一种基于机器视觉的螺丝机作业操作参数采集分析系统

技术领域

本发明属于螺丝机作业管理领域，涉及到一种基于机器视觉的螺丝机作业操作参数采集分析系统。

背景技术

人们日常生活中，许多经常运用的产品都是经过设备加工而成的，小到电子行业，大到重工业，都少不了要应用到螺丝，在此背景下，螺丝机逐渐取代传统的锁螺丝方式，为了保障螺丝的锁入效果，需要对螺丝机的操作作业参数进行分析。

目前对螺丝机的操作作业参数分析只停留在螺丝机的锁入过程，如根据螺丝机的设定操作参数对螺丝机的转动角度、批头的下降距离以及螺丝机工作时长等进行修订，很显然，目前对螺丝机的操作参数分析还存在以下几点不足：1、目前螺丝机的操作参数分析针对的是单一型号的孔位，即对单一型号的螺丝进行分析，当工件孔位存在多种时，当前模式明显不适用，存在一定的局限性，无法保障螺丝机作业参数分析的精准性和可靠性，同时还无法保障螺丝机的作业效率和作业质量。

2、目前对螺丝机的操作参数分析针对的是螺丝锁入过程，没有螺丝锁入完成后进行二次复检，进而无法保障工件中螺丝的锁入质量和锁入效果，同时通过单一的过程检测，存在一定的误差，也无法提高工件螺丝错锁、漏锁的检测效率和处理效率。

3、目前对螺丝机的操作参数分析没有对螺丝机的作业路径进行分析，当工件中存在多个孔位时，螺丝机作业路径的选取是提高螺丝机作业效率的重要保障，当前没有对此进行分析，无法提高螺丝机的作业效率，也无法确保螺丝机的作业规范性，同时还无法提高螺丝机的作业执行效果。

发明内容

鉴于此，为解决上述背景技术中所提出的问题，现提出一种基于机器视觉的螺丝机作业操作参数采集分析系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：本发明提供了一种基于机器视觉的螺丝机作业操作参数采集分析系统，该系统包括：工件基本信息识别模块，用于当工件传送装置中的工件传送至工件初步检测区域时，暂停工件传送装置运行，并启动工件初步检测区域内的三维高清摄像头对该工件进行图像采集，识别得到该工件对应的基本信息。

螺丝型号匹配分析模块，用于基于该工件对应的基本信息，分析得到该工件各孔位对应的需求螺丝型号。

螺丝机初始设置信息获取模块，用于获取螺丝机对应的初始设置信息，其具体包括批头类型、各类型批头对应的匹配螺丝型号和各类型批头对应的初始设置位置。

批头操作信息分析模块，用于基于该工件对应的基本信息、该工件各孔位对应的需求螺丝型号和螺丝机初始设置信息，分析得到该螺丝机对应的批头操作信息。

工件操作过程监测与分析模块，用于当该螺丝机批头操作信息完成确认后，通过螺丝机作业区域内的高清摄像头对螺丝机作业过程进行视频采集，从中识别出螺丝机对应的作业过程参数，进而分析得到螺丝机操作过程符合指数，并将螺丝机操作过程符合指数与设定的标准操作过程符合指数进行对比，若螺丝机操作过程符合指数小于设定的标准操作过程符合指数，则判断螺丝机操作状态为异常状态，反之则判断螺丝机操作状态为正常状态。

工件操作质量监测与分析模块，用于当该工件完成螺丝锁入并传送至质量检测区域时，暂停工件传送装置运行，启动质量检测区域中的三维高清摄像头对该工件进行图像采集，从中识别得到该工件对应的螺丝锁入信息，并分析得到工件螺丝锁入质量评估指数，同时确认该工件对应的质量状态。

