CN110191850A - 用于探测物料容器的无线电传感器模块 - Google Patents

用于探测物料容器的无线电传感器模块 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于探测仓储或运输***中的物料容器(3)的无线电传感器模块，该无线电传感器模块具有用于无线传输信号的传输装置(141)，其中该无线电传感器模块具有保持件(20)和可枢转地安置在该保持件中的摇杆(10)，并且其中用于检测摇杆(10)的位置的传感器和传输装置(141)被布置在摇杆(10)中。

Description

用于探测物料容器的无线电传感器模块
本发明涉及一种用于探测仓储或运输***中的物料容器的无线电传感器模块(Funksensormodul)，该无线电传感器模块具有用于无线信号传输的传输装置。
在现代生产***以及物流领域中，仓储或运输***被用于物料容器，其中物料运输或物料库存尽可能以自动化的方式进行检测和监控。这些仓储或运输***包括货架装置以及传送带，通过该传送带输送或取出物料容器，例如以便发送、进一步加工或存入物料。在此，在本申请范围内，“物料容器”应理解为用于存放整装货物或散装货物的箱，例如托盘、托架等。
例如，从出版物EP 2 930 487 A1中已知一种用于探测仓储或运输***中的物料容器的无线电传感器模块。在其中描述的传感器模块中有力接收器，该力接收器测量物料容器的存在或重力的大小，并通过传输装置将表示所测量的重力的信号传输到中央控制装置。通过无线电而不是经由缆线的连接来传输信息简化了现有***的安装或者还简化了补装或改装。除了纯粹探测物料容器的存在之外，测量重力还实现了对容器的装载状态做出说明。然而，在仓储或运输***中布置能够实现重力测量的无线电传感器模块是耗费的，并且不是所有的仓储和运输***都是可实施的或必需的。
除了测量重力之外，还已知被构造为开关的传感器。出版物DE 20 2007 012 926U1描述了一种开关装置，其中可枢转地(schwenkbar)安置在保持件中的摇杆(Wippe)以如下方式布置，使得该摇杆被相应定位的物料容器偏转。摇杆与紧固在保持件上的开关的操作元件机械联接，因此该开关在摇杆枢转移动时被致动。在此，摇杆是装置的一个探测头。
为了使用这种类型的机械致动的开关来实现具有多个致动周期的长使用寿命，需要机械上牢固的开关结构，该结构使得这种传感器模块在生产过程中是耗费以及昂贵的。此外，摇杆与开关的联接可以证实一个弱点，即限制了最大致动周期次数。由于与开关的联接，该装置通常还具有固定的切换点(Schaltpunkt)，即在摇杆相对于其保持件的特定角度位置下被切换。但是，在保持件的特定安装位置，切换点可能需要其他角度位置，在已知***中，这些其他角度位置只有通过单独适配保持件或摇杆与开关之间的机械联接才能实现。
可替代地，已知非接触式(例如电感式或光学式)探测物料容器的传感器模块。电感式探测的前提是金属的物料容器。光学式探测对外来光线是敏感的。通过使用调制光，可以降低外来光线敏感度，但这是耗费的。此外，光学运行***容易受到污染。
本发明的任务在于实现一种可在机械上简单地并且成本低廉地构造的前述类型的无线电传感器模块，该无线电传感器模块可靠并且抗干扰地工作，并且尽可能简单且无需耗费地设置切换点能够探测物料容器。
该任务通过具有独立权利要求的特征的无线电传感器模块得以解决。有利的实施方式和改进方案是从属权利要求的主题。
根据本发明的前述类型的无线电传感器模块的特征在于，该无线电传感器模块具有保持件和可枢转地安置在该保持件中的摇杆，其中用于检测摇杆的位置的传感器和传输装置被布置在摇杆中。
通过这种方式，用于探测摇杆的移动和传送关于摇杆的移动的信息的所有机械的、机电的、电气的和/或电子的部件均被布置在摇杆本身中或均被布置在摇杆上。通过这种方式实现非常简单的***，在该***中，除了将摇杆支承在保持件中之外，摇杆与保持件之间不需要任何机械的有效连接。
在无线电传感器模块的一个有利的实施方式中，传感器是加速度传感器，特别是MEMS(微机电***)传感器。借助加速度传感器，可以探测摇杆的位置和/或位置变化，而无需摇杆与周围环境的任何机械联接。在作为MEMS传感器的实施方式中，加速度传感器可以既节省空间又成本低廉地获得。这种类型的MEMS加速度传感器在移动设备(例如，智能电话或平板电脑)中广泛应用，并且由于这些设备数量众多是成本低廉的。
