System zur zuverlässigen Identifikation und Lokalisation von metallischen Objekten mittels RFID

Diese Technologie (Antennengruppe nebst Algorithmus) ermöglicht eine exakte Identifizierung von metallischen Objekten und reduziert die elektromagnetischen Reflexions-Effekte. So lassen sich viele Abläufe und Warenflüsse in unterschiedlichsten Bereichen wie in der Chirurgie, Produktionsprozessen, Transport & Logistik, Industrie-4.0 und IoT nochmals optimieren.

• Hohe Erkennungsquote von metallischen Objekten
• Präzise Lokalisierung
• Störarmes System, hohes Signal/Rausch Verhältnis
• Prozessoptimierung, Erhöhung der Zuverlässigkeit

Eine berührungslose 100%-Erfassung von Informationen/ Objekten ohne Sichtkontakt ist für viele Bereiche interessant. Eine mögliche Anwendung der hier gezeigten Erfindung liegt in der Identifizierung von metallischen Objekten wie bspw. chirurgischen Instrumenten. Es sind aber auch andere Anwendungen denkbar, bei denen viele (metallische) Objekte gleichzeitig identifiziert werden sollen (Pulkerfassung), insbesondere für Fälle mit ungeordneten Objekten in der Logistik oder in Produktionsprozessen. Besonders moderne Produktionssysteme (Industrie-4.0 und IoT) profitieren von derartigen Lösungen.

Die berührungslose Identifizierung von dicht benachbarten Objekten aus Metall mit Hilfe von RFID stellt eine große Herausforderung dar, da antennennah zu identifizierende Objekte die Antenneneigenschaften und das Erfassungssystem nachteilig beeinflussen. Darüber hinaus besteht die Schwierigkeit in vielen Fällen darin, dass die Objekte in ungeordneter Art und Weise vorliegen und dass die Transponder bestimmter Objekte entweder in „Funklöchern“ liegen oder durch andere Objekte abgeschirmt werden.

Als Stand der Technik sind folgende Teillösungen bekannt: Methoden und Schaltungen zur Trägersignalunterdrückung (CLS), Verwendung von Antennengruppen (Array) und die Beam-Steering-Technik (die einzelnen Antennen werden mit phasenverschobenen und amplitudenangepassten Signalen angesteuert). Diese Lösungen können zwar zur verbesserten Erkennung von metallischen Objekten durch RFID beitragen, doch lässt sich damit noch nicht die von der Industrie geforderte Erkennungsquote von 100 % erreichen. Auch eine präzise Lokalisierung der Objekte ist mit den genannten Methoden noch nicht erreicht worden.

Die Erfindung verbessert die Identifizierung von gekennzeichneten, metallischen Objekten und reduziert die elektromagnetischen Reflexions-Effekte. Die innovative Lösung beruht auf zwei wesentlichen Neuerungen:
a) Antennengruppe mit individueller Trägersignalunterdrückung (7) und Phasenanpassung (8). Bei jeder Antenne (10) wird die auftretende Reflexion individuell berücksichtigt und durch eine eigene CLS-Schaltung (7) kompensiert (siehe Abb.). Dies bewirkt eine signifikante Erhöhung des Signal-Rausch-Verhältnisses und damit eine deutlich erhöhte Erkennungsquote.
b) Ein neu entwickelter Algorithmus zur Erkennung und Lokalisierung der Objekte. Mittels Beam-Steering (synchrone Ansteuerung aller AFEs bzw. Antennen mit individueller Phase und CLS) wird der Erkennungsraum abgescannt und gleichzeitig läuft eine dynamische CLS-Regelung um eine minimale Reflexion am Receiver-Eingang zu bekommen. Der Ablauf wird nach einem neu entwickelten Algorithmus mehrfach wiederholt bis entweder keine weiteren Objekte mehr gefunden werden oder alternativ ein vorgegebenes Zeitlimit erreicht wurde.

Bourouah, M., Goridko, V., Schumacher, D., Scheithauer, H., Knappmann, S., & Nommensen, P. (2015). „Identification of surgical instruments using UHF-RFID technology, Current Directions in Biomedical Engineering”, 1(1), 318-321;
doi: https://doi.org/10.1515/cdbme-2015-0079