监控标记头部标记元件的监控设备及方法

摘要

本发明涉及了一种用于监控标记头部标记元件的监控设备。该监控设备特征在于它包括了一用于记录标记元件检测信息的检测器及一基于检测信息确定检测元件是否执行标记操作的控制及评估单元。本发明还涉及了一种用于检测标记头部标记元件的方法。

说明书

技术领域

本发明一方面涉及一种如权利要求1前序的用于监控标记头部的标记元 件的监控设备。

本发明另一方面涉及一种如权利要求14前序的用于监控标记头部标记 元件的方法。

背景技术

标记头部被广泛应用于在一个物体上施加标记。标记包含但不限于激光 标记或激光雕刻，激光打印或LED打印及喷墨打印。

尤其，标记头部可包含一块具有多个接收空间的板，每一个接收空间收 容标记元件。标记元件包括光源及用于将光源发出的标记光引导至接收空间 的光导。因此需要了解哪个光源与哪个接收空间连接，也就是说，需要了解 标记元件的位置。

为此，技术人员通常在手动连接光源至接收空间时格外谨慎。然而，这 样做非常耗时，尽管如此，错误的连接也必然无法被排除。

为了提高标记速度和分辨率而提高标记元件的个数也带来了另一个问 题。然而，尽管单独标记元件的标记失效风险可能很低，多个标记元件仍会 经常造成故障。因此，有缺陷的标记元件需要被替换。这种情况下，无法得 知哪些标记元件是有缺陷的从而需要进行确定。

因此，上述可被认为是另一个识别有缺陷的标记元件的普遍问题。

发明内容

本发明提供了一种监控设备和监控方法，其提供一种特别快速和经济有 效的用于监控标记头部标记元件的方式。

本发明目的由权利要求1所述监控设备和权利要求14所述的监控方法 所解决。

从属权利要求及说明书尤其在附图中给出了优选实施例。

根据本发明，上述类型的设备特征在于设有一用于记录标记元件上的检 测信息的检测器被提供，一控制及评估单元（40）被提供，其适用于基于检 测信息确定标记元件是否执行标记操作。

根据本发明，上述类型的方法特征在于标记元件被激活来执行标记操 作，标记元件上的检测信息被记录，并且基于检测信息确定一个标记元件是 否执行标记操作。

激活标记元件并同时检测已激活的标记元件是否执行标记操作是本发 明的核心思想。如果已激活的标记元件没有执行标记操作，它将被定义为有 缺陷标记元件。

本发明的基本思想存在于以下事实：一个标记元件初始未知的位置可通 过激活标记元件和检测由已激活标记元件执行的标记操作中的信号来源来 确定。

本发明的基本好处在于监控设备可容易地安装在标记头部上，由此来保 持监控标记元件时的低维护次数。

另外，不论标记元件的准确数量和位置，监控设备都能方便地监控标记 头部。因此本发明允许广泛的应用范围。

通常，检测器可以是适合感应标记操作或标记的任意种类。例如，但不 限于检测器可能对电磁辐射、对标记操作中的温度变化或是对标记操作中产 生的声波敏感。然而，尤其优选地，检测器为测光表，例如，对可见光、红 外线、紫外线敏感的检测器。

本发明的控制及评估单元可以是常规的个人电脑和笔记本。因此，标准 装备有利于满足操作，不需要额外的硬件来执行控制及评估单元的功能。

标记元件也可被称为标记组件，其可以是任何能适合执行标记操作的设 备，即，在待标记物体上产生一个可视或可测量的点或像素。这例如可以通 过在物体上以光的形式的辐射能量，例如激光雕刻，来实现。其同样可能与 一先前已经被施加至物体，即激光打印，的层进行交互，例如是感光层。另 外，标记元件可以是任意种类的打印元件，例如，喷墨喷嘴、LED打印、或 是用于激光打印的激光源。

检测信息也可被称为检测数据或检测信号。它包括至少足够的信息来使 控制及评估单元确定标记元件激活或闲置时是否执行标记操作。

检测信息可通过监控待标记物体来搜集，即，物体上的标记，或优选地 通过监控标记元件的操作本身。例如，如果标记元件在标记操作中发出标记 光，检测器可适用于测量该标记光。

