CN115019578A - 一种部件拆装实训方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种部件拆装实训方法及系统，部件拆装包括对部件的零件进行拆解和装配，实训方法包括通过获取零件、部件及环境图像，并与数据库进行比对，判断零件拆解和装配步骤和/或部件状态是否准确，并通过影像和/或音频对判断结果进行提示；实训系统用于所述实训方法，包括拆装平台及拆装系统，所述拆装系统包括拆装识别模块和拆装指引模块，所述拆装识别模块与所述拆装指引模块连接，所述拆装识别模块包括设置在所述拆装平台上用于获取零件、部件及环境图像的获取装置，所述拆装识别模块内置部件拆装检测模型及与所述部件拆装检测模型对应的拆装工具取放状态；本发明通过图像获取对部件拆装过程正确与否进行判断，实现人机互动交互教学。
Description
技术领域
本发明涉及涉及教学培训方法及教具技术领域，尤其涉及一种部件拆装实训方法及系统。
背景技术
随着我国轨道交通建设的持续推进，以及国际市场的不断拓展，我国轨道交通企业的发展前景相当广阔，目前国内已建成一批具有国际先进水平的制造基地，生产能力已居世界领先地位；形成了以主机企业为核心、以配套企业为骨干，辐射全国的轨道交通装备制造产业链；在铁路机车车辆零部件组装、维护、检修等方面急需培养大量人才。
经过调研，发现各机车车辆制造企业、铁路局、职业院校在零部件拆解、组装方面没有系统、成套的培训设备；在培训过程中，单纯依靠教师现场指导，无法及时发现学员的错误操作流程与错误使用工具，并导致设备、工具的损坏与人员受伤。
因此，铁路机车车辆小型部件拆解、组装的培训效果、效率与安全性急待提高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有机车车辆制造与运用企业员工、职业院校学生在机车车辆小型部件组装、维护、检修培训学习中存在效果不佳、效率低下及安全性的问题。
本发明为了解决现有技术问题，通过提供一种实训方法，采用标准化工艺流程对学员实训阶段进行规划，并借助图像获取对各个阶段的实训情况进行判断，更进一步的借助图像及音频提示的形式，实现实训过程的学习、练习。
具体技术方案如下：
提供一种部件拆装实训方法，所述部件拆装包括对所述部件的零件进行拆解和装配，所述实训方法具体包括通过获取零件、部件及环境图像，并与数据库进行比对，判断所述零件拆解和装配步骤和/或部件状态是否准确，并通过影像和/或音频对所述判断结果进行提示。
进一步地，所述零件拆解和装配步骤是否准确通过入侵检测算法进行检测。
具体的，所述入侵检测算法基于ViBe算法，并通过YCbCr颜色特征与CLBP纹理特征提取运动目标，通过三帧差分法对区域内的入侵运动目标进行判断，所述运动目标包括零件和/或拆装工具。
进一步地，所述部件状态是否准确通过工作过程检测算法进行检测。
具体的，所述工作过程检测算法基于Faster-RCNN算法，通过建立Faster-RCNN网络模型，建立拆解和装配各步骤部件图像数据集，利用数据集对模型进行训练并完成判断。
优选的，所述部件图像数据集的训练样本数大于50张。
进一步地，所述零件、部件及环境图像包括零件摆放位置及零件拆解或装配后对应的部件状态、工具取用状态。
本发明还提供了一种实训系统，用于所述部件拆解实训方法，学员可以通过实训系统学习铁路机车车辆小型部件拆解、组装的标准工艺流程，并在实训系统的指引下，通过人机互动进行练习，教师可通过本实训系统开展考核，充分了解学员学习效果。
具体技术方案如下：
所述实训系统包括拆装平台及拆装系统，所述拆装系统包括拆装识别模块和拆装指引模块，所述拆装识别模块与所述拆装指引模块连接，所述拆装识别模块包括设置在所述拆装平台上用于获取零件、部件及环境图像的获取装置，所述拆装识别模块内置部件拆装检测模型及与所述部件拆装检测模型对应的拆装工具取放状态，所述拆装指引模块包括设置在所述拆装平台上的激光投影仪。
进一步地，所述拆装平台包括用于判断所述拆装工具取放状态的拆装工具取放检测装置及用于放置部件的操作台；所述工具取放检测装置包括若干工具格及分别设置在若干工具格的接近传感器，所述接近传感器与所述拆装识别模块信号连接；通过接近传感器对工具取放状态进行判断，并将判断结果传送给拆装识别模块进行识别。
