托盘系统及测量部件的制作方法

本发明涉及一种运送物品的托盘系统以及用于托盘系统的测量部件。

背景技术：

在物流行业内，运送物品的托盘为一种已知的标准化支撑装置，其具有预定尺寸。举例而言，四分之一托盘，即尺寸为欧标托盘四分之一的托盘，用于常常需要运送少量物品的食品物流或供应链物流行业。

在高度集成的供应链中，及时订购下一批货物为一项重要的工作。因此，必须对特定货盘上的货物量进行定期检查，从而为自动化方案创建需求。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于提供一种托盘系统以及用于托盘系统的测量部件，其可用于自动确定相应托盘上储存的物品量。

为此目的，提供一种运送物品的托盘系统，包括：具有盘体的托盘，所述盘体具有上表面；以及位于所述上表面的上方的测量部件。所述测量部件包括第一导电层和第二导电层，所述第一导电层和第二导电层彼此隔开，从而形成具有空隙的电容器，其中，所述空隙中设有至少一个弹性元件，以允许所述第一导电层和第二导电层朝向对方运动。所述测量部件的控制单元与所述第一导电层和第二导电层电连接，其中，所述控制单元用于测量所述电容器的电容。上述各层均例如彼此平行。此外，所述托盘可以为四分之一托盘和/或嵌套式托盘。

当所述托盘系统上放有物品时，即当所述测量部件上放有物品时，所述弹性元件由所述物品的重量压缩，从而使得所述第一导电层和第二导电层彼此靠近以及所述空隙的尺寸发生变化。所述尺寸变化可通过以所述控制单元测量所述电容器的电容的方式测得。

由此可见，所述电容器的电容用于衡量托盘所载物品的重量。因此，所述控制单元可自动获得托盘所载物品的重量，并可了解托盘上的物品或货物是否因不足而必须重新订购。

为了将所述托盘系统实施为更大型的计算机系统，所述控制单元可具有蓝牙、wi-fi、zigbee、以太网等接口。

所述托盘，更确切地说，所述盘体可由单种材料，尤其塑料材料制成，而且/或者制成为一体结构。优选地，所述盘体通过注塑成型制成，尤其制成为一体结构。

所述托盘例如为物流，尤其零售商所使用的四分之一托盘。四分之一托盘的尺寸可以为600×400mm。

所述托盘也可以为台车。

优选地，所述测量部件的形状为板状，并尤其覆盖大部分甚至全部所述上表面，从而使得所述托盘系统的高度尽可能小，并可实现对整个表面的测量。

在本发明的一种实施方式中，所述测量部件包括第一屏蔽层和第二屏蔽层，其中，第一导电层和第二导电层位于所述第一屏蔽层和第二屏蔽层之间。各屏蔽层也可由导电材料构成。所有各层可彼此平行。各屏蔽层可降低静电荷以及所述第一和第二导电层附近的导电材料(金属、液体等)对电容测量产生的影响。

优选地，所述测量部件包括第一基体和第二基体，所述第一基体支撑第一导电层和/或第一屏蔽层，所述第二基体支撑第二导电层和/或第二屏蔽层，以实现结构的紧凑性。所述基体的形状可以为板状或片状。各导电层和/或屏蔽层可覆盖于相应基体上。

为了实现高测量精度，所述第一基体和第二基体在托盘系统的未载货状态下彼此平行，其中，第一导电层设于第一基体面向第二基体的一侧，第二导电层设于第二基体面向第一基体的一侧。

为了实现最佳屏蔽效果，所述第一屏蔽层设于第一基体背离第二基体的一侧，第二屏蔽层设于第二基体背离第一基体的一侧。

在一种变型方案中，所述第一导电层、第二导电层、第一屏蔽层和/或第二屏蔽层覆盖相应基体的相应一侧的大部分表面，甚至整个表面。通过这种方式，可以提高在整个托盘表面上的测量灵敏度。

