CN104007730A - 一种led球泡灯装配生产线的三维可视化监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED球泡灯装配生产线三维可视化监控方法，其步骤：(1)构建LED球泡灯装配生产线的设备对应的三维几何尺寸数据模型；(2)建立LED球泡灯装配生产线的状态数据库；(3)建立LED球泡灯装配生产线的所有设备的物元模型；(4)定义LED球泡灯装配生产线的所有设备的变换集；(5)建立LED球泡灯装配生产线中监控系统的物元模型；(6)设置LED球泡灯装配生产线中监控系统预警模型的数据，确定装配生产线中三维可视化监控系统向LED球泡灯装配生产线中设备发出预警数据；(7)将预警模型的预警数据发送给可视化界面；(8)采用三维可视化软件对LED球泡灯装配生产线实现三维可视化监控。该方法该方法能对提高LED球泡装配生产线监控的反应速度，实现三维可视化监控。

Description

一种LED球泡灯装配生产线的三维可视化监控方法

技术领域

本发明涉及一种计算机信息技术领域，具体地说，是涉及一种LED球泡灯装配生产线的三维可视化监控方法。

背景技术

在工业自动化生产线中，特别是LED球泡灯装配生产制造，由于要经过压装、点胶、锁螺丝、铆接等多道工艺，在LED球泡灯装配生产线上容易出现设备故障、产品报废。为提高企业对生产线的管理能力，需要对生产线进行监控。现有的LED球泡灯装配生产线监控通常采用二维图表监控方法，现有三维可视化技术在很多领域有所运用，其缺点是：

1.监控反应速度慢，无法对LED球泡灯装配生产线故障进行自动实时预警；

2.监控过程可视化程度低。不能直观地提供车间现场的实时生产跟踪监控，很难进行优化以及调度。

针对目前LED球泡灯装配生产线二维图表和数据报表的监控方法存在的不足，迫切需要一种三维可视化的监控方法。现有的三维可视化技术在很多领域有所运用，例如，经过现有技术的文献检索发现，中国专利申请号为：201210586730.5，名称为：实时数据驱动的交通数据三维可视化分析系统及方法，该方法以下步骤： 1，接收多源实时交通数据；2，对多源实时交通数据进行处理与融合；3，将融合后的实时交通数据通过网络传输到客户端，并缓存管理； 4，将实时交通数据在交通数据库中统一管理，并创建索引，所述索引用于实现实时交通数据在交通数据库中的查询与分析； 5，对实时交通信息进行三维动态可视化处理。该方法将实时交通信息和动态分析结果进行三维可视化表达，可以更加精准及直观。然而，该方法虽然可实现了三维可视化可以直观的反应交通的现状，但是由于该方法的可视化图像需要用户通过后台处理才能呈现，因此可视化图像反应速度慢，无法满足装配生产线监控的要求，无法对LED球泡灯装配生产线故障进行自动实时预警。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种LED球泡灯装配生产线的三维可视化监控方法，该方法不仅能够提高LED球泡装配生产线监控的反应速度，及时对LED球泡灯装配生产线出现的故障自动实时预警，而且能够直观地提供三维可视化车间场景，实现实时跟踪监控和优化生产调度。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种LED球泡灯装配生产线的三维可视化监控方法，该方法包括如下步骤：

(1), 构建LED球泡灯装配生产线的设备对应的三维几何尺寸数据模型；

(2)，建立LED球泡灯装配生产线中设备对应的状态数据库；

(3), 建立LED球泡灯装配生产线的所所有设备的物元模型，将LED球泡灯装配生产线对应的设备三维几何尺寸数据模型转换为LED球泡灯装配生产线的第                                                设备的物元模型；

(4),定义LED球泡灯装配生产线的所有设备的变换集；

(5),建立LED球泡灯装配生产线中监控系统的物元模型，将当前采集时刻LED球泡灯装配生产线的所有设备的物元模型与LED球泡灯装配生产线的所有设备的变换集相乘，所得的乘积为LED球泡灯装配生产线中监控系统的下一个采集时刻装配生产线的物元模型；

(6),根据上述步骤(2)所述的状态数据库， 设置LED球泡灯装配生产线中监控系统的预警模型的数据，判断所述的LED球泡灯装配生产线的所有设备的变换集的数据是否大于LED球泡灯装配生产线中监控系统中的预警模型的数据，如果是大于LED球泡灯装配生产线中监控系统中的预警模型的数据，则LED球泡灯装配生产线中三维可视化监控系统向LED球泡灯装配生产线中设备发出预警数据； 

