基于機(jī)器視覺的機(jī)械制造車間生產(chǎn)過程信息采集系統(tǒng)及采集方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于機(jī)器視覺的機(jī)械制造車間生產(chǎn)過程信息采集系統(tǒng)及采集方法，屬于制造業(yè)自動(dòng)化控制與生產(chǎn)管理現(xiàn)代化【技術(shù)領(lǐng)域】。它包括多臺加工設(shè)備，各臺加工設(shè)備上均具有能夠進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)采集的圖像采集終端，圖像采集終端通過以太網(wǎng)絡(luò)電纜連接網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)通過以太網(wǎng)絡(luò)電纜連接數(shù)據(jù)服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)還通過以太網(wǎng)絡(luò)電纜連接能夠調(diào)取數(shù)據(jù)服務(wù)器內(nèi)數(shù)據(jù)信息的用戶終端。其有益技術(shù)效果是：通過實(shí)際數(shù)據(jù)和服務(wù)器數(shù)據(jù)匹配的方法將所采集的圖像信息處理轉(zhuǎn)換為工件狀態(tài)信息，而不是直接根據(jù)圖像信息進(jìn)行簡單的尺寸和顏色判斷，不需要人工統(tǒng)計(jì)和填表，保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性，大大降低了成本，提高了生產(chǎn)管理效率。
【專利說明】基于機(jī)器視覺的機(jī)械制造車間生產(chǎn)過程信息采集系統(tǒng)及采集方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于機(jī)器視覺的機(jī)械制造車間生產(chǎn)過程信息采集系統(tǒng)，屬于制造業(yè)自動(dòng)化控制與生產(chǎn)管理現(xiàn)代化【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)械制造車間的產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息、工藝信息、物料管理等都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了信息化，但是目前車間的現(xiàn)場生產(chǎn)狀態(tài)信息基本還屬于信息孤島，其信息采集方法大多通過人工填表錄入等傳統(tǒng)方式完成，采用現(xiàn)有的這種信息采集方法，耗費(fèi)時(shí)間，效率低下，并且還無法保證錄入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)就是現(xiàn)場真實(shí)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)；而生產(chǎn)狀態(tài)信息不能準(zhǔn)確有效地采集，就不能實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)流程的閉環(huán)控制，影響生產(chǎn)效率的提升，制約了企業(yè)的管理水平。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠?qū)ιa(chǎn)狀態(tài)信息準(zhǔn)確實(shí)時(shí)采集，自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入的基于機(jī)器視覺的機(jī)械制造車間生產(chǎn)過程信息采集系統(tǒng)及采集方法。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的基于機(jī)器視覺的機(jī)械制造車間生產(chǎn)過程信息采集系統(tǒng)，包括多臺加工設(shè)備，各臺加工設(shè)備上均具有能夠進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)采集的圖像采集終端，圖像采集終端通過以太網(wǎng)絡(luò)電纜連接網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)通過以太網(wǎng)絡(luò)電纜連接數(shù)據(jù)服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)還通過以太網(wǎng)絡(luò)電纜連接能夠調(diào)取數(shù)據(jù)服務(wù)器內(nèi)數(shù)據(jù)信息的用戶終端。
[0005]所述網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)上連接WIFI接入設(shè)備，所述圖像采集終端為具有WIFI通訊功能的智能手機(jī)；所述智能手機(jī)、用戶終端與服務(wù)器之間能夠通過WIFI接入設(shè)備進(jìn)行信息傳輸。
