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JP6881198B2 - 無線タグ移動検知装置 - Google Patents

無線タグ移動検知装置 Download PDF

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Description

本発明は、無線タグの移動状態を検知する無線タグ移動検知装置に関するものである。
現在、無線タグの移動状態を検知する無線タグ移動検知装置に関する技術として、例えば、下記特許文献1に開示されるタグリーダが知られている。このタグリーダでは、タグ検出の限界となる電波の出力強度を限界電波強度としてこの限界電波強度と検出距離とをタグの種別に応じて対応付けしたタグ種別テーブルが予め用意され、タグが検出された場合、検出されたタグの種別に応じてタグ種別テーブルを参照して、限界電波強度に対応する距離に基づいてタグまでの距離を算出する。
特開2016−170046号公報
ところで、上述のように電波強度を利用して無線タグの移動状態を検知する構成では、例えば、無線タグが低速で移動している等の場合には、その無線タグの移動を正確に検知できない場合がある。そこで、低速で移動している無線タグの移動状態をも精度良く検知するため、無線タグからの応答波の位相差を算出してこの位相差を累積加算した位相加算値に基づいて、その無線タグの移動状態を検知する方法を採用することができる。
このように無線タグからの応答波の位相差を利用して無線タグの移動状態を検知する際、周囲環境の影響等に起因して、応答波を受信できない時間帯が生じる場合がある。この場合、位相の回転(エイリアシング)のために、次に測定される位相が±π(180°)ずれる場合があり、このようにずれが生じた位相から算出される位相差が累積加算された位相加算値を利用すると、無線タグの移動状態が誤検知されてしまう。このため、ずれが生じた位相を補正する必要があるが、どの位相がどのようにずれているか正確に把握できないために正しい位相まで補正されてしまうと、この補正のために無線タグの移動状態が誤検知されるという問題がある。
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、無線タグからの応答波の位相差を利用した無線タグの移動状態の検知に関して不要な補正を抑制することで検知精度を向上させ得る構成を提供することにある。
上記目的を達成するため、特許請求の範囲の請求項1に記載の発明は、
無線タグ(30)の移動状態を検知する無線タグ移動検知装置(10)であって、
前記無線タグからの応答波の位相(φ)を測定する位相測定部(11,13)と、
前記位相測定部により測定された位相が当該位相を測定した測定時刻(t)とともに順次記憶される記憶部(12)と、
前記記憶部に記憶される各位相について前回の位相との差及び前回の測定時刻との差を位相差(Δφ)及び時間差(Δt)として算出する第1算出部(11)と、
前記第1算出部により算出された複数の前記位相差のうち対応する前記時間差が所定の閾値(tsa)を超える位相差を補正するようにして、前記複数の前記位相差を累積加算した位相加算値(φsum)を算出する第2算出部(11)と、
前記第2算出部により算出された前記位相加算値に基づいて前記無線タグの移動状態を検知する検知部(11)と、
を備え、
前記所定の閾値は、前記位相測定部により測定される位相がπ変化する際に必要な時間を前記無線タグの移動距離と移動平均速度から求めて、前記必要な時間の半分以下となるように設定され
前記第2算出部は、補正対象となる前記位相差について、前記位相差と対応する前記時間差とに基づいて算出される速度が、前回の前記位相差と対応する前記時間差とに基づいて算出される前回の速度に近づくような補正をして、前記位相加算値を算出することを特徴とする。
なお、上記各括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
請求項1の発明では、位相測定部により測定された無線タグからの応答波の位相及び測定時刻が順次記憶部に記憶される。そして、記憶部に記憶される各位相について前回の位相との差及び前回の測定時刻との差が位相差及び時間差として第1算出部により算出され、算出された複数の位相差のうち対応する時間差が所定の閾値を超える位相差を補正するようにして、複数の位相差を累積加算した位相加算値が第2算出部により算出され、算出された位相加算値に基づいて無線タグの移動状態が検知部により検知される。そして、上記所定の閾値は、位相測定部により測定される位相がπ変化する際に必要な時間を無線タグの移動距離と移動平均速度から求めて、当該必要な時間の半分以下となるように設定される。
サンプリング定理により、上記必要な時間の半分の周期以下となる時間差で位相を計測できれば、位相の回転(エイリアシング)が生じていないと判断することができる。すなわち、時間差が上記必要な時間の半分の周期以下に設定される所定の閾値以下となる位相差は、位相の回転が生じておらず位相のずれもないと判断できるので、このように位相のずれがないと判断できる位相差を補正対象外とすることで、不要な補正を抑制することができる。したがって、無線タグからの応答波の位相差を利用した無線タグの移動状態の検知に関して不要な補正を抑制することで検知精度を向上させることができる。
そして、第2算出部は、補正対象となる位相差について、位相差と対応する時間差とに基づいて算出される速度が、前回の位相差と対応する時間差とに基づいて算出される前回の速度に近づくような補正をして、位相加算値を算出することができる。
請求項2の発明では、第2算出部において、時間差が所定の閾値以下となる位相差と対応する時間差とに基づいて速度を算出可能であって、第1算出部により算出された複数の位相差のうち、対応する時間差が上記所定の閾値を超えても、時刻が近い2以上の位相差から算出された速度の平均値が所定の速度閾値以下となる位相差が、補正対象外となる。
