應(yīng)用RFID的數(shù)控刀具識別系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用日益廣泛。其中，加工中心已經(jīng)逐步成為機(jī)械加工車間的主流裝備，加工中心是具有刀庫的數(shù)控設(shè)備，刀庫中預(yù)裝有加工所需的各種刀具。根據(jù)加工需求對加工中心刀庫中的刀具進(jìn)行調(diào)度、換取。換刀的效率、穩(wěn)定性將直接影響到生產(chǎn)能否正常持續(xù)地進(jìn)行下去，其重要性是顯而易見的，識別是換刀工作進(jìn)行的基礎(chǔ)。

加工中心換刀識別有兩種：刀位識別和刀具識別。本文研究的基礎(chǔ)是對刀具編碼識別，服務(wù)于刀庫中換刀功能的快速實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)有的機(jī)床刀具識別方法是在刀具表面貼上條形碼或者對刀具表面進(jìn)行激光標(biāo)刻來進(jìn)行識別。但這些識別方法在實(shí)際應(yīng)用中有其缺點(diǎn)，比如：條形碼易脫落，識別條件苛刻;激光標(biāo)刻成本高。

本文將無線射頻識別(RFID)技術(shù)應(yīng)用到刀具識別系統(tǒng)中。射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，通過射頻信號自動識別標(biāo)簽并獲取數(shù)據(jù)信息。首先由PC機(jī)通過串口與射頻識別模塊通信，將數(shù)控機(jī)床刀具的所有幾何尺寸和技術(shù)數(shù)據(jù)寫入電子標(biāo)簽中，如：刀具編號、名稱、參數(shù)及使用壽命等;然后將存儲刀具信息的抗金屬電子標(biāo)簽安裝到對應(yīng)的刀具上，管理人員可隨時通過射頻識別終端對刀庫中的數(shù)控機(jī)床刀具信息進(jìn)行查詢，實(shí)現(xiàn)對庫存中刀具的有序管理。

1系統(tǒng)總體方案設(shè)計

1.1硬件工作平臺

本系統(tǒng)硬件工作平臺的結(jié)構(gòu)組成主要包括：刀庫工作系統(tǒng)、射頻識別系統(tǒng)、上位機(jī)管理軟件和便攜式微控制器。其中，刀庫系統(tǒng)選用圓形刀盤回轉(zhuǎn)裝置，由步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動運(yùn)行，硬件工作平臺如圖1所示。

1.2系統(tǒng)工作原理

本系統(tǒng)功能主要由兩方面組成：1)刀具信息管理功能。主要是實(shí)現(xiàn)對表面裝有電子標(biāo)簽的數(shù)控機(jī)床刀具所含信息在上位機(jī)數(shù)據(jù)庫中的查詢、顯示、更新甚至刪除;2)刀庫中刀具的識別功能。主要是實(shí)現(xiàn)刀盤中刀具位置的查詢和定位，并且實(shí)現(xiàn)對刀庫中隨機(jī)存放的刀具的快速選擇，就近空刀位置存放刀具，在液晶顯示器上顯示出工作過程和刀具信息。

系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)是無線射頻識別(RFID)技術(shù)。RFID的基本工作原理是電子標(biāo)簽內(nèi)部存有刀具信息，當(dāng)置于讀寫器天線的射頻工作范圍后，讀寫器向電子標(biāo)簽發(fā)出電磁波(命令、能量、時序)，最后通過天線將電子標(biāo)簽中數(shù)據(jù)回送給讀寫器。讀寫器實(shí)現(xiàn)對標(biāo)簽識別碼和內(nèi)存數(shù)據(jù)的讀出或?qū)懭?，并將讀出的數(shù)據(jù)通過串口傳給上位機(jī)進(jìn)行分析處理，或與微處理器通信，實(shí)現(xiàn)刀庫中刀具識別和定位。

2 RFID識別系統(tǒng)設(shè)計

2.1 RFID硬件電路設(shè)計

MF RC500為非接觸式通信中高集成讀卡系列芯片，集成了在13.56MHz下所有類型的被動式通信方式和協(xié)議。

系統(tǒng)電路圖主要包括3個部分：MCU處理器、RC500內(nèi)部電路和外部電路。MCU與RC500為并行連接AD.RC500內(nèi)部電路主要包括發(fā)送部分、數(shù)字部分以及8位并行口。外部電路包括一個低通濾波器、接收電路、天線匹配電路和天線。低通濾波器根據(jù)國際電磁兼容性(Electro Magnetic Compatibility，EMC)條例對發(fā)射波中更高的諧波進(jìn)行濾除，由元件L1和C1.組成。接收電路由元件R1、R2、R3和R4組成。RC500內(nèi)部產(chǎn)生的VMID電勢作為腿腳的輸入電勢，兩者之間連接一個分壓器，在VMID引腳處再接一個對地電容c3提供穩(wěn)定的參考電壓。天線匹配電路由元件C4、C5組成。刀具射頻識別系統(tǒng)主框圖如圖2所示。

圖2刀具射頻識別系統(tǒng)主框圖