CN1956890A - 用于多层管状结构的识别装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于多层管状结构的识别装置。该用于产品的多层管状结构具有嵌入或插设在管状结构的多层中的两层之间的电子检测装置。所述电子检测装置响应于无线电频率，并能够存储和发送关于所述多层管状结构、所述产品和对所述管状结构和所述产品进行处理的信息。提供了一种通过将电子检测装置嵌入到多层中的两层之间来制造多层管状结构的方法。

Description

用于多层管状结构的识别装置
技术领域
本发明涉及“智能包装”系统与方法，更具体地涉及诸如射频识别装置(以下的“RFID”标签或装置)的电子检测装置以及在包装和包裹跟踪系统中使用这些装置的方法。
背景技术
在许多应用中，对物品的位置和状态进行监控是有利的。例如，在生产环境下，重要的是获知物品在工厂处于何处，而在运输环境中，重要的是识别并记录物品的进仓和出仓等。传统上已使用条形码来识别和跟踪物品。具体地，1D(一维)条形码最常用，并用来在食品杂货店等处对物品进行识别。近来开发了2D(二维)条形码，2D条形码与1D条形码相比提供了更多的信息。因此，在运输标记和其它物品中(其中，通常需要更多信息来识别与条形码相关的物品)使用了2D标记。然而，1D和2D条形码系统通常彼此不兼容，并且条形码必须清楚可见，并可由扫描仪等读取，以便传输与条形码相关的信息。
另一种用于跟踪物品和/或发送关于物品的信息的方法是通过贴在物品外表面上的具有预编程编码信息的磁条。通过使磁条穿过高分辨率磁读取器以产生电场来读取信息。尽管该技术无需在读取器和磁条之间形成清楚的视线以正确读取信息，但能读取磁条的距离受到限制，并且系统被限制成只读的。磁条还容易损坏，这对含有更多数据的较长磁条而言是个问题。
另一种跟踪物品的方式是采用RFID。RFID已在多种应用(从跟踪服装到跟踪货盘到跟踪卡车)中使用了一定的时间。RFID基于感应原理工作。在无源RFID系统中，读取器以预定频率产生磁场。在RFID标签(其通常可分为只读类或读/写类)进入磁场时，在标签的包括绕圈天线和电容器的谐振电路中产生较小的电流。该电路向RFID标签提供能量，该RFID标签然后对磁场进行调制从而以预定频率(例如，125kHz(低频)或13.56MHz(高频))将预先编程在标签上的信息发送回读取器。读取器然后接收、解调和解码信号发送，然后将数据发送到与系统相关的主计算机上，以进行进一步的处理。
有源RFID系统以大致相同的方式运行，但是在有源系统中，RFID标签包括其自身的电池，从而允许标签在触发按键时发送数据和信息。例如，遥控车库门开启器通常使用有源RFID标签，该有源RFID标签向接收器发送预定代码以按照使用者的意愿提升和降低车库门。
另一公知的与RFID标签相关的技术为Bistatix，Bistatix以与RFID标签大致相同的方式运行，不过RFID标签的线圈天线和电容器由印刷碳基材料替代。结果，Bistatix标签极为扁平并且相对柔韧，不过当前这些类型的装置限制在约125KHz的频率范围内。此外，Bistatix标签的读取范围取决于尺寸，因此长读取范围可能需要非常大的标签。尽管如此，不管具体跟踪系统中使用的是Bistatix、有源RFID标签还是无源RFID标签，这些标签和系统都极大地提升了包裹跟踪和数据管理。
电子检测装置、具体地RFID系统存在的一个挑战是如何将RFID标签施加到物品上。目前是将标签粘贴到容器或货盘的外表面上，尽管对于许多应用该方法都是令人满意的，但标签突出的位置通常使标签在处理期间暴露并容易受到损坏或被意外移去。其它施加标签的形式包括将标签缝合到衣物上以及通过金属紧固件将标签夹到物品上。在将检测装置或标签施加到管状卷形物或容器(例如在支承卷形货物或包装食品中使用的那些装置)上时，施加这些检测装置的困难就尤为突出，这是因为这类结构在生产期间经常相互摩擦，从而引起标签损坏。此外，例如在落纱和粗纺纺织纱线中，经常多次使用可重复使用的载体或容器，这进一步加速了对RFID标签的损坏。因此，存在这样的需求，即，制造一种具有不会在处理中损坏或破坏的电子检测装置的容器或载体。