优选地，所述第一基体和第二基体与托盘的上表面平行，而且/或者所述第一基体和第二基体延伸覆盖托盘的上表面的至少一半，尤其至少四分之三，从而进一步提高测量精度。

所述第一基体和/或第二基体可以为电路板，尤其fr-4制成的电路板。通过这种方式，可以实现低成本且可靠的基体。

为了进一步降低成本，所述控制单元固定于所述第一基体或第二基体上，而且所述控制单元尤其集成至所述电路板的电路内。

在本发明的另一实施方式中，所述测量部件具有开孔和/或切口，这些开孔和/或切口分别与托盘的上表面的开孔和/或切口相对应，以使托盘能够保持其自身的功能。各开孔和/或切口可贯通测量部件的所有上述各层和各体。

在另一方面，所述至少一个弹性元件由发泡材料制成，尤其由橡胶发泡材料制成，以实现所需的压缩特性。所述橡胶发泡材料可由丁腈橡胶、氯丁橡胶、天然橡胶、三元乙丙橡胶和/或丁苯橡胶制成。

所述弹性元件的水平尺寸例如在竖直方向上变化。所述竖直方向为与托盘的上表面垂直的方向。通过使所述宽度发生变化，可以实现针对托盘系统所载重量的渐进式测量响应。

举例而言，在其中一个导电层的俯视视角下，所述至少一个弹性元件占该导电层的总表面积的百分比小于或等于10％，尤其小于或等于5％，而且/或者所述至少一个弹性元件占所述空隙的总体积的百分比小于或等于20％，尤其小于或等于10％。所述间隙的剩余部分由空气填充。通过这种方式，可以实现重量较轻且灵敏度较高的测量部件。

在一种变型方案中，所述至少一个弹性元件包括基部和竖直部，其中，在其中一个导电层的俯视视角下，所述至少一个弹性元件的竖直部占该导电层的总表面积的百分比小于或等于10％，尤其小于或等于5％，而且/或者所述竖直部占所述空隙的总体积的百分比小于或等于20％，尤其小于或等于10％。通过这种方式，可以保证各导电层具有足够大的彼此相向移动的范围。

所述至少一个弹性元件可附接至第一导电层和/或第二导电层上，以实现构造的简单性。

通过将所述至少一个弹性元件或所述至少一个弹性元件的竖直部排列成均匀图案或网状，即使当载荷不均匀时，也可实现均一的测量响应。

为了实现可靠的测量系统，所述测量部件可通过所述托盘的固定钩或固定槽等合适的固定装置，固定于所述托盘的上表面。

在本发明的另一实施方式中，所述托盘包括用于容纳显示件的显示部，其中，所述测量部件包括设于所述显示部的至少一个测量部。通过这种方式，可以极为精确地测定显示件内物品的重量。

在所述测量部中，所述第一导电层和第二导电层形成上述电容器。

所述测量部可为所述测量部件的唯一测量部。

所述托盘系统还可包括安装于所述托盘和/或测量部件上的显示件。优选地，所述显示件搁于所述托盘的显示部上。

举例而言，所述显示部和/或测量部的形状为矩形，而且/或者沿所述上表面的边缘延伸，以使得托盘所提供的大部分空间能够用于存放和陈列货物。

在一种变型方案中，所述显示部设有所述测量部件的两个测量部，此两个测量部的形状尤其为u形。如此，即使所使用的显示件的尺寸为所述托盘的尺寸的一半，也能实现对物品的精确称量。所述显示件的尺寸可以为托盘尺寸的八分之一。

举例而言，所述测量部的u形彼此相对，即开口部分彼此相对。所述两个测量部可形成矩形。

在另一实施方式中，所述测量部件包括至少一个辅助测量部，其中，所述至少一个辅助测量部被所述至少一个测量部围绕。通过所述辅助测量部，即使所使用的托盘未设显示件，也能实现极为精确的测量。

