024-83385346 手机：15142580885
RFID射频识别技术在智能制造工厂刀具管理中的应用
文章来源：博能科技 发布时间：2017-07-13 访问量：人
一.刀具管理的行业背景
智能制造数控机台已经成为了机械等行业加工车间主流设备，一般小型数控加工车间刀具配备量多达到了上千把，再加上它的配套零部件，总量已经上万把，品种有上百种。随着刀具在数量与种类上急剧的增加，生产车间各种类型以及规格的标准和非标准刀具并存，大量刀具频繁在刀具库房与机台、机台设备之间流动跟交换。
当前国内加工车间多靠手工方式跟纸质条码管理刀具。纸质条码在油污环境下很容易污损，刀具寿命也只能靠经验来判断。由于缺乏刀具，造成很多加工流程的停止，机台操作工需耗费大量的时间在查找刀具上。随着智能制造数控机台种类以及新产品种类增加，现有的刀具管理方案已经不能够满足需求，所以引入无线射频技术(RFID)。
RFID是20世纪90年代兴起的一种非接触式的自动识别技术，具有快速扫描、体积小、抗污染能力跟耐久性强、能够重复使用、穿透性跟无屏障阅读、数据记忆容量大安全性强等特点，因此在生产数据的采集、监控、数据传递的方面具有巨大应用潜力。本文是以无线射频技术为基础，将RFID芯片安装在刀具刀柄上面，实现刀具信息采集跟管理，降低了综合生产成本。
智能制造数控机台已经成为了机械等行业加工车间主流设备，一般小型数控加工车间刀具配备量多达到了上千把，再加上它的配套零部件，总量已经上万把，品种有上百种。随着刀具在数量与种类上急剧的增加，生产车间各种类型以及规格的标准和非标准刀具并存，大量刀具频繁在刀具库房与机台、机台设备之间流动跟交换。
当前国内加工车间多靠手工方式跟纸质条码管理刀具。纸质条码在油污环境下很容易污损，刀具寿命也只能靠经验来判断。由于缺乏刀具，造成很多加工流程的停止，机台操作工需耗费大量的时间在查找刀具上。随着智能制造数控机台种类以及新产品种类增加，现有的刀具管理方案已经不能够满足需求，所以引入无线射频技术(RFID)。
RFID是20世纪90年代兴起的一种非接触式的自动识别技术，具有快速扫描、体积小、抗污染能力跟耐久性强、能够重复使用、穿透性跟无屏障阅读、数据记忆容量大安全性强等特点，因此在生产数据的采集、监控、数据传递的方面具有巨大应用潜力。本文是以无线射频技术为基础，将RFID芯片安装在刀具刀柄上面，实现刀具信息采集跟管理，降低了综合生产成本。
二.刀具管理行业现状及需求
国内外从事刀具管理研究专家开发出很多刀具管理的软件，但是无法满足刀具管理全部要求，现有的刀具管理存在以下问题：
①没有办法分析刀具的整个寿命周期记录跟数据，只是在时间点上实现了刀具信息采集跟监控，无法获得未加工时候的数据;
国内外从事刀具管理研究专家开发出很多刀具管理的软件，但是无法满足刀具管理全部要求，现有的刀具管理存在以下问题：
①没有办法分析刀具的整个寿命周期记录跟数据，只是在时间点上实现了刀具信息采集跟监控，无法获得未加工时候的数据;
②传统的刀具管理缺乏M2M信息交互，没有办法实现集成化的管理;
③现有的刀具管理方案以满足生产需求为目的，未考虑刀具整个生命周期内成本问题。
③现有的刀具管理方案以满足生产需求为目的，未考虑刀具整个生命周期内成本问题。
为解决上述的问题，实现了制造业更加智能化自动化目标，急需引入新RFID射频识别技术手段来管理刀具的信息。在加工的过程中，针对刀具在机台中使用进行智能化大的管理，将刀具参数传递给了机台，使刀具加入了机台刀库，供加工程序来进行调用。刀具加工完成时候，会将刀具生产时间写入刀具RFID中，实现了刀具实时信息采集，刀具状态的跟踪等功能。
三.刀具信息管理系统作业流程
刀具信息管理系统是指在制造单元内机器设备(如智能制造数控机台、对刀仪等)以及RFID读写器进行通讯基础上，利用无线射频技术、CNC跟RFID电子标签读写器采取串口通讯技术，实现刀具在其生命周期内信息监控与存储管理。刀具整个生命周期一般包括计划、采购、标识、入库、借出、装配、使用、归还、重磨、报废等。本文采用博能科技专门为刀具设计的RFID电子标签，刀柄如图1所示，RFID读写标签的时间为500ms。