根据本发明一优选实施例，控制及评估单元可适用于在检测信息及关于 当检测信息被记录时哪个标记元件被激活的激活信息的基础上确定标记元 件是否有缺陷。好处在于，它不仅因此能确定一个标记元件是否有缺陷，还 能确定有缺陷的标记元件是哪一个。因此能显著达成对有缺陷的标记元件的 替换。

本发明另一优选实施例可适用于监控包括接收空间的阵列的标记头部， 其中每一标记元件包括一个能发射用于标记的标记光的光源，一个与光源连 接的光导及用于引导标记光从光源至接收空间的一个接收空间。这样的标记 头部包括但不限于用于在营养品包装上激光雕刻和/或施加商标。这里，根 据本发明，控制及评估单元适用于在检测信息及关于当检测信息被记录时哪 个标记元件被激活的激活信息的基础上确定标记元件是否有缺陷。

上述实施例中，光源必须通过光导，其意味着光波导，连接至接收空间， 例如手动地。光导可能通过套圈分别附着在接收空间上。常规来说，将每一 光导与特定接收空间连接时需要谨慎。现有技术标记操作中，与任意接收空 间连接将造成错误的标记元件被激活。

本发明监控设备中，光源可能以任意模式与接收空间连接，导致处理过 程中节省大量的时间。在随后的步骤中，标记元件依次被激活，检测器搜集 检测信息，控制及评估单元建立一个包含像素顺序上信息的映射表，例如， 包含哪个光源与哪个接收空间连接的信息。因此，没有必要去保持追踪单独 的光导以及它们会被插入在哪里。

此外可选地，如果一光导和接收空间连接的预定的顺序或模式是必要 的，本发明设备可用于校验是否遵守该顺序。

根据本发明另一优选实施例，检测器为标记元件检测信息上的空间解析 记录尤其提供了一台照相机。作为一个照相机，简易的网络摄像头就足够了。 空间分辨率可通过设置一台带有许多敏感元件例如光敏元件的检测器来获 得。此外可选地，检测器还包括可移动或旋转的镜片来从不同方位不断搜集 光源，因此可减少对敏感元件的数量的需求。

本发明设备一优选实施例的特征在于控制及评估单元适用于激活标记 元件来执行标记操作，尤其是在一预定顺序中，更好地每次激活一个标记元 件或是同时激活所有标记元件。

通过同时激活所有标记元件，控制及评估单元能以一节省时间的方式确 定出有缺陷的标记元件。这意味着，有缺陷的标记元件的位置，例如，行及 列的信息，可以被识别出。然而，这有可能以任何任意的预定的顺序来激活 标记元件。

另一个好处在于，通过控制标记元件的激活或无效，控制及评估单元本 身提供上述激活信息。

如果每一个标记元件只被激活一次，确定标记元件是否能执行标记操作 的用时将有效地减少。

根据本发明另一典型的实施例，提出了一用于将检测器持有在相对于标 记头部的定义位置中的壳体被提供。通过设置一定义位置，有利于执行可复 写的测量方式。此外，定义的位置是可选的，从而壳体将检测器保持在与标 记元件有一定距离，在这个距离中，检测器的视场至少与标记元件形成的区 域等大。这就意味着检测器可以检测所有的标记元件。

本发明又一优选实施例中，壳体被形成以防止杂散光到达检测器。为此， 壳体可形成为带尺寸的空心套管，从而当监控设备处于预定位置监控时，壳 体大体上从检测器延伸至标记头部。例如，壳体可形成为漏斗或是顶部为漏 斗的锥形或是指向检测器的锥形。与朝向检测器的壳体的一面相对的壳体基 面可制作成适合标记头部的板的形状，例如标记头部基板。为此壳体的基面 可形成为一个方形底座。

如果标记元件适用于发射标记用的标记光，根据本发明另一优选实施 例，至少一个部分透明板，尤其是扩散器或毛玻璃，被提供在壳体上。通过 这样的设置，检测器测量被该板散射的标记光。好处在于，可以保证在不同 状态下至少一部分标记光强烈地汇集至检测器。此外，标记光中那些可能伤 害检测器的强度过大的标记光被该板减弱了。该半透明板也可设置在壳体上 部和/或内部，这样实质上不通过半透明板的标记光无法到达检测器。