材料信息库，用于存储各规格孔位对应的孔深和孔径，还用于存储各规格孔位对应的匹配螺丝型号。

预警终端，用于当螺丝机操作状态为异常状态或者该工件对应的质量状态为预警状态时，启动预警设备进行预警。

于本发明一优选实施例，所述该工件对应的基本信息包括端点数目、孔位数目、各孔位对应的位置、各孔位对应的孔径和各孔位对应的孔深。

于本发明一优选实施例，所述分析得到该工件各孔位对应的需求螺丝型号，具体分析过程如下：从该工件对应的基本信息中提取各孔位对应的孔深和孔径。

从材料信息库中提取各规格孔位对应的孔深和孔径。

将该工件各孔位对应的孔深和孔径与各规格孔位对应的孔深和孔径进行对应对比，筛选得到该工件各孔位对应的规格。

基于该工件各孔位对应的规格，从材料信息库中定位出该工件各孔位对应的匹配螺丝型号，由此将其作为该工件各孔位对应的需求螺丝型号。

于本发明一优选实施例，所述分析得到该螺丝机对应的批头操作信息，具体分析过程如下：从该工件对应的基本信息中提取端点数目和各孔位对应的位置，并以工件中的任意一个端点作为坐标原点构建工件孔位坐标系，进而获取各孔位对应的位置坐标。

基于该工件各孔位对应的需求螺丝型号和各类型批头对应的匹配螺丝型号，对比得出该工件各孔位对应的匹配批头类型，进而将各孔位对应的匹配批头类型进行相互对比，统计得到该工件对应的各类型匹配批头，并提取该工件各类型匹配批头对应的匹配孔位信息，其中，匹配孔位信息包括匹配孔位数目和各匹配孔位对应的位置。

将该工件对应的各类型匹配批头记为各执行操作批头，将各执行操作批头按照预设顺序进行编号，依次标记为1，2，...i，...n。

根据各执行操作批头中各匹配孔位对应的位置，提取各匹配孔位对应的位置坐标，进而依据分析公式

将各执行操作批头对应的操作优先指数按照从大至小的顺序进行排序，得到各执行操作批头对应的操作顺序。

根据各执行操作批头各匹配孔位对应的位置，构建各执行操作批头对应的各操作路径，进而得到各执行操作批头各操作路径对应的长度。

基于各操作路径对应的长度，确认各执行操作批头对应的目标操作路径，并将各执行操作批头对应的操作顺序和目标操作路径作为该螺丝机对应的批头操作信息。

于本发明一优选实施例，所述确认各执行操作批头对应的目标操作路径，具体确认过程如下：基于各执行操作批头对应的操作顺序，从中提取首次执行操作批头，并获取首次执行操作批头对应的初始设置位置。

基于首次执行操作批头对应的各操作路径，从中提取首位操作匹配孔位位置，进而获取首次执行操作批头初始设置位置与其各目标操作路径中首位操作匹配孔位位置之间的距离，并记为首次执行孔位距离，依据计算公式

基于首次执行操作批头中各操作路径对应的优选评估指数，从中筛选出优选评估指数最大的操作路径，由此将其作为首次执行操作批头对应的目标操作路径。

基于首次执行操作批头对应的目标操作路径，从中提取出末位操作匹配孔位位置，并作为第二次执行操作批头对应的初始位置，按照首次执行操作批头对应目标操作路径的分析方式分析得到第二次执行操作批头对应的目标操作路径，并以此方式分别得到各执行操作批头对应的目标操作路径。

于本发明一优选实施例，所述螺丝机对应的作业过程参数为各作业画面中的批头中心偏距和螺丝偏角，将各作业画面中的批头中心偏距和螺丝偏角分别标记为

于本发明一优选实施例，所述螺丝机操作过程符合指数的具体分析过程包括如下：从螺丝机对应的作业过程参数中提取各作业画面中的批头中心偏距和螺丝偏角，进而依据分析公式

上述公式中，

于本发明一优选实施例，所述该工件对应的螺丝锁入信息具体包括锁入螺丝数目、各锁入螺丝对应的锁入螺距和各锁入螺丝对应的锁入倾角。

于本发明一优选实施例，所述该工件锁入质量评估指数的具体分析过程如下：从该工件对应的螺丝锁入信息中提取锁入螺丝数目，利用计算公式计算得出工件锁入螺丝数目符合指数，并记为

从该工件对应的螺丝锁入信息中提取各锁入螺丝对应的锁入螺距和各锁入螺丝对应的锁入倾角，将各锁入螺丝按照预设顺序依次编号为1，2，...k，...f，利用计算公式计算得出工件锁入螺丝状态符合指数，并记为

