CN102542227B - 一种基于rfid的组合夹具装配检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于RFID的组合夹具装配检测方法，首先建立检验空间和检验坐标系，其次在检验空间中建立虚拟参考标签，所有虚拟参考标签沿检验坐标系三个轴向均匀分布，然后设置RFID阅读器天线并建立虚拟参考标签的探测关系表，最后采用RFID阅读器天线对电子目标标签进行探测，得到电子目标标签的探测关系表，以相同探测关系表的虚拟参考标签坐标均值作为电子目标标签的坐标，并得到组合夹具中各元件夹具的相对位置关系。本发明实现了组合夹具装配的自动检验，相比于现有人工检验方法，检验效率和正确率有极大提高。

Description

一种基于RFID的组合夹具装配检测方法

技术领域

本发明涉及组合夹具装配检测领域，具体为一种基于RFID的组合夹具装配检测方法。

背景技术

组合夹具是在夹具零部件高度标准化、规格化、系列化的基础上发展起来的，它由预先制造好的一整套各种形状、规格，具有互换性和耐磨性的标准元件与组合件组装而成。用这些元件，根据不同的工艺要求可组装成各种类型的夹具。组合夹具使用完后可拆卸归类保存，以便再次组装成另一形式的夹具，循环使用。但由于组合夹具的组装工作主要由手工完成，且组合夹具元件数目繁多、型号规格相似、组装工艺复杂，导致错装、漏装现象时有发生，严重影响了组装的质量和效率，需要对组装好的组合夹具进行检测。但目前对组合夹具的关键尺寸和关键位置的精度测量主要还是由组装工作人员或其他专职人员使用相关的量具进行测量，由于组合夹具元件数目繁多、型号规格相似等原因，人工检测容易存在忽略错装与漏装的问题。

RFID是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，即通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，其优点在于：适应环境能力强、操作快捷、可识别高速运动物体和多目标读取等优点。另一方面，随着物联网的提出与发展，RFID作为其关键技术之一广泛应用于物流、资产管理、医疗、零售等领域，其定位技术也成为人们研究的热点。加之随着技术的进步，RFID读写器的处理信号和RFID读写器天线工作半径精度的提高，把RFID射频识别技术应用于定位有着广阔的前景。

RFID系统室内定位方法与传统的无线定位方法一样，按照定位方式的不同，可分为三大类：基于场景的定位、基于测距的定位(包括时间信息定位(TOA以及TDOA)、到达角度定位(AOA)、信号强度信息定位(RSSI))、基于空间划分的定位(即邻近算法定位)、基于空间划分的定位。

基于场景的定位：基于场景的定位一般又称为位置指纹定位，也称数据库相关定位，是最近提出来的一种定位技术。它为不同位置发出的信号特征参数建立数据库，通过将实际接收信号与数据库中的信号特征参数进行对比来实现移动目标的定位。位置指纹定位的实施一般可分为两个阶段：第一阶段为训练阶段，也叫离线阶段，其主要工作是采集所需定位区域内各个参考节点的信号特征参数，如信号强度，将一组指纹信息对应一个特定的位置，形成位置指纹数据库。第二阶段为定位阶段，也称在线阶段，利用接收机测量接收信号的对应参数，采用匹配算法来确定数据库中哪组数据与之相匹配，从而得出目标的实际位置。

基于测距的定位：基于测距的定位机制需要测量未知节点与已知位置的节点之间的距离或者角度信息，然后使用三边测量法、三角测量法或最大似然估计法计算未知节点的位置。常见的基于测距的定位技术有：到达时间信息定位(TOA\TDOA)、到达角度定位(AOA)和信号强度信息定位(RSST)。

基于空间划分的定位：根据阅读器自身参数的不同，阅读器系统有其自身的识读范围，对该范围内的标签，阅读器可以实现正常的读写。一旦超出此范围，阅读器则无法读取标签信息。根据这一特点，通过在定位空间中合理布置一定数量的阅读器，用不同的阅读器将定位空间划分成若干子区域，通过鉴别识读到标签的阅读器，即可判定出带定位标签所在的子区域。

