a heap or a heap of material.
  • a topology-detecting filling level measuring device has, in particular, a multiple antenna system (MIMO) that enables electronic pivoting of a main radiation direction without mechanically moving parts.
  • MIMO multiple antenna system
  • the multiple antenna system (MIMO) has a large number of transmission and reception elements.
  • the number of channels that the multiple antenna system has results from the possible combinations of transmitting and receiving elements. shows that If, for example, a multi-antenna system has three transmitting elements and four receiving elements, the device has 12 radar channels, which result from the respective combinations of the transmitting and receiving elements.
  • a resulting transmission lobe of the multi-antenna system can be pivoted by driving the transmission elements with different phase angles.
  • the resulting transmission lobe and the associated main direction of radiation result from a superimposition of the transmission lobes assigned to the individual transmission elements.
  • the direction of the resulting main beam direction of the transmission array changes depending on the phase shift of the individual transmission elements.
  • the main reception direction can also be determined via an adjustable phase position. If the individual receiving elements are assigned different, predetermined phase angles, that is, if the signal received is delayed in a specific, predefined manner, this changes the main reception direction of the receiver array.
  • An array is understood to mean a large number of transmitting/receiving elements which are arranged at a specific, predefined distance from one another.
  • the 3D sensors as described above not only serve to detect the volume of the interior of the container to be filled, but can also be used to determine the current filling of the container with filling material.
  • a bulk material surface can be measured using the 3D sensor.
  • the opening and closing device as well as the filling level sensor and the 3D sensor are connected to a control unit for controlling the delivery quantity of filling material.
  • the volume of the container to be filled which is automatically detected by the at least one 3D sensor, is forwarded to the control unit, which then sends a command to the opening and closing device to start and open the filling process.
  • the control device receives signals from the filling level sensor about the quantity of filling material that has already been dispensed. Is the desired or for the If the container reaches the maximum dispensing quantity, the control unit sends a command to the opening and closing device to end the dispensing of filling material and to close the opening and closing device.
  • the storage container can have several separate chambers. These can be used to store different filling goods. This means that the container can be filled with different contents in just one storage container. Alternatively, it is also possible to dispense a mixture of different filling goods.
  • the system according to the invention has the option of entering a desired quantity and/or a desired type of filling material.
  • a display is provided on the storage container itself or on a separate terminal or a separate station, via which the desired quantity (weight or volume) or the type of filling material can be entered.
  • the desired quantity and/or type can be selected via an app.
  • the system also enables filling goods to be dispensed as automatically as possible if the system has an automatic payment option.
  • a price provided for this is determined from the quantity of filling material to be delivered and a corresponding payment option is made available. This can be a card payment device or payment can be made with an app.
  • a terminal or a station is a device at a distance from the storage container, on which a customer has the option, e.g. via a display and operating elements, to select the desired quantity and, if necessary, the desired type of filling material. Furthermore, a payment option can be available at the terminal or station.
  • the terminal is wired or wirelessly connected to the storage container, in particular the control unit, and the information is forwarded from the terminal to the storage container with the opening and closing device and the sensors.
  • the opening and closing device of the storage container is arranged at a distance from the floor on the underside of the container. Accordingly, a container to be filled can be arranged underneath.
  • the storage container is preferably a silo which is accessible from below, so that a vehicle trailer can be positioned underneath the storage container with the opening and closing device and the filling material is discharged from below the storage container. The discharge of the filling material is then assisted by gravity and no further pumping or filling devices are preferably required.
  • the at least one 3D sensor is arranged on the underside of the storage container.
  • liquids can also be pumped from a storage tank.
  • the 3D sensor can be used, for example, at the end of a hose to fill the container.
  • the tube could be inserted into an opening of a closed container (e.g. IBC) and the interior of the container could be measured.
  • the invention also relates to a method for automatically filling filling material from a storage container into a container, in particular with a system as described above.
  • the process includes the following process steps:
  • the method steps can be carried out in the order mentioned above. However, it is also possible to change the order of the individual process steps, for example, the entry can also be made before the volume of the container is determined. Reference is made to the above description for details and advantages in relation to the individual method steps.
  • the method according to the invention enables automatic filling of filling material by automatically detecting the parameters volume of the container and fill level in the storage container.
  • a maximum filling quantity of the container is determined on the basis of the volume of the container determined by the at least one 3D sensor.
  • the maximum filling quantity can be determined for bulk goods, taking into account any material cones. Overfilling of the container, for example due to incorrect input of the desired quantity of filling material, can thus be detected and avoided. In particular, a warning is issued if the desired quantity of filling material exceeds the maximum possible filling quantity for the container.
