CN113844813B - 一种基于机器视觉的板坯识别跟踪调度管理*** - Google Patents
一种基于机器视觉的板坯识别跟踪调度管理*** Download PDFInfo
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Abstract
一种基于机器视觉的板坯识别跟踪调度管理***，属于天车物料搬运技术领域，包括仓库管理***、板坯调度控制***和板坯视觉识别***，仓库管理***对接板坯调度控制***与板坯视觉识别***，仓库管理***采用B/S架构，用于实时监控管理板坯库设备、库存状态以及进行排程调度和仓储规划，板坯调度***包括天车PLC，利用5G基站建立与天车PLC的通信连接，用于控制天车操作及实现板坯跟踪和精准定位，板坯视觉识别***包括辊道上板坯信息采集子***、天车下板坯信息采集子***和本地图片ID识别处理子***，分别用于采集连铸机出来的钢坯长宽高信息、钢坯坐标、现场ID图片。该板坯识别跟踪调度管理***实现作业的自动化，大大提升了效率，保障了安全生产。
Description
技术领域
本发明属于天车物料搬运技术领域，更具体地，涉及一种基于机器视觉的板坯识别跟踪调度管理***。
背景技术
在重载物料搬运领域，传统天车作业存在以下问题：1、通常工作环境较恶劣，如粉尘物料易造成呼吸道职业病；2、作业复杂、需专业天车工操作，劳动强度大、存在安全事故隐患；3、自动化程度低，人工操作天车作业，人工经验依赖度高；4、信息化程度低，作业过程中的生产数据的记录靠人工记录或不记录。
板坯库房是连接连铸和加热炉的重要纽带，也是板坯入库和出库的门户，主要是管理生产所需的板坯直装、下线、入库、倒垛出库及上料轧制等物料搬运作业，即对连铸区域和轧钢区域间的板坯进库、出库、库内吊运等操作状况进行跟踪控制和管理。在板坯库里，板坯的来料大概有两种，一种是从连铸机直接生产出来的，随着辊道一直运输至加热炉，等待轧钢机扎制，当然这种板坯有时候也要先入库再出库，或者就直接送入加热炉然后轧制了；另一种是从外面利用汽车运进来的，同样要能识别到板坯，并搬运至辊道上，或者仓库里；板坯库之所以要设立库区，是因为轧钢机有时运转不过来，需要板坯库来中转缓冲一下。目前，钢铁厂连铸连轧车间的板坯转运主要是通过人工手动操作天车的方式，实现板坯的辊道上线和下线操作。纯手动操作定位精度差，劳动成本高，并且装车效率低。钢厂板坯转运车间环境温度较高，粉尘大，机器设备工作噪声大，工作环境较为恶劣。为了提高钢铁企业的智能化和信息化程度，实现车间的自动化生产要求，智能天车的投入是势在必行。
如公开号为CN103848346A，名为一种集成吊机倒垛存取作业的优化控制设备的专利，该智能控制设备可以对吊机倒垛作业和存取作业进行集成，并进一步优化吊机调度，从而缩短客户的等待时间，减少在制品库存，降低吊机能耗、物耗及生产成本，但是缺少对于板坯仓库的板坯入库到出库的跟踪、调度与管理而实现对整个板坯库的无人化管理。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明公开一种基于机器视觉的板坯识别跟踪调度管理***，对板坯库进行无人库房改造，并部署仓库管理***、板坯调度控制***和板坯视觉识别***等实现对板坯库入库、出库、上料、倒跺等生产作业无人化控制与管理，使各作业设备最优化工作。
本发明采用以下具体的技术方案：
一种基于机器视觉的板坯识别跟踪调度管理***，包括仓库管理***、板坯调度控制***和板坯视觉识别***，所述仓库管理***对接板坯调度控制***与板坯视觉识别***，所述仓库管理***采用B/S架构，浏览器和服务器之间以及仓库管理***与其他***之间都通过内网进行通信，用于实时监控管理板坯库设备、库存状态以及进行排程调度和仓储规划，所述板坯调度***包括天车PLC，利用5G基站建立与天车PLC的通信连接，用于控制天车操作及实现板坯跟踪和精准定位，所述板坯视觉识别***包括辊道上板坯信息采集子***、天车下板坯信息采集子***和本地图片ID识别处理子***，分别用于采集连铸机出来的钢坯长宽高信息并上传至板坯调度***、采集钢坯坐标用于天车定位、采集现场ID图片上传至服务器。
优选的，所述浏览器为用户访问仓库管理***的窗口，用户的类型包括管理人员、操作员、***管理员。