发明内容
通过根据本发明的多层管状结构和形成该多层管状结构的方法实现这些以及其它需求。有利地，本发明的多层管状结构包括具有嵌在其中的诸如射频识别装置或标签的电子检测装置的管状体。这样，本发明的检测装置不会在处理或使用该多层管状结构期间被损坏或破坏。由于该装置隐藏在所述多层管状体内，因此该装置不容易被看到并且不大可能被除去，这在安全方面是有益的。
更具体地，根据本发明一个实施例的多层管状结构包括管状体，该管状体由以径向分层结构相互叠置地围绕该管状体轴线卷绕并粘合在一起的多层片或多层柔性材料(诸如纸板)形成。这样的管状体用作用于包装诸如小甜饼、炸薯条的产品的容器，以及用作用于支撑围绕所述管的所述外表面卷绕的产品(诸如纺织品、纸制品等)的卷绕芯。这里使用术语“多层管状结构”来表示容器和卷绕芯，应注意到本发明的有利特征可存在于每种管状体中。
所述多层管状结构还包括插设在所述管状体的多层中的两层之间的诸如射频识别(RFID)装置的电子检测装置。该识别装置能够存储和发送与该多层管状结构、储存在该多层管状结构中或该多层管状结构上的产品、或与所述二者相关的数据。此外，该识别装置可存储发送到该识别装置或从该识别装置发送的其它数据，也可从该识别装置删除其它数据。
该识别装置可具有多种形状和结构，但根据一个实施例，该装置相对薄而平，并包括响应例如由射频发射器产生的磁场的线圈天线和电容器。所述识别装置与所述管状体的对置端间隔预定的距离，而在一个实施例中，该识别装置被层压到所述管状体的多层中的至少一层上。
在另一实施例中，所述管状体的多层中的至少一层限定尺寸适于所述识别装置的开口，从而所述识别装置能够大致占据该层的所述开口。
在另一实施例中，所述识别装置由所述管状体的至少一部分中的分离(distinct)金属颗粒的阵列构成。具体地，所述金属颗粒可与包括柔性材料的诸如纸纤维的纤维混合，从而将所述识别装置一体地结合到所述管状体上。虽然所述识别装置由多个单独的颗粒构成，但所述颗粒一起作用从而与具有线圈天线和电容器的识别装置相似地运行。所述金属颗粒可定位在所述管状体的一个特定区域内，或者可散布在大致整个所述管状体上。在任一情况下，由于所述识别装置形成为所述管状体的一部分，因此不容易从所述多层管状结构中去除所述识别装置。然而，可从所述识别装置删除、重写、替换、和/或发送关于所述多层管状结构、产品的信息或任何其它信息。
制造和使用多层管状结构的方法也构成本发明的一部分。根据一种方法，这样制造用于存储产品的多层管状结构，即，通过围绕心轴将多层柔性材料卷绕成管状体，并在该卷绕步骤中将识别装置嵌入所述管状体中，从而使得所述识别装置插设在所述管状体的多层中的两层之间。根据一种方法，所述识别装置被层压到所述多层中的至少一层上，而在另一方法中，在所述层的至少一层中形成有开口，从而使得所述识别装置在卷绕步骤期间大致占据所述开口。有利地，由所述层限定的所述开口适应于所述识别装置的厚度，从而所述识别装置不会在所述管状体上形成凸出或隆起部分。
本发明的所述多层管状结构具有许多用途。因为所述识别装置嵌在所述管状体中，所以所述装置不会由于处理期间的碰撞或撞击而受到损坏或破坏，并且所述装置也不容易丢失、去除或被盗。所述多层管状结构对跟踪储存在其上或其中的诸如小甜饼、炸薯条、卷形物等产品是特别有用的。本发明的方法不需要专门的构造技术、端盖、或在所述管状结构的一些部分中切割的专用凹槽，这提高了制造效率并降低了制造成本。
附图说明
已经这样大概地描述了本发明，现在将参考附图，这些附图并不一定是按比例绘制的，其中：
图1为根据本发明一个实施例的多层管状结构的侧视立体图；
图2为在图1中所示的多层管状结构的端视图；
图3A为根据本发明一个实施例的其上卷绕有卷形货物的多层管状结构的立体图；
图3B为根据本发明一个实施例的其中布置有产品的多层管状结构的立体图；
图4为根据本发明一个实施例的识别装置的顶视图；
图5A为根据本发明一个实施例的其中嵌有局部颗粒阵列的多层管状结构的立体图；
图5B为根据本发明一个实施例的其中嵌有大量散布的颗粒阵列的多层管状结构的立体图；以及
图6为表示根据本发明一个实施例的多层管状结构的制造方法的平面图。
具体实施方式