  • the current filling in the container can also be determined using the at least one 3D sensor while the container is being filled. This results in additional monitoring of the delivery quantity. It can also be used to monitor whether the filling material gets into the container properly or whether it is distributed as evenly as possible in the container. Correspondingly suitable 3D sensors are described above.
  • the costs are billed as a function of the selected and/or dispensed quantity of filling material.
  • the costs are preferably determined before the start of the filling process on the basis of the desired quantity of filling material and the filling process is only started if payment has been made. Payment can be made in particular by card payment directly on site or via an app. If necessary, the price can be corrected after the end of the filling process if the quantity of filling material registered by the filling level sensor does not match the desired quantity of filling material.
  • billing is only based on the amount of filling material delivered and payment is made after filling.
  • a desired filling material can also be input in addition to the input of a desired quantity of filling material take place. Among other things, it can also be entered that a mixture of different filling goods is desired.
  • the input is made via a display, in particular on the storage container or a station provided for this purpose and arranged adjacent to the storage container.
  • the input can be made via an app provided for this purpose.
  • the current fill level in the storage container is sent in particular to a higher-level unit.
  • a superordinate unit can be a control or distribution system or a customer relationship management system.
  • the information about the current filling level in the respective storage container can always ensure that the container is sufficiently filled with filling material.
  • a further practical embodiment of the method according to the invention provides that a corresponding vehicle registration number is also recognized.
  • FIG. 1 shows a system according to the invention in a perspective view.
  • the system 10 includes a storage container 12 for keeping and storing filling material—here bulk material.
  • the storage container 12 is a silo with an essentially cylindrical body which tapers towards the bottom in the shape of a funnel.
  • the storage bin 12 is spaced from the ground, such as by supports (not shown).
  • the storage container 12 has an opening and closing device 14 on its underside, via which filling material can be filled out of the storage container 12 on the underside.
  • the opening and closing device 14 is a controllable slide.
  • the system 10 has a filling level sensor 16 which is arranged on the upper side of the storage container 12 in the present case.
  • the filling level sensor 16 continuously measures the filling level of filling material in the storage container 12.
  • the filling level sensor 16 is in the present case a radar sensor which emits radar radiation in the direction of the surface of the filling material and detects the signal reflected back.
  • the current filling level of filling material in the storage container 12 can then be determined from the transit time difference between the transmitted and received signal.
  • the system 10 also includes two 3D sensors 18.
  • the 3D sensors 18 are topology-detecting filling level measuring devices, which are each arranged on the underside of the storage container 12. As can be clearly seen, the radiation cones of the 3D sensors 18 partially overlap.
  • a container 20 to be filled in this case a vehicle trailer, is positioned below the storage container 12 .
  • the vehicle trailer 20 shown is a conventional trailer for coupling to a passenger car.
  • the vehicle trailer 20 has a cuboid interior 22 with a floor and four side walls and is suitable for receiving bulk goods.
  • the volume of the interior 22 of the container 20 is determined by means of the 3D sensors 18 . Any installations or objects in the interior 22 that influence the volume of the container 20 can also be detected.
  • the container 20 to be filled is first positioned below the storage container 12 and the desired quantity of filling material is selected.
  • the volume of the interior 22 is measured using the 3D sensors 18 and the maximum filling quantity is determined.
  • the opening and closing device 14 then opens and the container 20 is filled with filling material.
  • the amount of filling material released is monitored by means of the level sensor 16 and by means of the 3D sensors 18 .
  • the opening and closing device 14 closes.
  • the system 10 also has options for entering a desired quantity of filling material and options for payment, which are not shown here.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein System zur automatischen Abfüllung von Füllgut mit mindestens einem Lagerbehälter, wobei der Lagerbehälter eine Öffnungs- und Schließvorrichtung aufweist, mit mindestens einem Füllstandsensor zur Messung eines Füllstandes an Füllgut in dem Lagerbehälter und mit mindestens einem 3D-Sensor zur dreidimensionalen Erfassung des Volumens eines zu befüllenden Behälters.

Description

System und Verfahren zur automatischen Abfüllung von Füllgut
Die Erfindung betrifft ein System zur vollautomatischen Abfüllung von Füllgut gemäß Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur automatischen Abfüllung von Füllgut aus einem Lagerbehälter in einen Behälter gemäß Patentanspruch 9.
