用于通过附接到冲头的测量装置优选在操作期间监测压片机的设备和方法
1.说明
2.本发明优选地涉及用于压片机的冲头。该冲头优选地具有测量装置，该测量装置可以独立于为压片机供电的电源而运转。
3.此外，本发明优选地涉及压片机和包括上述冲头的系统。
4.另外，本发明涉及一种用于在操作期间利用根据本发明的冲头来监测压片机的方法。该冲头的测量装置优选地包括传感器、计算单元和通信单元以及存储器单元。该测量装置的传感器记录物理或化学测量值。随后，该测量装置的通信单元优选地将所记录的传感器的测量值传输到压片机的可编程逻辑控制器和/或传输到数据处理单元，和/或所记录的传感器的测量值优选地保存在测量装置的存储器单元上。
背景技术：
5.压片机主要用于生产工业规模的片剂。压片机基于以下原理：在第一步骤中，用待压片的粉末混合物填充模具。然后通过上冲头和下冲头的相互作用将该混合物压制成片剂。现代压片机可以用多尖端工具每小时生产几百万个片剂。
6.大量的压紧工序导致工具上的磨损，并且还会在压片机的各种部件上产生磨损。此外，在操作过程中，例如由于机器环境中的温度变化和/或振动，固定的机器参数可能被证明是不再最优地适合于压紧工序。因此，磨损和不合适的操作参数可导致有缺陷的压紧工序以及压片机整体的部件损坏。在现有技术中使用各种类型的测量设备来监测这些缺陷。测量装置的基本部件是传感器。
7.传感器(也是检测器或换能器或探头)是技术部件，并且优选地是测量装置中的测量链的第一元件。传感器可以定性或定量地确定其环境的材料成分和/或物理(例如热量、温度、湿度、压力、声场参数、亮度、加速度)或化学(例如ph值、离子强度、电化学势)性质作为测量变量。这些变量通过物理或化学效应被检测，并被转换成可以进一步处理的电信号。机器工具内的传感器，尤其是诸如压机或冲头的成型机，是众所周知的。
8.de 10 2006 002 359 b4公开了一种旋转压片机形式的压片机，该旋转压片机具有紧邻其模具的温度传感器。传感器是固定的，不与转台一起旋转，例如附接到机器框架。特别地，传感器记录生产中的片剂的温度值以监测生产过程。
9.这种压片机的缺点是只能记录一个物理性质，即压紧区域内的温度。此外，仅可在压紧区域中的一个点处在静止时测量温度。
10.de 10 2005 051 567 b4公开了一种压片机(旋转压片机)以及用于冲头的位移测量的方法。这里，旋转压片机的冲头装备有标记物(markers)。冲头的旋转运动使它们通过固定传感器(安装在转台外部)。该传感器记录标记物位置的改变，然后评估所述标记物位置的改变。
11.文献de 195 02 596 c2描述了用于监测压片过程的传感器和测量装置。这里，力传感器附接到上压紧辊和下压紧辊两者，以便确定一对冲头的压紧力值。结合转台位置，测
量和先前确定的机器参数用于测量和计算位移—压紧力分配。
12.这种布置的缺点是不在冲头处直接测量压紧力。在传感器和冲头之间存在具有不同强度和刚度的部件(压紧辊、压紧辊轴承、压紧站)。这些部件影响力测量的质量。另一个缺点是使用该传感器布置仅能记录一个物理性质，即通过冲头作用在压紧辊上的力。
13.实现压片机功能的必需部件是冲头，这就是监测冲头尤其重要的原因。在现有技术中，已知一些成型机，尤其是压片机，包括用于监测冲头上的压紧力的传感器。然而，用于监测冲头上的压紧力的已知设计具有显著的缺点，如下所述。
14.文献dd 294 457 a5描述了用于压片机上的力测量的传感器。这里，力传感器安装在活塞体中。冲头附接到该活塞体，使得力传感器布置在冲头上方(在上冲头的情况下)或下方(在下冲头的情况下)。力传感器经由活塞体中的对应孔被接线到电源。
15.具有这样的布置的力测量的缺点是其不能实际实现在被设计为旋转压片机的压片机中。旋转压片机中的冲头由控制凸轮直接引导。将每个冲头安装在活塞体中并且还确保冲头的外部电源供应是不可行的。另外，在dd 294 457 a5中的传感器的这种布置被专门提供用于在压紧工序期间确定力。可能发生在压紧工序之前或之后在冲头中的发生力的检测不是通过本文献中描述的布置来检测的。此外，由于传感器的位置，冲头的加速度或温度也是不可能唯一的。
16.这种布置也具有偏心压片机的缺点。例如，冲头必须安装在专门设计的活塞体中，由此，除了别的以外，测量不到在冲头内部分地发生的不同载荷。例如，不利地，如果冲头不垂直于待压紧的粉末材料，则会产生这些问题。
17.文献de 101 35 283 c2公开了一种用于压紧粉末材料的方法。针对不同的压紧力测量或计算模具台的变形。用于力测量的传感器与冲头直接连接，并且安装在冲头上方(上冲头的上方)和下方(下冲头的下方)。传感器安装在冲头的冲头头部的接触表面上。
18.从实践的观点来看，这种方法对于被设计为旋转压片机的压片机也是不可行的，因为在旋转压片机中，冲头经由控制凸轮被引导。冲头以其冲头头部与旋转压片机的压紧辊直接接触，因此将传感器安装在冲头头部上是不切实际的。
19.因此，需要改进以提供能够容易且可靠地集成到压片机或压片过程中的测量技术，从而允许对过程参数的连续测量和监测。
20.发明目的
21.本发明的目的是消除现有技术的缺点，并且提供一种用于压片机直接且连续地在冲头上和/或在冲头中确定物理和/或化学性质的设备以及方法。特别地，本发明的目的是提供用于将测量装置集成到压片机中的装置，其特征在于高度的灵活性和精度，以便在压片过程中实现关于冲头的各种过程参数的连续测量和/或监测。
技术实现要素：
22.本发明的目的由独立权利要求的特征解决。在从属权利要求中描述了本发明的有利实施例。
23.在一个优选实施例中，本发明涉及一种用于压片机的冲头，其特征在于，所述冲头具有测量装置，该测量装置可以独立于为压片机供电的电源而运转。
24.由于压片机的冲头具有测量装置，因此可以记录与该冲头直接相关的测量变量，
而不必考虑其他部件的影响。另外，不连接到压片机的电源以简单的方式安装是可能的。此外，由于旋转压片机的情况下的旋转冲头，测量装置有利地不固定在压片机中的一个位置处的固定位置。因此，物理或化学性质(例如，温度测量)可在旋转压片机的转台的整个旋转过程中被连续地记录。因此，与已知的现有技术装置相比，本发明有利地使得能够在压紧工序之前、期间和之后记录测量值。
25.依据本发明，压片机优选地是旋转压片机或偏心压片机。
26.根据本发明，冲头优选以如下方式设计：冲头具有冲头头部、冲头筒和冲头末端。本领域技术人员熟悉术语冲头头部、冲头筒和冲头末端。测量装置优选地包括在冲头轴中或结合在其中。
27.在另一优选实施例中，冲头的特征在于测量装置具有用于记录冲头和/或其环境的物理和/或化学性质的传感器。物理性质例如通过热量、温度、湿度、压力、声场参数、亮度、加速度来定义。化学性质例如是ph值、离子强度、电化学势。所述性质可以被定性地或定量地记录为测量变量。
28.特别优选地，测量装置包括多个不同的传感器，其同时并行地记录(冲头和/或其环境的)不同的物理或化学性质。所记录的多个不同的测量值的组合有利地提高了关于压片机部件的状况或生产过程的条件的说明的准确性。
29.在本发明的优选实施例中，冲头的特征在于测量装置具有特别是用于记录冲头和/或其环境的力、温度或加速度的传感器。通过记录这些值，可以有利地做出关于冲头和/或压片机的磨损和功能的大致说明。
30.在本发明的另一优选实施例中，冲头的特征在于测量装置具有多个传感器，所述多个传感器用于测量压紧力、冲头和冲头末端的温度，并测量冲头的线性加速度和旋转加速度。通过测量这些值，可以有利地做出关于压紧工序、冲头的功能和磨损的大致说明。
31.在优选实施例中，测量装置包括有源传感器。有源传感器由于其测量原理而产生电压，并且不需要任何辅助电源。有源传感器可以是例如热电偶、光传感器或压力传感器。有源传感器的安装有利地需要更低的能量消耗。
32.在另一实施例中，测量装置的传感器被设计为无源传感器。无源传感器包含其参数由测量变量改变的无源部件。这些参数由主电子设备转换成电信号。这需要外部供应的辅助电源。无源传感器例如是：应变仪负荷传感器、电阻温度计、应变仪、磁场传感器(霍尔探头(hall probe))。无源传感器具有提供尤其准确的测量结果的优点。
33.在测量装置的优选实施例中，传感器是温度传感器。通过检测温度，可以得出关于冲头引导件和润滑剂的功能的结论，其可以提供关于磨损的信息。通过记录冲头末端的温度和温度曲线，可以得出关于压紧工序的相应结论。
34.此外，通过监测冲头和/或其环境的温度，能够优选得出关于压制材料的温度值的结论。这在温度敏感的压制材料的压片过程中是高度相关的。温度敏感压制材料的压紧只能在特定温度范围内完成。因此，如果这些值超过或低于阈值，则压紧过程可由所记录的值调整和/或也中止。
35.此外，所记录的冲头的温度值可有利地用于监测或检查由于温度波动引起的冲头的压缩或膨胀。
36.优选地，可以使用不同的传感器和测量装置以许多方式记录温度。用于记录温度
的优选传感器如下列出。然而，本发明不限于一般的传感器、一般传感器的操作方法或构造方法。
37.优选的温度传感器包括ntc热敏电阻，即热导体。这具有负温度系数，使得当温度升高时，电阻下降并且更高的电流流动。然而，也可以优选使用ptc热敏电阻，即具有正温度系数的冷导体，使得当温度增加时，电阻增加并且更低的电流流动。
38.在另一优选实施例中，温度传感器被设计为半导体温度传感器。其产生与绝对温度成比例的电变量。该电变量可以优选地以模拟或数字形式表示。
39.在另一优选实施例中，温度传感器包括具有振荡石英作为测量元件的温度探头。振荡石英的谐振频率根据温度而变化，并且可以非常精确地测量。根据本发明，温度探头优选地分布在冲头主体的外表面上，特别优选地分布在冲头主体内部。
40.在另一优选实施例中，温度传感器被实现为热电偶。热电偶是由在一端连接的不同材料制成的一对金属导体。它们将温度差转换成电压(塞贝克(seebeck)效应)。
41.根据本发明的其它温度传感器替代例可以包括铁磁温度传感器。