在此，优选地，无线电传感器模块的传输装置被配置成传输由加速度传感器测量的至少一个空间方向的加速度值。随后，例如在所传输的信号的接收器的区域中并且因此在中央位置处，进行对加速度传感器的测量值的评估。这在多个无线电传感器模块与中央评估单元耦合时是特别有利的。多个无线电传感器就不需要自身的评估逻辑，这减小了它们的结构并降低了制造成本。
可替代地或附加地，在摇杆中可以布置评估单元，该评估单元被配置用于评估由加速度传感器测量的加速度值。通过这种方式，无线电传感器模块可以直接传输摇杆的切换位置，由此与现有***兼容。为此目的，评估单元例如与传输单元连接，并将关于摇杆的位置和/或位置变化的信息传送到传输装置。
在无线电传感器模块的另一有利的实施方式中，摇杆具有重量分布(Gewichtsverteilung)，通过该重量分布，摇杆由于重力而在保持件内占据静止位置。通过这种方式，可以弃用保持件与摇杆之间的复位弹簧，这进一步简化了结构并且提高了操作可靠性。
所谓的重量分布例如可以通过使摇杆包括电池架来实现，该电池架相应地被定位在摇杆内。
为可以可靠地扫描物料容器的经过或存在，摇杆优选具有包括弯曲的扫描面的部分，其中该部分至少部分地在保持件上方突出，并且因此与物料容器产生接触。
对使用加速度传感器的实施方式可替代地，还可以在摇杆上或在摇杆中设置作为用于检测位置的传感器的机械开关，该机械开关根据摇杆的角度位置通过碰撞保持件的元件被致动。此外，还可以在摇杆内布置作为传感器的簧片触点(Reed-Kontakt)，该簧片触点非接触式地与布置在保持件上的磁体共同作用。
下面，借助附图根据实施例对本发明进行详细阐述。在附图中：
图1示出了无线电传感器模块的等轴视图；
图2a-图2c示出了布置在辊道(Rollenbahn)上的根据图1的无线电传感器模块的不同视图；
图3以等轴剖视图示出了图1的无线电传感器模块；
图4以等轴图示示出了根据图1的无线电传感器模块的打开展示的摇杆；以及
图5通过分开展示的摇杆或保持件示出了根据图1的无线电传感器模块。
图1在等轴图示中示出了无线电传感器模块的实施例，该无线电传感器模块具有摇杆10，该摇杆可枢转地安置在保持件20中。
摇杆10包括壳体11，该壳体在底侧被盖12封闭。摇杆10的内部结构将结合图3和图4详细阐述。
摇杆10具有方形部分，该方形部分位于保持件20的区域中。摇杆10的弯曲的部分向上并从保持件20的一侧突出，该弯曲的部分具有例如带有矩形横截面的圆柱体环的节段的形状。在顶侧，摇杆10相应地由壳体11的凸形延伸的部分限定，该凸形延伸的部分构成物料容器的扫描面111。
摇杆10在保持件20中围绕水平枢转轴可枢转地安置。保持件20被构造成u形，具有水平布置的基座21和两个侧支腿22。在两个侧支腿22中构造了相对的支承位置221，摇杆10通过支承轴颈(在这里不可见)可枢转地安置在这些支承位置中。在所示的保持件20中，设置了两对相对的支承位置221。在保持件20的水平且垂直于枢转轴延伸的纵向方向上，两对支承位置221被偏心地布置在保持件20的左侧区域和右侧区域中。根据摇杆10被***到支承件20中的方向，示出的成对的支承位置221可以交替地***。在示出的图1的示例中，摇杆10被***到在图中左侧的成对的支承位置221中，并且通过扫描面111向左在保持件20上方突出。
除了基座21之外，在保持件20中还设置了侧面部分23，这些侧面部分将两个侧支腿22彼此连接起来并且为保持件20提供稳定性。此外，侧面部分23也是用于摇杆10的止挡件。保持件20具有紧固件24，以便可以被装配在仓储或运输***内。
图1中无线电传感器模块的应用领域在图2a中以等轴图示示出并且在图2b和图2c分别以侧视图示出。
在该应用示例中，无线电传感器模块被布置在辊道1的区域中，其中辊道1具有多个依次布置的辊2，物料容器3(例如，物料箱)可以被放置在这些辊上(参见图2c)。通常，至少两个这种类型的辊道1彼此平行地布置，其中无线电传感器模块优选地被装配在这些辊道1之间。物料容器的运输也可以在仅一个辊道1上实现，其中在这种情况下通常使用较宽的辊(也称为滚筒)。用于沿辊道1移动的物料容器3的侧向引导可以通过物料容器3上的导向板片(Führungssteg)来提供，该导向板片在从辊道1向上突出的辊2的边缘处进行引导。可替代地，引导还可以通过附加的侧向导向元件(图2a-图2c中未示出)来实现。应注意的是，图2a-图2c中示出的布置还可以以非常相似的方式用滑轨代替辊道来实施，以用于引导物料容器。
