CN109564127A - 用于确定散装物料容器中的空间分辨的料位高度的方法和设备 - Google Patents

Abstract

在一种用于确定上方开口的散装物料容器(3)中的空间分辨的料位高度的方法中，其中，从上方借助超声在所述容器开口(5)上方测量位于所述散装物料容器(3)中的散装物料(2)的料位高度(H)，根据本发明，从上方由多个不同的超声测量方向(A，B)分别在所述容器开口(5)上方空间分辨地测量所述散装物料(2)的料位高度(H)，并且由多个与测量方向相关的、空间分辨的料位高度测量(H_A，H_B)来求取以下参量中的至少一个：空间分辨的有效料位高度(H_eff)，所述散装物料(2)的包络面(13)，所述散装物料(2)的全局最大值以及所述散装物料容器(3)的填充度。

Description

用于确定散装物料容器中的空间分辨的料位高度的方法和 设备

技术领域

本发明涉及一种用于确定上方开口的散装物料容器中的空间分辨的料位高度的方法，其中，从上方借助超声在容器开口上方空间分辨地测量位于散装物料容器中的散装物料的料位高度，本发明还涉及一种用于借助至少一个用于越过散装物料容器的容器开口的超声距离传感器来确定上方开口的散装物料容器中的空间分辨的料位高度的设备。

背景技术

例如已经由WO 99/32859 A1已知这类的方法和这类的设备。

由WO 99/32859 A1已知的装卸设备用于借助散装物料来装载火车的车厢(更准确地说车厢的运输容器)。装卸设备具有预填充传感器，以便求取在装载之前位于运输容器中的散装物料量。预填充传感器构造成超声扫描仪，该超声扫描仪的扫描射束横向于火车的行驶方向延伸。可以一方面通过扫描运动、并且另一方面通过火车行驶运动由超声扫描仪的一维距离信号空间分辨地测量运输容器的料位高度。在火车中运输的散装物料通常涉及具有统一尺寸的、松散的散装物料(如炭或者沙)，所述散装物料在运输容器中总是导致没有角和边的、三维的散装物料表面。

然而，对于在大小和形状上具有不同表现形式的、非统一的散装物料来说，由WO99/32859 A1已知的料位高度测量不适用于在空间分辨地测量料位高度时，始终可靠地检测由于反射而导致错误信息的散装物料部分或很大程度上竖立的散装物料边沿。例如，在激光切割时被切割的板件从激光切割设备中被提取出并且然后作为散装物料杂乱无章地落入位置固定的容器中，在该容器中，板件可以任意取向地竖立。但是，为了及时地更换容器，尽管存在着错误反射和竖立的板件边沿，也必须能够尽可能准确地确定散装物料容器的填充度。此外，由WO 99/32859 A1已知的测量方法无法用于位置固定的容器。

发明内容

因此，本发明基于如下任务：在分别在开篇所提到的类型的方法和设备中，进一步提高料位高度的空间分辨测量的准确性和可靠性。

根据本发明，该任务通过如下方式解决：

i)从上方由多个不同的超声测量方向分别在容器开口上方空间分辨地测量散装物料的料位高度，或者

ii)从上方由多个平行的或几乎平行的超声测量方向分别在容器开口上方空间分辨地测量散装物料的料位高度，并且由多个空间分辨的料位高度测量来求取以下参量中的至少一个：

-空间分辨的有效料位高度，

-散装物料的(三维的)包络面，

-散装物料的全局最大值，

-散装物料容器的填充度。

根据本发明，由至少两个不同的或者平行的或几乎平行的超声测量方向测量位于散装物料容器中的散装物料，由此，可以随后在另一测量方向上正确地检测在一个测量方向上未被正确检测的散装物料部分。然后，例如可以由多个空间分辨的料位高度测量，通过相加和求平均求取空间分辨的有效料位高度，通过内插和叠加求取散装物料的三维包络面并且由此又求取散装物料的全局最大值以及散装物料的当前的散装物料体积和当前的容器填充度。在超声测量方向不同的情况下，可以由多个空间分辨的料位高度测量求取与测量方向无关的、空间分辨的有效料位高度。因此，根据本发明的方法能够实现对具有如下板件的散装物料容器的填充度的可靠确定，或者说能够实现对当前料位高度上限的可靠估计：所述板件在大小和形状上具有不同的表现形式。