時間差が上記所定の閾値以下である位相差から算出される速度は、信頼できる数値と判断でき、このように信頼できる複数の速度の平均値が低い場合には、無線タグが低速移動又は停止しているとして判断することができる。このため、上記所定の速度閾値を無線タグの低速移動時の速度に応じて設定することで、時刻が近い2以上の位相差から算出された速度の平均値が上記所定の速度閾値以下となる位相差も、無線タグが低速移動又は停止しているとして、位相のずれが生じていないと判断でき、補正対象外とすることで不要な補正が抑制されて検知精度をさらに向上させることができる。
請求項3の発明では、第2算出部において、時間差が所定の閾値以下となる位相差と対応する時間差とに基づいて速度を算出可能であって、第1算出部により算出された複数の位相差のうち、対応する時間差が上記所定の閾値を超えても、以前に測定されて時刻が最も近くなる位相差から算出された速度の符号と以後に測定されて時刻が最も近くなる位相差から算出された速度の符号とが互いに異なる位相差が、補正対象外となる。
時間差が上記所定の閾値以下である位相差から算出される速度は、信頼できる数値と判断でき、このように信頼できる速度の符号が異なる場合、無線タグの方向転換直前直後であって停止直前直後として判断することができる。このため、以前に測定されて時刻が最も近くなる位相差から算出された速度の符号と以後に測定されて時刻が最も近くなる位相差から算出された速度の符号とが互いに異なる位相差も、無線タグの停止直前直後であることから速度が低く、位相のずれが生じていないと判断でき、補正対象外とすることで不要な補正が抑制されて検知精度をさらに向上させることができる。
請求項の発明では、第2算出部において、第1算出部により算出された複数の位相差のうち、対応する時間差が上記所定の閾値を超えても、対応する時間差が上記所定の閾値よりも大きく設定される第2の閾値以上となる位相差が、補正対象外となる。
時間差が上記所定の閾値をわずかに超える程度であれば、前回の位相差から算出される速度と今回の位相差から算出される速度との差が小さいとして速度に基づく補正ができても、時間差が第2の閾値以上となり上記所定の閾値を大きく超えると、前回の位相差から算出される前回の速度と今回の位相差から算出される今回の速度との差が大きくなり、速度に基づく補正の精度が悪化する可能性がある。このため、対応する時間差が上記第2の閾値以上となる位相差を、補正対象外とすることで、信頼性の低い速度に基づく補正を防止して、検知精度の低下を抑制することができる。
第1実施形態に係る搬送管理システムの概略構成を示す説明図である。 タグリーダの電気的構成を例示するブロック図である。 無線タグの電気的構成を例示するブロック図である。 管理装置の電気的構成を例示するブロック図である。 図5(A)は、補正されていない位相差に基づいて測定される無線タグの移動状態と実際の無線タグの移動状態とを比較する説明図であり、図5(B)は、速度を利用して補正された位相差に基づいて測定される無線タグの移動状態と実際の無線タグの移動状態とを比較する説明図である。 図6(A)は、密の位相差から算出される距離と補正前の疎の位相差から算出される距離との分布状態を説明する説明図であり、図6(B)は、密の位相差から算出される速度と補正前の疎の位相差から算出される速度との分布状態を説明する説明図であり、図6(C)は、図6(B)において補正対象外となる疎の位相差から算出される速度を示す説明図である。 図7(A)は、移動している無線タグを検知している際、密の位相差から算出される速度と補正前の疎の位相差から算出される速度との分布状態を説明する説明図であり、図7(B)は、図7(A)において補正対象外となる疎の位相差から算出される速度を示す説明図である。 図8(A)は、停止している無線タグを検知している際、密の位相差から算出される速度と補正前の疎の位相差から算出される速度との分布状態を説明する説明図であり、図8(B)は、図8(A)において補正対象外となる疎の位相差から算出される速度を示す説明図である。 タグリーダの制御部で行われるタグ検知処理の流れを例示するフローチャートである。 補正前の位相加算値の時間変化を説明する説明図である。
[第1実施形態]
以下、本発明に係るタグリーダを備える搬送管理システムを具現化した第1実施形態について、図面を参照して説明する。
図1に示す搬送管理システム1は、製品等の搬送品Pに付されたRFタグ等の無線タグ30の移動状態を検知する無線タグ移動検知装置として機能するタグリーダ10により検知することで、その無線タグ30が付された搬送品Pの移動状態等を管理するシステムとして構成されている。この搬送管理システム1は、図1に示すように、無線タグ30が付された搬送品Pが搬送される搬送経路中に配置されて無線タグ30を読み取るタグリーダ10と、このタグリーダ10による読み取り結果等を利用して搬送品Pに関する管理を行う管理装置20とを備えている。
タグリーダ10は、例えば公知のRFタグリーダによって構成されるものであり、図1に例示するように搬送経路に設けられるゲートに設置されており、無線タグ30から読み取った情報や無線タグ30の移動状態に関する情報等を管理装置20に出力するように構成されている。
タグリーダ10のハードウェア構成は、図2のようになっており、制御部11、記憶部12、通信処理部13、アンテナ14及び外部インタフェース15等を備えている。制御部11は、マイコンを主体として構成されるものであり、CPU、システムバス、入出力インタフェース等を有し、半導体メモリ等からなる記憶部12とともに情報処理装置を構成している。
