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2018年

高速数控工具系统RFID自动识别是如何实现的

1 小序

RFID(Radio Frequency Ident ification,射频识别技巧)是一种非打仗式自动识别技巧,在国外的成长较早也较快,尤其在美国、英国、德国、瑞典、瑞士、日本、南非,今朝均有较为成熟且先辈的RFID系统。德国、日本等蓬勃国家已经把RFID系统广泛地利用在了数控加工中刀具和刀柄的治理。海内的RFID钻研主要集中在对芯片的钻研、涉猎器的开拓等方面,在刀具和刀柄的治理中利用钻研还很少。今朝,海内数控刀具与刀柄的治理还停顿在人工、半人工阶段,这已经成为不少企业前进治理水平、临盆效率的一个绊脚石,是中国制造业与天下接轨的一个瓶颈。

2 硬件系统构成

系统硬件一样平常由由电子标签、天线、节制器及响应的数据接口等构成(见图1,图2)。标签又称数据载体,由耦合元件及芯片组成,记录刀柄和刀具的相关信息;天线在标签与节制器之间通报射频旌旗灯号;

图1 BALLUFF公司RFID系统硬件构成

图2 OMRON公司RFID系统硬件构成

节制器用于读取或写入标签信息的设备,接管并履行上位机的指令,节制对应的读写设备进行读或写操作,返回响应数据。

3 系统软件

治理系统软件是基于数据库治理软件的开拓的数控对象系统治理系统(见图3)。经由过程和RFID系统的串口通讯,间接读取电子标签内的刀具、刀柄数据,并据此完成数控加工历程中对刀具的节制。软件大年夜致分为以下几个模块:权限治理模块,读写节制模块,数据库治理模块,外部接口模块,数据的平滑与过滤模块,数据路由和整合模块等。结合RFID系统终极实现高速数控对象系统的自动识别与治理。权限治理模块,只有有权限的的职员才能对该系统进行操作,便于企业的治理。读写节制模块,节制RFID系统完成读或写。数据库治理模块,经由过程与数据库的接口完成数据添加、删除、改动、查询记录等操作。外部接口模块,主要实现该软件与其他软硬件之间的数据互换,如与企业的ERP软件共同应用,便于企业对对象的采购,掩护,报废处置惩罚等治理。数据的平滑与过滤模块当电子标签被读写器差错的读取或者重复读取孕育发生了冗余的数据,治理软件必要使用一些节制算法来纠正这些差错。对数据进行过滤的同时还可以起到对大年夜量数据缓冲的感化。数据路由和整合子模块节制着数据的传送偏向,确定什么数据发送到哪些利用法度榜样。在企业与现有的信息系统整应时,治理软件可以供给数据路由和整合功能。一样平常环境下可以批量的、持续的把数据传送到指定的目标。

治理软件的数据治理模式有三种:直接存入标签模式;表单模式;数据库模式。直接存入标签模式是把刀具与刀柄整个信息按照规定的数据款式存入电子标签,读写的数据量较大年夜,识别速率会受到影响,硬件损耗较大年夜,数据的准确性较其他两种模式也稍低;表单模式是把刀具与刀柄整个信息按照规定的数据款式存入表单,表单中一笔记录代表一套刀柄及刀具,标签中只存入标识码,必要刀具刀柄信息时,系统软件使用读出的标识码查询表单并显示。适用于刀柄刀具种类和数量不是很大年夜的中小型加工车间。数据库模式是把刀具与刀柄整个信息连同标识码按照规定的数据款式存入数据库,并按照必然关系绑缚在一路,一笔记录与一套刀柄刀具对应,标签中只存入标识码,必要刀具刀柄信息时,系统软件使用读出的标识码查询数据库并显示。数据库模式比表单模式有更强的机动性,更大年夜的数据容量,易于掩护等优点,是以更适用于刀柄刀具种类数量较大年夜的大年夜型加工车间。

表1 三种数据治理模式对照

4 RFID技巧道理

RFID技巧的基础事情道理(针对无源系统):读写器经由过程天线发送必然频率的射频旌旗灯号,当电子标签进入发射天线事情区域时孕育发生感应电流,电子标签得到能量被激活;电子标签将自身记录的编码信息经由过程其内置的天线发送出去;系统接管天线接管到从电子标签发送的载波旌旗灯号,经天线调节器传送到读写器,读写器对接管到的旌旗灯号进行调制与解码后送给后台利用系统进行响应的处置惩罚;利用系统根据逻辑运算判断该卡的合法性,针对不合的设定作出响应的处置惩罚和节制(见图4)。

