监测碰撞的方法与流程

本发明涉及周期性运动的碰撞监控的方法，具体为权利要求1中所述的电力驱动的部件和权利要求10中所述的容器处理设备。

背景技术：
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从之前的文章中，已经得知道监测部件运动的方法，或控制运动的方法。

因此，诸如EP 1 858 153A2公开了一种方法，根据该方法，被测变量的时间分布，在这种情况下，负载元素上传感器电力驱动的旋转速度受到控制，且该旋转速度的短暂变化由检测设备进行评估，然后，通过评估，该影响证明负载存在不允许的旋转碰撞状态，且通过合适的反馈信号，电动驱动操作的控制参数将会被改变。通过该方法，可以确认在提供的参数范围内出现了运动部件的运动，该运动可以降低发生碰撞的风险。

再者，众所周知，对于电力驱动的部件来说，例如，使用伺服传动装置通过控制设备驱动，从而为运动的特定参数提供极限值，例如扭矩的速度或传动，或传递到电机的电流。这些极限值作为一种指示，说明当超出极限值时，会发生运动部件与设备的另一个元件的碰撞，如果驱动器没有被立即关闭，则会导致对整个容器处理设备造成相当大的损失。为此，当超出极限值时，应将驱动器停止，以避免对机器造成更严重的损坏。再者，这些极限值也可用作监测机器的常规功能。

但是，这种极限值的确定被认为非常困难，因为在运动过程中，由于部件的负载，传送的扭矩以及可运动部件在运动过程中的速度，运动部件可能发生波动。因此，部件的负载可能在运动的过程中发生变化，例如，通过接收或转移容器，或通过摩擦阻力，或通过改变料位，或通常情况下运输容器的重量。特别是，实际上周期性运动的，同时在这种周期性运动中有静止阶段的部件，会暂时改变加速度，这时，这种极限值的定义比较困难。到目前为止，需要选择足够高的极限值，从而使机器在无故障运行过程中，不会触发任何错误警报。另一方面，极限值需要进行调节，从而使故障，特别是部件或容器的碰撞，尽可能直接确定，以避免造成进一步的损坏。这些要求互相矛盾，因此，极限值的测定非常困难。

问题：因此，从已知的现有技术开始，现有发明潜在的问题是提供一种监测碰撞的方法，允许对极限值进行可靠测定，且将更好地避免意外的故障警报。

技术实现要素：
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根据本发明，上述问题可以通过权利要求1中所述的碰撞监测方法和权利要求10所述的容器处理设备解决。优选方案包含在从属权利要求中。

根据本发明所述的碰撞监测的方法，的特征是：部件当前运动周期的被测变量的极限值是在对之前周期被测变量的测量的基础上动态确定的。因此，即使在正常的没有碰撞发生的运行过程中，可能发生与可运动部件的移动剖面相关的变化，这种变化确定在可允许的范围内。该方法允许适应相应的测定变量的极限值，这样，通常的波动不会由于超出设定的极限值，而导致故障警报，尽管此时并没有发生任何碰撞。再者，可以保证能够可靠测定碰撞，且可以在对机器造成太大损坏之前，将驱动器关闭。

在一个实例中，部件运动当前周期的被测变量的极限值是在对前一个周期被测变量的测量的基础上动态确定的。因为在没有任何故障发生的常规运行中，连续几个周期的测定值的概况仅有细微差别。考虑到这些细微变化，可能对极限值进行调整，同时减少发生错误警报的风险。

进一步的实例为，当前周期内被测变量的极限值可能与之前阶段被测变量的极限值不同，最多为最大绝对值或最大相对值。因此，在规定极限值时，能够将例如由于部件和驱动器在使用造成的常规磨损而导致的差异考虑在内。

在该实例的特殊情况下，最大绝对值和/或最大相对值的确定是以容器处理设备工作时长为基础，和/或以部件使用时长的基础，和/或以驱动部件的电机的使用时长为基础的。因此，通过确定在较长一段时间内，极限值的变化梯度，可以评估机器或部件的哪种损坏程度导致变化的发生，且应该考虑对以后的极限值测定进行相应更正。

