FI124073B - Älypakkaus - Google Patents

Description

ÄLYPAKKAUS

Keksintö liittyy älypakkauksiin ja erityisesti kuitu- tai muovipohjaisiin älypakkauk-siin, jotka rekisteröivät niihin liittyvää kiihtyvyyttä.

5 TEKNIIKAN TASO

Nykyään erilaisia helposti särkyviä tai esimerkiksi tärinälle herkkiä laitteita ja tavaroita kuljetetaan monesti usean eri logistiikkapalveluntarjoajan välityksellä pitkiäkin matkoja. Kuljetettavat laitteet tyypillisesti paketoidaan huolellisesti mahdollisten kuljetuksesta, esimerkiksi törmäyksistä tai tippumisista aiheutuvien vahinkojen mi-10 nimoimiseksi. Mahdollisen vahingon satuttua on usein tärkeää tietää, miten vahinko on mahdollisesti tapahtunut ja kenen vastuulle vahinko kuuluu.

Tekniikan tasosta tunnetaan joitain ratkaisuja, joissa esimerkiksi kuljetuslaatikko on varustettu kiihtyvyysmittari11a, jolloin kiihtyvyysmittarista voidaan jälkikäteen lukea kuljetuslaatikkoon liittyvään kiihtyvyysmittariin kohdistunut maksimi kiihtyvyys 15 (G-arvo).

Tällaisiin ratkaisuihin liittyy kuitenkin ongelmia, kuten esimerkiksi se, että kiihty-vyysmittari pitää erikseen muistaa kiinnittää kuljetuslaatikkoon, usein vielä tiettyyn tarkkaan kohtaan kuljetuslaatikkoa, mikä sinänsä on aikaa vievä toimenpide. Lisäksi kuljetuksen tapahduttua mittari pitää lukea manuaalisesti, mikä myös on ai-20 kaa vievää, mutta lisäksi myös altis lukemavirheille. Mittari pitää myös irrottaa kuljetuslaatikosta, mikä edelleen vie aikaa ja turhauttaa. On myös havaittu, että kiih-tyvyysmittari saattaa irrota tai se saatetaan irrottaa kuljetuslaatikosta kesken kulje-° tuksen, jolloin kiihtyvyystietoa ei luonnollisestikaan saada selville. Lisäksi kiihty- ° vyysmittaria asetettaessa se saattaa tärähtää ja rekisteröidä ei-toivotun kiihtyvyy- o 25 den. Vielä lisäksi G-mittarit ovat usein kalliita ja virtaa kuluttavia sekä suurikokoi- i siä. Lisäksi tekniikan tason mukaisissa ratkaisuissa kiihtyvyyttä mittaava kompo-x nentti on usein irrallinen komponentti, jolloin sen mittaama kiihtyvyys ei liity välttä- α mättä pakkaukseen vaan anturiin liittyvään kiihtyvyyteen.

CO

CD

8 YHTEENVETO

o δ 00 30 Keksinnön eräänä tavoitteena on poistaa tai ainakin vähentää tekniikan tasoon liit tyviä epäkohtia. Keksintö pyrkii erään suoritusmuodon mukaan tarjoamaan sellaisen älypakkauksen, missä älypakkaukseen kohdistuvia kiihtyvyystietoja voidaan 2 tarvittaessa tarkastella jälkikäteen ilman, että älypakkauksen käyttöönottamisessa tai käytön jälkeen tarvittaisiin mitään aikaa vieviä toimenpiteitä. Lisäksi eräänä tavoitteena on tarjota sellainen konstruktio, missä kiihtyvyysanturin olemassaolo olisi mahdollisimman huomaamaton ja kiihtyvyysanturin keräämä tieto kuvaisi mahdol-5 lisimman luotettavasti pakkaukseen kohdistuneita kiihtyvyyksiä.

Keksinnön eräät tavoitteet saavutetaan patenttivaatimuksen 1 mukaisella älypak-kauksella.

