DE19848938A1 - Objektidentifikationssystem - Google Patents

Abstract

Für ein Objektidentifikationssystem, beispielsweise zur Steuerung und Überwachung des Fertigungsablaufs von Objekten über mehrere Fertigungsstationen, insbesondere bei der Herstellung von Kraftfahrzeugen, wird vorgeschlagen, die Objekte mit einfachen feldgespeisten passiven Transponderanordnungen auszurüsten und zur Erhöhung der Reichweite zu ortsfest angeordneten Abfrageeinrichtungen eine vorzugsweise gleichfalls passive Vermittlungseinrichtung auf Objektträgern vorzusehen, welche einerseits an die Abfragefelder von Abfrageeinrichtungen und andererseits mit der Transponderanordnung induktiv koppeln. Vermittlungseinrichtung und Transponderanordnung bilden eine schwingungsfähige Gruppe mit einer auf die Betriebsfrequenz der Abfrageeinrichtungen abgestimmten Resonanzfrequenz. Hierdurch wird auch ein Beschreiben des Datenspeichers im Transponder leicht möglich.

Description

Die Erfindung betrifft ein Objektidentifikationssystem.

Ein Objektidentifikationssystem, welches vorteilhaft im Fertigungsablauf von Automobilen einsetzbar ist, ist beispielsweise aus der WO 91/18452 bekannt. Bei dem bekannten System ist ein passiver Transponder auf Dauer an dem Objekt befestigt. Der Datenspeicher des Transponders ist nicht flüchtig, so daß der Transponder keine eigene Batterie benötigt und auch in Prozeßschritten mit hoher Temperatur nicht beschädigt wird.

Zur Erhöhung der Reichweite für die Kommunikation zwischen dem objektfe­ sten Transponder und entlang des Fertigungswegs angeordneten Abfrageein­ richtungen ist eine Hilfseinrichtung vorgesehen, welche für den Fertigungsab­ lauf zusätzlich an dem Objekt befestigt wird und induktiv mit dem Transponder gekoppelt ist. Die Hilfseinrichtung kommuniziert mit Abfrageeinrichtungen über eine Infrarot- oder Mikrowellenverbindung und wandelt Signale dieses Typs um in induktive Signale für den Transponder und umgekehrt. Die Hilfseinrichtung wird nach dem Fertigungsablauf vom Objekt entfernt und wiederverwendet und verursacht daher keine Zusatzkosten für das Objekt. Die Hilfseinrichtung kann einen eigenen Datenspeicher enthalten.

Zur Erhöhung der Kommunikationsdistanz zwischen einem passiven feldge­ speisten Transponder und einer Abfrageeinrichtung ist es beispielsweise aus der DE 195 07 721 C2 auch bekannt, an dem Objekt eine Hilfsantennenanord­ nung vorzusehen mit einer großflächigen Feldspule zur Ankopplung an das Feld der Abfrageeinrichtung und mit einer Koppelspule zur losen induktiven Kopplung an den Transponder.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Objektidentifikati­ onssystem anzugeben, welches vorteilhaft für die Identifizierung von Objekten in einem Bearbeitungsablauf mit mehreren Stationen geeignet ist.

Erfindungsgemäße Lösungen sind in den unabhängigen Ansprüchen beschrie­ ben. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.

Die Erfindung ermöglicht eine besonders vorteilhafte Handhabung der Kombi­ nation von objektfester Transponderanordnung und Vermittlungseinrichtung, indem letztere fest mit einem Objektträger verbunden ist und damit mit dem Objektträger immer wieder verwendbar ist. Durch die definierte Positionierung des Objekts auf dem Objektträger ist eine aufwandsarme und zuverlässige Kopplung zwischen Objektträger und Transponderanordnung gewährleistet. Durch die feste Verbindung der Vermittlungseinrichtung wird diese ohne zu­ sätzliche Arbeitsschritte zusammen mit dem Objektträger immer wieder mit je­ weils einem neuen Objekt den Stationen einer Objektbearbeitung, insbesonde­ re innerhalb eines Herstellungsprozesses zugeführt.