以下将参考附图更加充分地描述本发明，这些附图示出了本发明的一些但并非所有的实施例。实际上，这些发明可以以许多不同的形式实施，而不应该被认为限于这里所阐述的实施例；相反地，提供这些实施例是为了使本公开满足适用的法律要求。全文中相同的附图标记指代相同的元件。
转向附图，图1和图2表示根据本发明的多层管状结构。具体地，附图标记10指用于包装产品等的多层管状结构，或者指例如用于支承诸如纺织品、纸张、塑料和其它材料的卷形货物的卷绕芯或管。
多层管状结构10包括多层或多层片的一种或多种公知的柔性材料，所述柔性材料坚固并特别利于包装产品和支撑卷形货物。具体地，该多层管状结构10包括形成限定中央开口15和对置端部16、18的管形形状的外层12以及内层14。尽管没有示出，但也可设有多层管状结构的其它共用层，诸如衬垫层片和/或标记层片。也可以按照规定通过利用该多层管状结构而设置一个或多个端部封闭件或顶盖(未示出)。各种层片或层可包括任何数量的材料，这些材料包括但不限于纸板、塑料、金属膜、镀金属塑料或其组合。
如图1和图3的虚线以及在图4中详细所示，该多层管状结构10还包括识别装置20。该识别装置20可具有不同的形式并可由各种材料构成，但根据一个实施例，该识别装置对无线电频率进行响应，并包括线圈天线30以及电容器或处理器32。从诸如Motorola(摩托罗拉公司)和TexasInstruments(德州仪器公司)的大量制造厂商可公知和获得这种射频识别(“RFID”)装置或标签。线圈天线30通常由金属制成，不过也可采用例如这里描述的印刷碳基材料。
如图2所示，识别装置20定位在管状体10的外层12和内层14之间。在管状体10内可具有多个层或层片，但为了简单起见而限制了这里所描述的层数。如以下将要描述的那样，在制造期间将识别装置20嵌入到管状体中，这有助于防止装置损坏，并有助于将装置隐藏。
该装置20能够存储关于多层管状结构10、与该多层管状结构相关的产品的信息，以及关于相对于该结构和产品进行的处理或动作的信息。例如图3A表示具有卷绕在其上的卷形货物26(例如塑料片)的管状结构10。同样，图3B表示具有储存在其中的产品28(例如小甜饼、饼干、炸薯条、或非食物产品)的管状结构10。该装置20能够存储用于多层管状结构10、货物26或者在该管状结构或货物上进行的处理(诸如，通过输送器移动该结构和货物，或者在下游操作中处理货物)的唯一ID。可通过该装置20输入、存储和发送例如产品ID、技术数据、质量控制信息、代码日期标注、地点以及订货状态的其它信息。也能够删除信息，包括重写、擦除、替换和禁用，从而管状结构10可重新用于其它的产品或货物。这些类型的特征能改进库存管理、库存控制、内部产品定位以及供应链管理。
图5A和图5B表示本发明的多层管状结构10的可选实施例，由此，装置20呈分离金属(诸如含铁银(ferrous silver))片或颗粒22的阵列的形式，该金属片或颗粒嵌入到管状结构的至少一部分中。在本实施例中，形成装置20的颗粒22以与上述装置相同的方式进行响应，从而可存储和发送关于该多层管状结构、产品或对这些结构或产品进行处理的信息。优选地，颗粒22与形成所述管状体的至少一层的诸如纸纤维的纤维混合或一体地粘结，并且颗粒22可集中在管状体的特定或离散的位置处，或者可如以下将要描述的那样散布在大致整个管状体上。
图6表示根据本发明的用于制造复合多层管状结构的方法。首先使柔性体层材料(body ply material)121的连续条带向着成形心轴40前进。图6中的体层材料121为布置在外层12和内层14之间的内部层。可设置更多的内部层；然而在一个实施例中，没有内部层，从而只有内层和外层来构成管状体。同样在图6示出的一个可选实施例中，可通过供给器23使体层材料121具有以预定间隔或连续地散布的大量金属颗粒22。在将颗粒22散布或施加到体层材料121上从而使颗粒和纸纤维彼此一体结合时，该体层材料121优选为湿纸纤维的松散形式，不过可只将颗粒施加到相对湿或干的体层材料121的表面上。在一个实施例中，该体层材料121限定尺寸适于识别装置20的开口25。取决于其应用场合，该体层材料121还可在下面通过粘合辊和加热器。