另外，可以规定极限值在整个周期内为非常数函数，或者在整个连续的周期段内恒定。对于可运动部件，例如以旋转速度进行旋转，在整个持续阶段内非恒定，则可以使用非常数极限值，以避免触发错误警报

进一步地，该方法包含被测变量最少为传递到部件的一个扭矩，驱动装置的轮廓误差，电机电流或负载扭矩。这些变量表明部件的运动，且能够精确确定，从而使极限值的确定非常精确。

如果规定部件运动周期的极限值和前一周期的极限值之间的不同，在多个连续阶段内始终有相同的符号，则说明，为了确定被测变量的极限值，应进一步收集并考虑实时驱动设备的状态值。指示同一方向的累积偏差(符号相同)表明，由于其使用寿命以及相关磨损，机器在可运动部件的运动剖面中，经过了一次变化。考虑到状态值，通过相应的更正，例如容器处理设备的使用寿命，当计算极限值时可能会考虑这种误差。

因此，可能指出，存在相同符号时与时间相关的矫正值来源于驱动器状态值的考虑，并且相加于当前周期的极限值的计算。通过该矫正值，可以考虑这些状态值的变化，且可以更加有效地避免错误警报。

依照该方法的一个实例为，除了在碰撞检测过程中的极限值，应考虑运行状态，至少包括部件的一次加速度、空转或生产。如果，例如，已经确定了满载情况下操作容器处理设备的极限值，则该极限值可能不代表部件的加速度或初始相位，或部件的运动，或容器处理设备的空转，这就说明为什么这些运行状态应分别进行考虑，以避免试运行过程中的错误警报。

依照本发明，提供一种容器处理设备，该设备按照执行以上所描述的实例中的某一个的碰撞监测方法的要求装配。

因此，容器处理设备包含至少一个用于探测部件位置的传感器，用于探测部件加速度的传感器，用于探测表示驱动器功能的温度值的传感器，以及探测部件负载的传感器。

进一步地，可以提供一个非易失性存储器指定给控制单元，它将经计算得到的极限值进行存贮，从而使控制部件能够读取使用。

在进一步的实例中，在上述非易失存储器中进一步存储用于计算极限值的运行参数，使其能够通过控制部件进行恢复。这样，不仅可以将极限值相互比较后用于计算，例如，测试极限值的正确性是否一定是由容器处理设备部件的磨损造成的，而且，可以确定运行参数的不规则情况，这些有利于极限值的计算。

进一步地，根据本发明，提供一种可选择的监测在容器处理设备中所传送的容器的碰撞方法，容器处理设备中带有一个部件或另一个在容器处理设备中被传送的容器，其中规定了表示容器与部件或其他容器的碰撞的被测变量的极限值，当超出时，容器处理设备停止运行，其特征是，当前容器运动的被测变量的极限值是根据已经由容器处理设备传送的容器在其处理时对其被测变量的测量而动态确定的。因此，例如错误传输的容器发生的碰撞可以及时发现，且可以将机器关闭，以避免发生碰撞。

进一步地，一个处理如瓶子的容器的容器处理设备，按执行如权利要求14所述的碰撞监测方法的要求进行装配。

附图说明：

图1为执行本发明所述方法的容器处理设备的结构示意图；

图2a和b在一个运动周期内被测变量和极限值的曲线示意图；

图3a到c不同实例中，计算出的极限值及相关的被测变量关系的示意图；

图4在故障期间部件运动的被测变量概况的示意图；

具体实施方式

图1按照图示展示了一个容器处理设备100，该设备使用本发明所述的碰撞监测方法。容器处理设备100可以包括一个带有星形转架112的喂入机构101。星形转架包含一个或多个夹持机构113，利用该装置，可以接收容器130，并且将它传送至带有旋转传送机构的处理设备102，在旋转传送机构上设置有多个处理位置122。星形转架绕R轴旋转，旋转传送机构121绕D轴旋转。旋转传送机构和星形转架由驱动器驱动。对此，图中没有显示，但显示了驱动星形转架112的驱动器的驱动轴111。