また、通信処理部13は、図2に示すように、送信回路13b、受信回路13c等を備えている。送信回路13bは、例えば、キャリア発振器、符号化部、変調部及び増幅器等によって構成されている。キャリア発振器は、所定周波数のキャリア(搬送波)を出力しており、符号化部は、制御部11に接続され、制御部11より出力される送信データを符号化して変調部に出力している。変調部は、キャリア発振器からのキャリア(搬送波)及び符号化部からの送信データが入力されるものであり、キャリア発振器より出力されるキャリア(搬送波)に対し、通信対象へのコマンド送信時に符号化部より出力される符号化された送信符号(変調信号)によってASK(Amplitude Shift Keying)変調された被変調信号を生成し、増幅器に出力している。また、増幅器は、入力信号(変調部によって変調された被変調信号)を設定された増幅率で増幅しており、その増幅信号が送信信号としてアンテナ14に出力されるようになっている。
また、アンテナ14には、受信回路13cの入力端子が接続されており、アンテナ14によって受信された無線タグ30からの応答波に相当する電波信号(受信信号)は、受信回路13cに入力されるようになっている。受信回路13cは、例えば、増幅器、復調部等によって構成されており、アンテナ14によって受信された受信信号を増幅器によって増幅し、その増幅信号を復調部によって復調している。更に、その復調された信号波形に相当する信号を受信データとして制御部11に出力している。このように受信された無線タグ30の応答波の位相は、制御部11により、その測定時刻(受信時刻)に関連付けられて、順次記憶部12に記憶される。なお、制御部11及び通信処理部13は、「位相測定部」の一例に相当し得る。
また、外部インタフェース15は、管理装置20等の外部機器との間でのデータ通信を行うためのインタフェースとして構成されており、制御部11と協働して通信処理を行う構成をなしている。
ここで、タグリーダ10の読取対象となる無線タグ30の電気的構成について、図3を参照して説明する。
図3に示すように、無線タグ30は、アンテナ31,電源回路32,復調回路33,制御回路34,メモリ35,変調回路36などによって構成されている。電源回路32は、アンテナ31を介して受信したタグリーダ10からの送信信号(キャリア信号)を整流、平滑して動作用電源を生成するものであり、その動作用電源を、制御回路34をはじめとする各構成要素に供給している。
また、復調回路33は、送信信号(キャリア信号)に重畳されているデータを復調して制御回路34に出力している。メモリ35は、ROM,EEPROM等の各種半導体メモリによって構成されており、制御プログラムや無線タグ30を識別するための識別情報(タグID)、或いは無線タグ30の用途に応じたデータなどが記憶されている。制御回路34は、メモリ35から上記情報やデータを読み出し、それを送信データとして変調回路36に出力する構成をなしており、変調回路36は、応答信号(キャリア信号)を当該送信データで負荷変調してアンテナ31から応答波として送信するように構成されている。なお、図2及び図3では、タグリーダ10及び無線タグ30の電気的構成の一例を挙げたが、電磁波を媒介として無線通信を行い得る構成であれば公知の他の電気的構成を用いてもよい。
次に、管理装置20の構成について説明する。
管理装置20は、タグリーダ10から取得した各無線タグ30の読み取り結果や外部から取得した情報を利用して搬送品Pの搬送状態などを管理する装置として機能するものである。この管理装置20は、例えばコンピュータとして構成され、図4に示すように、CPU等からなる制御部21、液晶モニタ等として構成される表示部22、ROM、RAM、HDD等からなる記憶部23、マウスやキーボード等として構成される操作部24、タグリーダ10や上位機器等の外部機器との間でのデータ通信を行うための通信インタフェースとして構成される通信部25などを備えている。
次に、タグリーダ10を用いて無線タグ30の移動状態を検知する際に制御部11にて行われるタグ検知処理について詳述する。
本実施形態係るタグリーダ10は、低速で移動している無線タグ30であってもその無線タグ30の移動状態を正確に検知するため、無線タグ30からの応答波の位相差を利用して無線タグ30の移動状態を検知する。具体的には、制御部11にて別途なされる測定処理により、通信処理部13を利用して、所定時間、測定した無線タグ30からの応答波の位相φを、その測定時刻(受信時刻)tに関連付けて記憶部12に記憶する。そして、制御部11にてなされるタグ検知処理では、記憶部12に記憶されている応答波の位相φ及びその測定時刻iを読み出し、これらの位相φに基づいて算出した位相差Δφを累積加算した位相加算値φsumに基づいて無線タグ30までの距離を測定することで、その無線タグ30の移動状態を検知する。
上述のように無線タグ30から応答波を受信する際、搬送路周辺の反射物などの周囲環境に起因して、連続的に受信できていた無線タグ30から応答波が受信できなくなる時間帯が生じる場合がある。このような時間帯が生じると、位相の回転(エイリアシング)のために、次に測定される位相が±π(180°)ずれる場合があり、この位相のずれを補正するようにして位相差を累積加算する必要がある。例えば、実際には無線タグ30が移動している場合でも、位相の回転により発生する位相のずれのために位相差が小さくなると、無線タグ30が停止していると誤検知される可能性があるからである。
位相の回転により発生する位相のずれを補正することなく、その位相差を累積加算した位相加算値に基づいて無線タグ30までの距離を算出すると、例えば、図5(A)に例示するように、実際の無線タグ30の移動状態(図5の符号Sa1参照)に対して、位相のずれが生じている時刻ta1,ta2で、測定される無線タグ30の移動状態(図5の符号Sa2参照)が前回の測定時刻から急に変化する。
このため、微小時間で位相を測定していることから無線タグ30の移動速度が大きく変化していないことを前提に、位相が±π(rad)ずれる可能性を考慮して、位相がずれていない場合の速度と、位相が+πずれている場合の速度と、位相が−πずれている場合の速度との3つの速度のうち、前回測定された位相での速度に一番近くなる位相となるように補正する。すなわち、i番目の位相加算値φsum[i]は、位相差Δφ[i]に基づいて、以下の式(1)により算出することができる。なお、a[i]は、エイリアシング判定係数として、後述する補正が不要な場合に0に設定され、位相が+πずれていることを前提に補正が必要な場合に+1に設定され、位相が−πずれていることを前提に補正が必要な場合に−1に設定される。
