專利名稱：監(jiān)視流過或流自導(dǎo)管的諸如潤(rùn)滑劑的流體的流動(dòng)的設(shè)備和由該設(shè)備實(shí)現(xiàn)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于監(jiān)視流過或流自導(dǎo)管的流體，諸如潤(rùn)滑劑或物件處理液，的流動(dòng)的設(shè)備。本發(fā)明還涉及由所述設(shè)備實(shí)現(xiàn)的方法。
背景技術(shù)：
在本文中，術(shù)語“流體”是指任何液體、氣體或者由懸浮在輸送氣體或液體裝置內(nèi)的顆?；蚍勰?gòu)成的元素或物流。
已知有些處理需要精確地監(jiān)視流體饋給的狀態(tài)。例如，眾所周知的潤(rùn)滑處理；在該處理中，在加工工件的同時(shí)，使極少量的或大量的潤(rùn)滑劑，例如油，饋給通過油泵元件和待潤(rùn)滑元件之間的連接導(dǎo)管，待潤(rùn)滑的元件例如機(jī)器工具軸的軸承或者實(shí)際機(jī)器的工具。這種潤(rùn)滑非常的重要，因?yàn)?，顯然，任何的中斷都會(huì)導(dǎo)致首先是軸承毀壞，然后是工具毀壞。
還存在其它的處理，其中流體，例如油漆、粉末等，被噴涂在物件上；在這種處理中，噴涂的中斷或不規(guī)則會(huì)使得所生產(chǎn)的工件報(bào)廢。再其它的處理中，例如用油和/或特殊物質(zhì)潤(rùn)滑織物，所述物質(zhì)在纏繞紗線軸期間施加；并且在該實(shí)例中，向執(zhí)行噴射的紗線處理臺(tái)饋給所述物質(zhì)的任何中斷都會(huì)使紗線潤(rùn)滑處理產(chǎn)生嚴(yán)重的缺陷。
從WO 01/36861，已知一種用于監(jiān)視用氣體輸送油流潤(rùn)滑機(jī)器部件的方法(和相應(yīng)的設(shè)備)。該方法包括，除其它因素之外，使用一種光電子傳感器，其由光源、接收器和位于其間的導(dǎo)管透明部分構(gòu)成，通過該導(dǎo)管將油和氣體導(dǎo)向待潤(rùn)滑的元件。該接收器與一個(gè)控制元件相連，該控制元件根據(jù)接收器感測(cè)的光線修改光源發(fā)射的光線強(qiáng)度，從而盡管由于通過導(dǎo)管的流體使光發(fā)生衰減，但仍然保持以恒定的光量(light quantity)觸擊接收器。該控制元件還連接一個(gè)電路，該電路根據(jù)使光源修改發(fā)射光強(qiáng)度的信號(hào)確定饋給到被潤(rùn)滑元件的油量或者所述導(dǎo)管中存在的氣流強(qiáng)度，或者中止所述被潤(rùn)滑元件(警告導(dǎo)管中發(fā)生流動(dòng)異常)。
前述已知的設(shè)備如此估算通過導(dǎo)管的流體流速以便使接收器感測(cè)的數(shù)值保持恒定，但是它依賴于連續(xù)地修改光源產(chǎn)生的光強(qiáng)度。因此，流速估計(jì)必須考慮光單位補(bǔ)償時(shí)間(light unit compensationtime)(使接收器感測(cè)的數(shù)值保持恒定)，因此不可能在非常短的時(shí)間內(nèi)(也就是，實(shí)時(shí)地)實(shí)現(xiàn)流速估計(jì)。
而且，如果流過導(dǎo)管的流體不能透過光線(例如油漆)，那么已知的設(shè)備將不能確定該流體的正確流速，因?yàn)椴荒茉诮邮掌鳠o法接收光信號(hào)的情況下對(duì)光源加以控制。
已知的方法不能對(duì)由噴霧器或噴嘴發(fā)射(例如噴射)的流體的流速進(jìn)行測(cè)量。而且，已知的方法使用簡(jiǎn)單的光學(xué)傳感器，不能對(duì)通過大尺寸導(dǎo)管(例如那些輸送水/油乳劑用于潤(rùn)滑數(shù)字控制自動(dòng)機(jī)器中的工具的導(dǎo)管)的流體進(jìn)行監(jiān)視。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種設(shè)備，其能夠以絕對(duì)的確定性監(jiān)視從相關(guān)儲(chǔ)罐或饋給區(qū)饋給到操作區(qū)或臺(tái)的流體的饋給狀態(tài)或流動(dòng)中斷，這種監(jiān)視還可能用于不透光的流體。