Keksinnön mukaiselle älypakkaukselle on tunnusomaista se, mitä on esitetty äly-pakkausta koskevassa patenttivaatimuksessa 1.

10 Keksinnön ensimmäisen suoritusmuodon mukaan älypakkaus on erityisesti kuitu-tai muovipohjainen älypakkaus, joka käsittää edullisimmin ainakin kiihtyvyysanturin, virtalähteen ja muistivälineen (esimerkiksi Flash-muistin) sekä mikrokontrollerin kiihtyvyysanturin toiminnan ohjaamiseksi ja sen tuottaman tiedon tallentamiseksi mainittuun muistivälineeseen. Kiihtyvyysanturin mittausalue voi ulottua esi- 15 merkiksi kappaleen vapaasta tippumisesta (0 g) aina tyypillisiin törmäyksessä syntyviin kiihtyvyyksiin, esimerkiksi ±20-50 g keksinnön kuitenkaan rajoittumatta mainittuihin arvoihin. Erään suoritusmuodon mukaan kiihtyvyysanturi voi olla esimerkiksi yksi- tai moniakselisen elektroninen kiihtyvyysanturi, kuten esimerkiksi piipohjainen kiihtyvyysanturi.

20 Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaan kiihtyvyysanturi, muistiväline ja mikrokontrolleri on integroitu mainitun älypakkauksen rakenteisiin, erityisesti sen rakenteen sisään siten, että se ei tartu pakkauksen kuljetuksen aikana mihinkään tai irtoa, eikä herätä mielenkiintoa ja ettei kukaan irrota tai peukaloi sitä niin hel-0 posti. Erään suoritusmuodon mukaan älypakkaus koostuu useista, toisiinsa liitty- o 25 vistä rakennekerroksista, jolloin mainitut välineet voidaan integroida kahden rack kennekerroksen väliin edullisimmin jo pakkauksen valmistusprosessin yhteydessä, o ^ Välineet voidaan esimerkiksi laminoida älypakkauksen rakenteeseen.

| Järjestely voidaan sovittaa keräämään ja tallentamaan kiihtyvyysanturin tuottamaa m tietoa, erityisesti kuljetuksen aikaista kiihtyvyystietoa muistivälineisiin vasta, kun σ> 30 kiihtyvyys ylittää tai alittaa jonkin ennalta määrätyn kiihtyvyyden raja-arvon, jolloin ° muistikapasiteettia saadaan säästettyä ja virrankulutus minimoitua. Erään suori- o ^ tusmuodon mukaan kiihtyvyysanturin mittaaman kiihtyvyystiedon keruu on sovitet tu aktivoitumaan mainitun pakkauksen ja siten myös kiihtyvyysanturin ollessa 3 oleellisesti vapaassa pudotuksessa, jolloin erityisesti törmäyksestä aiheutuneet kiihtyvyydet saadaan tallennettua muistiin.

Kiihtyvyystiedon keruu voidaan sovittaa aktivoitumaan esimerkiksi 1-500 ms:n sisällä kiihtyvyyden ylittäessä mainitun raja-arvon, jolloin kiihtyvyyden maksimiarvot 5 ennätetään saada vielä talteen esimerkiksi törmäystilanteessa. Näytteenottotaajuudeksi voidaan asettaa esimerkiksi 50-1000 Hz, edullisimmin 400-00 Hz ja vielä edullisemmin n. 500 Hz. On kuitenkin huomattava, että mainitut arvot ovat esimerkinomaisia ja muitakin näytteenottotaajuuksia voidaan luonnollisesti käyttää eikä keksintö suinkaan rajoitu näihin.

10 Erään suoritusmuodon mukaan mikrokontrolleri on sovitettu tallentamaan kiihtyvyystiedon lisäksi myös aikatieto, jolloin voidaan helpommin jäljittää kiihtyvyyden aiheuttamat tekijät tai selvittää vastuukysymykset. Mikrokontrolleri voidaan sovittaa tallentamaan kiihtyvyystiedon (ja mahdollisen aikatiedon) lisäksi myös paikkatieto. Paikkatieto voidaan saada esimerkiksi GPS-anturilta tai esimerkiksi solukko-15 puhelinjärjestelmän tukiasemien lähettämistä tiedoista sopivalla vastaanottimella.