在超声扫描时，与光学测量方法不同，诸如板这样的散装物料的表面特性对于距离测量没有影响。由于相对于周围环境影响的稳健性，超声扫描的使用范围几乎不受限制。

在方法变型方案i)的一种实施方案中，优选由至少一个超声距离传感器多次地、但是分别以不同定向的测量方向——尽可能面覆盖地——越过容器开口。可以使至少一个超声距离传感器在其不同的测量方向上以相同的轨迹曲线或者(优选)分别以不同的轨迹曲线在容器开口上方移动。然而，无法借助至少一个超声距离传感器实时地计算包络面。

在方法变型i)的另一实施方案中，由多个分别在不同测量方向上定向的超声距离传感器至少一次地——尽可能面覆盖地——越过容器开口。优选地，使多个超声距离传感器共同地作为传感器单元(传感器阵列)在容器开口上方移动，其中，在多个超声距离传感器横向于运动方向彼此并排布置的情况下，传感器单元仅需要在一个移动方向上在容器开口上方移动。

在方法变型方案i)的这两个实施方案中，基于多个测量方向，即使在所述一个或多个超声距离传感器的移动速度较快的情况下(尽管超声距离传感器的面分辨率很小)，也可以可靠地辨识竖立的构件边沿。所使用的超声距离传感器涉及标准部件，所述标准部件的优点在于高的使用寿命并且能够用于宽的频谱。

在方法变型方案ii)的一种实施方案中，借助超声测量锥同时执行多个超声测量，所述超声测量锥由多个超声距离传感器发出并且在容器内部彼此不重叠或者至少不明显重叠。在方法变型ii)的另一实施方案中，借助超声测量锥要么不同时地要么分别以不同的编码同时地执行多个超声测量，所述超声测量锥由多个超声距离传感器发出并且在容器内部彼此重叠。在后者的情况下，对各个超声测量的超声信号如此编码，使得这些超声信号能够与超声测量的其它超声信号区分开。

在方法变型ii)的这两种实施方案中，可以使多个在平行的或几乎平行的测量方向上定向的超声距离传感器(尤其共同地作为传感器单元)至少一次地越过容器开口。

优选地，超声距离传感器中的至少一个在至少一个(尤其两个)运动方向上分别相对于其他超声距离传感器超前(vorliegend)地或滞后(nacheilend)地测量。

由多个空间分辨的料位高度测量以及由在空散装物料容器上的空间分辨的料位高度参考测量(尤其由散装物料的所求取的包络面以及由空散装物料容器的参考包络面)，可以特别简单地求取散装物料容器的填充度。

本发明也涉及一种用于借助至少一个用于越过散装物料容器的容器开口的超声距离传感器来确定上方开口的散装物料容器中的空间分辨的料位高度的设备，其中，根据本发明，该设备具有至少一个超声距离传感器或多个超声距离传感器、移动装置以及分析处理单元，所述至少一个超声距离传感器具有能够调整的测量方向，所述多个超声距离传感器在不同测量方向上或者在平行的或几乎平行的测量方向上定向，所述移动装置用于使至少一个超声距离传感器在容器开口上方一维地或二维地移动，所述分析处理单元由多个空间分辨的料位高度测量来求取以下参量中的至少一个：

-空间分辨的有效料位高度，

-散装物料的(三维的)包络面，

-散装物料的全局最大值，

-散装物料容器的填充度。

优选地，具有能够调整的测量方向的至少一个超声距离传感器能够运动地支承在移动装置上并且能够借助电动操控的调整装置在至少两个不同的测量方向之间运动。

在第一优选实施方式中，由多个超声距离传感器发出的超声测量锥在容器内部彼此不重叠或至少不明显重叠，从而各个超声测量不相互影响或者仅以可忽略不计的方式相互影响。在另一优选实施方式中，多个超声距离传感器的超声测量锥彼此重叠并且不同地编码，从而这些超声测量锥能够与其它超声测量的超声信号区分开。