42.在测量装置的优选实施例中，传感器是位移传感器或间隙传感器。有利地，位移传感器能够精确地确定压片机中的冲头的位置，使得可以立即注意到位置异常。也可以识别压片机的各个元件的几何变化。
43.在压片机的压紧工序中，上冲头和下冲头优选地覆盖朝向彼此会聚的距离。通过经由位移传感器或间隙传感器测量该距离，优选地可以(与力传感器结合)确定压紧力和位移之间的比率，使得诸如弹性、塑性和孔隙率等的压紧材料的性质可以有利地从该比率导出。
44.位置、距离或位移的确定可以通过多种测量原理和因此多种传感器布置来实现。因此，本发明不限于本文件中列出的位移传感器或间隙传感器。
45.优选的是，测量设备包括用于确定位置、距离或位移的直接和间接测量原理。此外，还可以优选地通过在冲头中集成所有可想到的线性位移测量系统来优选获得测量值。
46.在另一优选实施例中，可将测量值联系在一起以提高关于条件的说明和准确性。例如，在旋转压片机中的精确转台位置有助于改进使用加速度传感器的位移测量。
47.在位移传感器的优选实施例中使用电位变送器。电位变送器是电阻元件，其电阻值可以机械地改变(通过旋转或位移)。根据本发明，电位变送器以这样的方式结合到冲头中：即其随着整个冲头的每次旋转而改变其阻力。
48.接着是应变仪，也是类似的原理，其用于根据本发明的位移传感器的替代实施例中。应变仪通过改变其长度和横截面来改变其电阻。桥式电路优选用于测量电阻。桥式电路可用于确定绝对电阻或确定电阻的相对变化。当用应变仪进行测量时，测量电阻的相对变化，如已经提及的。在这种情况下，本领域技术人员熟知与应变仪的电阻变化测量相关的桥式电路的设计为四分之一电桥、半桥和全桥。应变仪可优选地用于检测冲头的纵向方向上的位移。
49.另一优选位移传感器包括电容传感器。电容传感器由彼此绝缘的两个金属部件组成。它与被测量对象一起，形成具有可变电容的电容器。测量效果基于两个电容器表面之间的距离的几何变化或这两个电容器表面的横向位移，两个电容器表面的横向位移导致有效电容器面积的变化。
50.位移传感器的另一实施例可以例如优选地是电感式传感器。电感式传感器基本上与电感(开路线圈)一起工作，产生由对象改变的磁场。该测量原理使得有可能在没有接触或磨损的情况下测量角度、距离和速度。优选地，根据本发明使用多个线圈。
51.在另一优选实施例中，测量装置包括力传感器。本发明不限于用于记录下面陈列的力的传感器。可以合理地集成到冲头中的任何力测量都是可以想到的，以使得能够用于压紧力测量。优选地，力传感器被设计为压力传感器。
52.在测量装置的优选实施例中，传感器包括压力传感器。已经表明，测量装置内的压力传感器提供了关于冲头的磨损的良好信息。此外，压力传感器可用于确定例如被禁止超过的最大力，以便避免过载。
53.本发明可以优选地旨在确定压紧力和压紧力曲线。这可以集中于例如冲头内的力，所述力在冲头撞击压紧辊之前已经发生。
54.根据待压紧的粉末和填充，压紧已经发生在旋转压片机的下降轨道凸轮中。这不是所期待的，但却是不可避免的。此外，如果设置不正确，则上冲头可以被下冲头压靠在旋转压片机的上压紧辊或提升凸轮上。
55.基于在设计为旋转压片机的压片机的完整旋转期间的压紧力曲线的测量，可检测到先前在现有技术中不可测量的效果/力。这使得除了别的之外，可以检测在冲头和凸轮路线上的磨损，该磨损否则不能从测量中识别。然而，这样的测量可以显示在撞击压紧辊时产生哪些力以及如何利用不同的压制材料产生压紧力，因为可以直接测量。
56.关于冲头或凸轮路线的可能磨损的连续信息可以确保显著改善的品质控制。一方面，可指示及早更换。另一方面，可以调节操作参数以最小化逐渐磨损。
57.另一优选的压力传感器是压阻式压力传感器。压阻式压力传感器使用金属应变仪或压敏半导体芯片。本领域技术人员熟悉以下压阻式传感器技术：陶瓷厚膜传感器、金属薄膜传感器、硅压力传感器和压阻式硅传感器。
58.另一优选的压力传感器是压电式压力传感器。在压电式传感器中，借助通过电荷分离的压力在晶体中产生电压(压电效应)。压力使离子在晶体内部移动，从而在表面上产生与该力成比例的电荷。电荷通过电荷放大器变换为成比例的电压。可通过导出电荷(使其短路)来将任何压力设定为电荷放大器的零点，因此使压力变化可被直接测量。
59.在另一优选实施例中，压力传感器包括霍尔元件(hall element)。该压力传感器根据霍尔效应(hall effect)操作，由此当施加压力时，霍尔元件周围的磁场改变。
60.在本发明的替代优选实施例中，压力传感器是电容式压力传感器。电容式压力传感器包含分散到硅芯片中的两个电容器。当施加压力时，隔膜与彼此相对的两个电容器板之间的距离在相反方向上改变，使得电容相应地改变。优选地，电容器是内部放大器的一部分，其输出信号取决于电容之间的差。
61.在另一优选实施例中，传感器包括感应式压力传感器。感应式压力传感器与连接到膜的铁芯一起工作。压力变化在膜上产生力并使其移动。这导致铁芯的位置在两个线圈中在相反方向上改变：在一个线圈中，电感增加，在另一个线圈中，电感减小。该差可以有利地被非常精确地电确定。
62.在本发明的优选实施例中，测量装置的传感器被设计为加速度传感器。在优选实施例中，已经提及的传感器中的一些还可以设想加速度传感器的预期用途。
63.本发明不限于下面指定的加速度传感器，并且可以很好地包括用于记录加速度的其他或不同的传感器。
64.利用包括加速度传感器的优选测量装置，可以优选地检测冲头的位移。加速度传感器的使用有利地适用于此目的，因为其不必具有作为零点或参考的基础。相反，通过对测量的加速度进行积分来间接地确定位移。然而，可以确定关于冲头的位置位移的足够精确的信息，所述信息既可以用于压紧产品的品质控制又可以用于过程优化。
65.此外，这些测量值与优选地由其它测量装置和/或传感器记录的一个或多个进一步测量值的关联是优选的。这导致精度和信息价值提升。例如，在旋转压片机的情况下，精确的转台位置可有助于改善利用加速度传感器的位移测量。
66.此外，加速度传感器可以与力测量结合使用以提供关于磨损的信息。
67.在另一优选实施例中，包括加速度传感器的测量装置用于测量冲头的冲击。此外，冲头可优选地用于确定力—位移曲线图。特别地，可以根据线性加速度和旋转加速度来计算位移。
68.从本发明的意义上说，优选使用压电式加速度传感器。这里，压电陶瓷传感器板将动态压力波动转换成可以相应地处理的电信号。该压力波动由附接到压电陶瓷的(地震)质量块生成，并且在整个系统被加速时作用在压电陶瓷上。
69.加速度传感器还可以优选地由微机电系统(mems)形成。该传感器是弹簧—质量系统，其中“弹簧”优选地为仅几微米(μm)宽的硅棒。此外，质量块优选也由硅制成。由于压片机中冲头加速期间的偏转(例如，在转台的启动期间或由于冲头上下运动的方向的变化)，可以在弹簧悬挂部件和固定参考电极之间非常灵敏地测量电容的变化。用于评估电容的这种微小变化的电子器件优选地容纳在相同的集成电路上。
70.在mems的优选实施例中，压阻式电阻器通过离子注入附接到弯曲梁，根据弯曲改变其电阻，并且因此允许得出关于加速度的结论。离子注入是本领域技术人员已知的，并且优选地用于半导体技术中以改变基底材料的电特性(在此：弯曲梁)。
71.在另一优选实施例中，加速度传感器包括应变仪。通过使用应变仪确定固定装置(例如，杆)的变形来确定测试质量块上的力。出于本发明的目的，冲头可优选地限定为测试质量块。然而，测试质量块还可以优选地是不同于冲头的质量块，该测试质量块包括测量装置。
72.在加速度传感器的另一优选实施例中，通过磁感应来确定加速度。当悬挂在弹簧上的测试质量块移动时，由线圈中的磁体感应出电压。测试质量块优选地是与冲头不同的质量块，该测试质量块包括测量装置。
73.在一个优选实施例中，加速度传感器是费拉里斯(ferraris)传感器。该传感器在没有测试质量块使用涡电流的情况下测量相对加速度。
74.在另一个特别优选的实施例中，测量装置包括应变仪全桥、集成mems传感器和温度传感器。
75.从本发明的意义上说，测量装置中的通信单元优选地用于传感器的所记录数据的无线传输。因此，通信单元优选地是传输单元。在另一实施例中，通信单元特别是传输单元和/或接收单元。该传输优选地通过定向或非定向电磁波来执行，由此，所使用的频带的范围可以是从几赫兹(低频)到几百太赫兹(可见光)不等，这取决于用途和所使用的技术。根
据本发明，优选使用以下数据传输方法：分别为在射频范围中的蓝牙、wlan、zigbee、nfc、wibree或wimax，以及在红外和光学频率范围中的irda和光学定向无线电(fso)。有利地，已经示出，通过经由这样的传输单元进行传输，可以在压片机的压紧工序期间无线地传输数据而不丢失信息，同时可以获得足够的数据传输速率。在另一实施例中，传输单元和/或接收单元包括天线。
76.在一个实施例中，除了无线数据传输之外或作为无线数据传输的替代，可以提供有线传输。在一个实施例中，测量装置包括用于经由信号导体传输数据的模拟和数字输出(usb、rs232、现场总线)。一方面信号导体优选地将所记录的测量数据传输到压片机的可编程逻辑控制器和/或数据处理单元，另一方面，控制命令优选地经由信号导体传输到测量装置的输出。
77.在优选实施例中，冲头的特征在于测量装置包括传感器、通信单元、存储器单元、能量存储单元和计算单元，由此获得的作为原始数据的测量值可以通过计算单元来处理。有利地，可经由存储器单元保存数据(高分辨率测量)，使得可在稍后时间可以使用所述数据。
78.从本发明的意义上说，测量装置的存储器单元尤其用于保存或存储数据。根据本发明，所记录的传感器的测量数据优选地保存在存储器单元中。存储器单元优选地是电子数据载体。闪速存储器特别适合于在测量装置中紧密集成电子数据载体，但也可优选其它数据载体。
