基于RFID智能傳感的三維檢測技術(shù)應(yīng)用研究

夏清潔 孔維榮 鄭丹 馬力

摘要：數(shù)字化、智能化技術(shù)近年來不斷取得發(fā)展，并廣泛應(yīng)用于制造行業(yè)，解決了原本靠人工進(jìn)行的識別、分類、測量及計(jì)算等過程，大大提高了生產(chǎn)制造過程的精確度和效率。本文以某種玻璃安裝為例，提出了基于RFID智能傳感的三維檢測及分析的數(shù)據(jù)采集處理技術(shù)的應(yīng)用，通過對數(shù)據(jù)的分析與處理可虛擬驗(yàn)證和指導(dǎo)實(shí)際施工，提高制造的效率，保證制造質(zhì)量。

Abstract： In recent years， the digital and intelligent technology have made continuous development， and are widely used in manufacturing industry. They solved the identification， classification， measurement and calculation processes that originally rely on human， greatly improved the accuracy and efficiency of the production and manufacturing process. Taking a glass installation as an example， this paper puts forward the application of data acquisition and processing technology based on RFID intelligent sensing for three-dimensional detection and analysis. Through the analysis and processing of data， it can virtual verify and guide the actual construction， improve the manufacturing efficiency and ensure the manufacturing quality.

關(guān)鍵詞：RFID;三維檢測;數(shù)據(jù)采集;數(shù)據(jù)處理

Key words： RFID;three dimension measurement;data acquisition;data processing

中圖分類號：TP391.44? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）36-0223-02

0? 引言

現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及制造出現(xiàn)越來越多的復(fù)雜曲面結(jié)構(gòu)，這些復(fù)雜結(jié)構(gòu)不但生產(chǎn)工藝復(fù)雜，而且質(zhì)量要求也極高，傳統(tǒng)的檢測手段無法滿足質(zhì)量檢測的要求，而且當(dāng)出現(xiàn)多個(gè)產(chǎn)品選配時(shí)，情況變的更加困難，傳統(tǒng)的人工驗(yàn)證型方式已難以滿足快速精確制造的要求。

與此同時(shí)，在生產(chǎn)制造過程中工件的加工和裝配由于采用焊接和螺釘?shù)冗B接方式產(chǎn)生應(yīng)力對零件精度造成影響，影響部件及整個(gè)系統(tǒng)的精度[1]，需采用先進(jìn)技術(shù)控制制造過程。

射頻識別（RFID）技術(shù)是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻無線信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作不需要人工干預(yù)[2]。通常由電子標(biāo)簽、讀寫器和計(jì)算機(jī)服務(wù)器構(gòu)成[3]。RFID以電子標(biāo)簽來標(biāo)識物體，電子標(biāo)簽通過無線電波與讀寫器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，讀寫器可將主機(jī)的讀寫命令傳送到電子標(biāo)簽，再把電子標(biāo)簽返回的數(shù)據(jù)傳送到主機(jī)。本次應(yīng)用RFID用于確定車輛信息及自動獲取待裝配產(chǎn)品數(shù)據(jù)。

三維掃描系統(tǒng)是集光、機(jī)、電、計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體的新型掃描系統(tǒng)，它主要用于空間物體外形、結(jié)構(gòu)及色彩的掃描，將物體立體信息變換為可以利用計(jì)算機(jī)直接進(jìn)行處理的信號，獲取物體空間表面坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)物體的三維掃描[4]。

隨著三維檢測技術(shù)的發(fā)展，目前已可采用三維激光掃描[5]實(shí)現(xiàn)精細(xì)測量，獲取被檢測零部件的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然而三維掃描獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)具有高冗余、誤差分布非線性、不完整、海量等特點(diǎn)[6]，不能直接應(yīng)用于后續(xù)的現(xiàn)場生產(chǎn)制造，需經(jīng)過復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析和處理過程，且針對多個(gè)零部件裝配時(shí)無法直觀的給出配合關(guān)系，指導(dǎo)生產(chǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)三維檢測數(shù)據(jù)獲取后快速高效的分析處理及現(xiàn)場應(yīng)用，本文提出了一種針對裝配產(chǎn)品的數(shù)據(jù)快速采集處理與裝配關(guān)系分析方法，實(shí)現(xiàn)快速模擬產(chǎn)品裝配關(guān)系，實(shí)現(xiàn)預(yù)裝配[7]，生成裝配參數(shù)，可視化指導(dǎo)快速裝配，同時(shí)探討了對裝配數(shù)據(jù)進(jìn)行信息化系統(tǒng)管理。