Lisäksi erään suoritusmuodon mukaan älypakkauksen rakenteisiin on integroitu myös langattomat lähetinvälineet muistiin tallennettujen tietojen toimittamiseksi älypakkauksen ulkopuolelle, esimerkiksi lukijalaitteelle. Langattomat lähetinvälineet voidaan toteuttaa esimerkiksi langattomalla NFC-teknologialla, kuten esimer-20 kiksi HF- tai UHF-yhteydellä. Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan langaton tiedonsiirto on toteutettu RFID-tagin kautta, jolloin lukijalaite saa edullisesti älypakkauksen yksilöivän identifikaatiotiedon, jolloin myöhemmässä vaiheessa esimerkiksi kiihtyvyystieto voidaan yksikäsitteisesti yhdistää mainittuun pakkaukseen.

0 Lisäksi keksinnön erään suoritusmuodon mukaan älypakkaus on varustettu myös o 25 GSM-moduulilla, jolloin moduuli on sovitettu lähettämään GSM-verkon kautta esi- σ> merkiksi SMS-viesti, jos kiihtyvyysarvo on ylitetty. Tällöin mitään erillistä lukemista o ^ ei välttämättä edes tarvita ja tieto kiihtyvyysarvo n ylittämisestä saavuttaa vastaan- ^ ottajan tai muun osapuolen jo ennen pakkauksen perille tuloa.

CC

CL

^ Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan älypakkaus on sovitettu ilmoittamaan o 30 edullisimmin langattomien tiedonsiirtovälineiden avulla lukijalaitteelle esimerkiksi, ? jos kiihtyvyys on ylittänyt/alittanut mainitun ennalta asetetun raja-arvon tai jos kiih- o ™ tyvyystiedon tallentaminen muistiin on ylipäätään aktivoitunut tai jos muistissa on kiihtyvyystietoa. Varsinainen mittausdata voidaan lukea tämän jälkeen, mikäli se katsotaan tarpeelliseksi, esimerkiksi jos pakkauksessa oleva tuote on selkeäsi 4 vaurioitunut. Täten tiedonsiirto älypakkauksen ja lukijalaitteen välillä saadaan minimoitua mahdollisimman tehokkaasti, sillä sellaisten älypakkausten sisältämiä kiihtyvyystietoja ei tarvitse lukea, joihin ei ole kohdistunut merkittäviä kiihtyvyyksiä tai jotka eivät ilmoita suuresta kiihtyvyydestä. Lisäksi älypakkaus, joka ilmoittaa 5 siihen kohdistuneesta suuresta kiihtyvyydestä, voidaan ottaa erilleen muista pakkauksista ja sen muisti voidaan lukea esimerkiksi suureen tiedonsiirtonopeuteen kykenevän langallisen yhteyden välityksellä, kuten esimerkiksi USB-väylän välityksellä. Tämä mahdollistaa erityisen edullisten ja vähävirtaisten komponenttien käytön keksinnön mukaisessa älypakkauksessa.

