袁野，羅全，苑輝

（大連華冶聯(lián)自動(dòng)化有限公司，遼寧 大連 116000）  

摘要：針對(duì)鋼鐵廠(chǎng)卷板生產(chǎn)過(guò)程中手動(dòng)方式噴印作業(yè)容易出錯(cuò)的問(wèn)題，本文提出了采用關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)器人帶動(dòng)噴碼頭對(duì)鋼卷表面固定位置進(jìn)行噴碼作業(yè)，并在噴印過(guò)程結(jié)束后，采用工業(yè)相機(jī)拍攝噴印區(qū)域圖像，對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理，字符分割后，采用基于BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的OCR模塊識(shí)別噴碼數(shù)據(jù)，并將識(shí)別出來(lái)的噴碼數(shù)據(jù)與接收到的鋼卷號(hào)進(jìn)行比對(duì)、分析，最終結(jié)果通過(guò)局域網(wǎng)絡(luò)傳送到其他監(jiān)視工作站和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)中。

關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺(jué)；字符識(shí)別；鋼卷噴碼

1引言

鋼鐵廠(chǎng)的冷軋或熱軋卷板在完成卷曲工序后，通常需要進(jìn)行產(chǎn)品標(biāo)識(shí)?，F(xiàn)有的卷板生產(chǎn)線(xiàn)上通常采用人工制模，然后在帶有字符形狀孔洞的模板上噴漆，在鋼卷上形成特定的字符。這種方式由于人為因素影響,當(dāng)字符變化頻繁時(shí)極其容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。采用機(jī)器視覺(jué)識(shí)別機(jī)器人噴碼字符，能夠極大提高工作效率和質(zhì)量，避免錯(cuò)誤，減小工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2系統(tǒng)組成與工作原理

2.1系統(tǒng)構(gòu)成

該系統(tǒng)由關(guān)節(jié)臂機(jī)器人、工控機(jī)、噴碼機(jī)、光源、工業(yè)相機(jī)組成。其中關(guān)節(jié)臂機(jī)器人采用FANUC的R1000iA 100F，噴碼字符的圖像的采集使用的是AVT公司的Pike系列高分辨率工業(yè)數(shù)字相機(jī)。

2.2系統(tǒng)的工作原理

本系統(tǒng)按照結(jié)構(gòu)和功能劃分成兩個(gè)部分：字符噴印系統(tǒng)和字符識(shí)別系統(tǒng)。噴印系統(tǒng)主要完成噴碼頭的隨動(dòng)和字符噴印，通過(guò)識(shí)別鋼卷高度和鋼卷位置，關(guān)節(jié)臂機(jī)器人帶動(dòng)噴碼頭對(duì)鋼卷表面固定位置進(jìn)行噴印作業(yè)。鋼卷噴碼識(shí)別系統(tǒng)其實(shí)就是一個(gè)光學(xué)字符識(shí)別(OCR)系統(tǒng)，主要完成噴碼字符的識(shí)別和校對(duì)，當(dāng)噴印過(guò)程結(jié)束后，工業(yè)相機(jī)拍攝噴碼圖像，現(xiàn)場(chǎng)圖像經(jīng)過(guò)視頻采集卡進(jìn)入到鋼卷噴碼識(shí)別系統(tǒng)主機(jī)，該主機(jī)中的識(shí)別模塊對(duì)圖像進(jìn)行分析、處理，并識(shí)別噴碼數(shù)據(jù)，并將識(shí)別出來(lái)的噴碼數(shù)據(jù)與接收到的鋼卷號(hào)進(jìn)行比對(duì)，分析，最后結(jié)果會(huì)通過(guò)局域網(wǎng)絡(luò)傳送到其他監(jiān)視工作站和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)中。

鋼卷噴碼識(shí)別系統(tǒng)布置圖如圖1所示。

2.3點(diǎn)陣字符識(shí)別算法

點(diǎn)陣字符識(shí)別算法主要包括字符圖像的提取、字符圖像預(yù)處理、字符分割、SVM訓(xùn)練和識(shí)別等。

2.3.1圖像預(yù)處理

噴碼字符是5×7點(diǎn)陣，噴印的字符很可能出現(xiàn)多點(diǎn)少點(diǎn)或者點(diǎn)的位置有所偏移的情況，噪聲干擾嚴(yán)重，給點(diǎn)陣字符的識(shí)別帶來(lái)困難。為了消除這些干擾，采取了圖像增強(qiáng)、腐蝕等算法。

2.3.2點(diǎn)陣字符的增強(qiáng)

圖像增強(qiáng)是增強(qiáng)圖像中的有用信息，其目的是增強(qiáng)視覺(jué)效果，將原來(lái)不清晰的圖像變得清晰或強(qiáng)調(diào)某些感興趣的特征．抑制不感興趣的特征，使圖像質(zhì)量得到改善，加強(qiáng)圖像判讀和識(shí)別效果的圖像處理方法。圖像增強(qiáng)主要是通過(guò)改變圖像的灰度值來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

