CZ9352U1 - Device for wireless digital identification of bodies made of metal, especially ferromagnetic material - Google Patents

Description

Zařízení k bezdrátové číslicové identifikaci těles z kovového, zejména ferromagnetického materiáluDevice for wireless numerical identification of bodies made of metallic, especially ferromagnetic material

Oblast technikyTechnical field

Technické řešení je z oblasti řízení výroby a týká se zařízení, umožňujícího spolehlivou bezkontaktní identifikaci kovového tělesa a/nebo jeho polohy v prostoru i v prostředí s vysokou hladinou elektromagnetického rušení, s výskytem otřesů nebo vibrací, vody nebo jiných, i chemicky agresivních tekutin, olejů, mazadel, atd.The technical solution is in the field of production control and relates to a device enabling reliable contactless identification of a metal body and / or its position in a space and environment with a high level of electromagnetic interference, vibrations or vibrations, water or other chemically aggressive liquids, oils , lubricants, etc.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Pro snadnou ajednoznačnou identifikaci osob, zvířat nebo předmětů, jejich počítání, určení jejich polohy, odměření jejich délky a další obdobné úkony je zejména v průmyslu užívána řada identifikačních systémů, užívajících zejména principy bezkontaktní identifikace, jejichž podstata spočívá v tom, že sledovaný předmět je opatřen alespoň jedním, zpravidla trvale umístěným identifikátorem, jenž je při dosažení předem stanovené polohy nebo jiného stavu sledovaného předmětu evidován příslušným čtecím zařízením. Tuto evidenci může provádět jednak samotná obsluha sledovaného zařízení pouhým zrakem, nebo může být toto odečítání realizováno elektronicky. Mezi prostředky, umožňující elektronický sběr identifikačních dat a jejich další zpracování, patří také tránspondery, pracující kupříkladu s radiofrekvenčním přenosem identifikačních dat v systému, označovaném jako RFID. V oblasti identifikace předmětů je známo použití těchto transponderů například pro označení vozidel kjejich snadnému nalezení při krádeži (kupříkladu systémy s obchodním označením TROVAN nebo OCIS), k identifikaci průjezdů nákladních vozidel nebo identifikaci vozidel při čerpání paliva, označení plastových dopravních kontejnerů, v nichž výrobce řídí ve svém závodě nakládku a následnou distribuci zboží svým odběratelům, označení plastových kontejnerů na odpadky, umožňující jednoznačnou identifikaci jejich majitele nebo nájemce, druh odpadu, a podobně. V takových podmínkách je v závislosti na typu čtecího zařízení, použitém typu transponderů a případné rychlosti jeho pohybu vůči tomuto čtecímu zařízení uvedený systém schopen pracovat až do vzdálenosti cca 2 metrů. Uvedená čtecí vzdálenost je dále závislá na případné existenci elektromagnetického rušení signálu čtecího zařízení a vzájemné polohové orientaci transponderů a čtecího zařízení. Dalším významným faktorem, ovlivňujícím nepříznivě RFID komunikaci, je přítomnost velkých kovových hmot, zejména ferromagnetických kovů, jež prudce snižuje čtecí vzdálenost. Možnost nasazení použití transponderů k RFID metodě identifikace předmětů nebo jejich polohy omezují rovněž další negativní vlivy, typické zejména pro prostředí hutní a strojírenské, případně i chemické výroby, mezi něž patří vysoká prašnost, voda, vibrace a/nebo otřesy, vysoké provozní tlaky, či odkapávající mazadla nebo tuky. Z uvedených důvodů je popsaný způsob identifikace používán v čistém prostředí s nízkou hladinou elektromagnetického rušení a přítomností poměrně malého množství kovových předmětů, zatímco pro oblasti, kde tyto vlivy není možno odstranit ani potlačit, v podstatě není dostupné elektronické identifikační zařízení, jež by bylo schopno dlouhodobé a spolehlivé funkce v takových podmínkách.For easy and unambiguous identification of persons, animals or objects, their counting, determination of their position, measuring their length and other similar operations, a number of identification systems are used, especially in industry, using mainly the principles of contactless identification. at least one identifier, which is generally permanently located, which is recorded by a respective reading device when the predetermined position or other condition of the object to be monitored is reached. This recording can be performed either by the operator of the monitored device by simple sight only, or this reading can be realized electronically. Means enabling electronic identification data collection and further processing also include transponders working, for example, with radio frequency transmission of identification data in a system referred to as RFID. In the field of object identification, it is known to use these transponders, for example, to identify vehicles for easy theft detection (for example systems under the trade designation TROVAN or OCIS), to identify truck passages or to identify vehicles when refueling, to identify plastic transport containers at its plant loading and subsequent distribution of goods to its customers, marking of plastic waste containers, allowing unambiguous identification of their owner or tenant, type of waste, and the like. Under such conditions, the system is capable of operating up to a distance of about 2 meters, depending on the type of reader, the type of transponder used and the possible speed of its movement relative to the reader. Said reading distance is further dependent on the possible existence of electromagnetic disturbance of the signal of the reading device and the mutual positional orientation of the transponders and the reading device. Another important factor affecting RFID communication is the presence of large metallic materials, especially ferromagnetic metals, which sharply reduces reading distance. The possibility of using transponders to RFID method of object identification or their position is also limited by other negative influences, typical especially for the environment of metallurgical and engineering, eventually also chemical production, including high dust, water, vibrations and / or shocks, high operating pressures, dripping lubricants or greases. For this reason, the described method of identification is used in a clean environment with low levels of electromagnetic interference and the presence of relatively small amounts of metal objects, whereas in areas where these effects cannot be eliminated or suppressed, an electronic identification device capable of long-term and reliable function in such conditions.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Popsané nevýhody v rozhodující míře odstraňuje zařízení k bezdrátové číslicové identifikaci tělesa z kovového, zejména ferromagnetického materiálu, jeho polohy a/nebo směru pohybu v ploše nebo prostoru, jehož podstata spočívá v tom, že sestává z alespoň jednoho čtecího zařízení s alespoň jednou anténou a z alespoň jednoho transponderů, připojeného k identifikovanému tělesu.The above-described disadvantages largely eliminate the device for wireless numerical identification of a body of metallic, in particular ferromagnetic material, its position and / or direction of movement in a surface or space, which consists of at least one reading device with at least one antenna and at least one transponder attached to the identified body.