(7), 将上述向LED球泡灯装配生产线中设备发出的预警数据发送给可视化界面；

(8), 采用三维可视化软件( Visual Components)在可视化界面对LED球泡灯装配生产线实现三维可视化监控。 

上述步骤(1)所述的构建LED球泡灯装配生产线的设备的三维几何尺寸数据模型，利用Autodesk 3DS Max以及sketchup三维设计软件建立与LED球泡灯装配生产线中的上料机械手、涂胶机、视觉检测设备、吸取机械手、自动螺丝机、下料机械手、传送带、接插机械手、翻转和转位机械手对应的三维几何尺寸数据模型。

上述步骤(2)所述的建立LED球泡灯装配生产线中对应设备对应的状态数据库，其具体如下：采集LED球泡灯装配生产线中设备运行数据，建立设备数据表和动作数据表，所述的设备数据表包括LED球泡灯装配生产线各种设备规格型号数据、各个设备之间的连接数据、各个设备的预设的预警数据；所述的动作数据表包括LED球泡灯装配生产线中的各个设备所处的位置、所运行方向上的动态数据，将设备数据表中设备数据和动作数据表中动作数据保存到动作数据库，该数据库构成LED球泡灯装配生产线中设备对应的状态数据库。

上述步骤(3)所述的建立LED球泡灯装配生产线的所有设备的物元模型， 将LED球泡灯装配生产线对应的设备三维几何尺寸数据模型转换为LED球泡灯装配生产线的第设备的物元模型，具体如下：

(3-1),定义预警模型

LED球泡灯装配生产线第  设备的物元模型，记为，其公式如下：

 = QUOTE  QUOTE    \*MERGEFORMAT                     (1)

式(1)中：代表第台设备名称，的取值为1，2，…，代表第台设备中第种属性值， 代表第台设备中第种属性值， 的取值为1，2，…；

(3-2),设计LED球泡灯装配生产线的所有设备的物元模型，LED球泡灯装配生产线的所有设备的物元模型由上述式(1)中所述的第  设备的物元模型构成，记为，其公式如下：

=                              (2)

式(2)中：为LED球泡灯装配生产线所有设备的物元模型的数据，分别为装配生产线中第种设备的物元模型，的取值为1，2，…；

上述步骤(4)所述的定义LED球泡灯装配生产线的所有设备的变换集，记为，其公式如下：

 =  QUOTE  QUOTE    \*MERGEFORMAT                 (3)

式(3)中：分别为LED球泡灯装配生产线中第个设备在上述设备状态数据库中的动作数据表的当前时刻的参数值，分别为上一个时刻LED球泡灯装配生产线中第个设备中第种的属性值, V₁，......,V_n分别为当前时刻LED球泡灯装配生产线中第个设备中第种的属性值,  分别为LED球泡灯装配生产线中第个设备中第种的属性值的运算因子。

上述步骤(5)所述的建立LED球泡灯装配生产线中监控系统的物元模型，将当前采集时刻LED球泡灯装配生产线的所有设备的物元模型与LED球泡灯装配生产线的所有设备的变换集相乘，所得的乘积为LED球泡灯装配生产线中监控系统的下一个采集时刻装配生产线的物元模型，记为，其公式如下：

                                     (4)

式(4)中： R^，为当前采集时刻装配生产线的物元模型， 为变换集，为乘法运算符号。

上述步骤(6)所述的设置LED球泡灯装配生产线中监控系统的预警模型的数据，判断所述的LED球泡灯装配生产线的所有设备的变换集的数据是否大于LED球泡灯装配生产线中监控系统中的预警模型的数据，如果是大于LED球泡灯装配生产线中监控系统中的预警模型的数据，则LED球泡灯装配生产线中三维可视化监控系统向LED球泡灯装配生产线中设备发出预警数据，具体步骤如下：

(6-1),根据上述步骤(2)所述的设备数据表中各个设备中设定的预警数据，定义LED球泡灯装配生产线监控系统预警模型，记为，其公式如下：

 =               (5)

式(5)中：分别为装配生产线中个设备的属性值，为m个向量，其中，各个向量分别包括个特征的属性值，第 台设备的第个特征的最大值为，最小值为， 若装配生产线的物元模型R中的值大于或小于，则对LED球泡灯装配生产线中的设备发出自动实时预警；