因此，本发明的容器处理设备包含至少两个可运动部件，即星形转架112及旋转传送机构121。根据本发明，也可以只提供一个可运动部件。其基本点是，为实现本发明所述的方法而设计本设备，由于设备中可运动部件和另一个部件之间发生故障，可能会发生碰撞。因此，容器处理设备100不是必须这样配置，但这可以以其他不同的方式实现。

以下，对两个部件的碰撞进行了参考性的描述，它涉及与部件或其他容器的碰撞的容器，由此，可能导致损坏。例如，如果对容器的夹持柱面不正确，可能会造成与设备不动的或运动的部分产生碰撞。一个运动部件也可能与一个同设备相对固定的容器碰撞。可运动部件与机器的另外的部件之间的碰撞相关的实例，同时也适用于可运动部件与机器中不可运动或可运动容器的碰撞。

为了监测运动部件运动情况的工作状态或特定工件或被测变量，可设置多个传感器。安装确定运动部件在其运动过程中的位置或加速度的传感器、确定其温度值的传感器，特别是要安装驱动器或润滑剂的温度值以及轴承的温度的传感器。

可选择地，容器被传送到容器处理设备中的运动可以通过传感器进行监测，以确定其位置并监测其运动。

本发明所述的方法尤其适用于伺服驱动器，这是因为独立的可运动部件之间的运动，没有直接的机械连接(例如旋转星112以及传送带121)。因此，必须用电通过控制单元150对相互之间的运动轮廓进行控制进行调整。但是，在这种情况下，也可以使用其他的驱动器，特别是各种形式的电力驱动。

如图1所示的容器处理设备100，由于对星形转架112和旋转机构121的运动的错误调整，可能会发生碰撞。例如对于的夹持机构113，在旋转机构设有其空间，但没有设置处理空间，因此，由于不同的几种原因，会发生碰撞。例如，驱动器可能会发生故障或失灵，因此，传递给可运动部件的扭矩与其趋势不一致，因此，可运动部件(星形转架或旋转传送机构)的转弯和向前的运动与另一部件相关，因此，碰撞会发生。更进一步的例子为，由于可运动部件的物理因素(松动部件掉入星形转架或旋转传送机构，或类似情况)的影响而失灵，最终导致碰撞。这同样也包括其他影响，影响某个可运动部件的运动，或在某个方面对其产生影响，使其不能按照预期运转，且由于该影响，会与其他部件发生碰撞。

控制单元150，通过调节电驱动器或电机的供电，一方面对星形转架112的运动进行控制，另一方面对旋转传送机构121进行控制，从而对电机传输到驱动轴111以及星形转架112的扭矩进行调节。

运动部件(例如星形转架112或旋转传送机构121)在循环或其周期运动过程中，扭矩会产生波动，特别是，当可运动部件启动时，必须有一个比容器以恒定的速度运动期间更大扭矩。为了及时探测碰撞，应规定或确定反映运动的被测变量——如传输到星形转架112的扭矩的极限值。在在先的文章中，已经知道了极限值的基本定义。因此，对碰撞的监测转变为测定是否超出被测变量的极限值。如果测定值，例如传输到星形转架112的扭矩超出极限值，则控制单元将对此进行判定，表明星形转架和旋转传送机构之间发生了碰撞。但是，由于任何情况下都可能发生相应的被测变量的波动，例如启动时或在常规运动轨迹下，很难通过这种方式确定极限值从而避免错误报警，更好地实现对碰撞监测。

因此，根据本发明，对可运动部件运动的每个周期的极限值是重新确定的。为实现这一目的，可运动部件当前运动周期的被测变量的极限值的确定是以对可运动部件之前运动周期的运动情况为基础的。如果在之前的周期中没有可运动部件的碰撞，因而没有发生超出之前的极限值的情况，则在可运动部件(如星形转架112)运动过程中对被测变量(如扭矩)的测量假定为符合常规功能或运动轨迹。对于可运动部件即将到来的运动周期(例如，星形转架112的下一个旋转)这个被测变量的轮廓用于决定新的极限值，它表示被测变量在下一周期可被接受的最大偏差，在这个极限值范围内，可运动部件在这个周期被测变量的真实轮廓或伴随的真实运动可认为是不会产生碰撞。当然，规定可运动部件运动的被测变量的极限值，不仅是以之前最近周期被测变量为基础，而且，要考虑之前多个周期发生的情况，从而确定当前周期的极限值。