[0006]一種上述采集系統(tǒng)的信息采集方法，包括如下步驟:
[0007](I)組建由加工設(shè)備、圖像采集終端、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、以太網(wǎng)電纜以及WIFI接入設(shè)備、數(shù)據(jù)服務(wù)器和用戶終端構(gòu)成的信息采集系統(tǒng)；
[0008](2)在服務(wù)器上建立圖像數(shù)據(jù)庫以及工件信息數(shù)據(jù)庫；
[0009](3)圖像采集終端拍攝加工設(shè)備當(dāng)前工作狀態(tài)，圖像中體現(xiàn)工件狀態(tài)信息、工件位置信息、加工設(shè)備狀態(tài)信息以及采集時(shí)間信息；圖像信息所對應(yīng)的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)服務(wù)器匹配獲取成功后，反饋至用戶終端顯示并確認(rèn)；如果數(shù)據(jù)匹配不完整或失敗，服務(wù)器向用戶終端發(fā)送補(bǔ)充圖像采集的信息，操作人員按照反饋信息重新進(jìn)行圖像采集；用戶終端采集圖像數(shù)據(jù)，接收并顯示反饋信息，服務(wù)器進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的處理，發(fā)送反饋信息，完成匹配數(shù)據(jù)的存儲與檢索；
[0010]所述服務(wù)器上信息數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)如下:
[0011]所述圖像數(shù)據(jù)庫，包括圖像信息表，圖像信息表字段包括ID、圖像編號、圖像路徑、圖像采集時(shí)間、圖像采集來源、備注；所述工件信息數(shù)據(jù)庫，包括工件狀態(tài)信息表、工件特征信息表、工件工藝信息表；工件狀態(tài)信息表字段包括ID、工件編號、工件狀態(tài)編號、備注；工件特征信息表字段包括:ID、工件編號、工件特征編號、工件特征描述、工件基礎(chǔ)CAD數(shù)據(jù)模型路徑；工件工藝信息表包括ID、工件編號、工藝編號、工藝狀態(tài)編號、尺寸偏差代號、工藝次序編號、當(dāng)前CAD數(shù)據(jù)模型路徑、備注；
[0012]所述數(shù)據(jù)匹配中包括以下步驟:
[0013](I)根據(jù)圖像采集數(shù)據(jù)，獲得當(dāng)前圖像對應(yīng)的工件名稱和采集時(shí)間；從工件信息數(shù)據(jù)庫中提取對應(yīng)的基礎(chǔ)信息；
[0014](2)對所采集的圖像進(jìn)行圖像處理，獲取工件當(dāng)前的邊緣輪廓、尺寸信息；
[0015](3)根據(jù)圖像的采集時(shí)間以及工件的邊緣輪廓及尺寸信息，將工件應(yīng)當(dāng)處于和當(dāng)前所處于的加工階段范圍進(jìn)行匹配，從工件的基礎(chǔ)CAD數(shù)據(jù)模型，生成與當(dāng)前加工狀態(tài)對應(yīng)的若干當(dāng)前CAD數(shù)據(jù)模型；
[0016](4)調(diào)整當(dāng)前CAD模型的姿態(tài)，在匹配范圍內(nèi)，通過自動(dòng)調(diào)整參數(shù)的方式，自動(dòng)生成當(dāng)前CAD模型的二維圖，即標(biāo)準(zhǔn)邊緣輪廓圖，過程中檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)邊緣輪廓和采集所得的邊緣輪廓的匹配度；
[0017](5)當(dāng)匹配度滿足事先設(shè)定的閾值，工件加工狀態(tài)即識別完畢；以當(dāng)前CAD模型以及工藝信息表中對應(yīng)的數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，記錄工件當(dāng)前狀態(tài)信息，生成對應(yīng)的工藝狀態(tài)編號和尺寸偏差代號存入工件信息數(shù)據(jù)庫；
[0018](6)如果未能正確匹配，返回用戶終端要求重新采集或者要求人工選擇對應(yīng)的加工階段以限制可能的匹配范圍。
[0019]本發(fā)明的有益技術(shù)效果是:
[0020]通過圖像采集終端對包含了機(jī)械制造車間的工件狀態(tài)信息乃至設(shè)備狀態(tài)信息的圖像進(jìn)行采集，然后將圖像傳送到具有圖像處理功能的服務(wù)程序中，通過服務(wù)器自動(dòng)識別，可以實(shí)現(xiàn)指定時(shí)間節(jié)點(diǎn)上的工件加工狀態(tài)、工件數(shù)量、工件尺寸等各類生產(chǎn)過程信息的自動(dòng)采集，使其通過實(shí)際數(shù)據(jù)和服務(wù)器數(shù)據(jù)匹配的方法將所采集的圖像信息處理轉(zhuǎn)換為工件狀態(tài)信息，而不是直接根據(jù)圖像信息進(jìn)行簡單的尺寸和顏色判斷，不需要人工統(tǒng)計(jì)和填表，保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性，大大降低了成本，提高了生產(chǎn)管理效