79.在另一优选实施例中，测量装置包括计算单元。根据本发明，测量装置的计算单元优选地包括处理器单元。处理器单元由此优选地包括特别是图形处理器(gpu)和/或中央处理单元(cpu)。这两种处理器都是本领域技术人员已知的。因此，原始数据的许多计算操作可以优选地已经在测量装置上分散地执行。例如，可以以高频对测量信号进行采样。可以通过计算单元从原始数据确定平均值和最小值/最大值，并且经由通信单元将平均值和最小值/最大值传输到数据处理单元和/或压片机的可编程逻辑控制器。有利地，这节省了能量和带宽。
80.在另一优选实施例中，测量装置适于通过计算单元来处理作为原始数据的所记录的测量值，然后将它们存储在测量装置的存储器中，和/或通过通信单元(优选地通过蓝牙)将它们传输到数据处理单元和/或压片机的可编程逻辑控制器。原始数据的处理可以表现在例如将测量数据转换成所需的格式的转换中或简化为特别相关的说明(见以上平均值、超过力/加速度/温度/距离等的定义的阈值的超过值)。
81.优选地，测量装置包括电缆输出，在该电缆输出处将预处理的测量信号输出为通用模拟或数字信号(例如，0—10v、串行端口)。
82.在本发明的优选实施例中，用于测量装置的存储器单元和计算单元的各种触发选项可用于控制测量数据的获取，例如特别是在特定时间间隔之后或当超过阈值(力/加速度/温度)时。这确保了数据记录器仅在某些事件(诸如特别是高负载)发生时存储数据。以这种方式，应力因素的累积集合(collectives)已经被记录在受应力的部件中。所存储的测量值可以例如在完成测量之后通过数据处理单元(例如，pc)和/或压片机的可编程逻辑控制器经由简单的usb连接被读出。
83.在本发明的另一优选实施例中，测量装置(优选地，其计算单元)适于通过数据处
理单元和/或压片机的可编程逻辑控制器控制和/或访问数据。出于此目的，例如，可以将用于执行测量的控制参数发送到测量装置。控制参数可以例如涉及测量的类型或有源传感器的选择(在多个传感器的情况下)、测量的时机或用于原始数据的准备或预先评估的指令。
84.数据处理单元可以是例如平板计算机、智能电话或pc，优选地具有安装在其上用于控制和/或访问数据的计算机程序产品(应用/“app”)。
85.优选地，测量装置的通信单元确保在app和测量装置之间数据的交换，由此app优选地将控制命令传输到测量装置，该控制命令可以由包括在测量装置中的计算单元处理。
86.除了控制测量装置之外，app优选地适于访问来自测量装置的数据(或使用测量装置的通信单元将[已处理的]测量值传输到平板计算机或智能电话的通信单元)并且适于可视化和/或存储该数据。
[0087]
进一步优选地，测量装置具有不同的传输模式，优选两种或更多种，所述不同的传输模式在带宽和功耗方面不同。
[0088]
第一传输模式优选地通过测量装置和外部设备(智能电话、平板pc或压片机的可编程逻辑控制器)之间的直接通信来定义。从本发明的意义上说，该传输模式被称为流传输。特别地，该传输模式的特征在于高数据速率。
[0089]
在第二传输模式中，测量装置的测量值优选地传输到分配单元。该分配单元连接到各种外部设备(智能电话、平板pc或压片机的可编程逻辑控制器)，由此这些外部设备可以访问分配单元的数据。该传输模式优选地被称为广播，由此高内部采样率(500hz)用于获取测量变量并形成实时平均值，以及最小值/最大值，使得高数据速率不是必需的。分配单元还可以优选地是数据处理单元。
[0090]
在下文中，描述了具体的实施例以及优选的测量装置的应用。本发明不限于此实施例。
[0091]
优选的测量装置实现具有应变仪测量桥的两个传感器的所记录的测量值的时间同步传输和存储。此外，集成mems传感器优选地测量旋转速度和三轴加速度。集成处理器单元优选地处理已经在测量装置上的传感器数据，并且因此有利地显著减少了要传输的数据量。测量装置优选地实现对处理的简单和连续监测。所记录的测量数据和解释条件优选地经由蓝牙(优选蓝牙低能量4.2(bluetooth low energy 4.2))传输到分配单元。优选地，大量的测量装置可以以时间同步的方式连接到分配单元。
[0092]
在理想条件下，传输范围高达30米，并且超过50个装置可以连接到分配单元。同时，所有测量数据被显示并且可选地被存储在平板计算机或智能电话的应用中。该应用优选地用于设置测量装置的校准值并配置网关的输出。测量装置还优选地由锂离子电池供电并且由usb电源充电。测量装置还优选地具有50mm
×
13mm
×
9mm的外部尺寸。此外，测量装置优选地具有高达8gb的闪速存储器。
[0093]
在优选实施例中，除了mems传感器之外，测量装置还具有应变仪传感器，使得除了力测量之外，还可以记录加速度和旋转速度以及取向。现代mems传感器包括集成的温度传感器，这意味着温度也可以由测量装置测量。
[0094]
在本发明的优选实施例中，测量装置可以以能量自给自足的方式运转。关于本发明，测量装置因此可以独立于压片机的电源使用。已经发现，能量自给自足测量装置可在根据旋转原理操作的压片机中特别容易地使用。此外，如果一个传感器电源故障，则仅一个传
感器受到影响，使得所有传感器彼此独立。
[0095]
优选地，测量装置包括作为能量存储装置的电池和/或蓄电池，这使得从本发明的意义上说，测量装置的能量是自给自足的。优选地，电池和/或蓄电池为通信单元提供足够的能量以传输数据。
[0096]
在另一实施例中，电池或蓄电池优选地提供用于运转测量装置的能量。特别地，计算单元、通信单元和传感器同时被供应有足够的能量。优选地，测量装置包括用于充电连接的输出，用于给蓄电池充电。
[0097]
在另一优选实施例中，蓄电池的集成过充电和放电保护被包括在测量装置中以用于测量装置的安全操作。
[0098]
在另一优选实施例中，蓄电池被设计为li离子或li-po蓄电池。此外，测量装置可包括led显示器。
[0099]
在另一优选实施例中，测量装置通过提供感应电流/感应而相对于压片机的电源是能量自给自足的。在优选实施例中，在冲头中存在在磁场中移动的电导体。磁场可以优选地由安装在转台内部和/或外部的线圈产生。该导体的移动引起用于测量装置的运作的电流。
[0100]
在优选实施例中，测量装置包括光伏电池(太阳能电池)，所述电池还对厂房中的人造光进行良好反应。借助于光电效应，光能被转换成电能，并且测量装置可以以根据本发明的能量自给自足的方式运作。所产生的电力优选地直接用于测量操作。
[0101]
在另一优选实施例中，所产生的电力存储在上述蓄电池中。
[0102]
在另一优选实施例中，冲头的测量装置连接到第二冲头的至少一个第二测量装置。在一个优选实施例中，该连接由信号导体形成。在本发明的另一优选实施例中，该连接是经由所述通信单元而无线的。优选地，电力和/或数据可以经由测量装置的连接来传输。进一步优选地，所有测量装置都可以连接到分配单元。
[0103]
在本发明的优选实施例中，冲头的特征在于测量装置集成在冲头主体内。根据本发明，冲头主体优选地由冲头筒、冲头末端和冲头头部限定，由此冲头主体优选地设计为厚壁中空主体或实心主体。集成测量装置的优点在于，冲头的外部几何形状不改变，使得压片机的几何参数不必由于冲头而改变。
[0104]
在另一优选实施例中，测量装置精确地装配到设计为实心主体的冲头中。冲头通过分离制造过程以这样的方式被机加工：即测量装置可以在随后的组装过程中被插入到冲头中。优选地，这里也可以使用连接装置。因此，测量装置可以优选地以材料锁定、力锁定和/或形状锁定的方式插入冲头中。
[0105]
在根据本发明的优选替代方案中，测量装置附接到冲头的厚壁中空主体的内壁。优选地，可以经由横向孔将到测量装置的路径提供给冲头的纵向轴线，以便能够连接信号线或馈出天线。
[0106]
在示例性实施例中，测量装置被插入具有25.4mm的壳直径的冲头或被插入具有19mm的壳直径的冲头中。
[0107]
在优选实施例中，测量装置的计算单元连接到一个或多个数据处理单元和/或压片机的可编程逻辑控制器。
[0108]
在优选实施例中，数据处理单元被提供作为压片机外部的部件，被设计为独立于
压片机的独立装置。
[0109]
在另一优选实施例中，数据处理单元作为内部数据处理单元存在。优选地，内部数据处理单元可以是压片机的部件，并且例如可以集成在压片机的框架中。内部数据处理单元优选地还被设计为压片机的可编程逻辑控制器，并且优选地也被称为机器控制器。
[0110]
在优选实施例中，测量装置可以与一个或多个数据处理单元(例如，外部：pc、智能电话、平板设备；或内部：机器控制系统)进行通信。
[0111]
测量装置与机器控制系统之间的直接通信允许基于测量结果快速调整压片机的操作参数。例如，为了避免当超过预定的力极限时的磨损，机器控制系统可以基于所传输的信息来调整操作参数。
[0112]
然而，测量装置与(外部)数据处理单元(例如pc、平板计算机、智能电话)的通信是特别优选的。因此，数据处理单元还可以被设计为外部部件(例如，平板计算机、智能电话)。优选地，外部部件与测量装置和机器控制系统两者通信。
[0113]
例如，可以首先将测量单元的(预处理的)测量结果传输到pc、平板计算机等或安装在其上的计算机程序形式的数据处理单元。借助于外部部件，可以执行测量结果的更广泛的评估，例如，用于监测和/或记录(logging)压片过程。
[0114]
基于人员的评估和验证，可以例如随后通过向机器控制系统发送对应的控制指令来调整操作参数。
[0115]
然而，在数据处理系统上获取和记录测量装置的数据的可能性已经提供了独立于操作参数的可能调整的许多优点。特别地，记录测量数据可以确保记录(logging)并因此确保生产过程的品质控制。如果超过压紧力的预定公差极限，例如，相应的压紧产品可被标记用于进一步检查。如上所述，测量数据的记录还允许早期磨损检测。基于该信息，可以指示相应部件的维修或更换，或者可以调整维护间隔。
[0116]
本发明还涉及包括上述类型的冲头的压片机。
[0117]
