CN103282783B - 带有用于测量物体速度的测量设备的标记或扫描装置,以及使用该标记或扫描装置测量物体速度的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于标记和/或扫描物体的装置，包括具有多个标记和/或扫描设备（40）的接收空间（24）的标记和/或扫描头部（20），用于移动物体的驱动机械装置，用于测量物体速度的测量设备，包括具有传输光纤（56）的用于传输光至物体的发射机，具有用于接收从物体反射来的光并形成光信号的第一接收光纤和第二接收光纤（57、58），用于确定光信号间时移并提供物体速度的处理装置，所有的光纤都设置在普通的第一光纤（52）内，标记和/或扫描设备包括第二套圈，第一套圈和第二套圈具有对应的连接器部分，并与扫描头部的接收空间可变连接，速度测量设备设置在其中一个接受空间上。本发明进一步涉及一种使用标记和/或扫描装置测量物体速度的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种如权利要求1所述的用于测量物体速度的测量设备。本发明进一步涉及一种如权利要求12所述的测量物体速度的方法。
背景技术
本领域中用于测量物体速度的测量设备是众所周知的。许多应用中，用于驱动物体的驱动轴的旋转速度被测量并且被确定的值被转化为物体的速度。该测量想法的缺点在于精确度受限，例如如果物体位于传送带上，传送带和驱动轴间或物体和传送带间存在滑动。
测量想法的另一实例在于基于物体需要覆盖一定的距离的时间并使用光电探测器或光敏器件来确定物体的速度。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于测量物体速度的测量设备，其中测量设备测量精度高，并且尤其适用于精确测量在标记或扫描装置中待标记或待扫描物体的速度。本发明进一步的目的在于提供一种高精度测量物体速度的方法，尤其为高精度测量标记或扫描装置中待标记或待扫描物体的速度。
该目的可根据具有本发明权利要求1中测量物体速度的测量设备达到，也可根据具有本发明权利要求12中测量物体速度的方法达到。
本发明测量设备包括发射机，发射机具有用于传输光至物体的传输光纤；接收器，接收器包括第一接收光纤和第二接收光纤，用于接收从物体反射的光，其中第一接收光纤接收的反射光形成了第一光信号，第二接收光纤接收的反射光形成了第二光信号；传感器和信号处理器，用于检测第一和第二光信号，用于确定第一光信号和第二光信号之间的时移，并转化该确定的时移至物体的速度值。该传输光纤、第一接收光纤和第二接收光纤均设置在共同的套圈内。
本发明方法中光通过传输光纤传输至物体，至少部分光被物体反射或散射并被第一接收光纤和第二接收光纤接收，其中被第一接收光纤接收的反射光形成了第一光信号，被第二接收光纤接收的反射光形成了第二光信号，传输光纤、第一接收光纤和第二接收光纤设置在共同套圈内；第一光信号和第二光信号被检测；并且第一光信号和第二光信号之间的时移被确定，并被转化为物体的速度值。
本发明基本想法之一在于提供一种具有多个设置在称为套圈的共同外壳内的光纤的速度测量设备。尤其地，光纤端设置在套圈内。套圈适用于紧密持有设置在其中的光纤端，也就是说，适用于紧密包覆至少一个传输光纤和至少两根接收光纤的尾端。
测量设备是基于使用光敏单元诸如设置在传感器和信号处理器装置内的光探测器或光敏元件来确定物理的速度的想法。光探测器和光敏元件可以是光敏二极管，光电晶体管或是光敏电阻。
光通过传输光纤传输到物体的表面，被物体表面反射或散射并被接收光纤接收。在相对于物体表面的传输光纤的尾端，照明单元例如发光二极管（LED）设置为发射光信号。由照明单元发出的并且通过传输光纤传输的光可以是可视光，红外光或是任何种类的电磁辐射。光可被一个或多个传感器元件例如设置在相对于物体表面的接收光纤的尾端的光电二极管检测到。
由于物体的移动，在被第一接收光纤的光和第二接收光纤接收的光之间存在时移。
在本发明一优选实施例中，传感及信号处理装置包括与第一接收光纤和第二接收光纤连接的至少一个传感器元件，传感器元件被配置为根据物体表面的粗糙度和/或结构检测变化的光功率级，传感及信号处理装置被配置为将变化的光功率级的相移转化为物体的速度值。