(6-2),判断上述步骤(4)所述的LED球泡灯装配生产线中的所有设备的变换集的数据是否大于LED球泡灯装配生产线中监控系统中的预警模型的数据， 如果是大于LED球泡灯装配生产线中监控系统中的预警模型的数据，则转步骤(7)，否则转步骤(8)。

本发明的一种LED球泡灯装配生产线的三维可视化监控方法与现有技术相比较具有如下显著优点：

该方法通过LED球泡灯装配生产线中对应设备的物元模型和状态数据库，提高LED球泡灯装配生产线监控的反应速度，及时对LED球泡灯装配生产线中出现的故障进行自动实时预警，而且能够直观地提供三维可视化车间现场，实时跟踪监控，实现优化生产调度。

附图说明

图1为本发明的一种LED球泡灯装配生产线的三维可视化监控方法的步骤示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施对本发明的作进一步详细说明。 

如图1所示，本发明的一种LED球泡灯装配生产线的三维可视化监控方法，该方法包括如下步骤:

(1)，构建LED球泡灯装配生产线的设备对应的三维几何尺寸数据模型，利用Autodesk 3DS Max以及sketchup三维设计软件建立与LED球泡灯装配生产线中的上料机械手、涂胶机、视觉检测设备、吸取机械手、自动螺丝机、下料机械手、传送带、接插机械手、翻转和转位机械手对应的设备三维几何尺寸数据模型，每个设备的三维几何尺寸数据模型在外观、颜色以及分布与装配生产线现场的设备一致；

 (2)，建立LED球泡灯装配生产线中设备对应的状态数据库，其具体如下：

采集LED球泡灯装配生产线中设备运行数据，建立设备数据表和动作数据表，所述的设备数据表包括LED球泡灯装配生产线各种设备规格型号数据、各个设备之间的连接数据、各个设备的预设的预警数据；所述的动作数据表包括LED球泡灯装配生产线中的各个设备所处的位置、所运行方向上的动态数据，将设备数据表中设备数据和动作数据表中动作数据保存到动作数据库，该数据库构成LED球泡灯装配生产线中设备对应的状态数据库；   

 (3), 建立LED球泡灯装配生产线的所有设备的物元模型， 将LED球泡灯装配生产线对应的设备三维几何尺寸数据模型转换为LED球泡灯装配生产线的第设备的物元模型，具体如下

 (3-1),定义预警模型LED球泡灯装配生产线第设备的物元模型，记为，其公式如下：

 = QUOTE  QUOTE    \*MERGEFORMAT                     (1)

式(1)中：代表第台设备名称，的取值为1，2，…，代表第台设备中第种属性值， 代表第台设备中第种属性值，的取值为1，2，…，

例如，上述第  设备的物元模型为传送带设备物元模型，其表达式为：

 =

式中：分别为传送带位移、速度、加速度的特征值，

(3-2),设计LED球泡灯装配生产线的所有设备的物元模型，

LED球泡灯装配生产线的所有设备的物元模型由上述式(1)中所述的第设备的物元模型构成，记为，其公式如下：

=                           (2)

式(2)中：为LED球泡灯装配生产线所有设备的物元模型的数据，分别为装配生产线中第种设备的物元模型，的取值为1，2；

 (4),定义LED球泡灯装配生产线的所有设备的变换集，记为，其公式如下：

 =  QUOTE  QUOTE    \*MERGEFORMAT               (3)

式(3)中：分别为LED球泡灯装配生产线中第个设备在上述设备状态数据库中的动作数据表的当前时刻的参数值，分别为上一个时刻LED球泡灯装配生产线中第个设备中第种的属性值, V₁，......,V_n分别为当前时刻LED球泡灯装配生产线中第个设备中第种的属性值,  分别为LED球泡灯装配生产线中第个设备中第种的属性值的运算因子，

例如，LED球泡灯装配生产线的传送带设备变换集，其表达式为：

=QUOTE  QUOTE    \*MERGEFORMAT 

式中：为传送带在设备状态数据库中动作数据表中的当前时刻的参数值；

 (5), 建立LED球泡灯装配生产线中监控系统的物元模型，将当前采集时刻LED球泡灯装配生产线的所有设备的物元模型与LED球泡灯装配生产线的所有设备的变换集相乘，所得的乘积为LED球泡灯装配生产线中监控系统的下一个采集时刻装配生产线的物元模型，记为，其公式如下：