该半透明板同壳体也可形成为检测器的透镜可套入半透明板，这样可防 止微粒例如灰尘。

根据本发明又一优选实施例，该至少部分半透明板可适用于将标记元件 标记操作可视化。如果标记元件为喷墨喷嘴（包括但不限于），该半透明板 包括一张纸来接收喷墨喷嘴上的墨滴。然后检测器检测墨滴的位置。为此， 可设置一可对半透明板照明的照明光源，使对板上墨滴的检测更方便。

根据本发明又一优选实施例，所述至少部分透明板是磷光板或荧光板。 如果标记元件发出的标记光在紫外线区域内并且因此使用廉价的照相机作 为检测器将无法检测到标记光是尤其好的。在本发明中，磷光板或荧光板可 以是任何发出的光波长大于吸收的光波长的板，例如，可以是将接收光的光 波变长的板。因此，标记元件发出的紫外线将通过磷光板或荧光板被转化至 可视区内，并能被对可视区敏感的照相机检测到。

该板也可应用至通过板上非线性过程将从标记元件发出的红外光可视 化，这就意味着多个对应于红外光的光子将被转化为对应于可视光的单一光 子。

然而，由于许多简易的照相机也对红外线敏感，该板也包括对紫外线和 可视光过滤的过滤器，从而只有标记元件发出的红外光能到达照相机。

本发明另一优选实施例中的特征在于一用于可移动地将壳体固定在标 记头部相对限定位置的固定装置被提供。该固定装置包括多个能快速固定和 释放的磁力锁或机械锁。在一实施例中，只允许一个定义的相对位置。例如 如果标记元件设置在方形阵列上，可保证该阵列的四边不会混淆或混合。为 此，磁力锁或机械锁的设置并非旋转不变的，尤其是90度旋转下并非不变 的。例如，在面向标记头部的壳体表面的四侧或边中的三侧或边的每一个都 设有一把锁。

如果使用的是磁力锁，他们将被形成为磁力开关。一旦所有的开关都闭 合，控制及评估单元设置为自动启动一测量过程，例如，将会与附图一起描 述的“像素顺序检测模式”或是“有缺陷的像素检测模式”。

为了能使壳体匹配不同尺寸和结构的标记头部，所述锁设置为能针对位 置调节或是在不同竖直方向上设置多个锁，该竖直方向定义为关于检测器与 标记头部中部连接所在的轴。

优选地，检测器通过直接测量一个标记元件是否激活来检测标记操作。 如果标记元件发出标记光那就意味着对标记光进行检测。

然而，也可以通过标记操作结果来检测标记操作，例如，检测一个标记 是否被应用到物体上。如此一来，监控设备可被设置在标记头部的前进方向 且紧邻标记头部，例如，待标记物体相对标记头部运动的方向。此外，监控 设备可在标记头部常规标记操作中运行。

本发明还涉及了一种标记装置。本装置包括了标记头部和监控设备。标 记头部和监控设备包括了优选实施例中监控设备的任意特点。

标记装置和/胡标记头部可以配备有与提供在监控设备壳体上的固定装 置匹配的配对物。这样对监控设备标记头部在预定位置的调整和连接可轻松 达成。

本发明标记装置的一优选实施例的特征在于标记头部包括了至少一个 用于标记的备用元件，只要所有的标记元件是可用的该至少一个备用元件是 停用的，为了替换有缺陷的标记元件，该至少一个备用元件是可替换的。因 此备用元件待使用，尤其是与发出标记光的光源连接，并且仅仅需要被放置 在期望的位置。这个放置可以手动地执行，即，通过断开有缺陷的标记元件， 例如，通过从各自的接收空间上移除有缺陷的标记元件的光导，并将备用元 件上的波导与待被替换的有缺陷的标记元件的接收空间连接。

在替换有缺陷的标记元件后，监控设备可用于确定哪个光源与哪个接收 空间连接。

该优选实施例还设置了至少一个额外的用于接收至少一个备用元件的 接收空间。该至少一个额外的接收空间位于接收空间阵列外。

根据本方法一优选实施例，为了检测标记元件是否是缺失的，可执行至 少一个下方步骤：所有标记元件同时被激活；所有标记元件上的检测信息同 时被记录；如果一个标记元件不执行标记操作，该标记元件将被定义为有缺 陷的标记元件。