Ke čtecímu zařízení, pracujícímu s velkou rychlostí pohybujících se těles, resp. transponderů s nimi spojených, může být připojena alespoň jedna vysílací anténa a alespoň jedna čtecí anténa,To a reader operating at high velocity of moving bodies, respectively. at least one transmitting antenna and at least one read antenna,

-1 CZ 9352 U1 jež má s výhodou tvar pravoúhlého rovnoběžníku a/nebo je zalita v izolační hmotě, jež je kupříkladu na bázi polymerované pryskyřice.Which is preferably in the form of a rectangular parallelogram and / or is embedded in an insulating material, for example based on polymerized resin.

Rovněž transponder může být zalit v izolační hmotě a dále s výhodou uložen v dutině nebo otvoru tělesa.Also, the transponder may be embedded in the insulating material and further preferably embedded in the cavity or opening of the body.

Nej významnější výhodou, dosaženou využitím zařízení dle technického řešení, je možnost spolehlivé bezkontaktní identifikace sledovaných těles, jež mohou být rovněž zhotovena z feromagnetických materiálů a/nebo se mohou nacházet v prostředí s výskytem značných kovových hmot (kupříkladu strojní zařízení). Další výhodou je mechanická odolnost tohoto zařízení vůči mechanickým otřesům a/nebo vibracím, které není možno jakýmkoli způsobem eliminovat, kupříkladu z toho důvodu, že tvoří součást používané výrobní nebo jiné technologie. Popsané zařízení je odolné rovněž vůči působení vody, oleje nebo jiných tuků, vody nebo i jiných, chemicky agresivních tekutin. Nahrazení jedné antény anténou vysílací a anténou čtecí umožňuje přizpůsobení zařízení dle technického řešení vyšším dopravním rychlostem sledovaného tělesa, a to až do cca 65 m/s'¹.The most important advantage achieved by the use of the device according to the invention is the possibility of reliable contactless identification of the monitored bodies, which can also be made of ferromagnetic materials and / or can be found in environments with considerable metal masses (eg machinery). Another advantage is the mechanical resistance of the device to mechanical shocks and / or vibrations which cannot be eliminated in any way, for example because they form part of the manufacturing or other technology used. The device is also resistant to water, oil or other fats, water or other chemically aggressive fluids. Replacement of one antenna with a transmit antenna and a read antenna allows the equipment to be adapted according to the technical solution to higher transport speeds of the monitored body, up to approx. 65 m / s ^-1 .