                                     (4)

式(4)中： R^，为当前采集时刻装配生产线的物元模型，为变换集，为乘法运算符号；

(6),根据上述步骤(2)所述的状态数据库，设置LED球泡灯装配生产线监控系统的预警模型的数据，判断所述的LED球泡灯装配生产线的所有设备的变换集的数据是否大于LED球泡灯装配生产线中监控系统中的预警模型的数据，如果是大于LED球泡灯装配生产线中监控系统中的预警模型的数据，则LED球泡灯装配生产线中三维可视化监控系统向LED球泡灯装配生产线中设备发出预警数据，具体步骤如下：

(6-1),根据上述步骤(2)所述的设备数据表中各个设备中设定的预警数据，定义LED球泡灯装配生产线监控系统预警模型，记为，其公式如下：

 =              (5)

式(5)中：分别为装配生产线中个设备的属性值，为m个向量，其中，各个向量分别包括个特征的属性值，第 台设备的第个特征的最大值为，最小值为， 若装配生产线的物元模型R中的值大于或小于，则对LED球泡灯装配生产线中的设备发出自动实时预警，

例如， LED球泡灯装配生产线监控系统中传送带设备状态动作预警模型，其表达式为：

 =

式中： 为采集到传送带的位移， 为采集到传送带的速度， 为采集到传送带的加速度，

如果的值大于-300或小于300，则LED球泡灯三维可视化监控系统向传送带发送预警数据

如果大于-20或小于20 ，则LED球泡灯三维可视化监控系统向传送带发送预警数据

如果大于-5或小于5，则LED球泡灯三维可视化监控系统向传送带发送预警数据，再分别将、、LED球泡灯装配生产线中设备发送预警数据；

(6-2),判断上述步骤(4)所述的LED球泡灯装配生产线中的所有设备的变换集的数据是否大于LED球泡灯装配生产线中监控系统中的预警模型的数据， 如果是大于LED球泡灯装配生产线中监控系统中的预警模型的数据，则转步骤(7)，否则转步骤(8)；

(7), 根据步骤(6-2)判断的结果,将上述向LED球泡灯装配生产线中设备发出的预警数据发送给可视化界面；

(8), 采用三维可视化软件 (Visual Components)在可视化界面LED球泡灯装配生产线三维可视化监控。

Claims (7)

1.一种LED球泡灯装配生产线的三维可视化监控方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1), 构建LED球泡灯装配生产线的设备对应的三维几何尺寸数据模型；

(2)，建立LED球泡灯装配生产线中设备对应的状态数据库；

(3), 建立LED球泡灯装配生产线的所有设备的物元模型，将LED球泡灯装配生产线对应的设备三维几何尺寸数据模型转换为LED球泡灯装配生产线的第                                                设备的物元模型；

(4),定义LED球泡灯装配生产线的所有设备的变换集；

(5),建立LED球泡灯装配生产线中监控系统的物元模型，将当前采集时刻LED球泡灯装配生产线的所有设备的物元模型与LED球泡灯装配生产线的所有设备的变换集相乘，所得的乘积为LED球泡灯装配生产线中监控系统的下一个采集时刻装配生产线的物元模型；

(6),根据上述步骤(2)所述的状态数据库， 设置LED球泡灯装配生产线中监控系统的预警模型的数据，判断所述的LED球泡灯装配生产线的所有设备的变换集的数据是否大于LED球泡灯装配生产线中监控系统中的预警模型的数据，如果是大于LED球泡灯装配生产线中监控系统中的预警模型的数据，则LED球泡灯装配生产线中三维可视化监控系统向LED球泡灯装配生产线中设备发出预警数据； 

(7), 将上述向LED球泡灯装配生产线中设备发出的预警数据发送给可视化界面；

(8), 采用三维可视化软件( Visual Components)在可视化界面对LED球泡灯装配生产线实现三维可视化监控。

2.根据权利要求1所述的一种LED球泡灯装配生产线三维可视化监控方法，其特征在于，上述步骤(1)所述的构建LED球泡灯装配生产线的设备对应的三维几何尺寸数据模型，利用Autodesk 3DS Max以及sketchup三维设计软件建立与LED球泡灯装配生产线中的上料机械手、涂胶机、视觉检测设备、吸取机械手、自动螺丝机、下料机械手、传送带、接插机。