优选地，多个超声距离传感器构造成一个共同的能够移动的传感器单元(传感器阵列)，其中，超声距离传感器中的至少一个可以在传感器单元的至少一个(尤其两个)运动方向上分别相对于其它超声距离传感器错开地布置。

附图说明

由说明书、权利要求和附图得出本发明的主题的其他优点和有利构型。同样地，以上提到的以及还将进一步列举的特征可以单独地或者以多个任意组合的形式使用。所示的和所描述的实施方式不应理解为穷尽的枚举，而应理解为具有用于描述本发明的多个示例性特性。附图示出：

图1示出根据本发明的第一设备，该第一设备具有用于确定散装物料容器中的空间分辨的料位高度的唯一的超声距离传感器；

图2示出能够在两个端部位置之间摆动的超声距离传感器；

图3a、3b示出用于使超声距离传感器在散装物料容器的容器开口上方面覆盖地移动的不同轨迹曲线；

图4示出散装物料的由两个与测量方向相关的、空间分辨的料位高度测量所求取的包络曲线；

图5示出根据本发明的第二设备，该第二设备具有由多个超声距离传感器构成的传感器单元，该超声距离传感器用于确定散装物料容器中的空间分辨的料位高度；

图6示出用于使传感器单元在散装物料容器的容器开口上方面覆盖地移动的轨迹曲线；

图7示出散装物料的由三个与测量方向相关的、空间分辨的料位高度测量所求取的包络曲线；

图8a、8b示出根据本发明的第三设备和第四设备，所述第三设备和第四设备具有由多个超声距离传感器构成的传感器单元，所述多个超声距离传感器用于确定散装物料容器中的空间分辨的料位高度；和

图9示出在图8a，8b中所示的传感器单元的仰视图。

在对附图的接下来的描述中，对于相同的或者功能相同的构件使用相同的附图标记。

具体实施方式

图1中所示的设备1用于确定上方开口的散装物料容器3中的散装物料2的空间分辨的料位高度H。在所示出的实施例中，散装物料2涉及经切割的板件4，所述板件杂乱无章地落入位置固定的散装物料容器3中并且因此可以任意取向地竖立。

设备1在散装物料容器3的容器开口5上方具有能够在X方向和Y方向上移动的超声距离传感器6，该超声距离传感器具有多个(在此仅示例性的两个)测量方向A，B，可以以所述测量方向在容器开口5上方面覆盖地运动。

如在图2中所示，距离传感器6可以可摆动地(双箭头8)支承在XY移动单元7上并且借助电动操控的调整装置(例如步进电机或者旋转磁铁)9在两个端部位置之间摆动，在所述端部位置中，距离传感器6在两个不同的测量方向A，B上定向。

距离传感器6——在空间上构型的检测区域内——测量至散装物料2(即至板件4)的距离。超声距离测量是一种传播时间法，在该传播时间法中，由距离传感器6发出超声短脉冲串，并且由距离传感器6接收在对象表面上反射的回波。由发送与接收之间的时间差和声速计算出经过的路程并且因此测量出距离传感器6与对象表面之间的最短距离。

距离传感器6首先以一个测量方向A并且接下来以另一测量方向B分别尽可能面覆盖地越过容器开口5，以便对两个测量方向A，B中的每个空间分辨地、在容器开口5上方面覆盖地测量散装物料2的料位高度H。对于面覆盖的检测而言，必须如此扫描容器开口5，使得容器开口5的每个点在扫描过程期间至少一次地位于距离传感器6的检测区域内。

如在图3a、3b中所示出，距离传感器6可以以其不同的测量方向A、B分别以不同的轨迹曲线10a，10b在容器开口5上方移动。

在图4中示出以一个测量方向A空间分辨地测量的料位高度H_A，以及以另一测量方向B空间分辨地测量的料位高度H_B。距离传感器6与分析处理单元12连接，所述分析处理单元后续由多个与测量方向相关的、空间分辨的料位高度测量H_A，H_B来求取以下参量中的至少一个：

