CN113495533A - 一种针对铸管生产线的自动化过程追溯方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种针对铸管生产线的自动化过程追溯方法，设计了一种基于视觉系统、机器人、电气系统、机械装置及软件系统的，针对于铸管编码识别的通用化、自动化的过程追溯方法。识别场景包括砂芯字符识别和铸管字符识别两种。方法包括视觉系统的架设方法、字符集训练、机器人动作设计、软件功能设计、通信系统设计。本发明达到了在铸管生产线生产过程中，通过对砂芯、铸管的字符编码进行识别，从而实现铸管质量的全过程追溯的效果，解决了生产过程中对关于铸管流转信息无法跟踪的问题，减少人力成本、提高对各工序环节的监控能力，并有助于生产质量问题的分析。

Description

一种针对铸管生产线的自动化过程追溯方法

技术领域

本发明涉及了一种针对铸管生产线的自动化过程追溯方法，应用于冶金铸造行业领域。

背景技术

目前中国城镇化建设还在逐步推进，因此城市地下管网以及新老城区改造等建设决定了对铸管产量会有大量的需求。然而，在生产技术上、生产装备、设备自动化控制水平等方面，我国还有很大的提升空间。

在当前大多数的铸管生产环境中，存在以下问题：首先，无法实现质量问题全过程追溯，无法做到完全跟踪制造环境中所产生不合格产品；其次，无法实时、准确获取生产信息，以往的信息系统，都必须通过电话、传真或者E-mail才能了解企业部分的订单、生产以及情况，而且还不一定准确。因此客户在了解情况的同时，只有含糊不清的应付，与此同时，现场某个铸管产生了质量问题，也无法立即到信息系统中进行匹配。

因此，提出此种方法解决上述问题，具有很大实际意义。

发明内容

本发明所针对的问题主要是在冶金行业的铸管制造过程中，由于工序繁多流转周期长，产生的铸管无法追溯和定位，因此一旦出现生产状况异常或不合格产品，难以确定问题产生环节，即便确定也需要人工分析，耗费人力物力。因此提出一种针对铸管生产线的自动化过程追溯方法，解决这个难题。

如何解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种针对铸管生产线的自动化过程追溯方法，包括以下步骤：

控制机器人动作并触发视觉系统采集图像，视觉系统从工位获取含有工件字符的图像；字符集训练模块对含有工件字符的图像进行训练；

控制机器人动作并触发视觉系统采集待测图像，字符集训练模块从待检测图像识别出字符；根据字符集训练模块识别出的字符确定工位和任务，实现追溯，并根据任务控制工位执行机构动作。