3.根据权利要求2所述的一种LED球泡灯装配生产线三维可视化监控方法，其特征在于，上述步骤(2)所述的建立LED球泡灯装配生产线中对应设备对应的状态数据库，其具体如下：采集LED球泡灯装配生产线中设备运行数据，建立设备数据表和动作数据表，所述的设备数据表包括LED球泡灯装配生产线各种设备规格型号数据、各个设备之间的连接数据、各个设备的预设的预警数据；所述的动作数据表包括LED球泡灯装配生产线中的各个设备所处的位置、所运行方向上的动态数据，将设备数据表中设备数据和动作数据表中动作数据保存到动作数据库，该数据库构成LED球泡灯装配生产线中设备对应的状态数据库。

4.根据权利要求3所述的一种LED球泡灯装配生产线三维可视化监控方法，其特征在于，上述步骤(3)所述的建立LED球泡灯装配生产线的所有设备的物元模型， 将LED球泡灯装配生产线对应的设备三维几何尺寸数据模型转换为LED球泡灯装配生产线的第设备的物元模型，具体如下：

 (3-1),定义预警模型

LED球泡灯装配生产线第  设备的物元模型，记为，其公式如下：

 =     (1)

式(1)中：代表第台设备名称，  的取值为1，2，…，代表第台设备中第种属性值， 代表第台设备中第种属性值， 的取值为1，2，…；

(3-2),设计LED球泡灯装配生产线的所有设备的物元模型，LED球泡灯装配生产线的所有设备的物元模型由上述式(1)中所述的第  设备的物元模型构成，记为，其公式如下：

 = (2)

式(2)中：为LED球泡灯装配生产线所有设备的物元模型的数据，分别为装配生产线中第种设备的物元模型， 的取值为1，2，…。

5.根据权利要求4所述的一种LED球泡灯装配生产线三维可视化监控方法，其特征在于，上述步骤(4)所述的定义LED球泡灯装配生产线的所有设备的变换集，记为，其公式如下：

 =  QUOTE  QUOTE    \*MERGEFORMAT                 (3)

式(3)中：分别为LED球泡灯装配生产线中第个设备在上述设备状态数据库中的动作数据表的当前时刻的参数值，分别为上一个时刻LED球泡灯装配生产线中第个设备中第种的属性值, V₁，......,V_n分别为当前时刻LED球泡灯装配生产线中第个设备中第种的属性值,  分别为LED球泡灯装配生产线中第个设备中第种的属性值的运算因子。

6.根据权利要求5所述的一种LED球泡灯装配生产线三维可视化监控方法，其特征在于，上述步骤(5)所述的建立LED球泡灯装配生产线中监控系统的物元模型，将当前采集时刻LED球泡灯装配生产线的所有设备的物元模型与LED球泡灯装配生产线的所有设备的变换集相乘，所得的乘积为LED球泡灯装配生产线中监控系统的下一个采集时刻装配生产线的物元模型，记为，其公式如下：

                                     (4)

式(4)中： R^，为当前采集时刻装配生产线的物元模型， 为变换集，为乘法运算符号。

7.根据权利要求6所述的一种LED球泡灯装配生产线三维可视化监控方法，其特征在于，上述步骤(6)所述的设置LED球泡灯装配生产线中监控系统的预警模型的数据，判断所述的LED球泡灯装配生产线的所有设备的变换集的数据是否大于LED球泡灯装配生产线中监控系统中的预警模型的数据，如果是大于LED球泡灯装配生产线中监控系统中的预警模型的数据，则LED球泡灯装配生产线中三维可视化监控系统向LED球泡灯装配生产线中设备发出预警数据，具体步骤如下：

(6-1),根据上述步骤(2)所述的设备数据表中各个设备中设定的预警数据，定义LED球泡灯装配生产线监控系统预警模型，记为，其公式如下：

 =               (5)

式(5)中：分别为装配生产线中个设备的属性值，为m个向量，其中，各个向量分别包括个特征的属性值，第 台设备的第个特征的最大值为，最小值为， 若装配生产线的物元模型R中的值大于或小于，则对LED球泡灯装配生产线中的设备发出自动实时预警；

(6-2),判断上述步骤(4)所述的LED球泡灯装配生产线中的所有设备的变换集的数据是否大于LED球泡灯装配生产线中监控系统中的预警模型的数据， 如果是大于LED球泡灯装配生产线中监控系统中的预警模型的数据，则转步骤(7)，否则转步骤(8)。