Vorteilhafterweise ist für die Transponderanordnung eine passive, rein fremdgespeiste Ausführung vorgesehen, so daß auf eine eigene Batterie in der Transponderanordnung verzichtet werden kann. Die Vermittlungseinrichtung ist bevorzugt gleichfalls rein passiv, so daß auch hier keine Batterie oder andere elektrische Versorgungseinrichtungen vorgesehen werden müssen. Die Be­ triebsleistung für die Transponderanordnung und ggf. Verbrauchseinrichtungen der Vermittlungseinrichtung wird allein aus dem Feld der Abfrageeinrichtungen entnommen.

Die Kopplung zwischen Abfrageeinrichtungen und Vermittlungseinrichtungen ist vorteilhaftenweise in beiden Richtungen der Kommunikation zwischen Ab­ frageeinrichtung und Transponder induktiv und damit besonders unempfindlich gegen Verschmutzung. Die induktive Feldkopplung ermöglicht zudem eine große Lesedauer während des Durchlaufens des Objekts durch den Lesebe­ reich sowie eine einfache und effektive Aufnahme von Leistung aus dem Feld der Abfrageeinrichtungen.

Die Kopplung zwischen Vermittlungseinrichtung und Transponderanordnung ist gleichfalls bevorzugt induktiv, was wiederum die Vorteile geringer Verschmut­ zungsempflindlichkeit und großer Toleranz hinsichtlich der relativen Ausrich­ tungen von zweiten Koppeleinrichtungen gegen die Transponderanordnung beim Datenaustausch hat und eine einfache und effektive Leistungsübertra­ gung auf die Transponderanordnung ermöglicht.

Das Objektidentifikationssystem ist auf eine bestimmte Betriebsfrequenz der Abfrageeinrichtungen, insbesondere im Frequenzbereich zwischen 50 kHz und 500 kHz, beispielsweise 125 kHz eingerichtet. Die Transponderanordnung weist eine Resonanzfrequenz bei dieser Betriebsfrequenz, vorzugsweise um weniger als 10%, insbesondere weniger als 5% von dieser abweichend, auf. Die Vermittlungseinrichtung zeigt für sich allein vorteilhafterweise eine Reso­ nanzfrequenz, welche gegenüber der Resonanzfrequenz des Transponders zwischen 10% und 100% vorzugsweise zwischen 10% und 50% erhöht ist. Die Vermittlungseinrichtungen enthalten hierfür vorteilhafterweise eine bevorzugt abstimmbare Kapazität.

Es zeigt sich, daß die verbundene Anordnung von Vermittlungseinrichtung und Transponderanordnung eine weitaus stärkere Empfindlichkeit gegenüber ei­ nem externen Abfragefeld der Betriebsfrequenz besitzt im Vergleich zu einer Anordnung ohne Vermittlungseinrichtung oder mit einer nichtresonanten Ver­ mittlungseinrichtung. Eine weitere Resonanzfrequenz der verbundenen Anord­ nung oberhalb der Eigenresonanz der Vermittlungseinrichtung ist für den Ab­ fragebetrieb wegen der deutlichen Abfrage von der Betriebsfrequenz ohne weiteren Einfluß.

Günstigerweise wird bei einer Anordnung mit resonanter Vermittlungseinrich­ tung ein zum Einschreiben von Information vorteilhaftes gepulstes Signal von der Abfrageeinrichtung mit guter Flankensteilheit und hoher Spannung auf die Transponderanordnung übergekoppelt. Bevorzugt erfolgt das Einschreiben von Information in den Speicher der Transponderanordnung mittels eines solchen gepulsten Signals. Die Vermittlungseinrichtung und die daran induktiv gekop­ pelte Transponderanordnung bilden dann bevorzugt eine schwingungsfähige Gruppe mit einer auf die Betriebsfrequenz der Abfrageeinrichtungen zumindest annähernd abgestimmten Resonanzfrequenz.

Eine vorteilhafte Ausführung der Vermittlungseinrichtung sieht eine großflächi­ ge erste Spule als erste Koppeleinrichtung und eine demgegenüber kleinflä­ chige zweite Spule als zweite Koppeleinrichtung vor, wobei die Windungszahl der zweiten Spule zur Induzierung einer insbesondere für die Einschreibung von Daten in die Datenspeicheranordnung ausreichend hohen Spannung vor­ zugsweise wesentlich größer als die Windungszahl der ersten Spule ist. Die Koppeleinrichtungen, die Abfrageeinrichtungen und/oder die Transponderan­ ordnungen können zur Erhöhung der Kopplung Ferritmaterial enthalten.