-散装物料的空间分辨的有效料位高度和/或包络面：

通过两个与测量方向相关的料位高度测量H_A，H_B的叠加，可以针对每个测量点确定空间分辨的有效料位高度H_eff，或者必要时可以通过附加的内插或外插确定散装物料2的空间分辨的三维包络面13，其方式是：在每个测量点上仅分别考虑两个与测量相关的料位高度测量H_A，H_B中较大的测量值。

-散装物料的全局最大值：

有差异的散装物料信号的全局最大值相应于散装物料的最高点并且可以用于探测容器的过满。

-散装物料体积：

对于体积计算而言，除了包络面13之外，还需要散装物料容器3的空间上的表现形式(长度和宽度)。这种空间上的表现形式要么可以预先已知、要么可以通过超声距离传感器6在空散装物料容器上的参考测量求取。然后，可以由包络面13与散装物料容器3的空间上的表现形式之间的差计算散装物料体积。

-散装物料容器3的填充度：

由散装物料体积与容器体积之间的关系可以确定散装物料容器3的填充度。

在图5中所示出的设备1′与图1的设备1的区别仅在于，在此，在容器开口5上方布置有能够在X方向和/或Y方向上移动的传感器单元14，所述传感器单元具有多个(在此仅示例性三个)超声距离传感器6，所述超声距离传感器在不同测量方向A，B，C上定向。

使传感器单元14越过容器开口5，以便对于测量方向A至C中的每个空间分辨地、在容器开口5上方面覆盖地测量散装物料2的料位高度H。在图6中示出用于面覆盖地越过容器开口5的传感器单元15的轨迹曲线。三个距离传感器6横向于其主运动方向X相对于彼此错开地布置，其中，在X方向上看，测量方向B与测量方向A，C反向地定向，并且在Y方向上看，测量方向A，C彼此反向地定向。

与距离传感器6连接的分析处理单元12要么实时地、要么后续地由三个与测量方向相关的空间分辨的料位高度测量H_A，H_B，H_C求取以上提到的参量中的至少一个。

在图8a和8b中所示的设备1″、1″′与图1的设备1的区别仅在于，在此，在容器开口5上方布置有能够在X方向和/或Y方向上运动的传感器单元14，所述传感器单元具有多个(在此仅示例性三个)超声距离传感器6，所述超声距离传感器的超声测量方向D1，D2，D3平行地或至少几乎平行地延伸。然后，可以由多个空间分辨的料位高度测量H_D1，H_D2，H_D3后续地求取以上提到的参量中的至少一个。

在图8a中，由超声距离传感器6发出的超声测量锥15在容器2内部彼此不重叠或者至少不明显重叠，从而超声距离传感器6的各个超声测量信号不相互影响或者仅以可忽略不计的方式相互影响，因此可以借助超声距离传感器6同时执行超声测量。

在图8b中，由超声距离传感器6发出的超声测量锥15在容器2内部彼此重叠，从而要么可以借助超声距离传感器6不同时地执行超声测量、要么必须如此编码各个超声测量的超声信号，使得所述超声信号能够与其它超声测量的超声信号区分开。

如在图9中所示，在图8a、8b中，三个超声距离传感器6中的一个(例如所示实施例中的中间的超声距离传感器)可以在传感器单元14的两个移动方向X，Y上分别相对于另外两个超声距离传感器6错开地布置，以便在传感器单元14在X方向上移动时，相对于另外两个超声距离传感器6超前地或滞后地测量。因此尤其可以避免，超声测量锥15在容器2内部彼此重叠。

Claims (17)

1.一种用于确定上方开口的散装物料容器(3)中的空间分辨的料位高度的方法，其中，从上方借助超声在容器开口(5)上方空间分辨地测量位于所述散装物料容器(3)中的散装物料(2)的料位高度(H)，

其特征在于，

i)从上方由多个不同的超声测量方向(A，B；A-C)分别在所述容器开口(5)上方空间分辨地测量所述散装物料(2)的料位高度(H)，或者

ii)从上方由多个平行的或几乎平行的超声测量方向(D1，D2，D3)分别在所述容器开口(5)上方空间分辨地测量所述散装物料的料位高度，并且，由多个空间分辨的料位高度测量(H_A，H_B；H_A，H_B，H_C；H_D1，H_D2，H_D3)来求取以下参量中的至少一个：