在所述情形中，“围绕”是指在所述托盘系统的俯视视角下，至少三边被围绕，尤其四边全部被围绕。

所述控制单元可设置为分别对每一测量部进行单独评价，以及/或者同时对两个或更多个测量部进行共同评价。所述控制单元尤其可在给定情形中自动判断是否需要对单个测量部或多个测量部的组合进行评价。

在又一实施方式中，所述测量部件包括温度传感器，所述温度传感器尤其用于对所述电容器的电容的测量结果进行校准。通过这种方式，可以进一步提高所述测量部件的测量精度。

所述校准可至少针对-20℃和40℃之间的温度。

在另一实施方式中，所述托盘系统包括至少一个固定元件，所述固定元件延伸通过所述第一导电层和/或第一基体以及第二导电层和/或第二基体内的开口，以将所述第一导电层固定至第二导电层上。所述固定元件尤其垂直延伸通过所述第一和第二导电层，也就是说，其延伸方向垂直于所述第一和第二导电层。

优选地，所述固定元件接合于所述上表面的开口内，以将所述测量部件固定于所述托盘上。每一固定元件均可接合于不同的开口中，即各层和/或托盘内的开口中。

在一种变型方案中，所述固定元件具有直径小于所述开口的直径的长形部分，其中，所述长形部分的第一端设有凸缘，所述长形部分的第二端设有至少一个柔性舌片。通过这种方式，可易于制造所述固定元件。

所述凸缘的直径尤其大于所述开口的直径，即各层和/或托盘内的开口的直径。

为了便于组装，所述柔性舌片可自长形部分的第二端向第一端延伸，而且/或者这些舌片与所述上表面的界定所述开口的伸出部分接合。如此，可在无需工具的情况下实现所述固定元件的插入和固定。

此外，还提供一种根据本发明的用于托盘系统的测量部件。

附图说明

通过以下参考附图以及具体实施方式的描述，本发明的其他特征和优点将变得显而易见，附图中：

-图1为具有本发明测量部件的本发明托盘系统的分解图；

-图2为图1的托盘系统的部分截面图，其示意性地示出了用于操作所述测量部件的电路；

-图3为图2的测量部件的其中一个基体的部分俯视图；

-图4为本发明第二实施方式的测量部件的部分截面图；

-图5为图4的测量部件的其中一个基体的部分俯视图；

-图6为本发明托盘系统的另一实施方式的俯视图；

-图7为本发明托盘系统的又一实施方式的俯视图；

-图8所示为所述托盘系统中将测量部件本身固定并且/或者固定在托盘上的固定元件。

具体实施方式

图1所示为一种运送物品的托盘系统10，所述托盘系统10具有托盘12和测量部件14。

托盘12例如为用于在超市中运送并展示杂货等物品的四分之一托盘。托盘12可以为嵌套式托盘，也就是说，两个空托盘可插入彼此之内，以便于运输。

托盘12包括具有上表面18的盘体16以及用于固定和保持测量部件14的固定装置20。

托盘12，更确切地说，盘体16可由单种材料，尤其塑料材料制成，而且/或者制成为一体结构。优选地，托盘12和/或盘体16通过注塑成型制成，尤其制成为一体结构。

托盘12例如为物流，尤其零售商所使用的四分之一托盘。四分之一托盘的尺寸可以为600×400mm。托盘12也可以为台车。

固定装置20可以为设于上表面18上的固定钩或固定槽。

托盘12的盘体16可包括贯通托盘12上表面18的切口22和开孔。

测量部件14为设于托盘12的上表面18上的平坦板状装置。测量部件14由固定装置20固定至上表面18上，并覆盖上表面18的大部分。

此外，测量部件14也可包括切口24或开孔，所述切口或开孔在测量部件14固定在托盘12上时与托盘12的至少一部分切口22或开孔对准。

从图2可以看出，测量部件14包括第一基体26，第二基体28，设于第一基体26和第二基体28之间的多个弹性元件30，以及控制单元31。

第一基体26和第二基体28至少在托盘系统10未载货时与托盘12的上表面18平行。

第二基体28与上表面18接触。因此，在托盘系统10的指定用途中，例如，当托盘放置于商店中时，第二基体28位于第一基体26的下方。竖直方向为与上表面18垂直的方向，而水平方向为与上表面18平行的方向。

