CN106626769B

CN106626769B - 一种喷墨制造可变的Chipless RFID系统及方法

Info

Publication number: CN106626769B
Application number: CN201710003631.2A
Authority: CN
Inventors: 高志强
Original assignee: Beijing Dancing Horse Technology Co Ltd
Priority date: 2017-01-04
Filing date: 2017-01-04
Publication date: 2018-07-13
Anticipated expiration: 2037-01-04
Also published as: CN106626769A

Abstract

本发明涉及一种喷墨制造可变的Chipless RFID系统和方法，系统包括喷墨打印头、功能墨水材料、烧结装置、追标器、编码器、控制电路板、工控机和数据服务器。方法为数据服务器中存储的Chipless RFID数据方案传输到工控机，工控机将服务器数据转化为打印信号传输到控制电路板，控制电路板根据追标器和编码器反馈的信号，确定承印基材的位置和传输速度，控制喷头将功能材料墨水打印在基材上形成Chipless RFID线型，并通过烧结装置实现Chipless RFID的谐振特性，数据的在线传输和喷墨打印使Chipless RFID各不相同。本发明实现了喷墨打印制造具备唯一性Chipless RFID，可以作为独立系统，也可以作为印刷或包装等机器的嵌套结构。

Description

一种喷墨制造可变的Chipless RFID系统及方法

技术领域

本发明属于喷墨打印技术领域，涉及喷墨制造技术，尤其是一种喷墨制造可变的Chipless RFID系统及方法。

背景技术

喷墨打印技术具有非接触、可变性以及墨水材料和适用基材广泛的特点。喷墨成为一种加工制造方式，利用功能性材料制作新型电子器件技术，具有设备简单、耗材和能耗低、形状尺寸可控性高，适用基体范围大以及制造过程对环境零污染等优势。

RFID的解决方案里面有一种是Chipless RFID(无芯片)，利用谐振电路来进行编码和射频识别，而谐振电路编码方法是此类射频识别系统的基础。谐振电路一般由电感、电容、电阻和微带组成，通过设计不同的谐振电路，可以实现Chipless RFID记录不同的数据信息。相对于有芯片的RFID，Chipless RFID具有成本低，唯一性高等特点。但是现有的Chipless RFID并没有实现广泛应用，是因为当前的RFID生产方式并不适于大量制作不同谐振电路的Chipless RFID。

而且，现有的RFID主要成本在芯片上，所以Chipless RFID具有成本优势，但是要实现谐振型Chipless RFID的唯一性，需要每个Chipless RFID具有不同的谐振电路特点。目前的RFID制作方案多为蚀刻或者丝网印刷，不适用于Chipless RFID制作。

通过专利公开文件的检索，仅发现一篇与本发明申请相关的公开专利文献：

一种基于打印电子的Chipless RFID的3D定位方法(CN104899617A)，属于无线通信和物联网领域。该技术包括Chipless RFID打印、高信息含量的Chipless RFID设计、Chipless RFID的3D定位方法。设计高信息容量的Chipless RFID标签结构，并利用研制的纳米银颗粒试剂作为打印的墨水，实现在纸张或者PET材料上打印所需要的器件，利用至少3个读写器天线读取天线至标签结构的距离，建立对应的数学模型，估算标签所在的位置信息。利用打印电子技术实现的Chipless RFID及3D定位技术具有，a)标签加工简单方便，b)Chipless RFID标签信息量储存高，c)本发明借鉴传统的定位技术和文献“Chipless RFIDTag Localization”的方法，提出了Chipless RFID的定位方法，可以实现无芯片RFID定位问题。

通过技术特征的对比，上述公开专利文献属于Chipless RFID的3D定位方法，与本发明申请的对不同谐振电路的Chipless RFID的大批量快速制作在发明目的上不相同，因此不影响本发明申请的创造性。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种喷墨制造可变的Chipless RFID系统及方法，以实现具有不同谐振电路的Chipless RFID的大批量快速制作。

为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种喷墨制造可变的Chipless RFID系统，包括喷墨打印单元、工控机和数据服务器，其特征在于：所述喷墨打印单元包括供墨系统、控制电路板、喷墨打印头、烧结装置、追标器、编码器及承印材料，其中，所述喷墨打印头、追标器、编码器与控制电路板连接，控制电路板与工控机连接，工控机通过网络与数据服务器连接。