另一個(gè)目的是提供一種所述類型的設(shè)備，其對(duì)所監(jiān)視的流體不產(chǎn)生任何影響并且能夠監(jiān)視流體的狀態(tài)和/或直接確定其流速，該確定相對(duì)于設(shè)備或其操作模塊內(nèi)的調(diào)節(jié)不隨時(shí)間改變。
另一個(gè)目的是提供一種所述類型的設(shè)備，其尺寸非常小，從而該設(shè)備能夠容易地設(shè)置在使用所述類型流體的位置或機(jī)器上。
進(jìn)一步的目的是提供一種所述類型的設(shè)備，其完全可編程，從而使其能夠容易地適應(yīng)最迥異的應(yīng)用。
本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提供一種由前述設(shè)備實(shí)現(xiàn)的方法。
由根據(jù)附加的權(quán)利要求書的設(shè)備和方法獲得的這些和進(jìn)一步的目的對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將顯而易見。


通過附圖，本發(fā)明將更加顯而易見，它們是作為非限制性實(shí)例加以提供的，其中圖1是使用該設(shè)備的第一方法的示意圖；圖2是使用該設(shè)備的第二方法的示意圖；圖3顯示了本發(fā)明設(shè)備一個(gè)實(shí)施例的電流示意圖。
具體實(shí)施例方式
參考所述附圖，在圖1中，指代數(shù)字1表示發(fā)光器，其由例如一種已知的二極管(LED)構(gòu)成，型號(hào)為OP240A，由OPTEK生產(chǎn)，其波長(zhǎng)為例如960nm，是紅外區(qū)的典型波長(zhǎng)；2表示管或?qū)Ч?，用例如熱塑材料制成，用于饋給油或氣/油混合物。通過管2的是典型的氣/油流體3，其用于例如潤(rùn)滑機(jī)器工具的軸承，所述流體以已知的方式通過管2從源加以饋給。管2至少在面對(duì)發(fā)光器1的部分對(duì)光(在該實(shí)例中，是對(duì)紅外輻射)透明。應(yīng)當(dāng)注意，所發(fā)射的光線具有合適的波長(zhǎng)(例如在紅外或紫外區(qū))從而防止被管2干擾。
指代數(shù)字4表示光敏感傳感器或接收器，被布置成與發(fā)射器1一起工作。在該實(shí)例中，該傳感器4對(duì)紅外區(qū)敏感，能夠正確地感測(cè)由發(fā)射器1發(fā)出的光線。管2位于后者和傳感器或接收器4之間。該接收器能夠是例如具有1×5mm敏感區(qū)的光電二極管，型號(hào)為KOM2125，由SIEMENS生產(chǎn)，或者是具有1×4.2mm敏感區(qū)的PSD(位置傳感器)型光學(xué)傳感器，型號(hào)為S7105，由HAMAMATSU生產(chǎn)，其在圖3的電路示意圖中也有顯示；選擇地，接收器4能夠是CCD傳感器，型號(hào)為TSL 213，由Texas Instruments生產(chǎn)。
發(fā)射器1和接收器4連接控制單元6，其優(yōu)選地是微處理器類型，用于估計(jì)信號(hào)，例如由接收器4產(chǎn)生的電(電流)或數(shù)字信號(hào)I1和I2，該信號(hào)通過所述接收器的輸出端8和9饋給到單元6。根據(jù)這些信號(hào)以及預(yù)定的控制和比較算法，控制單元6估計(jì)管2內(nèi)是否存在流體3，其是否流動(dòng)及其流速。其目的是確定例如饋給機(jī)器元件(未顯示，例如前述的軸承)的流體3是否正確(例如用于潤(rùn)滑)。
控制單元6產(chǎn)生參考信號(hào)K，其饋給接收器4的輸入端4。