第一基体26和第二基体28为平行板或平行片，具有相同几何形状，而且延伸覆盖托盘12的上表面18的至少一半，尤其至少四分之三。

基体26，28不覆盖托盘12的上表面18被中断的区域，如托盘12的支脚区域。这一做法的目的在于使得托盘12能够保持其自身的功能，如嵌套功能，以及/或者当上表面18用作测量部件14的计量承载面时，确保最佳测量质量。

第一基体26和第二基体28可由形成电路板的fr-4制成。基体26，28的厚度可为约4mm。

在示出的实施方式中，第一导电层32设于第一基体26处，第二导电层34设于第二基体28处。

第一导电层32设于第一基体26的底侧处，即第一基体26的面向第二基体28的一侧。

对应地，第二导电层34设于第二基体28的顶侧处，即第二基体28的面向第一基体26的一侧。

第一导电层32和第二导电层34可覆盖相应基体26，28的相应一侧的大部分表面，尤其整个表面，而且可通过已知的印刷电路板的制造方法来制造。

弹性元件30使得第一导电层32和第二导电层34之间存在空隙36。当托盘系统10未载货时，空隙36的高度h可以为2mm或2mm以下。

此外，第一基体26和/或第二基体28可包括屏蔽层38。

第一基体26的屏蔽层38设于其顶侧处，即第一基体26背离第二基体28的一侧。

相应地，第二基体28的屏蔽层38设于其底侧处，即第二基体28背离第一基体26的一侧。

因此，第一导电层32和第二导电层34设于屏蔽层38之间。

屏蔽层38也可由导电材料制成，而且也可覆盖相应基体26，28的相应一侧的大部分，尤其整个表面。

当托盘系统10处于未载货状态时，第一导电层32、第二导电层34以及两个屏蔽层38彼此平行。测量部件14的切口24和开孔贯通所有各层32，34，38以及基体26，28。

在第一实施方式中，弹性元件30具有长方体形状，且以均匀图案的方式或网状的方式设于相应基体26，28的整个表面上，更确切地说，如图3所示，设于相应导电层32，34的表面上。

弹性元件30例如由发泡材料制成，尤其由橡胶发泡材料制成。所述橡胶发泡可由丁腈橡胶、氯丁橡胶、天然橡胶、三元乙丙橡胶以及/或者丁苯橡胶制成。

在托盘系统10的未载货状态下，弹性元件30的高度对应于空隙36的高度h。

图3为其中一个导电层32，34的俯视图。从图3可以看出，弹性元件30的总面积为相应导电层32，34和相应基体26，28总表面积的10％或10％以下，尤其5％或5％以下。