而且，所述的功能性墨水材料、供墨系统通路、控制电路板、喷墨打印头、烧结装置形成一个喷墨打印单元，一套系统里面可以包含多个喷墨打印单元，每个系统独立完成制造，或者作为印刷或包装等机器的嵌套结构。

而且，所述的Chipless RFID包含一个或多个功能层结构，每个喷墨打印单元完成一个功能层的制造。

而且，所述喷墨打印头为一个或多个，形成一排或多排打印阵列的打印头；所述供墨系统包含一组或多组通路给对应的喷头持续稳定供应功能墨水材料，该功能墨水材料是实现电感、电容、电阻和微带等电学性能的墨水材料，该墨水材料为绝缘墨水、导电墨水、高分子导电材料墨水或其他介电材料墨水。

而且，所述数据服务器依据预设的程序生成和存储Chipless RFID图形方案，并预设数据与对应的Chipless RFID对应；数据服务器与工控机的网络进行连接，包括不限于TCP/IP协议、winpcap、WIFI、局域网等网络协议发送数据至工控机。

而且，所述工控机接受服务器传输来的数据，该数据处理后传输给各喷墨打印单元里的控制电路板；该控制电路板接受工控机的数据，接受编码器和追标器的信号，控制喷墨打印头在承印材料上打印成图形信息。

而且，所述烧结装置是红外、UV、脉冲激光等方式，使墨水材料附着固定到承印基材上面；所述的追标器为一个或多个，安装于承印材料传输路径上，读取承印材料的位置，并发送信号至控制电路板进而控制喷头打印起始位置；所述的编码器安装在承印材料传输路径上，通过与承印材料接触或传送结构结合，并发送信号至控制电路板进而控制喷头点火频率。

一种喷墨制造可变的Chipless RFID方法，其特征在于：服务器程序生成一个或多个功能层的Chipless RFID方案和数据，通过网络传输给工控机；工控机将不同功能层的数据传递给对应的喷墨打印单元；喷墨打印单元中的控制电路板同时获取追标器和编码器的信号，并根据追标器和编码器反馈的信号，确定承印基材的位置和传输速度，控制喷头将功能材料墨水打印在承印材料上形成Chipless RFID线型，并通过烧结装置实现ChiplessRFID的谐振特性，固化墨水材料形成功能层，一个功能层或多个功能层组合形成ChiplessRFID。

而且，数据服务器将结构图形通过网络发送给工控机，工控机将每一个ChiplessRFID结构图形分解成导电、绝缘、导电三个不同功能材料的打印数据，发送到与其对应的喷墨打印单元，各打印单元在承印基材输送方向上依次排列。

本发明的优点和积极效果是：

本发利用服务器存储和生成Chipless RFID谐振电路和对应的数据内容，利用喷墨打印技术实时可变将导电墨水或其他墨水材料打印制造成不同电容、电感、微带等来实现所述谐振电路，即Chipless RFID，具有模块化特点，即能作为独立系统运行，也可以嵌入到印刷或包装等机器中。

附图说明

图1为本发明Chipless RFID喷墨制造系统的结构示意图；

图2为图1的喷墨打印单元的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例做进一步详述；本实施例是描述性的，不是限定性的，不能由此限定本发明的保护范围。

一种喷墨制造可变的Chipless RFID系统：包括喷墨打印单元、工控机和数据服务器。所述喷墨打印单元包括供墨系统、控制电路板、喷墨打印头、烧结装置、追标器、编码器及承印材料，其中，所述喷墨打印头、追标器、编码器与控制电路板连接，控制电路板与工控机连接，工控机通过网络与数据服务器连接。

所述的功能性墨水材料、供墨系统通路、控制电路板、喷墨打印头、烧结装置可以形成一个喷墨打印单元。一套系统里面可以包含多个喷墨打印单元。

所述的喷墨制造可变的Chipless RFID系统可以独立完成制造，也可以作为印刷或包装等机器的嵌套结构。

所述数据服务器：依据预设的程序生成和存储Chipless RFID图形方案，并预设数据与对应的Chipless RFID对应。数据服务器与工控机的网络进行连接，包括不限于TCP/IP协议、winpcap、WIFI、局域网等网络协议发送数据至工控机。