一般地，發(fā)射器1發(fā)射的光線觸擊流體饋給管2；然后該光線由于流過管道的流體的不規(guī)則性而偏轉(zhuǎn)，從而觸擊能夠?qū)⒐庑盘?hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的接收器4，該電信號(hào)由單元6感測(cè)，使后者能夠提供被監(jiān)視流體3的流動(dòng)的圖像或圖像輪廓，從而被監(jiān)視流體與所述接收器4感測(cè)的圖像相關(guān)。這通過參考圖3說明的方法實(shí)現(xiàn)。
圖1顯示了使用本發(fā)明確定管道或?qū)Ч軆?nèi)流體的移動(dòng)，而圖2顯示了使用本發(fā)明確定是否存在被霧化流體或粉末狀流體(懸浮在另一個(gè)中液體或氣體流體內(nèi))。
在附圖中，其中相應(yīng)于已說明附圖的部分用相同的指代數(shù)字表示，由發(fā)光器1發(fā)射的光線觸擊從噴嘴14噴出的噴霧流體或粉末13，并向位于流體13另一側(cè)的接收器4反射，在該側(cè)還有發(fā)射器1。觸擊后者的光線使其發(fā)射電信號(hào)到單元6，使其以前述的方式感測(cè)噴射13的存在、其強(qiáng)度以及，如果需要的話，其在空間中的方向。然后，單元6處理流體向噴嘴14的饋給或者處理后者的支持器(support)15，該支持器使噴嘴剛直，并能夠在空間中移動(dòng)(平移或旋轉(zhuǎn)移動(dòng))(通過普通的電動(dòng)機(jī)，未顯示)從而修改噴射的方向和/或流速。
該“反射”方法還能夠用于監(jiān)視管內(nèi)的流動(dòng)，并能夠監(jiān)視由不透光物質(zhì)構(gòu)成的流體的流動(dòng)，例如油漆。
圖3顯示了本發(fā)明設(shè)備的各種部件，其中與前一簡(jiǎn)圖中相同的部件用相同的指代數(shù)字表示。
圖3顯示了限定為PSD型光位置傳感器的接收器4，用于截取直接的(圖1)或反射的(圖3)圖像；該圖像通過調(diào)制發(fā)射器1發(fā)出的紅外光形成，該發(fā)射器被來自極化電阻器30和31的極化電流加以極化。微處理器單元6的一個(gè)門(gate)32連接電阻器30，并用于減小當(dāng)本發(fā)明的設(shè)備處于備用狀態(tài)時(shí)流過發(fā)射器(二極管)1的電流值，從而限制電路消耗的電力，和防止部件(發(fā)射器)平均可用壽命的降低。
傳感器4被由離開噴嘴14的流體反射的光線觸擊(圖2)，或者被來自圖1中發(fā)射器的狹窄(收縮的)光線觸擊；在第二種情況下，傳感器4感測(cè)觸擊它的流體流的“陰影”，并據(jù)此確定所述流體的形狀和尺寸。利用圖1所示發(fā)射器1和傳感器4的方法顯然能夠應(yīng)用于圖2，反之亦然。
當(dāng)一光線(紅外光)，其是被監(jiān)視流體圖像的函數(shù)，觸擊傳感器4時(shí)，傳感器1根據(jù)紅外光圖像(流體外形)觸擊光學(xué)傳感器4的位置在其輸出端8和9(光電二極管)產(chǎn)生兩個(gè)電流I1和I2。這些電流I1和I2使相應(yīng)的電阻器33和34極化，從而產(chǎn)生跨電阻器的電勢(shì)差。
電信號(hào)或電流I1和I2用二級(jí)放大電路35加以處理，該二級(jí)放大器由運(yùn)算放大器36和37和由電阻器和電容器40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50構(gòu)成的相應(yīng)極化網(wǎng)絡(luò)組成，其參考信號(hào)從電阻器52和53以及過濾電容器54獲得。如電示意圖所示地適當(dāng)連接的電路形成一個(gè)微分放大器，其能夠放大跨電阻器33和34的所述電勢(shì)差。
電路35放大由傳感器4產(chǎn)生的微分信號(hào)，并且能夠在二級(jí)放大器的輸出端57和58分別獲得比被感測(cè)圖像在所述二級(jí)微分放大器輸入端處的差異水平放大1000和100倍的信號(hào)，從而形成具有雙控制范圍的器件。
