CN103366199B - 用于监测组合件的装配线rfid监测系统 - Google Patents

Abstract

一种用于监测组合件的装配线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，每个监测组件包括三个RFID读写器和一个位置传感器或者仅包括三个RFID读写器；临时数据库，用于存储所述RFID读写器和位置传感器的监测结果；冗余过滤器，用于滤除RFID读写器和位置传感器冗余的监测结果；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组合件，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

用于监测组合件的装配线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组合件的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，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。

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，以及RFID应用成本的问题，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组合件的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（位置传感器）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组合件，所述组合件的至少两个构件设置有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，每个监测组件包括三个RFID读写器和一个位置传感器，且所述三个RFID读写器被配置为从不同方向和/或不同位置对相应的一个监测位进行监测；

临时数据库，用于存储所述的至少一个监测组件的RFID读写器和位置传感器的监测结果；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RFID读写器和位置传感器冗余的监测结果；

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组合件，输出其标签数据。

在上述的RFID监测系统中，所述的判定器可以包括：

赋值模块，用于对RFID读写器和位置传感器的监测结果赋予相应的权重；

计算模块，用于按标签号将三个RFID读写器监测结果对应的权重与位置传感器监测结果对应的权重相加，作为相应监测组件的加权监测结果；

比较及识别模块，用于将算得的加权监测结果与判决阈值比较，摒弃多读标签。

在上述的RFID监测系统中，位置传感器的权重最好不大于任意一个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，进而去除非组合件的标签数据，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、组合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，所述组合件监测模块用于从主数据库读取数据，实现对组合件的监测，所述实时监测模块用于从临时数据库读取数据实时监控组合件。

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。

另一种RFID监测系统，用于监测在装配线上传送的组合件，所述组合件的至少两个构件设置有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，每个监测组件包括三个RFID读写器、且该三个RFID读写器被配置为从不同方向和/或不同位置对相应的一个监测位进行监测；

临时数据库，用于存储RFID读写器的监测结果；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RFID读写器冗余的监测结果；

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组合件，输出其标签数据。

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读写器或者三个RFID读写器和一个位置传感器的组合，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组合件，所述的组合件是由多个构件装配制成的半成品，其中至少两个构件上有相应的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为位置传感器，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）的组合件。如图2所示，两个组合件G110、G120在装配线100上沿箭头A所示方向被传送。组合件G110由三个构件装配制成，三个构件上均有各自的RFID标签，分别标记为B111、B112、B113。同样，组合件G120由三个构件装配制成，三个构件上均有各自的RFID标签，分别标记为B121、B122、B123。正常情况下，当组合件进入监测位时，如图2中的组合件G120，其上的RFID标签B121、B122、B123会同时被三个RFID读写器读取，并且，组合件G120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（有组合件）。

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，位置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，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组合件，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。

赋值模块用于对RFID读写器和位置传感器的监测结果赋予相应的权重。组合件监测中，最好使位置传感器（光电传感器）的权重不大于任意一个RFID读写器的权重，所述权重可以与监测组件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，最佳实施例中，当光电传感器的监测结果为有组合件通过时，赋予权重1，光电传感器的监测结果为无组合件通过时，赋予权重0；任意一个RFID读写器读到标签数据时，赋予权重1，否则赋予权重0。

计算模块用于按标签号将三个RFID读写器监测结果对应的权重与位置传感器监测结果对应的权重相加，作为监测组件1的加权监测结果。例如：在某个采样周期内，第一监测器11读到三个标签B121、B122、B123，第二监测器12读到四个标签B121、B122、B123、B124，第三监测器13读到三个标签B121、B122、B123，第四监测器（光电传感器）14监测结果为有组合件通过，那么计算方法为：分别对四个标签B121、B122、B123、B124计算权重和。具体地，对标签号B121，三个RFID读写器和光电传感器都监测到了，计算的权重和为4。同样，对标签号B122计算的权重和为4，对标签号B123计算的权重和为4。对标签号B124，只有一个RFID读写器监测到了，计算的权重和为1。

比较及识别模块，用于将算得的加权监测结果与判决阈值比较，摒弃多读标签。上述最佳实施例中判决阈值设置为2，判据为：四个监测器11、12、12、14监测结果对应的权重之和（即监测组件1的加权监测结果）大于判决阈值，则为组合件上的正常标签，表明有组合件从监测组件1对应的监测位通过；反之，监测组件1的加权监测结果小于或等于判决阈值，则为多读标签。

