专利名称：使用传感器检测对象不适当取向的装置和方法
技术领域：
本申请公开并要求保护的发明总体上涉及一种使用无源或有源传感器，例如低成本RF识别(RFID)标签，以确定特定对象未处于正确或适当取向的装置和方法。更具体地，本发明涉及上述类型的装置，其用于装运容器等，可以方便地确定容器未处于“正面朝上”的取向。可以预期，本发明的实施例可用于检测仓库或其它环境中不适当的容器取向，其中在上述环境下，肉眼检查各个容器的取向是很困难或者很耗时的。
背景技术：
众所周知，广泛用于包裹、轮船和许多不同类型储藏产品的传统纸板盒或容器典型地具有六个矩形侧面。每一个侧面与和其共享一条边的另一侧面之间基本上成正交关系。如进一步众所周知的，非常普遍地将这种容器的其中一个侧面指定为顶面，相对的侧面指定为底面。而且，使容器处于“正面朝上”取向是很重要的。这种取向下，容器的顶面朝上，底面相反地朝下。这是防止损伤或保证安全所必需的。例如，容器可能用于容纳相对易碎的产品，如计算机设备或其它电子部件。为了在容器意外掉落时保护产品，可以在产品与容器底面之间放置富于缓冲的材料。然而，如果容器没有保持正面朝上的取向，则会大大降低沿其底面放置的缓冲材料的作用。
尽管适当取向非常重要，但通常难以确定所存储或运送的箱子或容器是否被实际上正确地取向。这种情况在大体积包装环境中经常遇到，例如仓库、制造厂和运输工具内。在这些类型的环境中，难以或者不可能肉眼检查容器的每一个侧面，或者检测印刷在其上面的取向标记。因此，向容器的搬运人或其他人提供能够容易地检测容器或箱子的不适当取向的改进的非视觉手段是有利的。
发明内容
本发明提供了一种装置和方法，用于使用低成本的RF传感器技术，例如RFID标签或设备，来检测容器或其它对象是否处于正面朝上的取向。在一个有用的实施例中，标准无源RFID标签固定在用平面结构承载的盘(disk)上。当所固定的箱子或容器被适当取向时，盘定向于被屏蔽区(shielded region)。当箱子或容器处于与正确取向正交的其它取向时，盘变为非屏蔽的。这时可以从RFID标签接收到信号，指示箱子没有被适当地取向。本发明的一个进一步的实施例涉及用于检测容器或其它对象相对于基本上水平的表面被不适当取向的传感器装置。该装置包括具有在空间上分离的侧面，从而在该结构内限定封闭的空间的结构。固定于该结构上的所选屏蔽材料将该封闭空间的特定区域与RF信号屏蔽开，当该结构处于相对于水平表面的参考位置时，被屏蔽的区域位于封闭空间的最下端。该封闭空间内有RF传感器设备，该RF传感器设备的尺寸使其能够在该空间内自由移动。当该结构相应地在其参考取向和相应于对象的不适当取向的不适当取向之间移动时，安装在该空间内的导向元件引导该RF传感器设备在该空间的屏蔽区和非屏蔽区之间移动。
在附加权利要求书中提出了被认为是本发明的特征的新颖性特征。然而，在结合附图进行阅读时，通过参考下文例证性实施例的详细说明能够最好地理解本发明自身以及优选的使用模式、其进一步的目的和优点，其中图1是显示根据本发明构建的取向传感器的透视图。
图2-5是分别在不同的位置显示图1中取向传感器的透视图，用于图解其操作。
图6是沿图2的线6-6获得的剖面图。
图7是沿图4的线7-7获得的剖面图。
具体实施例方式
参考图1，显示了传统的六面体装运容器、纸板盒或箱子100，其被支撑在基本上水平的支持表面102上。更具体地讲，容器100包括六个矩形侧面或面板100A-100F，其中每个侧面与每个相邻侧面，也就是与其有公共边的侧面，基本上成正交关系。侧面100A是容器100的顶面，侧面100B是其底面。这样，来自表面102的用于支持容器100的所有力都通过底面100B接收。图1进一步显示了分别在顶面100A和底面100B之间延伸的侧面100C-100F。底面100B与侧面100C-100F的每一个均有公共边，因此分别与之相邻。