现在广泛应用的RFID定位方法为基于测距定位中的时间定位方法，这一定位方法要求接收与发送的双方有较为精准的时间同步，在实际应用中很难做到。且要提高其定位精度，接收与发送的双方必须存在一条视距传播路径，需求条件过于苛刻。而基于信号到达方向角的定位方法原理要求发射端和接收端的无线传播为视距传播。非视距传播将会给系统定位带来不可预知的误差，且其需要智能天线，价格昂贵。广泛应用的RFID定位系统中，如LANDMARC系统，需要部署大量的参考标签，增加了系统的复杂度与实施的困难。而基于场景的定位，由于需要采集所需定位区域内各个参考节点的信号特征参数，形成位置指纹数据库，所以实施起来比较困难，且一旦环境发生变化，则需要重新训练。

发明内容

要解决的技术问题

为解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种基于RFID的组合夹具装配检测方法，克服了现有RFID室内定位的困难，并满足了在既定检测区域内对组合夹具装配结果实施灵活，高效的定位检测要求。

技术方案

本发明的技术方案为：

所述一种基于RFID的组合夹具装配检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：建立检验空间，所述检验空间为长方体形状，且检验空间能够将待检测组合夹具完全包容；检验空间长为L，宽为W，高为H；以检验空间任一顶点为原点建立检验坐标系，以原点所处的检验空间三条边作为检验坐标系的三个坐标轴；

步骤2：在检验空间中建立虚拟参考标签，所有虚拟参考标签沿检验坐标系三个轴向均匀分布，其中检验空间高度方向上坐标值为0的平面内各个虚拟参考标签的坐标矩阵为：

$\left[\begin{array}{ccccc}\left(\mathrm{0,0,0}\right)& (0,w,0)& (\mathrm{0,2}w,0)& L& (0,W,0)\\ (l,\mathrm{0,0})& (l,w,0)& (l,2w,0)& L& (l,W,0)\\ (2l,\mathrm{0,0})& (2l,w,0)& (2l,2w,0)& L& (2l,W,0)\\ M& M& M& M& M\\ (L,\mathrm{0,0})& (L,w,0)& (L,2w,0)& L& (L,W,0)\end{array}\right]$

L为长度方向上虚拟参考标签间隔l的整数倍，W为宽度方向上虚拟参考标签间隔w的整数倍；虚拟参考标签平面在检验空间高度方向上的间隔为h，H为h的整数倍；检验空间高度方向上坐标值为h，2h，L，H的平面内的虚拟参考标签分布与高度方向上坐标值为0的平面内的虚拟参考标签分布相同；

步骤3：设置RFID阅读器天线，其中RFID阅读器天线工作半径r至少为

RFID阅读器天线布置在天线坐标系的三个轴上，天线坐标系以检验空间中心点为原点，天线坐标系的三个坐标轴方向与检验坐标系的三个坐标轴方向对应平行；检验空间长度方向上的RFID阅读器天线个数

宽度方向上的RFID阅读器天线个数

高度方向上的RFID阅读器天线个数

其中d为检验要求允许的最大误差；在检验坐标系中，长度方向上的RFID阅读器天线的长度方向坐标分别为

宽度方向坐标均为

高度方向坐标均为

在检验坐标系中，宽度方向上的RFID阅读器天线的宽度方向坐标分别为

长度方向坐标均为

高度方向坐标均为

在检验坐标系中，高度方向上的RFID阅读器天线的高度方向坐标分别为

长度方向坐标均为宽度方向坐标均为

步骤4：建立虚拟参考标签的探测关系表：对于任意一个虚拟参考标签，计算该虚拟参考标签与步骤3中设置的m+n+p个RFID阅读器天线的距离，当该虚拟参考标签与某一RFID阅读器天线距离大于r时，表示该虚拟参考标签不能被该RFID阅读器天线探测，否则表示该虚拟参考标签能被该RFID阅读器天线探测，判断该虚拟参考标签与全部m+n+p个RFID阅读器天线的探测关系后，得到该虚拟参考标签的探测关系表；采用所述相同方法得到所有个虚拟参考标签的探测关系表；