Přehled obrázků na výkresechOverview of the drawings

Podstata řešení zařízení k bezdrátové číslicové identifikaci tělesa z kovového, zejména feromagnetického materiálu dle technického řešení je dále podrobněji objasněna prostřednictvím popisu jeho příkladného provedení, jež je schematicky zakresleno na připojených výkresech a kde na obr. 1 je v půdorysném pohledu zakresleno půdorysné uspořádání linky lisovaných keramických přípravků pro hutní výrobu, obr. 2 znázorňuje schematizovaný nárysný pohled na detail vzájemného uspořádání stojanu snímacího zařízení a lineárního dopravníku roštů, obr. 3 představuje příkladné provedení antény. Na obr. 4 je znázorněn půdorysný pohled na část nosného roštu, v jehož bočnicí jsou provedeny otvory s kotvami pro uložení transponderu a jehož bokorysný pohled zachycuje následující obr. 5.The principle of the solution of the device for wireless digital identification of a body made of metal, especially ferromagnetic material according to the technical solution is further explained in more detail by describing its exemplary embodiment, which is schematically depicted in the attached drawings and in FIG. Fig. 2 shows a schematic side view of a detail of the mutual arrangement of the rack of the sensing device and the linear grate conveyor; Fig. 3 shows an exemplary embodiment of the antenna. Fig. 4 is a plan view of a portion of a support grid in which sidewall holes are provided with anchors for receiving a transponder and the side view of which is shown in Fig. 5.

Příklad provedení technického řešeníExample of technical solution

Na připojených vyobrazeních je ve schematizované podobě znázorněno příkladné provedení zařízení dle technického řešení, představující na obr. 1 celkový půdorysný pohled na hlavní část provozu výrobní linky keramických přípravků pro hutnictví, ovládané zde neznázoměnou a podrobněji nespecifikovanou řídící automatikou, jež zajišťuje pohyby jednotlivých litinových roštů 10, znázorněných v detailu na obr. 4, 5, nesoucích zde neznázoměné formy, určené ke zhotovování již uvedených keramických výrobků. Celá výrobní linka sestává ze tří pracovišť 1 plnění forem, oplachovací komory 6, tlakové komory 7 a trojice pracovišť 8 demontáže forem s hotovými keramickými výrobky. Všechny uvedené technologické uzly jsou spojeny lineárními dopravníky 2, reprezentovanými v popisovaném případě válečkovými dopravníky, mezi nimiž jsou uloženy otočné stoly 4, které se mohou otáčet o libovolný násobek úhlu 90°. Otočné stoly 4 jsou po obvodu opatřeny čtveřicí stojanů 5, nesoucích na svých stěnách, přivrácených otočným stolům 4, antény 9, připojené ke zde neznázoměnému elektronickému čtecímu zařízení. Zde použitá anténa 9 vysílá identifikační signál směrem k projíždějícímu roštu 10, resp. k transponderu 13 na něm umístěnému, a rovněž přijímá vrácený kódový signál kjeho dalšímu zpracování. Detail vzájemné polohy lineárního dopravníku 2 a stojanu 5 s anténou 9 je znázorněn na obr. 2. Na válečku 3 lineárního dopravníku 2 je uložen rošt 10, jehož boční plocha se nachází v těsné blízkosti antény 9, uložené ve zde neznázoměném otvoru stojanu 5. Anténa 9 je přitom zhotovena jako dipól ve tvaru obdélníku, zalitý do kvádru izolační hmoty na bázi polymerované pryskyřice a opatřený vodičem ke spojení s již uvedeným čtecím zařízením. Obr. 4 a 5 znázorňují půdorysný a bokorysný pohled na rošt 10, v jehož bočnici je zhotoven tvarový otvor Γ1 s vloženým transponderem 13, zalitým v izolační hmotě na bázi polymerované pryskyřice. Celek transponderu 13 s izolační hmotou je opatřen párem diagonálně připojených kotev 12, uložených ve shodně tvarovaných vývrtech v bočnici roštu 10 a jeho čelo se nachází v rovině bočnice roštu1 shows an overall plan view of the main part of the operation of the ceramic production line for metallurgy, operated by a control system (not shown) which is not shown in more detail, which ensures the movements of individual cast iron grates 10 4, 5 carrying molds (not shown) for producing the aforesaid ceramic articles. The entire production line consists of three mold filling workplaces 1, a rinsing chamber 6, a pressure chamber 7 and three workplaces 8 for removing molds with finished ceramic products. All said technological nodes are connected by linear conveyors 2, represented in the present case by roller conveyors, between which rotary tables 4 are arranged, which can be rotated by any multiple of the angle of 90 °. The rotary tables 4 are circumferentially provided with four stands 5 carrying on their walls facing the rotary tables 4 antennas 9 connected to an electronic reading device (not shown). The antenna 9 used here transmits the identification signal towards the passing grate 10, respectively. to the transponder 13 located thereon, and also receives the returned code signal for further processing. A detail of the relative position of the linear conveyor 2 and the rack 5 with the antenna 9 is shown in Fig. 2. The roller 3 of the linear conveyor 2 is fitted with a grate 10 whose side surface is in close proximity to the antenna 9. 9 is in the form of a rectangle-shaped dipole, embedded in a block of polymeric resin-based insulating material and provided with a conductor for connection to the aforementioned reading device. Giant. 4 and 5 show a plan view and a side view of a grate 10, in the side of which a shaped hole s1 with an inserted transponder 13 embedded in a polymeric resin-based insulating material is made. The transponder 13 with the insulating material is provided with a pair of diagonally connected anchors 12 mounted in identically shaped bores in the grate sidewall 10 and its face is in the plane of the grate sidewall