空间分辨的有效料位高度(H_eff)，

所述散装物料(2)的包络面(13)，

所述散装物料(2)的全局最大值，

所述散装物料容器(3)的填充度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在变型方案i)中，由至少一个超声距离传感器(6)多次地分别以不同定向的测量方向(A，B)越过所述容器开口(5)。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述至少一个超声距离传感器(6)在其不同的测量方向(A，B)上分别以不同的轨迹曲线(10a，10b)在所述容器开口(5)上方移动。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在变型方案i)中，多个、分别在不同测量方向(A-C)上定向的超声距离传感器(6)至少一次地越过所述容器开口(5)。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，多个超声距离传感器(6)共同地作为传感器单元(14)在所述容器开口(5)上方移动。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在多个超声距离传感器(6)横向于移动方向(X)并排布置的情况下，所述传感器单元(14)至少在所述移动方向(X)上在所述容器开口(5)上方移动。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在变型方案ii)中，借助超声测量锥(15)同时执行多个超声测量，所述超声测量锥彼此不重叠或至少不明显重叠。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在变型方案ii)中，借助彼此重叠的超声测量锥(15)要么不同时地执行多个超声测量要么分别以不同的编码同时地执行多个超声测量。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，由多个在平行的或几乎平行的测量方向(D1，D2，D3)上定向的超声距离传感器(6)——尤其共同地作为传感器单元(14)——至少一次地越过所述容器开口(5)。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述超声距离传感器(6)中的至少一个在至少一个——尤其两个——运动方向(X，Y)上分别相对于其它的超声距离传感器(6)超前地或滞后地测量。

11.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，由多个空间分辨的料位高度测量(H_A，H_B；H_A，H_B，H_C；H_D1，H_D2，H_D3)以及由在空散装物料容器上的空间分辨的料位高度参考测量——尤其由所述散装物料(2)的所求取的包络面(13)以及由空散装物料容器的参考包络面——求取所述散装物料容器(3)的填充度。

12.一种用于借助至少一个超声距离传感器(6)确定上方开口的散装物料容器(3)中的空间分辨的料位高度的设备(1；1′；1″；1″′)，所述至少一个超声距离传感器用于越过所述散装物料容器(3)的容器开口(5)，其特征在于：

至少一个超声距离传感器(6)或多个超声距离传感器(6)，所述至少一个超声距离传感器具有能够调整的测量方向(A，B)，所述多个超声距离传感器在不同的测量方向(A-C)上或者在平行的或几乎平行的测量方向(D1，D2，D3)上定向，

移动装置(7)，所述移动装置用于使所述至少一个超声距离传感器(6)在所述容器开口(5)上方一维地或二维地移动，

分析处理单元(12)，所述分析处理单元由多个空间分辨的料位高度测量(H_A，H_B；H_A，H_B，H_C；H_D1，H_D2，H_D3)来求取以下参量中的至少一个：

空间分辨的有效料位高度(H_eff)，

散装物料(2)的包络面(13)，

散装物料(2)的全局最大值，

所述散装物料容器(3)的填充度。

13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，具有能够调整的测量方向(A，B)的至少一个超声距离传感器(6)能够运动地支承在所述移动装置(7)上并且能够借助电动操控的调整装置(9)在至少两个不同的测量方向(A，B)之间运动。

14.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述多个超声距离传感器(6)的超声测量锥(15)彼此不重叠或至少不明显重叠。

15.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述多个超声距离传感器(6)的超声测量锥(15)彼此重叠并且不同地编码。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的设备，其特征在于，所述多个超声距离传感器(6)构造成共同的能够移动的传感器单元(14)。

17.根据权利要求12至16中任一项所述的设备，其特征在于，所述超声距离传感器(6)中的至少一个在至少一个——尤其两个——运动方向(X，Y)上分别相对于其他的超声距离传感器(6)错开地布置。