步骤5：将待检测组合夹具至于检验空间中，且待检测组合夹具的各个元件夹具上贴有RFID电子目标标签；采用步骤3中设置的RFID阅读器天线对待检测组合夹具进行探测，得到各个元件夹具上RFID电子目标标签的探测关系表；对于任意一个元件夹具上的RFID电子目标标签，选取探测关系表与该RFID电子目标标签探测关系表相同的虚拟参考标签，以选取的虚拟参考标签坐标均值作为该RFID电子目标标签对应方向的坐标值；采用所述相同方法得到所有元件夹具上的RFID电子目标标签的坐标值，从而得到待检测组合夹具中各个元件夹具的相对位置关系，并将得到的相对位置关系与装配技术文件进行比对，完成对待检测组合夹具的检测。

所述的一种基于RFID的组合夹具装配检测方法，其特征在于：L至少为l的10倍，W至少为w的10倍，H至少为h的10倍。

有益效果

本发明采用设置检验空间和虚拟参考标签的方式，通过RFID阅读器天线探测实际待检测组合夹具上电子目标标签的探测关系表，并将其与虚拟参考标签的探测关系表进行比对，得到实际待检测组合夹具上各个元件夹具的相对位置关系，从而实现了组合夹具装配的自动检验，相比于现有人工检验方法，检验效率和正确率有极大提高。

具体实施方式

下面结合具体实施例描述本发明：

本实施例中待检测的组合夹具包括三个元件夹具，每个元件夹具上都贴有RFID电子目标标签，分别为T₁，T₂，T₃。按照下面步骤对待检测的组合夹具进行检验。

步骤1：建立检验空间，所述检验空间为长方体形状，且检验空间能够将待检测组合夹具完全包容；检验空间长为L，宽为W，高为H，本实施例中检验空间为200cm×200cm×200cm的长方体；以检验空间的一个顶点为原点建立检验坐标系，以原点所处的检验空间三条边作为检验坐标系的三个坐标轴。

步骤2：在检验空间中建立虚拟参考标签，所有虚拟参考标签沿检验坐标系三个轴向均匀分布，其中检验空间高度方向上坐标值为0的平面内各个虚拟参考标签的坐标矩阵为：

$\left[\begin{array}{ccccc}\left(\mathrm{0,0,0}\right)& (0,w,0)& (\mathrm{0,2}w,0)& L& (0,W,0)\\ (l,\mathrm{0,0})& (l,w,0)& (l,2w,0)& L& (l,W,0)\\ (2l,\mathrm{0,0})& (2l,w,0)& (2l,2w,0)& L& (2l,W,0)\\ M& M& M& M& M\\ (L,\mathrm{0,0})& (L,w,0)& (L,2w,0)& L& (L,W,0)\end{array}\right]$

L为长度方向上虚拟参考标签间隔l的整数倍，W为宽度方向上虚拟参考标签间隔w的整数倍；虚拟参考标签平面在检验空间高度方向上的间隔为h，H为h的整数倍；检验空间高度方向上坐标值为h，2h，L，H的平面内的虚拟参考标签分布与高度方向上坐标值为0的平面内的虚拟参考标签分布相同；本实施例中l＝20cm，w＝20cm，h＝20cm。

步骤3：设置RFID阅读器天线，其中RFID阅读器天线工作半径r至少为

本实施例中就取

RFID阅读器天线布置在天线坐标系的三个轴上，天线坐标系以检验空间中心点为原点，即原点在检验坐标系中的坐标为(L/2，W/2，H/2)，天线坐标系的三个坐标轴方向与检验坐标系的三个坐标轴方向对应平行；检验空间长度方向上的RFID阅读器天线个数宽度方向上的RFID阅读器天线个数

