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

隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控機床的應(yīng)用日益廣泛。其中，加工中心已經(jīng)逐步成為機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)地進行下去，其重要性是顯而易見的，識別是換刀工作進行的基礎(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現(xiàn)?，F(xiàn)有的機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行激光標刻來進行識別。但這些識別方法在實際應(yīng)用中有其缺點，比如：條形碼易脫落，識別條件苛刻;激光標刻成本高。

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簽并獲取數(shù)據(jù)信息。首先由PC機通過串口與射頻識別模塊通信，將數(shù)控機床刀具的所有幾何尺寸和技術(shù)數(shù)據(jù)寫入電子標簽中，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)控機床刀具信息進行查詢，實現(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，由步進電動機驅(qū)動運行，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。主要是實現(xiàn)對表面裝有電子標簽的數(shù)控機床刀具所含信息在上位機數(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。主要是實現(xiàn)刀盤中刀具位置的查詢和定位，并且實現(xiàn)對刀庫中隨機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簽內(nèi)部存有刀具信息，當置于讀寫器天線的射頻工作范圍后，讀寫器向電子標簽發(fā)出電磁波(命令、能量、時序)，最后通過天線將電子標簽中數(shù)據(jù)回送給讀寫器。讀寫器實現(xiàn)對標簽識別碼和內(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進行分析處理，或與微處理器通信，實現(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