Die zweiten Koppeleinrichtungen der Vermittlungseinrichtungen können bei hinreichend präziser Positionierung des Objekts auf dem Objektträger an fester Stelle des Objektträgers angeordnet sein und dann der Transponderanordnung in geringem Abstand gegenüberstehen oder an dieser federnd anliegen. Grö­ ßere Freiheit hinsichtlich der Positionierung des Objekts auf dem Objektträger und/oder der relativen Lage von Vermittlungseinrichtung auf dem Objektträger und Transponderanordnung am Objekt bietet eine bevorzugte Ausführung, bei welcher die zweiten Koppeleinrichtungen über eine flexible Verbindungsleitung mit den ersten Koppeleinrichtungen verbunden und relativ zu diesen beabstan­ det und positionsvariabel sind. Die zweiten Koppeleinrichtungen können dann beispielsweise federnd an der mit dem Objekt verbundenen Transponderan­ ordnung anliegen oder bevorzugt mechanisch lösbar mit dieser verbunden sein, beispielsweise über eine Rast-, Steck- oder Schnappverbindung.

Für eine besonders gute Kopplung zwischen Transponderanordnung und zweiten Koppeleinrichtungen können letztere in Form eines hohlen Spulenträ­ gerkörpers ausgeführt sein, welcher die Transponderanordnung umgeben kann.

Das Objektidentifikationssystem ist besonders vorteilhaft geeignet zur Kontrolle und/oder Steuerung eines Objektbearbeitungsablaufs, insbesondere eines Fertigungsablaufs mit einer Mehrzahl von Stationen, wobei im Verlauf der auf­ einanderfolgenden Stationen auch ein Wechsel des Objektträgers möglich ist.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch eingehend veranschaulicht. Da­ bei zeigt:

Fig. 1 eine Abfragesituation

Fig. 2 einen schematischen Aufbau einer Vermittlungseinrichtung.

Fig. 1 zeigt ein auf einem Objektträger OT in definierter Position angeordnetes Objekt O, beispielsweise eine Fahrzeugkarosserie im Verlauf einer Fertigungs­ straße, wobei der Objektträger OT mit dem Objekt O in eine Bewegungsrich­ tung BR verschoben werde. Das Objekt O trägt beispielsweise an seiner Unter­ seite dauerhaft eine passive Transponderanordnung TR, welche temporär mit einer Vermittlungseinrichtung VE gekoppelt ist, indem zweite Koppeleinrichtun­ gen der Vermittlungseinrichtung über eine Verbindungsleitung VL an den Ort der Transponderanordnung am Objekt gelegt sind. Die Vermittlungseinrichtung VE ist als fest mit dem Objektträger OT verbunden betrachtet. Quer zur Bewe­ gungsrichtung BR des Objektträgers und vom Objektträger beabstandet ist eine als ortsfest angenommene Abfrageeinrichtung AE an sich bekannter Art ange­ ordnet, welche über eine Antennenspule ein elektromagnetisches Wechselfeld mit einem modulierten Abfragesignal bei einer Betriebsfrequenz von typischer­ weise zwischen 50 kHz und 500 kHz in Richtung des Objektträgers abstrahlt und Signale aus dieser Richtung aufnimmt. Das Abfragesignal dient in an sich gebräuchlicher Weise dazu, Daten aus einem Datenspeicher der Transpon­ deranordnung abzurufen und/oder Daten in diesen Datenspeicher einzuschrei­ ben. Ein Abfragesignal zur Auslesung gespeicherter Information kann bei­ spielsweise bei konstanter Amplitude phasenmoduliert sein, wogegen zum Ein­ schreiben in den Speicher vorzugsweise ein gepulstes Signal eingesetzt ist.