此外，从图2和图3可以看出，弹性元件30所占空隙36的体积为空隙36的20％或20％以下，尤其10％或10％以下。空隙36的剩余部分由空气或其他环境气体填充。

弹性元件30可附接至第一导电层32、第二导电层34、第一基体26或第二基体28。

控制单元31可以为集成至第一导电层32或第二导电层34内的微芯片等物。控制单元31的集成可通过将其焊接至相应导电层32，34的方式实现。

第一导电层32，第二导电层34以及两个屏蔽层38与控制单元31的各个端口或引脚连接。

在图示的实施方式中，第一导电层与端口p1连接，而第二导电层34与接地端口gnd连接。

两个屏蔽层38也均可与控制单元31的端口连接，即与标记为pcaux的保护端口连接。此外，屏蔽层38可通过电阻器r接地。

此外，作为一种外部参考，约1nf的小电容器可分别与另一输入/输出端口p0和接地端口gnd连接。

在托盘系统10的工作过程中，第一导电层32和第二导电层34在空隙36上形成电容器。

控制单元31能够测量所述电容器的电容。

当托盘系统10载有物品时，所述物品的重量作用于第一基体26和两个基体26，28之间的弹性元件30上。

在所述重量的作用下，弹性元件30被压缩，从而使得第一基体26和第二基体28彼此靠近。如此，第一导电层32和第二导电层34朝彼此移得更近，从而缩小空隙36的尺寸或高度h。如此，所述电容器的电容变小，而这一电容变化可由控制单元31测得。

控制单元31设置为连续或间歇性地测量所述电容。由于所述电容器的减小和电容值取决于作用于弹性元件30上的重力，即托盘系统10上所存储的物品的重量，因此控制单元31可利用所测电容确定托盘系统10上所载物品的重量。

为了将托盘系统10实施为更大型的计算机系统，控制单元31可具有蓝牙、wi-fi、zigbee、以太网等接口。

图4至图7中所示为测量部件14和/或托盘系统10的其他实施方式，基本上对应于图1至图3所示的实施方式。因此，以下仅描述两者的不同，而且相同部件或具有相同功能的部件标有相同的附图标记。

图5为沿位于空隙36的一半高度h的平面p的截面图。所述截面图同时还是其中一个导电层32，34的俯视图。

第二实施方式与第一实施方式的区别仅在于弹性元件30的设计，而且仅设置一个弹性元件30。

第二实施方式的弹性元件30包括两个基部40和连接基部40的多个竖直部42。

其中一个基部40与第一导电层32接触，另一基部40与第二导电层34接触。基部40可横跨并覆盖整个相应导电层32，34。

在垂直方向上延伸于两个基部40之间的竖直部42可具有双锥形状，也就是说，自平面p开始，竖直部42朝向相反两方向上的基部40逐渐增宽。

例如，竖直部42的水平尺寸自第二导电层34处的基部40开始向上逐渐缩小，并在平面p处达到最窄。

再往上，竖直部42又逐渐增宽，直至到达第一导电层32处的另一基部40。

弹性元件30相对于平面p对称。

虽然第二实施方式的弹性元件30占空隙36的体积比例显著增大，但仅就竖直部而言，竖直部42仅占空隙36的总体积的20％或20％以下，尤其10％或10％以下。

与此类似，在其中一个导电层32，34的俯视视角下(图5)，竖直部42在平面p上占总表面积的比例小于10％，尤其小于5％。

竖直部42的双锥形状可产生渐进式电容响应，从而使得托盘系统10对低载荷具有更高的测量灵敏度，并对高载荷具有更大的测量范围(但准确度有所降低)。

竖直部42具有矩形截面。但是，所述截面也可具有任何其他形状，尤其圆形形状。

当然，以上两种实施方式的技术特征可相互组合。具体而言，第一实施方式的弹性元件30也可具有双锥或其他锥形形状。

图6为托盘系统10的第三实施方式的俯视图。

在该实施方式中，托盘系统10可包括在上表面18的显示部46处安装于托盘12的上表面18的显示件44(以虚线表示)。在托盘12上安装显示件44本身为一种已知做法。如此，可以使得已知托盘12，更确切地说，托盘12的上表面18具有预定的显示部46。

在显示部46(即显示件46上方的部分)中，图示实施方式的测量部件14包括测量部48，即测量部件14供第一导电层32和第二导电层34形成电容器的区域。

在图示的实施方式中，显示件44、显示部46及测量部48在盘体16上表面18的边缘处延伸，并具有长方形状。显示部46尤其在上表面18的边缘附近形成闭合环形。

测量部48可与显示部46全等。测量部48可为测量部件14的唯一测量部48。

除此之外，显示部46内也可设置覆盖显示部46的大部分面积的一个以上测量部48。

在图示的实施方式中，测量部件14还包括位于显示部46内的辅助测量部50。

辅助测量部50可设计为圈或点，而且可排列为网格状。所述排列形式可与上述实施方式类似。

测量部48和辅助测量部50的设计和功能与上述相同。

因此，控制单元31同时与测量部48和辅助测量部50相连，而且用于分别单独评价测量部48和辅助测量部50的测量结果，以确定显示件44的重量以及显示件44所载物品的重量。在这种情形中，由于托盘12所载物品的重量仅作用于显示部46上，因此辅助测量部50的测量值无关紧要。

