CN103886876B - 用于自动寻址和识别用于传送物体的模块化系统中的空间临近关系的方法和装置 - Google Patents

用于自动寻址和识别用于传送物体的模块化系统中的空间临近关系的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于识别模块化系统中的空间临近关系的方法和装置，所述模块化系统包括模块组件(M1，...Mn)，其中每个模块组件(M)包括至少一个发射器(S)和至少一个接收器(R)，所述至少一个发射器(S)和所述至少一个接收器(R)被布置为在所述模块组件正确对齐的情况下第一模块组件(M)的发射器(S)与第二模块组件(M)的接收器(R)对应，其中所述模块组件(M)通过网络连接彼此连接，所述方法包括以下步骤：经由所述通信网络通过每个模块组件自动请求和分配网络地址，以便能够通过所述网络寻址所述模块组件；通过经由所述通信网络触发和评估所述发射器(S)和所述接收器(R)而确定所述空间临近关系。

Description

用于自动寻址和识别用于传送物体的模块化系统中的空间临 近关系的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于自动寻址和识别用于将物体传送至模块边界之外的模块化系统中的空间临近关系的方法和装置。
背景技术
用于将物体传送至模块边界之外的模块化系统尤其在涉及传送物体(例如印刷品、纸和包装加工机器、数据载体的可堆叠装置)的生产线，以及用于生产、分离和清洁半导体的生产线和许多其他领域中找到。这样的系统通常被机械连接以确保模块相对于彼此对齐，此外被逻辑寻址以能够产生唯一的分配，为了产生各个模块彼此的有序通信这是尤其必要的。例如，使用编码的插头或开关、电路或专用寻址协议用于逻辑寻址。通常，将逻辑布置与物理布置相匹配是必要的，以便能够确保清楚的系统分配。
从US6,930,854B2中已知可堆叠的磁带存储库，该可堆叠的磁带存储库将模块彼此牢固地机械连接。模块的逻辑分配和寻址通过算法执行，其中首先通过串行点对点数据连接(RS232)确定系统中用户的数量，由此基于基本单元的起始点将传输器从一个单元移动至下一个单元，其中传感器监控到达参考点，并相应地指派逻辑模块地址。
US6,269,411B1描述了一种可堆叠的磁带存储库，该可堆叠的磁带存储库通过串行协议和用于唯一的地址指派的电路实施自动地址指派，其中可以省去机械连接，但是每个模块与各自的直接后继块的电连接是必不可少的。
US6,269,411B1描述了一种用于在独立的电路的帮助下自动寻址的系统，该系统按降序编号对应于布置的用于存储数据载体的相继的可堆叠装置。然而，为了这个目的，不使用用于其它目的的通信信道；代替地，单元之间的另一电连接是必不可少的，该另一电连接将每个模块与各自的直接后继块连接且引起增加的部件需求和安装费用。此外，在这种情况下，根本没有将模块相对于彼此对齐的可能性。电路不识别模块是否已经从系统中取出，也不识别该模块是否仅仅稍微偏离它的方位，因此这意味着通过模块驱动的传输器面对不可逾越的障碍。
用于将物体传送至模块边界之外的模块化系统的机械连接总是引起增加的安装费用。提出的发明可以省去具有机械性质的物理连接以及电连接，因为数据信道还可以通过无线连接建立且光学发射器／接收器系统恰好适合于该无机械连接的方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种模块化系统，该模块化系统被设计为实施物体至模块边界之外的传送，该模块化系统的模块组成可以变化，用于识别系统的所有模块的便宜但是可靠的方案，澄清空间临近关系，确保模块相对于彼此的正确对齐，在不是必然要求模块的机械连接的情况下提供通信信道，由此将安装费用保持为低的。另外，应当能够确定在操作过程中各个模块是否已经从系统布置中取出或者是否在暂时缺席之后已经回到系统布置。