φsum[i]=φsum[i−1]+Δφ[i]+π×a[i] ・・・(1)
そして、i番目の速度v[i]は、位相差Δφ[i]及び伝播定数βから算出される距離変位Δl[i]と時間差Δt[i]に基づいて、以下の式(2)により算出することができる。
v[i]=Δl[i]/Δt[i]
=(Δφ[i]/β)/Δt[i] ・・・(2)
なお、伝播定数βは、電磁波の通信周波数f及び光速cから算出される波長λ(=c/f)に基づいて、以下の式(3)により算出することができる。
β=2π/λ ・・・(3)
これにより、図5(A)の時刻ta1での位相のずれが補正されて位相差が累積加算され、さらに、時刻ta2での位相のずれが補正されて位相差が累積加算されることで、図5(B)に例示するように補正されて、測定された無線タグ30の移動状態Sa2が実際の無線タグ30の移動状態Sa1に近づくように補正される。
これに対して、全ての位相について上述のように補正を行う処理では、例えば、無線タグ30が停止している場合に位相の時間変化が多少でも生じてしまうと、正確な位相差が誤補正されるように位相加算値を算出してしまう場合がある。
そこで、本実施形態におけるタグ検知処理では、全ての位相を補正対象とせず、信頼できる位相は補正しないように補正要否を判断することで、無線タグ30に関する検知精度を向上させる。具体的には、第1の補正要否判断方法として、位相の回転(エイリアシング)が生じていないと判断され得る時間差から所定の閾値を算出し、この所定の閾値以下となる時間差に対応する位相差を補正対象以外とする。なお、本実施形態では、上記所定の閾値以下となる時間差に対応する位相差を密の位相差、上記所定の閾値を超える時間差に対応する位相差を疎の位相差として説明する。
具体的には、本実施形態では、上記所定の閾値(以下、時間閾値tsa[i]ともいう)は、以下の様にして設定する。
無線タグ30のi番目付近での平均速度v(ave)とすると、無線タグ30に関して、横軸が無線タグ30の移動距離となり縦軸が位相となる波形の擬似的な周波数をf(=1/(λ/v))とすると、位相がπ(180°)変化する際の無線タグ30の移動距離λ/4を平均速度v(ave)/2で移動する際に必要な時間は往復通信であることから、λ/{2×v(ave)}となる。なお、平均速度v(ave)は、無線タグ30の移動平均速度として、時刻が近い密の位相差から算出される速度や時刻が近い疎の位相差から算出されて信頼性の高い速度の平均値に応じて算出することができる。
そして、サンプリング定理により、上記必要な時間の半分の周期以下となる時間差で位相を計測できれば、測定される位相が前回測定された位相に対して±π(rad)ずれることもないため、位相の回転が生じていないと判断することができる。このため、位相の回転が生じていないと判断され得る時間差である時間閾値tsa[i]を、以下の式(4)により求めることができ、この時間閾値tsa[i]以下となる時間差Δt[i]に対応する位相差Δφ[i]を補正対象以外とする。
tsa[i]=λ/{2×v(ave)}/2
=λ/{4×v(ave)} ・・・(4)
但し、時間閾値tsa[i]の初期値は、予め想定される最高速度として設定する必要があり、上述のように搬送品Pに付される無線タグ30については、搬送品Pの搬送制限速度に設定される。例えば、搬送品Pを搬送するフォークリフトの搬送制限速度が6km/h(1.67m/s)であり、通信周波数fが920MHz、波長λが0.32mだと、時間閾値tsa[i]の初期値は、以下の式(5)に示すように設定される。
tsa[i]=0.32/{4×(2×1.67)}
=24ms ・・・(5)
また、第2の補正要否判断方法として、上記疎の位相差であっても、その疎の位相差に対して時刻が近い密の位相差から算出される平均速度v(ave)が所定の速度閾値vmin以下となる疎の位相差を、補正対象外とする。密の位相差から算出される速度は、信頼できる数値と判断でき、このように信頼できる複数の速度の平均値が低い場合には、無線タグ30が低速移動又は停止しているとして判断することができるからである。
このため、本実施形態では、上記所定の速度閾値vminが無線タグ30の低速移動時の速度に応じて設定されることで、時刻が近い2以上の密の位相差から算出された平均速度v(ave)が上記所定の速度閾値vmin以下となる疎の位相差も、無線タグ30が低速移動又は停止していることから位相のずれが生じておらず信頼性が高いと判断して、補正対象外とする。
例えば、密の位相差から算出される距離(図6の黒丸参照)と補正前の疎の位相差から算出される距離(図6の白丸参照)とが図6(A)に例示するように算出される場合に、各位相差から算出される速度は、図6(B)に例示するように算出される。この場合、疎の位相差から速度が算出される時刻tb2,tb3,tb4の前後となる時刻tb1,tb5において、密の位相差からそれぞれ算出される速度vb1,vb5の平均値である平均速度v(ave)が上記所定の速度閾値vmin以下となることで、無線タグ30が低速移動又は停止していることから位相のずれが生じていないと判断して、時刻tb2,tb3,tb4の疎の位相差も、補正対象外となる(図6(C)のハッチングを付した丸参照)。なお、図6(A)の破線Sb1は、実際の無線タグ30の移動状態を示し、図6(B)及び図6(C)の破線Sb2は、実際の無線タグ30の速度の変化状態を示している。