另外，图2a和图2b显示了之前周期被测变量的两种可能的轮廓，以及计算出的可运动部件下一运动周期的极限值的轮廓图。

在2a和图2b中，传递到可运动部件的扭矩被设置为被测变量。当然，也可以想象其他被测变量，例如运动部件进行的加速度，或可运动部件或负载力矩的惯性导致的、或电机供电电流导致的、可测量的、驱动器轮廓错误。图2a中展示的曲线241对应之前周期中测量的、作用在可运动部件上的扭矩。对于下述说明，假设被测变量的该轮廓图在极限值以下，是之前周期的特征，因此，没有探测到任何碰撞。从曲线241的这些值，然后计算极限值242，该值用作可运动部件下一运动的极限值。任何时候的该极限值与决定性被测变量241的差别为值Δ。因此，可以将可运动部件的变化行为考虑在内。例如，如果传递到可运动部件上的扭矩由于部件磨损发生变化，下一周期的扭矩将与轮廓241不同，例如，类似于轮廓图243。尽管没有发生任何碰撞，但是与之前的被测变量的轮廓图有偏差。在确定极限值242时，与之前周期被测变量241的轮廓图之间的偏差为值Δ应当考虑在内。对于使用极限值242的下一周期，传递到可运动部件的扭矩对应时间轨迹，该图位于极限值242以下，控制单元150将该事实解释为正常功能，而不是与可运动部件的碰撞，因此没有触发任何错误警报，且如果情况符合，则将容器处理设备关闭。

与每次固定的极限值相比，带来的优点是：将传递到可运动部件的扭矩的变化考虑在内，该变化不会影响可运动部件的正确运动轨迹，或不会影响碰撞的发生，且不会触发任何错误警报。但是，同时，探测到超出极限值，该值很可能导致碰撞的发生，且将机器关闭。

图2b展示了可选择的情况：可运动部件的在前一运动周期的被测变量的另外一个轮廓图251，随后周期中将从该图中得出极限值252。经过与图2a(曲线241)中展示的之前运动周期的被测变量进行对比，根据图2b中显示的可运动部件的常规运动扭矩在整个周期内基本不变，但是在t₁到t₂的范围内明显波动。如果使用固定极限值，对于象波动这种在实际上属于可运动部件运动正常的情况，它也会导致虚假警报，且将导致机器停止。但是，依照本发明，确定可运动部件运动在随后周期的极限值252，从而对波动给予平衡。因此，尽管被测变量的轮廓或下一周期的扭矩253与之前周期251的扭矩的轮廓不同，也不会触发错误警报。

优选的，图2a和图2b中描述的确定极限值的过程，如果被测变量的变化是由于容器处理设备使用时长的增加，例如由于磨损。尽管短期变化，即从一个周期到下一个周期的变化，相对来说比较小，且明显小于被测变量值的1％，这样运动部件在工作几年、经过几千个周期后其才会发生可以注意到的偏差，但是这种偏差不会导致碰撞的发生。例如，在容器处理设备运行几年之后，当前周期被测变量的轮廓与容器处理设备运行实施的第一个周期相比，将产生几个百分比的偏差。而对于使用固定极限值的情况，除非极限值足够高，或设置得与试运行阶段被测变量的轮廓足够不同，尽管实际的波动没有超过极限值，这种偏差也必然会导致错误警报。因此，实际发生的碰撞可能不会被及时探测到。

因此，依照本发明，极限值的确定，也应将被测变量在较长一段时间内的轮廓变化考虑在内。对此，图3显示了确定极限值的进一步的实例——基于可运动部件在之前周期内运动情况确定被测变量极限值。

因此，图3显示了之前周期被测变量的轮廓341，为常数函数。此处代表性使用的被测变量又是扭矩，该值在运动过程中不变。对此，可以规定极限值342，该值与被测变量341之间的区别为值Δ，且该值允许被测变量轮廓的轻微波动，因此，这就是当前周期内可运动部件的运动。

