Brevet FR3017214A1 — publié le 20150807

Domaine de l'invention La présente invention se rapport à un système de vérification de rangement et de localisation d'objets munis d'une étiquette RFID, placés à des emplacements de rangement, devant lesquels se déplace un 5 capteur RFID pour détecter les étiquettes des objets. Etat de la technique Les étiquettes RFID (étiquettes de radio-identification) sont connues pour être apposées sur des objets ou des équipements et permettre leur détection. Les étiquettes comportent un numéro 10 d'identification de l'objet auquel elles sont associées. Ce système peut par exemple s'utiliser pour suivre la trace d'objets transportés jusqu'à leur destination pour des raisons de contrôle et de sécurité d'acheminement. Les étiquettes servent également au comptage d'objets dans des lignes de fabrication ou dans des installations de stockage. 15 Ainsi, le document FR 07 54742 décrit un système de loca- lisation d'un conteneur dans une zone de stockage. Ce système de localisation et le procédé mis en oeuvre concernent des lignes de rangement de conteneurs équipés chacun d'une étiquette RFID. Ces aires de stockages sont elles aussi équipées d'étiquettes RFID le long des lignes de stockage 20 des conteneurs. Un dispositif de manutention place ou reprend les conteneurs dans l'aire de stockage. Au moment de la mise en place d'un conteneur sur l'aire de stockage, son emplacement est repéré par le dispositif de manutention équipé de capteurs détectant le transpondeur RFID associé à la position 25 de rangement du conteneur. Ce système de localisation ne recherche pas la position d'un conteneur puisque cette position est connue du fait de la mise en place du conteneur à un endroit donné ; ce système guide simplement le dispositif de manutention jusqu'à l'emplacement du conteneur. 30 Ce système de localisation permet également des contrôles de stock en ce qu'il suffit que le dispositif de manutention équipé des capteurs se déplace le long des lignes de rangement des conteneurs pour identifier les conteneurs situés dans chaque position de rangement. En d'autres termes, la position de rangement d'un conteneur est associée à 35 un transpondeur RFID (étiquette RFID) fixe constituant un repère dans l'installation. La taille des objets (des conteneurs) et la répartition des transpondeurs fixes font que ces conteneurs ne peuvent être situés qu'en face ou à proximité d'un transpondeur RFID. Ce système de localisation prévoit d'associer un transpon- deur d'identification à chaque emplacement de conteneur(s) pour rechercher les conteneurs situés dans cette ligne ou encore de prévoir quelques transpondeurs RFID jalonnant la ligne de rangement de conteneurs pour localiser les conteneurs par rapport à un transpondeur. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un système de vérification de rangement et de localisation d'objets munis d'une étiquette RFID permettant non seulement de détecter la présence d'un objet mais de situer l'objet par rapport à des balises équipant le système de rangement sans nécessiter autant de balises qu'il y a d'emplacements de rangements dans l'installation, ce qui rendrait la détection et la gestion impossible pour des objets de dimensions courantes de l'ordre de quelques centimètres à quelques dizaines de centimètres, mesurées dans la direction linéaire du système de rangement. L'invention a notamment pour but de développer un sys20 tème de rangement et de localisation permettant de retrouver facilement des objets mal rangés tels qu'une gamme d'outils d'un système d'outillage qui sont pris et repris et souvent non rangés à un emplacement précis. Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention a pour objet un système de rangement 25 et de localisation d'objets munis d'une étiquette RFID, placés à des emplacements de rangement, devant lesquels se déplace un capteur RFID pour détecter les étiquettes des objets. Ce système de rangement est caractérisé en ce qu'il comprend : - des emplacements de rangement répartis dans des seg30 ments de rangement délimités chacun par des balises de position et d'identité connues, - un chemin de détection le long des segments de rangement, - un capteur se déplaçant sur le chemin de détection 35 émettant des impulsions de détection selon un motif déterminé (fréquence), ayant une portée limitée à la détection d'un nombre réduit de balises, recevant les échos des balises et de l'objet à localiser, - une unité de gestion associée au capteur, et gérant l'émission des impulsions de détection du capteur, analysant les échos des balises et de l'objet pour situer l'objet entre deux balises, et déterminer la distance par rapport aux deux balises par la corrélation du signal de l'objet avec ceux de chacune des balises, par le comptage des échos reçus respectivement à la fois de l'objet et d'au moins l'une des deux balises délimitant le segment où se trouve l'objet. L'invention permet de localiser de manière précise un objet rangé, non seulement pour connaître le segment de rangement sur lequel se trouve l'objet mais également sa position par rapport à l'une ou l'autre des bornes du segment de rangement c'est-à-dire, par rapport à l'une ou l'autre des deux balises qui bornent le segment de rangement. L'invention évite que chaque emplacement de rangement doive être équipé d'une étiquette RFID, ce qui augmenterait considérablement le travail de gestion et de mise à jour, nécessiterait la création de multiples étiquettes et leur gestion. En revanche, le fait de n'avoir que deux étiquettes formant les balises délimitant un segment de rangement sur lequel peuvent se trouver plusieurs objets, voire quelques dizaines d'objets, simplifie considérablement la gestion de cet ensemble puisqu'à chaque fois et par un simple comp- tage, on détermine de manière précise la position d'un ou plusieurs objets dans un segment de rangement. Cela réduit également le temps de calcul, les capacités de calcul nécessaires et de façon globale le coût de l'installation et de sa gestion. Le système selon l'invention a également l'avantage d'une très grande sécurité car même en cas de redondance, c'est-à-dire de détection multiple d'une même partie de segment de rangement, les échos fournis simultanément par le capteur et la ou les deux balises qui bornent le segment de rangement dans lequel se trouve l'objet détecté, permettront d'éliminer les redondances. Ces différents balayages ne seront pas analy- sés comme des balayages distincts concernant des segments distincts mais le même segment de rangement. Il en est de même de la sécurité du balayage sur toute la longueur balayer : en cas de défaillance, l'examen des échos et le recensement des balises détectées par leurs échos permettra de déceler que cer- taines zones n'ont pas été balayées, et y remédier en lançant un nouveau balayage dans le cas d'un déplacement automatique ou en prévenant l'opérateur que la zone est encore à scanne. Ainsi, l'exhaustivité de l'inventaire est assurée. Suivant une autre caractéristique avantageuse, l'unité de gestion compte les échos reçus simultanément de l'objet et de l'une des balises du segment puis les échos reçus simultanément de l'objet et de l'autre balise du segment. Ce double comptage des échos à la fois ceux de 5 l'objet en combinaison avec ceux de chacune des balises permet de définir de manière précise la position de rangement d'un objet non seulement du segment de rangement qui le contient mais sa position à l'intérieur du segment de rangement. La connaissance de ces deux comptages permet également d'effectuer des contrôles de régularité de vitesse de déplacement 10 du capteur devant le segment de rangement de façon à être certain que le nombre d'échos reçu simultanément d'une balise et de l'objet ne soit pas faussé par une vitesse de déplacement différente du capteur pour cette zone de détection par rapport à la zone de détection entre l'objet et l'autre balise de ce même segment de détection. 