水平支持表面102可以包括例如仓库内的地板或载货架，或者用于运输容器100的卡车的底座。表面102还可以是有容器100堆叠在其上面的一个或多个其它容器的顶面。不管水平表面102的性质，通常非常重要的是将容器100布置并保持在表面102上，使容器100正面朝上。这种取向下，顶面100A是容器100的最上面，底面100B与水平表面102接触。这就是图1所示的取向。
进一步参考图1，显示了取向传感器106和108，它们每一个都包括本发明的一个实施例，分别附着在容器100的相邻侧面100C和100F上。图中的传感器106和108被显示附着在容器100的外侧，避免与存放在容器100内的其它产品或物件(未显示)相互干扰。选择地，取向传感器中的一个或两个都可以固定在容器100内的各个侧面上，以便在搬运容器100时保护该传感器。这种附着模式还可以防止损害传感器106和108。
图1显示的取向传感器106包括相当扁平的室或其它结构110，其容纳窄而封闭的空间112。在空间112内放置由塑料或者其它合适的本领域技术人员容易想到的材料形成的盘114。盘114用作RFID标签116的固定器或承载器，该RFID标签116被包封或镶嵌在盘114内。盘114的尺寸被加工成在盘114的侧面与用于限定空间112的边界的结构110的表面之间留有空隙。通过提供这种空隙，盘114及其RFID标签116能够自由地在封闭空间112内移动。
图1进一步显示了包含在结构110的空间112内的两个线性元件118和120，这两个元件连结在一起形成“V”形构造。图中的线性元件118和120朝着空间112的底部向下倾斜，如图1所示。这样，由线性元件118和120形成的“V”形构造用作盘114的导向元件，当结构110如图1所示取向时，将盘引导至空间112的下部。这种取向在本文称作结构110的参考取向。当盘114定位在两个线性元件之间，靠近其所形成的“V”形构造的顶点时，称之为处于其原位(homeposition)。
图1进一步显示了附着于结构110上的金属箔或其它RF屏蔽材料，以限定封闭空间112的屏蔽区122。选择屏蔽区122的尺寸，以确保只要当盘114位于其原位时，盘114和RFID标签116均能完全位于屏蔽区122内。这样，只要当RFID标签116处于这种位置时，都能够被屏蔽材料阻既不被检测到也不响应RF信号发送。例如，图1显示的RF阅读器124包括天线和RF收发器，其定位成向容器100投射RF信号。当RFID标签116处于其原位时不能检测这些信号。
取向传感器108基本上和传感器106相同，但附着在与侧面100C垂直的侧面100F上。由此，取向传感器108类似地包括提供有封闭空间1 12的结构110。传感器108的封闭空间类似地含有形成“V”字的线性元件118和120，并进一步含有可移动盘114，盘114在其中嵌有RFID标签116。当传感器108位于如图1所示的其参考取向时，盘处于由线性元件所限定的原位。当装置116处于原位时，附着于传感器108的结构110的屏蔽材料防止其RFID标签116检测RF发送。
可以容易地显见，容器100能够以六种取向的任何一种布置在水平表面102上。也就是说，容器100的六个侧面100A-100F中的任何一个都可以朝下放置，与表面102接触。然而，这些取向中只有一个是正确的或者适当的，即侧面100B为朝下侧面的取向。因此，取向传感器106和108被设计成使得当侧面100B为朝下侧面时，它们各自的盘114都处于原位，如图1所示。然而，如果容器100被取向成使其侧面100A或100C-100F中的任何一个作为朝下侧面，则其中一个或两个取向传感器的盘114将会滚出屏蔽区122，进入封闭空间112的非屏蔽区128。当这件事情发生时，盘114中的RFID标签116能够检测到RF信号。
这里着重强调，为了使取向传感器106和108如在此所述地工作，它们必需都附着于容器100，使得当侧面100B朝下时，它们各自的结构1 10处于其参考取向。如上所述，当由线性元件118和120形成的“V”形构造的点指向朝下时，每个取向传感器的结构都处于其参考位置，如图1所示。在这种取向下，“V”形构造将盘1 14导向到空间112的下部，并进入屏蔽区122。