1? 數(shù)據(jù)采集

①在車體生產(chǎn)時(shí)每輛車體綁定一個(gè)RFID標(biāo)簽，初始標(biāo)簽包含車輛基本編號信息，通過對標(biāo)簽的識別可從系統(tǒng)讀取更加詳細(xì)的車體參數(shù)描述及車體三維數(shù)模結(jié)構(gòu)。同時(shí)每塊玻璃也綁定一個(gè)RFID標(biāo)簽，攜帶基本信息。

②完成車體生產(chǎn)后，采用三維掃描設(shè)備，本應(yīng)用采用NDI三維掃描系統(tǒng)，通過掃描系統(tǒng)獲取車體窗框?qū)嶋H的掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)保存于系統(tǒng)與車體綁定的RFID標(biāo)簽關(guān)聯(lián);當(dāng)每塊玻璃出廠時(shí)或入庫時(shí)進(jìn)行三維掃描，記錄點(diǎn)云數(shù)據(jù)，更新RFID標(biāo)簽。

該三維掃描系統(tǒng)數(shù)據(jù)支持STL/IGS格式。另外系統(tǒng)通過與Teamcenter[9]設(shè)計(jì)平臺集成可通過RFID識別獲取零部件的設(shè)計(jì)三維數(shù)模，用于進(jìn)行實(shí)際掃描數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)的比對。

另外，車輛標(biāo)簽隨車體交出后進(jìn)入裝配車間，在每個(gè)車間臺位固定有識別裝置，當(dāng)車輛進(jìn)入時(shí)可自動識別該車輛，獲取需裝配的參數(shù)數(shù)據(jù)，同時(shí)通過該RFID的識別可實(shí)現(xiàn)車輛位置的RFID定位[8]，提供給其它系統(tǒng)位置信息。

2? 數(shù)據(jù)對比分析

本系統(tǒng)中比對分析功能是基于GeomagicControlX軟件進(jìn)行二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)可根據(jù)具體掃描件的不同，定制不同的對比規(guī)則，并選用不同的報(bào)告樣式，以適應(yīng)不同的產(chǎn)品類型，并逐漸將不同類型的規(guī)則保存在模塊庫供后續(xù)選用。

2.1 差異對比

當(dāng)車體生產(chǎn)時(shí)，通過掃描RFID標(biāo)簽自動獲取車輛設(shè)計(jì)參數(shù)數(shù)據(jù)，包括三維模型數(shù)據(jù)，通過理論模型與實(shí)際掃描對比可為產(chǎn)品調(diào)修、設(shè)計(jì)優(yōu)化提供實(shí)際依據(jù)。

2.2 匹配對比

通過對多個(gè)掃描件進(jìn)行匹配對比可選取最優(yōu)匹配裝配件進(jìn)行施工，減少裝配調(diào)整量和安裝公差。當(dāng)待裝配車輛進(jìn)入工位后，RFID讀寫器自動識別該車輛信息，系統(tǒng)自動獲取該車的理論設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、實(shí)際生產(chǎn)后的掃描數(shù)據(jù)，以各車間共享的數(shù)據(jù)平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞、分析和存儲，以RFID的快速識別進(jìn)行關(guān)聯(lián)和調(diào)用。然后以本車實(shí)際掃描數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以入庫的全部玻璃作為計(jì)算范圍，進(jìn)行系統(tǒng)匹配性計(jì)算和分析。程序支持單個(gè)或多個(gè)文件同時(shí)導(dǎo)入，支持一對一、多對一、一對多及多對多對比的各種工況對比分析。

檢查點(diǎn)的定義：檢測分析人員選擇車窗安裝對比規(guī)則，輸入需要檢測間隙的檢查點(diǎn)尺寸或從系統(tǒng)中提取已存在的常用的檢查點(diǎn)信息數(shù)據(jù)，本次研究采用產(chǎn)品已有的24個(gè)位置點(diǎn)作為對比位置，如圖1所示。

根據(jù)實(shí)際安裝檢測方式，以及理論安裝要求的公差范圍，結(jié)合模擬仿真技術(shù)，系統(tǒng)可模擬計(jì)算車體窗框、玻璃框掃描模型每個(gè)選定點(diǎn)的尺寸關(guān)系，并進(jìn)行自動模擬對比。

本對比過程采用每個(gè)檢測點(diǎn)選取三組不同位置的車體窗框和玻璃框?qū)?yīng)點(diǎn)進(jìn)行對比分析，分別選取表面、側(cè)面及底面的點(diǎn)進(jìn)行對比。