15 De façon avantageuse, le capteur émet des signaux de dé- tection à fréquence constante et le déplacement du capteur est de préférence à vitesse constante. Cette vitesse constante peut être entachée d'erreurs qui l'augmente plus ou moins mais dans des limites acceptables. De plus, le défilement du capteur devant un segment de rangement peut 20 se faire à vitesse quasiment constante même si ce déplacement est fait par un opérateur se déplaçant à pied devant le segment de rangement. Suivant une autre caractéristique avantageuse, l'unité de gestion calcule la vitesse de déplacement du capteur à partir du nombre d'échos reçus en communs des balises et de l'objet délimitant le segment 25 et avec la longueur du segment pour un calcul de plausibilité. Suivant une autre caractéristique avantageuse, l'unité de gestion comporte une mémoire contenant les paramètres physiques de la zone de rangement et un calculateur qui gère le fonctionnement du capteur et exploite les échos ainsi qu'un moyen d'édition pour donner le ré- 30 sultat de la détection. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide du schéma d'un système de vérification de rangement et de localisation d'objets munis d'une étiquette RFID représenté dans les 35 figures annexés dans lesquels : - la figure 1 montre le schéma d'un système de rangement et de localisation d'objets, - la figure 2, montre les chronogrammes des signaux de réponse du capteur. Description d'un mode de réalisation Selon la figure 1, le système de vérification de rangement et s de localisation d'objets munis d'une étiquette RFID est présenté à titre d'exemple dans le cas d'un rangement linéaire. Mais le système de rangement peut également s'étendre à un système de rangement à deux dimensions ou à trois dimensions. Selon la figure 1, le système de vérification de rangement et 10 de localisation se compose d'une zone de rangement 1 avec des emplacements de rangement non référencés individuellement et répartis dans des segments de rangement SRi délimités par des balises Bi, B2 ; B3 ; Bi, Bi+1 constituées par des transpondeurs RFID (appelés ci-après simplement balises) dont on connait la position et l'identité. Ces balises Bi sont de préfé- 15 rence mais non nécessairement réparties régulièrement pour délimiter des segments de rangement SRi de longueur identique. Le système comporte également un chemin de détection 2 que parcourt un capteur 3 associé à une unité de gestion 4 recevant les signaux de détection SD; du capteur 3 pour les exploiter et détecter la po-20 sition d'un objet rangé O. Le capteur 3 est un capteur RFID émettant un signal impulsionnel s'étalant suivant un lobe plus ou moins étroit dans la direction d'émission. Le signal électromagnétique atteint les étiquettes RFID qui sont à sa portée. Ces étiquettes sont activées par l'énergie reçue et génè- 25 rent en retour un signal que reçoit le cas échéant le capteur 3 fonctionnant alors comme récepteur. La puissance d'émission définit notamment avec la forme d'antenne du capteur, la forme et les dimensions du lobe d'émission, c'est-à-dire la « surface » ou le « volume » dans lequel le capteur peut détecter 30 une ou plusieurs étiquettes RFID. La forme de l'antenne du capteur définit l'étalement plus ou moins large du lobe. La définition de la forme et des dimensions du lobe du capteur 3 sont des paramètres réglés en fonction de la géométrie et de la nature physique de l'installation, c'est-à-dire de la zone de rangement 1 et 35 du chemin de détection 2. Le capteur 3 est commandé de façon impulsionnelle pour la détection selon l'invention. Dans le présent exemple, le capteur 3 émet dans un lobe 31 relativement étroit pour ne pas toucher simultanément un grand nombre de balises Bi (et d'objets O) mais seulement quelques balises Bi voire seulement deux bobines à la fois lorsque le capteur 3 est sur le chemin de détection 2, en position courante de détection. Pour simplifier la présentation du fonctionnement du cap- teur 3, son lobe est schématisé par sa largeur figurée par une barre 31 ; le lobe 31 est en principe dirigé vers les balises Bi... de sorte qu'il ne couvre que deux balises Bi à la fois. En pratique, d'autres balises voisines peuvent répondre mais leur signal sera nettement plus faible et pourra être éliminé de ce