Aus der Praxis ist es unter anderem aus dem Bereich der Abfüllung von Baustoffen bekannt, mit einem Behälter wie einem Fahrzeuganhänger zu einer Baustoff-Abgabe zu fahren und dort eine gewünschte Menge an Baustoffen in den Behälter zu laden. Um die Menge des abgefüllten Füllgutes und die Kosten dafür zu bestimmen, wird üblicherweise so verfahren, dass zunächst durch Wiegen das Leergewicht des Behälters (Fahrzeuganhänger) ermittelt wird und nach dem Befüllen der Behälter erneut gewogen wird. Aus der Differenz der beiden Gewichte wird der zu zahlende Preis ermittelt.
Dieses Verfahren hat mehrere Nachteile. Zum einen wird das Wiegen und die Befüllung des Behälters von einer Person überwacht und gesteuert. Zum anderen ist ein solches auf dem Gewicht basierendes Verfahren zur Berechnung der Abgabemenge und des Preises nicht besonders sicher gegenüber Manipulationen. So kann das Gewicht des Behälters leicht durch Ein- und Ausladen von Zusatzgewichten zu Gunsten des Abnehmers beeinflusst werden.
Die zugrundeliegende Aufgabe der Erfindung ist es, ein System sowie ein Verfahren zur Abfüllung von Füllgut zur Verfügung zu stellen, welche ein automatisches Abfüllen von Füllgut ermöglichen und zudem möglichst sicher gegenüber Manipulationen sind.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der abhängigen Ansprüche. Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile sind in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Ein erfindungsgemäßes System zur automatischen Abfüllung von Füllgut umfasst mindestens einen Lagerbehälter, wobei der Lagerbehälter eine ansteuerbare Öff- nungs- und Schließvorrichtung aufweist. Ferner umfasst das System mindestens einen Füllstandsensor zur Messung eines Füllstandes an Füllgut in dem Lagerbehälter und mindestens einen 3D-Sensor zur dreidimensionalen Erfassung des Volumens eines zu befüllenden Behälters.
Ein Lagerbehälter ist dabei ein Behälter, welcher zur Lagerung und Aufbewahrung von Füllgut dient. Der Lagerbehälter kann insbesondere deutlich größere Mengen an Füllgut umfassen als ein einzelner zu befüllender Behälter. Insbesondere handelt es sich bei dem Lagerbehälter um einen Tank zur Aufnahme von Flüssigkeiten oder ein Silo zur Aufnahme von Schüttgut. Ein Silo weist insbesondere einen Grundkörper auf, welcher trichterförmig nach unten zuläuft.
Als Füllgut kommen für die Erfindung sowohl Flüssigkeiten als auch verschiedene Arten von Schüttgüter in Frage. Nur beispielsweise seien hier Baustoffe, wie Split, Sand, Kiesel genannt.
Der Lagerbehälter weist eine Öffnungs- und Schließvorrichtung auf, mittels welcher die Abgabe an Füllgut bedarfsweise gesteuert werden kann. Zur Abgabe von Füllgut wird die Öffnungs- und Schließvorrichtung angesteuert, so dass die Öffnungs- und Schließvorrichtung eine Öffnung in dem Lagerbehälter freigibt und das Füllgut aus dem Behälter gelangen kann. Zur Beendigung der Abgabe von Füllgut schließt die Öffnungs- und Schließvorrichtung wieder. Die Öffnungs- und Schließvorrichtung kann dabei über eine Steuerung automatisch geöffnet und geschlossen werden, ohne manuellen Eingriff. Bei der Schließvorrichtung handelt es sich insbesondere um einen einfachen Schieber, weicher eine Öffnung in dem Lagerbehälter bedarfsweise freigibt oder verschließt.
Um den Füllstand an Füllgut in dem Lagerbehälter zu bestimmen, ist ein Füllstandmessgerät vorgesehen. Füllstandmessgeräte zum Bestimmen und/oder Überwachen eines Füllstandes in einem (Lager-)Behälter sind in verschiedener Ausgestaltung bekannt. Radarfüllstandmessgeräte, beispielsweise nach dem Laufzeitprinzip arbeitende Füllstandmessgeräte, emittieren elektromagnetische Strahlungspulse einer bestimmten Wellenlänge und detektieren dann den zeitlichen Verlauf der rückreflektierten elektromagnetischen Strahlung als Echokurve. Dabei werden unter anderem Reflexionen an der Oberfläche des zu messenden Füllguts detek- tiert. Die Reflexionen ergeben in der Summe ein Signal, das zeitabhängig gemessen wird und als zeitabhängige Echokurve mit meist mehreren Maxima detektiert und dargestellt wird. Aus dem Verlauf dieser Echokurve wird dann die Füllhöhe des in dem (Lager-)Behälter befindlichen Füllguts bestimmt.
