罐物品体积测量装置和方法
【专利摘要】本发明公开一种用于测量在罐(诸如空气播种机的物品空气车)中的材料的量的装置和方法，其中一个或多个传感器用于测量到材料的表面的距离。距离数据随后被用来确定材料的表面轮廓，并由材料的表面轮廓计算材料的体积。使用已知的材料密度信息将体积转换为重量。
【专利说明】耀物品体积测量装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及在罐或容器中材料的体积测量，并且特别地用于在空气播种机物品车(commodity cart)中测量物品的情况。
【背景技术】
[0002]当从容器中分配材料时，知道在容器中的材料的量往往是有益的。一个这种材料分配应用是在农业空气播种机的情况下。重要的是要知道诸如种子或肥料等材料将被耗尽的时间，因而机器可以被重新补给。材料水平面传感器已被用来指示水平面。这种传感器已经被用于检测水平面降低到低于某一个点或多个点的时间，诸如四分之一满、半满或者四分之三满。摄相机也被用于允许机器操作者在操作过程中观察容器中的材料水平。罐中的材料的水平面也可以使用超声波或红外线距离传感器来确定，所述传感器用于测量从在罐的顶部处的传感器到材料的表面的距离，通常是在单点处。这样的传感器可以被用来提供在罐中的材料的高度的实时数据。
[0003]虽然获知罐中的材料水平面对于何时重新补给是有用的，但这价值有限。更有用的是获知罐中的材料的实际量。最近的技术进步已经使用支持容器的压力传感器去连续地测量在罐中材料的重量。然而，准确地称量罐或容器的能力要求每个容器与其他容器分开，并且尺度不能用于具有多个隔室的罐。实时地知道罐中的材料的确切数量，在自动仪表校准中可是有用的，因其无需停止机器执行单独校准过程。
【专利附图】
【附图说明】
[0004]图1具有空气车和工具的空气播种机的侧视图；
[0005]图2是空气车罐的顶视图，其描绘了位于罐顶部的多个传感器；
[0006]图3是沿着图2的线3-3的所看到的空气车罐的剖视图；
[0007]图4是控制电路的示意图；
[0008]图5是类似于图3的空气车罐的另一剖视图，其描绘了另一个实施例；以及
[0009]图6和图7是示出了相机自动对焦传感器的多个焦点的视图。
【具体实施方式】
[0010]图1示出诸如空气播种机2的农具。空气播种机2包括在拖拉机(图中未显示)和耕种工具6之间拖曳的物品车4。物品车4具有框架10，产品罐8和9以及轮12被安装在框架10上。每个产品罐具有门3，门3能够在其上端可释放地密封开口部5(在图2和图5显示)，以用于向罐中填充产品。计量系统14设置在每个罐(仅示出其中之一)的下端，用于控制产品(在这种情况下，颗粒材料)向位于主分配歧管18处的气动分配系统16的供送。拖在物品车4之后的耕种工具8包括框架20，地面开沟器22和压土机24安装到框架20。
[0011]气动分配系统16包括离心式风扇26，离心式风扇26连接到增压室28，增压室28进而通过分配线路连接30到一个或多个主分配歧管18，每个主分配歧管18与产品罐8或9相关。主分配歧管18通过分配线路30连接到波纹提升管32，波纹提升管32被连接到次分配头34。次分配线路36将次分配头34连接到被安装在地面开沟器22上的播种开沟器38。
[0012]在空气播种机2的操作过程中，空气和产品在气动分配系统76中流动，从主分配歧管18通过分配线路30至波纹提升管32，波纹提升管32尝试从紧挨着其下游的次分配管34随机分配产品。次分配头34使产品大致均匀地分开进入通向地面开沟器22上的播种开沟器38的一系列分配线路36。
[0013]图2为罐8的顶视图。在上部开口 5处的门没有显示。罐的顶部已经配备有5个距离传感器50。如图3所示，传感器50用于测量从传感器到材料42的表面44的距离。在中心线上的三个传感器50的视线如虚线52所示。传感器50被连接到如图4所示的控制器56以将传感器的输出信号发送到控制器。控制器使用从传感器到材料表面44的距离数据，以产生材料的表面轮廓。使用的传感器越多，生成的表面轮廓越准确。虽然在图2中显示五个传感器，在大多数空气播种机应用中，五到十个传感器将产生精确的表面轮廓。传感器50可以是适合用于种子、肥料或其他农业化学品的超声、红外或任何其他距离测量传感器。在传感器类型的选择中，在充满灰尘的环境中操作的需要可能是一个因素。也可以使用三维激光扫描仪或照相机，但是增加了相当大的成本。
[0014]一旦根据传感器数据创建了表面44的轮廓，控制器使用轮廓和关于罐8的尺寸和结构的存储数据以计算罐中的材料的体积。正是这一步，能够从仅获知一个或多个位置处的材料高度变为实际地获知罐中的材料的量。如果材料的密度是已知的，则一旦体积被确定，就可以计算重量。使用用于不同的材料的标称值的密度信息可以被存储在存储器中。可选择地，在已知重量的材料被供给到该罐之后，可通过距离测量确定表面轮廓、计算出体积和然后计算出密度。机器的操作可能会导致材料的压实，从而增加密度。这必须考虑。使用传感器以产生表面轮廓，并由此计算体积和重量，能够克服如上所述的压力传感器的使用限制。