该目的通过具有独立权利要求的特征的发明实现。有利的实施例在从属权利要求中公开。
特别地，本发明涉及一种用于识别模块化系统中的空间临近关系的方法，所述模块化系统包括模块组件，其中每个模块组件具有至少一个发射器和至少一个接收器，所述至少一个发射器和所述至少一个接收器被布置为在所述模块组件正确对齐的情况下第一模块组件的发射器与第二模块组件的接收器对应。在这方面，除了发射器和接收器之外，每个模块组件还包括网络连接，以通过网络建立模块组件之间的通信连接。通过该网络，可以建立通信，使用该通信可以控制和读出发射器和接收器。因此，基于这三个部件，即发射器、接收器和网络连接，可以实现通信的识别。在一个优选的实施例中，还可以检查分配的准确度，其中与最佳对齐的偏离导致信号和／或接收器中的对应的响应。因此，基本上需要发射器和接收器，以便建立模块组件的对齐。在该优选的实施例中，发射器和接收器被模块组件中的控制单元触发。控制单元还包括网络连接，通过该网络连接，通信网络实施与另外的模块组件的信息交换。通过该网络连接，模块组件接收请求和命令，且传送回对应的回复。此外，模块组件通过通信网络彼此连接。在该优选的实施例中，存在主模块组件，该主模块组件可以例如通过对应的开关预先打开，或者基于配置变化区分该主模块组件和其他模块组件，其他组件响应于主模块组件的命令。在一个优选的实施例中，还可以存在冗余的主组件或布置在模块组件之外的单元，以便限定和控制空间布置。
所述方法包括以下步骤：
-经由所述通信网络通过每个模块组件自动请求和分配网络地址，以便能够通过所述网络寻址所述模块组件。该步骤通常在启动时(当模块组件的初始化或打开时)执行。
由于请求例如通过DHCP传送的通信地址，模块组件还注册在DHCP处，由此是已知的且还可以在网络中被寻址。然而，通过该地址不知道模块组件在阵列中的位置，而是仅仅知道模块组件在网络中的存在。
-通过经由所述通信网络触发和评估所述发射器和所述接收器而确定所述空间临近关系。
在该步骤中，网络的所有模块组件的发射器和接收器的触发通过通信网络执行，且在该步骤中以准确指示模块组件在空间上的位置的形式确定该地址。通常，这通过按时间顺序打开和询问不同发射器和接收器而执行，其中已经定位的模块组件相继关闭，以询问剩余的模块组件且确定它们的位置。以这种方式，在每个交互步骤中模块组件的数量被减小，以便结束时仍然留下一个模块组件，该模块组件的位置是逻辑上最后的。在以下描述中给出另外的细节。
在一个可能的实施例中，模块组件还布置为彼此间隔开。换言之，不需要直接接触。然而，该布置还取决于发射器和接收器的类型。在接收器为光学发射器／接收器系统的光学系统中，可以指定足够的间隙。另一方面，如果使用机械系统，则这仅仅是有限可能的。
在可选的布置中，模块组件可以空间上彼此邻接且具有接触表面。
通信网络可以为下列中的一种或多种：
-无线连接，特别是WLAN连接、Bluetooth、Zigbee、NFC或IR连接，或者有线连接，特别是以太网、串行连接、CAN等。
在一个优选的实施例中，网络为IP(TCP／IP)网络，以及对应的服务和通信形式。
在一个优选的实施方式中，此外，在操作过程中且在初始化之后，还打开发射器和接收器，如果发生状态变化，通过所述通信网络传送通知，以便能够识别操作过程中模块组件的移除和／或插入。由此，可以确保在操作过程中没有模块的移除未被注意到。这对于控制物体从一个模块到下一个模块的传送是特别重要的，以便能够预先确定传送究竟是否发生，而不损害物体或导致错误。
在一个优选的实施例中，模块组件包括控制单元，控制单元还可以被称为主机，控制单元能够访问DHCP服务器／服务或本身提供DHCP服务器／服务且控制其他模块组件且评估结果，以指派空间地址。该控制单元可以是小主机板上的计算机系统(例如Linux)，该计算机系统准备好DHCP服务器，且在接收DHCP询问和提供DHCP地址之后确定空间布置，通过通信网络传送命令而以特定的时间顺序的方式控制和评估发射器和接收器。在这方面，优选地，执行以下步骤：