本发明另一优选实施例的特征在于为了确定标记元件的顺序如像素顺 序，可执行至少一个下方步骤：标记元件依次被激活；分别确定被激活的标 记元件的位置；及建立一份包含标记元件位置的映射表。

标记元件的位置可通过识别与光源的标记元件连接的接收空间来表示 出。该映射表还包括分别与不同光导连接的接收空间的行数与列数。

本发明还涉及一种替换标记头部有缺陷的标记元件的方法。本发明包括 以下步骤：执行监控标记头部标记元件的方法并基于上述方法描述的检测信 息识别有缺陷的标记元件；并使用备用元件替换有缺陷的标记元件。

本发明方法的一优选实施例的特征在于使用备用元件替换有缺陷的标 记元件这一步骤自动执行。为此，备用元件在待标记物体与标记头部之间的 相对于前进方向的横向方向中是可移动的。一旦一个标记元件被定义为有缺 陷的，一个备用元件被电动机移动至替换位置。在该替换位置上，备用元件 在前进方向中与有缺陷的标记元件对齐。这就意味着，在该替换位置上，由 于标记元件将被替换掉，备用元件可对物体的相同区域施加标记。

根据本发明方法的又一优选实施例，在自动替换有缺陷的标记元件后执 行确定像素顺序的步骤。优选地，需要极少的时间和人工劳动来识别和替换 有缺陷的标记元件。

附图说明

通过参考优选实施例中的下方附图可更详细地描述本发明；

图1示出本发明设备和监控装置第一实施例的示意图；

图2示出本发明一实施例中设备的标记头部的示意图；

图3示出本发明设备和监控装置第二实施例的透视图。

具体实施方式

附图中所有相同的部件都具有相同的附图标记。

如图1所示为本发明第一实施例中标记装置100和标记设备90的示意 图。

标记设备90包括检测器30和控制及评估单元40。检测器30和控制及 评估单元40可为低价的设备，如网络摄像头或是个人电脑。

标记装置100包括监控设备90和标记头部10。

标记头部10具有多个用于给待标记物体（未描绘）施加标记的标记元 件11。因此，标记元件11适用于发射标记光4。

标记头部10可设置为包括了带有接收空间17的阵列的板。为了能产生 标记光4，标记头部10还包括光源18，每一个通过光导19与接收空间17 连接的光源18可被称为光波导。

在常规操作中（未给出），待标记物体沿着标记元件11移动，从而标记 元件11发出的标记光4与物体撞击。

上述情况中，监控设备90位于或附着在标记头部10上。检测器30检 测标记元件11是否发出标记光4并将该称为检测信息的信息通过连接线41 传送至控制及评估单元40。从该检测信息也称为检测信号中控制及评估单元 40确定标记光是否被检测器30接收。

如果检测器30具有空间分辨率，即，检测器30是照相机30，控制及 评估单元40从检测信号中确定已激活的标记元件11的位置。对哪个标记元 件11是否被激活的识别可理解为等同于对已激活的标记元件11的位置的识 别。

控制及评估单元40还可设置为通过连接线42控制标记头部10。这就 意味着，控制及评估单元40适用于激活或无效每个标记元件11的光源18。

一优选实施例中，监控设备90适用于以一种被称为“像素顺序检测模 式”运行。如果初始未知哪个光源18与哪个接收空间17连接，那么这个模 式尤其是有益的。如果光源18与接收空间17通过个人电脑节省时间地任意 连接，那就是这种优选的情况。

控制及评估单元40在此适用于产生了一个包含每一光源18分别与哪个 接收空间连接的信息的映射表。与该表相同的是一份包含每一光源的身份 （ID）及每一光源分别连接哪个x/y位置的表，该x/y位置为在标记元件阵 列的行和列的方向中的位置。

为此，控制及评估单元14依次激活光源18。与此同时，检测器30记 录下接收空间17发出哪个标记光14的位置。根据该检测信息，控制及评估 单元40建立了映射表。

为了保证检测器30和标记头部10之间预定的距离，还设置了一壳体 50。该壳体50与检测器30连接并可拆卸地与标记头部10固定。为此，设 置了至少一个固定元件，例如磁力固定元件70。固定元件70也可被称为固 定装置，保证监控设备90只能在一个位置与标记头部10连接。