进一步地，所述拆装工具取放状态可以基于入侵检测算法并通过光流技术及模板匹配技术实现，主要通过拆装识别模块的用于获取零件、部件及环境图像的获取装置直接获取拆装工具取放状态，结合内置拆装检测模型及其对应的拆装工具取放状态进行判定操作是否正确。
进一步地，所述用于获取零件、部件及环境图像的获取装置为工业数字摄像机，所述工业数字摄像机和激光投影仪设置于所述操作台正上方，通过固定装置安装在操作台正上方，能够有效的对操作台上部件拆装状态进行图像捕捉，并通过激光投影仪将投影图像到操作台上，方便对拆装过程进行指引。
进一步地，实训系统包括学习模式、练习模式及考核模式。
在选择学习模式时，通过拆装识别模块、拆装指引模块完全指引操作者进行操作。
在选择练习模式时，操作者在拆装操作过程中不进行正确操作提示，只进行错误操作提示，由操作者自行改正操作后，消除错误操作提示，并将练习过程记录、评分。
在选择考核模式时，操作者在拆装操作过程中不进行任何提示指引，考核结束后，由系统进行自动评分，并记录错误操作点。
有益效果如下：
通过提供一种实训方法，采用标准化工艺流程对学员实训阶段进行规划，并借助图像获取对各个阶段的实训情况进行判断，更进一步的借助图像及音频提示的形式，实现实训过程的学习、练习；
并且学员可以通过实训系统学习铁路机车车辆小型部件拆解、组装的标准工艺流程，并在实训系统的指引下，通过人机互动进行练习，教师可通过本实训系统开展考核，充分了解学员学习效果。
附图说明
图1为本实施例部件拆装实训方法流程图；
图2为本实施例部件拆装实训系统示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
实施例1
本实施例提供一种部件拆装实训方法，本实施例中部件拆装包括对部件的零件进行拆解和装配。
如图1所示，实训方法具体包括通过获取零件、部件及环境图像；并与数据库进行比对；判断零件拆解和装配步骤和/或部件状态是否准确；并通过影像和/或音频对所述判断结果进行提示。
本实施例中，零件拆解和装配步骤是否准确通过入侵检测算法进行检测。
具体的，入侵检测算法基于ViBe算法，并通过YCbCr颜色特征与CLBP纹理特征提取运动目标，通过三帧差分法对区域内的入侵运动目标进行判断，本实施例中，运动目标为零件和拆装工具。
本实施例中，部件状态是否准确通过工作过程检测算法进行检测。
具体的，工作过程检测算法基于Faster-RCNN算法，通过建立Faster-RCNN网络模型，建立拆解和装配各步骤部件图像数据集，利用数据集对模型进行训练并完成判断。
本实施例中，部件图像数据集的训练样本数大于50张。
本实施例中，零件、部件及环境图像包括零件摆放位置及零件拆解或装配后对应的部件状态、工具取用状态。
本实施例通过提供一种实训方法，采用标准化工艺流程对学员实训阶段进行规划，并借助图像获取对各个阶段的实训情况进行判断，更进一步的借助图像及音频提示的形式，实现实训过程的学习、练习。
实施例2
如图2所示，本实施例提供一种用于实施例1中实训方法的实训系统，包括拆装平台1及拆装系统2，拆装系统2包括拆装识别模块和拆装指引模块（未示出），拆装识别模块与拆装指引模块连接，拆装识别模块包括设置在拆装平台1上用于获取零件、部件及环境图像的获取装置3，拆装识别模块内置部件拆装检测模型及与部件拆装检测模型对应的拆装工具取放状态数据，拆装指引模块包括设置在拆装平台1上的激光投影仪4；由拆装识别模块通过图像获取装置3采集拆装操作信息并根据内置拆装检测模型进行识别，并将识别结果传递给拆装指引模块，由拆装指引模块通过激光投影仪4将操作是否正确以及正确操作步骤通过图像进行投影。
本实施例中，部件拆装检测模型基于深度学习目标检测算法并通过使用至少50张训练样本形成。
本实施例中，拆装平台1包括用于判断拆装工具取放状态的拆装工具取放检测装置11及用于放置部件的操作台12。
本实施例中，工具取放检测装置11包括若干工具格及分别设置在若干工具格的接近传感器，接近传感器与拆装识别模块信号连接，通过接近传感器对工具取放状态进行判断，并将判断结果传送给拆装识别模块进行识别。