机台刀具管理前提条件是刀具已进行组刀，并且通过对刀仪对刀。为实现刀具相应功能，机台需要进行刀库的初始化，将刀具加工时间写在刀柄RFID中。由于高频RFID的读写距离较短，所以在读写刀柄的RFID时候，将天线通过气动装置靠近了RFID电子标签。
刀具信息管理系统是指在制造单元内机器设备(如智能制造数控机台、对刀仪等)以及RFID读写器进行通讯基础上，利用无线射频技术、CNC跟RFID电子标签读写器采取串口通讯技术，实现刀具在其生命周期内信息监控与存储管理。刀具整个生命周期一般包括计划、采购、标识、入库、借出、装配、使用、归还、重磨、报废等。本文采用博能科技专门为刀具设计的RFID电子标签，刀柄如图1所示，RFID读写标签的时间为500ms。
机台刀具管理前提条件是刀具已进行组刀，并且通过对刀仪对刀。为实现刀具相应功能，机台需要进行刀库的初始化，将刀具加工时间写在刀柄RFID中。由于高频RFID的读写距离较短，所以在读写刀柄的RFID时候，将天线通过气动装置靠近了RFID电子标签。
(1)机台刀库初始化
要实现数控刀具信息智能化的传输，首先要依靠智能制造数控机台。为确保在刀具装入机台时自动入刀库，并且将刀具参数从RFID电子标签读入到机台刀库中，需要对机台刀库进行初始化操作，具体流程说明如下：
①在机台有刀具变动的时候，需要机台控制刀盘转动一周(见图)，将所有的刀具重新初始化到机台刀库;
②对每把刀需要进行如下的操作：CNC通过指令驱动气缸顶升RFID电子标签的读头，气缸到位以后，CNC获取感应开关状态，启动RFID电子标签读写器工作;气缸状态维持500ms，CNC通过串口通讯驱动RFID读写器对刀柄的RFID芯片进行读取操作;收回气缸，CNC检测气缸磁感应开关到位之后，刀具会继续运转;
③需要控制的功能：在CNC操作界面上面加一个按钮，每按一次该按钮刀盘会自动旋转一周，确保每次换刀都能够转动一周，初始化机台刀库;不允许直接将刀安装到机台刀库刀柄。
③需要控制的功能：在CNC操作界面上面加一个按钮，每按一次该按钮刀盘会自动旋转一周，确保每次换刀都能够转动一周，初始化机台刀库;不允许直接将刀安装到机台刀库刀柄。
(2)刀具生产时间记录
在卸(组)刀的时候，会将刀具生产量(加工时间)写入到刀具管理系统当中。将机台加工时间写入刀柄RFID中的流程如下：
①在机台卸刀前或组刀之后，机台记录使用刀具，旋转刀盘，逐个写入刀具加工的时间;
②气缸的状态维持500ms，CNC通过串口的通讯驱动RFID读写器并对刀柄RFID芯片进行写入操作;
②气缸的状态维持500ms，CNC通过串口的通讯驱动RFID读写器并对刀柄RFID芯片进行写入操作;
③收回气缸，CNC检测气缸磁感应开关到位之后，刀盘会继续转动。
要保证上述方案操作顺利的进行，需要在CNC操作界面增加一个按钮，在卸刀前或者组刀之后，按一次按钮，使机台旋转一周，并且写入刀具使用时间，最终完成刀具寿命控制。在进行方案流程操作时，应注意操作的规范。方案流程如图3所示。
要保证上述方案操作顺利的进行，需要在CNC操作界面增加一个按钮，在卸刀前或者组刀之后，按一次按钮，使机台旋转一周，并且写入刀具使用时间，最终完成刀具寿命控制。在进行方案流程操作时，应注意操作的规范。方案流程如图3所示。
(3)RFID芯片中刀具数据存储
刀具编码是确定刀具身份唯一性重要的信息，将写入RFID，通过刀具编码用来管理每一把刀具。在编写相应程序的时候，可以根据刀具的规格型号确定刀具名义直径、名义长度及相应程序，然后根据实际情况给予相应的直径补偿跟长度补偿。由于同一把刀具可以安装在不同的机台上，同一台机台也可以加工不同产品，加工产品的时候，也能够出现异常情况，故在加工时候，需要展示以上加工的信息。可以通过程序控制，在加工过程动态展示报表显示刀具的编码、加工产品、产品数量、异常信息等以及RFID记录中的刀具编码、刀具寿命、刀具已使用时间等信息。