优选的，所述其他管理***包括ERP、MES、TMS***，用于对接获取订单、生产和运输信息，作为库存管理优化的依据；还包括OPC设备管理服务器，以获取设备信息，对设备进行管理和控制。
优选的，所述辊道上板坯信息采集子***采用传感器和五台工业相机来完成对刚从连铸机中转送出来的钢坯进行信息采集，具体步骤为：
S1：板坯由输送线输送到检测位置；
S2：触发拍照传感器感应，触发工业相机拍照；
S3：由侧边相机通过结构光的三角原理先计算出板坯在左右方向的偏差，来确定侧边相机的标定系数，从而计算出板坯的确切厚度，同时对侧边字符进行识别；
S4：由上方四台工业相机根据板坯厚度计算四台工业相机的标定系数，从而计算出板坯的长宽尺寸。
优选的，所述天车下板坯信息采集子***采用一台多功能相机和激光扫描仪完成对两块板坯的接缝位置检测和板坯高度信息数据的采集，具体步骤为：
S1：天车移动到料堆的起始位置；
S2：由激光扫描仪给出料堆的高度信息，然后多功能相机根据料堆的高度信息调用相应的标定数据；
S3：当钢坯需要进行双夹控制的时候由多功能相机判断出两块钢坯的缝隙位置。
优选的，所述本地图片ID识别处理子***利用终端图像采集设备采集ID图片，具体步骤为：
S1：终端图像采集设备通过拍照采集现场ID图片，剪裁成合适尺寸，通过无线信号上传至仓库管理***服务器；
S2：ID识别软件访问服务器端的图片信息，进行识别，并给出识别结果；
S3：ID识别软件将识别结果发给服务器端，服务器再发送给终端图像采集设备，并传输当前结果信息。
优选的，所述板坯调度***的天车PLC通过TCP/IP协议设计通讯程序实现远程无线通讯。
优选的，所述板坯调度***的天车PLC负责记录分析仓库内板坯由天车或辊道动作引起的位置和状态变化，并将信息传至仓库管理***以实现板坯的全行程可视化跟踪管理。
优选的，所述天车和/或辊道上设置有多圈绝对值编码器，可实时采集板坯在库房内或辊道上的实际位置信息。
优选的，当所述板坯在库房内或辊道上的实际位置信息与仓库管理***中计算位置不一致时，仓库管理***自动修正排程调度坐标，从而防止放歪、放空等事故的发生，满足安全生产的要求。
本发明的有益效果为：
(1)无人作业：实现自动承接作业计划、库区管理、天车作业管理、板坯跟踪等功能，提供多用户、智能化、模块化的调度***，实现作业的自动化，管理的信息化，调度决策的智能化。
(2)提升效率：节省人力投入成本，产能提升30％。
(3)安全生产：作业人员脱离现场高温恶劣环境，有效避免安全事故和职业病危害，安全健康得到根本保障。
附图说明
图1为本发明的板坯识别跟踪调度管理***的结构框架示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明。除非特别说明，本发明实施例中采用的原料和方法为本领域常规市购的原料和常规使用的方法。
ERP***是Enterprise Resource Planning的简称，是一种企业资源计划的集成化管理信息***；MES***是Manufacturing Execution System的简称，即制造企业生产过程执行***，是一套面向制造企业车间执行层的生产信息化管理***；TMS***是Transportation Management System的简称，即物流运输管理***；OPC设备管理服务器的功能是与下位机进行数据的交换，其中包含了大量的通讯程序和数据存贮程序。DEM数据是Digital Elevation Model的缩写，是一定范围内规则格网点的平面坐标(X,Y)及其高程(Z)的数据集。
实施例1
如图1所示，一种基于机器视觉的板坯识别跟踪调度管理***，包括仓库管理***、板坯调度控制***和板坯视觉识别***，仓库管理***对接板坯调度控制***与板坯视觉识别***。
