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基于RFID智能传感的三维检测技术应用研究

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夏清洁孔维荣郑丹马力

摘要：數字化、智能化技术近年来不断取得发展，并广泛应用于制造行业，解决了原本靠人工进行的识别、分类、测量及计算等过程，大大提高了生产制造过程的精确度和效率。本文以某种玻璃安装为例，提出了基于RFID智能传感的三维检测及分析的数据采集处理技术的应用，通过对数据的分析与处理可虚拟验证和指导实际施工，提高制造的效率，保证制造质量。

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.

关键词：RFID;三维检测;数据采集;数据处理

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

中图分类号：TP391.44? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文献标识码：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章编号：1006-4311（2019）36-0223-02

0? 引言

现代工业产品的设计及制造出现越来越多的复杂曲面结构，这些复杂结构不但生产工艺复杂，而且质量要求也极高，传统的检测手段无法满足质量检测的要求，而且当出现多个产品选配时，情况变的更加困难，传统的人工验证型方式已难以满足快速精确制造的要求。

与此同时，在生产制造过程中工件的加工和装配由于采用焊接和螺钉等连接方式产生应力对零件精度造成影响，影响部件及整个系统的精度[1]，需采用先进技术控制制造过程。

射频识别（RFID）技术是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频无线信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作不需要人工干预[2]。通常由电子标签、读写器和计算机服务器构成[3]。RFID以电子标签来标识物体，电子标签通过无线电波与读写器进行数据交换，读写器可将主机的读写命令传送到电子标签，再把电子标签返回的数据传送到主机。本次应用RFID用于确定车辆信息及自动获取待装配产品数据。

三维扫描系统是集光、机、电、计算机技术为一体的新型扫描系统，它主要用于空间物体外形、结构及色彩的扫描，将物体立体信息变换为可以利用计算机直接进行处理的信号，获取物体空间表面坐标，实现物体的三维扫描[4]。

随着三维检测技术的发展，目前已可采用三维激光扫描[5]实现精细测量，获取被检测零部件的三维点云数据，然而三维扫描获取的点云数据具有高冗余、误差分布非线性、不完整、海量等特点[6]，不能直接应用于后续的现场生产制造，需经过复杂的数据分析和处理过程，且针对多个零部件装配时无法直观的给出配合关系，指导生产。

为了实现三维检测数据获取后快速高效的分析处理及现场应用，本文提出了一种针对装配产品的数据快速采集处理与装配关系分析方法，实现快速模拟产品装配关系，实现预装配[7]，生成装配参数，可视化指导快速装配，同时探讨了对装配数据进行信息化系统管理。

1? 数据采集

①在车体生产时每辆车体绑定一个RFID标签，初始标签包含车辆基本编号信息，通过对标签的识别可从系统读取更加详细的车体参数描述及车体三维数模结构。同时每块玻璃也绑定一个RFID标签，携带基本信息。

②完成车体生产后，采用三维扫描设备，本应用采用NDI三维扫描系统，通过扫描系统获取车体窗框实际的扫描点云数据保存于系统与车体绑定的RFID标签关联;当每块玻璃出厂时或入库时进行三维扫描，记录点云数据，更新RFID标签。

该三维扫描系统数据支持STL/IGS格式。另外系统通过与Teamcenter[9]设计平台集成可通过RFID识别获取零部件的设计三维数模，用于进行实际扫描数据与理论数据的比对。

另外，车辆标签随车体交出后进入装配车间，在每个车间台位固定有识别装置，当车辆进入时可自动识别该车辆，获取需装配的参数数据，同时通过该RFID的识别可实现车辆位置的RFID定位[8]，提供给其它系统位置信息。

2? 数据对比分析

本系统中比对分析功能是基于GeomagicControlX软件进行二次开发实现。系统可根据具体扫描件的不同，定制不同的对比规则，并选用不同的报告样式，以适应不同的产品类型，并逐渐将不同类型的规则保存在模块库供后续选用。