所述控制机器人动作并触发视觉系统采集图像，执行以下步骤：

砂芯上芯工位机器人抓取砂芯后，移至相机视觉范围内，做设定角度内的旋转，相机从砂芯上获取含有砂芯字符的图像；

铸管流转工位机器人动作使末端的3D激光线扫相机进入铸管内部，3D激光线扫相机以设定的角度旋转，从铸管内壁采集含有铸管字符的图像后移出。

所述对含有工件字符的图像进行训练，包括以下步骤：

1)获取含有砂芯字符的图像和含有铸管字符的图像，分别作为识别字符的砂芯和铸管样本；

2)对砂芯样本和铸管样本构成的字符集进行训练。

4.根据权利要求1所述的一种针对铸管生产线的自动化过程追溯方法，其特征在于，所述从待检测图像识别出字符，具体如下：

训练完成后，通过2D相机、激光线扫相机分别获取待测砂芯图像和铸管图像，通过训练后的模型识别出字符。

所述上位机执行以下步骤：

1)从MES获取生产计划；

2)根据生产计划获取任务以及相应的工位，通过PLC控制机器人和触发视觉系统；

3)将字符集训练模块识别的字符反馈给MES，根据任务控制工位执行机构动作。

一种针对铸管生产线的自动化过程追溯系统，包括：

视觉系统，用于从工位获取含有工件字符的图像；

字符集训练模块，用于对含有工件字符的图像进行训练，从待检测图像识别出字符；

上位机，用于控制机器人动作并触发视觉系统采集图像；根据字符集训练模块识别出的字符确定工位和任务，并根据任务控制工位执行机构动作。

所述控制视觉系统包括：

2D相机，在砂芯上芯工位机器人旁设置可调节高度的相机支架，支架上设有2D相机；

激光线扫相机，在铸管流转工位机器人末端设置3D激光线扫相机。

本发明的有益效果和优点是：

1、实现铸管质量的全过程追溯的效果，解决了生产过程中对关于铸管流转信息无法跟踪的问题。

2、及时将铸管在各工序的生产情况提交给MES，有助于生产问题定位。

3、提交的数据均可作为历史数据保存，有助于分析。

4、基于本方法构造的系统可实现自动运行，减少人力成本，提高工作效率。

附图说明

图1是本发明的整体示意图。

图2a是本发明中视觉系统的架设方法示意图一。

图2b是本发明中视觉系统的架设方法示意图二。

图3是本发明中字符集训练流程图。

图4a是本发明中机器人动作设计流程图一。

图4b是本发明中机器人动作设计流程图一。

图5是本发明中软件功能架构图。

图6是本发明中通信系统设计示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行详细介绍，进一步描述本发明的目的、具体技术方案以及优势。

一种针对铸管生产线的自动化过程追溯方法，包括如下内容：

视觉系统的架设方法，针对工位的具体情况，架设视觉系统用于获取字符，本方法针对砂芯上芯工位及其他铸管流转工位设计两种通用架设方法；

字符集训练，利用视觉系统针对待识别字符进行训练，达到自动识别的效果；

机器人动作设计，砂芯字符识别场景和铸管字符识别场景均需要依托于机器人，设计数套示教动作；

软件功能设计，软件系统是整套方法的控制核心，将视觉系统、机器人、电气系统串联起来；

通信系统设计，通信系统设计以PLC为核心，通信系统包括各个设备与PLC的通信、软件系统与PLC的通信。此外还包括软件系统与MES系统的通信。

所述针对砂芯上芯工位及其他铸管流转工位设计两种通用架设方法包括：

1)砂芯上芯工位在砂芯摆放处架设相机支架，支架高度可调节，支架上架设一款2D智能相机；

2)铸管流转工位在该工位机器人六轴处增设3D激光线扫相机。

所述利用视觉系统针对待识别字符进行训练，达到自动识别的效果包括以下步骤：

1)取得足够多的，能够覆盖全部需要识别的字符的砂芯和铸管样本；

2)对于砂芯、铸管场景的两款相机，都要逐个获取样本图像，并对字符集进行训练；

3)训练完成后，在系统投入运行的过程中，如果再次出现识别失败的情况，则需进行二次训练。

所述依托于机器人，设计数套示教动作包括：

1)砂芯上芯工位机器人的示教动作为抓取砂芯后，移至相机视觉范围内，做一定范围内的旋转，相机获取图像完成后，机器人移开继续进行上芯操作，上芯操作完成后抓取下一个砂芯重复上述动作；