采用改進(jìn)的直方圖均衡算法，既保留了標(biāo)準(zhǔn)直方圖均衡算法的原理簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性好的特點(diǎn)，又避免了單純采用標(biāo)準(zhǔn)直方圖均衡算法增強(qiáng)后的圖像亮度不均，出現(xiàn)因灰度級(jí)合并，從而致使部分細(xì)節(jié)信息丟失的情況發(fā)生。

基于對(duì)數(shù)函數(shù)映射的直方圖均衡（LMHE） 算法將對(duì)數(shù)函數(shù)作為直方圖均衡算法的累計(jì)分布函數(shù)，對(duì)數(shù)函數(shù)符合人眼視覺(jué)特性的Weber-Fechner規(guī)律。

累計(jì)分布函數(shù)定義為:

式中，k為輸入灰度級(jí)。對(duì)上式求導(dǎo)，可以得到相應(yīng)的概率密度p（k）。將p（k）作為直方圖均衡算法概率密度函數(shù)的修正，使相應(yīng)的累計(jì)分布函數(shù)近似滿(mǎn)足對(duì)數(shù)函數(shù)的形式，從而使得增強(qiáng)后的圖像具有更好的視覺(jué)效果^[1]。

2.3.3字符分割

提取單行字符串之后，需要分割出單個(gè)字符，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中由于噴碼設(shè)備氣動(dòng)機(jī)械故障、板材運(yùn)輸存儲(chǔ)過(guò)程中的磨損或者由于后期圖像處理效果較差，容易造成板材噴碼字符存在粘連和分裂的現(xiàn)象。粘連和斷裂字符將導(dǎo)致字符的錯(cuò)誤分割，從而能影響后期字符正確識(shí)別。

針對(duì)粘連字符切分，除了采取投影分割方法，還采取了基于字符上邊緣的切分方法。基于上邊緣的切分方法利用字符圖像的上邊緣，利用邊緣波峰波谷特性作為判斷切分邊界的依據(jù)。從鋼卷噴碼圖像分析可得，噴印字符屬于標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字和字母字符，寬高比比較固定，且同一行字符基本水平，因此，當(dāng)字符之間出現(xiàn)接觸粘連時(shí)，垂直投影曲線(xiàn)波峰波谷特性受到較大干擾，但是字符的上邊緣波形特性保留，基本上波谷點(diǎn)對(duì)應(yīng)著粘連邊界^[5]。

2.3.4光學(xué)字符識(shí)別

在標(biāo)記識(shí)別系統(tǒng)中，攝像機(jī)所拍攝的圖像經(jīng)過(guò)圖像預(yù)處理、字符定位、字符分割以后，得到了一組包含單個(gè)字符的二值圖像。這些二值圖像最后被送入到識(shí)別子系統(tǒng)中進(jìn)行識(shí)別，這個(gè)過(guò)程一般被稱(chēng)為光學(xué)字符識(shí)別(OCR)。

字符識(shí)別主要采用基于BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)OCR模塊，并在其基礎(chǔ)上使用簡(jiǎn)單拓?fù)浞治龊透怕式y(tǒng)計(jì)的相關(guān)技術(shù)，提高識(shí)別成功率。

2.4后期處理

鋼卷號(hào)碼識(shí)別系統(tǒng)軟件另一項(xiàng)功能字符比對(duì)分析。從圖像中提取鋼卷標(biāo)識(shí)號(hào)后，與之前從二級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取的噴碼字符進(jìn)行比較，如果正確，則記錄有關(guān)數(shù)據(jù)，以便于日后質(zhì)量統(tǒng)計(jì)；如果有錯(cuò)碼，則發(fā)出報(bào)警，防止錯(cuò)誤標(biāo)號(hào)流到下一道工序^[6]。

3結(jié)束語(yǔ)

冷軋鋼卷生產(chǎn)線(xiàn)的主要生產(chǎn)設(shè)備已經(jīng)完全自動(dòng)化，由計(jì)算機(jī)直接控制。但是，鋼卷噴碼工作卻是由操作人員手動(dòng)噴印。對(duì)物流的跟蹤往往由操作人員根據(jù)生產(chǎn)線(xiàn)上的監(jiān)視畫(huà)面，將作業(yè)線(xiàn)上正在傳送的成品卷號(hào)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)傳輸過(guò)來(lái)的生產(chǎn)批次號(hào)碼進(jìn)行比對(duì)，比對(duì)一致后手工操作鋼卷繼續(xù)進(jìn)入下一個(gè)物流環(huán)節(jié)。而采用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)后，能夠自動(dòng)識(shí)別由工業(yè)機(jī)器人噴印的鋼卷號(hào)碼，并及時(shí)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行比對(duì)，比對(duì)一致后自動(dòng)處理進(jìn)入下一個(gè)環(huán)節(jié)，大大方便了生產(chǎn)過(guò)程中的物流管理，提高了效率，還能避免由于鋼卷錯(cuò)碼而產(chǎn)生的質(zhì)量異議和經(jīng)濟(jì)損失。

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