fait lors de l'exploitation des signaux. Les segments de rangement SRi se composent d'emplacements de rangement non identifiés par les balises individuelles et matérialisés par des logements ou des cellules ou simplement une position si le segment de rangement SRi est, par exemple, une étagère non cloisonnée en compartiments. Les emplacements PR. sont les positions qui peuvent être occupés par des objets équipés chacun d'une étiquette RFID identifiant chaque objet. Les segments de rangement SRi correspondent à une répartition linéaire représentée ici sous la forme d'une répartition rectiligne. Il peut également s'agir d'une répartition suivant une courbe, par exemple une courbe hélicoïdale sur un tambour avec une succession de segments de rangement suivie par le chemin de détection soit une courbe. L'unité de gestion 4 qui communique avec le capteur 3, par exemple par une liaison radio, comporte outre l'émetteur-récepteur radio 41, un calculateur 42 coopérant avec une mémoire 43 et un moyen d'édition 44 tel qu'une imprimante et un écran. La mémoire 43 contient les paramètres de l'installation, notamment les paramètres de la zone de rangement, tels que la localisation des balises Bi et les caractéristiques des segments de rangement SRi. L'unité de gestion commande le fonctionnement du capteur 3, par exemple le motif d'émission des signaux de dé- tection tel que par exemple la fréquence de cette émission. L'unité de gestion 4 outre la localisation d'un objet rangé O dans la zone de rangement SRi, par rapport à l'une Bi ou l'autre Bi+i qui délimitent le segment de rangement Sri sur lequel se trouve l'objet (et ainsi sa position de rangement PRi) l'unité de gestion peut également gérer le fonctionnement de l'installation tel que le contrôle du stock, c'est-à-dire le contrôle de tous les objets rangés. Le capteur 3 suit la succession de segments de rangement SRi selon le chemin de détection 2. Le chemin de détection 2 peut être ma- térialisé par un rail si le capteur 3 est porté par un équipement mobile 32 le long d'un rail. Il peut également s'agir simplement du chemin emprunté par un opérateur tenant le capteur 3 et se déplaçant devant la succession de segments de rangement SRi de la zone de rangement 1. Le capteur 3 communique avec l'unité de gestion 4 qui commande le capteur et reçoit les signaux SD; correspondant aux échos des impulsions de détection envoyés par le capteur 3 au moment d'une phase de lecture des segments de rangement SRi. Pour les besoins de la présentation, le chemin de détection 10 2 est subdivisé régulièrement par des traits figurant les points d'émission d'un signal impulsionnel par le capteur 3 vers les segments de rangement SRi, c'est-à-dire les balises Bi et les objets rangés O. Le capteur 3 a une portée limitée à un nombre réduit de balises Bi, par exemple une portée qui globalement ne lui permet pas de dé- 15 tecter plus de deux balises Bi, Bi+1 à la fois ce qui correspond à une plage de détection d'une distance correspondant en tout à deux segments de rangement dans l'hypothèse d'une répartition équidistante des segments de rangement. Le système s'applique également à une répartition irrégulière des segments de rangement imposée le cas échéant par des impéra- 20 tifs d'infrastructure. Ces irrégularités sont gérées par l'unité de gestion 4 qui les compense et assimile finalement ces irrégularités à une répartition régulière. Selon le schéma de principe de la figure 1 et dans l'hypothèse envisagée, la largeur utile 31 du lobe 3, c'est-à-dire la largeur 25 selon laquelle le lobe couvre les balises est celle par laquelle il commence à détecter la balise Bi+1 dès qu'il quitte la balise Bi. Le capteur 3 progresse le long du chemin 2 et détecte la balise Bi+2 à la limite de la détection de la balise Bi+i. Il peut y avoir un chevauchement et une détection simultanée pendant un certain temps, des balises Bi+1 et Bi+2. Toutefois, pour 30 l'explication, il est préférable de se limiter à cette interprétation stricte. Ensuite le lobe 31 progresse vers la balise Bi+3 et continue de détecter la balise Bi+2 