2)铸管流转工位机器人示教动作总体分为移入、旋转、移出三步，其中旋转动作共有几套取决于铸管的尺寸型号共有几种。

所述软件系统是整套方法的控制核心，将视觉系统、机器人、电气系统串联起来，包括以下步骤：

1)软件系统负责对接MES获取生产计划；

2)软件系统负责与PLC通信，传达控制机器人、视觉系统等设备的指令；

3)软件系统负责将识别结果反馈给MES及操作人员。

所述通信系统设计以PLC为核心是指，本方法中使用的视觉系统、机器人、电气设备、机械设备的控制，均集中在PLC上进行控制，都通过PLC进行通信即可。

参见图1，这是本发明的整体示意图，分为视觉系统的架设方法、字符集训练、机器人动作设计、软件功能设计、通信系统设计几大部分。

视觉系统架设，用于获取砂芯或铸管工位的物件字符信息，针对这两种场景需要分别设计架设方法。

字符集训练是分别对获取到的足量砂芯字符样本和铸管字符样本进行训练，使之能达到自动识别的程度。

机器人动作设计同样针对于两种场景有各自的动作设计，设计需要根据现场条件及物件规格来进行。

软件系统的功能设计主要包括显示功能、控制功能、识别功能、查询功能。

通信系统设计以PLC为核心，负责与机器人、视觉系统通信，与软件系统通信，以及与现场其他机械装置通信。

参见图2a～图2b，是本发明中视觉系统的架设方法示意图。首先，砂芯工位的视觉系统架设方法如图所示，根据现场情况在砂芯上芯位置固定一个上下可调节的相机支架，相机选型示例为2D智能相机。砂芯工位设置一个机器人用于抓取砂芯后给生产铸管的离心机上芯，因此相机支架的位置选取以及相机的高度，要保证机器人抓取砂芯后足以将砂芯移至相机视觉范围内，并进行0-70度的旋转使得砂芯字符完整地被相机获取。

铸管工位的视觉系统架设方法如图所示，铸管的流转是通过链条来完成，因此机器人设置在铸管的承口处，相机固定在机器人的六轴处，机器人选位要保证在链条停止时，足以将相机伸入铸管承口，并旋转360度使承口内壁的字符完全进入相机视野，相机选型为三维激光线扫相机。

参见图3，是本发明中字符集训练流程图。砂芯字符训练和铸管字符训练都遵照此流程。第一步，准备足够的字符样本，至少保证字符样本能够覆盖所有的需要识别的字符，如样本数量多可以使识别成功率得到提高。第二步，通过架设好的视觉系统将准备好的字符录入。录入后通过字符识别算法对所有的字符进行训练。完成训练后即可将系统投入试运行，如在运行阶段出现识别失败的情况，则需要针对识别失败的字符进行二次训练，继续丰富字符集。

参见图4a～图4b，是本发明中机器人动作设计流程图。根据工位不同，对应的机器人有不同的动作。

首先，砂芯工位机器人是在上芯的过程中将砂芯字符提供给视觉系统，第一步是抓取砂芯，随后将砂芯移至相机视野范围内，具体砂芯停留的位置在前期字符训练时选定，保证选取的是保证砂芯字符完整进入相机视野的位置。砂芯到位后由机器人带动砂芯左右旋转调整0-70度，以防字符刻印位置有偏差，在移动的过程中，相机即可将视野内容传至软件系统进行识别。之后机器人将砂芯移出视野范围。最后一步正常将砂芯上芯。上芯完成即一次流程结束，在自动运行的状态下开始抓取下一个砂芯，重复上述流程。

铸管工位机器人动作的前提是铸管到位、链条停止运转。在机器人正式投入运转之前需要根据不同规格的铸管完成对应的示教动作，示教动作均为机器人带动相机伸入铸管承口，随后带动相机旋转360度，只是根据规格的不同旋转的半径不同。

机器人首先接收到软件系统告知的铸管规格，铸管规格不同则承口直径不同。随后伸入铸管承口。再根据铸管规格选取对应的示教动作进行旋转，旋转结束后移出铸管承口，一次流程结束，等待下次铸管到位信号。

参见图5，是本发明中软件功能架构图。功能模块包含显示功能、控制功能、识别功能、查询功能。

显示功能中图片显示区用于实时展示每次相机获取的图像；识别结果区显示每次识别完成后的字符识别结果以及识别准确率；运行状态区实时展示系统的运行状态以及与通信系统的连通状态；生产计划区显示软件系统从MES获取的生产计划以及每条生产计划的完成情况。

控制功能中场景切换指在砂芯场景及铸管场景间进行切换；模式切换指系统在自动运行和手动运行之间切换；运行控制是指在手动运行模式下需要人为的控制机器人是否进行下一步动作。