a)通过所述通信网络初始请求所有模块组件打开其发射器且监控所述接收器；
b)通过所述通信网络接收关于各个模块组件的接收器的状态通知；
c)将空间起始地址分配给通过所述接收器没有接收到信号的模块组件；
d)请求关闭所有发射器，且通过所述通信网络选择和请求最后一个空间寻址的模块组件打开其发射器；
e)通过所述通信网络接收各个模块组件的所述状态通知；
f)将空间临近地址分配给所述发射器的信号的接收器；
g)重复执行步骤d)、e)、f)，直到通过所述通信网络接收到地址的所有模块组件已经被空间分配。
本发明的另一部分提供一种装置，该装置被适当地设计以执行上述方法。
特别地，在以下情况下，本发明具有优势：系统的组成随后可以改变，例如，由于可以通过另外的模块在已经存在的系统的任意位置而引入另外的生产步骤，或者在操作过程中必须暂时移除各个模块，因为能够检查系统中模块的存在以及正确对齐。
附图说明
下面使用附图更详细地说明本发明，其中：
图1示出了具有包括用于空间分配和对齐的发射器和接收器单元的垂直堆叠的模块的系统的基本表示以及通信信道的示例性表示。
图2是用于包括用于空间分配和对齐的发射器和接收器单元的垂直堆叠的布置的模块的等距表示。
图3是具有包括用于空间分配和对齐的发射器和接收器单元的垂直堆叠的模块的系统的等距表示。
图4是具有垂直堆叠的模块的系统的等距表示，其中在发射器和接收器单元的帮助下说明模块沿假想的X轴未对齐的识别。
图5是用于与系统水平对齐的模块的基本表示，该模块包括用于空间分配和对齐的发射器和接收器单元。
图6是具有水平阵列中的模块的系统的等距表示，其中在发射器和接收器单元的帮助下说明模块沿假想的X轴的过大间隙的识别。
图7是具有水平阵列中的模块的系统的等距表示，其中在发射器和接收器单元的帮助下说明模块沿假想的Z轴未对齐的识别。
图8是具有水平阵列中的模块的系统的等距表示，其中在发射器和接收器单元的帮助下说明模块沿假想的Y轴未对齐的识别。
图9是作为系统启动的结果的逻辑和空间寻址的流程图。
在附图中，相同的附图标记表示相同或功能相当的部件，其中为了更好地理解，不是所有的附图标记都在所有附图中给出。
附图标记列表：
10 发射光锥
20 用于通信信号的自动地址分配的控制器
22 无线通信信道的发射器／接收器天线
24 导线连接的通信连接
M 模块组件
M1 模块组件
M2 模块组件
M3 模块组件
M4 模块组件
S 发射器
R 接收器
具体实施方式
图1示出了具有相对于彼此垂直对齐的模块M的模块化系统示意图示，该模块化系统由模块M1、M2、M3和M4组成。
在这方面用于通信的数据信道通过局域网提供，该局域网与IEEE802.11标准对应，如图1所示，该局域网可以在无线通信信道22的发射／接收天线的帮助下实现物理连接。然而，代替示出的无线通信信道22的发射／接收天线，使用在很大程度上与IEEE802.11兼容的如标准IEEE802.3的有线连接的通信连接24是完全可行的。特别在对数据吞吐量和数据稳定性有高需求的情况下，这具有优势。同样，与现有技术相比，关于安装费用，有线连接的变型具有优势，因为在这种网络上不需要保持插槽的顺序，因此不需要重新布线现有的连接。
用于通信信道20的自动地址分配的控制器确保用于通过数据信道通信的寻址的逻辑唯一性，该控制器能够访问动态地址指派协议，例如DHCP。
提供模块M的光学接收器R，以接收由发射器S发射的邻近模块M的信号10，信号10以发射光锥10的形式变宽，例如图2所示。然后可以再次使用该信号，以证实邻近模块Mn-1相对于接收器R的模块Mn的存在和／或正确对齐。
