钢坯机器人标识系统关键技术研究
发布时间：2021-08-04 00:39
21世纪以来,机器视觉与工业机器人技术有了快速发展,融合二者技术特点的实际应用也成为新的发展趋势。在钢铁产品生产领域,钢企对产品的生产信息监管越来越严格,体系也日益完善,钢铁产品在生产过程中需要喷涂身份信息码用于生产过程监管,同时需要对完成生产的钢铁产品粘贴最终的信息标签。相比于传统的人工识别钢铁信息码以及人力粘贴标签,基于机器视觉与工业机器人的智能化设备在效率、准确率、安全性等方面更具有优势。本文根据钢企对流通中单根棒材产品的身份认证与最终下线棒材产品端面贴标的生产需求,分析钢企特钢棒材精整生产线的工况以及棒材产品端面特点,设计了一种水平双标志点的棒材身份认证信息码,信息码中包含两个标志点与三位数字字符;为提高信息码视觉识别效率与准确率,采用双标志点辅助实现了信息码的单次旋转即可矫正;为提高精整线复杂条件下棒材身份信息码的识别准确率,提出并验证了一种二值图像灰度共生矩阵灰度组合GLCM（0,1）数目与字符区域连通域面积矩阵相结合的字符识别方法;对于棒材端面贴标环节,首先采用D-H参数法建立了与机器人生产厂家相一致的坐标系,并完成了机器人运动学正解与逆解的解算,实现了与机器人内部数据的...
【文章来源】：河北科技大学河北省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
棒材精整生产现场图
82.3信息码标记方法分析确定了以喷码的方式对棒材进行信息码标记的方式后，需要进一步确定棒材身份信息码信息的载体形式，调研市场中主流的标记方案，主要有二维码、条形码以及数字码等方案。2.3.1二维码标记二维码是当下十分普遍的信息载体方案，从无现金支付到扫码交友，从防伪标识到身份认证，几乎充斥在生活各处。尤其在产品质量监管领域，二维码可以清楚地向消费者展示产品的生产信息，为产品的追根溯源，质量监管提供了便捷的方式。图2-2为二维码标记方案。图2-2二维码标记方案二维码技术是一门集信息编码、信息传递、图像处理、数据加密等技术于一体的综合性技术[51]。其具有扫码响应快、信息容量大同时纠错能力强等优点[52]，但二维码条码本身需要具有较强的颜色反差，才能保证识别准确率。现今生活中，二维码一般标记在产品的外包装上，标记时外包装较为干净整洁，二维码条纹多使用深色，空白位使用浅色。由此可知，在图2-1中展示的棒材端面条件下，若不进行其他处理，采用二维码的标记方案将大大提高通过机器视觉进行信息识别的难度，信息识别的准确率也将无法保证，所以，采用二维码标记无法满足棒材标记需求。2.3.2条形码标记条形码技术的起源相较于二维码更早，它集编码、印刷、识别、数据采集与处理等技术与一身，实现了数据信息的数字化采集，取代了人工数据读写，提高了现代数据系统的效率[53]。条形码一般是将宽度不等的黑条与空白按照一定的编码规则进行排列，用来表达相应的信息。条形码编码方式具有成本低、输入速度快且可靠性高等优势，在商品流通、图书管理、邮政管理、银行系统等许多领域都得到广泛的应用[54]。条形码在制作要求上与二维码相似，需要保证条纹与空白具有足够的颜色反差。同时，条
9图2-3条形码标记方案2.3.3数字码标记数字码一般是指采用阿拉伯数字作为标记内容，对被标记物进行区分。在人类生产生活中，每时每刻都应用着数字来进行统计、标记工作。相比于二维码与条形码等其他标记方法，数字码标记内容简单，易于识别，同时也更容易实现错误纠正。得益于其独有优势，钢铁企业在连铸坯等钢铁产品的厂内流通信息码均采用了数字码标记方法，如图2-4所示。通过对二维码、条形码以及数字码等多种标记方法的比较，并根据棒材精整线的实际需求，本文中将采用数字码作为特钢棒材的信息码。图2-4连铸方坯数字码标记方案2.4信息码标记方案采用机器视觉技术对棒材端面信息码进行识别，一般需经过图像采集、预处理、信息码定位及矫正、信息码切割、信息码字符识别等过程。根据棒材生产线的实际情况，生产线进行棒材输送时，到达指定工位的棒材端面信息码呈现任意角度倾斜，信息码姿态不一致。复杂的姿态大大提高了后续的识别工作的难度，很难保证识别结果的准确高效。因此，在识别之前，需要利用图像矫正技术将任意姿态的端面信息码调整到准确姿态。信息码字符矫正作为重要的一个环节，矫正的质量直接影响到信息码切割以及后续的识别效果[56]。Hough变换[57]、Radon变换[58]、旋转投影法[59]等方法是常用的矫正倾斜字符的方法，上述方法在钢铁产品信息码矫正时也有过应用，虽然在一定程度上实现了字符的矫正，但计算量偏大，耗时较长。为降低字符矫正难度，提高字符矫正速度与效果，在借鉴连铸坯等其它钢材产品标记方案的基础上，设计了一种水平双标志点的特钢棒材端面信息码标记方案，如图2-5所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Radon变换的文本图像倾斜校正[J]. 吴珅,黄道平,刘少君. 自动化与信息工程. 2013(05)
[2]机器人技术研究进展[J]. 谭民,王硕. 自动化学报. 2013(07)