将工件锁入螺丝数目符合指数

于本发明一优选实施例，所述确认该工件对应的质量状态，具体确认过程为：将该工件螺丝锁入质量评估指数与设定的工件螺丝标准锁入质量评估指数进行对比，若该工件螺丝锁入质量评估指数大于或者等于工件螺丝标准锁入质量评估指数，则判定该工件对应的质量状态为合格状态，反之则判定该工件的质量状态为预警状态。

相较于现有技术，本发明的有益效果如下：1、本发明提供的一种基于机器视觉的螺丝机作业操作参数采集分析系统，通过采集工件的基本信息，对螺丝机的螺丝型号、螺丝机批头的操作信息、工件的操作过程以及工件的操作质量进行分析，一方面有效的解决了目前螺丝机仅针对单一型号的螺丝进行分析的问题，实现了多类型孔位的操作分析，打破了当前技术中的局限性，大幅度提升了螺丝机作业参数分析的精准性和可靠性，保障了螺丝机的作业效率和作业质量；另一方面，通过对工件的操作质量进行分析，实现了工件锁入完成的二次复检，有效的保障了工件螺丝的锁入质量和锁入效果，降低了当前技术检测过程存在的误差，同时还提高了工件错锁、漏锁的检测效率和处理效率。

2、本发明通过根据工件的孔位信息，对螺丝机对应各执行操作批头对应的操作顺序、各执行操作批头对应的操作路径这两大方面进行分析，有效的保障了螺丝机对多类型孔位的操作效率和操作质量，同时通过设立多个批头，满足了不同工件的孔位锁入需求，规避了当前单一批头对应的弊端，丰富了螺丝机的作业类型，同时还拓展了螺丝机的作业范围。

3、本发明在对螺丝机的操作过程进行分析时，通过采集螺丝机批头的中心偏距和螺丝的偏角，有效的保障了螺丝机作业的精准性和稳定性，降低了螺丝机作业过程中螺丝偏心、歪头、破裂等风险，同时还提高了螺丝机异常作业的响应效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明系统各模块连接示意图。

图2为螺丝机批头设置位置俯视示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

请参阅图1和图2所示，本发明提供了一种基于机器视觉的螺丝机作业操作参数采集分析系统，该系统包括工件基本信息识别模块、螺丝型号匹配分析模块、螺丝机初始设置信息获取模块、批头操作信息分析模块、工件操作过程监测与分析模块、工件操作质量监测与分析模块、材料信息库和预警终端。

基于图中连接关系所示，所述螺丝型号匹配分析模块分别与工件基本信息识别模块、材料信息库和批头操作信息分析模块连接；预警终端分别与工件操作过程监测与分析模块和工件操作质量监测与分析模块连接；批头操作信息分析模块分别与螺丝机初始设置信息获取模块和工件操作过程监测与分析模块连接。

所述工件基本信息识别模块，用于当工件传送装置中的工件传送至工件初步检测区域时，暂停工件传送装置运行，并启动工件初步检测区域内的三维高清摄像头对该工件进行图像采集，识别得到该工件对应的基本信息。