图3示出了具有垂直堆叠的模块M的系统，模块M彼此间隔开地布置，以便通过示例说明其中信号被评估为可允许的间隙仅仅是调节接收器R的灵敏度和发射器S的发射信号10的强度的问题。然而，也已经发现，由于光学信号的圆锥形形状，随着间隙的增大，间隔开的模块的对齐变得更不准确，除非使用发射束光的光源。为了清楚的目的，省略可以保持垂直堆叠的间隔开的模块的结构。该结构可以是，例如拉出导轨，该拉出导轨紧固在框架结构中以提供模块M从系统中的简单移除，以便例如插入、交换或重新加载介质。作为特定的例子，这里可以提到可堆叠的磁带存储库，其中每个模块M本身视为包括用于存储介质的容纳器(accommodation)和用于将数据从存储介质传送出／将数据传送至存储介质的装置的磁带存储库，但是限制是对于所有模块M仅仅一个传输器是可用的，该传输器将存储介质从各个容纳器传输至数据传送装置，反之亦然。该介质现在安装在框架形式的组件载体上。提出的发明的优点是各个模块M通过拉出导轨连接至组件载体，且在整个系统的操作过程中，各个模块M可以从系统阵列中移除例如为了修理的目的，而不需要中断整个系统的操作。在这方面，当移除模块M时，由于接收器处的丢失的信号10，相邻模块M将识别系统阵列在该点处中断。因此，系统的操作在传输器所位于的系统的部分中继续，特别地远至由移开的模块M指定的新的系统边界。
图4示出了具有垂直堆叠的模块M的系统，模块M沿假想的X轴相对于彼此未对齐。在系统初始化和与其相关联的初始、逻辑和空间寻址过程中，如图9所示，由于模块M1、M2和M3的接收器R处的丢失的信号，现在将不能识别任何类型的临近关系。因为尽管用于通信信道的逻辑地址已经被指派给模块M，由此系统不一致将被识别，相应地可以发出通知，该通知例如指示该系统的使用者检查系统的模块M相对于彼此的对齐。
图1、图2、图3和图4中的示意图可以表示，例如可堆叠的磁带存储库，其中每个模块访问特定数量的用于数据载体的容纳装置，而且如果必要，每个模块能够访问用于容纳或再现数据的一个或多个装置。该系统现在能够访问传输器／选择器，传输器／选择器通过系统的对应模块驱动，以便例如将数据载体从容纳装置传输至容纳装置或再现／存储装置。
可堆叠的自动磁带存储库的背景在于，首先可以编译基本配置，然后根据另外的存储要求，可以通过具有用于数据载体的容纳装置以及用于容纳／写入数据和再现／读出数据的装置的另外的模块扩展该系统。因此，必须首先确定在系统启动时该系统由多少个模块组成，以便由此获得临近关系。在操作过程中，系统的各个模块M可以暂时从系统序列中移除，以便例如执行部件的修理和更换。然而，这必须被系统识别，该系统可以在该时间内继续操作，如已经描述的，尽管该系统被限制在访问区域中。
在图5的帮助下将说明用于自动寻址和识别空间临近关系的装置和方法不限于模块化系统的垂直可堆叠的模块M。当然存在其中模块水平对齐的模块化系统的应用。如果例如基于待执行的工艺将用于进一步的印刷品加工的机器再分为模块M，则获得模块M，其中一个模块代表例如个体化工艺，另一个模块M代表切割工艺，另一个模块代表粘合剂、对齐工艺、分层单元、印刷单元、或收集和堆叠单元等。因此，系统可以由几乎任何任意的布置组成。然而，必须确保系统的各个模块M的对齐彼此一致，因为否则物体将不能被可靠地传送至模块边界之外。
为了确保这个，然后如图9所示，首先在动态地址指派方法(例如DHCP)的帮助下，从系统的每个模块M获得逻辑地址。此后，已经获得逻辑地址的模块M被标识为参与模块。然后，主系统控制单元或具有提升能力的控制单元通知参与模块M打开其各自的发射器S用于空间识别临近关系。然后，每个参与模块M适当地检查各个模块M的接收器R是否接收信号。在主系统控制单元内现在可以适当地评估各个模块M的信号的识别。在没有接收器R接收到信号或者一些接收器R没有接收到信号的情况下，可以启动对应的操作员交互，目的是改正缺陷行为。在最好的情况下，仅仅存在一个接收器R没有接收到信号，从而对应的模块M可以被定义为系统的空间起始点。由于系统的空间起始点的识别，主系统控制单元将空间起始地址分配给对应的模块M。