jusqu'au moment où il rencontre la balise Bi+3. Le capteur 3 en déplacement le long du chemin de détection 2 émet des impulsions de détection selon un motif déterminé. Il reçoit en 35 réponse les échos SD; des balises Bi et l'écho de l'objet à localiser O pour déterminer sa position par rapport aux deux balises Bi+1, Bi+2 entre lesquelles il se trouve et cela en évaluant la distance par rapport à l'une (ou l'autre) des deux balises Bi+1, Bi+2. Pour permettre cette localisation, le capteur 3 émet (et reçoit) des signaux de détection à une fréquence donnée et il parcourt le chemin 2 à une vitesse constante de sorte que les échos renvoyés en même temps par la balise Bi+i et l'objet O puis par l'objet O et la balise 5 Bi+2 seront comptés ; ils représentent la distance de la position PRS de l'objet O respectivement par rapport à la balise Bi+i ou à la balise Bi+2, l'objet O étant situé au barycentre de ces sommes de nombre d'échos. A titre d'exemple, le capteur 3 recevra les échos de la manière suivante : A) D'abord il reçoit les échos de la seule balise Bi+i. 10 B) Puis il reçoit des échos à la fois de la balise Bi+i et de l'objet O aussi longtemps que le lobe 31 couvre la balise Bi+1. C) Lorsque le lobe 31 atteint la balise Bi+2, il quitte la balise Bi+i mais couvre toujours l'objet O. Le capteur 3 reçoit 15 ainsi les échos de l'objet O et de la balise Bi+2. D) Lorsque le lobe 31 ne couvre plus l'objet O il ne reçoit plus que les échos de la balise Bi+2. Les chronogrammes de la figure 2 montrent cette phase de détection et de localisation de l'objet O. Cette phase de détection PHdet est 20 l'intervalle qui entoure la position PRi de l'objet O d'une « distance » amont et d'une « distance » aval, égale chacune à la largeur 31 du lobe. La largeur 31 doit couvrir au moins la longueur du segment de rangement SRi (segment entre les deux balises). Une largeur plus réduite du lobe ne permettrait de situer l'objet O que par rapport à l'une et/ou l'autre balise et 25 donc avec une précision très faible puisque la localisation de la position PRS sera du type : « l'objet O se trouve à une position PRS près de la balise B' (Bi+i ou Bi+2) » alors qu'avec la détection de deux balises, la position PRS sera une mesure par rapport à l'une ou l'autre des deux balises Bi, Bi+i. La figure 2 montre les échos reçus des balises Bl, B2, B3, B4 au cours de la 30 progression du capteur 3 et de son lobe 31 le long du chemin 2. La ligne LO montre la réponse de l'objet O en combinaison avec la réponse de l'une et de l'autre balise B2, B3. La ligne LB1 montre les échos de la balise Bl. La ligne LB2 montre les échos de la balise B2. 35 La ligne LB3 montre les échos de la balise B3. La ligne LB4 montre les échos de la balise B4. Les chronogrammes LO, LB1...LB4 étant superposés, il est facile d'obtenir la période de détection PHdet de l'objet commence avec celle de l'une ou de l'autre balise B2, B3, et de compter les échos simultanés de la balise B2 et de l'objet O ainsi que ceux simultanés de l'autre balise B3 et de l'objet O. Le nombre d'échos reçu en commun de l'objet O et de la balise B2 par rapport au total d'échos reçus de l'objet O des balises B2, B3, c'est-à-dire dans la période PHdet représente la distance de l'objet par rapport à la balise B2. Les hypothèses d'une situation idéale faites ci-dessus concernant l'équidistance des balises Bi, la « largeur » relativement précise du lobe 31, et la régularité de la vitesse de déplacement du capteur 3 en cours de balayage, peuvent être facilement rétablies en cas d'écart par rapport à cette situation idéale : - le fait qu'en pratique le lobe 31 couvre plus de deux balises c'est-à-dire reçoit des échos de plus de deux balises (que les balises soient équidistantes ou non) se compense et la réception d'échos com- as muns à trois ou quatre balises avec ceux de l'objet O permet toujours une localisation par un calcul de la position de l'objet O comme barycentre des trois ou quatre balises, - l'irrégularité de la vitesse de déplacement du capteur 3 et du nombre d'échos ainsi reçus en commun de l'objet et