CN103366198A - 用于监测工件的装配线rfid监测系统 - Google Patents

Abstract

一种用于监测工件的装配线RFID监测系统，包括：至少一个监测组件，对应设置在装配线的至少一个监测位，所述的至少一个监测组件分别由三个或四个监测器组成，所述的三个或四个监测器中至少两个监测器为RFID读写器，并且所述的至少两个监测器被配置为从不同的方向对同一个监测位进行监测；临时数据库，用于存储各个监测器的监测结果；冗余过滤器，用于滤除各个监测器冗余的监测结果；判定器，用于以监测组件为单位，用冗余过滤后的监测结果，分别计算各个监测组件的加权监测结果，进而将加权监测结果与判决阈值比较，识别出从对应的监测位通过的工件，输出其标签数据。该系统能够同时解决多读和漏读现象的判断问题。

Description

用于监测工件的装配线RFID监测系统

技术领域

本发明涉及一种RFID监测系统，更具体地说，是一种用于监测在装配线上传送的工件的RFID监测系统。

背景技术

射频识别（RFID）是一种非接触式的自动识别技术，通常被用来定位、识别、跟踪、监控和计数等。

在制造业的装配线应用RFID系统可以解决装配过程中的信息自动读取、实时更新上级信息系统，具有提高装配管理效率等优点，但其使用也有较大的局限性，例如：由于种种原因（如，无意遮挡、标签位置不当、金属环境、液体环境等），有时RFID标签很难做到100%被RFID读写器读出，RFID标签没有被读出的现象称作漏读；由于RFID标签灵敏度有时有较大差异，为了防止漏读，RFID读写器天线的有效读取范围通常要大于装配线宽度，这就导致在装配线附近的RFID标签（简称为边缘标签）会被RFID读写器读到，这种现象称作多读。在装配线上，RFID标签和工件一一对应，漏读和多读都会导致组装信息系统记录的信息与实际装配线上的不符，从而引起装配线工作的混乱。

现有解决漏读的方法及存在的问题：1、扩大天线的有效读取范围，该方案显然会导致多读现象增加；2、在同一个工件上设置多个RFID标签，在同一个监测位沿工件移动方向设置多个读写器，该方案能够在一定程度上减少漏读现象，但用多个标签标识单个工件不但会增加应用成本，而且会增加大量的冗余数据，需要单独设计相关的过滤算法，并且有可能会影响运行速度。

现有解决多读的方法及存在的问题：1、减小天线的有效读取范围，该方案与解决漏读的上述第一种方案相反，在一定程度上会导致漏读现象增加；2、预先存储标签标识的工件与标签之间的映射关系，在监测时，根据该预先建立的映射关系，检查读到的标签，该方案能够摒弃边缘标签，在一定程度上解决多读问题，但需要在每次应用前建立工件与标签之间的映射关系，存入系统，操作非常繁琐，不利于实际应用。

RFID应用技术现仍然是研究的热点，有关漏读和多读现象的解决方法仍然处于探索和改进阶段，尚没有看到报道，已经在应用中从根本上解决了RFID的漏读和多读现象。

由于漏读现象和多读现象无法有效解决，RFID系统无法达到100%读取准确率，使得RFID系统在制造业的装配线上无法得到真正意义上的实际应用。

发明内容

本发明的目的是针对现有RFID系统无法有效解决漏读现象和多读现象的技术问题，提供一种用于监测在装配线上传送的工件的RFID监测系统。

RFID系统具有“不会无中生有”的特点，即只要一个RFID读写器读到标签，该标签一定在该RFID读写器附近存在过，不会是误读。因此，在RFID领域，一个公认的观点是：虽然在一个监测位设置多个RFID读写器，能减少一些场合（如无意遮挡、标签位置不当）下的漏读现象，但是由于每个RFID读写器都可能发生多读现象，导致采用该方案后多读现象会更加严重。发明人给出一种解决方案，通过设计相应的算法、并对多个RFID读写器天线的角度和位置等进行设置，使得在一个监测位设置多个RFID读写器能够同时解决多读和漏读现象，并且进一步提出了与辅助传感器结合，利用多个RFID读写器确定的范围信号与辅助传感器确定的位置信号，更好地克服多读和漏读的问题。在此基础上，提出的具体的技术方案如下。