空间地址分配之后，主系统控制单元(也可以简单地标识为主机)通知所有参与模块M关闭各个发射器S。现在主系统控制单元(主机)通知最后一个空间寻址的模块M打开其发射器S且询问所有参与模块M是否已经接收信号，由此然后分配空间跟随地址。如图9所示，继续该过程，直到最后一个空间寻址的模块M的发射器S的打开不再被任何另外的模块M接收到。使用接收器和发射器的其他方法和顺序也是可能的。
在空间识别和故障处理情况下，还检测到：尽管系统通常由各个模块M组成，还没有确保模块相对于彼此的正确对齐。
图6通过示例示出了水平阵列中的系统的模块M具有沿假想的X轴的过大间隙的情况。如果没有达到接收器R的阈值，这可以被建立，其中应该说明的是，根据所使用的接收器R，可能适配该阈值，从而可能影响模块M相对于彼此的对齐的必要准确度。与此类似，也可以建立沿假想的Z轴的未对齐(如图7所示)以及沿假想的Y轴的未对齐(如图8所示)。
关于工业设备中的应用，提出的方法的特别的优点是在操作过程中可以始终监控模块相对于彼此的对齐。为此，在操作过程中，仅仅必须打开所有发射器S。这可能是特别有用的，如果大负载(例如具有叉车的货板)在工业应用中移动，且由于疏忽在这些负载的移动过程中可能移动各个模块。使用提出的方法，在物体传送中的错误行为和对物体的伴随的可能损害可能发生之前，基于接收器R处的改变的信号电平识别关于对齐的不一致将是可能的。
应该说明的是，方法和装置不应该仅仅限于以上提到的示例。而是基本方法可以适用于相对于彼此的相对空间布置重要的所有模块化系统。

Claims (12)

1.一种用于识别模块化系统中的空间临近关系的方法，所述模块化系统包括模块组件(M1,...Mn)，其中每个模块组件包括至少一个光学发射器(S)和至少一个光学接收器(R)，所述至少一个光学发射器(S)和所述至少一个光学接收器(R)被布置为在所述模块组件(M)正确对齐的情况下第一模块组件(M)的至少一个光学发射器(S)与第二模块组件(M)的至少一个光学接收器(R)对应，其中所述模块组件(M)还包括除所述光学发射器(S)和所述光学接收器(R)之外的网络连接，以通过通信网络与其他模块组件(M)连接，所述方法包括以下步骤：
-经由所述通信网络通过各个模块组件自动请求和分配所述网络连接的网络地址，以便能够通过所述网络地址寻址所述模块组件；
-由控制单元通过在所述通信网络的帮助下经由所述网络连接触发和评估所述光学发射器(S)和所述光学接收器(R)的光学信号而确定所述模块组件的空间对齐的准确度；
其中所述模块组件彼此间隔开或者所述模块组件具有空间上邻接和接触的表面。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通信网络为下列中的一种或多种：
-无线连接，包括：
-WLAN连接；
-Bluetooth；
-Zigbee；
-NFC
-IR连接
有线连接，包括：
-以太网，
-串行连接。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在操作过程中，还打开所述光学发射器(S)和所述光学接收器(R)，如果发生状态变化，通过所述通信网络传送通知，以便能够识别所述操作过程中模块组件的移除和/或引入。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个模块组件(M)在启动之后通过所述通信网络并通过DHCP获得IP地址一次，通信通过所述通信网络实施。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，至少一个模块组件具有主机，所述主机能够访问DHCP服务器/服务且控制其他模块组件(M)且评估所述每个模块组件的所述光学信号的识别以指派所述空间地址。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于以下步骤：
