一种主动识别紧固件的检测系统的制作方法

本实用新型涉及机械加工领域，特别涉及一种主动识别紧固件的检测系统。

背景技术：

电动拧紧枪是一种在机械行业装配过程中广泛使用的工具，主要用来拧紧机器上的紧固件(螺纹副)。随着人们对产品装配质量要求的不断提高，为了保证螺纹副拧紧力矩的精度，现在很多制造企业采用了电动拧紧枪来代替气动拧紧枪进行螺纹副的拧紧。目前电动拧紧枪的防错方法主要有以下几种：

(1)数量统计防错法：在制造业企业中，经常会出现操作者使用单轴电动拧紧枪来拧紧多颗紧固件或使用多轴电动拧紧枪来拧紧多组紧固件的情况。操作者会容易忘记拧紧一颗或多颗紧固件，造成紧固件拧紧状态不受控，甚至引起产品失效。为了预防这种情况发生，可以采用数量统计的方法来进行防错。采用该方法时，在紧固件拧紧之前编辑好生产线的控制程序(PLC程序)，让电动拧紧枪和PLC程序能够互相通信，在控制程序中设定好要求的拧紧数量。在操作者对紧固件进行拧紧时，拧紧力矩每合格一次，拧紧枪的控制盒就会发一个合格信号给生产线的PLC程序进行计数，直到PLC程序得到的合格信号数量达到原来设定的要求才会认为该产品在本工位的拧紧是合格的。

(2)起动力矩防错法：在采取了(1)中所示的防错方法后，由于紧固件数量过多，操作者在操作过程中会把一颗或多颗紧固件重复拧紧，从而出现计算器上的合格次数足够，但还是有部分紧固件没有得到拧紧的情况。为此，可以在编制电动拧紧枪的拧紧程序时预先设定一个用于监控的启动力矩，当操作者使用电动拧紧枪来拧紧紧固件时，拧紧枪程序会自动监控拧紧的力矩，如果拧紧力矩已经达到预定的值，则程序认为该紧固件已经拧紧过，计数器不进行技术。

(3)拧紧曲线防错法：该方法适用于带有密封圈或软垫片的紧固件。在紧固件的整个拧紧过程中，拧紧力矩从零到目标力矩的过程中，通过拧紧程序对整个过程的监控和记录，可以收集到拧紧过程中的力矩变化曲线，通过分析该曲线可以判断是否安装有密封件。

(4)传感器防错法：对于附带有比较厚的硬垫片的紧固件，可以使用对射式光栅传感器来防止操作者忘记安装垫片。传感器防错是通过检查紧固件拧紧后的高度来确认垫片是否存在，垫片需要达到一定的厚度(一般要不小于2mm)。

上述四种常见防错方案中都是通过间接的手段来测量紧固件的相关特征(数量、起动力矩、拧紧曲线、垫片)等，没有直接地识别紧固件本身，因此还有很多错误无法预防。比如机器上有多个同类紧固件需要拧紧时，通常需要按照一定先后顺序进行拧紧，操作员如果没有严格按照顺序执行，上述方案也无法察觉到这个错误。更重要的是，上述四种方法仅限于防错，并不能主动对操作者进行指导，从而在源头解决问题。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种主动识别紧固件的检测系统，以主动避免操作错误的发生，提高操作员的工作效率。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：

一种主动识别紧固件的检测系统，包括：工控机、显示屏和用于执行紧固动作的电动拧紧枪，所述电动拧紧枪由抓握部和拧紧头部构成，所述电动拧紧抢上固定有相互连接的图像采集装置和微型计算机，所述图像采集装置随同所述拧紧头部移动，所述图像采集装置的摄像区域以所述拧紧头部所对准的方向为中心，所述微型计算机内包含整个加工流程中所有紧固件的编号信息，所述微型计算机通过无线方式与所述工控机远程连接，所述工控机与所述显示屏连接，所述显示屏呈现来自所述图像采集装置的实时图像和所述实时图像中所有紧固件的编号信息。

优选的，所述图像采集装置为微型摄像头。根据图像采集装置与被拍摄机器之间的距离以及镜头中需要呈现的螺丝数目的需要，可以采用微型广角摄像头或微型鱼眼摄像头。

优选的，所述微型计算机内具有WIFI连接模块和/或蓝牙连接模块。

优选的，所述微型计算机和所述工控机内均包含整个加工流程中所有紧固件的图像信息、位置信息，所述工控机内还包含整个加工流程中所有紧固件的加工顺序，所述工控机将所述加工顺序叠加在所述实时图像上。

优选的，所述图像采集装置与所述拧紧头部之间具有预定距离，以使得所述摄像区域的面积覆盖多个紧固件。

优选的，整个加工流程中所有紧固件的编号信息的编号方式等于所述加工顺序。

优选的，还包括：相互连接的训练服务器和训练数据采集终端，所述训练服务器与所述工控机远程连接，所述训练数据采集终端的训练数据存储于所述训练服务器，在所述训练服务器中运行后得到的紧固件物体识别模型转移至所述工控机和所述微型计算机。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：不仅克服了传统的、通过间接手段来测量紧固件的相关特征的防错系统的缺点，而且提供了一种新颖的工作方法和远程协作/指导方法。首先，本系统可以主动地、直接地进行紧固件的识别，这样可以让操作员实时看到机器上的紧固件的编号，避免了同类螺栓的混淆。其次，操作员可以看到下一步需要拧紧的紧固件的位置，提高了操作员的工作效率，避免了操作员在拧紧顺序上的错误。最后，操作员可以通过与远程的合作者/指导人员共享数据来进行远程协作或接受远程指导。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1为本实用新型主动识别紧固件的检测系统的连接关系图；