10 Keksintö tarjoaa selkeitä etuja, kuten edellä mainittujen lisäksi sen, että esimerkiksi kontissa olevat älypakkaukset voidaan ’’skannata” lukijalaitteella ja jos jonkin älypakkauksen moduuli on rekisteröinyt raja-arvon ylittäneen kiihtyvyyden, saadaan se selville ilman, että esimerkiksi koko kuorma on purettava ja pakkaukset ja niiden kiihtyvyysmittarit luettava yksitellen. Lisäksi kun kiihtyvyyttä mittaava anturi 15 on integroitu kuljetuspakkaukseen, kiihtyvyysanturin mittaama kiihtyvyys on nimenomaan pakkaukseen kohdistunut kiihtyvyys, jolloin saadaan selville se, millaisia kiihtyvyyksiä pakkauksen sisällä olevat tuotteet ovat kokeneet. Lisäksi kiihtyvyysanturin integroiminen pakkaukseen estää kiihtyvyysanturin tai -moduulin peu-kaloimisen ja yleensäkin tekee kiihtyvyyden tarkkailun huomaamattomaksi. On 20 myös huomattava, että keksinnön mukaista ideaa voidaan käyttää hyväksi isomman pakkauksen sisällä oleviin pienempiin yksittäispakkauksiin kohdistuvien kiihtyvyyksien mittaamiseksi integroimalla kiihtyvyysanturi tai -moduuli mainittuihin yksittäispakkauksiin.

KUVIOIDEN SELITYS

o 25 Seuraavassa osiossa selostetaan keksinnön edullisia suoritusmuotoja hieman tar- ° kemmin viitaten oheisiin kuvioihin, joissa i o o ^ kuvio 1 esittää erästä esimerkinomaista älypakkaukseen liitettävää kiihtyvyys- tietoa rekisteröivää moduulia keksinnön erään edullisen suoritusmuo-

X

£ don mukaisesti,

CO

σ> 30 kuvio 2 esittää erästä esimerkinomaista kiihtyvyystiedon rekisteröivän moduu- ° Iin käsittävää älypakkausta keksinnön erään edullisen suoritusmuodon o ^ mukaisesti ensimmäisestä kuvakulmasta katsottuna, 5 kuvio 3 esittää erästä esimerkinomaista kiihtyvyystiedon rekisteröivän moduulin käsittävää älypakkauksen rakennetta keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti toisesta kuvakulmasta katsottuna, ja kuvio 4 esittää erästä esimerkinomaista järjestelyä älypakkaukseen liitettävän 5 kiihtyvyystietoa rekisteröivän moduulin lukemiseksi keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti.

KUVIOIDEN YKSITYISKOHTAINEN SELITYS

Kuvio 1 esittää erästä esimerkinomaista älypakkaukseen liitettävää kiihtyvyystietoa rekisteröivää moduulia 100 keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukai-10 sesti, missä moduuli käsittää kiihtyvyysanturin 101, muistivälineen 102, virtalähteen 103, esimerkiksi pariston, sekä näiden toimintaa ohjaavan mikrokontrollerin 104. Lisäksi moduuli 100 käsittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaan myös langattomat tiedonsiirtovälineet 105, joiden kautta mikrokontrolleri voi lähettää mittaustietoa tai esimerkiksi signaalin lukijalaitteelle, että mitattu kiihtyvyys on ylittä-15 nyt/alittanut ennalta asetetun raja-arvon.

Mikrokontrolleri voidaan esimerkiksi sovittaa tallentamaan muistiin vain sellaista kiihtyvyystietoa, joka ylittää ennalta asetetun raja-arvon, jolloin muistikapasiteettia saadaan säästettyä. Muistiin voidaan tallentaa myös muuta pakkaukseen tai tuotteeseen liittyvää tietoa, kuten esimerkiksi älypakkauksen yksilöivä ID-tieto.

20 Lisäksi moduuli voi käsittää myös aikaleimavälineen 106 ja/tai paikkatietovälineen 107 aikaleiman ja/tai paikkatiedon tallentamiseksi muistivälineisiin yhdessä kiihtyvyystiedon kanssa, jolloin voidaan myöhemmin selvittää esimerkiksi, milloin ja/tai missä raja-arvon ylittänyt kiihtyvyys on tapahtunut, o ™ Vielä lisäksi moduuli voi käsittää myös langattomiin tiedonsiirtovälineisiin verrattu- i 0 25 na suuren tiedonsiirtonopeuden käsittävän tietoliikenneportin, kuten esimerkiksi i USB-väylän 108. Tällöin esimerkiksi tilanteessa, missä älypakkaus ilmoittaa sig- 1 naalilla lukijalaitteelle, että se käsittää raja-arvon ylittävää ja/tai alittavaa kiihty- α vyystietoa, voidaan kiihtyvyystieto sekä mahdolliset muut tiedot, kuten älypakka- S uksen ID, aika ja paikka, lukea USB-väylän kautta.