根据本发明实施例，物体表面固有的粗糙程度或结构导致变化的光功率级，变化的光功率级可被传感器元件检测到。变化的光功率级尤其可在第一和第二接收光纤的尾端检测到。如果物体沿着前进方向移动，前进方向也可称为物体的运动方向，那在由第一接收光纤和第二接收光纤接收的变化的光功率级之间存在时移或相移。该时移或相移可转化为物体的移动速度。
由于物体固有的粗糙程度和/或结构用于确定光信号间时移，物体可以是单色物体，例如一张纸或是一个由诸如瓶盖的由塑料制成的物体。物体可具有平坦表面，物体表面采用显微粗糙度或具有表面为压型，例如是塑料瓶盖的压型表面。使用传感器元件并配置为检测光功率或光强度中相对较小的变化后，尤其地并非必要地在物体上设置特殊速度测量标记。物体粗糙程度和结构可基于光功率级检测的时移或相移充分地确定物体的速度。
优选地，为了精确测量，一光学单元，尤其为至少一个光学透镜，设置在光纤端的前部，尤其在光纤端和物体之间。光学单元尤其配置为对由传输光纤发出的光及物体反射的光进行聚焦。
一优选实施例中，套圈具有主体，该主体具有大致上圆柱形的外部形状，且具有能在预定角位置被插入至标记和/或扫描装置的接收孔的压环。
为了建立定义角位置，套圈尤其为可上锁的，这样套圈可设置在于定义位置内具有对应锁头的接收孔内。因此优选地套圈具有锁体，用于在预定角位置被插入至标记和/或扫描装置的接收孔中。尤其优选地，套圈具有锁部，诸如沿套圈纵向延伸的槽或喙。
另一优选实施例中套圈具有横截面为多边形的主体，用于在预定角位置被插入至标记和/或扫描装置的接收孔中。多边形横截面尤其为三角形或矩形。接收空间则根据套圈的横截面具有相对应的横截面。
此外，优选地套圈具有模塑主体。模塑的技术为一种具有优势的加工技术，用以提供具有精确预定尺寸的高性能主体。
更优选实施例中，本发明涉及一种标记和/或扫描装置，用于标记和/或扫描物体。一种已知的用于标记和/或扫描物体的标记和/或扫描装置包括标记和/或扫描头部，标记和/或扫描头部具有多个用于单独标记和/或扫描设备的接收空间及具有用于在标记操作中提供物体相对于标记头部在前进方向上的相对位移的驱动机械装置。
该类型的标记和/或扫描装置中，物体通常放置在传送带上，传送带由驱动轴驱动。现有技术中物体的速度基于驱动轴的转速来测量。根据前文所解释的，该测量想法的缺点在于驱动轴和传送带间的滑动对测量结果的精确度产生不利的影响。
根据本发明，标记和/或扫描装置的特征在于本文中定义的测量设备设置在标记和/或扫描头部上至少一个接收空间内，用于测量物体在前进方向上的速度。
该实施例的基本想法在于为测量设备提供了集合标记和/或扫描的装置。
由于测量设备集合在标记和/或扫描头部内，可得到非常高精度的速度测量结果。尤其地，本发明标记和/或扫描装置相对于设置在标记和/或扫描头部内的标记和/或扫描设备可以提供待标记物体或待扫描物体的非常精确的速度确定值。
优选地，标记和/或扫描设备包括形状为套圈的多个标记和/或扫描设备。包括套圈的标记和/或扫描设备及同样包括套圈的测量设备的结合提供了非常灵活的标记和/或扫描装置。
标记和/或扫描设备尤其包括套圈，且一个和多个光纤端与套圈耦合。如标记设备中，光纤可与照明单元耦合，例如通过激光束标记和/或雕刻物体的激光。而扫描设备中，光纤可与传感器元件耦合，用于检测通过光纤接收的光。
测量设备套圈的形状优选地对应至少一个标记和/或扫描设备的套圈，这样测量设备及标记和/或扫描设备可以互换。
一优选实施例中标记和/或扫描设备的套圈及测量设备的套圈具有对应的连接器部分，用于与标记和/或扫描头部的接收空间连接或接合。也就是说，标记和/或扫描设备的套圈及测量设备的套圈具有相同的或对应的连接器部分，这样根据本发明标记和/或扫描头部的接收空间可选择地配有标记和/或扫描设备或是测量设备。
一优选实施例中标记和/或扫描头部的接收空间为形成在接收板中的接收孔。接收孔尤其可以是贯通孔。标记和/或扫描设备的套圈及测量设备的套圈可插入接收孔，因此即与接收板耦合。