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的原理框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，對本發(fā)明的基于機(jī)器視覺的機(jī)械制造車間生產(chǎn)過程信息采集系統(tǒng)及采集方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0023]如圖所示，本發(fā)明的基于機(jī)器視覺的機(jī)械制造車間生產(chǎn)過程信息采集系統(tǒng)，包括多臺加工設(shè)備，各臺加工設(shè)備上均具有能夠進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)采集的圖像采集終端，所述圖像采集終端通過以太網(wǎng)絡(luò)電纜連接網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)通過以太網(wǎng)絡(luò)電纜連接數(shù)據(jù)服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)還通過以太網(wǎng)絡(luò)電纜連接能夠調(diào)取數(shù)據(jù)服務(wù)器內(nèi)數(shù)據(jù)信息的用戶終端；網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)上還連接WIFI接入設(shè)備，圖像采集終端為具有WIFI通訊功能的智能手機(jī)；智能手機(jī)、用戶終端與服務(wù)器之間能夠通過WIFI接入設(shè)備進(jìn)行信息傳輸。
[0024]一種上述采集系統(tǒng)的信息采集方法，包括如下步驟:
[0025](I)組建由加工設(shè)備、圖像采集終端、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、以太網(wǎng)電纜以及WIFI接入設(shè)備、數(shù)據(jù)服務(wù)器和用戶終端構(gòu)成的信息采集系統(tǒng)；具體地說車間配備若干臺手持圖像采集終端，根據(jù)需要對各臺加工設(shè)備進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)采集，也可以采用監(jiān)控方式，一臺加工設(shè)備安裝一臺圖像采集終端進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)采集；圖像采集終端、服務(wù)器以及用戶終端均通過網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備接入同一局域網(wǎng)，其中，圖像采集終端采用手機(jī)等手持設(shè)備以及工業(yè)相機(jī)工控機(jī)的固定采集方案，圖像采集終端可以選用市場上已經(jīng)普及的安卓系統(tǒng)手機(jī)，但對照相功能有較高要求，一般應(yīng)有500萬?800萬以上像素，并配置有閃光燈(如三星i8510等)，通過WIFI和RJ45電纜連接；服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)之間通過RJ45電纜連接，用戶終端通過RJ45電纜或者WIFI與服務(wù)器連接；在網(wǎng)速不能保證的情況下，考慮到圖像傳輸?shù)男?，?yīng)當(dāng)優(yōu)先采用INTRANET進(jìn)行通訊。
[0026](2)在服務(wù)器上建立圖像數(shù)據(jù)庫以及工件信息數(shù)據(jù)庫；所說的服務(wù)器上信息數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)如下:
[0027]圖像數(shù)據(jù)庫，包括圖像信息表，圖像信息表字段包括ID、圖像編號、圖像路徑、圖像采集時(shí)間、圖像采集來源、備注；工件信息數(shù)據(jù)庫，包括工件狀態(tài)信息表、工件特征信息表、工件工藝信息表；工件狀態(tài)信息表字段包括ID、工件編號、工件狀態(tài)編號、備注；工件特征信息表字段包括:ID、工件編號、工件特征編號、工件特征描述、工件基礎(chǔ)CAD數(shù)據(jù)模型路徑；工件工藝信息表包括ID、工件編號、工藝編號、工藝狀態(tài)編號、尺寸偏差代號、工藝次序編號、當(dāng)前CAD數(shù)據(jù)模型路徑、備注；
[0028](3)圖像采集終端拍攝加工設(shè)備當(dāng)前工作狀態(tài)，圖像中體現(xiàn)工件狀態(tài)信息、工件位置信息、加工設(shè)備狀態(tài)信息以及采集時(shí)間信息；操作人員按指定的時(shí)間節(jié)點(diǎn)人工或者自動(dòng)進(jìn)行圖像采集，圖像信息所對應(yīng)的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)服務(wù)器匹配獲取成功后，反饋至用戶終端顯示并確認(rèn)；如果數(shù)據(jù)匹配不完整或失敗，服務(wù)器向用戶終端發(fā)送補(bǔ)充圖像采集的信息，操作人員按照反饋信息重新進(jìn)行圖像采集；用戶終端采集圖像數(shù)據(jù)，接收并顯示反饋信息，服務(wù)器進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的處理，發(fā)送反饋信息，完成匹配數(shù)據(jù)的存儲與檢索；