需要说明的是，工件传送装置在一个具体实施例中包括但不限于传送带、电动滑台。

上述中，该工件对应的基本信息包括端点数目、孔位数目、各孔位对应的位置、各孔位对应的孔径和各孔位对应的孔深。

所述螺丝型号匹配分析模块，用于基于该工件对应的基本信息，分析得到该工件各孔位对应的需求螺丝型号。

上述中，分析得到该工件各孔位对应的需求螺丝型号，具体分析过程如下：从该工件对应的基本信息中提取各孔位对应的孔深和孔径。

从材料信息库中提取各规格孔位对应的孔深和孔径。

将该工件各孔位对应的孔深和孔径与各规格孔位对应的孔深和孔径进行对应对比，筛选得到该工件各孔位对应的规格。

基于该工件各孔位对应的规格，从材料信息库中定位出该工件各孔位对应的匹配螺丝型号，由此将其作为该工件各孔位对应的需求螺丝型号。

所述材料信息库，用于存储各规格孔位对应的孔深和孔径，还用于存储各规格孔位对应的匹配螺丝型号。

所述螺丝机初始设置信息获取模块，用于获取螺丝机对应的初始设置信息，其具体包括批头类型、各类型批头对应的匹配螺丝型号和各类型批头对应的初始设置位置。

所述批头操作信息分析模块，用于基于该工件对应的基本信息、该工件各孔位对应的需求螺丝型号和螺丝机初始设置信息，分析得到该螺丝机对应的批头操作信息。

上述中，分析得到该螺丝机对应的批头操作信息，具体分析过程如下：

从该工件对应的基本信息中提取端点数目和各孔位对应的位置，并以工件中的任意一个端点作为坐标原点构建工件孔位坐标系，进而获取各孔位对应的位置坐标。

基于该工件各孔位对应的需求螺丝型号和各类型批头对应的匹配螺丝型号，对比得出该工件各孔位对应的匹配批头类型，进而将各孔位对应的匹配批头类型进行相互对比，统计得到该工件对应的各类型匹配批头，并提取该工件各类型匹配批头对应的匹配孔位信息，其中，匹配孔位信息包括匹配孔位数目和各匹配孔位对应的位置。

将该工件对应的各类型匹配批头记为各执行操作批头，将各执行操作批头按照预设顺序进行编号，依次标记为1，2，...i，...n。

根据各执行操作批头中各匹配孔位对应的位置，提取各匹配孔位对应的位置坐标，进而依据分析公式

将各执行操作批头对应的操作优先指数按照从大至小的顺序进行排序，得到各执行操作批头对应的操作顺序。

根据各执行操作批头各匹配孔位对应的位置，构建各执行操作批头对应的各操作路径，进而得到各执行操作批头各操作路径对应的长度。

基于各操作路径对应的长度，确认各执行操作批头对应的目标操作路径，并将各执行操作批头对应的操作顺序和目标操作路径作为该螺丝机对应的批头操作信息。

进一步地，所述确认各执行操作批头对应的目标操作路径，具体确认过程如下：基于各执行操作批头对应的操作顺序，从中提取首次执行操作批头，并获取首次执行操作批头对应的初始设置位置。

需要说明的是，首次执行操作批头指操作顺序为第一位的执行操作批头。

基于首次执行操作批头对应的各操作路径，从中提取首位操作匹配孔位位置，进而获取首次执行操作批头初始设置位置与其各目标操作路径中首位操作匹配孔位位置之间的距离，并记为首次执行孔位距离，依据计算公式

需要说明的是，首位操作匹配孔位为操作路径中第一个操作匹配孔位，末位操作匹配孔位为操作路径中最后一个操作匹配孔位。

基于首次执行操作批头中各操作路径对应的优选评估指数，从中筛选出优选评估指数最大的操作路径，由此将其作为首次执行操作批头对应的目标操作路径。

基于首次执行操作批头对应的目标操作路径，从中提取出末位操作匹配孔位位置，并作为第二次执行操作批头对应的初始位置，按照首次执行操作批头对应目标操作路径的分析方式分析得到第二次执行操作批头对应的目标操作路径，并以此方式分别得到各执行操作批头对应的目标操作路径。

本发明实施例通过根据工件的孔位信息，对螺丝机对应各执行操作批头对应的操作顺序、各执行操作批头对应的操作路径这两大方面进行分析，有效的保障了螺丝机对多类型孔位的操作效率和操作质量，同时通过设立多个批头，满足了不同工件的孔位锁入需求，规避了当前单一批头对应的弊端，丰富了螺丝机的作业类型，同时还拓展了螺丝机的作业范围。

所述工件操作过程监测与分析模块，用于当该螺丝机批头操作信息完成确认后，通过螺丝机作业区域内的高清摄像头对螺丝机作业过程进行视频采集，从中识别出螺丝机对应的作业过程参数，进而分析得到螺丝机操作过程符合指数，并将螺丝机操作过程符合指数与设定的标准操作过程符合指数进行对比，若螺丝机操作过程符合指数小于设定的标准操作过程符合指数，则判断螺丝机操作状态为异常状态，反之则判断螺丝机操作状态为正常状态。