-2CZ 9352 U1-2GB 9352 U1

10, jehož čelní vrstva izolační hmoty zajišťuje vnější ochranu transponderu 13 proti mechanickému poškození.10, whose front layer of insulating material provides external protection of the transponder 13 against mechanical damage.

Na popsanou výrobní linkuje uloženo celkem 50 litinových roštů 10. Každý z nich nese alespoň jednu, zde nezakreslenou a podrobněji nepopsanou formu, určenou pro lisování keramického výrobku. Počet a druh těchto forem, uložených na každém roštu 10, je zadáván po jejich montáži do řídícího počítače. Na některém ze tří pracovišť I je provedeno naplnění všech forem na obsluhovaném roštu 10, jenž je následně prostřednictvím příslušných lineárních dopravníků 2 a otočných stolů 4 postupně dopraven do oplachovací komory 6 a následně do tlakové komory 7. Celý cyklus výrobních operací je zakončen na pracovišti 8 demontáže forem. Pro plnění forem jsou užívány různé směsi se značným podílem grafitu, jenž je elektricky vodivý a ve spojení s vodou a tuky působí jako černidlo, poměrně těžko odstranitelné v běžném provozu. Uvedené práškové směsi jsou ve formách zhutňovány nucenými vibracemi a v další části technologie jsou rošty 10 s formami oplachovány silným proudem vody. Následné lisování, prováděné v tlakové komoře 7, je realizováno tlaky až 500 bar a prostřednictvím tlakového média s 5% příměsí oleje, jež ve spojení s částicemi lisovacích směsí s grafitem zalepuje menší otvory. Dalším faktorem, ztěžujícím spolehlivou identifikací jednotlivých roštů 10, resp. jejich polohy na lince, je značné množství ferromagnetického materiálu, z něhož jsou vyrobeny jednak samotné rošty 10, ale i ostatní části linky, například lineární dopravníky 2, resp. jejich válečky 3, a otočné stoly 4. Jako příznivé faktory, umožňující již uvedenou identifikaci pomocí popsaných prostředků je možno uvést jednak nízkou rychlost pohybu po lineárních dopravnících 2 (cca 15cm/s'‘) a nízká frekvence výroby (cca 1 rošt/5 min). Z uvedených důvodů byla maximální možná vzdálenost roštů 10 a antén 9 stanovena na 40 mm. Anténa 9 je rovněž pro ochranu před mechanickým poškozením uložena ve tvarově odpovídajícím otvoru stojanu 5, nesoucího rovněž čtecí zařízení.A total of 50 cast iron grates 10 are deposited on the production line described. Each of them carries at least one mold, not shown here and described in detail, for molding a ceramic product. The number and type of these molds stored on each grate 10 is entered after their assembly into the control computer. At one of the three workstations 1, all the molds are filled on the grate 10, which is subsequently conveyed to the rinsing chamber 6 and then to the pressure chamber 7 by means of the respective linear conveyors 2 and turntables 4. dismantling of molds. For filling the molds, various mixtures are used with a considerable proportion of graphite, which is electrically conductive and, in combination with water and fats, act as a blackening agent, which is relatively difficult to remove in normal operation. Said powder mixtures are compacted in the molds by forced vibrations and in another part of the technology the mold grates 10 are rinsed with a strong stream of water. The subsequent compression, carried out in the pressure chamber 7, is carried out at pressures of up to 500 bar and by means of a pressure medium with a 5% oil additive which, in conjunction with the particles of the molding compositions with graphite, seals smaller holes. Another factor making it difficult to reliably identify individual grates 10, resp. Their position on the line is a considerable amount of ferromagnetic material, from which the grates 10 themselves are made, but also other parts of the line, for example linear conveyors 2 and 2, respectively. their rollers 3, and rotary tables 4. The favorable factors enabling the above-mentioned identification by means of described means are low speed of movement on linear conveyors 2 (approx. 15cm / s '') and low production frequency (approx. 1 grid / 5 min). ). For these reasons, the maximum possible distance between the grates 10 and the antennas 9 was set at 40 mm. For protection against mechanical damage, the antenna 9 is also embedded in a shape corresponding to the opening of the stand 5, which also carries a reading device.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Zařízení dle technického řešení je využitelné s výhodou pro bezdrátovou identifikaci kovových, zejména ferromagnetických těles a/nebo těles která se nacházejí nebo se pohybují v prašném prostředí, prostředí s vibracemi nebo otřesy, výskytem vlhkosti nebo vody, olejů nebo jiných tuků, apod., zejména tedy v těžkých strojírenských provozech, hutních provozech, v keramickém průmyslu, plastikářském průmyslu, při sekundárním zpracování materiálu, atd.The device according to the invention is advantageously usable for the wireless identification of metallic, in particular ferromagnetic and / or bodies which are or are moving in a dusty environment, a vibration or shock environment, moisture or water, oils or other fats, etc., in particular ie in heavy engineering, metallurgical, ceramic, plastics, secondary material processing, etc.