Zur Messung eines Füllstandes in dem Lagerbehälter ist das Radarmessgerät insbesondere in einem oberen Bereich und vorzugsweise in einem Deckenbereich des Lagerbehälters angeordnet und die elektromagnetische Strahlung wird von oben auf die Oberfläche des Füllgutes emittiert.
Bei dem zu befüllenden Behälter handelt es sich um einen Behälter, welcher einen Innenraum zur Aufnahme des abgefüllten Füllguts aufweist. Insbesondere ist der Behälter transportabel und insbesondere handelt es sich dabei um einen Fahrzeuganhänger oder eine Ladefläche eines Fahrzeugs.
Mittels des mindestens einen 3D-Sensors kann das Volumen des Innenraums des zu befüllenden Behälters erfasst werden. Der mindestens eine 3D-Sensor kann dabei die inneren Abmessungen des Innenraums des Behälters erfassen. Vor allem werden mittels des 3D-Sensors Einbauten, Ausnehmungen oder Vorsprünge innerhalb des Behälters erfasst, um das Volumen, welches zur Aufnahme des Füllgutes zur Verfügung steht, möglichst exakt zu bestimmen.
Um das Volumen des Behälters möglichst gut zu bestimmten, weist das System insbesondere zwei oder mehr 3D-Sensoren auf, welche zumindest teilweise unterschiedliche Bereiche des Behälters erfassen.
Insgesamt ermöglicht die Kombination aus mindestens einem 3D-Sensor zur Erfassung des Volumens und mindestens einem Füllstandsensor zur Erfassung der bereits abgegebenen Menge an Füllgut eine vollautomatische Abgabe von Füllgut. Durch die genaue Erfassung des Volumens des zu befüllenden Behälters wird zum einen eine Positionskontrolle des Behälters ermöglicht und zum anderen eine Überfüllung des Behälters vermieden. Gleichzeitig kann die abgegebene Menge an Füllgut durch den Füllstandsensor exakt bestimmt werden. Die Informationen aus Volumen und Füllstand ermöglichen es, die Öffnungs- und Schließvorrichtung automatisch zu steuern, um die gewünschte Menge an Füllgut in den Behälter zu füllen. Das System kann auch eine Mehrzahl an Lagerbehältern aufweisen. Insbesondere können die einzelnen Lagerbehälter mit unterschiedlichem Füllgut befüllt sein.
Der mindestens eine 3D-Sensor zur Erfassung des Volumens des Behälters umfasst insbesondere einen Tiefensensor. Die Erfassung der dreidimensionalen Daten des Behälters kann insbesondere gemäß einer oder einer Kombination der Methoden Time of Flight, Structured light oder Stereoskopie erfolgen. Bei den vorgenannten Methoden handelt es sich um verschiedene Verfahren zur Ermittlung von Tiefeinformationen mit Hilfe der Messung der Zeit vom Aussenden eines Lichtimpulses bis zum Empfangen des von dem zu vermessenden Objektreflektierten Lichtimpulses (Time of Flight), der Projektion eines strukturierten Lichtteppichs, beispielsweise eines Gitters oder von Punkten auf das zu vermessende Objekt und die Erfassung der Projektion (Structured light) oder die Ausnutzung von Stereoskopie Effekten zur Ermittlung von Tiefen- und Größeninformationen des zu vermessenden Objekts, hier des Behälters.
Die dreidimensionale Erfassung des Behälters kann beispielsweise durch eine Datenbank mit dreidimensionalen Daten möglicher Geometrien von Behältern und möglicher Einbauten unterstützt werden. In einer solchen Datenbank können beispielsweise dreidimensionale Daten in einer Vielzahl von üblicherweise verwendeten Behältern, wie beispielsweise Fahrzeuganhängern und darin verwendeten Einbauten hinterlegt sein und zur Ermittlung des dreidimensionalen Modells unterstützend herangezogen werden.
Alternativ umfasst der 3D-Sensor ein topologieerfassendes Füllstandmessgerät. Solche topologieerfassenden Füllstandmessgeräte gewinnen in der Füllstandmesstechnik zunehmend an Bedeutung. Neben der Ausgabe eines gewöhnlichen Füllstands bei Schüttgütern, liefern diese Geräte zusätzliche Informationen über die Oberflächenkontur einer Schütthalde bzw. eines Schüttkegels.