示例性地，螺丝机对应的作业过程参数具体识别过程为：获取螺丝机对应的作业过程视频，将螺丝机对应的作业过程视频分割为各作业画面，将各作业画面按照时间先后依次编号为1，2，...j，...m。

从各作业画面中提取螺丝机中执行操作批头对应的中心点位置和执行操作批头对应操作孔位的中心点位置。

以执行操作批头对应的中心点位置为基点构建批头参考垂直线，以操作孔位中心点位置为基点，构建孔位垂直参考线，以此分别获取各作业画面中批头参考垂直线与孔位垂直参考线之间的距离，并记为批头中心偏距，将各作业画面中的批头中心偏距记为

从各作业画面中提取螺丝机中执行操作批头位置内螺丝对应的中心点位置，以螺丝中心点为基点，按照螺丝头部到杆部方向构建螺丝参考中心线，进而获取螺丝参考中心线与批头参考垂直线之间的角度，并记为螺丝偏角，将各作业画面中的螺丝偏角记为

本发明实施例通过采集螺丝机批头的中心偏距和螺丝的偏角，有效的保障了螺丝机作业的精准性和稳定性，降低了螺丝机作业过程中螺丝偏心、歪头、破裂等风险，同时还提高了螺丝机异常作业的响应效率。

又一示例性地，所述螺丝机操作过程符合指数的具体分析过程包括如下：从螺丝机对应的作业过程参数中提取各作业画面对应的批头中心偏距和螺丝偏角，进而依据分析公式

上述公式中，

所述工件操作质量监测与分析模块，用于当该工件完成螺丝锁入并传送至质量检测区域时，暂停工件传送装置运行，启动质量检测区域中的三维高清摄像头对该工件进行图像采集，从中识别得到该工件对应的螺丝锁入信息，并分析得到工件螺丝锁入质量评估指数，同时确认该工件对应的质量状态。

上述中，该工件对应的螺丝锁入信息具体包括锁入螺丝数目、各锁入螺丝对应的锁入螺距和各锁入螺丝对应的锁入倾角。

需要说明的是，锁入螺距指螺丝螺帽与工件之间的垂直距离，锁入倾角指螺丝螺帽所在平面与工件所在水平面之间的夹角。

具体地，所述该工件锁入质量评估指数的具体分析过程如下：从该工件对应的螺丝锁入信息中提取锁入螺丝数目，利用计算公式计算得出工件锁入螺丝数目符合指数，并记为

从该工件对应的螺丝锁入信息中提取各锁入螺丝对应的锁入螺距和各锁入螺丝对应的锁入倾角，将各锁入螺丝按照预设顺序依次编号为1，2，...k，...f，利用计算公式计算得出工件锁入螺丝状态符合指数，并记为

将工件锁入螺丝数目符合指数

进一步地，所述确认该工件对应的质量状态，具体确认过程为：将该工件螺丝锁入质量评估指数与设定的工件螺丝标准锁入质量评估指数进行对比，若该工件螺丝锁入质量评估指数大于或者等于工件螺丝标准锁入质量评估指数，则判定该工件对应的质量状态为合格状态，反之则判定该工件的质量状态为预警状态。

所述预警终端，用于当螺丝机操作状态为异常状态或者该工件对应的质量状态为预警状态时，启动预警设备进行预警。

在一个具体实施例中预警设备包括蜂鸣器、LED等。

本发明实施例通过采集工件的基本信息，对螺丝机的螺丝型号、螺丝机批头的操作信息、工件的操作过程以及工件的操作质量进行分析，一方面有效的解决了目前螺丝机仅针对单一型号的螺丝进行分析的问题，实现了多类型孔位的操作分析，打破了当前技术中的局限性，大幅度提升了螺丝机作业参数分析的精准性和可靠性，保障了螺丝机的作业效率和作业质量；另一方面，通过对工件的操作质量进行分析，实现了工件锁入完成的二次复检，有效的保障了工件螺丝的锁入质量和锁入效果，降低了当前技术检测过程存在的误差，同时还提高了工件错锁、漏锁的检测效率和处理效率。

以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。