无线电传感器模块以如下方式被布置在辊道1的区域中，使得在辊道1上滚动的物料容器在保持件20上方滚动。特别是如图2b示出的，具有扫描面111的摇杆10在辊2的高度上方突出。如图2c所示，放置在辊2上的物料容器3在摇杆10的扫描面111上向下按压该摇杆，并因此使该摇杆在顺时针方向上(在根据图2c的布置上观察时)枢转。
当物料容器3经过传感器模块或被从辊道1中取出时，摇杆10再次与图2b中示出的位置对准。下文也将根据图2b的对准的位置称为“静止位置”。优选地，对准到静止位置因重力而实现，通过这种方式实现了摇杆10的重心不位于扫描面111的区域中，而是位于从扫描面111看去摇杆10的位于支承轴颈的另一边的部分中。图2c中示出的摇杆10从静止位置枢转的位置在下文中也称为摇杆10的“切换位置”。
结合图3和图4，详细地解释了如何检测摇杆10的枢转移动，以便探测物料容器3的经过或存在。
图3以等轴剖视图示出了图1的无线电传感器模块，其中在保持件20的两个侧支腿22之间的中垂面中竖直地进行切割。图3一方面示出了摇杆10的内部结构，另一方面示出了摇杆10在保持件20内的定位。
保持件20的基座21在所示的示例中被构造为穿孔的。该基座具有板片211，开口位于这些板片之间，摇杆10枢转到这些开口中。在静止位置中，摇杆10邻接板片211中的一个板片。
图4以等轴图示示出了无保持件20的摇杆10，其中盖12从壳体11上取下，以便查看摇杆10的内部结构。摇杆10在图4中以在摇杆10的底侧上(即在与扫描面111相对的一侧上)观察的方式示出。
在摇杆10中布置了电池架13，以便在这里示例性地容纳两个电池131。此外，在摇杆10的壳体11中还布置了电路板14，该电路板容纳电子部件，特别是加速度传感器141、评估单元142和用于将信号无线传输到(在这里未示出的)接收器的传输装置143。传输装置143包括至少一个发射器，此外优选地还包括接收器，以便在传输数据(即，数字信号)时也可以实现双向传输信号或实现握手过程。
优选地，传输装置143使用所谓的ISM(工业、科学、医疗)应用的许可频带之一，例如在433MHz(百万赫兹)、868MHz或2.4GHz(千兆赫兹)的范围内。在此，可以应用标准传输协议(例如，根据蓝牙或Zigbee标准)或专用协议。优选地，采用低功耗的协议，例如Bluetooth-LE(低功耗)，使得可以由使用寿命长的电池131(优先用电池组在多年的范围内)为无线电传感器模块供电。
在图4中可以良好地识别出，壳体11的在该图中位于支承轴颈112右侧的区域容纳带有电池131的电池架13，而在支承轴颈112左侧的区域中除电路板14的部件外基本上是空的。这导致重量分布，通过该重量分布使摇杆10在支承件20内枢转到静止位置，而为此不需要弹簧的复位力。可替代地或附加地或在特定的安装位置中可以设置弹簧，以便使摇杆10移动到静止位置。
优选地，盖12被夹扣到壳体11上。为此目的，在盖12的两个或更多个侧边缘上构造了止动件121，这些止动件接合到壳体11的相应的对接止动元件中。
在盖12的内侧上布置了保持板片，当用盖12闭合壳体11时，这些保持板片被按压在***的电池131和电路板14上，以便将电池和电路板保持在原位。为了放置电路板14，在壳体11中构造了与保持板片122相应的导向元件。这些导向元件与保持板片122的组合以如下方式固定电路板14并从而还固定电池架13，使得只需将电路板14装入壳体11中。通过这种方式，可以简单地更换有故障的电路板14。
根据本申请，用于探测摇杆10的移动和传递关于摇杆10的移动的信息的所有机械的、机电的、电气的和/或电子的部件均被布置在摇杆10本身中或被布置在该摇杆上。通过这种方式，实现了非常简单的***，在该***中，除了将摇杆10支承在保持件20中之外，摇杆10与保持件20之间不需要任何机械有效连接。
在安装或维护无线电传感器模块时，可以通过简单的方式借助紧固件24将保持件20紧固在期望的位置上并***或更换摇杆10。通过更换摇杆10替换所有的有效(aktiv)部件，从而直接重建无线电传感器模块的功能性。因此，该***是方便维修的。