さらに、第3の補正要否判断方法として、上記疎の位相差であっても、以前に測定されて時刻が最も近くなる密の位相差から算出された速度の符号と以後に測定されて時刻が最も近くなる密の位相差から算出された速度の符号とが互いに異なる疎の位相差を、補正対象外とする。信頼できる密の位相差から算出される速度の符号が異なる場合、無線タグ30の方向転換直前直後であって停止直前直後として判断することができる。
このため、本実施形態では、以前に測定されて時刻が最も近くなる密の位相差から算出された速度の符号と以後に測定されて時刻が最も近くなる密の位相差から算出された速度の符号とが互いに異なる疎の位相差も、無線タグ30の停止直前直後であることから速度が低いために位相のずれが生じておらず信頼性が高いと判断して、補正対象外とする。
例えば、移動している無線タグ30を検知している際、密の位相差から算出される速度(図7の黒丸参照)と補正前の疎の位相差から算出される速度(図7の白丸参照)とが図7(A)に例示するように算出される場合を想定する。この場合、疎の位相差から速度が算出される時刻tc2,tc3,tc4の前後となる時刻tc1,tc5において、密の位相差からそれぞれ算出される速度vc1の符号と速度vc5の符号とが互いに異なることで、無線タグ30の停止直前直後であることから速度が低いために位相のずれが生じていないと判断して、時刻tc2,tc3,tc4の疎の位相差も、補正対象外となる(図7(B)のハッチングを付した丸参照)。なお、図7(A)及び図7(B)の破線Scは、実際の無線タグ30の速度の変化状態を示している。
また、例えば、停止している無線タグ30を検知している際、密の位相差から算出される速度(図8の黒丸参照)と補正前の疎の位相差から算出される速度(図8の白丸参照)とが図8(A)に例示するように算出される場合を想定する。この場合、疎の位相差から速度が算出される時刻td1〜td7のそれぞれの前後となる時刻での密の位相差からそれぞれ算出される速度の符号が互いに異なることでも、同様に、時刻td1〜td7の疎の位相差も、補正対象外となる(図8(B)のハッチングを付した丸参照)。
さらに、第4の補正要否判断方法として、複数の疎の位相差のうち、対応する時間差が上記所定の閾値よりも大きく設定される第2の閾値以上となる位相差を、補正対象外とする。時間差が上記所定の閾値をわずかに超える程度であれば、前回の密の位相差から算出される速度と今回の疎の位相差から算出される速度との差が小さいとして速度に基づく補正ができても、時間差が第2の閾値以上となり上記所定の閾値を大きく超えると、前回の密の位相差から算出される前回の速度と今回の疎の位相差から算出される今回の速度との差が大きくなり、速度に基づく補正の精度が悪化する可能性があるためである。
このため、本実施形態では、対応する時間差が上記第2の閾値以上となる疎の位相差を、補正対象外とすることで、信頼性の低い速度に基づく補正を防止する。本実施形態では、上記第2の閾値を、時間閾値tlim[i]として、例えば、時間閾値tsa[i]の2倍に設定することで、時間差Δt[i]が1周期を超える疎の位相差を、補正対象外とする。
次に、上述のような各補正要否判断方法を採用したタグ検知処理について、図9のフローチャートを参照して詳述する。以下の説明では、制御部11にて別途なされる上記測定処理により、補正前では、図10に例示すような位相加算値が算出される場合について詳述する。なお、図10においても、密の位相差は、黒丸にて示し、疎の位相差は、白丸にて示す。
制御部11によりタグ検知処理が開始されると、i番目の位相φ[i]とその測定時刻t[i]とが記憶部12から読み出され(図9のS101)、位相差Δφ[i]と時間差Δt[i]が算出される(S103)。特に、位相差Δφ[i]は、−π/2から+π/2の間の値となるように変換(補正)される。なお、位相差Δφ[i]及び時間差Δt[i]を算出する制御部11は、「第1算出部」の一例に相当し得る。
続いて、ステップS105の判定処理がなされ、時間差Δt[i]が上述のように算出される時間閾値tsa[i]以下であるか否かについて判定される。ここで、図10の時刻t1〜t6のように無線タグ30からの応答波が受信できなくなる時間帯が生じておらず連続して位相が測定されていることから、時間差Δt[i]が時間閾値tsa[i]以下となると(S105でYes)、密の位相差が算出されているとして、上記式(2)により上述のように算出された位相差Δφ[i]及び時間差Δt[i]等に基づいて、速度v[i]が算出される(S107)。そして、エイリアシング判定係数a[i]が0に設定され、上記式(1)に基づいて位相加算値φsum[i]が算出されると(S109)、これら位相加算値φsum[i]、速度v[i]及びエイリアシング判定係数a[i]が記憶部12に記憶される(S111)。
そして、ステップS113の判定処理にて、前回の時間差Δt[i−1]が時間閾値tsa[i]以下であるか否かについて判定される。ここで、図10の時刻t1〜t6のようにそれぞれ密の位相差が算出されることから、前回の時間差Δt[i−1]が時間閾値tsa[i]以下になると(S113でYes)、密の位相差が連続して算出されているとして、位相差Δφ[i]が信頼できる値であるとして補正対象外とされる。そして、上記所定時間にて測定された位相φ[i]から算出される全ての位相差の測定個数をnとするとき、n番目まで位相加算値φsum[i]等が算出されていない場合には(S143でNo)、iがインクリメント(i=i+1)されて(S145)、上記ステップS101からの処理がなされる。
そして、図10にて7番目(i=7)の位相φ[i]とその時刻t[i]とが記憶部12から読み出されると(S101)、位相差Δφ[i]と時間差Δt[i]が算出され(S103)、時間差Δt[i]が時間閾値tsa[i]を超え(S105でNo)、疎の位相差が算出されていると判断される。そして、ステップS115の判定処理にて、前回の時間差Δt[i−1]が時間閾値tsa[i]を超えているか否かについて判定される。ここで、前回の時刻t6での時間差となるΔt[i−1]が時間閾値tsa[i]以下であることから(S115でNo)、疎の位相差の始まりであると判断されると、疎の位相差が算出される区間と密の位相差が算出される区間とに区分けしたときの疎の位相差が算出される区間を示すjがインクリメント(j=j+1)される(S117)。そして、その開始時刻te[j]が時刻t[i](この例ではi=7)に等しくなるように設定されて、記憶部12に記憶される(S119)。