根據(jù)車體窗框、玻璃模型，程序后臺自動提取模型特征，并通過理論計(jì)算，建立兩個(gè)模型對比的中心及對比坐標(biāo)系。

根據(jù)選取的點(diǎn)以及安裝公差要求規(guī)則，按照選取點(diǎn)的優(yōu)先順序依次對比計(jì)算，遍歷計(jì)算玻璃框上所有點(diǎn)的值，求出玻璃框的位置變化矩陣，通過側(cè)面的點(diǎn)計(jì)算確定安裝的左右間距位置，通過底面的點(diǎn)確定安裝時(shí)調(diào)整墊片的用量。

3? 結(jié)果輸出

3.1 確定最優(yōu)匹配

根據(jù)系統(tǒng)對車窗及玻璃的對比模擬分析，可計(jì)算出本工位要施工的車窗與物料庫中某個(gè)玻璃為最優(yōu)配合，然后通過系統(tǒng)傳遞需求信息，庫房通過RFID實(shí)現(xiàn)物料的快速識別查找和出庫。

3.2 指導(dǎo)施工

在數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)中以三維可視化[10]的形式展示計(jì)算結(jié)果，按照間隙值及公差范圍用不同顏色等級展示各個(gè)檢查點(diǎn)，同時(shí)鼠標(biāo)放至檢查位置點(diǎn)時(shí)程序自動展示具體間隙值。

可自動生成分析對比報(bào)告、每個(gè)點(diǎn)的調(diào)整量及調(diào)整墊片數(shù)量分析報(bào)表。實(shí)現(xiàn)零部件及裝配過程數(shù)據(jù)分析結(jié)果輸出，用于數(shù)字化、可視化指導(dǎo)安裝，避免原來檢測數(shù)據(jù)僅作為檢測結(jié)果，無法用于后續(xù)過程的弊端，實(shí)現(xiàn)了提前虛擬分析及驗(yàn)證、預(yù)裝配的分析計(jì)算，提高了工作效率和施工質(zhì)量。

4? 數(shù)據(jù)管理

通過系統(tǒng)開發(fā)實(shí)現(xiàn)三維檢測數(shù)據(jù)與物料自動關(guān)聯(lián)，可直接通過物料查看其各次檢測數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)掃描和檢測數(shù)據(jù)分析查詢、簽審管理、版本管理等。

5? 結(jié)論

通過RFID技術(shù)及三維檢測技術(shù)的應(yīng)用，結(jié)合系統(tǒng)開發(fā)和算法優(yōu)化，以可視化、數(shù)值化更直觀的指導(dǎo)定位和控制制造過程，使原本靠經(jīng)驗(yàn)反復(fù)調(diào)整的過程變?yōu)榭繑?shù)據(jù)精準(zhǔn)匹配。

參考文獻(xiàn)：

[1]夏歡，朱建平，蕭躍軍.一種高精度零件的裝配變形分析[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2014（9）：119.

[2]黃愛賓，甄鑫，王康野，劉彩鳳.無源RFID標(biāo)簽用材料研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào)，2017，31（Z2）：1.

[3]鄧飛，RFID技術(shù)及其安全性分析[J].長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2014（1）：132.

[4]周小東，成思源，楊雪榮.面向創(chuàng)新設(shè)計(jì)及逆向工程技術(shù)研究[J].機(jī)床與液壓，2015，43（19）：25-28.

[5]楊忞婧，劉麗，張金蘭，王陽.三維激光掃描技術(shù)在曲面模型重建中的應(yīng)用[J].測繪與空間地理信息，2016，39（8）：158-159.

[6]楊必勝，梁福遜，黃榮剛.三維激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理研究進(jìn)展、挑戰(zhàn)與趨勢[J].測繪學(xué)報(bào)，2017，46（10）：1510.

[7]羅振偉，梅中義.基于測量數(shù)據(jù)的飛機(jī)數(shù)字化預(yù)裝配技術(shù)[J].航空制造技術(shù)，2013（20）：99-102.

[8]劉昱.基于 Teamcenter 的 PLM 系統(tǒng)在高鐵列車制造企業(yè)的應(yīng)用研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程，2017，46（1）：78-82.

[9]張力，徐曄曄，夏超.基于RFID定位的AGV導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子世界，2017（5）：67-69.

[10]鄭志男，楊建軍.三維可視化在裝配車間現(xiàn)場中的應(yīng)用[J].航空精密制造技術(shù)，2013，49（1）：47-50.