[0029]其中，數(shù)據(jù)匹配中包括以下步驟:
[0030](I)根據(jù)圖像采集數(shù)據(jù)，獲得當(dāng)前圖像對應(yīng)的工件名稱和采集時(shí)間；從工件信息數(shù)據(jù)庫中提取對應(yīng)的基礎(chǔ)信息；
[0031](2)對所采集的圖像進(jìn)行圖像處理，獲取工件當(dāng)前的邊緣輪廓、尺寸信息；
[0032](3)根據(jù)圖像的采集時(shí)間以及工件的邊緣輪廓及尺寸信息，將工件應(yīng)當(dāng)處于和當(dāng)前所可能處于的加工階段范圍進(jìn)行匹配，從工件的基礎(chǔ)CAD數(shù)據(jù)模型，生成與當(dāng)前加工狀態(tài)對應(yīng)的若干當(dāng)前CAD數(shù)據(jù)模型；
[0033](4)調(diào)整當(dāng)前CAD模型的姿態(tài)，在匹配范圍內(nèi)，通過自動(dòng)調(diào)整參數(shù)的方式，自動(dòng)生成當(dāng)前CAD模型的二維圖，即標(biāo)準(zhǔn)邊緣輪廓圖，過程中檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)邊緣輪廓和采集所得的邊緣輪廓的匹配度；
[0034](5)當(dāng)匹配度滿足事先設(shè)定的閾值，工件加工狀態(tài)即識別完畢；以當(dāng)前CAD模型以及工藝信息表中對應(yīng)的數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，記錄工件當(dāng)前狀態(tài)信息(與基準(zhǔn)的偏差)，生成對應(yīng)的工藝狀態(tài)編號和尺寸偏差代號存入工件信息數(shù)據(jù)庫；
[0035](6)如果未能正確匹配，返回用戶終端要求重新采集或者要求人工選擇對應(yīng)的加工階段以限制可能的匹配范圍，但最終匹配結(jié)果只能通過自動(dòng)判定獲得，不能人工干預(yù)。
[0036]具體操作步驟如下是:用戶終端根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)數(shù)據(jù)生成狀態(tài)信息采集計(jì)劃，通過移動(dòng)終端或固定終端(手機(jī)或者計(jì)算機(jī))發(fā)送任務(wù)指令至操作人員；操作人員按指定的時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行圖像采集，自動(dòng)上傳至服務(wù)器；所獲得的圖像，根據(jù)經(jīng)典或者改進(jìn)后的圖像處理算法獲得圖像信息(如通過canny或sobel算法根據(jù)圖像獲取實(shí)際邊緣數(shù)據(jù))，然后根據(jù)現(xiàn)有CAD實(shí)體模型自動(dòng)生成對應(yīng)的二維圖像(如通過pro/e、soIidworks等三維軟件的工程圖模塊)，從而獲得理論邊緣數(shù)據(jù)。將實(shí)際邊緣數(shù)據(jù)與理論邊緣數(shù)據(jù)在服務(wù)器匹配，匹配成功后，反饋至用戶終端顯示并確認(rèn)；所采集的狀態(tài)數(shù)據(jù)均由服務(wù)器自動(dòng)匹配計(jì)算獲得，保證與現(xiàn)場狀態(tài)一致。數(shù)據(jù)在服務(wù)器保存，指令與反饋信息由服務(wù)器向操作人員終端發(fā)送。
[0037]以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例。可以理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的基本構(gòu)思的前提下直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的其他改進(jìn)和變化，均應(yīng)認(rèn)為包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于機(jī)器視覺的機(jī)械制造車間生產(chǎn)過程信息采集系統(tǒng)，包括多臺加工設(shè)備，其特征在于:各臺所述加工設(shè)備上均具有能夠進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)采集的圖像采集終端，所述圖像采集終端通過以太網(wǎng)絡(luò)電纜連接網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)通過以太網(wǎng)絡(luò)電纜連接數(shù)據(jù)服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)還通過以太網(wǎng)絡(luò)電纜連接能夠調(diào)取數(shù)據(jù)服務(wù)器內(nèi)數(shù)據(jù)信息的用戶終端。