在图3b中，显示了几个阶段内被测变量的轮廓。此处从351到353的这些曲线清楚地表示了由于磨损导致的被测变量的轮廓的变化。因此，例如曲线351对应容器处理设备试运行过程中被测变量的轮廓。曲线352对应运行一年之后的轮廓，且，曲线353对应运行两年之后的轮廓。曲线352与曲线351之间的平均间距为值d2，曲线353和曲线352之间的平均间距为值d1.因此，曲线352和351之间的区别，以及曲线353和352之间的区别均为正值，因此符号相同，且对应“相同方向”的变化。被测变量轮廓长时间之后此类变化的特征就是磨损。

在下列情形时可将上述情形考虑在内：可运动部件随着曲线353运动一个运动周期的极限值354，并非只根据图2a和图2b中描述的最后一个或前面的被测变量的轮廓确定，同时，矫正值应考虑机器的磨损。该矫正值可以重复进行计算，也可以在每个周期重新确定。但是，同时也指出，该矫正值可以进行规定，从而使其用于至少特定数量的以下可运动部件的运动周期。之后，将其尽可能设置到足够大，以便将几个周期内被测变量轮廓的变化考虑在内，然后将其尽可能设置到足够小，以便可靠、确实探测可能发生的碰撞。再者，该矫正值也可以进行规定，从而使下一周期的极限值偏离之前周期被测变量的轮廓，不仅通过常量值，而是整个极限值轮廓都有所不同，特别是“流动分离”，因此，在试运行时，测量变量中的急剧变化(例如扭矩的变化)随着时间的推移进展大幅减小，因此，对于扭矩的相应变化，需要更多的时间。在确定极限值的轮廓时，可以将其考虑在内。

可选择地，通过判定几个周期可运动部件的运动，可以将机器的磨损考虑在内。因此，在极限值变化是否由于磨损可以确定的基础上，可以做形成一个梯度表，从而在确定极限值时考虑是否将磨损考虑在内。如果是这种情况，则可以考虑，在计算极限值的过程中，考虑进一步的校正项时应将磨损考虑在内。

进一步地，极限值可能根据图3c的描述适应性地进行规定。关于这点，适应性应这样理解：关于被测变量的轮廓，例如在可运动部件运动一个阶段后，显示剧烈波动的轮廓361，可以规定一个极限值，该值不需要遵循该轮廓，但是将被确定为一个常数值，如曲线图362所示，或通过之前阶段中被测变量的轮廓使用平均函数描述。为了计算极限值，例如，被测变量361的轮廓可以分成几个部分，从s1到s6。在这些部分中，极限值可以规定为测量值361的轮廓的线性近似，并可以通过补偿，被用作运动随后周期的极限值，如曲线363所示。同样在此处也有可能是其他近似值，例如平方近似，或基于有限泰勒级数(此处根据需要的准确性，应使用N项)的近似值。基本上，可运动部件的运动的下个周期的极限值，与可运动部件的被测变量或其之前运动周期被测变量的轮廓是不同的，它是个常数或百分值。前者是指下一周期中的沿时间的每个点，极限值是一个常数，极限值为常数Δ不同于上之前周期沿被测变量在这个时间的原始值。在这种情况下，在这种情况下，g(t)＝f(t)+Δ(1)适用，其中g(t)为描述极限值轮廓的函数，f(6)为描述可运动部件运动前一周期被测变量的轮廓的函数。相反，后者意味着，对于极限值轮廓，(t)＝f(t)+αf(t)(2)适用，其中αε为(0；1)。混合也是可能的，例如值Δ(为根据时间选择的，但是不依赖f(t)。再者，文中可能指出，在图2b中给出的实例中，被测变量251的轮廓的截出部分的极限值由等式(1)确定，其中被测变量几乎不变，对于时间L和t₂之间的截出部分，轮廓线由等式(2)确定。