続いて、ステップS121の判定処理にて、時刻が近い2以上の密の位相差Δφ[i]から算出される速度の平均値である平均速度v(ave)が上記所定の速度閾値vmin以下であるか否かについて判定される。本実施形態では、平均速度v(ave)は、疎の位相差の始まりであると判断された際には、1つ前の密の位相差Δφ[i−1]から算出される速度と、2つ前の密の位相差Δφ[i−2]から算出される速度との平均値として算出される。上述のように時刻t7での位相差Δφ[i]が疎の位相差の始まりであると判断された場合には、平均速度v(ave)は、前回の時刻t6での速度となるv[i−1]と2つ前の時刻t5での速度となるv[i−2]との平均値として算出される。そして、このように算出された平均速度v(ave)が上記所定の速度閾値vmin以下であると(S121でYes)、無線タグ30が低速移動又は停止していることから位相のずれが生じておらず信頼性が高いと判断して、補正対象外とする。なお、平均速度v(ave)が上記所定の速度閾値vminを超えると(S121でNo)、後述するステップS129以降の処理がなされる。
このように補正対象外とされると、位相差Δφ[i]及び時間差Δt[i]等に基づいて速度v[i]が算出され(S123)、エイリアシング判定係数a[i]が0に設定され、上記式(1)に基づいて位相加算値φsum[i]が算出されると(S125)、これら位相加算値φsum[i]、速度v[i]及びエイリアシング判定係数a[i]が記憶部12に記憶される(S127)。そして、n番目まで位相加算値φsum[i]等が算出されていないことから(S143でNo)、iがインクリメント(i=i+1)されて(S145)、上記ステップS101からの処理がなされる。
そして、図10にて8番目(i=8)の位相φ[i]とその時刻t[i]とが記憶部12から読み出されると(S101)、位相差Δφ[i]と時間差Δt[i]が算出され(S103)、時間差Δt[i]が時間閾値tsa[i]を超え(S105でNo)、疎の位相差が算出されていると判断される。そして、前回の時刻t7での時間差となるΔt[i−1]も時間閾値tsa[i]を超えており(S115でYes)、疎の位相差が連続していると判断されると、ステップS129の判定処理がなされ、時間差Δt[i]が上述のように算出される時間閾値tlim[i]以上であるか否かについて判定される。
ここで、時間差Δt[i]が時間閾値tlim[i]未満であると(S129でNo)、速度を利用した補正が可能であると判断して、速度v[i]が算出された後(S131)、ステップS133の処理を行う。この処理では、図5を用いて説明したように、位相が±πずれる可能性を考慮して、位相がずれていない場合の速度と、位相が+πずれている場合の速度と、位相が−πずれている場合の速度との3つの速度のうち、前回測定された位相での速度に一番近くなる位相となるように補正する。そして、上記式(1)に基づいて、この補正に応じて位相差を補正するように位相加算値φsum[i]を算出する。なお、上記ステップS133や上記ステップS109等にて、位相加算値φsum[i]を算出する制御部11は、「第2算出部」の一例に相当し得る。
このとき、エイリアシング判定係数a[i]は、位相がずれていない場合にa[i]=0に設定され、位相が+πずれていることを前提に補正が必要な場合にa[i]=+1に設定され、位相が−πずれていることを前提に補正が必要な場合にa[i]=−1に設定される。そして、これら位相加算値φsum[i]、速度v[i]及びエイリアシング判定係数a[i]が記憶部12に記憶される(S135)。そして、n番目まで位相加算値φsum[i]等が算出されていないことから(S143でNo)、iがインクリメント(i=i+1)されて(S145)、上記ステップS101からの処理がなされる。
続いて、図10での9番目(i=9)の位相差Δφ[i]についても、同じ疎の位相差となる8番目の位相差と同様に、位相加算値φsum[i]等が算出されて記憶される。
そして、図10にて10番目(i=10)の位相φ[i]とその時刻t[i]とが記憶部12から読み出されると(S101)、位相差Δφ[i]と時間差Δt[i]が算出され(S103)、時間差Δt[i]が時間閾値tsa[i]以下であり(S105でYes)、密の位相差が算出されていると判断される。そして、エイリアシング判定係数a[i]=0に設定され、速度v[i]及び位相加算値φsum[i]が算出されて(S107,S109)、記憶部12に記憶される(S111)。
続いて、ステップS113の判定処理にて、前回の時間差Δt[i−1]が時間閾値tsa[i]以下であるか否かについて判定され、前回の時刻t9での時間差となるΔt[i−1]が時間閾値tsa[i]を超えていることからNoと判定される。
この場合には、密の位相差の始まりであると判断され、ステップS137の判定処理にて、上述のように算出された速度v[i]と以前で時刻が近い密の位相差から算出される速度との平均値である平均速度v(ave)が上記所定の速度閾値vmin以下であるか否かについて判定される。図10の例では、i=10を前提に、速度v[i]と速度v[i−4]との平均値として平均速度v(ave)が算出される。そして、このように算出された平均速度v(ave)が上記所定の速度閾値vmin以下であると(S137でYes)、無線タグ30が低速移動又は停止していることから位相のずれが生じておらず信頼性が高いと判断して、ステップS141に示す補正無効化処理がなされる。
