CN104281132A - 基于机器视觉的机械制造车间生产过程信息采集系统及采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的机械制造车间生产过程信息采集系统及采集方法，属于制造业自动化控制与生产管理现代化技术领域。它包括多台加工设备，各台加工设备上均具有能够进行图像数据采集的图像采集终端，图像采集终端通过以太网络电缆连接网络交换机，网络交换机通过以太网络电缆连接数据服务器，网络交换机还通过以太网络电缆连接能够调取数据服务器内数据信息的用户终端。其有益技术效果是：通过实际数据和服务器数据匹配的方法将所采集的图像信息处理转换为工件状态信息，而不是直接根据图像信息进行简单的尺寸和颜色判断，不需要人工统计和填表，保证数据的真实性，大大降低了成本，提高了生产管理效率。

Description

基于机器视觉的机械制造车间生产过程信息采集系统及采集方法

技术领域

本发明涉及一种基于机器视觉的机械制造车间生产过程信息采集系统，属于制造业自动化控制与生产管理现代化技术领域。

背景技术

机械制造车间的产品设计信息、工艺信息、物料管理等都已经实现了信息化，但是目前车间的现场生产状态信息基本还属于信息孤岛，其信息采集方法大多通过人工填表录入等传统方式完成，采用现有的这种信息采集方法，耗费时间，效率低下，并且还无法保证录入系统的数据就是现场真实实时的数据；而生产状态信息不能准确有效地采集，就不能实现整个生产流程的闭环控制，影响生产效率的提升，制约了企业的管理水平。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够对生产状态信息准确实时采集，自动进行数据录入的基于机器视觉的机械制造车间生产过程信息采集系统及采集方法。

为了解决上述技术问题，本发明的基于机器视觉的机械制造车间生产过程信息采集系统，包括多台加工设备，各台加工设备上均具有能够进行图像数据采集的图像采集终端，图像采集终端通过以太网络电缆连接网络交换机，网络交换机通过以太网络电缆连接数据服务器，网络交换机还通过以太网络电缆连接能够调取数据服务器内数据信息的用户终端。

所述网络交换机上连接WIFI接入设备，所述图像采集终端为具有WIFI通讯功能的智能手机；所述智能手机、用户终端与服务器之间能够通过WIFI接入设备进行信息传输。

一种上述采集系统的信息采集方法，包括如下步骤：

(1)组建由加工设备、图像采集终端、网络交换机、以太网电缆以及WIFI接入设备、数据服务器和用户终端构成的信息采集系统；

(2)在服务器上建立图像数据库以及工件信息数据库；

(3)图像采集终端拍摄加工设备当前工作状态，图像中体现工件状态信息、工件位置信息、加工设备状态信息以及采集时间信息；图像信息所对应的数据在数据服务器匹配获取成功后，反馈至用户终端显示并确认；如果数据匹配不完整或失败，服务器向用户终端发送补充图像采集的信息，操作人员按照反馈信息重新进行图像采集；用户终端采集图像数据，接收并显示反馈信息，服务器进行图像数据的处理，发送反馈信息，完成匹配数据的存储与检索；

所述服务器上信息数据库结构如下：

所述图像数据库，包括图像信息表，图像信息表字段包括ID、图像编号、图像路径、图像采集时间、图像采集来源、备注；所述工件信息数据库，包括工件状态信息表、工件特征信息表、工件工艺信息表；工件状态信息表字段包括ID、工件编号、工件状态编号、备注；工件特征信息表字段包括：ID、工件编号、工件特征编号、工件特征描述、工件基础CAD数据模型路径；工件工艺信息表包括ID、工件编号、工艺编号、工艺状态编号、尺寸偏差代号、工艺次序编号、当前CAD数据模型路径、备注；

所述数据匹配中包括以下步骤：

(1)根据图像采集数据，获得当前图像对应的工件名称和采集时间；从工件信息数据库中提取对应的基础信息；

(2)对所采集的图像进行图像处理，获取工件当前的边缘轮廓、尺寸信息；

(3)根据图像的采集时间以及工件的边缘轮廓及尺寸信息，将工件应当处于和当前所处于的加工阶段范围进行匹配，从工件的基础CAD数据模型，生成与当前加工状态对应的若干当前CAD数据模型；

(4)调整当前CAD模型的姿态，在匹配范围内，通过自动调整参数的方式，自动生成当前CAD模型的二维图，即标准边缘轮廓图，过程中检验标准边缘轮廓和采集所得的边缘轮廓的匹配度；

(5)当匹配度满足事先设定的阈值，工件加工状态即识别完毕；以当前CAD模型以及工艺信息表中对应的数据为基准，记录工件当前状态信息，生成对应的工艺状态编号和尺寸偏差代号存入工件信息数据库；