关于图3n描述的矫正值，根据可运动部件运动前一周期被测变量的轮廓，也可能被规定为常数值，或时间变量，或百分比值。

图2和图3中说明的极限值，全部位于可运动部件运动之前周期的测量变量的轮廓以上。但是，我们知道，可以规定两个极限值，之后，将被确定为之前一个周期或之前几个周期被测变量的轮廓的框架。因此，可以为被测变量的轮廓指出一个下限值，如果缺少该值，则认为出现了碰撞或另外的故障。如果当前周期被测变量在框架确定的范围内活动，则控制单元可以判断这是准确函数，或可运动部件的运动。

相应地，作为前一阶段被测变量剖面之上的极限值的替代，这也是一个极限值，该值仅位于前一周期被测变量轮廓以下，可以被测定。该值可能受到影响，其影响情况如图2a和图2b以及图3a-3c所示。

最后，图4显示了极限值452从可运动部件运动前一周期被测变量的轮廓中获得的一种情况。可运动部件当前运动周期被测变量的轮廓如参考编号451所示。在时间T的点，被测变量，此处为扭矩M，已经被传递到可运动部件，超出了极限值452，被控制单元认为发生了碰撞，或至少被认为容器处理设备发生故障，此时，可运动部件的传动装置，例如旋转传送机构或星形转架，如图1所示，将被关闭，以避免对容器处理设备造成更大的损坏。

为了生成有意义的初始值，以确定极限值，本发明在试运行阶段以及在受控状况下，应进行可运动部件运动的第一周期或可运动部件的几个运动周期，以生成一个参考值，该值可作为初始值，以确定极限值，或作为一个周期可运动部件功能性运动的参考。从如此确定的参考值，以及可运动部件运动随后坝基被测变量的轮廓中可以反复规定后面的极限值。

这样，如果可运动部件运动的几个周期已经过去，则可以规定一个平均值，该值可以被理解为可运动部件无碰撞正常操作的一个参考。然后，根据可运动部件前面几个周期，同时在考虑参考值的情况下，可以反复计算可运动部件随后几个运动周期的极限值。

为了储存参考值，可以为控制单元指定一个非易失性存储器，控制单元为了如检索参考值的目的可以对该存储器进行存取。另外，在一个实例中，本发明也指出，可运动部件运动前面几个周期的极限值被储存在非易失存储器中，以便作为确定当前极限值的一个参考，例如，为了在运行容器处理设备时创建统计资料的目的检查极限值是否剧烈波动。另外或额外，本发明提供了运行参数，例如测量的被测变量在可运动部件运动不同阶段内储存在非易失存储器中，从而使可运动部件几个运动周期被测变量的轮廓，可以用于确定可运动部件当前周期的极限值。

但是，此处，作为示例，一个可运动部件被测变量只能确定一个极限值，本发明中，不同的被测变量可以确定几个极限值，以表明可运动部件的运动。这样，不仅对于扭矩，而且对于驱动器上起作用的负载来说，都可以规定一个极限值。由于故障可能不是由于超出一个被测变量的极限值而直接导致的，可以监测几个被测变量的反应，并优先确定每个被测变量的极限值，从而避免可运动部件和其他部件发生碰撞，同时也为了探测可运动部件的其他故障。

图2到图4描述的，确定可运动部件运动周期极限值的实例，也可以用于确定传递到容器处理设备中的容器的运动的极限值，其中设置相应的传感器可以用于确定被测变量，这些变量可以表明容器的运动。但是，对于传送到容器处理设备的容器，不会发生周期性运动，这样，就不能根据容器运动之前周期规定对应的极限值。但是，传送到容器处理设备的容器的传输基本上在几乎相同的条件下发生(速度变化图、加速度、可能作用在容器上的扭矩)。因此，在之前的容器通过容器警报设备的运动中测量的被测变量(例如容器的位置或速度变化图)，可能被认为可以表明当前容器被容器处理设备进行传输。因此，根据本发明，监控由容器处理设备传输的容器可能与部件或其他容器发生的碰撞，表明容器处理设备传输的容器的运动的被测变量的极限值，可以根据之前容器通过容器处理设备传输的运动测量的被测变量确定。

因此，根据图2到图4的实例也可以用于确定容器的极限值，该容器通过容器处理设备运动，以监测碰撞。