この処理では、以前で時刻が近い密の位相差までの疎の位相差についてなされた補正処理が無効化され、上記ステップS131以降の処理に代えて上記ステップS123以降の処理が行われた状態となる。図10の例では、仮に、i=7〜9について位相加算値φsum[i]等が補正されていると、これらの補正が無効化されて、上記ステップS123以降の処理がなされる。
また、平均速度v(ave)が上記所定の速度閾値vminを超える場合でも(S137でNo)、ステップS139の判定処理にて、上述のように算出された速度v[i]の符号と以前で時刻が近い密の位相差から算出される速度の符号とが互いに異なるか否かについて判定される。図10の例では、i=10を前提に、速度v[i]の符号と速度v[i−4]の符号とが異なるか否かについて判定される。ここで、図7及び図8のように、両速度の符号が異なると(S139でYes)、無線タグ30の方向転換直前直後であって停止直前直後であることから位相のずれが生じておらず信頼性が高いと判断して、上記ステップS141の処理がなされる。
一方、上述のように算出された速度v[i]と以前で時刻が近い密の位相差から算出される速度との平均値である平均速度v(ave)が上記所定の速度閾値vminを超え(S137でNo)、両速度の符号が一致すると(S139でNo)、補正対象であるとして、上記補正無効化処理がなされることなく、上記ステップS143以降の処理がなされる。
続いて、図10での11番目(i=11)の位相差Δφ[i]についても、同じ密の位相差となる10番目の位相差と同様に、位相加算値φsum[i]等が算出されて記憶される。また、図10での12番目(i=12)の位相差Δφ[i]については、同じ疎の位相差の始まりとなる7番目の位相差と同様に、位相加算値φsum[i]等が算出されて記憶される。
そして、図10にて13番目(i=13)の位相φ[i]とその時刻t[i]とが記憶部12から読み出されると(S101)、位相差Δφ[i]と時間差Δt[i]が算出され(S103)、時間差Δt[i]が時間閾値tsa[i]を超え(S105でNo)、疎の位相差が算出されていると判断される。そして、ステップS115の判定処理にて、前回の時刻t11での時間差となるΔt[i−1]が時間閾値tsa[i]を超えていることから(S115でYes)、ステップS129の判定処理にて、時間差Δt[i]が上述のように算出される時間閾値tlim[i]以上であるか否かについて判定される。
ここで、時間差Δt[i]が時間閾値tlim[i]以上であると(S129でYes)、前回の密の位相差から算出される前回の速度と今回の疎の位相差から算出される今回の速度との差が大きくなる。この場合には、信頼性の低い速度に基づく補正を防止するために補正対象外となり、上記ステップS131以降の処理がなされることなく、上記ステップS123以降の処理がなされる。
そして、最後に測定されたn番目まで位相加算値φsum[i]等が算出されると(S143でYes)、ステップS147に示す検知処理がなされ、このように算出された位相加算値φsum[i]に基づいて無線タグ30の移動状態が検知される。このように検知された無線タグ30の移動状態に関する検知データは、外部インタフェース15を介して、管理装置20に送信される。なお、上記検知処理を実行する制御部11は、「検知部」の一例に相当し得る。
以上説明したように、本実施形態に係るタグリーダ10では、通信処理部13を利用して測定された無線タグ30からの応答波の位相φ[i]及び測定時刻t[i]が順次記憶部12に記憶される。そして、記憶部12に記憶される各位相φ[i]について前回の位相との差及び前回の測定時刻との差が位相差Δφ[i]及び時間差Δt[i]として算出され(S103)、算出された複数の位相差Δφ[i]のうち対応する時間差Δt[i]が時間閾値tsa[i]を超える位相差を補正するようにして(S115でYes)、複数の位相差Δφ[i]を累積加算した位相加算値φsum[i]が算出され(S133等)、算出された位相加算値φsum[i]に基づいて無線タグ30の移動状態が検知される(S147)。そして、上記時間閾値tsa[i]は、位相がπ変化する際に必要な時間を無線タグ30の移動距離λ/4と移動平均速度v(ave)/2から求めて、当該必要な時間の半分であるλ/{4×v(ave)}となるように設定される。
サンプリング定理により、上記必要な時間の半分の周期以下となる時間差で位相を計測できれば、位相の回転(エイリアシング)が生じていないと判断することができる。すなわち、時間差Δt[i]が上記必要な時間の半分の周期以下に設定される時間閾値tsa[i]以下となる位相差Δφ[i]は、位相の回転が生じておらず位相のずれもないと判断できるので、このように位相のずれがないと判断できる位相差Δφ[i]を補正対象外とすることで、不要な補正を抑制することができる。したがって、無線タグ30からの応答波の位相差Δφ[i]を利用した無線タグ30の移動状態の検知に関して不要な補正を抑制することで検知精度を向上させることができる。なお、時間閾値tsa[i]は、上記必要な時間の半分であるλ/{4×v(ave)}となるように設定されることに限らず、周囲環境等に応じて、λ/{4×v(ave)}未満となるように設定されてもよい。
また、上述した第2の補正要否判断方法のように、時間差Δt[i]が時間閾値tsa[i]以下となる位相差Δφ[i]と対応する時間差Δt[i]とに基づいて速度v[i]を算出可能であって、上記ステップS103にて算出された複数の位相差Δφ[i]のうち、対応する時間差Δt[i]が上記時間閾値tsa[i]を超えても、時刻が近い2以上の位相差から算出された平均速度v(ave)が所定の速度閾値vmin以下となる位相差が、補正対象外となる。
このため、上記所定の速度閾値vminを無線タグ30の低速移動時の速度に応じて設定することで、時刻が近い2以上の位相差から算出された平均速度v(ave)が上記所定の速度閾値vmin以下となる位相差Δφ[i]も、無線タグ30が低速移動又は停止しているとして、位相のずれが生じていないと判断でき、補正対象外とすることで不要な補正が抑制されて検知精度をさらに向上させることができる。