图3 治理系统软件界面

图4 RFID系统布局

5 钻研与利用现状

RFID技巧最早利用可以追溯到二战中敌我的目标识别,然则因为资源和技巧缘故原由,不停没有广泛利用。近年来跟着大年夜规模集成电路、收集通信、信息安然等技巧的成长,已经广泛利用在了交通运输、市场流畅、物流、信息、食物、医疗卫生、产品防伪、金融、养老、残疾奇迹、教导文化、智能家电等领域。在欧、美、日本等蓬勃国家已经成功的利用在数控加工中的对象系统治理,然则海内在数控加工中利用很少。这已经成为了中国制造业与天下接轨的一个瓶颈。

今朝,国外主要对象治理系统用RFID硬件临盆厂家有BALLUFF公司和OMRON公司,都有多系列的成套的RFID硬件产品及配套软件。

宾夕法尼亚州立大年夜学Chen-YangCheng等人提出把RFID技巧利用于刀具供应链治理,硬件选用了BALLUFF的产品,做了大年夜量实验事情证明经由过程RFID技巧与企业的企业资本筹划系统(ERP)、绩效治理系统(QRM)、制造履行系统(MES)和CNC加工中间集成可以极大年夜地减小事情量、削减手动输入差错、较少数据录入光阴进而削减了数控设备停机光阴。

KELCH、ZULER、NT等对刀仪与对象系统制造商已经成功的把RFID系统集成到了对刀仪中,然则今朝仍旧处在利用的低级阶段,只具备一些基础的功能,仍旧还有很大年夜的开拓空间。

海内对付RFID技巧在刀具治理中利用钻研较少,实际利用的案例也不多见。北京理工大年夜学提出了一种基于RFID技巧的对象生命周期治理与节制的措施,并与大年夜昭和公司相助进行了许多利用钻研事情。湖北汽车工业学院盛精等与西安理工大年夜学方亚东等钻研了基于条形码的刀具生命周期信息治理平台,利用IDEF措施设计了刀具生命周期信息治理平台,并做出了J2EE模式的TLMS。然则条形码稀有据存储量小、易受油污污染而影响读取等局限。大年夜众、通用、日产等汽车制造商在数控刀具治理中大年夜多采纳了RFID技巧,但也都是简单的利用,并没有真正发挥RFID的潜能,间隔实现刀具治理的自动化还有必然差距。今朝,哈尔滨量具刃具集团公司、上海对象厂等单位容身我国现状开始自立开拓高速数控对象系统RFID自动识别技巧。

哈尔滨理工大年夜学王志刚、徐雷达等人基于BALLUFF和OMRON的RFID硬件平台钻研了今世临盆历程数控对象系统和数控刀具的治理措施,进行了大年夜量实验,开拓了基于数据库技巧的治理系统软件,并利用于哈尔滨量具刃具集团公司。

6 存在的问题

数控加工刀具与刀柄的治理中利用的RFID技巧存在问题有:

(1)安装尺寸的限定,该安装尺寸是由对象和夹具用数据载体国际标准DIN/ISO 69873规定的,不能篡改,在如斯小的空间集整天线、IC芯片、存储单元在技巧上有必然难度;

(2)现场情况恶劣,电磁滋扰、切削液腐蚀、油渍污染等都必要采取响应的制造工艺来打消这些身分对付系统的影响;

(3)短缺相关空中接口的国际标准,各厂家之间的硬件交换性不强,没有统一的数据款式规定,给基层技巧职员的应用带来很大年夜不便;

(4)读写间隔短,一样平常的读写器读写间隔在毫米级,机器部分故障会很轻易影响读写,以致会毁坏读写器和标签;

(5)资源昂贵,这也是很多企业没有采纳RFID系统的根滥觞基本因。

(6)频段不统一,今朝工业现场用电波频段治理对照纷乱,没有统一要求,选用欠妥可能对其他行业或部门的无线电通讯设备孕育发生影响。今朝海内除了125/134KHz和13.56MHz以外其他频段都存在此问题,而且作为国家主管部门的无线电委员会也很难和谐。别的,RFID技巧应用的频率不具有国际性,晦气于国际相助与技巧交流。

(7)超小型抗金属电子标签制造技巧没有国产化,海内险些没有能够制造规格为φ10mm*4.5mm的抗金属标签的厂家。

7 结语

相符中国国情的对象系统的RFID工业标准亟待办理,规范RFID在对象系统的利用。加快对象系统治理用(抗金属)标签及相关关键技巧的国产化,为RFID在对象系统治理方面的开拓利用供给平台,提升我国数字化制造水平。

对象系统治理中RFID技巧较传统的治理要领识别速率迅速、准确,数据安然性高,数据变动方便。是以,不久的将来RFID技巧必将在对象系统治理中获得广泛的利用,并朝着收集化、自动化、无线化的偏向成长,终极实现真正意义上的制造自动化。

责任编辑:ct