所述被放大信號(hào)饋給到單元6的門60和61，并能夠通過集成在單元6內(nèi)的普通ADC單元(未顯示)以已知的方式從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。所述轉(zhuǎn)換能夠使先前被放大的信號(hào)變成數(shù)值，所述數(shù)值是被監(jiān)視流動(dòng)圖形的函數(shù)；利用處理和比較算法，能夠確定圖形變化是否具有等于或大于被編程最小參考值的水平和頻率值。如果圖像變化水平和頻率值顯示小于不規(guī)則時(shí)間的被編程參考值，大于進(jìn)一步可編程的報(bào)警時(shí)間，則單元6的輸出門63產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。
利用極化電阻器70和71，離開門63的信號(hào)激活輸出電阻器75，產(chǎn)生與連接器77的連接元件76相連的報(bào)警信號(hào)。
一個(gè)連接于連接元件76的普通元件控制流體3所到達(dá)的元件(例如機(jī)器工具的軸承)，或者控制物件向工作站的饋給，在工作站上物件被噴射13。選擇地，一個(gè)報(bào)警器(發(fā)聲或發(fā)光)直接連接元件76，該報(bào)警器用于與本發(fā)明相連的紡織機(jī)器或工作站。
電阻器70、71和晶體管75形成與前述元件相連的報(bào)警和保護(hù)電路80的一部分。該電路包括用作分流電阻(shunt resistor)的電阻器81，其使得能夠?qū)﹄娮杵?5提供的電流進(jìn)行測(cè)量，其電壓降是工作電流的函數(shù)，也就是，與待控制負(fù)載，例如螺線管控制閥或者更簡(jiǎn)單的機(jī)器工具停止繼電器，有關(guān)的電流；該控制使得在發(fā)生錯(cuò)誤連接時(shí)，例如短路或者過電流吸收，防止晶體管75被破壞。
單元6通過用退耦電阻器83與電路80相連的門82測(cè)量電壓降，保護(hù)防止元件76發(fā)生任何短路；在這個(gè)方面，當(dāng)額外的電流超過已限定的最大值時(shí)，單元6關(guān)閉晶體管75從而保護(hù)元件76。
二極管84還防止晶體管75的收集器和發(fā)射器之間的電壓發(fā)生反轉(zhuǎn)。
顯示流動(dòng)饋給監(jiān)視設(shè)備正確操作的電路88也連接單元6。該顯示電路88包括發(fā)射器或LED 89和90，它們通過極化電阻器93和94連接單元6的輸出門91和92。這些LED產(chǎn)生不同顏色的光(例如綠色和紅色)，表示所述設(shè)備的正確操作。
電路88還連接作為設(shè)備復(fù)位電路的電路96。該電路96包括被電阻器98極化的并由單元6通過其門99加以控制的光電二極管97。該電路包括光電二極管接收器100和極化電阻器101，它們限定一個(gè)光學(xué)反射鍵，其激活狀態(tài)能夠被單元6通過門103的輸入讀數(shù)加以閱讀。該光學(xué)鍵能夠用作本發(fā)明的設(shè)備的RESET鍵。
除了其他普通連接元件之外，連接器77包括一個(gè)輸入端106，其使可編程/通信單元(未顯示)與設(shè)備相連，從而能夠限制圖像變化水平參數(shù)和待編程的相關(guān)報(bào)警次數(shù)，一旦超過，單元6便通過元件76產(chǎn)生STOP信號(hào)，并激活LED或報(bào)警器(例如紅色)90。
所述通信通過單元6的相應(yīng)RX輸入端和TX輸出端加以進(jìn)行，該輸入端和輸出端分別通過輸入退耦電阻器107和輸出緩沖器108接口于連接器77。該電路部分包括所述緩沖器108和電阻器107，并連接于單元6的輸出端和輸入端110、111和112(RX輸入端與輸入端100一致，TX輸出端與輸出端111一致)，并且表示可編程接口113。據(jù)此，編程報(bào)警次數(shù)和流動(dòng)監(jiān)視值。
圖3的電路示意圖還包括一個(gè)饋給電路114，其由已知的L-C低通濾波器構(gòu)成，該低通濾波器是感應(yīng)器115和電容器116，保護(hù)/饋給極化反向二極管117，第一穩(wěn)定電路118和相應(yīng)的極化部件119和120，以及濾波器121，它們的數(shù)值預(yù)先確定了電路118的穩(wěn)定輸出電壓，其由VCC表示并且固定在5V。