为了辅助用户正确地将取向传感器附着在容器100上，每个传感器都被有用地提供可视标记，例如沿着结构110靠下边缘布置的两个红点126。当把取向传感器附着在容器100上时，用户将确保当侧面100B是容器100的下侧面时，有红点的边缘是传感器的向下边缘。
尽管图1显示的本发明实施例涉及具有六个矩形侧面的容器，但是应当强调指出，本发明的实施例也可以用于其它类型的容器，例如鼓和金字塔形容器。事实上，本发明的实施例能够用于检测很宽范围容器类型的以及其它具有两个或多个可能取向的对象的不适当取向。使用本发明的原则要求是，这些容器及其它对象必需只有一个取向是适当的(或者只有一个取向是不适当的)。
参考图2，图中显示的传感器106处于其参考位置，使得盘114处于原位。如上所述，当容器100的侧面100B朝下布置并与表面102接触时，将发生这种情况。与上面所述类似，在该位置，RFID标签1 16位于封闭空间112的屏蔽区122中。
参考图3，图中显示的是当容器100取向成使其侧面100D为朝下侧面并与表面102接触时的取向传感器106。在容器的这种取向下，传感器106从其参考位置顺时针旋转90度。图3显示，现在线性元件120向下倾斜，离开屏蔽区122。因此，盘114从元件120向下滚动进入封闭空间112的非屏蔽区128。这使得RFID标签116能够检测到RF信号。
参考图4，图中显示的是当容器100取向成使其侧面100A为朝下侧面并与表面102接触时的取向传感器106。在容器的这种取向下，传感器106从其参考位置旋转180度。如图4所示，在这种位置下，盘114被重力向下拉动，离开屏蔽区122，进入封闭空间112的非屏蔽区128。这使得RFID标签116能够检测到RF信号。尽管没有显示，但是取向传感器108的盘114也将向下移动，从该传感器的屏蔽区进入非屏蔽区。
参考图5，图中显示的是当容器100取向成使其侧面100F为朝下侧面并与表面102接触时的取向传感器106。在容器的这种取向下，传感器106从其参考位置顺时针旋转270度。图5显示，现在线性元件118向下倾斜，离开屏蔽区122。因此，盘114从元件118向下滚动进入非屏蔽区128。这使得RFID标签116能够检测到RF信号。
尽管没有显示，如果容器100被取向成使侧面100E为朝下侧面并与表面102接触，则取向传感器108将从图1中的位置顺时针旋转90度。因此，传感器108的盘114将以上述方式离开其屏蔽区122，进入非屏蔽区128。此外，如果侧面100C成为底面并与表面102接触，则传感器108将从其图1所示的位置逆时针旋转90度，或顺时针旋转270度。这也将导致取向传感器108的盘114离开屏蔽区122进入其非屏蔽区128。
从上面可以看出，对于容器100六种可能取向的每一个，两个取向传感器106和108的RFID标签116都只有当侧面100B为底面时才与RF信号保持屏蔽，如上所述。当容器100处于任何一个其它取向时，至少其中一个传感器的RFID标签116将处于其非屏蔽区128。这样，可以通过操作阅读器24向容器100投射RF信号，从而容易地检测不适当取向。如果RFID标签116未被屏蔽，它将检测到该信号，并且作为响应，将识别码发射回阅读器124。因此，从标签116发射回阅读器的任何RF都将提示容器100不处于其适当取向。需要注意，两个传感器106和108都是需要的，以便检测容器100的所有可能的不适当取向。
在上述实施例中，RFID标签116响应从阅读器124投射的信号，发挥无源器件的作用。在其它实施例中，可以用有源RF器件替换RFID标签116。这种有源器件能够在与容器相距一定距离时向检测器投射RF信号，指示容器的不适当取向。
参考图6，图中显示的传感器106的结构110是由围绕其各个边的塑料接合层或薄片602和604形成的。有用地，两个薄片具有相同的长宽尺寸，每个薄片在其一侧上具有围绕其周边延伸的凸起的边缘或唇缘。图6显示的薄片602和604可以是透明的或不透明的，分别具有凸起边缘606和608。为了提供封闭空间112，凸起边缘606和608通过例如粘合剂610接合在一起。