一种RFID监测系统，用于监测在装配线上传送的工件，所述工件上设置有与工件一一对应的RFID标签，所述监测系统包括：

至少一个监测组件，对应设置在装配线的至少一个监测位，所述的至少一个监测组件分别由三个或四个监测器组成，所述的三个或四个监测器中至少两个监测器为RFID读写器，并且所述的至少两个监测器被配置为从不同的方向对同一个监测位进行监测；

临时数据库，用于存储各个监测器的监测结果；但并不限于此，在一些实施例中，冗余过滤器、判定器、第二过滤器都基于临时数据库中的数据进行处理，因此还用于存储这些操作所产生的中间数据；

冗余过滤器，用于滤除各个监测器冗余的监测结果；

判定器，用于以监测组件为单位，用冗余过滤后的监测结果，分别计算各个监测组件的加权监测结果，进而将加权监测结果与判决阈值比较，识别出从对应的监测位通过的工件，输出其标签数据。

在上述的RFID监测系统中，所述判定器可以包括：

赋值模块，用于根据监测器的监测结果赋予监测器相应的权重，所述权重与监测器的类别以及监测组件中各监测器天线的位置相关；

计算模块，用于对一个采样周期内一个监测组件的所有监测器的权重求和，作为该监测组件的加权监测结果；

比较及识别模块。

在一种方案中，至少有一个监测组件是由三个RFID读写器组成的，所述的三个RFID读写器的天线的辐射面所在平面两两正交、且三个天线的有效辐射范围具有一个重叠区域，并且所述重叠区域仅覆盖装配线上相应的监测位。

在另一种方案中，至少有一个监测组件是由三个RFID读写器和一个光电传感器组成的。

在第三种方案中，至少有一个监测组件是由两个RFID读写器和一个光电传感器组成的。

在上述的RFID监测系统中，尤其是在所述的第三种方案中，光电传感器的权重最好大于任意一个RFID读写器的权重。

在上述的RFID监测系统中，进一步还可以包括第二过滤器、暂停物库和验证码库，所述的第二过滤器设置在所述判定器的输出端，用于根据验证码库中的标签号区间或标签号头字段验证标签数据，进而去除非工件的标签数据，和/或用于将本次判定后输出的标签数据与上次判定后输出的标签数据进行比较，如果相同将其滤除存入到暂停物库中。

在上述的RFID监测系统中，所述临时数据库、冗余过滤器、判定器、第二过滤器、暂停物库和验证码库最好由一个基于数据库的轻量型RFID中间件实现，该中间件通过调用与其连接的RFID读写器的API函数提取RFID读写器检测到的标签数据，以及通过调用临时数据库的API函数实现数据在读写。

在上述的RFID监测系统中，进一步还可以包括应用系统，所述应用系统包括主数据库、工件监测模块和实时监测模块，所述主数据库用于存储中间件上传的标签数据，所述工件监测模块用于从主数据库读取数据，实现对工件的监测，所述实时监测模块用于从临时数据库读取数据实时监控工件。

在上述的RFID监测系统中，所述中间件可以采用分布式结构，该中间件包括通过以太网连接的至少一个第一计算机和一个第二计算机，每个第一计算机中设置至少一个读写器适配器，第二计算机中设置所述临时数据库、冗余过滤器、判定器和第二过滤器。

本发明给出的解决方案，在给定条件下，可以解决漏读和多读问题，从而极大提高RFID系统读取准确率；即：通过三个RFID读写器或者二至三个RFID读写器和一个光电传感器的组合，配合简单的加权算法，可同时解决多读和漏读现象的判断问题。

附图说明

图1为第一实施例RFID监测系统的原理框图；

图2为一种监测组件的组成及布置示意图；

图3为另一种监测组件的组成及布置示意图；

图4为第二实施例RFID监测系统的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明。

图1示出了第一实施例RFID监测系统的结构，该监测系统用于监测在装配线上传送的工件，所述的工件上设置有与工件一一对应的RFID标签，金属环境下应使用抗金属标签。如图1所示，第一实施例RFID监测系统包括：一个监测组件1，中间件2，应用系统3。