一优选实施例中接收空间被设置在具有多个横向延伸至前进的二维内，其中标记和/或扫描设备设置在至少一个第一行上，并且测量设备设置在第二行上。多个行允许至少一行专用于标记和/或扫描设备，从而标记和/或扫描设备横向方向上的完整宽度可用于标记和/或扫描物体。除了标记和/或扫描设备行外，标记和/或扫描头部提供了至少一个额外行，用于设置测量设备。
另一标记和/或扫描装置的优选实施例中，接收空间的阵列相对于前进方向倾斜，其中连续行的接收空间相对于先前行的接收空间在垂直于前进方向的方向上偏移。随着这样一个阵列的倾斜或倾向位置，可增加标记和/或扫描装置的分辨率。
尤其优选地，接收空间的阵列包括多个行和多个列，其中设有接收空间，其中横行和纵列互相垂直延伸。这样的阵列也可称为接收空间的矩形图案。一优选实施例中，阵列轻微倾斜，从而连续行的接收空间相对于先前行的接收空间偏移。该偏移量优选地小于一行间接收空间的间距，其中间距定义为一行上两邻接或相邻的接收空间的距离。
标记和/或扫描装置一优选实施例中，标记和/或扫描头部可绕垂直于前进方向的轴上旋转，尤其地为垂直于待标记和/或待扫描的物体的表面。这一情况下，优选地设有测量装置，用于确定标记和/或扫描头部的倾斜角，且传感及信号处理装置内还设有测量装置的输出值。传感及信号处理装置基于光信号和标记和/或扫描头部的倾斜角间的时移，可确定物体相对于倾斜的标记和/或扫描头部的速度。
为了提供第一光信号和第二光信号间的时移，优选地第一接收光纤和第二接收光纤沿着前进方向设置。换句话说，第一接收光纤和第二接收光纤应该相对于前进方向设置，这样在前进方向上产生第一接收光纤和第二接收光纤的中心点的预定距离。
通常，第一接收光纤和第二接收光纤可相对于前进方向偏移。然而优选地，第一接收光纤及第二接收光纤与前进方向对齐。
传输光纤优选地设置在第一接收光纤和第二接收光纤间。传输光纤在前进方向可与至少一个接收光纤对齐。可选地传输光纤相对于第一接收光纤和/或第二接收光纤在垂直于前进方向的方向上偏移。尤其优选地传输光纤设置在第一接收光纤和第二接收光纤间的中心，也就是说，第一接收光纤到传输光纤的距离等于第二接收光纤到传输光纤的距离。一尤其优选的实施例中，传输光纤和第一接收光纤及第二接收光纤被设置在三角形的三个角上。
本发明另一优选实施例中示出了一种用于标记和/或扫描物体的方法，尤其使用本文中描述的标记和/或扫描装置，其中物体被多个或单个设置在普通标记和/或扫描头部的标记和/或扫描设备标记和/或扫描，且物体在标记操作和/或扫描操作中相对于标记和/或扫描头部前进方向移动。其中物体在前进方向的速度使用本文所描述的方法测量。
根据本发明实施例，物体被设置在标记和/或扫描头部内的标记和/或扫描设备标记和/或扫描，其中物体的速度通过设置在同一标记和/或扫描头部内的测量设备确定，且这些组件间不存在相对位移。本方法因此提供了对待标记或扫描的物体非常精确的确定值。
附图说明
以下附图将对本发明进一步描述，其中:
图1示出了本发明测量设备的透视图；
图2示出了物体检测器的透视图；
图3示出了标记和/或扫描头部的接收板，其配有多个标记设备，多个扫描设备及一测量设备；
图4示出了标记和/或扫描装置；
图5示出了标记和/或扫描头部的透视图及；
图6示出了标记和/或扫描头部的接收空间阵列。
所有附图中，同一的附图标记指定同一的组件。
具体实施方式
图4示出了标记和/或扫描装置10的想法结构。标记和/或扫描装置10包括具有多个标记和/或扫描设备40的标记和/或扫描头部20。装置10进一步包括控制驱动单元12，用于控制标记和/或扫描设备40。控制驱动单元12与标记和/或扫描头部20通过脐带14连接。脐带14中可设有多个光纤。
标记和/或扫描设备可以是用于打印物体的打印设备。打印设备可包括喷墨喷嘴，激光打印设备或是使用激光束指向物体来应用打印的激光雕刻设备。标记和/或扫描装置10可尤其为矩阵或像素打印机或是矩阵或像素扫描仪。
图5示出了标记和/或扫描头部20的普通实施例，尤其为打印头部和/或传感头部。标记和/或扫描头部20包括壳体21，在示出的实施例中壳体的外部形状为圆柱形。
标记和/或扫描头部20包括多个设置在常规矩形图案中的接收空间24以形成二维阵列22。接收空间24可配有单个标记和/或扫描设备40。
图6示出了接收空间24的一个空阵列22。接收空间24设置在互相垂直延伸的行30及列32上。接收空间24的阵列22具有矩形外部形状。