Ein topologieerfassendes Füllstandmessgerät weist insbesondere ein Mehrantennensystem (MIMO) auf, das ein elektronisches Verschwenken einer Hauptabstrahlrichtung ohne mechanisch bewegte Teile ermöglicht. Das Mehrantennensystem (MIMO) weist dabei eine Vielzahl von Sende- und Empfangselementen auf. Aus den möglichen Kombinationen von Sende- und Empfangselementen ergibt sich die Zahl der Kanäle, die das Mehrantennensystem aufweist. Weist das Mehrantennensystem bspw. drei Sendeelemente und vier Empfängerelementen auf, so besitzt das Gerät 12 Radarkanäle, die sich aus den jeweiligen Kombinationen der Sende- und Empfangselemente ergeben.
Bei einem MIMO System, kann durch eine in ihrer Phasenlage unterschiedliche Ansteuerung der Sendeelemente eine resultierende Sendekeule des Mehrantennensystems geschwenkt werden. Die resultierende Sendekeule und die damit verbundene Hauptabstrahlrichtung resultiert aus einer Überlagerung der den einzelnen Sendeelementen zugeordneten Sendekeulen. Im Sendefall ändert sich damit je nach Phasenverschiebung der einzelnen Sendeelemente die Richtung der resultierenden Hauptstrahlrichtung des Sendearrays.
Im Empfangsfall, in dem ebenfalls eine Vielzahl von Empfangselementen das reflektierte Sendesignal empfangen, kann die Hauptempfangsrichtung ebenfalls über eine einstellbare Phasenlage bestimmt werden. Werden die einzelnen Empfangselemente mit unterschiedlichen vorbestimmten Phasenlagen belegt, sprich, das jeweils empfangene Signal auf eine bestimmte vordefinierte Art verzögert, ändert dies die Hauptempfangsrichtung des Empfängerarrays.
Unter einem Array wird eine Vielzahl an Sende-/ Empfangselementen verstanden, die in einem bestimmten, vordefinierten Abstand zueinander angeordnet sind.
Die wie vorstehend beschriebenen 3D-Sensoren dienen insbesondere nicht nur zur Erfassung des Volumens des Innenraum des zu befüllenden Behälters, sondern können auch zu Ermittlung der aktuellen Befüllung des Behälters mit Füllgut eingesetzt werden. Insbesondere kann mittels des 3D-Sensors eine Schüttgutoberfläche vermessen werden.
In einer praktischen Ausführungsform sind die Öffnungs- und Schließvorrichtung sowie der Füllstandsensor und der 3D-Sensor mit einer Steuereinheit zur Steuerung der Abgabemenge an Füllgut verbunden. Das von dem mindestens einen 3D- Sensor automatisch erfasste Volumen des zu befüllenden Behälters wird dabei an die Steuereinheit weitergeleitet, welche dann einen Befehl an die Öffnungs- und Schließvorrichtung sendet, den Befüllvorgang zu starten und zu öffnen. Während des Befüllvorgangs erhält die Steuereinrichtung Signale von dem Füllstandsensor über die bereits abgegebene Menge an Füllgut. Ist die gewünschte oder für den Behälter maximale Abgabemenge erreicht, so sendet die Steuereinheit einen Befehl an die Öffnungs- und Schließvorrichtung zur Beendigung der Abgabe an Füllgut und zum Schließen der Öffnungs- und Schließvorrichtung.
Der Lagerbehälter kann mehrere separate Kammern aufweisen. Diese können zur Lagerung unterschiedlicher Füllgüter dienen. Damit kann an nur einem Lagerbehälter der Behälter mit unterschiedlichem Füllgut befüllt werden. Alternativ ist auch die Abgabe einer Mischung unterschiedlicher Füllgüter möglich.
Das erfindungsgemäße System weist insbesondere eine Möglichkeit zur Eingabe einer gewünschten Menge und/oder einer gewünschten Art an Füllgut auf. Insbesondere ist ein Display an dem Lagerbehälter selbst oder an einem separaten Terminal bzw. einer separaten Station vorgesehen, über welchen die gewünschte Menge (Gewicht oder Volumen) oder die Art an Füllgut eingegeben werden kann. Alternativ oder in Ergänzung dazu kann über eine App die gewünschte Menge und/oder Art ausgewählt werden.
Das System ermöglicht weiter eine möglichst automatische Abgabe von Füllgut, wenn das System eine automatische Bezahlmöglichkeit aufweist. Aus der abzugebenden Menge an Füllgut wird ein dafür vorgesehener Preis bestimmt und an eine entsprechende Bezahlmöglichkeit ist zur Verfügung gestellt. Es kann sich dabei um eine Vorrichtung zur Kartenzahlung handeln oder die Bezahlung ist mit einer App möglich.
