具有基于超声波的器皿探测功能的洗碗机的制作方法

本申请总体涉及诸如在自助餐厅和餐馆等商业应用中使用的那些洗碗机，更具体地，涉及利用超声波检测和定位与这种洗碗机相关的器皿的系统和方法。

背景技术：

商用洗碗机通常包括壳体，该壳体限定用于餐具、锅盆和其他器皿的一个或多个内部洗涤和漂洗区。在传送式机器中，器皿移动通过壳体内的多个不同喷射区以进行清洗(例如，预洗涤区、洗涤区、后洗涤(也被称为强力漂洗)区和漂洗区)，并且还可能有晾干区。一个或多个喷射区包括槽，其中待被喷射在器皿上的液体被加热，以实现期望的洁净。在批量式机器中，通常将器皿手动地移动到清洁腔室内的大致固定位置(例如，当器皿保持在机器中的相同的、固定的位置时，施加洗涤喷射和漂洗喷射)，然后在清洁循环的所有操作/步骤结束时将器皿手动地从机器移出。

由于越来越多的环境法规和其它因素，需要这种高效能机器(例如，用水少、化学物使用少以及耗能低)。

期望提供一种器皿洗涤系统和方法，其利用超声器皿检测和定位，通过增强对一个或多个清洁循环参数的控制而大幅度提高效率。

技术实现要素：

在一个方面，一种用于洗涤器皿的洗碗机，包括：壳体，该壳体限定用于接收器皿的腔室，该腔室具有至少一个喷射区，用于将洗涤液体喷射到器皿上的洗涤喷射系统，以及用于将漂洗液体喷射到器皿上的漂洗喷射系统。设置至少一个超声换能器，用于检测送入腔室的器皿和/或用于检测腔室内部的器皿。控制器与超声换能器相关联，并且被配置为基于来自至少一个超声换能器的输出来识别器皿位置、器皿移动、器皿尺寸、器皿形状和/或器皿材料中的一个或多个。控制器还被配置为至少部分地基于所识别的器皿位置、所识别的器皿移动、所识别的器皿尺寸、所识别的器皿形状和/或所识别的器皿材料，来控制机器的至少一个操作参数，以使得至少一个操作参数适应于所识别的器皿位置、所识别的器皿移动、所识别的器皿尺寸、所识别的器皿形状和/或所识别的器皿材料。

附图和下面的描述中阐述了一个或多个实施例的细节。根据说明书和附图以及权利要求书，其他特征、目的以及优点将变得显而易见。

附图说明

图1是洗碗机的一个实施例的示意性侧视图，示出了朝超声换能器移动的器皿；

图2是洗碗机的一个实施例的示意性侧视图，示出了远离超声换能器移动的器皿；并且

图3是将发射超声能量(io)与反射超声能量(ir)进行比较的曲线图。

具体实施方式

参照图1，洗碗机10包括壳体12，壳体12限定用于接收器皿的内部腔室14。壳体限定腔室的入口端16和出口端18(例如，由帘子覆盖的开口，其使得器皿能够分别移入和移出腔室)。腔室包括多个喷射区20、22和24。这里，区22代表主洗涤喷射区，区24代表洗涤喷射区22下游的漂洗喷射区。区20可以存在或不存在，并且可以是预洗涤区和/或自动去污(asr)区。晾干区26位于漂洗喷射区24的下游。

所示的洗涤喷射区22包括带有加热元件32的收集槽30，加热元件32用于将洗涤液体保持为设定温度，该设定温度可以由温度传感器34检测。再循环管线36从收集槽延伸到多个洗涤喷嘴38(例如，与上洗涤喷射臂和下洗涤喷射臂相关联)，并且洗涤泵40沿着再循环管线设置。

漂洗喷射区24包括漂洗阀或漂洗泵42，用于控制漂洗液体沿着漂洗液体管线48从水加热单元44(例如，带有相关加热元件46和温度传感器47的中间加热器)流向多个漂洗喷嘴50(例如，与上漂洗喷射臂和下漂洗喷射臂相关联)。水加热单元44接收来自机器淡水输入端的水。这里，提供两个淡水输入端(例如，一个用于热水，一个用于冷水，或者一个用于自来水，一个用于软化水或脱盐水)，并且由相应的阀49和51选择水输入端给水。

晾干区26包括气流输送系统52，其可包括例如一个或多个鼓风机54、一个或多个空气加热元件56，以及空气温度传感器58。

提供传送带60，用于运送器皿穿过腔室以供洗涤。作为示例，传送带可以是连续环型传送带，或者可以是往复式传送带，在任何一种情况下，由电动机62为传送带的移动提供动力。传送带60包括位于入口端或送入端处的位于腔室外部的部分，使操作者能够在其上放置器皿，以通过传送带将器皿送入腔室14。

提供控制器100，用于控制洗碗机10的操作，并且为达到这一目的，控制器100可以根据需要连接到每个机器部件和每个机器传感器。如本文所使用的，术语“控制器”旨在广泛地包含任何电路(例如，固态、专用集成电路(asic)、电子电路、组合逻辑电路、现场可编程门阵列(fpga))、处理器(例如，共享处理器、专用处理器或成组处理器-包括执行代码的硬件或软件)、软件、固件和/或其他组件，或上述部分或全部的组合，它们执行机器的控制功能或其任何组件的控制功能。