2.1 差异对比

当车体生产时，通过扫描RFID标签自动获取车辆设计参数数据，包括三维模型数据，通过理论模型与实际扫描对比可为产品调修、设计优化提供实际依据。

2.2 匹配对比

通过对多个扫描件进行匹配對比可选取最优匹配装配件进行施工，减少装配调整量和安装公差。当待装配车辆进入工位后，RFID读写器自动识别该车辆信息，系统自动获取该车的理论设计数据、实际生产后的扫描数据，以各车间共享的数据平台进行数据传递、分析和存储，以RFID的快速识别进行关联和调用。然后以本车实际扫描数据为基础，以入库的全部玻璃作为计算范围，进行系统匹配性计算和分析。程序支持单个或多个文件同时导入，支持一对一、多对一、一对多及多对多对比的各种工况对比分析。

检查点的定义：检测分析人员选择车窗安装对比规则，输入需要检测间隙的检查点尺寸或从系统中提取已存在的常用的检查点信息数据，本次研究采用产品已有的24个位置点作为对比位置，如图1所示。

根据实际安装检测方式，以及理论安装要求的公差范围，结合模拟仿真技术，系统可模拟计算车体窗框、玻璃框扫描模型每个选定点的尺寸关系，并进行自动模拟对比。

本对比过程采用每个检测点选取三组不同位置的车体窗框和玻璃框对应点进行对比分析，分别选取表面、侧面及底面的点进行对比。

根据车体窗框、玻璃模型，程序后台自动提取模型特征，并通过理论计算，建立两个模型对比的中心及对比坐标系。

根据选取的点以及安装公差要求规则，按照选取点的优先顺序依次对比计算，遍历计算玻璃框上所有点的值，求出玻璃框的位置变化矩阵，通过侧面的点计算确定安装的左右间距位置，通过底面的点确定安装时调整垫片的用量。

3? 结果输出

3.1 确定最优匹配

根据系统对车窗及玻璃的对比模拟分析，可计算出本工位要施工的车窗与物料库中某个玻璃为最优配合，然后通过系统传递需求信息，库房通过RFID实现物料的快速识别查找和出库。

3.2 指导施工

在数据分析系统中以三维可视化[10]的形式展示计算结果，按照间隙值及公差范围用不同颜色等级展示各个检查点，同时鼠标放至检查位置点时程序自动展示具体间隙值。

可自动生成分析对比报告、每个点的调整量及调整垫片数量分析报表。实现零部件及装配过程数据分析结果输出，用于数字化、可视化指导安装，避免原来检测数据仅作为检测结果，无法用于后续过程的弊端，实现了提前虚拟分析及验证、预装配的分析计算，提高了工作效率和施工质量。

4? 数据管理

通过系统开发实现三维检测数据与物料自动关联，可直接通过物料查看其各次检测数据，可实现扫描和检测数据分析查询、签审管理、版本管理等。

5? 结论

通过RFID技术及三维检测技术的应用，结合系统开发和算法优化，以可视化、数值化更直观的指导定位和控制制造过程，使原本靠经验反复调整的过程变为靠数据精准匹配。

参考文献：

[1]夏欢，朱建平，萧跃军.一种高精度零件的装配变形分析[J].制造技术与机床，2014（9）：119.

[2]黄爱宾，甄鑫，王康野，刘彩凤.无源RFID标签用材料研究进展[J].材料导报，2017，31（Z2）：1.

[3]邓飞，RFID技术及其安全性分析[J].长沙民政职业技术学院学报，2014（1）：132.

[4]周小东，成思源，杨雪荣.面向创新设计及逆向工程技术研究[J].机床与液压，2015，43（19）：25-28.

[5]杨忞婧，刘丽，张金兰，王阳.三维激光扫描技术在曲面模型重建中的应用[J].测绘与空间地理信息，2016，39（8）：158-159.

[6]杨必胜，梁福逊，黄荣刚.三维激光扫描点云数据处理研究进展、挑战与趋势[J].测绘学报，2017，46（10）：1510.

[7]罗振伟，梅中义.基于测量数据的飞机数字化预装配技术[J].航空制造技术，2013（20）：99-102.

[8]刘昱.基于 Teamcenter 的 PLM 系统在高铁列车制造企业的应用研究[J].机械设计与制造工程，2017，46（1）：78-82.

[9]张力，徐晔晔，夏超.基于RFID定位的AGV导航系统设计[J].电子世界，2017（5）：67-69.

[10]郑志男，杨建军.三维可视化在装配车间现场中的应用[J].航空精密制造技术，2013，49（1）：47-50.

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