a)通过所述通信网络初始请求所有模块组件打开其光学发射器(S)且监控所述光学接收器(R)；
b)通过所述通信网络接收关于各个模块组件的光学接收器(R)的状态通知；
c)将空间起始地址分配给通过所述光学接收器(R)没有接收到信号的模块组件(M)；
d)请求关闭所有光学发射器，且通过所述通信网络选择和请求最后一个空间寻址的模块组件(M)打开其光学发射器；
e)通过所述通信网络接收各个模块组件的所述状态通知；
f)将空间相邻地址分配给所述光学发射器的信号的光学接收器；
g)重复执行步骤d)、e)、f)，直到通过所述通信网络接收地址的所有模块组件已经被空间分配。
7.一种模块化系统，包括模块组件(M1,...Mn)，所述模块组件(M1,...Mn)的空间临近关系待识别，其中每个模块组件包括至少一个光学发射器(S)和至少一个光学接收器(R)，所述至少一个光学发射器(S)和所述至少一个光学接收器(R)被布置为在所述模块组件正确对齐的情况下第一模块组件的至少一个光学发射器(S)与第二模块组件的至少一个光学接收器(R)对应，其中所述模块组件还包括除所述光学发射器(S)和所述光学接收器(R)之外的网络连接，以通过通信网络彼此连接，其特征在于，控制单元被布置和设计为用于经由所述通信网络通过每个模块组件自动请求和分配所述网络连接的网络地址，以便能够通过所述网络地址寻址所述模块组件；其中所述控制单元被设计为用于通过在所述通信网络的帮助下经由所述网络连接触发和评估所述光学发射器(S)和所述光学接收器(R)的光学信号而确定所述模块组件的空间对齐的准确度；
其中所述模块组件彼此间隔开或者所述模块组件空间上彼此邻接且具有接触表面。
8.根据权利要求7所述的模块化系统，其特征在于，所述通信网络为下列中的一种或多种：
-无线连接，包括：
-WLAN连接；
-Bluetooth；
-Zigbee；
-NFC
-IR连接
有线连接，包括：
-以太网，
-串行连接。
9.根据权利要求7所述的模块化系统，其特征在于，在操作过程中，所述光学发射器(S)和所述光学接收器(R)还被打开，且被设计为如果发生状态变化，通过所述通信网络传送通知，以便能够识别操作过程中模块组件的移除和/或引入。
10.根据权利要求7所述的模块化系统，其特征在于，一种配置，所述配置为每个模块组件在启动之后通过所述通信网络并通过DHCP提供IP地址一次，通信能够通过所述通信网络实施。
11.根据权利要求7所述的模块化系统，其特征在于，至少一个模块组件提供主机，所述主机能够访问DHCP服务器/服务且控制其他模块组件且评估所述每个模块组件的所述光学信号的识别以指派所述空间地址。
12.根据权利要求7所述的模块化系统，其特征在于，一种配置，所述配置使得：
a)请求装置能够通过所述通信网络初始请求所有模块组件打开其光学发射器(S)且监控所述光学接收器(R)；
b)接收装置能够通过所述通信网络接收各个模块组件的光学接收器(R)的状态通知；
c)分配装置能够将空间起始地址分配给通过所述光学接收器(R)没有接收到信号的模块组件(M)；
d)请求装置能够请求关闭所有光学发射器，且通过所述通信网络选择和请求最后一个空间寻址的模块组件(M)打开其光学发射器；
e)接收装置能够通过所述通信网络接收各个模块组件的所述状态通知；
f)分配装置能够将空间相邻地址分配给所述光学发射器的信号的光学接收器；
g)重复使用装置在d)、e)、f)中的执行，直到通过所述通信网络接收地址的所有模块组件已经被空间分配。
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