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，进一步去除非组合件的标签数据。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，非组合件的标签数据）。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组合件的标签数据。

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写入数据或从临时数据库读取数据。

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ZL200910110406.4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、组合件（即半成品）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上传的组合件标签数据，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。组合件监测模块32用于从主数据库31读取数据，实现对组合件的监测。实时监测模块33用于从临时数据库21读取数据实时监控组合件。

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组合件，第二过滤器24将判定器23已经确认的组合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（即进一步滤除非组合件标签的多读标签），将过滤后的组合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，监测组件也可以仅由三个RFID读写器组成，即不包括上述的位置传感器。相应地，在判定器23中，在计算加权监测结果时，可以将位置传感器的权重始终用一个固定值（如1）表示。

本发明中，监测组件的三个RFID读写器的天线布置也不限于图2所示的两两正交的情形。图3示出了另一实施例布置状态，如图3所示，三个RFID读写器的天线40、41、42设置在装配线100的上方，两个天线40、41向装配线的前下侧倾斜，第三个天线42向装配线的后下侧倾斜，即三个RFID读写器被配置为从不同方向和/或不同位置对相应的一个监测位C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C。如图3所示，组合件G210（其三个构件上均有各自的RFID标签，分别标记为B211、B212、B213）和组合件G220（其三个构件上均有各自的RFID标签，分别标记为B221、B222、B223）在装配线100上以方向A传送，当组合件G220进入监测位C后，其上的RFID标签B221、B222、B223都会被三个RFID读写器读取，并且，组合件G220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（有组合件通过），此时判定器23会判定有组合件从监测位通过。

上述实施例中，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、组合件（即半成品）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、组合件（即半成品）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6冗余过滤、识别、二次过滤后的组合件标签数据，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 (7)

1.一种RFID监测系统，用于监测在装配线上传送的组合件，所述组合件的至少两个构件设置有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，每个监测组件包括三个RFID读写器和一个位置传感器，且所述三个RFID读写器被配置为从不同方向和/或不同位置同时对相应的一个监测位进行监测，所述三个RFID读写器的天线的辐射面所在平面两两正交、或者所述三个RFID读写器的天线均设置在装配线的上方且两个天线向装配线的前下侧或后下侧倾斜第三个天线向装配线的后下侧或前下侧倾斜，所述位置传感器用于检测经过相应监测位的组合件；

临时数据库，用于存储所述的至少一个监测组件的RFID读写器和位置传感器的监测结果；冗余过滤器，用于滤除RFID读写器和位置传感器冗余的监测结果；

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组合件，输出其标签数据；所述的判定器包括：

赋值模块，用于对RFID读写器和位置传感器的监测结果赋予相应的权重；

计算模块，用于按标签号将三个RFID读写器监测结果对应的权重与位置传感器监测结果对应的权重相加，作为相应监测组件的加权监测结果；

比较及识别模块，用于将算得的加权监测结果与判决阈值比较，摒弃多读标签。

2.根据权利要求1所述的RFID监测系统，其特征在于，位置传感器的权重不大于任意一个RFID读写器的权重。

3.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，进而去除非组合件的标签数据，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。

4.根据权利要求3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。

5.根据权利要求4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、组合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，所述组合件监测模块用于从主数据库读取数据，实现对组合件的监测，所述实时监测模块用于从临时数据库读取数据实时监控组合件。

6.根据权利要求5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。

7.一种RFID监测系统，用于监测在装配线上传送的组合件，所述组合件的至少两个构件设置有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，每个监测组件包括三个RFID读写器、且该三个RFID读写器被配置为从不同方向和/或不同位置同时对相应的一个监测位进行监测，所述三个RFID读写器的天线的辐射面所在平面两两正交、或者所述三个RFID读写器的天线均设置在装配线的上方且两个天线向装配线的前下侧或后下侧倾斜第三个天线向装配线的后下侧或前下侧倾斜；

临时数据库，用于存储RFID读写器的监测结果；

冗余过滤器，用于滤除RFID读写器冗余的监测结果；

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组合件，输出其标签数据；所述的判定器包括：

赋值模块，用于对RFID读写器的监测结果赋予相应的权重；

计算模块，用于按标签号将三个RFID读写器监测结果对应的权重相加，作为相应监测组件的加权监测结果；

比较及识别模块，用于将算得的加权监测结果与判决阈值比较，摒弃多读标签。