化学制品给药环路64包括化学制品阀或化学制品泵66，用于沿化学制品供给管线70从贮液器68输送化学制品。这里，给药回路将洗涤化学制品(例如，洗涤剂)供给到洗涤槽30。或者，可将洗涤化学制品送入至洗涤管线36。此外，还可以提供其他化学制品给药环路(例如，向其它洗涤区供应洗涤化学制品，和/或向漂洗水单元44或漂洗水管线48供应漂洗化学制品(例如，漂洗剂)。

如图所示，提供超声换能器80，用于检测进入腔室的器皿。如本文所使用的，术语“超声换能器”广泛用于涵盖一类超声设备，在这类超声设备中，超声发射器和超声探测器共享一些共同的电路，或者超声发射器和超声探测器配对但不共享共同的电路。作为超声换能器80的替代或附加，如图所示，一个或多个超声换能器82可以位于腔室14内。在两种情况下，超声传感器80、82可以位于器皿路径的外部(例如，在器皿路径的一侧或上方或下方)，并且其取向使得朝向器皿路径引导超声发射，以达到检测器皿的目的。通常，超声换能器可以例如用于基于来自至少一个超声换能器的输出来识别器皿位置、器皿移动、器皿尺寸、器皿形状和/或器皿材料中的任何一个或多个(例如，控制器100接收换能器输出并执行识别)。将超声换能器用于此目的的一般原理被解释如下。

基于超声的器皿位置与器皿移动

根据以下等式(1a)和(1b)，可以基于超声换能器发射超声能量和随后接收反射的超声能量之间的持续时间(t)来来确定器皿在任何时间(lt)在洗碗机10中或洗碗机10上的位置。在等式中使用常数“2”，因为超声能量沿着其行进路径往返行进，从换能器去往器皿并在反射之后再回到换能器。

2lt＝ct(1a)

t＝2lt/v(1b)

这里“v”是超声波在现有介质中的已知速度，这对于介质而言是恒定的。然而，由于水分含量不同，速度可能根据超声换能器在机器中的位置而变化。例如，腔室外部在入口端处的机器装载区主要存在轻微湿度的室内空气，并且可有接近1的折射率，而腔室内部可能存在高湿度的水分，因此反射率可以不同于1。这意味着对于机器中的不同区，超声波的速度可以不同，但对于每个区通常是恒定的。根据测试，可以为机器中的各个位置预先确定“v”的适当值，控制器对每个超声换能器使用适当v值。图3通过示例曲线图200示出了超声发射和反射的超声接收之间的持续时间t。

在两个(2)连续发射和接收的超声能量碰到移动中的器皿的情况下，通过超声换能器发送和接收超声的持续时间的变化δt(即t1-t2)来预测器皿位置的变化δl(即l1-l2)，如等式(2a)所示。

器皿的初始时间或位置由下标“1”表示，而新的时间或位置由下标“2”表示。其中“2/v”是给定条件下的常数。等式(2b)和(2c)由等式(2a)定义，并且示出了t1和t2之间的时间差δt的比例，作为朝向如图1所示的换能器80移动的器皿的l1和l2之间的器皿位置变化(δl)的量度。

|t1-t2|α|(l1-l2)|(2b)

δtαδl(2c)

其中，δt＝t1-t2并且δl＝l1-l2。

在图1中，假设器皿102正在朝换能器80移动并且处于距换能器的最大设定距离l1，与换能器80发射超声能量104和接收反射回来的超声能量106的两个(2)连续时间t1和t2对应的时间差δt可被设定为最大预定值t，其中，在预定时间tp之后，器皿到达离机器更近的位置l2，这使得控制器对即将到来的器皿启动所需的机器过程。这里，超声发射104具有主要方向，该主要方向基本上与传送带的输送方向和器皿的行进方向相反。

δt＝t1-t2≤t(3a)

其中，t1>t2并且l1>l2，并且t1和t2分别对应于l1和l2。

在图2的洗碗机110中，其类似于图1的机器10，区别在于超声换能器112位于机器送入装置的远端，并且该器皿远离换能器112而移动。对于距换能器的最小设定距离l1，与超声换能器112发射超声能量114和接收反射回来的超声能量116的两个(2)连续时间t1和t2对应的持续时间差δt可被设定为最大预定值p，其中，在预定时间tp之后，器皿处于位置l2，由此机器使得控制器对即将送入的器皿启动所需的机器过程。

δt＝t1-t2≤p(4a)

其中，t1<t2并且l1<l2，并且t1和t2分别对应于l1和l2。

等式(3a)至(4a)将提供关于器皿相对于机器中或机器周围的超声换能器(例如，无论超声换能器在腔室中还是在腔室外)的位置的信息。器皿的不同位置可用于有效地控制机器，以取得期望的洗涤质量，同时节省能量，使机器效率最大化(例如，根据器皿位置，根据需要启用/禁止某些操作)。