(6)如果未能正确匹配，返回用户终端要求重新采集或者要求人工选择对应的加工阶段以限制可能的匹配范围。

本发明的有益技术效果是：

通过图像采集终端对包含了机械制造车间的工件状态信息乃至设备状态信息的图像进行采集，然后将图像传送到具有图像处理功能的服务程序中，通过服务器自动识别，可以实现指定时间节点上的工件加工状态、工件数量、工件尺寸等各类生产过程信息的自动采集，使其通过实际数据和服务器数据匹配的方法将所采集的图像信息处理转换为工件状态信息，而不是直接根据图像信息进行简单的尺寸和颜色判断，不需要人工统计和填表，保证数据的真实性，大大降低了成本，提高了生产管理效率。

附图说明

图1为本发明的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明的基于机器视觉的机械制造车间生产过程信息采集系统及采集方法作进一步详细说明。

如图所示，本发明的基于机器视觉的机械制造车间生产过程信息采集系统，包括多台加工设备，各台加工设备上均具有能够进行图像数据采集的图像采集终端，所述图像采集终端通过以太网络电缆连接网络交换机，网络交换机通过以太网络电缆连接数据服务器，网络交换机还通过以太网络电缆连接能够调取数据服务器内数据信息的用户终端；网络交换机上还连接WIFI接入设备，图像采集终端为具有WIFI通讯功能的智能手机；智能手机、用户终端与服务器之间能够通过WIFI接入设备进行信息传输。

一种上述采集系统的信息采集方法，包括如下步骤：

(1)组建由加工设备、图像采集终端、网络交换机、以太网电缆以及WIFI接入设备、数据服务器和用户终端构成的信息采集系统；具体地说车间配备若干台手持图像采集终端，根据需要对各台加工设备进行图像数据采集，也可以采用监控方式，一台加工设备安装一台图像采集终端进行图像数据采集；图像采集终端、服务器以及用户终端均通过网络交换设备接入同一局域网，其中，图像采集终端采用手机等手持设备以及工业相机工控机的固定采集方案，图像采集终端可以选用市场上已经普及的安卓系统手机，但对照相功能有较高要求，一般应有500万～800万以上像素，并配置有闪光灯(如三星i8510等)，通过WIFI和RJ45电缆连接；服务器与网络交换机之间通过RJ45电缆连接，用户终端通过RJ45电缆或者WIFI与服务器连接；在网速不能保证的情况下，考虑到图像传输的效率，应当优先采用INTRANET进行通讯。

(2)在服务器上建立图像数据库以及工件信息数据库；所说的服务器上信息数据库结构如下：

图像数据库，包括图像信息表，图像信息表字段包括ID、图像编号、图像路径、图像采集时间、图像采集来源、备注；工件信息数据库，包括工件状态信息表、工件特征信息表、工件工艺信息表；工件状态信息表字段包括ID、工件编号、工件状态编号、备注；工件特征信息表字段包括：ID、工件编号、工件特征编号、工件特征描述、工件基础CAD数据模型路径；工件工艺信息表包括ID、工件编号、工艺编号、工艺状态编号、尺寸偏差代号、工艺次序编号、当前CAD数据模型路径、备注；

(3)图像采集终端拍摄加工设备当前工作状态，图像中体现工件状态信息、工件位置信息、加工设备状态信息以及采集时间信息；操作人员按指定的时间节点人工或者自动进行图像采集，图像信息所对应的数据在数据服务器匹配获取成功后，反馈至用户终端显示并确认；如果数据匹配不完整或失败，服务器向用户终端发送补充图像采集的信息，操作人员按照反馈信息重新进行图像采集；用户终端采集图像数据，接收并显示反馈信息，服务器进行图像数据的处理，发送反馈信息，完成匹配数据的存储与检索；

其中，数据匹配中包括以下步骤：

(1)根据图像采集数据，获得当前图像对应的工件名称和采集时间；从工件信息数据库中提取对应的基础信息；

(2)对所采集的图像进行图像处理，获取工件当前的边缘轮廓、尺寸信息；

(3)根据图像的采集时间以及工件的边缘轮廓及尺寸信息，将工件应当处于和当前所可能处于的加工阶段范围进行匹配，从工件的基础CAD数据模型，生成与当前加工状态对应的若干当前CAD数据模型；

(4)调整当前CAD模型的姿态，在匹配范围内，通过自动调整参数的方式，自动生成当前CAD模型的二维图，即标准边缘轮廓图，过程中检验标准边缘轮廓和采集所得的边缘轮廓的匹配度；