在另一优选实施例中，本发明涉及包括可编程逻辑控制器的压片机，该可编程逻辑控制器包括至少计算单元、通信单元和存储器单元，并且该冲头的测量装置包括通信单元，其特征在于，可编程逻辑控制器的通信单元与该冲头的测量装置的通信单元兼容。根据本发明，可编程逻辑控制器的通信单元可以被设计为传输单元和/或接收单元。将根据本发明的冲头集成到压片机中的优点尤其是可以在操作期间和/或在空闲时监测压片机。
[0118]
从本发明的意义上说，通信单元的兼容性意味着通信单元能够彼此通信。从本发明的意义上说，两个通信单元使用上面已经提及的相同的数据传输方法，使得数据可以被相互发送或传输。
[0119]
在另一优选实施例中，压片机被设计为旋转压片机或偏心压片机。旋转压片机优选地包括上述类型的冲头、转台、模具台、用于接收冲头的冲头引导件、电源和上部压紧辊和下部压紧辊。
[0120]
偏心压片机优选地包括上述类型的冲头、模具和电源。
[0121]
在进一步优选的实施例中，诸如智能电话或平板计算机的数据处理单元包括计算单元、通信单元和存储器单元。根据本发明，数据处理单元的通信单元还用于从(和/或向)测量装置和/或压片机的可编程逻辑控制器的通信单元接收数据(和/或发送数据)。通信单元可以通过线缆接收/发送数据，但是特别是发生数据的无线传输。
[0122]
在优选实施例中，数据处理单元和/或压片机的可编程逻辑控制器的通信单元优选地将用于控制测量装置的数据发送到测量装置的通信单元。
[0123]
例如，数据处理单元和/或压片机的可编程逻辑控制器的通信单元可以向测量装置发送控制参数以执行测量。控制参数可以例如涉及测量的类型或有源传感器的选择(在多个传感器的情况下)。而且，可以定义测量的时机、优选传输模式或者甚至用于原始数据的准备或预评估的指令。
[0124]
在优选实施例中，测量装置的通信单元向(外部)数据处理单元和/或压片机的可编程逻辑控制器的通信单元发送数据(优选已处理的(准备好的)测量数据)。
[0125]
由测量装置传输的数据优选地存储在数据处理单元和/或压片机的可编程逻辑控制器的存储器单元上。从本发明的意义上说，数据处理单元和/或压片机的可编程逻辑控制器的存储器单元优选地用于保存或存储数据。根据本发明，优选地，将所记录的传感器的测量数据保存在存储器单元中。这涉及经由测量装置直接获得的数据和数据处理单元和/或压片机自身的可编程逻辑控制器的分析结果。优选地，软件程序以及除了别的以外，命令序列、数学和统计模型也被存储在存储器单元上，其可以如所描述的那样被提供用于控制测量装置和/或用于访问(读出)测量装置的数据。存储器单元优选地是电子数据载体。
[0126]
数据处理单元和/或压片机的可编程逻辑控制器的计算单元优选地包括处理器单元。处理器单元因此优选地包括图形处理器(gpu)和/或中央处理单元(cpu)。
[0127]
在本发明的另一优选实施例中，至少一个测量装置被附接到压片机的至少一个任意元件。优选地，任意的元件是指旋转压片机的冲头、转台、模具板、用于接收冲头的冲头引导件、电源以及上压紧辊和下压紧辊。
[0128]
在另一优选实施例中，本发明涉及一种系统，该系统包括上述类型的数据处理单元和压片机，其中冲头的测量装置包括通信单元，并且该压片机包括可编程逻辑控制器，其特征在于该数据处理单元和/或该压片机的可编程逻辑控制器适于
[0129]-接收和进一步处理来自测量装置的测量值，优选已处理的(准备好的)原始数据，和/或
[0130]-向测量装置传输控制命令。
[0131]
这种系统有利地适用于监测压片过程，因为可以在具有增加的存储空间和计算能力的测量装置外部的设备上处理(可视化和/或分析)测量数据，而测量装置可以保持非常小巧并且仅需要包括几个部件。这需要这样的情况：其中数据的评估可以优选地在线(直接)发生，而不需要手动地移除或读出测量装置。此外，测量装置有利地将测量值直接记录在冲头处，使得能够做出关于压紧工序的特别精确和详细的说明。此外，测量装置可经由外部装置(数据处理单元或压片机的可编程逻辑控制器)从用户(或自动)接收控制命令，使得可从远程位置设定某些参数(例如，采样速率)。
[0132]
在另一优选实施例中，本发明涉及一种用于使用上述类型的冲头来监测压片机的方法，其中所述冲头的测量装置包括传感器、计算单元、通信单元和存储器单元，并且所述压片机包括具有通信单元的可编程逻辑控制器，其特征在于
[0133]-测量装置的传感器记录物理和/或化学性质；
[0134]-由测量装置的计算单元处理(准备)被记录为原始数据的测量值；
[0135]-已处理的(准备好的)测量值经由测量装置的通信单元被发送到压片机的可编程
逻辑控制器和/或数据处理单元，和/或已处理的(准备好的)测量值被保存在测量装置的存储器单元上。
[0136]
根据本发明的方法的优点是可以在操作期间和/或在空闲时监测和分析压片机的状况。
[0137]
在另一优选实施例中，对压片机的监测优选地是技术监测。一方面，这种监测被设计为预防故障并且使得能够及时地测量或修理。另一方面，技术进一步发展和防止环境破坏是实际可能的。
[0138]
在优选实施例中，该方法的特征在于测量装置的传感器对于特别是冲头和/或其环境的力、温度或加速度和/或转台的速度进行记录。
[0139]
在另一优选实施例中，所记录的测量值被保存在数据处理单元的存储器单元中和/或可编程逻辑控制器的存储器单元中和/或测量装置的存储器单元中。
[0140]
在另一优选实施例中，该方法的特征在于，压片机的可编程逻辑控制器和/或数据处理单元(优选平板计算机和/或智能电话)可以优选地借助于安装在这些设备上的计算机程序产品(应用/app)向测量装置传输控制命令。
[0141]
在本发明的另一优选实施例中，优选地通过算法分析所保存的测量数据。
[0142]
在本发明的优选实施例中，测量装置的存储器单元可拆卸地固定，使得机器的用户可以手动地将待评估的数据连接到压片机的可编程逻辑控制器和/或数据处理单元。
[0143]
在本发明的另一个优选实施例中，数据处理单元和/或可编程逻辑控制器的计算单元直接访问存储在数据处理单元的存储器单元中和/或可编程逻辑控制器的存储器单元中的测量数据，并执行用于分析也存储在存储器单元中的测量数据的算法。
[0144]
通过借助算法来分析测量数据，可以在极早期阶段检测出压片机的冲头和/或其它部件的错误、磨损和故障。
[0145]
在本发明的另一优选实施例中，该方法的特征在于，通过机器学习算法分析所记录的测量装置的测量值。
[0146]
在另一优选实施例中，外部参数和/或来自冲头的测量值被结合到用于监测压片机的方法的分析中。这些可以通过独立于根据本发明的测量装置的测量装置来确定。例如，在旋转压片机的情况下，所记录的压紧辊(例如，压紧力)、转台(例如，旋转)、模具台的测量数据或在简单情况下，压片机的环境温度，也可以保存在压片机的数据处理单元的存储器单元中，并且随后通过以下算法来分析。大量不同的记录数据允许存在很少错误的全面分析。
[0147]
在另一优选实施例中，该方法的特征在于所记录的测量装置的测量值通过算法(优选机器学习算法)与外部记录的和/或提供的测量值结合进行分析。
[0148]
从本发明的意义上说，机器学习算法是人工智能的子区域。机器学习使用数学和统计模型来从数据集“学习”。通常，机器学习算法具有以下优点：对于人类观察者而言太复杂的信息可以从大型数据集中自动提取。存在可以大体分类成三种不同学习方法的各种机器学习算法：监督式学习、无监督式学习和强化学习。
[0149]
在优选实施例中，监督式学习用于分析或处理所存储的测量数据。在监督式学习方法中，首先执行所谓的训练过程。这里，训练数据与对应的目标数据一起以输入数据的形式被提供。训练的目的通常在机器学习方法中以调整函数的参数，使得函数随后能够从对
应的输入值高精度地确定目标值。然后在训练过程之后使用经调整的函数来预测先前看不见的输入数据的目标数据。该函数由数学和/或统计模型来描述。
[0150]
在优选实施例中，该函数由支持向量机、贝叶斯(bayesian)网络和/或决策树来设计。特别优选地，该函数由人工神经网络描述。根据本发明，人工神经网络可以具有不同的架构。
[0151]
从本发明的意义上说，输入数据优选地由机器参数、环境参数和/或测量装置的测量数据定义。机器参数优选地是转台的旋转速度、部件的各种材料性质和/或关键数值、运行时间或操作时间、机器的寿命、冲头或其他部件的数量等。环境参数优选地为环境温度、湿度等。
[0152]
优选地，来自配备有用于测量不同物理和/或化学性质的不同传感器的不同测量装置的测量数据用作输入数据。
[0153]
根据本发明，目标数据优选地适于显示损坏的发生、部件的故障或压制过程的故障执行的概率。
[0154]
在另一优选实施例中，无监督式学习方法用于分析或处理所存储的测量数据。在无监督式学习中，算法尝试检测从非结构化背景噪声偏离的输入数据中的模式。训练过程中的函数仅在输入数据的相似性上取向，并且相应地调整其参数，使得没有输出数据用于训练过程。
[0155]
在优选实施例中，无监督式学习方法用于分割或聚类输入数据，或者优选地，压缩输入数据。
[0156]
在优选实施例中，无监督式学习算法优选地包括主成分分析(pca)和/或k均值(k-means)算法和/或至少一个神经网络。
[0157]
如已经描述的，在上述两种方法中，在第一步骤中执行所谓的训练过程以确定上述机器学习功能的最佳参数。基于经适配的函数，在训练先前未知的输入数据之后做出各种说明。
[0158]
在另一优选实施例中，强化学习方法用于分析或处理所存储的测量数据。另一方面，在强化学习方法中，即使在已经调整了函数的参数之后，也连续进行训练过程。经由“试验和错误”，使用先前未知的输入数据的适配函数来观察和评估不同说明的影响。响应于这些说明，算法接收以奖励或惩罚的形式抽象地被表示的反馈。于是，算法基于其参数来进一步优化函数。因此，算法连续地调整或修改机器学习过程的函数。优选地，强化学习可以使用q学习(q-learning)方法和/或上述神经网络和/或其他神经网络以及本领域技术人员已知的其他算法。