du niveau de 20 balise se compense également par le calcul. La description de l'exemple ci-dessus concerne la localisation d'un objet dans la zone de rangement. En fait, le procédé s'applique dans les mêmes conditions à la localisation de plusieurs objets dans la zone de rangement que ces objets se trouvent dans le même segment de 25 rangement SRi ou dans des segments différents. Dans chaque cas, la détermination de la position de l'objet dans le segment de rangement qui le contient se fait suivant les mêmes principes de fonctionnement que ceux décrits ci-dessus par une analyse barycentrique pour déterminer la position respective des objets. Pour chaque objet, la détermination de la posi- 30 tion se limite à l'analyse des suites d'échos composées de paires d'échos issues chaque fois de l'une et de l'autre des balises bordant le segment de rangement dans lequel se trouve l'objet, combiné à l'écho de l'objet. Cela se fait sans difficulté ni confusion avec les autres objets puisque l'objet est identifié par une étiquette qui lui est propre. 35 L'invention peut s'appliquer à une très grande diversité de systèmes de rangement par exemple pour des objets ou des outils qui sont utilisés fréquemment et non systématiquement à leur place désignée. NOMENCLATURE 1 Zone de rangement 2 Chemin de détection 3 Capteur 31 Lobe 32 Equipement mobile 4 Unité de gestion 41 Emetteur récepteur 42 Calculateur 43 Mémoire 44 Moyens d'édition Bi, B2 ; B3 ; Bi, Bi+i Balises O Objets PRi Positions de rangement SDi Signaux de détection/Echos SRi Segment de rangement Di Distance de la position PRi de l'objet O par rapport à la balise Bi.20 REVENDICATIONS1°) Système de vérification de rangement et de localisation d'objets munis d'une étiquette RFID, placés à des emplacements de rangement, devant lesquels se déplace un capteur RFID pour détecter les étiquettes des ob- jets, système de rangement caractérisé en ce qu'il comprend : - des emplacements de rangement répartis dans des segments de ran- gement (SRi) délimités chacun par des balises RFID de position et d'identité connues, - un chemin de détection (2) le long des segments de rangement (SRi), - un capteur (3) se déplaçant sur le chemin de détection (2), - émettant des impulsions de détection selon un motif déterminé, - ayant une portée limitée à la détection d'un nombre réduit de ba- lises (Bi), 15 - recevant les échos des balises (Bi) et de l'objet à localiser (0), - une unité de gestion (4) associée au capteur (3), et - gérant l'émission des impulsions de détection du capteur (3), - analysant les échos des balises (Bi) et de l'objet (0) pour situer l'objet entre deux balises (Bi), et 20 - déterminer la distance (di, di+i) de la position PRS de l'objet O par rapport aux deux balises (Bi, Bi+i) par la corrélation du signal de l'objet (0) avec ceux de chacune des balises, (Bi, Bi+i), par le comptage des échos reçus respectivement à la fois de l'objet (0) et d'au moins l'une des balises (Bi) des deux balises (Bi, Bi+i) délimi- 25 tant le segment (Ski) contenant l'objet (0). 2°) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité de gestion (4) compte les échos reçus simultanément de l'objet (A) 30 et de l'une des balises (Bi) du segment (SRi) puis les échos reçus simultanément de l'objet (0) et de l'autre balise (Bi+ 1) du segment (SRi). 3°) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que 35 le capteur (3) émet des signaux de détection à fréquence constante. 4°) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce quel'unité de gestion (4) calcule la vitesse de déplacement du capteur (3) à partir du nombre d'échos reçus en communs des balises (Bi, Bi+i) et de l'objet (0) délimitant le segment (SRi) et avec la longueur du segment pour un calcul de plausibilité. 5°) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité de gestion (4) comporte une mémoire (42) contenant les paramètres physiques de la zone de rangement (1) et un calculateur (41) qui gère le 10 fonctionnement du capteur (3) et exploite les échos ainsi qu'un moyen d'édition (43) pour donner le résultat de la détection.