监测组件1由第一监测器11、第二监测器12、第三监测器13和第四监测器14组成，其中，第一监测器11、第二监测器12、第三监测器13为RFID读写器，第四监测器14为辅助传感器，具体采用光电传感器，由光发射单元141和光接收单元142组成。图2示出了四个监测器在装配线100的监测位的布置状态，其中11’、12’、13’分别为第一监测器11、第二监测器12、第三监测器13的天线。如图2所示，三个天线11’、12’、13’的辐射面所在平面两两正交，通过设置使三个天线11’、12’、13’的有效辐射范围具有一个重叠区域，并且使该重叠区域仅覆盖装配线100上相应的监测位。第四监测器14的光发射单元141和光接收单元142对称地设置在装配线100的两侧，用于检测经过所述重叠区域（即监测位）的工件。如图2所示，两个工件G101、G102在装配线100上沿箭头A所示方向被传送，两个RFID标签B101、B102对应设置在两个工件G101、G102上。正常情况下，当工件进入监测位时，如图2中的工件G102，其上的RFID标签B102会被三个RFID读写器读取，并且，工件G102会将光发射单元141射向光接收单元142的光线阻挡，使第四监测器14输出相应的监测结果（有工件）。

中间件2包括临时数据库21、冗余过滤器22、判定器23、第二过滤器24、若干读写器适配器25、暂停物库26和验证码库27。临时数据库21用于存储各个监测器的监测结果，如RFID标签数据，辅助传感器的输出状态数据。冗余过滤器22用于滤除各个监测器冗余的监测结果，其实现方法为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。

判定器23与冗余过滤器22的输出端连接，以监测组件为单位，用冗余过滤后的监测结果，计算监测组件1的加权监测结果，进而将加权监测结果与判决阈值比较，识别出从对应的监测位通过的工件，输出其标签数据。具体地，判定器23包括：赋值模块，计算模块，比较及识别模块。

赋值模块用于根据监测器的监测结果赋予监测器相应的权重，所述权重与监测器的类别相关，具体地，第四监测器14（光电传感器）的权重大于任意一个RFID读写器的权重，此外，所述权重还可以与监测组件1中各监测器天线的位置相关联，例如可以令装配线上方的RFID读写器（第二监测器12）的权重大于侧面的RFID读写器的权重。为了方便运算和简化判据，最佳地，当光电传感器的监测结果为有工件时，将光电传感器的权重设为2，光电传感器的的监测结果为无工件时，将光电传感器的权重设为0；任意一个RFID读写器读到标签数据时，将其权重设为1，任意一个RFID读写器未读到标签数据时，将其权重设为0；相应地，判决阈值设置为2，判据为：当一个采样周期内监测组件1的所有监测器的权重的和（即监测组件1的加权监测结果）大于判决阈值，则有工件从监测组件1对应的监测位通过。

计算模块用于对一个采样周期内监测组件1的所有监测器的权重求和，即计算监测组件1的加权监测结果。

比较及识别模块用于按上述判决阈值和判据，对计算模块得到的加权监测结果判断，识别出从对应的监测位通过的工件。

第二过滤器24设置在判定器23的输出端，一方面用于根据验证码库27中的标签号区间或标签号头字段验证标签数据，进一步去除非工件的标签数据。通常，每个装配位上的工件的标签号可能会有相同的字段头、或者当天使用的工件的标签号是已经计划给定的，第二过滤器24正是利用这个特点，借用RFID中间件过滤算法设定，进一步去除多读标签（即，非工件的标签数据）。另一方面，第二过滤器24还用于将本次判定后输出的标签数据与上次判定后输出的标签数据进行比较，如果相同将其滤除存入到暂停物库26中，如果不相同则正常输出该标签数据，即第二过滤器24还用于滤除偶然出现在装配线旁但被多个读写器同时读入的工件的标签数据。

读写器适配器25用于使系统能够使用不同类型的RFID读写器，本实施例中，中间件2的读写器适配器25通过调用与其连接的RFID读写器的API函数来提取RFID读写器检测到的标签数据，实现简单，而且能够方便地扩展新的适配器。