壳体50是非透明的并能充分包覆检测器30和标记头部10之间的区域， 从而可防止杂散光到达检测器30。

对标记光4的检测，即标记操作，使半透明板60更易设置在壳体50 中及设置在检测器30和标记头部10之间。

撞击在板60上的标记光4是分散的，因此不论标记元件11发出的标记 光4的方向是否是朝向检测器30以外的方向，标记光40都充分地到达检测 器30。

图2为本发明监控设备90及标记装置100的一实施例中的标记头部10 的示意图。

标记头部10包括设置在列16和行15的接收空间17的阵列14。一部 分接收空间17（图中粗体）与标记元件11连接。如实施例中描述，为接收 空间17的列16中指定列C1至C4及横行15中指定行R1至R8。剩下的接收 空间17（图中细体），即接收空间17中纵列16指定列C5至C8并未用作标 记。

阵列14外还设有额外的接收空间，每个接收空间收容一个备用元件13。

以下对本发明标记设备和标记装置的一可称为“有缺陷的像素检测模 式”的优选功能进行描述。该功能尤其有利于为使用标记头部的终端用户提 供的服务任务。

在此模式下，控制及评估单元激活所有的标记元件11，优选的是同时 激活。然而，也可依次激活标记元件11。当检测器位于由壳体限定的位置中 时，如果检测器的分辨率无法充分分辨相邻的标记元件11，这么做是有优势 的。

检测器接收从标记元件11传播的光，意味着至少一张被称为检测信息 的标记元件11的照片被记录下。控制及评估单元然后对检测信息处理来确 定当每一标记元件11被激活时是否执行标记操作。如果没有执行，分别对 标记元件识别为有缺陷的标记元件12。

如图2所示的实施例，列C3和列R7为上述有缺陷的标记元件12。

如果一内连接于光源的控制电路，例如二极管控制电路，无法检测故障 的标记元件12，那么该类型的检测方式是尤其有好处的。

本发明还设有另一过程，其中有缺陷的标记元件12被备用元件13中的 一个替换。这一过程可通过由使用者如服务技术员使用适当的手工工具交换 有缺失的和备用的元件来完成。

替换完成后，标记元件11的顺序可能再一次处于未知状态。特别是对 控制及评估单元，无法得知使用者选出哪个备用元件13来替换有缺陷的标 记元件12。因此，随后如上描述的“像素顺序检测模式”会被执行。

有利地是，因此可能在几分钟内甚至少于一分钟内识别并替换有缺陷的 标记元件12。

图3为本发明监控设备90和标记装置100另一优选实施例。

在该实施例中，检测器30并非通过测量标记光4而是通过检测由标记 元件11施加在物体上的标记2a、2b来检测标记操作。

为此，标记头部位于并被驱动在常规的标记操作模式中。这意味着，待 标记物体1沿标记头部10的移动方向3或前进方向3移动。标记元件11被 控制及评估单元40激活以向物体施加标记2a、2b。

检测器30可被设置在标记头部30的前进方向3中紧邻标记头部30。 因而，标记2a、2b移至检测器30的检测区域31，从而检测信息可被记录。

如实施例所示，当第二个标记2b正要进入检测区域31时，第一个标记 2a已经进入到检测区域31中。由于标记元件11的激活时序是已知的，和/ 或由于标记2a、2b的位置可从检测信息中确定，从而能分别向标记元件11 分配一个特定的标记2a、2b。

为了在记录的标记2a和2b的基础上更方便辨别不同标记元件11，激 活的时间跨度可以被控制及评估单元40控制成对于每个标记元件11是不同 的。为了从每个标记2a、2b确定激活的时间跨度，检测信息可以被分析。

一个可从检测器30充分延伸至物体1的壳体（未示出）可以被提供。 对于物体1来说，也可使用具有由检测器30识别的图案的参考物体来简化 有关于标记2a、2b的检测信息的评估。

因此，本实施例也允许执行“像素顺序检测模式”和“有缺陷的像素检 测模式”。

本实施例中描述的监控设备和标记装置因此具有对标记元件哪些是特 别有效的时间及在这些特别有效的时间内对于监控设备只需要低成本设备 时哪些更易执行的检查。