高度方向上的RFID阅读器天线个数

其中d为检验要求允许的最大误差，本实施例中d＝10cm，m＝10，n＝10，p＝10；在检验坐标系中，长度方向上的RFID阅读器天线的长度方向坐标分别为

宽度方向坐标均为

高度方向坐标均为在检验坐标系中，宽度方向上的RFID阅读器天线的宽度方向坐标分别为

长度方向坐标均为

高度方向坐标均为

在检验坐标系中，高度方向上的RFID阅读器天线的高度方向坐标分别为

长度方向坐标均为

宽度方向坐标均为

在本实施例中，RFID阅读器天线在检验坐标系中的坐标如下表所示：

其中X1～X10表示长度方向上的RFID阅读器天线，Y1～Y10表示宽度方向上的RFID阅读器天线，Z1～Z10表示高度方向上的RFID阅读器天线。

步骤4：建立虚拟参考标签的探测关系表：对于任意一个虚拟参考标签，计算该虚拟参考标签与步骤3中设置的m+n+p个RFID阅读器天线的距离，当该虚拟参考标签与某一RFID阅读器天线距离大于r时，表示该虚拟参考标签不能被该RFID阅读器天线探测，否则表示该虚拟参考标签能被该RFID阅读器天线探测，判断该虚拟参考标签与全部m+n+p个RFID阅读器天线的探测关系后，得到该虚拟参考标签的探测关系表；采用所述相同方法得到所有

个虚拟参考标签的探测关系表。

步骤5：将待检测组合夹具至于检验空间中，且待检测组合夹具的三个元件夹具上贴有RFID电子目标标签；为了对比检验结果，这里我们根据待检测组合夹具的装配技术文件换算出三个元件夹具上RFID电子目标标签的坐标分别为T₁(100，100，10)，T₂，(40，35，40)，T₃，(90，80，40)；采用步骤3中设置的RFID阅读器天线对待检测组合夹具进行探测，得到三个元件夹具上RFID电子目标标签的探测关系表，如下表所示：

其中true表示RFID电子目标标签能被相应阅读器天线探测到，false表示RFID电子目标标签不能被相应阅读器天线探测到。

对于任意一个元件夹具上的RFID电子目标标签，选取探测关系表与该RFID电子目标标签探测关系表相同的虚拟参考标签；本实施例中，与T₁的探测关系表相同的虚拟参考标签坐标为：(90，90，20)，(90，100，20)，(100，90，20)，(100，100，0)，(100，100，10)，(100，110，10)，(110，100，10)，(110，110，10)；与T₂的探测关系表相同的虚拟参考标签坐标为：(30，40，50)，(30，50，40)，(30，50，50)，(40，30，50)，(40，40，40)，(40，40，50)，(40，50，30)，(40，50，40)，(50，30，40)，(50，30，50)，(50，40，30)，(50，40，40)，(50，50，30)；与T₃的探测关系表相同的虚拟参考标签坐标为：(90，70，30)，(90，70，40)，(90，80，30)，(90，80，40)，(100，70，30)。

以选取的探测关系表相同的虚拟参考标签坐标均值作为该RFID电子目标标签对应方向的坐标值；本实施例中，求取的与T₁的探测关系表相同的虚拟参考标签坐标均值为(100，100，12.5)，求取的与T₂的探测关系表相同的虚拟参考标签坐标均值为(41.54，41.54，41.54)，求取的与T₃的探测关系表相同的虚拟参考标签坐标均值为(92，74，34)，以虚拟参考标签坐标均值作为待检测组合夹具中各个元件夹具上RFID电子目标标签的坐标，从而得到各个元件夹具的相对位置关系，将得到的相对位置关系与装配技术文件进行比对，完成对待检测组合夹具的检测。本实施例中检测的组合夹具误差在允许最大误差范围范围内。

Claims (2)