标记和/或扫描头部20包括具有多个形成接收空间24的接收孔26的接收板28。接收板28可以是金属板，尤其为钢板。每一接收孔26的横截面为实心圆，尤其可以是贯通孔。
已示出的实施例中，接收板28包括设置在常规正方形阵列的接收空间24的阵列22。示出的阵列22包括32乘32的接收空间24.除了接收空间24的阵列22外，还设有多个备用接收空间25，用于供给备用标记和/或扫描设备。备用空间25也形成为接收板28内的接收孔。
图1示意性地示出了出了本发明测量设备50的实施例。测量设备50包括具有实心圆柱形的主体53的套圈52。套圈52可以是包括金属、陶瓷、塑料材料或是玻璃。尤其优选地套圈52包括钢或氧化锆。
套圈52的主体53包括连接部分或是连接器部分59，用于与标记和/或扫描头部20的接收空间24啮合。连接器部分59具有大体上圆柱形形状，用于与设置在标记和/或扫描头部20的接收板内的接收孔26啮合。
套圈52的主体53进一步包括与套圈具有邻接表面55的套管54，用于连接接收板28的平坦表面。
测量设备50包括三根光纤。其中一根为传输光纤56，用于传输光至物体。光可以是任何种类的电磁辐射，例如可视光或红外光。另两根光纤为接收光纤57、58，用于接收传输光纤56和物体反射而传输来的光。
传输光纤56和接收光纤57、58沿着套圈52的纵向轴设置。套圈的横截面内，传输光纤56及接收光纤57、58相互对称地设置在三角形的角上。
传输光纤56与照明单元，例如通过传输光纤56传输光至物体表面的发光二极管连接。第一接收光纤57和第二接收光纤58与传感及信号处理装置70连接，用于检测由接收光纤57、58接收的光信号并将光信号之间的时移转变为物体在前进方向16上移动时的速度值。传感及信号处理装置70可尤其包括一个或多个传感器元件，例如用于检测光信号的光敏二极管。
图2描述了检测器设备80。检测器设备80根本上与测量设备50具有相同的结构，除了相比于测量设备50具有至少三根光纤，检测器设备只有两根光纤。尤其地，两根光纤之一为传输光纤56，另一根为接收光纤57。检测器设备80可用于检测待标记和/或待扫描物体的存在。因此，光可以从传输光纤56发出。如果物体存在，至少部分光将被物体发射并被接收光纤57接收。接收光纤57接收的光可被传感器元件检测到，传感器元件可以是与接收光纤57耦合的光敏二极管。检测器设备80可用于确认测量设备50的运作。
图3示出了标记和/或扫描头部20的接收板28，其中接收空间24部分填充有标记和/或扫描设备40。尤其地，标记和/或扫描设备包括多个标记设备42、43、44和多个扫描设备46、47。标记设备42、43、44可以是不同种类的。例如，标记设备42可以是喷墨喷嘴，标记设备43可以是二氧化碳激光套圈，标记设备44可以是激光二极管套圈。
扫描设备44，例如传感器套圈，设置在物体前进方向16上的标记设备42的下游。前进方向16也可称为产品或物体的移动方向。具有扫描设备44后，标记设备42施加的标记可被确认。
除了标记设备42和扫描设备44外，测量设备50设置在接收空间24中的一个。具有测量设备50后，待标记和/或待扫描的物体的速度可被精确地测量。
另外，标记头部20包括检测器设备80，如图4所示，用于检测待标记和/或待扫描的物体的存在。
接收空间的阵列22可以是相对于前进方向16倾斜或倾向于前进方向，这样前述横行30a的接收空间24相对于连续横行30b的接收空间在前进方向16横向上偏移。倾斜或旋转阵列22可增加标记和/或扫描头部20执行的标记和/或扫描的分辨率。
Claims (14)
1.一种用于标记和/或扫描物体的标记和/或扫描装置，包括：
-标记和/或扫描头部(20)，具有用于单独标记和/或扫描设备(40)的多个接收空间(24)，以及
-驱动机械装置，用于在标记和/或扫描操作中，提供物体在前进方向(16)上相对于标记和/或扫描头部(20)的相对移动，
其特征在于：
测量设备(50)被提供，用于测量物体速度，测量设备(50)包括：
-发射机，具有用于传输光至物体的传输光纤(56)，