图2为本实用新型主动识别紧固件的检测系统的显示屏所呈现的图像示例。

图中各符号所表示的含义如下，

1-工控机；2-显示屏；3-电动拧紧抢；301-抓握部；302-拧紧头部；4-微型计算机；5-图像采集装置；6-训练服务器；7-训练数据采集终端。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本实用新型主动识别紧固件的检测系统，可以划分为两个子系统：训练系统和执行系统。其中，执行系统主要包括：工控机1、显示屏2和用于执行紧固动作的电动拧紧枪。训练系统主要包括：相互连接的训练服务器6和训练数据采集终端7。

电动拧紧枪由抓握部301和拧紧头部302构成。所述电动拧紧抢3上固定有相互连接的图像采集装置5和微型计算机4。图中为简洁起见没有标注出图像采集装置5和微型计算机4的电源(电池)，但显而易见地，由于两者为电子电气设备，电源是缺省装置，即使不标注出来，本领域普通技术人员也能理解其必要性并为其正确地配置电源。

图像采集装置5的摄像区域以所述拧紧头部302所对准的方向为中心。图像采集装置5能够随同所述拧紧头部302的移动而移动。而且，为了保证图像采集装置5获取的实时图像足够清晰、实时图像所包含的信息足够多，图像采集装置5与拧紧头部302之间具有预定距离。预定距离的取值能够使得图像采集装置5的摄像区域的面积覆盖多个紧固件，从而在一张实时图像中就能够获得多个紧固件的信息，而不必大量移动拧紧头部302。因此，操作员能够手持电动拧紧抢3，并调整其拧紧头部302所对准的方向，从而将图像采集装置5对准待加工的紧固件。图像采集装置5将实时图像传递到微型计算机4中。在本实施例中，图像采集装置5采用微型摄像头。根据图像采集装置与被拍摄机器之间的距离以及镜头中需要呈现的螺丝数目的需要，可以采用微型广角摄像头或微型鱼眼摄像头。

微型计算机4内具有WIFI连接模块和/或蓝牙连接模块。为了增强微型计算机4的计算能力，其可以采用例如nVidia Jetson TX2这样的带有机器学习电路单元的微型计算机4或者诸如Intel Movidius神经计算棒这样的计算增强电路单元。微型计算机4内包含整个加工流程中所有紧固件的编号信息、图像信息、位置信息。微型计算机4通过无线方式与所述工控机1远程连接，从而实现数据的相互传递。由于工控机1与显示屏2连接，所以显示屏2能够呈现来自所述图像采集装置5的实时图像和所述实时图像中所有紧固件的编号信息。微型计算机4能够初步将编号信息叠加到实时图像上。因此，操作员可以在显示屏2上看到机器上的紧固件编号，避免加工过程中混淆同类螺栓。

除了微型计算机4内包含的所有编号信息、图像信息、位置信息，工控机1内也包含整个加工流程中所有紧固件的图像信息、位置信息、加工顺序。而且，工控机1能够将所述加工顺序叠加在所述实时图像上，并呈现在显示屏2上。在一个实施例中，工控机1可以内置操作手册上规定的各紧固件的拧紧顺序，在显示屏2上与显示的当前图像、识别出来的紧固件的编号信息叠加在一起，并高亮地显示下一个需要拧紧的紧固件。如图2所示，显示屏2上的实时图像包含待加工的紧固件8和对应的标识9，这样的可视化指导可以有效地避免操作员的失误，大大提高了操作员的工作效率。而且，由于工控机1联网，操作员可以将当前显示屏2上的信息(图像、识别出的紧固件编号，各紧固件的拧紧顺序等)传输到远程的合作者/指导人员的电脑屏幕上，进行远程协作或接受远程指导。

以上是执行系统的连接关系和工作过程。接下来介绍训练系统。在训练过程中，用户使用训练数据采集终端7得到训练数据，并对训练数据进行标注。其中，训练数据是指事先通过工控机1、微型计算机4、图像采集装置5在与检测所在的工作环境类似或相同的环境中采集到的、含有要识别的紧固件的机器照片。为了保证检测时识别紧固件的正确率，训练数据中的照片应与检测时拍摄的照片尽可能接近。采集到训练数据以后，需要对其中的紧固件的位置信息和图像信息进行标识。标识的呈现结果如图2所示。具体做法是用长方形框将图中每个紧固件的四周圈起来，并在框的上方用数字标注其拧紧顺序，同时也作为紧固件的编号区分相同类型的紧固件。因此，在一整个加工流程中所有紧固件的编号信息的编号方式等于所述加工顺序。

标注好的数据传送到训练服务器6上进行紧固件物体识别模型的训练。训练服务器6可以是在本地的自有服务器，也可以是租用的云端服务器(亚马逊云、阿里云等)。训练好的紧固件物体识别模型从训练服务器6下载到工控机1上，之后再从工控机1一步下载固定在微型计算机4的内存里。这个下载的过程只有在训练出一个新模型或者原有模型有所更新时才需要进行一次。

综上，在训练系统的训练数据基础上，执行系统能够克服了传统的、通过间接手段来测量紧固件的相关特征的防错系统的缺点。本实用新型的有益效果主要在于：首先，本系统可以主动地、直接地进行紧固件的识别，这样可以让操作员实时看到机器上的紧固件的编号，避免了同类螺栓的混淆。其次，操作员可以看到下一步需要拧紧的紧固件的位置，提高了操作员的工作效率，避免了操作员在拧紧顺序上的错误。最后，操作员可以通过与远程的合作者/指导人员共享数据来进行远程协作或接受远程指导。

以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本实用新型的保护范围内。