1.一种基于RFID的组合夹具装配检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：建立检验空间，所述检验空间为长方体形状，且检验空间能够将待检测组合夹具完全包容；检验空间长为L，宽为W，高为H；以检验空间任一顶点为原点建立检验坐标系，以原点所处的检验空间三条边作为检验坐标系的三个坐标轴；

步骤2：在检验空间中建立虚拟参考标签，所有虚拟参考标签沿检验坐标系三个轴向均匀分布，其中检验空间高度方向上坐标值为0的平面内各个虚拟参考标签的坐标矩阵为：

$\left[\begin{array}{ccccc}\left(\mathrm{0,0,0}\right)& (0,w,0)& (\mathrm{0,2}w,0)& L& (0,W,0)\\ (l,\mathrm{0,0})& (l,w,0)& (l,2w,0)& L& (l,W,0)\\ (2l,\mathrm{0,0})& (2l,w,0)& (2l,2w,0)& L& (2l,W,0)\\ M& M& M& M& M\\ (L,\mathrm{0,0})& (L,w,0)& (L,2w,0)& L& (L,W,0)\end{array}\right]$

L为长度方向上虚拟参考标签间隔l的整数倍，W为宽度方向上虚拟参考标签间隔w的整数倍；虚拟参考标签平面在检验空间高度方向上的间隔为h，H为h的整数倍；检验空间高度方向上坐标值为h，2h，L，H的平面内的虚拟参考标签分布与高度方向上坐标值为0的平面内的虚拟参考标签分布相同；

步骤3：设置RFID阅读器天线，其中RFID阅读器天线工作半径r至少为

RFID阅读器天线布置在天线坐标系的三个轴上，天线坐标系以检验空间中心点为原点，天线坐标系的三个坐标轴方向与检验坐标系的三个坐标轴方向对应平行；检验空间长度方向上的RFID阅读器天线个数

宽度方向上的RFID阅读器天线个数

高度方向上的RFID阅读器天线个数

其中d为检验要求允许的最大误差；在检验坐标系中，长度方向上的RFID阅读器天线的长度方向坐标分别为

宽度方向坐标均为

高度方向坐标均为

在检验坐标系中，宽度方向上的RFID阅读器天线的宽度方向坐标分别为

长度方向坐标均为高度方向坐标均为

在检验坐标系中，高度方向上的RFID阅读器天线的高度方向坐标分别为长度方向坐标均为

宽度方向坐标均为

步骤4：建立虚拟参考标签的探测关系表：对于任意一个虚拟参考标签，计算该虚拟参考标签与步骤3中设置的m+n+p个RFID阅读器天线的距离，当该虚拟参考标签与某一RFID阅读器天线距离大于r时，表示该虚拟参考标签不能被该RFID阅读器天线探测，否则表示该虚拟参考标签能被该RFID阅读器天线探测，判断该虚拟参考标签与全部m+n+p个RFID阅读器天线的探测关系后，得到该虚拟参考标签的探测关系表；采用所述相同方法得到所有个虚拟参考标签的探测关系表；

步骤5：将待检测组合夹具至于检验空间中，且待检测组合夹具的各个元件夹具上贴有RFID电子目标标签；采用步骤3中设置的RFID阅读器天线对待检测组合夹具进行探测，得到各个元件夹具上RFID电子目标标签的探测关系表；对于任意一个元件夹具上的RFID电子目标标签，选取探测关系表与该RFID电子目标标签探测关系表相同的虚拟参考标签，以选取的虚拟参考标签坐标均值作为该RFID电子目标标签对应方向的坐标值；采用所述相同方法得到所有元件夹具上的RFID电子目标标签的坐标值，从而得到待检测组合夹具中各个元件夹具的相对位置关系，并将得到的相对位置关系与装配技术文件进行比对，完成对待检测组合夹具的检测。

2.根据权利要求1所述的一种基于RFID的组合夹具装配检测方法，其特征在于：L至少为l的10倍，W至少为w的10倍，H至少为h的10倍。