中间件2通过调用临时数据库的API函数向监时数据库21写入数据或从监时数据库读取数据。

上述临时数据库21、冗余过滤器22、判定器23、第二过滤器24、暂停物库26和验证码库27由一个基于数据库的轻量型RFID中间件（在ZL 2009 1 0110406.4专利的基础上增加了判定器23、第二过滤器24、暂停物库26和验证码库27）实现。

应用系统3包括主数据库31、工件（即装配部件）监测模块32和实时监测模块33。主数据库31用于存储中间件2上传的工件标签数据，该标签数据是经冗余过滤、识别、第二过滤器二次过滤后的标签数据，不含有多读标签数据。工件监测模块32用于从主数据库31读取数据，实现对工件的监测。实时监测模块33用于从临时数据库21读取数据实时监控工件。

上述RFID监测系统的数据处理过程如下：中间件2通过读写器适配器25从四个监测器11、12、13、14采样数据，存入临时数据库21，冗余过滤器22对存入临时数据库21中的数据按监测器号进行过滤，滤除冗余的监测结果，判定器23对冗余过滤后的监测结果赋值、计算、比较，识别出从监测组件1对应的监测位通过的工件，第二过滤器24将判定器23已经确认的工件标签数据与标签号区间或标签号头字段对比，将标签号不在标签号区间内或与所述标签号头字段不匹配的标签数据滤除（即进一步滤除非工件标签的多读标签），将过滤后的工件标签数据存入临时数据库21，以按约定方式（如定时、触发等）向主数据库31上传。其中，所述标签号区间或标签号头字段由应用系统的主数据库31在开始监测前下传给第二滤波器24。

应用系统3的功能可以根据需要灵活设计，并不限于上述应用系统。

本发明中，监测组件的构成及天线布置并不限于图2所示。一个监测组件也可以仅由三个RFID读写器组成（即没有辅助传感器），三个RFID读写器的天线的辐射面所在平面两两正交、且三个天线的有效辐射范围具有一个重叠区域，并且所述重叠区域仅覆盖装配线上相应的监测位，即像图2中三个天线的配置状态，在这种情况下，可以将判定器的判决阈值设置为1，判据同上，这样只有两个或三个RFID读写器同时检测到标签数据，才判定有工件从对应的监测位通过，只有一个RFID读写器检测到标签数据时判定为多读标签。

一个监测组件也可以由两个RFID读写器和一个光电传感器组成，如图3所示为这种组成下的一种布置状态，如图3所示，两个RFID读写器的天线41、42设置在装配线100的上方，一个天线41向装配线的前下侧倾斜，另一个天线42向装配线的后下侧倾斜，用于从不同的方向对同一个监测位进行监测，光电传感器的光发射单元43和光接收单元44分别设置在装配线100的前后两侧，且其检测光穿过所述监测位，这种情况下，可以将判定器的判决阈值设置为2，判据同上，这样只有一个或两个RFID读写器检测到标签数据且同时光电传感器检测到工件，才判定有工件从对应的监测位通过，其它均判定为多读标签。例如，两个工件G201、G202（其上对应设置有标签B201、B202）在装配线100上以方向A传送，当工件进入监测位后（如工件G202），其上的RFID标签B202会被两个RFID读写器读取，并且，工件G202会将光发射单元43射向光接收单元44的光线阻挡，使光电传感器输出相应的监测结果（有工件），此时判定器会判定有工件从监测位通过。由两个RFID读写器和一个光电传感器组成监测组件时，天线在监测位的配置也可以采用其它方式，例如，可以将一个天线设置在装配线100上方，另一个天线设置在装配线100侧面，等等。

第一实施例中，装配线上只有一个监测位，因此只包括一个监测组件。对于具有多个监测位的大型装配线的RFID监测系统，需要在每个监测位设置一个监测组件，图4示出了第二实施例的RFID监测系统，它可以适用于有多监测位的大型装配线。

如图4所示，第二实施例RFID监测系统包括若干监测组件5，中间件，应用系统7。

若干监测组件5对应设置在装配线的若干监测位。各个监测组件5的组成及天线布置可以采用上述任何一种方式，这里不再赘述。

中间件采用分布式结构，它包括与监测组件5相同数量的第一计算机61和一个第二计算机62，每个第一计算机61中设置至少一个读写器适配器，第二计算机62中设置临时数据库、冗余过滤器、判定器和第二过滤器。每个第一计算机61通过以太网与相应的监测组件5连接，并且通过以太网与第二计算机62连接。读写器适配器、临时数据库、冗余过滤器、判定器和第二过滤器的实现方法与第一实施例相同，这里不再赘述。