m o ponenteista esimerkiksi jäykälle FR4-piirilevylle. Vaihtoehtoisesti piirilevy voi olla taipuisaa. On myös huomattava, että komponenttien väliset johteen voidaan muo- o 30 Moduuli 100 voidaan toteuttaa järjestämällä ainakin osa sen käsittämistä kom-

C\J

6 dostaa painotekniikalla suoraan mainitun älypakkauksen rakenteeseen, johon voidaan erään suoritusmuodon mukaan latoa myös mainitut komponentit 101-108.

Kuvio 2 esittää erästä esimerkinomaista kiihtyvyystiedon rekisteröivän moduulin 100 käsittävää älypakkausta 200 keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mu-5 kaisesti ensimmäisestä kuvakulmasta katsottuna, missä kiihtyvyystiedon rekisteröivä moduuli 100 komponentteineen on integroitu älypakkauksen materiaaliin, esimerkiksi älypakkauksen muodostavan ainakin kahden kerroksen 201 ja 202 väliin, missä moduuli 100 on suojassa suorilta kolhuilta ja toisaalta myös ilkivallalta. Edullisimmin moduuli on kerrosten välissä niin, ettei sitä voi nähdä pakkauksen 10 200 ulkopuolelta.

Kuvio 3 esittää erästä esimerkinomaista kiihtyvyystiedon rekisteröivän moduulin 100 käsittävää älypakkauksen 200 rakennetta keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti toisesta kuvakulmasta katsottuna, missä älypakkaus, esimerkiksi kuitu- tai muovipohjainen älypakkaus voi koostua ainakin kahdesta sa-15 mantyyppisestä kerroksesta 201, esimerkiksi pahvikerroksesta, joka voi olla lami-noitu, ja näiden välissä olevasta, esimerkiksi iskuja vaimentavasta kerroksesta 202, kuten aaltopahvikerroksesta. Moduuli 100 voidaan erään suoritusmuodon mukaan integroida mainittujen kerrosten väliin. Moduuli voidaan myös laminoida johonkin mainituista kerroksista 201,202.

20 Kuvio 4 esittää erästä esimerkinomaista järjestelyä 400 älypakkaukseen 200 liitettävän kiihtyvyystietoa rekisteröivän moduulin 100 lukemiseksi keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti lukulaitteen 403 avulla. Eräs esimerkinomainen lukutoimenpide voi olla esimerkiksi sellainen, että lukijalaite 403 lähettää herä-tepulssin 401 moduulille 100, johon moduuli voi vastata lähettämällä tietyn signaa-o 25 Iin vaiheessa 402, mikäli moduuli on mitannut ja rekisteröinyt raja-arvon ylittäneen ° kiihtyvyyden. Moduuli voi lähettää myös kuittaussignaalin, ettei se ole rekisteröinyt i o raja-arvon ylittänyttä kiihtyvyyttä. Mikäli moduulissa kuitenkin on tallennettuna kiih- i tyvyystietoa, voidaan se ja muutkin muistissa 102 olevat tiedot lukea lukijalaitteella x 403 joko lukijalaitteen ja moduulin välille muodostetun radioyhteyden välityksellä, 30 tai vaihtoehtoisesti tieto voidaan lukea jonkin toisen tiedonsiirtoväylän välityksellä, S kuten esimerkiksi USB-väylän välityksellä.

n o aktiivisesti esimerkiksi tietyin määräajoin signaalin (ja mahdollisesti myös älypake-tin identifioivan tiedon), että se on rekisteröinyt raja-arvon ylittänyttä kiihtyvyystie-35 toa.