Ein Terminal oder eine Station ist dabei eine von dem Lagerbehälter beabstandete Vorrichtung, an der ein Kunde die Möglichkeit hat, z.B. über einen Display und Bedienelemente, die gewünschte Menge und ggf. die gewünschte Art an Füllgut auszuwählen. Ferner kann an dem Terminal oder der Station eine Bezahlmöglichkeit vorhanden sein. Der Terminal ist kabelgebunden oder drahtlos mit dem Lagerbehälter, insbesondere der Steuereinheit, verbunden und die Informationen werden vom Terminal an den Lagerbehälter mit der Öffnungs- und Schließvorrichtung und den Sensoren weitergeleitet.
In einer praktischen Ausführungsform ist die Öffnungs- und Schließvorrichtung des Lagerbehälters beabstandet zum Boden auf der Unterseite des Behälters angeordnet. Entsprechend kann ein zu befüllender Behälter darunter angeordnet werden. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Lagerbehälter um ein Silo, welches von unten zugänglich ist, sodass ein Fahrzeuganhänger unterhalb des Lagerbehälters mit der Öffnungs- und Schließvorrichtung positioniert werden kann und die Abgabe des Füllguts von der Unterseite des Lagerbehälters her erfolgt. Die Abgabe der Füllguts wird dann durch die Schwerkraft unterstützt und es sind vorzugsweise keine weiteren Pump- oder Abfüllvorrichtung notwendig.
In Zusammenhang mit einem unter einem Lagerbehälter angeordneten Behälter ist insbesondere der mindestens eine 3D-Sensor an der Unterseite des Lagerbehälters angeordnet.
Alternativ können Flüssigkeiten auch aus einem Lagerbehälter gepumpt werden. In diesem Fall kann der 3D-Sensor beispielsweise am Ende eines Schlauches zur Befüllung des Behälters verwendet werden. So könnte der Schlauch in eine Öffnung eines geschlossenen Behälters (z.B. IBC) eingeführt werden und so einen Innenraum des Behälters vermessen.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur automatischen Abfüllung von Füllgut aus einem Lagerbehälter in einen Behälter, insbesondere mit einem wie vorstehend beschriebenen System. Das Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte:
- Ermittlung eines Volumens des Innenraums des zu befüllenden Behälters mittels mindestens eines 3D-Sensors,
- Verarbeitung einer Eingabe bezüglich einer gewünschten Menge an Füllgut,
- Öffnen einer ansteuerbaren Öffnungs- und Schließvorrichtung des Lagerbehälters zur Abgabe von Füllgut,
- Überprüfung der abgegebenen Menge an Füllgut mittels eines Füllstandsensors an dem Lagerbehälter,
- Schließen der Öffnungs- und Schließvorrichtung nach Abgabe der gewünschten Menge an Füllgut.
Die Verfahrensschritte können dabei in oben genannter Reihenfolge ausgeführt werden. Es ist aber auch möglich die Reihenfolge der einzelnen Verfahrensschritte zu tauschen, z.B. kann die Eingabe auch vor Ermittlung des Volumens des Behälters erfolgen. Zu Details und Vorteilen in Bezug auf die einzelnen Verfahrensschritte wird auf die obige Beschreibung hingewiesen. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht durch die automatische Erfassung der Parameter Volumen des Behälters und Füllstand in dem Lagerbehälter eine automatische Abfüllung von Füllgut.
In einer besonders sicheren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, wird auf Basis des von dem mindestens einen 3D-Sensor ermittelten Volumens des Behälters eine maximale Befüllmenge des Behälters ermittelt. Die Ermittlung der maximalen Befüllmenge kann dabei für Schüttgüter unter Berücksichtigung etwaiger Schüttkegel erfolgen. Ein Überfüllen des Behälters, beispielsweise durch eine fehlerhafte Eingabe der gewünschten Menge an Füllgut, kann damit erkannt und vermieden werden. Insbesondere wird eine Warnung ausgegeben, wenn die gewünschte Menge an Füllgut die maximale für den Behälter mögliche Befüllmenge überschreitet.
Insbesondere kann auch während des Befüllens des Behälters mittels des mindestens einen 3D-Sensors die aktuelle Befüllung in dem Behälter ermittelt werden. Hierdurch erfolgt eine zusätzliche Überwachung der Abgabemenge. Ferner kann damit überwacht werden, ob das Füllgut ordnungsgemäß in den Behälter gelangt oder ob es möglichst gleichmäßig in dem Behälter verteilt ist. Entsprechend geeignete 3D-Sensoren sind oben beschrieben.