1.说明
2.本发明优选地涉及用于压片机的冲头。该冲头优选地具有测量装置，该测量装置可以独立于为压片机供电的电源而运转。
3.此外，本发明优选地涉及压片机和包括上述冲头的系统。
4.另外，本发明涉及一种用于在操作期间利用根据本发明的冲头来监测压片机的方法。该冲头的测量装置优选地包括传感器、计算单元和通信单元以及存储器单元。该测量装置的传感器记录物理或化学测量值。随后，该测量装置的通信单元优选地将所记录的传感器的测量值传输到压片机的可编程逻辑控制器和/或传输到数据处理单元，和/或所记录的传感器的测量值优选地保存在测量装置的存储器单元上。
背景技术：
5.压片机主要用于生产工业规模的片剂。压片机基于以下原理：在第一步骤中，用待压片的粉末混合物填充模具。然后通过上冲头和下冲头的相互作用将该混合物压制成片剂。现代压片机可以用多尖端工具每小时生产几百万个片剂。
6.大量的压紧工序导致工具上的磨损，并且还会在压片机的各种部件上产生磨损。此外，在操作过程中，例如由于机器环境中的温度变化和/或振动，固定的机器参数可能被证明是不再最优地适合于压紧工序。因此，磨损和不合适的操作参数可导致有缺陷的压紧工序以及压片机整体的部件损坏。在现有技术中使用各种类型的测量设备来监测这些缺陷。测量装置的基本部件是传感器。
7.传感器(也是检测器或换能器或探头)是技术部件，并且优选地是测量装置中的测量链的第一元件。传感器可以定性或定量地确定其环境的材料成分和/或物理(例如热量、温度、湿度、压力、声场参数、亮度、加速度)或化学(例如ph值、离子强度、电化学势)性质作为测量变量。这些变量通过物理或化学效应被检测，并被转换成可以进一步处理的电信号。机器工具内的传感器，尤其是诸如压机或冲头的成型机，是众所周知的。
8.de 10 2006 002 359 b4公开了一种旋转压片机形式的压片机，该旋转压片机具有紧邻其模具的温度传感器。传感器是固定的，不与转台一起旋转，例如附接到机器框架。特别地，传感器记录生产中的片剂的温度值以监测生产过程。
9.这种压片机的缺点是只能记录一个物理性质，即压紧区域内的温度。此外，仅可在压紧区域中的一个点处在静止时测量温度。
10.de 10 2005 051 567 b4公开了一种压片机(旋转压片机)以及用于冲头的位移测量的方法。这里，旋转压片机的冲头装备有标记物(markers)。冲头的旋转运动使它们通过固定传感器(安装在转台外部)。该传感器记录标记物位置的改变，然后评估所述标记物位置的改变。
11.文献de 195 02 596 c2描述了用于监测压片过程的传感器和测量装置。这里，力传感器附接到上压紧辊和下压紧辊两者，以便确定一对冲头的压紧力值。结合转台位置，测
量和先前确定的机器参数用于测量和计算位移—压紧力分配。
12.这种布置的缺点是不在冲头处直接测量压紧力。在传感器和冲头之间存在具有不同强度和刚度的部件(压紧辊、压紧辊轴承、压紧站)。这些部件影响力测量的质量。另一个缺点是使用该传感器布置仅能记录一个物理性质，即通过冲头作用在压紧辊上的力。
13.实现压片机功能的必需部件是冲头，这就是监测冲头尤其重要的原因。在现有技术中，已知一些成型机，尤其是压片机，包括用于监测冲头上的压紧力的传感器。然而，用于监测冲头上的压紧力的已知设计具有显著的缺点，如下所述。
14.文献dd 294 457 a5描述了用于压片机上的力测量的传感器。这里，力传感器安装在活塞体中。冲头附接到该活塞体，使得力传感器布置在冲头上方(在上冲头的情况下)或下方(在下冲头的情况下)。力传感器经由活塞体中的对应孔被接线到电源。
15.具有这样的布置的力测量的缺点是其不能实际实现在被设计为旋转压片机的压片机中。旋转压片机中的冲头由控制凸轮直接引导。将每个冲头安装在活塞体中并且还确保冲头的外部电源供应是不可行的。另外，在dd 294 457 a5中的传感器的这种布置被专门提供用于在压紧工序期间确定力。可能发生在压紧工序之前或之后在冲头中的发生力的检测不是通过本文献中描述的布置来检测的。此外，由于传感器的位置，冲头的加速度或温度也是不可能唯一的。
16.这种布置也具有偏心压片机的缺点。例如，冲头必须安装在专门设计的活塞体中，由此，除了别的以外，测量不到在冲头内部分地发生的不同载荷。例如，不利地，如果冲头不垂直于待压紧的粉末材料，则会产生这些问题。
17.文献de 101 35 283 c2公开了一种用于压紧粉末材料的方法。针对不同的压紧力测量或计算模具台的变形。用于力测量的传感器与冲头直接连接，并且安装在冲头上方(上冲头的上方)和下方(下冲头的下方)。传感器安装在冲头的冲头头部的接触表面上。
18.从实践的观点来看，这种方法对于被设计为旋转压片机的压片机也是不可行的，因为在旋转压片机中，冲头经由控制凸轮被引导。冲头以其冲头头部与旋转压片机的压紧辊直接接触，因此将传感器安装在冲头头部上是不切实际的。
19.因此，需要改进以提供能够容易且可靠地集成到压片机或压片过程中的测量技术，从而允许对过程参数的连续测量和监测。
20.发明目的
21.本发明的目的是消除现有技术的缺点，并且提供一种用于压片机直接且连续地在冲头上和/或在冲头中确定物理和/或化学性质的设备以及方法。特别地，本发明的目的是提供用于将测量装置集成到压片机中的装置，其特征在于高度的灵活性和精度，以便在压片过程中实现关于冲头的各种过程参数的连续测量和/或监测。
技术实现要素：
22.本发明的目的由独立权利要求的特征解决。在从属权利要求中描述了本发明的有利实施例。
23.在一个优选实施例中，本发明涉及一种用于压片机的冲头，其特征在于，所述冲头具有测量装置，该测量装置可以独立于为压片机供电的电源而运转。
24.由于压片机的冲头具有测量装置，因此可以记录与该冲头直接相关的测量变量，
而不必考虑其他部件的影响。另外，不连接到压片机的电源以简单的方式安装是可能的。此外，由于旋转压片机的情况下的旋转冲头，测量装置有利地不固定在压片机中的一个位置处的固定位置。因此，物理或化学性质(例如，温度测量)可在旋转压片机的转台的整个旋转过程中被连续地记录。因此，与已知的现有技术装置相比，本发明有利地使得能够在压紧工序之前、期间和之后记录测量值。
25.依据本发明，压片机优选地是旋转压片机或偏心压片机。
26.根据本发明，冲头优选以如下方式设计：冲头具有冲头头部、冲头筒和冲头末端。本领域技术人员熟悉术语冲头头部、冲头筒和冲头末端。测量装置优选地包括在冲头轴中或结合在其中。
27.在另一优选实施例中，冲头的特征在于测量装置具有用于记录冲头和/或其环境的物理和/或化学性质的传感器。物理性质例如通过热量、温度、湿度、压力、声场参数、亮度、加速度来定义。化学性质例如是ph值、离子强度、电化学势。所述性质可以被定性地或定量地记录为测量变量。
28.特别优选地，测量装置包括多个不同的传感器，其同时并行地记录(冲头和/或其环境的)不同的物理或化学性质。所记录的多个不同的测量值的组合有利地提高了关于压片机部件的状况或生产过程的条件的说明的准确性。
29.在本发明的优选实施例中，冲头的特征在于测量装置具有特别是用于记录冲头和/或其环境的力、温度或加速度的传感器。通过记录这些值，可以有利地做出关于冲头和/或压片机的磨损和功能的大致说明。
30.在本发明的另一优选实施例中，冲头的特征在于测量装置具有多个传感器，所述多个传感器用于测量压紧力、冲头和冲头末端的温度，并测量冲头的线性加速度和旋转加速度。通过测量这些值，可以有利地做出关于压紧工序、冲头的功能和磨损的大致说明。
31.在优选实施例中，测量装置包括有源传感器。有源传感器由于其测量原理而产生电压，并且不需要任何辅助电源。有源传感器可以是例如热电偶、光传感器或压力传感器。有源传感器的安装有利地需要更低的能量消耗。
32.在另一实施例中，测量装置的传感器被设计为无源传感器。无源传感器包含其参数由测量变量改变的无源部件。这些参数由主电子设备转换成电信号。这需要外部供应的辅助电源。无源传感器例如是：应变仪负荷传感器、电阻温度计、应变仪、磁场传感器(霍尔探头(hall probe))。无源传感器具有提供尤其准确的测量结果的优点。
33.在测量装置的优选实施例中，传感器是温度传感器。通过检测温度，可以得出关于冲头引导件和润滑剂的功能的结论，其可以提供关于磨损的信息。通过记录冲头末端的温度和温度曲线，可以得出关于压紧工序的相应结论。
34.此外，通过监测冲头和/或其环境的温度，能够优选得出关于压制材料的温度值的结论。这在温度敏感的压制材料的压片过程中是高度相关的。温度敏感压制材料的压紧只能在特定温度范围内完成。因此，如果这些值超过或低于阈值，则压紧过程可由所记录的值调整和/或也中止。
35.此外，所记录的冲头的温度值可有利地用于监测或检查由于温度波动引起的冲头的压缩或膨胀。
36.优选地，可以使用不同的传感器和测量装置以许多方式记录温度。用于记录温度
的优选传感器如下列出。然而，本发明不限于一般的传感器、一般传感器的操作方法或构造方法。
37.优选的温度传感器包括ntc热敏电阻，即热导体。这具有负温度系数，使得当温度升高时，电阻下降并且更高的电流流动。然而，也可以优选使用ptc热敏电阻，即具有正温度系数的冷导体，使得当温度增加时，电阻增加并且更低的电流流动。
38.在另一优选实施例中，温度传感器被设计为半导体温度传感器。其产生与绝对温度成比例的电变量。该电变量可以优选地以模拟或数字形式表示。
39.在另一优选实施例中，温度传感器包括具有振荡石英作为测量元件的温度探头。振荡石英的谐振频率根据温度而变化，并且可以非常精确地测量。根据本发明，温度探头优选地分布在冲头主体的外表面上，特别优选地分布在冲头主体内部。
40.在另一优选实施例中，温度传感器被实现为热电偶。热电偶是由在一端连接的不同材料制成的一对金属导体。它们将温度差转换成电压(塞贝克(seebeck)效应)。
41.根据本发明的其它温度传感器替代例可以包括铁磁温度传感器。