さらに、上述した第3の補正要否判断方法のように、時間差Δt[i]が時間閾値tsa[i]以下となる位相差Δφ[i]と対応する時間差Δt[i]とに基づいて速度v[i]を算出可能であって、上記ステップS103にて算出された複数の位相差Δφ[i]のうち、対応する時間差Δt[i]が上記時間閾値tsa[i]を超えても、以前に測定されて時刻が最も近くなる位相差から算出された速度の符号と以後に測定されて時刻が最も近くなる位相差から算出された速度の符号とが互いに異なる位相差が、補正対象外となる。
このため、以前に測定されて時刻が最も近くなる位相差から算出された速度の符号と以後に測定されて時刻が最も近くなる位相差から算出された速度の符号とが互いに異なる位相差Δφ[i]も、無線タグ30の停止直前直後であることから速度が低く、位相のずれが生じていないと判断でき、補正対象外とすることで不要な補正が抑制されて検知精度をさらに向上させることができる。
また、上述した第4の補正要否判断方法のように、上記ステップS103にて算出された複数の位相差Δφ[i]のうち、対応する時間差Δt[i]が上記時間閾値tsa[i]を超えても、対応する時間差Δt[i]が上記時間閾値tsa[i]よりも大きく設定される時間閾値tlim[i](第2の閾値)以上となる位相差が、補正対象外となる。
このように、対応する時間差Δt[i]が上記時間閾値tlim[i]以上となる位相差を、補正対象外とすることで、信頼性の低い速度に基づく補正を防止して、検知精度の低下を抑制することができる。なお、上記時間閾値tlim[i]は、時間閾値tsa[i]の2倍に設定されることに限らず、周囲環境等に応じて、例えば、時間閾値tsa[i]よりも大きくなることを前提に、時間閾値tsa[i]の2倍未満となるように設定されてもよいし、時間閾値tsa[i]の4倍や8倍のように2倍を超えるように設定されてもよい。
なお、本発明は上記実施形態及びその変形例等に限定されるものではなく、例えば、以下のように具体化してもよい。
(1)タグ検知処理は、所定時間測定した無線タグ30からの応答波の位相等について実行されることに限らず、新たに位相が測定されるごとに、それまで測定して記憶部12に記憶された位相及びその測定時刻を順に読み出すようにして実行されてもよい。
(2)タグ検知処理は、タグリーダ10により実行されることに限らず、タグリーダ10からの検知結果を受けた管理装置20等により実行されてもよい。この構成では、タグリーダ10及び管理装置20等が「無線タグ移動検知装置」として機能する。
1…搬送管理システム
10…タグリーダ(無線タグ移動検知装置)
11…制御部(位相測定部,第1算出部,第2算出部,検知部)
12…記憶部
13…通信処理部(位相測定部)
30…無線タグ
t…測定時間
tsa…時間閾値(所定の閾値)
tlim…時間閾値(第2の閾値)
v…速度
vmin…速度閾値(所定の速度閾値)
φ…位相
φsum…位相加算値
Δt…時間差
Δφ…位相差

Claims (4)

  1. 無線タグの移動状態を検知する無線タグ移動検知装置であって、
    前記無線タグからの応答波の位相を測定する位相測定部と、
    前記位相測定部により測定された位相が当該位相を測定した測定時刻とともに順次記憶される記憶部と、
    前記記憶部に記憶される各位相について前回の位相との差及び前回の測定時刻との差を位相差及び時間差として算出する第1算出部と、
    前記第1算出部により算出された複数の前記位相差のうち対応する前記時間差が所定の閾値を超える位相差を補正するようにして、前記複数の前記位相差を累積加算した位相加算値を算出する第2算出部と、
    前記第2算出部により算出された前記位相加算値に基づいて前記無線タグの移動状態を検知する検知部と、
    を備え、
    前記所定の閾値は、前記位相測定部により測定される位相がπ変化する際に必要な時間を前記無線タグの移動距離と移動平均速度から求めて、前記必要な時間の半分以下となるように設定され
    前記第2算出部は、補正対象となる前記位相差について、前記位相差と対応する前記時間差とに基づいて算出される速度が、前回の前記位相差と対応する前記時間差とに基づいて算出される前回の速度に近づくような補正をして、前記位相加算値を算出することを特徴とする無線タグ移動検知装置。
  2. 前記第2算出部は、前記時間差が前記所定の閾値以下となる前記位相差と対応する前記時間差とに基づいて速度を算出可能であって、前記第1算出部により算出された複数の前記位相差のうち、対応する前記時間差が前記所定の閾値を超えても、前記時刻が近い2以上の前記位相差から算出された前記速度の平均値が所定の速度閾値以下となる位相差を、補正対象外とすることを特徴とする請求項1に記載の無線タグ移動検知装置。
  3. 前記第2算出部は、前記時間差が前記所定の閾値以下となる前記位相差と対応する前記時間差とに基づいて速度を算出可能であって、前記第1算出部により算出された複数の前記位相差のうち、対応する前記時間差が前記所定の閾値を超えても、以前に測定されて前記時刻が最も近くなる前記位相差から算出された前記速度の符号と以後に測定されて前記時刻が最も近くなる前記位相差から算出された前記速度の符号とが互いに異なる位相差を、補正対象外とすることを特徴とする請求項1又は2に記載の無線タグ移動検知装置。
  4. 前記第2算出部は、前記第1算出部により算出された複数の前記位相差のうち、対応する前記時間差が前記所定の閾値を超えても、対応する前記時間差が前記所定の閾値よりも大きく設定される第2の閾値以上となる位相差を、補正対象外とすることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の無線タグ移動検知装置。
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