基于超声的器皿材料区分

超声反射取决于超声能量所接触的表面和材料类型的性质。此外，材料厚度不同，能量吸收也不同，这也会影响反射的超声能量的大小。完美反射使超声换能器接收到足够的反射超声能量，而漫反射则可能不会。在现实中，入射在器皿或材料上的发射能量(io)被分配到反射能量(ir)、吸收能量(ia)和透射能量(it)中，如等式(5a)和(5b)。

io＝ir+ia+it(5a)

1＝(ir/io)+(ia/io)+(it/io)(5b)

其中ir/io是反射率，ia/io是吸收率，it/io是透射率。然而，根据等式(5b)，组合的吸收率和透射率可以如等式(5c)中所定义的，并且可以用于区分器皿材料、器皿形状和/或器皿位置。

(ia+it)/io＝(io–ir)/io(5c)

反射能量是返回到超声换能器的能量，而吸收和透射能量分别是材料吸收和透射的能量。图3的曲线图200示出了由超声换能器接收的反射能量通常低于发射的能量。具有不同密度的不同材料类型将导致反射能量(ir)以及吸收能量(ia)的强度不同。将发射能量(io)与反射能量(ir)相比(图3)是用于识别不同的材料的手段，从而有效地控制机器，实现必要的节约，同时提升洗涤质量并使机器生产率最大化。

根据等式(5a)或(5b)，可以使用吸收率、透射率或反射率，但是将使用反射率(ir/io)为例进行说明。

为了解决表面性质的变化以及相同器皿材料的各种厚度和超声能量衰减的问题，可以定义和使用反射率、吸收率或透射率的操作范围，这些操作范围对每种预定器皿材料类型作出区别。因此，对于反射率、组合的吸收率和透射率，可以为每种材料类型定义以下范围，示例如下。

不锈钢器皿或

陶瓷器皿或

塑料器皿或

铝制器皿或

基于超声的器皿尺寸和形状确定或成像

该功能通常可以采用多组超声换能器来实现，这些超声换能器被定位成使用反射、吸收或透射的超声能量以确定器皿的尺寸和形状。相同的布置也可用于确定材料类型和位置。考虑到反射原理，如果发射的超声能量不碰到器皿，则没有反射能量返回到超声换能器。来自器皿的各种反射能量是确定器皿的尺寸和形状的因素。了解器皿的形状或尺寸将有助于适当地控制机器以获得合需的洗涤质量和资源利用。

控制器100可以使用所识别的器皿材料类型、尺寸、传送带器皿负载和/或器皿速度来衡量需要多少能量才能例如将洗涤槽30保持在最低所需操作温度下，从而有助于适当控制加热元件32。另外，了解器皿材料类型、形状、尺寸和/或位置将有助于控制器100控制机器参数，从而取得预期的洗涤质量并相应地使用资源。

示例性操作顺序

在一个示例中，一旦机器准备清洗，超声换能器就准备进行操作，并且当传送带开始移动时，换能器被激活。超声换能器一旦被激活，便会发射和接收能量。发射的能量与器皿碰撞，由此产生反射能量，该反射能量由换能器接收以确定器皿的位置、尺寸、形状和/或材料类型。处理后的超声发射和接收的能量用于同时或按顺序地控制或调节一个或多个机器操作参数，以便更好地操作机器以满足特定器皿的需要，并且包括，例如，将传送带速度调节到恒定速度或在多个区之间变化；将加热元件调节到恒定温度或在多个区之间变化；通过调节区内的泵来调节各区内的洗涤压力；对于不同器皿类型、尺寸和/或形状对每个搁架或周期调节漂洗速率或漂洗量；针对不同器皿类型、尺寸和形状调节漂洗温度；如果机器与多个水源(例如，自来水、软化水、脱盐水)连接，则基于器皿类型改变水输入源；调节用于洗涤、漂洗、消毒和/或脱灰的化学剂量；和/或调节吹风机的热量或空气流量。

在现实中，器皿是混合放置的，并且若在预定时间内感测到相同材料，则将切换机器模式以更好地清洗待洗涤或正被洗涤的材料，直到感测到新材料，此时切换机器以适应新材料。机器在这些模式之间进行切换，以便适应器皿材料、形状以及尺寸，以优化机器并由此实现资源的适当使用。基于机器容量、操作配置(例如设备套件，化学品等)或其他相关状态，可以跨多个手动或自动馈送的机器来实现器皿调度。还可以通过带有容量或操作配置(例如设备套件、化学制品等)的多个手动或自动馈送的机器实现器皿分类，以洗涤特定的器皿类型。

应该清楚地理解，以上描述仅仅旨在作为说明和示例，而不旨在作为限制，并且可以进行改变和修改。例如，虽然主要示出和描述了传送带型洗碗机，但超声换能器可以纳入到批量式机器的腔室中，用于检测器皿的位置、尺寸、形状和/或材料，并相应地控制机器操作参数。因此，可以构思其他实施例，并且可以在不脱离本申请的范围的情况下进行修改和改变。