应用系统7包括主数据库71、工件（即装配部件）监测模块72和实时监测模块73和新读标签临时数据库74。主数据库71、工件（即装配部件）监测模块72的实现方法与第一实施例相同，这里不再赘述。新读标签临时数据库74用于实时地获取中间件冗余过滤、识别、二次过滤后的工件标签数据，并存储，用于与实时监测模块73配合实现实时监测。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种RFID监测系统，用于监测在装配线上传送的工件，所述工件上设置有与工件一一对应的RFID标签，其特征在于，所述监测系统包括：

至少一个监测组件，对应设置在装配线的至少一个监测位，所述的至少一个监测组件分别由三个或四个监测器组成，所述的三个或四个监测器中至少两个监测器为RFID读写器，并且所述的至少两个监测器被配置为从不同的方向对同一个监测位进行监测；

临时数据库，用于存储各个监测器的监测结果；

冗余过滤器，用于滤除各个监测器冗余的监测结果；

判定器，用于以监测组件为单位，用冗余过滤后的监测结果，分别计算各个监测组件的加权监测结果，进而将加权监测结果与判决阈值比较，识别出从对应的监测位通过的工件，输出其标签数据。

2.根据权利要求1所述的RFID监测系统，其特征在于，所述判定器包括：

赋值模块，用于根据监测器的监测结果赋予监测器相应的权重，所述权重与监测器的类别以及监测组件中各监测器天线的位置相关；

计算模块，用于对一个采样周期内一个监测组件的所有监测器的权重求和，作为该监测组件的加权监测结果；

比较及识别模块。

3.根据权利要求1所述的RFID监测系统，其特征在于，至少有一个监测组件是由三个RFID读写器组成的，所述的三个RFID读写器的天线的辐射面所在平面两两正交、且三个天线的有效辐射范围具有一个重叠区域，并且所述重叠区域仅覆盖装配线上相应的监测位。

4.根据权利要求1所述的RFID监测系统，其特征在于，至少有一个监测组件是由三个RFID读写器和一个光电传感器组成的。

5.根据权利要求1所述的RFID监测系统，其特征在于，至少有一个监测组件是由两个RFID读写器和一个光电传感器组成的。

6.根据权利要求4或5所述的RFID监测系统，其特征在于，光电传感器的权重大于任意一个RFID读写器的权重。

7.根据权利要求1所述的RFID监测系统，其特征在于，该RFID监测系统还包括第二过滤器、暂停物库和验证码库，所述的第二过滤器设置在所述判定器的输出端，用于根据验证码库中的标签号区间或标签号头字段验证标签数据，进而去除非工件的标签数据，和/或用于将本次判定后输出的标签数据与上次判定后输出的标签数据进行比较，如果相同将其滤除存入到暂停物库中。

8.根据权利要求7所述的RFID监测系统，其特征在于，所述临时数据库、冗余过滤器、判定器、第二过滤器、暂停物库和验证码库由一个基于数据库的轻量型RFID中间件实现，该中间件通过调用与其连接的RFID读写器的API函数提取RFID读写器检测到的标签数据，以及通过调用临时数据库的API函数实现数据读写。

9.根据权利要求8所述的RFID监测系统，其特征在于，该RFID监测系统还包括应用系统，所述应用系统包括主数据库、工件监测模块和实时监测模块，所述主数据库用于存储中间件上传的标签数据，所述工件监测模块用于从主数据库读取数据，实现对工件的监测，所述实时监测模块用于从临时数据库读取数据实时监控工件。

10.根据权利要求9所述的RFID监测系统，其特征在于，所述中间件采用分布式结构，该中间件包括通过以太网连接的至少一个第一计算机和一个第二计算机，每个第一计算机中设置至少一个读写器适配器，第二计算机中设置所述临时数据库、冗余过滤器、判定器和第二过滤器。

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