In Fig. 2 ist die Vermittlungseinrichtung VE in ihrem prinzipiellen Aufbau skiz­ ziert. In einem Gehäuse VG, welches fest mit dem Objektträger verbunden sei, ist eine erste Spule S1 als erste Koppeleinrichtung der Vermittlungseinrichtung vorgesehen. Die Anschlüsse der ersten Spule S1 sind über eine Verbindungs­ leitung VL mit den Anschlüssen einer außerhalb des Gehäuses und von die­ sem beabstandet angeordneten zweiten Spule S2 als zweite Koppeleinrichtung der Vermittlungseinrichtung VE verbunden. Die Anschlüsse der ersten Spule S1 sind durch einen Abstimmkondensator AK miteinander verbunden.

Die zweite Spule S2 ist beispielsweise in einem hohlen Spulenträgerkörper ST angeordnet, dessen Innenraum zur Aufnahme der fest mit Objekt O verbunde­ nen Transponderanordnung TR vorgesehen ist. Der Spulenträgerkörper ST kann hierfür beispielsweise in eine Vertiefung T einer Objektfläche, in welcher die Transponderanordnung befestigt ist, eingesetzt und über Rastnocken oder anderen mechanischen Einrichtungen dort lösbar gehalten sein.

Ein von der ersten Spule S1 aufgenommenes Abfragesignal induziert in der ersten Spule S1 einen Strom, welcher ohne Beachtung des Abstimmkonden­ sators AK über die Verbindungsleitung auch die zweite Spule S2 durchfließt und seinerseits in einer Empfangsspule der Transponderanordnung TR einen Strom induziert, aus welchem zum einen der Betriebsstrom der Transponder­ anordnung gewonnen und anhand dessen Modulation zum anderen eine Signalauswertung in der Transponderanordnung vorgenommen wird.

Die Vermittlungseinrichtung in Alleinstellung ist vorzugsweise resonant bei ei­ ner eigenen Resonanzfrequenz, welche zwischen 10% und 100%, insbesonde­ re zwischen 10% und 50% über der Betriebsfrequenz der Abfrageeinrichtungen liegt. Die Vermittlungseinrichtung enthält vorzugsweise einen Kondensator AK, der einstellbar sein kann. Die Kombination von Vermittlungseinrichtung und Transponderanordnung bildet eine einheitlich schwingungsfähige Gruppe mit einer bei der Betriebsfrequenz der Abfragefrequenz der Abfrageeinrichtungen liegenden Resonanzfrequenz. Der Resonanzkreis ist insbesondere durch den Leistungsverbrauch der Transponderanordnung gedämpft. Die Ablage der Re­ sonanzfrequenz der gekoppelten Anordnung von Vermittlungseinrichtung und Transpondereinrichtung gegenüber der Betriebsfrequenz ist vorteilhafterweise geringer als 10%, insbesondere geringer als 5% bezogen auf die Betriebsfre­ quenz.

Die von der ersten Spule S1 aufgespannte Fläche ist bevorzugt wesentlich, insbesondere um wenigstens das 5fache größer als die von der zweiten Spule aufgespannte Fläche. Die von der zweiten Spule aufgespannte Fläche ist vor­ teilhafterweise nur geringfügig größer als die Fläche der Spule der Transpon­ deranordnung, so daß ein möglichst hoher Anteil des magnetischen Flusses der einen auch in der anderen Spule wirksam wird. Die Windungszahl N2 der zweiten Spule ist wesentlich größer, insbesondere wenigstens doppelt so groß wie die Windungszahl N1 der ersten Spule.

Die vorstehend und in den Patentansprüchen beschriebenen Merkmale sind sowohl einzeln als auch Kombinationen vorteilhaft realisierbar. Insbesondere ist die rein passive Ausführung der Vermittlungseinrichtung in den verschiede­ nen Ausführungsformen, vorzugsweise mit starker Kopplung an die Transpon­ deranordnung auch unabhängig von der Anordnung der Vermittlungseinrich­ tung am Objektträger besonders vorteilhaft.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern im Rahmen fachmännischen Könnens auf mancherlei Weise abwandelbar. Insbe­ sondere bestehen für die temporäre mechanische Festlegung der zweiten Koppeleinrichtung bei der Transponderanordnung eine Vielzahl von Möglich­ keiten. Die Vermittlungseinrichtung kann einen eigenen lesbaren und/oder be­ schreibbaren Datenspeicher enthalten.