本实施例中，拆装工具取放状态也可以基于入侵检测算法并通过光流技术及模板匹配技术实现，主要通过拆装识别模块的图像获取装置直接获取拆装工具取放状态，结合内置拆装检测模型及其对应的拆装工具取放状态进行判定操作是否正确，本实施例中拆装工具为实施例1中的运动目标。
本实施例中，用于获取零件、部件及环境图像的获取装置3及激光投影仪4设置于操作台12正上方，通过固定装置安装在操作台正上方，能够有效的对操作台上部件拆装状态进行图像捕捉，并通过激光投影仪4将投影图像到操作台12上，方便对拆装过程进行指引。
本实施例中用于获取零件、部件及环境图像的获取装置3为工业数字摄像机。
本实施例中实训系统包括学习模式、练习模式及考核模式。
在选择学习模式时，通过拆装识别模块、拆装指引模块完全指引操作者进行操作。
在选择练习模式时，操作者在拆装操作过程中不进行正确操作提示，只进行错误操作提示，由操作者自行改正操作后，消除错误操作提示，并将练习过程记录、评分。
在选择考核模式时，操作者在拆装操作过程中不进行任何提示指引，考核结束后，由系统进行自动评分，并记录错误操作点。
本实施例中的实训系统使得学员可以通过学习铁路机车车辆小型部件拆解、组装的标准工艺流程，并在实训系统的指引下，通过人机互动进行练习，教师可通过本实训系统开展考核，充分了解学员学习效果。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本实发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护之内。
Claims (10)
1.一种部件拆装实训方法，其特征在于，所述部件拆装包括对所述部件的零件进行拆解和装配，所述实训方法具体包括通过获取零件、部件及环境图像，并与数据库进行比对，判断所述零件拆解和装配步骤和/或部件状态是否准确，并通过影像和/或音频对所述判断结果进行提示。
2.根据权利要求1所述部件拆装实训方法，其特征在于，所述零件拆解和装配步骤是否准确通过入侵检测算法进行检测。
3.根据权利要求2所述部件拆装实训方法，其特征在于，所述入侵检测算法基于ViBe算法，并通过YCbCr颜色特征与CLBP纹理特征提取运动目标，通过三帧差分法对区域内的入侵运动目标进行判断，所述运动目标包括零件和/或拆装工具。
4.根据权利要求1所述部件拆装实训方法，其特征在于，所述部件状态是否准确通过工作过程检测算法进行检测。
5.根据权利要求4所述部件拆装实训方法，其特征在于，所述工作过程检测算法基于Faster-RCNN算法，通过建立Faster-RCNN网络模型，建立拆解和装配各步骤部件图像数据集，利用数据集对模型进行训练并完成判断。
6.根据权利要求5所述部件拆装实训方法，其特征在于，所述部件图像数据集的训练样本数大于50张。
7.根据权利要求1所述部件拆装实训方法，其特征在于，所述零件、部件及环境图像包括零件摆放位置及零件拆解或装配后对应的部件状态、工具取用状态。
8.一种用于权利要求1~7任意一项所述部件拆装实训方法的实训系统，其特征在于，所述实训系统包括拆装平台及拆装系统，所述拆装系统包括拆装识别模块和拆装指引模块，所述拆装识别模块与所述拆装指引模块连接，所述拆装识别模块包括设置在所述拆装平台上用于获取零件、部件及环境图像的获取装置，所述拆装识别模块内置部件拆装检测模型及与所述部件拆装检测模型对应的拆装工具取放状态，所述拆装指引模块包括设置在所述拆装平台上的激光投影仪。
9.根据权利要求8所述实训系统，其特征在于，所述拆装平台包括用于判断所述拆装工具取放状态的拆装工具取放检测装置及用于放置部件的操作台；所述工具取放检测装置包括若干工具格及分别设置在若干工具格的接近传感器，所述接近传感器与所述拆装识别模块信号连接。
10.根据权利要求8所述实训系统，其特征在于，所述用于获取零件、部件及环境图像的获取装置为工业数字摄像机，所述工业数字摄像机和激光投影仪设置于所述操作台正上方。
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