(5)当匹配度满足事先设定的阈值，工件加工状态即识别完毕；以当前CAD模型以及工艺信息表中对应的数据为基准，记录工件当前状态信息(与基准的偏差)，生成对应的工艺状态编号和尺寸偏差代号存入工件信息数据库；

(6)如果未能正确匹配，返回用户终端要求重新采集或者要求人工选择对应的加工阶段以限制可能的匹配范围，但最终匹配结果只能通过自动判定获得，不能人工干预。

具体操作步骤如下是：用户终端根据生产任务数据生成状态信息采集计划，通过移动终端或固定终端(手机或者计算机)发送任务指令至操作人员；操作人员按指定的时间节点进行图像采集，自动上传至服务器；所获得的图像，根据经典或者改进后的图像处理算法获得图像信息(如通过canny或sobel算法根据图像获取实际边缘数据)，然后根据现有CAD实体模型自动生成对应的二维图像(如通过pro/e、solidworks等三维软件的工程图模块)，从而获得理论边缘数据。将实际边缘数据与理论边缘数据在服务器匹配，匹配成功后，反馈至用户终端显示并确认；所采集的状态数据均由服务器自动匹配计算获得，保证与现场状态一致。数据在服务器保存，指令与反馈信息由服务器向操作人员终端发送。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的基本构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于机器视觉的机械制造车间生产过程信息采集系统，包括多台加工设备，其特征在于：各台所述加工设备上均具有能够进行图像数据采集的图像采集终端，所述图像采集终端通过以太网络电缆连接网络交换机，网络交换机通过以太网络电缆连接数据服务器，网络交换机还通过以太网络电缆连接能够调取数据服务器内数据信息的用户终端。 

2.按照权利要求1所述的基于机器视觉的机械制造车间生产过程信息采集系统，其特征在于：所述网络交换机上连接WIFI接入设备，所述图像采集终端为具有WIFI通讯功能的智能手机；所述智能手机、用户终端与服务器之间能够通过WIFI接入设备进行信息传输。 

3.一种如权利要求1或2所述采集系统的信息采集方法，其特征在于，包括如下步骤： 

(1)组建由加工设备、图像采集终端、网络交换机、以太网电缆以及WIFI接入设备、数据服务器和用户终端构成的信息采集系统； 

(2)在服务器上建立图像数据库以及工件信息数据库； 

(3)图像采集终端拍摄加工设备当前工作状态，图像中体现工件状态信息、工件位置信息、加工设备状态信息以及采集时间信息；图像信息所对应的数据在数据服务器匹配获取成功后，反馈至用户终端显示并确认；如果数据匹配不完整或失败，服务器向用户终端发送补充图像采集的信息，操作人员按照反馈信息重新进行图像采集；用户终端采集图像数据，接收并显示反馈信息，服务器进行图像数据的处理，发送反馈信息，完成匹配数据的存储与检索。 

4.按照权利要求3所述的信息采集方法，其特征在于：所述服务器上信息数据库结构如下： 

所述图像数据库，包括图像信息表，图像信息表字段包括ID、图像编号、图像路径、图像采集时间、图像采集来源、备注；所述 工件信息数据库，包括工件状态信息表、工件特征信息表、工件工艺信息表；工件状态信息表字段包括ID、工件编号、工件状态编号、备注；工件特征信息表字段包括：ID、工件编号、工件特征编号、工件特征描述、工件基础CAD数据模型路径；工件工艺信息表包括ID、工件编号、工艺编号、工艺状态编号、尺寸偏差代号、工艺次序编号、当前CAD数据模型路径、备注。 

5.按照权利要求3所述的信息采集方法，其特征在于：所述数据匹配中包括以下步骤： 

(1)根据图像采集数据，获得当前图像对应的工件名称和采集时间；从工件信息数据库中提取对应的基础信息； 

(2)对所采集的图像进行图像处理，获取工件当前的边缘轮廓、尺寸信息； 

(3)根据图像的采集时间以及工件的边缘轮廓及尺寸信息，将工件应当处于和当前所处于的加工阶段范围进行匹配，从工件的基础CAD数据模型，生成与当前加工状态对应的若干当前CAD数据模型； 

(4)调整当前CAD模型的姿态，在匹配范围内，通过自动调整参数的方式，自动生成当前CAD模型的二维图，即标准边缘轮廓图，过程中检验标准边缘轮廓和采集所得的边缘轮廓的匹配度； 

(5)当匹配度满足事先设定的阈值，工件加工状态即识别完毕；以当前CAD模型以及工艺信息表中对应的数据为基准，记录工件当前状态信息，生成对应的工艺状态编号和尺寸偏差代号存入工件信息数据库； 

(6)如果未能正确匹配，返回用户终端要求重新采集或者要求人工选择对应的加工阶段以限制可能的匹配范围。