内层14和支承层141也向着心轴40前进，根据一个实施例，该支承层141具有通过施加器29施加到其上的识别装置20。还可设置加热夹压器31来将识别装置20层压到支承层141上。尽管为了清晰而没有详细示出，但可根据与多层管状结构10一起使用的产品或货物而在该一般生产阶段采用各种衬垫和阻挡材料结构。
内层14、体层材料121以及支承层141向着心轴40前进，并层层叠置地螺旋地围绕心轴卷绕，从而形成多层管状结构。在一个实施例中，由体层材料121限定的开口25围绕心轴40前进，从而识别装置20大致占据该开口。有利地，识别装置20的厚度由开口25及体层材料121的厚度容纳，从而使完成后的多层管状结构10、特别是内层14和外层12不会表示或显示存在识别装置，例如具有上升、隆起或其它可见标记。
该管状结构通过在一对对置的带轮56周围延伸的传统卷绕带54而沿心轴40前进。该卷绕带54不仅使管状结构转动和前进，而且还向各层或层片施压从而确保在各层之间形成牢固的结合。
在卷绕带54下游，连续的外层12通过粘合剂施加器58而沿心轴40前进，该粘合剂施加器58将粘合剂施加到外层的内表面上。外层12以及施加到其上的粘合剂然后从下面通过加热器，从而使粘合剂相当粘。
在从下面通过加热器后，外层12然后围绕心轴40卷绕到前进着的管状结构上。应指出的是，由于每一层片或层围绕心轴40卷绕，因此层片的后边缘与该层片随后的部分的前边缘接触，从而使这些边缘抵靠在一起而在它们之间形成对接。还应指出，尽管这里讨论了螺旋或螺线形卷绕，但本发明的多层管状结构10可通过回旋卷绕等形成。
卷绕的层或层片然后通过卷绕带64沿心轴40前进。卷绕带64转动并使卷绕层前进，并向所述层的重叠边缘施压，以确保在各边缘之间形成牢固的结合。在已经将多层在心轴上固定在一起从而形成连续的管状结构之后，通过切割站66割断或切断该管状结构。优选以规则间隔进行切割，从而使识别装置(如果可适用)靠近所产生的端部16、18中的一个端部，但从该端部向内间隔开。在切割管状结构10之后，将管状结构从心轴40移开。
因此，本发明的多层管状结构和方法克服了传统容器和型芯以及这些容器和型芯的制造方法所具有的限制和不足。具体地，本发明的多层管状结构及其制造方法提供了包括不易损坏或被窃走的识别装置的多层管状结构，并且可通过结合传统的制造技术和系统来形成该结构。因此，本发明的多层管状结构和方法不仅使生产成本降低，而且还降低了供应链管理、库存管理、库存控制、内部产品定位中的无效性。
这些发明所属领域内的技术人员受益于上述说明和相关附图中的教导，将获知这里阐述的发明的许多改进和其它实施例。因此，应理解这些发明不限于公开的具体实施例，并且改进和其它实施例将包括在所附权利要求的范围内。尽管这里采用了具体的术语，但仅在一般和描述性的意义上而不是为了限制的目的使用这些术语。

Claims (23)

1、一种用于储存产品的多层管状结构，该多层管状结构包括：
管状体，该管状体由相互叠置地围绕该管状体的轴线卷绕并粘合在一起的多层柔性材料形成，所述管状体具有内表面和外表面以及对置端部；以及
电子检测装置，该电子检测装置插设在所述管状体的所述多层的两层之间，所述电子检测装置与所述管状体的所述对置端部间隔开预定距离。
2、根据权利要求1所述的多层管状结构，其特征在于，所述电子检测装置被层压到所述管状体的所述多层中的至少一层上。
3、根据权利要求1所述的多层管状结构，其特征在于，所述管状体的所述多层中的至少一层限定尺寸适于所述电子检测装置的开口，从而所述电子检测装置能够大致占据所述多层中的所述至少一层的所述开口。
4、根据权利要求1所述的多层管状结构，其特征在于，所述电子检测装置能够存储和发送与所述管状结构和所述产品中的至少一个相关的数据。
5、根据权利要求1所述的多层管状结构，其特征在于，所述电子检测装置包括线圈天线和电容器。
6、根据权利要求1所述的多层管状结构，其特征在于，所述电子检测装置包括印刷碳基天线。
7、根据权利要求1所述的多层管状结构，其特征在于，多个所述多层至少部分地由纸板形成。
8、一种用于储存产品的多层管状结构，该多层管状结构包括：
管状体，该管状体由相互叠置地围绕该管状体的轴线卷绕并粘合在一起的多层柔性材料形成，所述管状体具有内表面和外表面以及对置端部；以及