在所示的实施例中，借助提到的加速度传感器141对摇杆10进行位置或角度识别。例如，加速度传感器141可以被构造成微机电***(MEMS)。在该实施方式中，加速度传感器141既节省空间又成本低廉地获得。这种类型的MEMS加速度传感器在移动设备(例如，智能电话或平板电脑)中广泛应用，而且由于这些设备数量众多是成本低廉的。
必要时在由评估单元142的预处理后，评估加速度传感器141的信号。预处理可以包括过滤和/或预加强。优选地，评估单元142包括微控制器。
为了探测摇杆10的枢转运动，原则上对加速度传感器141的一个空间方向上的加速度进行评估就足够了。通常，可获得的MEMS加速度传感器被设计成测量并输出所有三个空间方向上的加速度值。如下文进一步阐述的，在不受摇杆10的枢转运动影响的方向上的加速度值可以以辅助方式进行评估，以便提供关于无线电传感器模块的运行状态的附加信息。
通过测量作用到样品上的力，加速度传感器141能够确定作用在该加速度传感器上的加速度。样品上的力由静态重力和动态加速度力组成。特别是当检测在多于一个空间方向上的力时，可以根据静态重力确定加速度传感器141相对于铅垂线(即，地球引力的方向)的角度位置。因此，根据角度传感器141在摇杆10内已知的布置可以确定摇杆10的角度位置。
此外，角度位置的任何变化(即，在物料容器行进或放置时摇杆10枢转或者在物料容器被取出或继续行进时的回转)与加速或延迟相关联。对加速度传感器141的信号进行评估可以包括静态重力(角度位置)和/或角度位置变化时的加速度(动态加速度力)。这两个分量(静态/动态)可以单独使用或优选组合使用，以便探测物料容器的存在。
在此，可以在摇杆10内评估加速度传感器141的信号(测量值)。在这种情况下，在评估单元142中确定摇杆10处于何种位置。一旦摇杆10从静止位置枢转到切换位置或返回，传输装置143就传送此信息。可替代地，可考虑定期发出表示摇杆10的位置的信号。提到的第一种方法通常需要较少的传输能量，因为很少传输信号。而当要监测信号的到达时，则提到的第二种方法操作上更可靠。没有信号则表明无线电传感器模块出现故障。优选地，无线电传感器模块具有哪些传输特性是可配置的。例如，可以通过摇杆10本身上的设置选项来进行这种配置，例如通过焊接在电路板14上的微型开关(“DIP开关”)来进行。可替代地，可以通过摇杆10的传输装置143设置远程配置。
除了所提到的在摇杆10内对加速度传感器141的信号进行评估以及传输直接表示无线电传感器模块的摇杆10的位置的信号以外，可替代地或还附加地，可以提供由加速度传感器141测量的加速度值，而无需经过传输装置143进一步评估。随后，在所传输的信号的接收器的区域中并且因此在中央位置处，对加速度传感器141进行评估。这在多个无线电传感器模块与中央评估单元耦合时是特别有利的。多个无线电传感器就不需要自身的评估逻辑，这降低了它们的结构和制造成本。此外还提供了如下可行方案，即通过简单的方式在中央评估的情况下对一个或所有连接的无线电传感器模块适配评估算法。
优选地，摇杆10内的本地评估和远程的中央评估均评估静态的和动态的加速度。可以使用动态加速度值，例如用于使静态值合理化(Plausibilisierung)。例如，非常轻的物料容器(例如，由纸板制成的物料容器)的逐件式排空可能会导致该容器在其底部由于卸载而皱缩时看起来略微抬起。如果物料容器的存在仅根据摇杆10的角度位置来测量，则在这种情况下可能会误解无法识别到物料容器。然而，通过评估动态加速度力，可以容易地将缓慢的排空与(与此相比)突然地取出物料容器区分开。
此外，也可以使用由加速度传感器141测量的动态加速度值，以便确定运输或物流***内的可能的故障情况。例如，可以检测震动，这些震动与对于所观察的***视为正常情况的阈值进行比较。超出该阈值的震动表示物体掉落或货架例如在静力学方面的问题。此外，还可以探测摇杆10或整个无线电传感器模块的脱落。特别地，为了确定故障情况，可以评估与摇杆10的枢转移动无关的空间方向上的加速度值。
如前所述，处于静止位置的摇杆10安放在保持件20上，在所示的情况下具体安放在板片211上。因此，处于静止位置的摇杆10相对于垂直线(即，铅垂线)的取向取决于保持件20的取向。例如，保持件20可以装配有平行于倾斜延伸的辊道的顶部侧面，使得处于静止位置的摇杆的位置与图2a-图2c的示例中不同。