Insbesondere erfolgt in Abhängigkeit von der gewählten und/oder abgegebenen Menge an Füllgut eine Kostenabrechnung. Vorzugsweise werden die Kosten vor Starten des Befüllvorgangs anhand der gewünschten Menge an Füllgut bestimmt und der Befüllvorgang auch erst gestartet, sofern eine Bezahlung erfolgt ist. Die Bezahlung kann dabei insbesondere über Kartenzahlung direkt vor Ort oder über eine App erfolgen. Gegebenenfalls kann der Preis nach Beendigung des Befüllvorgangs korrigiert werden, wenn die vom Füllstandsensor registrierte Menge an Füllgut nicht mit der gewünschten Menge an Füllgut übereinstimmt. Alternativ erfolgt die Abrechnung nur auf Basis der abgegebene Menge an Füllgut und die Bezahlung erfolgt im Anschluss an die Abfüllung.
Für den Fall, dass mehrere Lagerbehälter oder ein Lagerbehälter mit verschiedenen Kammern zur Verfügung stehen, kann zusätzlich zu der Eingabe einer gewünschten Menge an Füllgut auch eine Eingabe eines gewünschten Füllguts erfolgen. Unter anderem kann auch eingegeben werden, dass eine Mischung unterschiedlicher Füllgüter erwünscht ist.
In einer praktischen Ausführungsform erfolgt die Eingabe über ein Display, insbesondere am Lagerbehälter oder einer dafür vorgesehenen benachbart zu dem Lagerbehälter angeordneten Station. Alternativ kann die Eingabe über eine dafür vorgesehenen App erfolgen.
Der aktuelle Füllstand in dem Lagerbehälter wird insbesondere an einen übergeordnete Einheit gesendet. Eine übergeordnete Einheit kann dabei ein Leit- oder Distributionssystem oder ein Customer-Relationship-Management System sein. Durch die Information über den aktuellen Füllstand in dem jeweiligen Lagerbehälter kann stets für eine ausreichende Befüllung des Behälters mit Füllgut gesorgt werden.
Falls es sich bei dem Behälter um einen (Fahrzeug-)Anhänger handelt, ist es in einer weiteren praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass zusätzlich eine Erkennung eines korrespondierenden Fahrzeugkennzeichens erfolgt.
Eine weitere praktische Ausführungsform ist in Verbindung mit der Figur beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes System in einer perspektivischen Ansicht.
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes System 10 gezeigt. Das System 10 umfasst einen Lagerbehälter 12 zur Aufbewahrung und Lagerung von Füllgut - hier von Schüttgut. Bei dem Lagerbehälter 12 handelt es sich vorliegend um ein Silo mit einem im Wesentlichen zylindrischen Körper, der sich nach unten hin trichterförmig zuspitzt. Der Lagerbehälter 12 ist vom Boden beabstandet, beispielsweise durch Stützen (nicht dargestellt).
Der Lagerbehälter 12 weist an seiner Unterseite eine Öffnungs- und Schließvorrichtung 14 auf, über welche Füllgut an der Unterseite aus dem Lagerbehälter 12 abgefüllt werden kann. Bei der Öffnungs- und Schließvorrichtung 14 handelt es sich hier um einen ansteuerbaren Schieber. Ferner weist das System 10 einen Füllstandsensor 16 auf, welcher vorliegend an der Oberseite des Lagerbehälters 12 angeordnet ist. Der Füllstandsensor 16 misst kontinuierlich den Füllstand an Füllgut in dem Lagerbehälter 12. Bei dem Füllstandsensor 16 handelt es sich vorliegend um einen Radarsensor, welcher Radarstrahlung in Richtung der Oberfläche des Füllgutes aussendet und das zurückreflektierte Signal detektiert. Aus dem Laufzeitunterschied zwischen dem gesendeten und empfangenen Signal kann dann der aktuelle Füllstand an Füllgut in dem Lagerbehälter 12 bestimmt werden.
Zudem umfasst das System 10 noch zwei 3D-Sensoren 18. Bei den 3D-Sensoren 18 handelt es sich hier um topologieerfassende Füllstandmessgeräte, welche jeweils an der Unterseite des Lagerbehälters 12 angeordnet sind. Wie gut erkennbar ist, überlappen sich die Strahlungskegel der 3D-Sensoren 18 teilweise.
Unterhalb des Lagerbehälters 12 ist ein zu befüllender Behälter 20, hier ein Fahrzeuganhänger, positioniert. Es handelt sich bei dem gezeigten Fahrzeuganhänger 20 um einen üblichen Anhänger zur Ankopplung an einen PKW. Der Fahrzeuganhänger 20 weist einen quaderförmigen Innenraum 22 mit einem Boden und vier Seitenwänden auf und ist zur Aufnahme von Schüttgut geeignet.