2.按照權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺的機(jī)械制造車間生產(chǎn)過程信息采集系統(tǒng)，其特征在于:所述網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)上連接WIFI接入設(shè)備，所述圖像采集終端為具有WIFI通訊功能的智能手機(jī)；所述智能手機(jī)、用戶終端與服務(wù)器之間能夠通過WIFI接入設(shè)備進(jìn)行信息傳輸。
3.—種如權(quán)利要求1或2所述采集系統(tǒng)的信息采集方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)組建由加工設(shè)備、圖像采集終端、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、以太網(wǎng)電纜以及WIFI接入設(shè)備、數(shù)據(jù)服務(wù)器和用戶終端構(gòu)成的信息采集系統(tǒng)； (2)在服務(wù)器上建立圖像數(shù)據(jù)庫以及工件信息數(shù)據(jù)庫； (3)圖像采集終端拍攝加工設(shè)備當(dāng)前工作狀態(tài)，圖像中體現(xiàn)工件狀態(tài)信息、工件位置信息、加工設(shè)備狀態(tài)信息以及采集時(shí)間信息；圖像信息所對應(yīng)的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)服務(wù)器匹配獲取成功后，反饋至用戶終端顯示并確認(rèn)；如果數(shù)據(jù)匹配不完整或失敗，服務(wù)器向用戶終端發(fā)送補(bǔ)充圖像采集的信息，操作人員按照反饋信息重新進(jìn)行圖像采集；用戶終端采集圖像數(shù)據(jù)，接收并顯示反饋信息，服務(wù)器進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的處理，發(fā)送反饋信息，完成匹配數(shù)據(jù)的存儲與檢索。
4.按照權(quán)利要求3所述的信息采集方法，其特征在于:所述服務(wù)器上信息數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)如下: 所述圖像數(shù)據(jù)庫，包括圖像信息表，圖像信息表字段包括ID、圖像編號、圖像路徑、圖像采集時(shí)間、圖像采集來源、備注；所述工件信息數(shù)據(jù)庫，包括工件狀態(tài)信息表、工件特征信息表、工件工藝信息表；工件狀態(tài)信息表字段包括ID、工件編號、工件狀態(tài)編號、備注；工件特征信息表字段包括:ID、工件編號、工件特征編號、工件特征描述、工件基礎(chǔ)CAD數(shù)據(jù)模型路徑；工件工藝信息表包括ID、工件編號、工藝編號、工藝狀態(tài)編號、尺寸偏差代號、工藝次序編號、當(dāng)前CAD數(shù)據(jù)模型路徑、備注。
5.按照權(quán)利要求3所述的信息采集方法，其特征在于:所述數(shù)據(jù)匹配中包括以下步驟: (1)根據(jù)圖像采集數(shù)據(jù)，獲得當(dāng)前圖像對應(yīng)的工件名稱和采集時(shí)間；從工件信息數(shù)據(jù)庫中提取對應(yīng)的基礎(chǔ)彳目息； (2)對所采集的圖像進(jìn)行圖像處理，獲取工件當(dāng)前的邊緣輪廓、尺寸信息； (3)根據(jù)圖像的采集時(shí)間以及工件的邊緣輪廓及尺寸信息，將工件應(yīng)當(dāng)處于和當(dāng)前所處于的加工階段范圍進(jìn)行匹配，從工件的基礎(chǔ)CAD數(shù)據(jù)模型，生成與當(dāng)前加工狀態(tài)對應(yīng)的若干當(dāng)前CAD數(shù)據(jù)模型； (4)調(diào)整當(dāng)前CAD模型的姿態(tài)，在匹配范圍內(nèi)，通過自動(dòng)調(diào)整參數(shù)的方式，自動(dòng)生成當(dāng)前CAD模型的二維圖，即標(biāo)準(zhǔn)邊緣輪廓圖，過程中檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)邊緣輪廓和采集所得的邊緣輪廓的匹配度； (5)當(dāng)匹配度滿足事先設(shè)定的閾值，工件加工狀態(tài)即識別完畢；以當(dāng)前CAD模型以及工藝信息表中對應(yīng)的數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，記錄工件當(dāng)前狀態(tài)信息，生成對應(yīng)的工藝狀態(tài)編號和尺寸偏差代號存入工件信息數(shù)據(jù)庫； (6)如果未能正確匹配，返回用戶終端要求重新采集或者要求人工選擇對應(yīng)的加工階段以限制可能的匹配范圍。
【文檔編號】G05B19/418GK104281132SQ201410495231
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月24日
【發(fā)明者】冷承業(yè) 申請人:鎮(zhèn)江市高等?？茖W(xué)校