第二穩(wěn)定電路125和相關(guān)的抗干擾濾波器形成大小為3.3V的第二饋給級(jí)，該抗干擾濾波器由電容器126和127構(gòu)成。
電路114連接功率重置電路130，其包括連接電阻器132和133的第三穩(wěn)定電路131，后者連接單元6的門134；該電路能夠在網(wǎng)絡(luò)失效或錯(cuò)誤或電壓降低時(shí)進(jìn)行正確的數(shù)據(jù)控制和搶救。
電路示意圖還顯示了其他沒有說明的元件，但它們所限定的已知部分的功能，本領(lǐng)域的專家根據(jù)前述的說明及其電路示意圖能夠顯而易見。
這里說明了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例；然而根據(jù)前述的說明還可能有其他的實(shí)施例，并且也認(rèn)為在本申請(qǐng)文件的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)視流過或流自導(dǎo)管(2)的諸如潤(rùn)滑劑或物件處理液的流體(3，13)的流動(dòng)的設(shè)備，所述流體是液體、氣體或含有懸浮粉末，所述設(shè)備包括用于向流體流(3，13)發(fā)射光輻射的發(fā)光裝置(1)，和感測(cè)所述輻射的傳感器裝置(4)，該設(shè)備其特征在于，傳感器裝置是圖像傳感器，其用于感測(cè)由被所述光輻射觸擊的流體(3，13)投射到其上面的圖像，所述圖像傳感器裝置(4)依賴其上面被感測(cè)的流動(dòng)圖像的存在而產(chǎn)生至少一個(gè)輸出信號(hào)(I1，I2)，所述信號(hào)以這種方式表示通過導(dǎo)管或來自于導(dǎo)管的流體的特征，諸如它的移動(dòng)或靜止的狀態(tài)，它的流速或它在空間中的方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，被監(jiān)視的流體是霧化流體(13)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，流體(3)位于發(fā)光裝置(1)和傳感器裝置(4)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，流體(13)位于發(fā)光裝置(1)和傳感器裝置(4)的一側(cè)，發(fā)光裝置和傳感器裝置它們本身位于和流體(13)相同的一側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，傳感器裝置(4)是光敏感元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，傳感器裝置(4)是光學(xué)傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的設(shè)備，其特征在于，光學(xué)傳感器是PSD。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的設(shè)備，其特征在于，光學(xué)傳感器是CCD。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，傳感器裝置(4)連接于微處理器估算和控制裝置(6)，向其饋給至少一個(gè)由所述傳感器裝置發(fā)出的信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或9的設(shè)備，其特征在于，傳感器裝置根據(jù)所感測(cè)的流體圖像發(fā)出兩個(gè)信號(hào)(I1，I2)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或9或10的設(shè)備，其特征在于，傳感器裝置發(fā)出的信號(hào)是電信號(hào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或9或10的設(shè)備，其特征在于，傳感器裝置發(fā)出的信號(hào)是數(shù)字信號(hào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的設(shè)備，其特征在于，該估算和控制裝置(6)借助編程接口(113)可加以編程，這些裝置連接于該接口。