进一步参考图6，其显示了线性元件118和120及包含于封闭空间112内的盘114，如上所述。对于大多数有效RF屏蔽而言，元件118和120跨封闭空间112的宽度延伸。金属箔层612和614或者其它合适的RF屏蔽材料分别附着于塑料薄片602和604。屏蔽层提供封闭空间112的屏蔽区122，与上面所述相似。为了进一步增强RF屏蔽，将层612和614布置在薄片602和604的内侧，位于薄片和线性导向元件118和120之间。为了使取向传感器106能够容易地附着在容器上，向传感器的其中一个侧面施加粘着层616。
图6进一步显示了被涂层或RF屏蔽材料层618覆盖的盘114的边缘。这起到防止RF信号贯穿非屏蔽区122的作用。
图7显示了与图6中相似的取向传感器106的视图。然而，在图7中，没有显示已经移入封闭空间112的非屏蔽区的盘114。
本发明的说明书是出于例证和说明的目的提出的，并不是详尽的，或以公开的形式对本发明构成限制。本领域技术人员可以显见多种修饰和改变。选择并描述实施例是为了最好地解释本发明的原理、实际应用、和使本领域的普通技术人员能够理解，本发明可以有经过不同修改的各种实施例用于期望的具体用途。
权利要求
1.用于检测对象相对于基本上水平的表面被不适当取向的传感器装置，所述装置包括具有相互隔开关系的侧面从而限定封闭空间的结构；附着到所述结构上从而将所述封闭空间的特定区域与RF信号屏蔽开的被选择材料，当所述结构相对于所述水平表面处于参考取向时，所述被屏蔽区域位于所述封闭空间的最下部分；RF传感器设备，其位于所述封闭空间内，所述RF传感器设备的尺寸使其能够在所述空间内自由移动；以及导向元件，其安装在所述空间内，从而当所述结构在所述参考取向和对应于所述对象的不适当取向的不适当取向之间被相应地移动时，引导所述RF传感器设备在所述空间的所述屏蔽区和非屏蔽区之间移动。
2.根据权利要求1的装置，其中所述导向元件包括两个线性元件，所述线性元件的每一个都部分地位于所述封闭空间的所述屏蔽区和部分地位于所述非屏蔽区，所述线性元件在所述屏蔽区内连结在一起形成“V”形构型，所述“V”形构型位于所述密封空间内，使得当所述结构位于所述参考取向时，两个所述线性元件都向下倾斜进入所述屏蔽区，以及，当所述结构位于不适当取向时，所述线性元件中的至少一个向下倾斜进入所述非屏蔽区。
3.根据权利要求1的装置，其中所述RF传感器设备适合于沿着由所述导向元件提供的斜面向下移动。
4.根据权利要求3的装置，其中所述RF传感器设备包括支撑地包含于承载设备内的RFID标签。
5.根据权利要求4的装置，其中所述承载设备包括圆盘，其被设置成沿着向下倾斜的线性元件向下滚动。
6.根据权利要求3的装置，其中所述装置包括用于将所述结构固定地附着到所述对象的工具，使得当所述对象相对于所述水平表面处于适当取向时，所述结构处于所述参考取向。
7.根据权利要求6的装置，其中所述结构的所述侧面分别包括塑料材料薄片，它们在其各自边缘附近结合在一起，并且所述附着工具包括施加在其中一个所述塑料薄片的外侧面上的粘着材料层。
8.根据权利要求3的装置，其中所述对象包括六面体容器，每一个侧面包括与其相邻侧面基本上成正交关系的矩形面板，其中一个容器侧面被指定为底面，并且所述装置包括用于将所述结构附着到所述容器的工具，使得当所述底面被定位成所述容器的最下侧面时，所述结构处于所述参考取向。
9.根据权利要求8的装置，其中所述装置包括第一装置，其与第二装置基本上相同，所述第一装置和所述第二装置分别附着到所述容器的相邻侧面上，其中所述相邻侧面彼此之间以及与所述底面成正交关系。
10.根据权利要求4的装置，其中当所述RFID标签和所述承载设备处于所述非屏蔽区时，所述RFID标签可以被RF阅读器检测到，以及，当所述RFID标签和所述承载设备处于所述屏蔽区时，则不能够被检测到。