Claims (7)

30 NÁROKY NA OCHRANU30 PROTECTION REQUIREMENTS 1. Zařízení k bezdrátové číslicové identifikaci těles z kovového, zejména ferromagnetického materiálu, jeho polohy a/nebo směru pohybu v ploše nebo prostoru, vyznačující se tím, že sestává z alespoň jednoho čtecího zařízení s alespoň jednou anténou (9) a z alespoň jednoho transponderu (13), připojeného k tělesu.Device for wireless numerical identification of bodies made of metallic, in particular ferromagnetic material, its position and / or direction of movement in a surface or space, characterized in that it consists of at least one reading device with at least one antenna (9) and at least one transponder ( 13) attached to the body. 3535 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že ke čtecímu zařízení je připojena alespoň jedna vysílací anténa a alespoň jedna čtecí anténa.Device according to claim 1, characterized in that at least one transmitting antenna and at least one read antenna are connected to the reading device. 3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že anténa (9) je provedena ve tvaru pravoúhlého rovnoběžníku.Device according to claim 1 or 2, characterized in that the antenna (9) is in the form of a rectangular parallelogram. 4. Zařízení podle alespoň jednoho z nároků laž3, vyznačující se tím, že anténaDevice according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the antenna 40 (9) je zalita v izolační hmotě.40 (9) is embedded in the insulating material. 5. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že transponder (13) je zalit v izolační hmotě.Device according to claim 1, characterized in that the transponder (13) is embedded in the insulating material. -3CZ 9352 U1-3GB 9352 U1 6. Zařízení podle nároku 5, vyznačující se tím, že transponder (13) je uložen v dutině nebo otvoru (11) tělesa.Device according to claim 5, characterized in that the transponder (13) is received in a cavity or opening (11) of the body. 7. Zařízení podle nároku 4 nebo 5, vyznačující se tím, že izolační hmota je na bázi polymerované pryskyřice.Device according to claim 4 or 5, characterized in that the insulating material is based on polymerized resin.