42.在测量装置的优选实施例中，传感器是位移传感器或间隙传感器。有利地，位移传感器能够精确地确定压片机中的冲头的位置，使得可以立即注意到位置异常。也可以识别压片机的各个元件的几何变化。
43.在压片机的压紧工序中，上冲头和下冲头优选地覆盖朝向彼此会聚的距离。通过经由位移传感器或间隙传感器测量该距离，优选地可以(与力传感器结合)确定压紧力和位移之间的比率，使得诸如弹性、塑性和孔隙率等的压紧材料的性质可以有利地从该比率导出。
44.位置、距离或位移的确定可以通过多种测量原理和因此多种传感器布置来实现。因此，本发明不限于本文件中列出的位移传感器或间隙传感器。
45.优选的是，测量设备包括用于确定位置、距离或位移的直接和间接测量原理。此外，还可以优选地通过在冲头中集成所有可想到的线性位移测量系统来优选获得测量值。
46.在另一优选实施例中，可将测量值联系在一起以提高关于条件的说明和准确性。例如，在旋转压片机中的精确转台位置有助于改进使用加速度传感器的位移测量。
47.在位移传感器的优选实施例中使用电位变送器。电位变送器是电阻元件，其电阻值可以机械地改变(通过旋转或位移)。根据本发明，电位变送器以这样的方式结合到冲头中：即其随着整个冲头的每次旋转而改变其阻力。
48.接着是应变仪，也是类似的原理，其用于根据本发明的位移传感器的替代实施例中。应变仪通过改变其长度和横截面来改变其电阻。桥式电路优选用于测量电阻。桥式电路可用于确定绝对电阻或确定电阻的相对变化。当用应变仪进行测量时，测量电阻的相对变化，如已经提及的。在这种情况下，本领域技术人员熟知与应变仪的电阻变化测量相关的桥式电路的设计为四分之一电桥、半桥和全桥。应变仪可优选地用于检测冲头的纵向方向上的位移。
49.另一优选位移传感器包括电容传感器。电容传感器由彼此绝缘的两个金属部件组成。它与被测量对象一起，形成具有可变电容的电容器。测量效果基于两个电容器表面之间的距离的几何变化或这两个电容器表面的横向位移，两个电容器表面的横向位移导致有效电容器面积的变化。
50.位移传感器的另一实施例可以例如优选地是电感式传感器。电感式传感器基本上与电感(开路线圈)一起工作，产生由对象改变的磁场。该测量原理使得有可能在没有接触或磨损的情况下测量角度、距离和速度。优选地，根据本发明使用多个线圈。
51.在另一优选实施例中，测量装置包括力传感器。本发明不限于用于记录下面陈列的力的传感器。可以合理地集成到冲头中的任何力测量都是可以想到的，以使得能够用于压紧力测量。优选地，力传感器被设计为压力传感器。
52.在测量装置的优选实施例中，传感器包括压力传感器。已经表明，测量装置内的压力传感器提供了关于冲头的磨损的良好信息。此外，压力传感器可用于确定例如被禁止超过的最大力，以便避免过载。
53.本发明可以优选地旨在确定压紧力和压紧力曲线。这可以集中于例如冲头内的力，所述力在冲头撞击压紧辊之前已经发生。
54.根据待压紧的粉末和填充，压紧已经发生在旋转压片机的下降轨道凸轮中。这不是所期待的，但却是不可避免的。此外，如果设置不正确，则上冲头可以被下冲头压靠在旋转压片机的上压紧辊或提升凸轮上。
55.基于在设计为旋转压片机的压片机的完整旋转期间的压紧力曲线的测量，可检测到先前在现有技术中不可测量的效果/力。这使得除了别的之外，可以检测在冲头和凸轮路线上的磨损，该磨损否则不能从测量中识别。然而，这样的测量可以显示在撞击压紧辊时产生哪些力以及如何利用不同的压制材料产生压紧力，因为可以直接测量。
56.关于冲头或凸轮路线的可能磨损的连续信息可以确保显著改善的品质控制。一方面，可指示及早更换。另一方面，可以调节操作参数以最小化逐渐磨损。
57.另一优选的压力传感器是压阻式压力传感器。压阻式压力传感器使用金属应变仪或压敏半导体芯片。本领域技术人员熟悉以下压阻式传感器技术：陶瓷厚膜传感器、金属薄膜传感器、硅压力传感器和压阻式硅传感器。
58.另一优选的压力传感器是压电式压力传感器。在压电式传感器中，借助通过电荷分离的压力在晶体中产生电压(压电效应)。压力使离子在晶体内部移动，从而在表面上产生与该力成比例的电荷。电荷通过电荷放大器变换为成比例的电压。可通过导出电荷(使其短路)来将任何压力设定为电荷放大器的零点，因此使压力变化可被直接测量。
59.在另一优选实施例中，压力传感器包括霍尔元件(hall element)。该压力传感器根据霍尔效应(hall effect)操作，由此当施加压力时，霍尔元件周围的磁场改变。
60.在本发明的替代优选实施例中，压力传感器是电容式压力传感器。电容式压力传感器包含分散到硅芯片中的两个电容器。当施加压力时，隔膜与彼此相对的两个电容器板之间的距离在相反方向上改变，使得电容相应地改变。优选地，电容器是内部放大器的一部分，其输出信号取决于电容之间的差。
61.在另一优选实施例中，传感器包括感应式压力传感器。感应式压力传感器与连接到膜的铁芯一起工作。压力变化在膜上产生力并使其移动。这导致铁芯的位置在两个线圈中在相反方向上改变：在一个线圈中，电感增加，在另一个线圈中，电感减小。该差可以有利地被非常精确地电确定。
62.在本发明的优选实施例中，测量装置的传感器被设计为加速度传感器。在优选实施例中，已经提及的传感器中的一些还可以设想加速度传感器的预期用途。
63.本发明不限于下面指定的加速度传感器，并且可以很好地包括用于记录加速度的其他或不同的传感器。
64.利用包括加速度传感器的优选测量装置，可以优选地检测冲头的位移。加速度传感器的使用有利地适用于此目的，因为其不必具有作为零点或参考的基础。相反，通过对测量的加速度进行积分来间接地确定位移。然而，可以确定关于冲头的位置位移的足够精确的信息，所述信息既可以用于压紧产品的品质控制又可以用于过程优化。
65.此外，这些测量值与优选地由其它测量装置和/或传感器记录的一个或多个进一步测量值的关联是优选的。这导致精度和信息价值提升。例如，在旋转压片机的情况下，精确的转台位置可有助于改善利用加速度传感器的位移测量。
66.此外，加速度传感器可以与力测量结合使用以提供关于磨损的信息。
67.在另一优选实施例中，包括加速度传感器的测量装置用于测量冲头的冲击。此外，冲头可优选地用于确定力—位移曲线图。特别地，可以根据线性加速度和旋转加速度来计算位移。
68.从本发明的意义上说，优选使用压电式加速度传感器。这里，压电陶瓷传感器板将动态压力波动转换成可以相应地处理的电信号。该压力波动由附接到压电陶瓷的(地震)质量块生成，并且在整个系统被加速时作用在压电陶瓷上。
69.加速度传感器还可以优选地由微机电系统(mems)形成。该传感器是弹簧—质量系统，其中“弹簧”优选地为仅几微米(μm)宽的硅棒。此外，质量块优选也由硅制成。由于压片机中冲头加速期间的偏转(例如，在转台的启动期间或由于冲头上下运动的方向的变化)，可以在弹簧悬挂部件和固定参考电极之间非常灵敏地测量电容的变化。用于评估电容的这种微小变化的电子器件优选地容纳在相同的集成电路上。
70.在mems的优选实施例中，压阻式电阻器通过离子注入附接到弯曲梁，根据弯曲改变其电阻，并且因此允许得出关于加速度的结论。离子注入是本领域技术人员已知的，并且优选地用于半导体技术中以改变基底材料的电特性(在此：弯曲梁)。
71.在另一优选实施例中，加速度传感器包括应变仪。通过使用应变仪确定固定装置(例如，杆)的变形来确定测试质量块上的力。出于本发明的目的，冲头可优选地限定为测试质量块。然而，测试质量块还可以优选地是不同于冲头的质量块，该测试质量块包括测量装置。
72.在加速度传感器的另一优选实施例中，通过磁感应来确定加速度。当悬挂在弹簧上的测试质量块移动时，由线圈中的磁体感应出电压。测试质量块优选地是与冲头不同的质量块，该测试质量块包括测量装置。
73.在一个优选实施例中，加速度传感器是费拉里斯(ferraris)传感器。该传感器在没有测试质量块使用涡电流的情况下测量相对加速度。
74.在另一个特别优选的实施例中，测量装置包括应变仪全桥、集成mems传感器和温度传感器。
75.从本发明的意义上说，测量装置中的通信单元优选地用于传感器的所记录数据的无线传输。因此，通信单元优选地是传输单元。在另一实施例中，通信单元特别是传输单元和/或接收单元。该传输优选地通过定向或非定向电磁波来执行，由此，所使用的频带的范围可以是从几赫兹(低频)到几百太赫兹(可见光)不等，这取决于用途和所使用的技术。根
据本发明，优选使用以下数据传输方法：分别为在射频范围中的蓝牙、wlan、zigbee、nfc、wibree或wimax，以及在红外和光学频率范围中的irda和光学定向无线电(fso)。有利地，已经示出，通过经由这样的传输单元进行传输，可以在压片机的压紧工序期间无线地传输数据而不丢失信息，同时可以获得足够的数据传输速率。在另一实施例中，传输单元和/或接收单元包括天线。
76.在一个实施例中，除了无线数据传输之外或作为无线数据传输的替代，可以提供有线传输。在一个实施例中，测量装置包括用于经由信号导体传输数据的模拟和数字输出(usb、rs232、现场总线)。一方面信号导体优选地将所记录的测量数据传输到压片机的可编程逻辑控制器和/或数据处理单元，另一方面，控制命令优选地经由信号导体传输到测量装置的输出。
77.在优选实施例中，冲头的特征在于测量装置包括传感器、通信单元、存储器单元、能量存储单元和计算单元，由此获得的作为原始数据的测量值可以通过计算单元来处理。有利地，可经由存储器单元保存数据(高分辨率测量)，使得可在稍后时间可以使用所述数据。
78.从本发明的意义上说，测量装置的存储器单元尤其用于保存或存储数据。根据本发明，所记录的传感器的测量数据优选地保存在存储器单元中。存储器单元优选地是电子数据载体。闪速存储器特别适合于在测量装置中紧密集成电子数据载体，但也可优选其它数据载体。