11.用于检测具有彼此成正交关系的侧面的容器的不适当取向的传感器装置，其中除了预定的正面朝上取向之外，所述容器的每一取向都是不适当的，所述装置包括结合在一起以形成具有封闭空间的结构的特定材料层；附着到所述结构上以将所述封闭空间的特定区域与RF信号屏蔽开、同时留下所述封闭空间的其余区域作为非屏蔽区的屏蔽材料；位于所述封闭空间内的RF传感器设备，所述RF传感器设备的尺寸使其能够在所述空间内自由移动；用于将所述结构附着到所述容器的被选择侧面的工具，使得当所述容器处于其正面朝上的取向时，所述封闭空间的所述屏蔽区将位于所述非屏蔽区之下；以及导向元件，其安装在所述空间内，从而当所述容器在所述正面朝上取向和不适当取向之间相应地移动时，促使所述RF传感器设备在所述屏蔽区和所述非屏蔽区之间移动。
12.根据权利要求11的装置，其中所述装置包括RF收发器设备，用于朝所述结构投射RF信号，其中，响应其中一个所述投射信号，通过所述RF传感器设备，信号被发送返回所述收发器，提供所述容器不适当取向的提示。
13.根据权利要求12的装置，其中所述导向元件包括两个线性元件，当所述容器处于所述正面朝上取向时，所述线性元件的每一个都朝下倾斜进入所述屏蔽区，以及，当所述容器处于不适当取向时，所述线性元件中的至少一个朝下倾斜进入所述非屏蔽区。
14.根据权利要求13的装置，其中所述RF传感器设备包括RFID标签，被支持地包含于圆盘内，该盘设置成沿着朝向倾斜的线性元件向下滚动。
15.根据权利要求14的装置，其中所述装置包括第一取向传感器，以及，基本上相同的第二取向传感器被附着到所述容器的与所述被选择侧面正交的侧面上。
16.一种用于检测具有彼此成正交关系的侧面的容器的不适当取向的方法，其中除了预定的正面朝上的取向之外，所述容器的每一个取向都是不适当的，所述方法包括如下步骤将屏蔽材料附着到具有封闭空间的结构上以将所述空间的特定区域与RF信号屏蔽开，同时留下所述封闭空间的其余区域作为非屏蔽区；将RF传感器设备定位在所述封闭空间内，所述RF传感器设备的尺寸使其能够自由地在所述空间内移动；将所述结构附着到所述容器的被选择侧面上，使得当所述容器处于其正面朝上的取向时，所述封闭空间的所述屏蔽区将位于所述非屏蔽区之下；以及当所述容器在所述正面朝上取向和不适当取向之间相应地移动时，引导所述RF传感器设备以便在所述屏蔽区和所述非屏蔽区之间移动。
17.根据权利要求16的方法，其中所述方法进一步包括操作RF收发器设备朝所述结构投射RF信号，其中，响应其中一个所述投射信号，通过所述RF传感器，信号被发送返回所述收发器，以提供所述容器不适当取向的提示。
18.根据权利要求17的方法，其中当所述容器处于所述正面朝上取向时，所述RF传感器设备沿着斜面向下移动进入所述屏蔽区，以及，当所述容器处于不适当取向时，向下移动进入所述非屏蔽区。
19.根据权利要求18的方法，其中所述RF传感器设备包括RFID标签，其被支持地包含于圆盘内，该盘设置成沿着固定地安装在所述封闭空间内的向下倾斜线性元件向下滚动。
20.根据权利要求19的方法，其中所述结构通过施加在所述结构的外侧的粘着材料附着到所述容器的所述被选择侧面上。
全文摘要
提供装置和方法可使用低成本、无源RF传感器技术，例如RFID标签，以确定容器或其它的对象是否处于正面朝上取向。本发明的有用实施例涉及用于检测传统箱子和容器相对于基本上水平的表面被不适当取向的传感器装置。该装置包括具有两个由塑料形成的、在空间上分离的侧面，从而在该结构内限定封闭空间的结构。固定在该结构上的所选屏蔽材料将封闭空间的特殊区域与RF信号屏蔽开，当该结构相对于水平表面处于参考取向时，该屏蔽区位于封闭空间的最下端。埋置在盘中的RFID标签位于封闭空间内。当该结构相应地在其参考取向和相应于容器被不适当取向的不适当取向之间移动时，导向元件导向该盘在屏蔽区和非屏蔽区之间移动。这允许当RFID标签变为非屏蔽时，从其接收信号，以指示容器被不适当取向。
文档编号G06K19/00GK1987887SQ200610136298
公开日2007年6月27日 申请日期2006年10月17日 优先权日2005年12月21日
发明者赛尔库克·S.·伊里恩, 道格拉斯·A.·劳, 肖恩·K.·斯里纳尼亚克, 布赖恩·J.·加格, 保罗·A.·罗伯特斯 申请人:国际商业机器公司