14.根據(jù)權(quán)利要求9的設(shè)備，其特征在于，估算和控制裝置(6)是包括重置電路(96)和報(bào)警與保護(hù)電路(80)的電路的一部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的設(shè)備，其特征在于，報(bào)警與保護(hù)電路(80)連接一個(gè)連接元件(76)，該連接元件用于將設(shè)備連接于一個(gè)接收被監(jiān)視流體的元件。
16.一種用于監(jiān)視流過或流自導(dǎo)管(2)的諸如潤(rùn)滑劑或物件處理液的流體的流動(dòng)的方法，所述方法包括，產(chǎn)生一個(gè)光輻射，其導(dǎo)向所述流體，然后在流體與之相互作用之后被感測(cè)，該方法其特征在于包括a)感測(cè)在圖像傳感器裝置(4)上產(chǎn)生的所述流體的圖像，該圖像傳感器被導(dǎo)向流體(3，13)的光輻射所觸擊；b)將流體的被感測(cè)圖像與預(yù)定數(shù)值進(jìn)行比較從而識(shí)別流體的特征，諸如它的移動(dòng)狀態(tài)，它的靜止?fàn)顟B(tài)，它的流速或它在空間中的方向。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其特征在于，流體圖像通過觸擊它的光輻射的反射而加以感測(cè)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其特征在于，流體圖像借助它投射在圖像傳感器裝置(4)上的陰影間接地被感測(cè)。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其特征在于，流體的流速根據(jù)被感測(cè)的流體特征加以調(diào)節(jié)。
20.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其特征在于，當(dāng)根據(jù)被感測(cè)流體的特征調(diào)節(jié)被監(jiān)視流體所到達(dá)的元件的操作時(shí)，該被監(jiān)視流體所到達(dá)的元件產(chǎn)生動(dòng)作。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其特征在于，被監(jiān)視流體所到達(dá)元件的操作的所述調(diào)節(jié)包括中斷所述元件。
22.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其特征在于，被監(jiān)視流體所到達(dá)元件的操作的所述調(diào)節(jié)包括調(diào)節(jié)其空間姿勢(shì)。
全文摘要
一種用于監(jiān)視流過或流自導(dǎo)管(2)的流體(3，13)，諸如潤(rùn)滑劑或物件處理液，的流動(dòng)的設(shè)備，其包括被布置成向所述流體發(fā)射光輻射的發(fā)光裝置(1)，和用于感測(cè)由被所述光輻射觸擊的流體(3，13)投射到其上面的圖像的傳感器(4)，所述傳感器(4)根據(jù)其上面存在的被感測(cè)流體的圖像產(chǎn)生至少一個(gè)輸出信號(hào)(I1，I2)。本文還提出了由前述設(shè)備實(shí)現(xiàn)的方法。
文檔編號(hào)G01N21/47GK1756920SQ200480005795
公開日2006年4月5日 申請(qǐng)日期2004年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月4日
發(fā)明者蒂齊亞諾·巴里亞 申請(qǐng)人:蒂齊亞諾·巴里亞