[0015]如图2所示的多个传感器需要线束(wiring harness)以将传感器连接到控制器，增加系统的成本和复杂性。可以通过使用用来测量到在材料表面上的多个点的距离的单个传感器来减小成本和复杂性。一类相对低成本的传感器是二维照相机多点主动自动对焦传感器。参照图5，单个传感器60被设置在罐8的顶部处，其测量到表面44的多个位置的距离。传感器检测到表面44的距离的多条线路由虚线62表示。检测点的数量可以是任何希望的数量，以达到预期的精度，但对于农业空气播种机罐而言，通常五至九个点便足够了。
[0016]低档或中档消费型相机通常具有三至九个焦点，其中传感器确定从相机到每个点的距离。较高档的相机可能具有更多的焦点。相机自动对焦传感器通常具有布置成网格图案的多个焦点，如图6所示的5个传感器点54或者如图7所示的9个传感器点54。通过提供到多点的距离信息，该传感器提供类似于三维相机的信息。传感器输出信号被传送到如图4所示的控制器56。
[0017]传感器可以判断距离的方法有很多种，包括超声波和红外光。在第一种情况下，声波从传感器发射，并且通过测量声波的反射的延迟，计算到对象的距离。包括PolaroidSpectra和SX-70在内的照相机使用了超声波自动对焦传感器。在红外线传感器的情况下，红外线光通常用于三角测量到对象的距离。包括尼康35TiQD和28TiQD、佳能AF35M和康泰时(Contax)T2和T3在内的紧凑型相机使用红外线系统。代替三角测量的用于确定到对象的距离的其它方法是反射信号的传播时间和从对象反射的红外光的量。
[0018]在具有多个上述传感器50的情况下，来自多点传感器60的输出信号被传递给控制器56。对控制器进行编程或者配置，以接收来自传感器60的距离数据，并且确定材料表面44的轮廓。通过使用关于罐形状的表面轮廓和存储数据，控制器可随后确定在罐中材料的体积。材料体积可以使用密度信息被转换为材料重量。
[0019]虽然已经描述优选实施例，但显而易见的是，在不脱离如所附权利要求中定义的本发明范围的情况下，可以进行各种修改。
【权利要求】
1.一种用于确定在容器中的材料的体积的系统，所述系统包括: 被设置在容器中的一定量的材料上方的一个或多个传感器，所述传感器适于在多个位置处检测传感器与材料的表面之间的距离，所述传感器产生代表所述多个位置处的从传感器到材料表面的距离的输出信号； 用于接收传感器输出信号的控制器，所述控制器适于确定所述材料的表面轮廓，并且所述控制器适于使用所述表面轮廓和关于容器形状的存储数据来确定在容器中的材料的体积。
2.根据权利要求1所述的系统，其中每个传感器装置被用于在单个位置处检测材料表面。
3.根据权利要求1所述的系统，其中一个传感器装置被用于在多个位置处检测材料表面。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述传感器装置是二维多点照相机自动对焦传感器。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器进一步适于基于计算出的体积和关于材料密度的存储数据来确定在容器中的材料的重量。
6.一种用于测量容器中的一定量的材料的方法，包含以下步骤: 提供一个或多个传感器，所述传感器适于被设置在容器中的一定量的材料的上方，所述传感器适于在多个位置检测所述传感器与材料的表面之间的距离，所述传感器产生代表在所述多个位置处的传感器和材料表面之间的距离的输出信号； 提供控制器，所述控制器适于接收传感器的输出信号，所述控制器适于确定所述材料的表面轮廓，并且所述控制器适于使用所述表面轮廓和关于容器形状的存储数据来确定在容器中的材料的体积； 操作所述传感器，以在所述多个位置处确定传感器和材料的表面之间的距离，并且产生代表在所述多个位置处的所述传感器与所述材料的表面之间的距离的输出信号； 在控制器处接收所述输出信号；和 使用所述控制器，以确定材料表面和材料体积。
7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括以下步骤: 基于计算出的体积和存储的材料密度数据来计算材料的重量。
8.根据权利要求6所述的方法，进一步包括以下步骤: 使用具有已知重量的一定量的材料填充容器； 确定所述材料的表面轮廓； 确定材料体积；和 使用所述材料的体积和已知重量，计算材料密度。
【文档编号】G01B21/00GK103673942SQ201310414944
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月12日 优先权日:2012年9月14日
【发明者】詹姆斯·Z·刘 申请人:迪尔公司