为了可以尽可能独立于静止位置的确切取向而可靠地识别摇杆10相对于静止位置的偏转，可以设置的是，读取在静止位置由加速度传感器141测量的静态加速度值，并从而校准处于静止位置的摇杆10的位置。可以设置的是，通过传输装置143向无线电传感器模块传送相应的信号，从而将摇杆10的当前位置校准为静止位置。可替代地，可以在摇杆10上布置按键开关，该按键开关在手动致动时触发校准步骤。
图5以等轴图示示出了图1的传感器模块，其中摇杆10从保持件20中取出。在该图中良好地识别保持件20中的两个可替代的支承位置221。支承位置221通过侧支腿22中的孔形成，支承轴颈112被***这些孔中。在此，以如下方式测定支承轴颈112的长度，使得在***摇杆10时，保持件20的侧支腿22轻微弹性地扩开，从而使摇杆10可枢转，但在其他情况下被固定地安置在保持件20中。支承轴颈112在壳体11附近增厚，由此确定摇杆10在保持件20内的侧面位置，并且防止摇杆10在保持件20的侧支腿22上滑动。
在前述的实施例中，借助加速度传感器141对摇杆10进行位置或移动识别。可替代地，可以在摇杆中或摇杆上布置作为用于检测摇杆位置的传感器的机械开关，该机械开关根据摇杆的角度位置通过碰撞到保持件的元件而被致动。此外，还可以在摇杆内布置作为传感器的簧片触点，该簧片触点非接触式地与布置在保持件上的磁体共同作用。
参考标记列表
1 辊道
2 辊
3 物料容器
10 摇杆
11 壳体
111 扫描面
112 支承轴颈
12 盖
121 止动件
122 保持板片
13 电池架
131 电池
14 电路板
141 加速度传感器
142 评估单元
143 传输装置
20 保持件
21 基座
211 板片
212 开口
22 侧支腿
221 支承位置
23 侧面部分
24 紧固件。

Claims (11)

1.一种用于探测仓储或运输***中的物料容器(3)的无线电传感器模块，具有用于无线传输信号的传输装置(141)，
其特征在于，
所述无线电传感器模块具有保持件(20)和能够枢转地安置在所述保持件中的摇杆(10)，其中用于检测所述摇杆(10)的位置的传感器和所述传输装置(141)被布置在所述摇杆(10)中。
2.根据权利要求1所述的无线电传感器模块，其中所述传感器是加速度传感器(141)。
3.根据权利要求2所述的无线电传感器模块，其中所述加速度传感器(141)是MEMS传感器。
4.根据权利要求2或3所述的无线电传感器模块，其中所述传输装置(141)被配置用于传输由所述加速度传感器(141)测量的至少一个空间方向的加速度值。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的无线电传感器模块，其中评估单元(142)被布置在所述摇杆(10)中，所述评估单元被配置用于评估由所述加速度传感器(141)测量的加速度值。
6.根据权利要求5所述的无线电传感器模块，其中所述评估单元(142)与传输单元(143)连接并且将关于所述摇杆(10)的位置和/或位置变化的信息传送到所述传输装置(141)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的无线电传感器模块，其中所述摇杆(10)具有重量分布，所述摇杆(10)通过所述重量分布而因为重力在所述保持件(20)内占据静止位置。
8.根据权利要求7所述的无线电传感器模块，其中所述摇杆(10)具有电池架(13)，所述电池架被定位在所述摇杆(10)内，使得置入的电池(131)决定性地确定所述重量分布。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的无线电传感器模块，其中所述摇杆(10)具有部分，所述部分具有弯曲的扫描面(111)，其中所述部分至少部分地突出到所述保持件(20)上方。
10.根据权利要求1所述的无线电传感器模块，其中所述传感器是机械开关，所述机械开关通过致动元件与所述保持件(20)共同作用。
11.根据权利要求1所述的无线电传感器模块，其中所述传感器是簧片触点，所述簧片触点与紧固在所述保持件(20)上的磁体共同作用。
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