识别功能中的字符识别算法用于对获取的图像进行自动识别，人工调整功能用于对识别失败的情况进行人工干预，人工修改识别结果。

查询功能中包括对字符识别结果的历史记录进行查询，以及对系统运行过程中产生的日志进行查询，以便于分析系统运行过程中出现的问题。

参见图6，是通信系统设计示意图。通信系统以PLC为核心，在PLC数据区内建立对应变量，通过读写PLC变量进行通信。建立的变量包括机器人启动控制变量、链条运行状态变量、视觉识别结果变量等等。机器人、视觉系统、机械装置等设备将状态反馈至这些PLC变量，软件系统也通过读写这些变量实现对设备的控制和对设备状态的获取。除此之外，软件系统与MES通信将识别结果上传。MES系统获取到识别结果，对照字符编码即实现对铸管的追溯。

综上所述，本发明的方法主要针对于铸管生产线实现对铸管的全过程追溯，解决了生产过程中对关于铸管流转信息无法跟踪的问题。能够保证及时将铸管在各工序的生产情况提交给MES，有助于生产问题定位。同时提交的数据均可作为历史数据保存，有助于分析。基于本方法构造的系统可实现自动运行，达到减少人力成本，提高工作效率的效果。

Claims (7)

1.一种针对铸管生产线的自动化过程追溯方法，其特征在于，包括以下步骤：

控制机器人动作并触发视觉系统采集图像，视觉系统从工位获取含有工件字符的图像；字符集训练模块对含有工件字符的图像进行训练；

控制机器人动作并触发视觉系统采集待测图像，字符集训练模块从待检测图像识别出字符；根据字符集训练模块识别出的字符确定工位和任务，并根据任务控制工位执行机构动作。

2.根据权利要求1所述的一种针对铸管生产线的自动化过程追溯方法，其特征在于，所述控制机器人动作并触发视觉系统采集图像，执行以下步骤：

砂芯上芯工位机器人抓取砂芯后，移至相机视觉范围内，做设定角度内的旋转，相机从砂芯上获取含有砂芯字符的图像；

铸管流转工位机器人动作使末端的3D激光线扫相机进入铸管内部，3D激光线扫相机以设定的角度旋转，从铸管内壁采集含有铸管字符的图像后移出。

3.根据权利要求1所述的一种针对铸管生产线的自动化过程追溯方法，其特征在于，所述对含有工件字符的图像进行训练，包括以下步骤：

1)获取含有砂芯字符的图像和含有铸管字符的图像，分别作为识别字符的砂芯和铸管样本；

2)对砂芯样本和铸管样本构成的字符集进行训练。

4.根据权利要求1所述的一种针对铸管生产线的自动化过程追溯方法，其特征在于，所述从待检测图像识别出字符，具体如下：

训练完成后，通过2D相机、激光线扫相机分别获取待测砂芯图像和铸管图像，通过训练后的模型识别出字符。

5.根据权利要求1所述的一种针对铸管生产线的自动化过程追溯方法，其特征在于，所述上位机执行以下步骤：

1)从MES获取生产计划；

2)根据生产计划获取任务以及相应的工位，通过PLC控制机器人和触发视觉系统；

3)将字符集训练模块识别的字符反馈给MES，根据任务控制工位执行机构动作。

6.一种针对铸管生产线的自动化过程追溯系统，其特征在于，包括：

视觉系统，用于从工位获取含有工件字符的图像；

字符集训练模块，用于对含有工件字符的图像进行训练，从待检测图像识别出字符；

上位机，用于控制机器人动作并触发视觉系统采集图像；根据字符集训练模块识别出的字符确定工位和任务，并根据任务控制工位执行机构动作。

7.根据权利要求6所述的一种针对铸管生产线的自动化过程追溯系统，其特征在于，所述控制视觉系统包括：

2D相机，在砂芯上芯工位机器人旁设置可调节高度的相机支架，支架上设有2D相机；

激光线扫相机，在铸管流转工位机器人末端设置3D激光线扫相机。

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