o On myös huomattava, että moduuli voi erään suoritusmuodon mukaan lähettää c\j 7

Edellä on esitetty vain eräitä keksinnön mukaisen ratkaisun suoritusmuotoja. Keksinnön mukaista periaatetta voidaan luonnollisesti muunnella patenttivaatimusten määrittelemän suoja-alueen puitteissa esimerkiksi toteutuksen yksityiskohtien sekä käyttöalueiden osalta. Esimerkiksi älypakkauksessa käytettävän moduulin 5 komponentit voidaan hajauttaa ympäri älypakkausta.

o δ

CNJ

i O) o 1^

X

cc

CL

CO

CD

O) m o δ c\j

Claims (10)

1. Älypakkaus (200), erityisesti kuitu- tai muovipohjainen älypakkaus, tunnettu siitä, että pakkaus käsittää kiihtyvyysanturin (101) ja 5 muistivälineen (102) sekä mikrokontrollerin (104) kiihtyvyysanturin toiminnan ohjaamiseksi ja sen tuottaman tiedon tallentamiseksi mainittuun muistivälineeseen, tunnettu lisäksi siitä, että mainittu kiihtyvyysanturi, muistiväline ja mikrokontrolleri on integroitu mainitun älypakkauksen rakenteisiin, ja/tai missä älypakkaus koostuu useista, toisiinsa liittyvistä 10 rakennekerroksista (201, 202) ja missä mainitut välineet (101-108) on integroitu ainakin kahden mainitun rakennekerroksen väliin, ja/tai mainitut välineet (101-108) on laminoitu älypakkauksen rakenteeseen..

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen älypakkaus, missä älypakkauksen rakenteisiin on lisäksi integroitu myös langattomat lähetinvälineet (105) 15 muistiin tallennettujen tietojen toimittamiseksi älypakkauksen ulkopuolelle.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen älypakkaus, missä langattomat lähetinvälineet (105) on toteutettu langattomalla NFC-teknologialla, kuten esimerkiksi HF- tai UHF-yhteydellä ja/tai GSM-moduulilla.

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen älypakkaus, missä langaton 20 tiedonsiirto on toteutettu RFID-tagin (105) kautta ja/tai GSM-moduulin (105) kautta.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen älypakkaus, missä kiihtyvyysanturi on sovitettu keräämään ja tallentamaan muistivälineisiin ° erityisesti kuljetuksen aikaista kiihtyvyystietoa vasta, kun kiihtyvyys ylittää tai 5 25 alittaa jonkin ennalta määrätyn kiihtyvyyden raja-arvon. CO

™ 6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen älypakkaus, missä £ kiihtyvyysanturin mittaaman kiihtyvyystiedon keruu on sovitettu g aktivoitumaan mainitun kiihtyvyysanturin ollessa oleellisesti vapaassa S pudotuksessa, δ ™ 30

7. Patenttivaatimuksen 5 ja/tai 6 mukainen älypakkaus, missä kiihtyvyystiedon keruu on sovitettu aktivoitumaan 1-500 ms:n sisällä kiihtyvyyden ylittäessä tai alittaessa ennalta asetetun raja-arvon ja missä näytteenottotaajuus on 200-1000 Hz, edullisimmin 400-600 Hz ja vielä edullisemmin n. 500 Hz.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen älypakkaus, missä mikrokontrolleri on sovitettu tallentamaan kiihtyvyystiedon lisäksi myös 5 aikatieto.

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen älypakkaus, missä älypakkaus käsittää lisäksi välineet paikkakoordinaatin tuottamiseksi (107) ja missä mikrokontrolleri on sovitettu tallentamaan kiihtyvyystiedon lisäksi myös paikkatieto. ίο

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen älypakkaus, missä älypakkaus on sovitettu ilmoittamaan (402), mikäli kiihtyvyys on ylittänyt tai alittanut mainitun ennalta asetetun raja-arvon. CO δ CvJ ό co CvJ X X Q. CO CD O LO O δ CvJ