电子检测装置，该电子检测装置能够存储和发送与所述多层管状结构和所述产品中的至少一个相关的数据，所述电子检测装置由嵌入在所述管状体的至少一部分中的分离金属颗粒的阵列构成，由此使所述管状体和所述分离颗粒彼此一体结合。
9、根据权利要求8所述的多层管状结构，其特征在于，所述颗粒散布在大致整个所述管状体上。
10、根据权利要求8所述的多层管状结构，其特征在于，多个所述多层至少部分地由纸板形成。
11、一种制造用于储存产品的多层管状结构的方法，该方法包括：
将多层柔性材料围绕心轴卷绕成管状体，该管状体具有内表面和外表面以及对置端部；以及
在围绕所述心轴卷绕所述柔性材料期间，将具有天线和电容器的电子检测装置嵌入到所述管状体中，从而使所述电子检测装置插设在所述柔性材料的所述多层的两层之间以及所述管状体的所述内表面和所述外表面之间，且与所述管状体的所述对置端部间隔开。
12、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，该方法还包括将所述电子检测装置层压到所述柔性材料的所述多层中的至少一层上。
13、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，该方法还包括将关于所述多层管状结构和所述产品中的至少一个的信息存储在所述电子检测装置中。
14、根据权利要求13所述的方法，其特征在于，该方法还包括使用读取装置对存储在所述电子检测装置中的关于所述多层管状结构和所述产品中的至少一个的信息进行识别。
15、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，该方法还包括在所述多层中的至少一层上形成开口，从而使得所述电子检测装置在卷绕步骤期间大致占据该开口。
16、一种制造用于储存产品的多层管状结构的方法，该方法包括：
将多根纤维形成为柔性材料的细长片；
将多层所述柔性材料围绕心轴卷绕成管状体，该管状体具有内表面和外表面以及对置端部；以及
通过在所述柔性材料的形成步骤期间将电子检测装置与所述纤维混合，从而将所述电子检测装置嵌入到所述管状体中。
17、根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述形成步骤包括将柔性纸板材料的多个纸纤维形成为细长片。
18、根据权利要求16所述的方法，其特征在于，该方法还包括将与所述多层管状结构和所述产品中的至少一个相关的信息存储在所述电子检测装置中。
19、根据权利要求18所述的方法，其特征在于，该方法还包括使用读取装置对存储在所述电子检测装置中的关于所述多层管状结构和所述产品中的至少一个的所述信息进行识别。
20、根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述嵌入步骤包括一体地结合金属颗粒的阵列和所述纤维。
21、根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述嵌入步骤包括将金属颗粒阵列散布到大致整个所述管状体上。
22、一种制造和使用多层管状结构的方法，该管状结构用于支承待围绕该管状结构而卷绕的产品，所述方法包括：
由包括内体层和外体层的多个体层形成所述管状结构，所述体层具有内表面和外表面以及对置端部；
将具有天线和电容器的电子检测装置嵌入到所述体层中，从而将所述电子检测装置插设在所述内体层和所述外体层之间，所述电子检测装置提供对所述管状结构的唯一识别；
围绕所述外体层的所述外表面卷绕产品；
将关于围绕所述体层卷绕的所述产品的信息存储在所述电子检测装置中；以及
使用读取器对存储在所述电子检测装置中的关于所述产品的所述存储信息进行识别。
23、根据权利要求22所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
删除关于所述产品的所述存储信息，从而所述电子检测装置和管状结构能够与其它产品结合而重新使用。
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