此外，在未设显示件44时，控制单元31还用于同时对测量部48和辅助测量部的测量结果进行组合评价，以确定上表面18所载物品的重量。

控制单元31可自行确定具有显示件44的托盘上是否载有物品。在所述情形中，必须同时对测量部48，50的测量结果进行评价。

这一点可通过对辅助测量部50的测量结果进行评价的方式实现，这是因为当设置显示件44时，辅助测量部50所测的重量较小或接近于零。

在这一实施方式中，测量部件14还包括与控制单元31相连的温度传感器52。

温度传感器52测量托盘系统10和/或其周围的温度后，将所述信息发送给控制单元31。所述温度的范围可以为-20℃～40℃。

由于温度变化会导致导电层32，34之间的空气的介电特性发生变化，而且/或者对弹性元件30的压缩性产生影响，因此控制单元31还根据接收到的温度值，对电容的测量结果和/或重量的计算结果进行校准。

通过将此类和/或其他影响因素考虑在内，控制单元能够检测到的托盘12所载物品的重量差异约为100g。

显然，图1至图5的实施方式中也可设置温度传感器52。

图7所示为另一实施方式，其与图6所示的实施方式紧密相关，因此以下仅说明其不同之处。

在该实施方式中，设置两个测量部48。

测量部48的形状为u形，尤其具有方角的u形。此两u形彼此相对，即u形的开口面向彼此。

测量部48相互对齐，彼此间仅留较小的空隙，从而使得此两测量部48形成矩形。

控制单元31可单独测定其中一个测量部48上的重量，从而使得较小的显示件44，如八分之一显示件44的重量可得到检测。

与以上针对图6的说明类似，控制单元31可自动确定针对测量部48，50当中的哪一个进行评价。

图8所示为托盘系统10的固定元件54，用于将测量部件14自身固定和/或固定至托盘12。图示的固定元件54可用于托盘系统10的上述任何一种实施方式中。在图8中，为了简单起见，仅示出测量部件14的第一和第二基体26，28。

固定元件54可形成为一体结构。

固定元件54包括具有第一端58和第二端60的长形部分56，如杆状部分或圆柱部分。

第一端58上设置凸缘62，第二端60上附接有至少两个朝第一端58延伸的柔性舌片64。

固定元件54，更确切地说，长形部分56相对于上表面18垂直延伸通过第一导电层32和/或第一基体26、第二导电层34和/或第二基体28以及托盘12的上表面18内的开口66。

凸缘62的直径大于开口66的直径，并抵靠在上表面18上。

在图8所示的实施方式中，上表面18内的开口66由至少一个伸出部分68界定，该伸出部分68可为环形，柔性舌片64与所述伸出部分68的下侧相接，即与伸出部分68的背离上表面18的一侧相接，从而将测量部件14牢牢地固定在托盘12上。

在组装时，固定元件54自上侧，即上表面18的一侧插入开口66中。舌片64在移动通过测量部件14时向长形部分56靠拢，并在通过上表面18的伸出部分68后立刻外展。

此外，固定元件54的构造使得固定元件54在测量部件14受到压缩时能够向下移动。

当然，托盘系统10可以具有一个以上的固定元件54，在该情形中，每一固定元件54均设置于一组相应的开口66中。

以上实施方式仅为上述技术特征的例示组合，这些技术特征当然还可以按照任何其他方式进行组合。