所述工控机：接受服务器传输来的数据，该数据处理后传输给各喷墨打印单元里的控制电路板。

所述控制电路板：接受工控机的数据，接受编码器和追标器的信号，控制喷墨打印头在承印材料上打印成图形信息。

所述喷墨打印头为一个或多个，形成一排或多排打印阵列的打印头。

所述供墨系统包含一组或多组通路给对应的喷头持续稳定供应功能墨水材料，该功能墨水材料是可以实现电感、电容、电阻和微带等电学性能的墨水材料，可以是绝缘墨水、导电墨水、高分子导电材料墨水或其他介电材料墨水。

所述烧结装置可以是红外、UV、脉冲激光等方式，可以使墨水材料附着固定到承印基材上面。

所述的追标器为一个或多个，安装于承印材料传输路径上，读取承印材料的位置，并发送信号至控制电路板进而控制喷头打印起始位置。

所述的编码器安装在承印材料传输路径上，通过与承印材料接触或传送结构结合，并发送信号至控制电路板进而控制喷头点火频率。

所述承印材料可以是独立的薄膜或纸张材料，也可以是包装袋、包装箱、瓶、罐体等物体。

所述的Chipless RFID包含一个或多个功能层结构。

本发明中，一套系统里面可以包含多个喷墨打印单元。喷墨打印头、供墨系统、功能墨水材料、烧结装置、追标器、编码器、控制电路板。

一种喷墨制造可变的Chipless RFID的方法如下：

服务器程序生成一个或多个功能层的Chipless RFID方案和数据，通过网络传输给工控机；工控机将不同功能层的数据传递给对应的喷墨打印单元；喷墨打印单元中的控制电路板同时获取追标器和编码器的信号，并根据追标器和编码器反馈的信号，确定承印基材的位置和传输速度，控制喷头将功能材料墨水打印在承印材料上形成Chipless RFID线型，并通过烧结装置实现Chipless RFID的谐振特性，固化墨水材料形成功能层，一个功能层或多个功能层组合形成Chipless RFID，数据的在线传输和喷墨打印使Chipless RFID各不相同。

数据服务器中，根据一定算法生成Chiless RFID方案，方案中的每个CHiplessRFID的导电层图形各不相同，具有不同的编码信息；同时方案中包含每个Chiless RFID的结构层数和每层的结构图形。

本实施例中，包含两个导电层和中间绝缘层，共三层结构。

数据服务器将结构图形通过网络发送给工控机，工控机将每一个Chipless RFID结构图形分解成导电、绝缘、导电三个不同功能材料的打印数据，发送到与其对应的喷墨打印单元，三个喷墨打印单元在承印基材输送方向上依次排列。

不同喷墨打印单元可以选用不同或相同的功能墨水材料，但单元内烧结装置的参数与功能墨水材料相适应。

假设Chipless RFID编号分别为为Chipless RFID A、Chipless RFID B、ChiplessRFID C...

Chipless RFID A第一层导电层制作：承印基材上面有靶标；承印基材通过第一个导电层喷墨打印单元时，追标器扫过靶标，信号发送给控制电路板，触发其所在单元的打印任务；同时，编码器发生编码信号给控制电路板，控制喷墨打印头的打印速度与承印基材传输速度相匹配。喷墨打印头将导电墨水材料，打印Chipless RFID A的第一层导电层结构图形在承印基材上形成目标结构；随后承印基材通过烧结装置，导电墨水干燥固化，完成第一层结构的制造。该喷墨打印单元进入下一个Chipless RFID B第一层导电层制作。

Chipless RFID A绝缘层制作：承印基材通过绝缘层喷墨打印单元时，追标器扫过靶标，信号发送给控制电路板，触发其所在单元的打印任务；同时，编码器发生编码信号给控制电路板，控制喷墨打印头的打印速度与承印基材传输速度相匹配。控制电路板将与第一层导电层对应的Chipless RFID A绝缘层打印数据发送至喷墨打印头，将绝缘树脂墨水材料打印在第一层导电层上形成目标结构；随后承印基材通过烧结装置，绝缘墨水干燥树脂固化，完成绝缘层的制造。该喷墨打印单元进入下一个Chipless RFID B绝缘层层制作。