Claims (17)

1. Objektidentifikationssystem mit relativ zu einer oder mehreren Abfrageein­ richtungen bewegten Objekten, die jeweils mit einer Transponderanordnung dauerhaft bestückt sind, bei welchem die Abfrageeinrichtungen über Ver­ mittlungseinrichtungen berührungslos mit den Transponderanordnungen kommunizieren, wobei die Vermittlungseinrichtungen jeweils mittels einer er­ sten Koppeleinrichtung mit den Abfrageeinrichtungen und mittels einer zweiten Koppeleinrichtung mit einer Transponderanordnung koppeln, da­ durch gekennzeichnet, daß separate Objektträger zur temporären Aufnahme je eines Objekts vorgesehen sind und die Vermittlungseinrichtungen fest mit den Objektträgern verbunden sind.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Transponder­ anordnung passiv fremdgespeist betreibbar ist.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vermitt­ lungseinrichtung berührungslos aus dem Feld einer Abfrageeinrichtung Lei­ stung aufnimmt und auf die Transponderanordnung überträgt.

4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweiten Koppeleinrichtungen eine zweite Koppelspule enthalten, welche mit einer Spule der Transponderanordnung induktiv ge­ koppelt ist.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Koppel­ spule über eine feste Kopplung mit der Spule der Transponderanordnung gekoppelt ist.

6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die ersten Koppeleinrichtungen eine an das Abfragefeld einer Ab­ frageeinrichtung koppelnde erste Koppelspule enthalten.

7. Objektidentifikationssystem mit relativ zu einer oder mehreren Abfrageein­ richtungen bewegten Objekten, die jeweils mit einer Transponderanordnung dauerhaft bestückt sind, bei welchem die Abfrageeinrichtungen über Ver­ mittlungseinrichtungen berührungslos mit den Transponderanordnungen kommunizieren, wobei die Vermittlungseinrichtungen jeweils mittels einer er­ sten Koppeleinrichtung mit den Abfrageeinrichtungen und mittels einer zweiten Koppeleinrichtung mit einer Transponderanordnung koppeln, oder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Koppeleinrichtungen eine erste und die zweiten Koppeleinrich­ tungen eine zweite von zwei miteinander verbundenen Koppelspulen ent­ halten, daß die zweite Koppelspule über eine feste Kopplung mit einer Spule der Transponderanordnung induktiv gekoppelt ist und daß die gekoppelte Anordnung von Vermittlungseinrichtung und Transponderanordnung eine schwingungsfähige Gruppe mit einer Resonanzfrequenz bei der Betriebsfre­ quenz der Abfragefelder der Abfrageeinrichtungen bilden.

8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfre­ quenz der gekoppelten Anordnung um maximal 10%, vorzugsweise maximal 5% von der Betriebsfrequenz ab liegt.

9. System nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vermitt­ lungseinrichtung alleinstehend eine eigene Resonanzfrequenz zeigt, welche zwischen 10% und 100%, insbesondere zwischen 10% und 50% über der Resonanzfrequenz der gekoppelten Anordnung liegt.

10. System nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vermittlungseinrichtung einen zu der ersten Koppelspule und der zwei­ ten Koppelspule parallel liegenden Kondensator enthält.

11. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweiten Koppeleinrichtungen über eine Verbindungslei­ tung von den ersten Koppeleinrichtungen beabstandet sind.

12. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweiten Koppeleinrichtungen mit den ersten Koppelein­ richtungen über eine flexible Verbindungsleitung verbunden und gegenüber dem Objektträger im Rahmen der Flexibilität der Verbindungsleitung positi­ onsvariabel handhabbar sind.

13. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweiten Koppeleinrichtungen einen die Transponderan­ ordnung umgreifenden Spulenträger mit einer zweiten Koppelspule enthal­ ten.

14. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweiten Koppeleinrichtungen mit einem der Transponder­ anordnung zugewandten Spulenende dieser unmittelbar gegenüberstehen.

15. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweiten Koppeleinrichtungen federnd an der Transpon­ deranordnung anliegen.

16. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweiten Koppeleinrichtungen rastend an dem Objekt lös­ bar gehalten sind.

17. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ersten und/oder die zweiten Koppeleinrichtungen ein Fer­ ritmaterial enthalten.