79.在另一优选实施例中，测量装置包括计算单元。根据本发明，测量装置的计算单元优选地包括处理器单元。处理器单元由此优选地包括特别是图形处理器(gpu)和/或中央处理单元(cpu)。这两种处理器都是本领域技术人员已知的。因此，原始数据的许多计算操作可以优选地已经在测量装置上分散地执行。例如，可以以高频对测量信号进行采样。可以通过计算单元从原始数据确定平均值和最小值/最大值，并且经由通信单元将平均值和最小值/最大值传输到数据处理单元和/或压片机的可编程逻辑控制器。有利地，这节省了能量和带宽。
80.在另一优选实施例中，测量装置适于通过计算单元来处理作为原始数据的所记录的测量值，然后将它们存储在测量装置的存储器中，和/或通过通信单元(优选地通过蓝牙)将它们传输到数据处理单元和/或压片机的可编程逻辑控制器。原始数据的处理可以表现在例如将测量数据转换成所需的格式的转换中或简化为特别相关的说明(见以上平均值、超过力/加速度/温度/距离等的定义的阈值的超过值)。
81.优选地，测量装置包括电缆输出，在该电缆输出处将预处理的测量信号输出为通用模拟或数字信号(例如，0—10v、串行端口)。
82.在本发明的优选实施例中，用于测量装置的存储器单元和计算单元的各种触发选项可用于控制测量数据的获取，例如特别是在特定时间间隔之后或当超过阈值(力/加速度/温度)时。这确保了数据记录器仅在某些事件(诸如特别是高负载)发生时存储数据。以这种方式，应力因素的累积集合(collectives)已经被记录在受应力的部件中。所存储的测量值可以例如在完成测量之后通过数据处理单元(例如，pc)和/或压片机的可编程逻辑控制器经由简单的usb连接被读出。
83.在本发明的另一优选实施例中，测量装置(优选地，其计算单元)适于通过数据处
理单元和/或压片机的可编程逻辑控制器控制和/或访问数据。出于此目的，例如，可以将用于执行测量的控制参数发送到测量装置。控制参数可以例如涉及测量的类型或有源传感器的选择(在多个传感器的情况下)、测量的时机或用于原始数据的准备或预先评估的指令。
84.数据处理单元可以是例如平板计算机、智能电话或pc，优选地具有安装在其上用于控制和/或访问数据的计算机程序产品(应用/“app”)。
85.优选地，测量装置的通信单元确保在app和测量装置之间数据的交换，由此app优选地将控制命令传输到测量装置，该控制命令可以由包括在测量装置中的计算单元处理。
86.除了控制测量装置之外，app优选地适于访问来自测量装置的数据(或使用测量装置的通信单元将[已处理的]测量值传输到平板计算机或智能电话的通信单元)并且适于可视化和/或存储该数据。
[0087]
进一步优选地，测量装置具有不同的传输模式，优选两种或更多种，所述不同的传输模式在带宽和功耗方面不同。
[0088]
第一传输模式优选地通过测量装置和外部设备(智能电话、平板pc或压片机的可编程逻辑控制器)之间的直接通信来定义。从本发明的意义上说，该传输模式被称为流传输。特别地，该传输模式的特征在于高数据速率。
[0089]
在第二传输模式中，测量装置的测量值优选地传输到分配单元。该分配单元连接到各种外部设备(智能电话、平板pc或压片机的可编程逻辑控制器)，由此这些外部设备可以访问分配单元的数据。该传输模式优选地被称为广播，由此高内部采样率(500hz)用于获取测量变量并形成实时平均值，以及最小值/最大值，使得高数据速率不是必需的。分配单元还可以优选地是数据处理单元。
[0090]
在下文中，描述了具体的实施例以及优选的测量装置的应用。本发明不限于此实施例。
[0091]
优选的测量装置实现具有应变仪测量桥的两个传感器的所记录的测量值的时间同步传输和存储。此外，集成mems传感器优选地测量旋转速度和三轴加速度。集成处理器单元优选地处理已经在测量装置上的传感器数据，并且因此有利地显著减少了要传输的数据量。测量装置优选地实现对处理的简单和连续监测。所记录的测量数据和解释条件优选地经由蓝牙(优选蓝牙低能量4.2(bluetooth low energy 4.2))传输到分配单元。优选地，大量的测量装置可以以时间同步的方式连接到分配单元。
[0092]
在理想条件下，传输范围高达30米，并且超过50个装置可以连接到分配单元。同时，所有测量数据被显示并且可选地被存储在平板计算机或智能电话的应用中。该应用优选地用于设置测量装置的校准值并配置网关的输出。测量装置还优选地由锂离子电池供电并且由usb电源充电。测量装置还优选地具有50mm
×
13mm
×
9mm的外部尺寸。此外，测量装置优选地具有高达8gb的闪速存储器。
[0093]
在优选实施例中，除了mems传感器之外，测量装置还具有应变仪传感器，使得除了力测量之外，还可以记录加速度和旋转速度以及取向。现代mems传感器包括集成的温度传感器，这意味着温度也可以由测量装置测量。
[0094]
在本发明的优选实施例中，测量装置可以以能量自给自足的方式运转。关于本发明，测量装置因此可以独立于压片机的电源使用。已经发现，能量自给自足测量装置可在根据旋转原理操作的压片机中特别容易地使用。此外，如果一个传感器电源故障，则仅一个传
感器受到影响，使得所有传感器彼此独立。
[0095]
优选地，测量装置包括作为能量存储装置的电池和/或蓄电池，这使得从本发明的意义上说，测量装置的能量是自给自足的。优选地，电池和/或蓄电池为通信单元提供足够的能量以传输数据。
[0096]
在另一实施例中，电池或蓄电池优选地提供用于运转测量装置的能量。特别地，计算单元、通信单元和传感器同时被供应有足够的能量。优选地，测量装置包括用于充电连接的输出，用于给蓄电池充电。
[0097]
在另一优选实施例中，蓄电池的集成过充电和放电保护被包括在测量装置中以用于测量装置的安全操作。
[0098]
在另一优选实施例中，蓄电池被设计为li离子或li-po蓄电池。此外，测量装置可包括led显示器。
[0099]
在另一优选实施例中，测量装置通过提供感应电流/感应而相对于压片机的电源是能量自给自足的。在优选实施例中，在冲头中存在在磁场中移动的电导体。磁场可以优选地由安装在转台内部和/或外部的线圈产生。该导体的移动引起用于测量装置的运作的电流。
[0100]
在优选实施例中，测量装置包括光伏电池(太阳能电池)，所述电池还对厂房中的人造光进行良好反应。借助于光电效应，光能被转换成电能，并且测量装置可以以根据本发明的能量自给自足的方式运作。所产生的电力优选地直接用于测量操作。
[0101]
在另一优选实施例中，所产生的电力存储在上述蓄电池中。
[0102]
在另一优选实施例中，冲头的测量装置连接到第二冲头的至少一个第二测量装置。在一个优选实施例中，该连接由信号导体形成。在本发明的另一优选实施例中，该连接是经由所述通信单元而无线的。优选地，电力和/或数据可以经由测量装置的连接来传输。进一步优选地，所有测量装置都可以连接到分配单元。
[0103]
在本发明的优选实施例中，冲头的特征在于测量装置集成在冲头主体内。根据本发明，冲头主体优选地由冲头筒、冲头末端和冲头头部限定，由此冲头主体优选地设计为厚壁中空主体或实心主体。集成测量装置的优点在于，冲头的外部几何形状不改变，使得压片机的几何参数不必由于冲头而改变。
[0104]
在另一优选实施例中，测量装置精确地装配到设计为实心主体的冲头中。冲头通过分离制造过程以这样的方式被机加工：即测量装置可以在随后的组装过程中被插入到冲头中。优选地，这里也可以使用连接装置。因此，测量装置可以优选地以材料锁定、力锁定和/或形状锁定的方式插入冲头中。
[0105]
在根据本发明的优选替代方案中，测量装置附接到冲头的厚壁中空主体的内壁。优选地，可以经由横向孔将到测量装置的路径提供给冲头的纵向轴线，以便能够连接信号线或馈出天线。
[0106]
在示例性实施例中，测量装置被插入具有25.4mm的壳直径的冲头或被插入具有19mm的壳直径的冲头中。
[0107]
在优选实施例中，测量装置的计算单元连接到一个或多个数据处理单元和/或压片机的可编程逻辑控制器。
[0108]
在优选实施例中，数据处理单元被提供作为压片机外部的部件，被设计为独立于
压片机的独立装置。
[0109]
在另一优选实施例中，数据处理单元作为内部数据处理单元存在。优选地，内部数据处理单元可以是压片机的部件，并且例如可以集成在压片机的框架中。内部数据处理单元优选地还被设计为压片机的可编程逻辑控制器，并且优选地也被称为机器控制器。
[0110]
在优选实施例中，测量装置可以与一个或多个数据处理单元(例如，外部：pc、智能电话、平板设备；或内部：机器控制系统)进行通信。
[0111]
测量装置与机器控制系统之间的直接通信允许基于测量结果快速调整压片机的操作参数。例如，为了避免当超过预定的力极限时的磨损，机器控制系统可以基于所传输的信息来调整操作参数。
[0112]
然而，测量装置与(外部)数据处理单元(例如pc、平板计算机、智能电话)的通信是特别优选的。因此，数据处理单元还可以被设计为外部部件(例如，平板计算机、智能电话)。优选地，外部部件与测量装置和机器控制系统两者通信。
[0113]
例如，可以首先将测量单元的(预处理的)测量结果传输到pc、平板计算机等或安装在其上的计算机程序形式的数据处理单元。借助于外部部件，可以执行测量结果的更广泛的评估，例如，用于监测和/或记录(logging)压片过程。
[0114]
基于人员的评估和验证，可以例如随后通过向机器控制系统发送对应的控制指令来调整操作参数。
[0115]
然而，在数据处理系统上获取和记录测量装置的数据的可能性已经提供了独立于操作参数的可能调整的许多优点。特别地，记录测量数据可以确保记录(logging)并因此确保生产过程的品质控制。如果超过压紧力的预定公差极限，例如，相应的压紧产品可被标记用于进一步检查。如上所述，测量数据的记录还允许早期磨损检测。基于该信息，可以指示相应部件的维修或更换，或者可以调整维护间隔。
[0116]
本发明还涉及包括上述类型的冲头的压片机。
[0117]