仓库管理***采用B/S架构，Server端由应用服务器和数据库服务器组成。仓库管理***要与ERP、MES、TMS***对接获取取订单、生产和运输信息，作为库存管理优化的依据；还要通过OPC设备管理服务器获取设备信息，对设备进行管理和控制。用户通过浏览器访问仓库管理***，进行实时监管，用户类型包括管理人员、操作员、***管理员。浏览器和服务器之间以及仓库管理***与ERP、MES、TMS等其他***之间都通过内网进行通信，用于实时监控管理板坯库设备、库存状态以及进行排程调度和仓储规划。排程调度的数据依据来源于***存储的历史记录(该板坯库过去历史仓储的概略情况)、ERP等上层管理***提供的生产主计划数据以及车间板坯视觉识别***的实时探测数据(包含了车间中天车、辊道、直连小车、出入库车辆以及实时仓储分布状态信息)，仓库管理***的调度规划子***提取每次调度规划算法(优化目标包括但不限于：最大化库存、最小化库存、最小化车辆平均等待时间、最大化吞吐量)运行，对每次调度策略进行具体的规划。仓储规划模块是独立于规划调度子***的另一个优化模块，该模块主要确定仓库中板坯的摆放方式，对每一个钢坯堆垛区进行具体的规划和管理，该模块和核心为板坯堆垛规划算法：板坯在库中课摆放区域摆放时，由于长度的变化较大而宽度变化较小，因此考虑将库区可使用区域划分为若干堆垛行，由于板坯实际上使用天车吊入，因此可以认为板坯均从Z轴方向出入，并遵循先入后出的原则；在此基础上，可以对板坯库进行堆垛行的预处理，将整个板坯库空间划分为若干长度确定，宽度大于最大板坯宽度的堆垛行；再加入目标优化条件，例如保证最大可用仓储或保证最短调运路线等；最后该算法也可放款约束后增加更多的优化方式和目标，如对每个堆垛行设置变换的宽度，以适应不同宽度的板坯来增加库存。仓库管理***实现了自动承接作业计划，作业的自动化，管理的信息化，调度决策的智能化。
钢坯放在库位和铸线上两个位置，需要识别出钢坯的尺寸和位置，坐标用于天车定位，实现库外进线和连铸下线功能。板坯视觉识别***包括辊道上板坯信息采集子***、天车下板坯信息采集子***和本地图片ID识别处理子***，三个子***分别用于采集连铸机出来的钢坯长宽高信息并上传至板坯调度***、采集钢坯坐标用于天车定位、终端通过拍照形式采集现场ID图片进行剪裁成合适尺寸并通过无线信号上传至服务器。
辊道上板坯信息采集子***采用传感器和五台工业相机来完成对刚从连铸机中转送出来的钢坯进行信息采集，具体的，在钢坯上方对角安装四台测量的工业相机，主要对钢坯的长和宽尺寸信息进行采集，在钢坯的侧面方向安装一台工业相机，主要采集钢坯的高度信息与ID信息。工艺步骤为：
S1：板坯由输送线输送到检测位置；
S2：触发拍照传感器感应，触发工业相机拍照；
S3：由侧边相机通过结构光的三角原理先计算出板坯在左右方向的偏差，来确定侧边相机的标定系数，从而计算出板坯的确切厚度，同时对侧边字符进行识别；
S4：由上方四台工业相机根据板坯厚度计算四台工业相机的标定系数，从而计算出板坯的长宽尺寸。
天车下板坯信息采集子***采用一台多功能相机完成对两块板坯的接缝位置检测，采用激光扫描仪采集板坯高度信息数据，用于辅助计算相机的标定系数，该子***根据计算出的标定系数最终计算出板缝的相对位置关系。工艺步骤为：
S1：天车移动到料堆的起始位置；
S2：由激光扫描仪给出料堆的高度信息，然后定位相机组根据料堆的高度信息调用相应的标定数据；
S3：当钢坯需要进行双夹控制(一次夹取两块板坯)的时候由多功能相机判断出两块钢坯的缝隙位置。
本地图片ID识别处理子***利用终端图像采集设备(如手机平板等)，通过拍照形式采集ID图片，并进行剪裁，去除干扰信息，具体工艺步骤为：
S1：终端图像采集设备通过拍照采集现场ID图片，剪裁成合适尺寸，通过无线信号上传至仓库管理***服务器；
S2：ID识别软件访问服务器端的图片信息，进行识别，并给出识别结果；
S3：ID识别软件将识别结果发给服务器端，服务器再发送给终端图像采集设备，并传输当前结果信息。
板坯视觉识别***将实时采集的板坯尺寸、位置、编码等信息传至仓库管理***作为下发控制调度指令至板坯调度***的原始数据依据。
板坯调度***包括天车PLC，利用5G基站建立与天车PLC的通信连接，通过TCP/IP协议设计通讯程序实现远程无线通讯，用于控制天车操作及实现板坯跟踪和精准定位。天车和/或辊道上设置有多圈绝对值编码器，可实时采集板坯在库房内或辊道上的实际位置信息(DEM数据)，板坯调度***的天车PLC负责采集记录分析仓库内板坯由天车或辊道动作引起的位置和状态变化，并将信息传至和仓库管理***以实现板坯的全行程可视化跟踪管理；天车PLC还可采集对应变频器的转速和电流，进行相应的控制和保护。当板坯在库房内或辊道上的实际位置信息与仓库管理***中计算位置不一致时，仓库管理***自动修正排程调度坐标，从而防止放歪、放空等事故的发生，满足安全生产的要求。