Mittels der 3D-Sensoren 18 wird das Volumen des Innenraums 22 des Behälters 20 bestimmt. Dabei können auch etwaige Einbauten oder Gegenstände in dem Innenraum 22 detektiert werden, die das Volumen des Behälters 20 beeinflussen.
Für ein Verfahren zur automatischen Abfüllung von Füllgut wird zunächst der zu befüllende Behälter 20 unterhalb des Lagerbehälters 12 positioniert und die gewünschte Menge an Füllgut ausgewählt. Mittels der 3D-Sensoren 18 wird das Volumen des Innenraums 22 vermessen und die maximale Befüllmenge bestimmt.
Anschließend öffnet die Öffnungs- und Schließvorrichtung 14 und der Behälter 20 wird mit Füllgut befüllt. Während des Befü II Prozesses wird die abgegebenen Menge an Füllgut mittels des Füllstandsensors 16 und mittels der 3D-Sensoren 18 überwacht. Ist die gewünschte Menge oder maximale Menge an Füllgut erreicht, so schließt die Öffnungs- und Schließvorrichtung 14. Das System 10 weist ferner Möglichkeiten zur Eingabe einer gewünschten Menge an Füllgut und Möglichkeiten zur Bezahlung auf, welche hier nicht dargestellt sind.
Bezugszeichenliste System Lagerbehälter Öffnungs- und Schließvorrichtung Füllstandsensor 3D-Sensor Behälter, Fahrzeuganhänger Innenraum

Claims

Patentansprüche System (10) zur automatischen Abfüllung von Füllgut mit mindestens einem Lagerbehälter (12), wobei der Lagerbehälter (12) eine Öffnungs- und Schließvorrichtung (14) aufweist, mit mindestens einem Füllstandsensor (16) zur Messung eines Füllstandes an Füllgut in dem Lagerbehälter (12) und mit mindestens einem 3D-Sensor (18) zur dreidimensionalen Erfassung des Volumens eines zu befüllenden Behälters (20). System (10) nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine 3D-Sensor (18) einen Tiefensensor oder ein topologieerfassendes Füllstandmessgerät (16) umfasst. System (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungs- und Schließvorrichtung (14), der Füllstandsensor (16) und der 3D-Sensor (18) mit einer Steuereinheit zur Steuerung der Abgabemenge an Füllgut verbunden sind. System (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerbehälter (12) mehrere separate Kammern aufweist. System (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System (10) eine Möglichkeit zur Eingabe einer gewünschten Menge und/oder einer gewünschten Art an Füllgut aufweist. System (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System (10) eine automatische Bezahlmöglichkeit aufweist. System (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungs- und Schließvorrichtung (14) des Lagerbehälters (12) beab- standet zum Boden auf der Unterseite des Lagerbehälters (12) angeordnet ist. System (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine 3D-Sensor (18) an einer Unterseite des Lagerbehälters (12) angeordnet ist. Verfahren zur automatischen Abfüllung von Füllgut aus einem Lagerbehälter (12) in einen Behälter (20), umfassend folgende Verfahrensschritte:
- Ermittlung eines Volumens des Innenraums (22) des zu befüllenden Behälters (20) mittels mindestens eines 3D-Sensors (18),
- Verarbeitung einer Eingabe bezüglich einer gewünschten Menge an Füllgut,
- Öffnen einer Öffnungs- und Schließvorrichtung (14) des Lagerbehälters (12) zur Abgabe von Füllgut,
- Überprüfung der abgegebenen Menge an Füllgut mittels eines Füllstandsensors (16) an dem Lagerbehälter (12),
- Schließen der Öffnungs- und Schließvorrichtung (14) nach Abgabe der gewünschten Menge an Füllgut. Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis des von dem mindestens einen 3D-Sensor (18) ermittelten Volumens eine maximale Befüllmenge des Behälters (20) ermittelt wird. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Befüllens des Behälters (20) mittels des mindestens einen 3D-Sensors (18) die aktuelle Befüllung in dem Behälter (20) ermittelt wird. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von der gewünschten und/oder abgegebenen Menge an Füllgut eine Kostenabrechnung erfolgt. erfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu der Eingabe einer gewünschten Menge an Füllgut auch eine Eingabe eines gewünschten Füllguts erfolgt. erfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabe über ein Display am Lagerbehälter (12) oder über eine App erfolgt. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle Füllstand in dem Lagerbehälter (12) an einen übergeordnete Einheit gesendet wird. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Behälter (20) um einen Anhänger handelt und eine Erkennung eines Fahrzeugkennzeichens erfolgt.
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DE4426059C2 (de) * 1994-07-25 2001-07-05 Case Harvesting Sys Gmbh Erntemaschine
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