在另一优选实施例中，本发明涉及包括可编程逻辑控制器的压片机，该可编程逻辑控制器包括至少计算单元、通信单元和存储器单元，并且该冲头的测量装置包括通信单元，其特征在于，可编程逻辑控制器的通信单元与该冲头的测量装置的通信单元兼容。根据本发明，可编程逻辑控制器的通信单元可以被设计为传输单元和/或接收单元。将根据本发明的冲头集成到压片机中的优点尤其是可以在操作期间和/或在空闲时监测压片机。
[0118]
从本发明的意义上说，通信单元的兼容性意味着通信单元能够彼此通信。从本发明的意义上说，两个通信单元使用上面已经提及的相同的数据传输方法，使得数据可以被相互发送或传输。
[0119]
在另一优选实施例中，压片机被设计为旋转压片机或偏心压片机。旋转压片机优选地包括上述类型的冲头、转台、模具台、用于接收冲头的冲头引导件、电源和上部压紧辊和下部压紧辊。
[0120]
偏心压片机优选地包括上述类型的冲头、模具和电源。
[0121]
在进一步优选的实施例中，诸如智能电话或平板计算机的数据处理单元包括计算单元、通信单元和存储器单元。根据本发明，数据处理单元的通信单元还用于从(和/或向)测量装置和/或压片机的可编程逻辑控制器的通信单元接收数据(和/或发送数据)。通信单元可以通过线缆接收/发送数据，但是特别是发生数据的无线传输。
[0122]
在优选实施例中，数据处理单元和/或压片机的可编程逻辑控制器的通信单元优选地将用于控制测量装置的数据发送到测量装置的通信单元。
[0123]
例如，数据处理单元和/或压片机的可编程逻辑控制器的通信单元可以向测量装置发送控制参数以执行测量。控制参数可以例如涉及测量的类型或有源传感器的选择(在多个传感器的情况下)。而且，可以定义测量的时机、优选传输模式或者甚至用于原始数据的准备或预评估的指令。
[0124]
在优选实施例中，测量装置的通信单元向(外部)数据处理单元和/或压片机的可编程逻辑控制器的通信单元发送数据(优选已处理的(准备好的)测量数据)。
[0125]
由测量装置传输的数据优选地存储在数据处理单元和/或压片机的可编程逻辑控制器的存储器单元上。从本发明的意义上说，数据处理单元和/或压片机的可编程逻辑控制器的存储器单元优选地用于保存或存储数据。根据本发明，优选地，将所记录的传感器的测量数据保存在存储器单元中。这涉及经由测量装置直接获得的数据和数据处理单元和/或压片机自身的可编程逻辑控制器的分析结果。优选地，软件程序以及除了别的以外，命令序列、数学和统计模型也被存储在存储器单元上，其可以如所描述的那样被提供用于控制测量装置和/或用于访问(读出)测量装置的数据。存储器单元优选地是电子数据载体。
[0126]
数据处理单元和/或压片机的可编程逻辑控制器的计算单元优选地包括处理器单元。处理器单元因此优选地包括图形处理器(gpu)和/或中央处理单元(cpu)。
[0127]
在本发明的另一优选实施例中，至少一个测量装置被附接到压片机的至少一个任意元件。优选地，任意的元件是指旋转压片机的冲头、转台、模具板、用于接收冲头的冲头引导件、电源以及上压紧辊和下压紧辊。
[0128]
在另一优选实施例中，本发明涉及一种系统，该系统包括上述类型的数据处理单元和压片机，其中冲头的测量装置包括通信单元，并且该压片机包括可编程逻辑控制器，其特征在于该数据处理单元和/或该压片机的可编程逻辑控制器适于
[0129]-接收和进一步处理来自测量装置的测量值，优选已处理的(准备好的)原始数据，和/或
[0130]-向测量装置传输控制命令。
[0131]
这种系统有利地适用于监测压片过程，因为可以在具有增加的存储空间和计算能力的测量装置外部的设备上处理(可视化和/或分析)测量数据，而测量装置可以保持非常小巧并且仅需要包括几个部件。这需要这样的情况：其中数据的评估可以优选地在线(直接)发生，而不需要手动地移除或读出测量装置。此外，测量装置有利地将测量值直接记录在冲头处，使得能够做出关于压紧工序的特别精确和详细的说明。此外，测量装置可经由外部装置(数据处理单元或压片机的可编程逻辑控制器)从用户(或自动)接收控制命令，使得可从远程位置设定某些参数(例如，采样速率)。
[0132]
在另一优选实施例中，本发明涉及一种用于使用上述类型的冲头来监测压片机的方法，其中所述冲头的测量装置包括传感器、计算单元、通信单元和存储器单元，并且所述压片机包括具有通信单元的可编程逻辑控制器，其特征在于
[0133]-测量装置的传感器记录物理和/或化学性质；
[0134]-由测量装置的计算单元处理(准备)被记录为原始数据的测量值；
[0135]-已处理的(准备好的)测量值经由测量装置的通信单元被发送到压片机的可编程
逻辑控制器和/或数据处理单元，和/或已处理的(准备好的)测量值被保存在测量装置的存储器单元上。
[0136]
根据本发明的方法的优点是可以在操作期间和/或在空闲时监测和分析压片机的状况。
[0137]
在另一优选实施例中，对压片机的监测优选地是技术监测。一方面，这种监测被设计为预防故障并且使得能够及时地测量或修理。另一方面，技术进一步发展和防止环境破坏是实际可能的。
[0138]
在优选实施例中，该方法的特征在于测量装置的传感器对于特别是冲头和/或其环境的力、温度或加速度和/或转台的速度进行记录。
[0139]
在另一优选实施例中，所记录的测量值被保存在数据处理单元的存储器单元中和/或可编程逻辑控制器的存储器单元中和/或测量装置的存储器单元中。
[0140]
在另一优选实施例中，该方法的特征在于，压片机的可编程逻辑控制器和/或数据处理单元(优选平板计算机和/或智能电话)可以优选地借助于安装在这些设备上的计算机程序产品(应用/app)向测量装置传输控制命令。
[0141]
在本发明的另一优选实施例中，优选地通过算法分析所保存的测量数据。
[0142]
在本发明的优选实施例中，测量装置的存储器单元可拆卸地固定，使得机器的用户可以手动地将待评估的数据连接到压片机的可编程逻辑控制器和/或数据处理单元。
[0143]
在本发明的另一个优选实施例中，数据处理单元和/或可编程逻辑控制器的计算单元直接访问存储在数据处理单元的存储器单元中和/或可编程逻辑控制器的存储器单元中的测量数据，并执行用于分析也存储在存储器单元中的测量数据的算法。
[0144]
通过借助算法来分析测量数据，可以在极早期阶段检测出压片机的冲头和/或其它部件的错误、磨损和故障。
[0145]
在本发明的另一优选实施例中，该方法的特征在于，通过机器学习算法分析所记录的测量装置的测量值。
[0146]
在另一优选实施例中，外部参数和/或来自冲头的测量值被结合到用于监测压片机的方法的分析中。这些可以通过独立于根据本发明的测量装置的测量装置来确定。例如，在旋转压片机的情况下，所记录的压紧辊(例如，压紧力)、转台(例如，旋转)、模具台的测量数据或在简单情况下，压片机的环境温度，也可以保存在压片机的数据处理单元的存储器单元中，并且随后通过以下算法来分析。大量不同的记录数据允许存在很少错误的全面分析。
[0147]
在另一优选实施例中，该方法的特征在于所记录的测量装置的测量值通过算法(优选机器学习算法)与外部记录的和/或提供的测量值结合进行分析。
[0148]
从本发明的意义上说，机器学习算法是人工智能的子区域。机器学习使用数学和统计模型来从数据集“学习”。通常，机器学习算法具有以下优点：对于人类观察者而言太复杂的信息可以从大型数据集中自动提取。存在可以大体分类成三种不同学习方法的各种机器学习算法：监督式学习、无监督式学习和强化学习。
[0149]
在优选实施例中，监督式学习用于分析或处理所存储的测量数据。在监督式学习方法中，首先执行所谓的训练过程。这里，训练数据与对应的目标数据一起以输入数据的形式被提供。训练的目的通常在机器学习方法中以调整函数的参数，使得函数随后能够从对
应的输入值高精度地确定目标值。然后在训练过程之后使用经调整的函数来预测先前看不见的输入数据的目标数据。该函数由数学和/或统计模型来描述。
[0150]
在优选实施例中，该函数由支持向量机、贝叶斯(bayesian)网络和/或决策树来设计。特别优选地，该函数由人工神经网络描述。根据本发明，人工神经网络可以具有不同的架构。
[0151]
从本发明的意义上说，输入数据优选地由机器参数、环境参数和/或测量装置的测量数据定义。机器参数优选地是转台的旋转速度、部件的各种材料性质和/或关键数值、运行时间或操作时间、机器的寿命、冲头或其他部件的数量等。环境参数优选地为环境温度、湿度等。
[0152]
优选地，来自配备有用于测量不同物理和/或化学性质的不同传感器的不同测量装置的测量数据用作输入数据。
[0153]
根据本发明，目标数据优选地适于显示损坏的发生、部件的故障或压制过程的故障执行的概率。
[0154]
在另一优选实施例中，无监督式学习方法用于分析或处理所存储的测量数据。在无监督式学习中，算法尝试检测从非结构化背景噪声偏离的输入数据中的模式。训练过程中的函数仅在输入数据的相似性上取向，并且相应地调整其参数，使得没有输出数据用于训练过程。
[0155]
在优选实施例中，无监督式学习方法用于分割或聚类输入数据，或者优选地，压缩输入数据。
[0156]
在优选实施例中，无监督式学习算法优选地包括主成分分析(pca)和/或k均值(k-means)算法和/或至少一个神经网络。
[0157]
如已经描述的，在上述两种方法中，在第一步骤中执行所谓的训练过程以确定上述机器学习功能的最佳参数。基于经适配的函数，在训练先前未知的输入数据之后做出各种说明。
[0158]
在另一优选实施例中，强化学习方法用于分析或处理所存储的测量数据。另一方面，在强化学习方法中，即使在已经调整了函数的参数之后，也连续进行训练过程。经由“试验和错误”，使用先前未知的输入数据的适配函数来观察和评估不同说明的影响。响应于这些说明，算法接收以奖励或惩罚的形式抽象地被表示的反馈。于是，算法基于其参数来进一步优化函数。因此，算法连续地调整或修改机器学习过程的函数。优选地，强化学习可以使用q学习(q-learning)方法和/或上述神经网络和/或其他神经网络以及本领域技术人员已知的其他算法。
再多了解一些
本文用于企业家、创业者技术爱好者查询，结果仅供参考。