上述基于机器视觉的板坯识别跟踪调度管理***在实现天车无人化操作的同时，建立了虚拟库房，实现了板坯库房物流、设备、作业的全流程数字化、网络化和自动化，大幅提升了库区安全，作业和运营管理效率，为客户打造了又一个现代化钢铁行业，“数字工厂、黑灯工厂”的典型代表性场景与案例，具有极大的行业示范效应和参考价值。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于机器视觉的板坯识别跟踪调度管理***，其特征在于，包括仓库管理***、板坯调度控制***和板坯视觉识别***，所述仓库管理***对接板坯调度控制***与板坯视觉识别***，所述仓库管理***采用B/S架构，浏览器和服务器之间以及仓库管理***与其他管理***之间都通过内网进行通信，用于实时监控管理板坯库设备、库存状态以及进行排程调度和仓储规划，所述板坯调度控制***包括天车PLC，利用5G基站建立与天车PLC的通信连接，用于控制天车操作及实现板坯跟踪和精准定位，所述板坯视觉识别***包括辊道上板坯信息采集子***、天车下板坯信息采集子***和本地图片ID识别处理子***，分别用于采集连铸机出来的板坯长宽高信息并上传至板坯调度控制***、采集板坯坐标用于天车定位、采集现场ID图片上传至服务器；
所述辊道上板坯信息采集子***采用传感器和五台工业相机来完成对刚从连铸机中转送出来的板坯进行信息采集，具体步骤为：
S1：板坯由输送线输送到检测位置；
S2：触发拍照传感器感应，触发工业相机拍照；
S3：由侧边工业相机通过结构光的三角原理先计算出板坯在左右方向的偏差，来确定侧边工业相机的标定系数，从而计算出板坯的确切厚度，同时对侧边字符进行识别；
S4：由上方四台工业相机根据板坯厚度计算四台工业相机的标定系数，从而计算出板坯的长宽尺寸；
所述天车下板坯信息采集子***采用一台多功能相机和激光扫描仪完成对两块板坯的接缝位置检测和料堆高度信息数据的采集，具体步骤为：
Y1：天车移动到料堆的起始位置；
Y2：由激光扫描仪给出料堆的高度信息，然后多功能相机根据料堆的高度信息调用相应的标定数据；
Y3：当板坯需要进行双夹控制的时候由多功能相机判断出两块板坯的缝隙位置；
所述本地图片ID识别处理子***利用终端图像采集设备采集ID图片，具体步骤为：
Q1：终端图像采集设备通过拍照采集现场ID图片，剪裁成合适尺寸，通过无线信号上传至仓库管理***服务器；
Q2：ID识别软件访问服务器端的图片信息，进行识别，并给出识别结果；
Q3：ID识别软件将识别结果发给服务器端，服务器再发送给终端图像采集设备，并传输当前结果信息。
2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的板坯识别跟踪调度管理***，其特征在于，所述浏览器为用户访问仓库管理***的窗口，用户的类型包括管理人员、操作员、***管理员。
3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的板坯识别跟踪调度管理***，其特征在于，所述其他管理***包括ERP、MES、TMS***，用于对接获取订单、生产和运输信息，作为库存管理优化的依据；还包括OPC设备管理服务器，以获取设备信息，对设备进行管理和控制。
4.根据权利要求1所述的基于机器视觉的板坯识别跟踪调度管理***，其特征在于，所述板坯调度控制***的天车PLC通过TCP/IP协议设计通讯程序实现远程无线通讯。
5.根据权利要求4所述的基于机器视觉的板坯识别跟踪调度管理***，其特征在于，所述板坯调度控制***的天车PLC负责记录分析仓库内板坯由天车或辊道动作引起的位置和状态变化，并将信息传至仓库管理***以实现板坯的全行程可视化跟踪管理。
6.根据权利要求5所述的基于机器视觉的板坯识别跟踪调度管理***，其特征在于，所述天车和/或辊道上设置有多圈绝对值编码器，可实时采集板坯在库房内或辊道上的实际位置信息。
7.根据权利要求6所述的基于机器视觉的板坯识别跟踪调度管理***，其特征在于，当所述板坯在库房内或辊道上的实际位置信息与仓库管理***中计算位置不一致时，仓库管理***自动修正排程调度坐标，从而防止放歪、放空事故的发生，满足安全生产的要求。
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