-接收机，具有用于接收从物体反射的光的第一接收光纤(57)和第二接收光纤(58)，其中由第一接收光纤(57)接收的反射光形成为第一光信号，由第二接收光纤(58)接收的反射光形成为第二光信号，
-传感及信号处理装置(70)，用于检测第一光信号和第二光信号，用于确定第一光信号和第二光信号之间的时移，及将确定的时移转化为物体的速度值，
传输光纤(56)，第一接收光纤(57)和第二接收光纤(58)被设置在共同第一套圈(52)内，
标记和/或扫描设备(40)包括第二套圈，
第一套圈和第二套圈具有对应的连接器部分，并且与标记和/或扫描头部(20)的接收空间(24)可变地连接，
测量设备(50)设置在标记和/或扫描头部(20)的至少一个接收空间(24)，用于测量物体在前进方向(16)上的速度。
2.如权利要求1所述的标记和/或扫描装置，其特征在于：
标记和/或扫描头部(20)的接收空间(24)为形成在接收板(28)中的接收孔(26)。
3.如权利要求1或2所述的标记和/或扫描装置，其特征在于：
接收空间(24)被设置在具有多个横向延伸至前进方向(16)的行(30)的二维阵列(22)内，其中标记和/或扫描设备(40)设置在至少一个第一行(30a)上，并且测量设备(50)设置在第二行(30b)上。
4.如权利要求1所述的标记和/或扫描装置，其特征在于：第一接收光纤(57)和第二接收光纤(58)沿前进方向(16)设置。
5.如权利要求1所述的标记和/或扫描装置，其特征在于：传输光纤(56)设置在第一接收光纤(57)和第二接收光纤(58)间。
6.如权利要求1所述的标记和/或扫描装置，其特征在于：传感及信号处理装置(70)包括与第一接收光纤(57)和第二接收光纤(58)连接的至少一个传感器元件，传感器元件被配置为根据物体表面的粗糙度和/或结构检测变化的光功率级，
传感及信号处理装置(70)被配置为将变化的光功率级的相移转化为物体的速度值。
7.如权利要求1所述的标记和/或扫描装置，其特征在于：第一套圈(52)具有主体(53)，该主体具有大致上圆柱形的外部形状，且具有能在预定角位置被插入至标记和/或扫描装置(10)的接收孔(26)的压环。
8.如权利要求1所述的标记和/或扫描装置，其特征在于：第一套圈(52)具有上锁的主体(53)，用于在预定角位置被插入至标记和/或扫描装置(10)的接收孔(26)中。
9.如权利要求1所述的标记和/或扫描装置，其特征在于：第一套圈(52)具有横截面为多边形的主体(53)，用于在预定角位置被插入至标记和/或扫描装置(10)的接收孔(26)中。
10.如权利要求1所述的标记和/或扫描装置，其特征在于：第一套圈(52)具有模塑主体(53)。
11.如权利要求1所述的标记和/或扫描装置，其特征在于：传输光纤(56)和第一及第二接收光纤(57、58)被设置在三角形的角上。
12.如权利要求1所述的标记和/或扫描装置，其特征在于：标记和/或扫描头部(20)可绕垂直于前进方向(16)的轴上旋转，
测量设备配置为确定标记和/或扫描头部(20)的倾斜角，以及
测量设备的输出值被提供在传感及信号处理装置(70)上。
13.一种使用如权利要求1至12任一项所述的标记和/或扫描装置来测量物体速度的方法，其中
-光通过传输光纤(56)传输至物体；
-至少部分光被物体反射或散射并被第一接收光纤(57)和第二接收光纤(58)接收，其中被第一接收光纤(57)接收的反射光形成了第一光信号，被第二接收光纤(58)接收的反射光形成了第二光信号，传输光纤(56)、第一接收光纤(57)和第二接收光纤(58)设置在共同第一套圈(52)内；
-第一光信号和第二光信号被检测；并且
-第一光信号和第二光信号之间的时移被确定，并被转化为物体的速度值。
14.使用如权利要求1至12任一项所述的标记和/或扫描装置(10)来测量物体速度的方法，其中
物体被多个设置在共同标记和/或扫描头部(20)内的单独标记和/或扫描设备(40)标记和/或扫描，
在标记和/或扫描操作中，物体相对于标记和/或扫描头部(20)在前进方向(16)上移动，其特征在于：
使用如权利要求13所述的方法测量物体在前进方向(16)上的速度。
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