Chipless RFID A第二层导电层制作：承印基材通过第三个喷墨打印单元时，追标器扫过靶标，信号发送给控制电路板，触发其所在单元的打印任务；同时，编码器发生编码信号给控制电路板，控制喷墨打印头的打印速度与承印基材传输速度相匹配。控制电路板将与前两层对应的Chipless RFID A导电层打印数据发送至喷墨打印头，喷墨打印头将导电墨水材料打印在前两层结构上形成目标结构；随后承印基材通过烧结装置，导电墨水干燥固化，完成第二层导电层结构的制造。至此完成Chipless RFID A制作。该喷墨打印单元进入下一个Chipless RFID B第二层导电层制作。

制作过程中承印基材是连续数送的，输送过程中，不断重复上述过程，实现大批量的Chipless RFID制作。

Claims

1.一种喷墨制造可变的Chipless RFID系统，包括喷墨打印单元、工控机和数据服务器，其特征在于：所述喷墨打印单元包括功能墨水材料、供墨系统、控制电路板、喷墨打印头、烧结装置、追标器、编码器，其中，所述喷墨打印头、追标器、编码器与控制电路板连接，控制电路板与工控机连接，工控机通过网络与数据服务器连接；

所述喷墨打印头为一个或多个，形成一排或多排打印阵列的打印头；所述供墨系统包含一组或多组通路给对应的喷头持续稳定供应功能墨水材料，该功能墨水材料是实现电感、电容、电阻和微带电学性能的墨水材料，该墨水材料为绝缘墨水、导电墨水、高分子导电材料墨水或其他介电材料墨水；

所述烧结装置是红外、UV、脉冲激光方式，使墨水材料附着固定到承印基材上面；所述的追标器为一个或多个，安装于承印材料传输路径上，读取承印材料的位置，并发送信号至控制电路板进而控制喷头打印起始位置；所述的编码器安装在承印材料传输路径上，通过与承印材料接触或传送结构结合，并发送信号至控制电路板进而控制喷头点火频率。

2.根据权利要求1所述的喷墨制造可变的Chipless RFID系统，其特征在于：所述的功能墨水材料、供墨系统、控制电路板、喷墨打印头、烧结装置、追标器、编码器形成一个喷墨打印单元，一套系统里面包含多个喷墨打印单元，每个系统独立完成制造，或者作为印刷或包装机器的嵌套结构。

3.根据权利要求1所述的喷墨制造可变的Chipless RFID系统，其特征在于：所述的Chipless RFID包含一个或多个功能层结构，每个喷墨打印单元完成一个功能层的制造。

4.根据权利要求1所述的喷墨制造可变的Chipless RFID系统，其特征在于：所述数据服务器依据预设的程序生成和存储Chipless RFID图形方案，并预设数据与对应的Chipless RFID对应；数据服务器与工控机的网络进行连接，包括不限于TCP/IP协议、winpcap、WIFI、局域网网络协议发送数据至工控机。

5.根据权利要求1所述的喷墨制造可变的Chipless RFID系统，其特征在于：所述工控机接受服务器传输来的数据，该数据处理后传输给各喷墨打印单元里的控制电路板；该控制电路板接受工控机的数据，接受编码器和追标器的信号，控制喷墨打印头在承印材料上打印成图形信息。

6.一种根据权利要求1所述的喷墨制造可变的Chipless RFID系统的制造方法，其特征在于：服务器程序生成一个或多个功能层的Chipless RFID方案和数据，通过网络传输给工控机；工控机将不同功能层的数据传递给对应的喷墨打印单元；喷墨打印单元中的控制电路板同时获取追标器和编码器的信号，并根据追标器和编码器反馈的信号，确定承印基材的位置和传输速度，控制喷头将功能材料墨水打印在承印材料上形成Chipless RFID线型，并通过烧结装置实现Chipless RFID的谐振特性，固化墨水材料形成功能层，一个功能层或多个功能层组合形成Chipless RFID；

数据服务器将结构图形通过网络发送给工控机，工控机将每一个Chipless RFID结构图形分解成导电、绝缘、导电三个不同功能材料的打印数据，发送到与其对应的喷墨打印单元，各打印单元在承印基材输送方向上依次排列。