[3]基于字符结构特征的钢坯字符电子显示识别[J]. 洪汉玉,朱浩,魏和洪,秦实宏,俞喆俊,王澍. 武汉理工大学学报(信息与管理工程版). 2013(02)
[4]喷号机的研制与应用[J]. 陆洪周,鲁清远,罗燕,陈海云,石勇,刘炽强. 连铸. 2008(04)
硕士论文
[1]连铸坯端面信息码自动识别关键技术研究[D]. 刘咪.河北科技大学 2019
[2]中国工业机器人“产业链—创新链—资金链”的三链协同研究[D]. 付欣然.大连理工大学 2017
[3]条码技术在印刷包装企业仓库管理中的实施与应用[D]. 罗时磊.大连工业大学 2017
[4]一类喷涂作业的轨迹规划与优化[D]. 魏肖.青岛大学 2016
[5]多自由度串联机器人运动学分析与仿真[D]. 王梦.北京理工大学 2016
[6]热钢坯端面在线标识设备的设计与研究[D]. 唐鑫.天津科技大学 2015
[7]QR二维码相关技术的研究[D]. 于英政.北京交通大学 2014
[8]智能电能表外观缺陷质量检验装置开发及关键技术研究[D]. 梁伟建.中国计量学院 2014
[9]基于机器视觉的棒材计数系统研究与实现[D]. 薛彦冰.山东大学 2014
[10]热钢端面在线自动打码系统的创新研究[D]. 闫树军.昆明理工大学 2012
本文编号：3320638
【文章来源】：河北科技大学河北省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
棒材精整生产现场图
82.3信息码标记方法分析确定了以喷码的方式对棒材进行信息码标记的方式后，需要进一步确定棒材身份信息码信息的载体形式，调研市场中主流的标记方案，主要有二维码、条形码以及数字码等方案。2.3.1二维码标记二维码是当下十分普遍的信息载体方案，从无现金支付到扫码交友，从防伪标识到身份认证，几乎充斥在生活各处。尤其在产品质量监管领域，二维码可以清楚地向消费者展示产品的生产信息，为产品的追根溯源，质量监管提供了便捷的方式。图2-2为二维码标记方案。图2-2二维码标记方案二维码技术是一门集信息编码、信息传递、图像处理、数据加密等技术于一体的综合性技术[51]。其具有扫码响应快、信息容量大同时纠错能力强等优点[52]，但二维码条码本身需要具有较强的颜色反差，才能保证识别准确率。现今生活中，二维码一般标记在产品的外包装上，标记时外包装较为干净整洁，二维码条纹多使用深色，空白位使用浅色。由此可知，在图2-1中展示的棒材端面条件下，若不进行其他处理，采用二维码的标记方案将大大提高通过机器视觉进行信息识别的难度，信息识别的准确率也将无法保证，所以，采用二维码标记无法满足棒材标记需求。2.3.2条形码标记条形码技术的起源相较于二维码更早，它集编码、印刷、识别、数据采集与处理等技术与一身，实现了数据信息的数字化采集，取代了人工数据读写，提高了现代数据系统的效率[53]。条形码一般是将宽度不等的黑条与空白按照一定的编码规则进行排列，用来表达相应的信息。条形码编码方式具有成本低、输入速度快且可靠性高等优势，在商品流通、图书管理、邮政管理、银行系统等许多领域都得到广泛的应用[54]。条形码在制作要求上与二维码相似，需要保证条纹与空白具有足够的颜色反差。同时，条
9图2-3条形码标记方案2.3.3数字码标记数字码一般是指采用阿拉伯数字作为标记内容，对被标记物进行区分。在人类生产生活中，每时每刻都应用着数字来进行统计、标记工作。相比于二维码与条形码等其他标记方法，数字码标记内容简单，易于识别，同时也更容易实现错误纠正。得益于其独有优势，钢铁企业在连铸坯等钢铁产品的厂内流通信息码均采用了数字码标记方法，如图2-4所示。通过对二维码、条形码以及数字码等多种标记方法的比较，并根据棒材精整线的实际需求，本文中将采用数字码作为特钢棒材的信息码。图2-4连铸方坯数字码标记方案2.4信息码标记方案采用机器视觉技术对棒材端面信息码进行识别，一般需经过图像采集、预处理、信息码定位及矫正、信息码切割、信息码字符识别等过程。根据棒材生产线的实际情况，生产线进行棒材输送时，到达指定工位的棒材端面信息码呈现任意角度倾斜，信息码姿态不一致。复杂的姿态大大提高了后续的识别工作的难度，很难保证识别结果的准确高效。因此，在识别之前，需要利用图像矫正技术将任意姿态的端面信息码调整到准确姿态。信息码字符矫正作为重要的一个环节，矫正的质量直接影响到信息码切割以及后续的识别效果[56]。Hough变换[57]、Radon变换[58]、旋转投影法[59]等方法是常用的矫正倾斜字符的方法，上述方法在钢铁产品信息码矫正时也有过应用，虽然在一定程度上实现了字符的矫正，但计算量偏大，耗时较长。为降低字符矫正难度，提高字符矫正速度与效果，在借鉴连铸坯等其它钢材产品标记方案的基础上，设计了一种水平双标志点的特钢棒材端面信息码标记方案，如图2-5所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Radon变换的文本图像倾斜校正[J]. 吴珅,黄道平,刘少君. 自动化与信息工程. 2013(05)
[2]机器人技术研究进展[J]. 谭民,王硕. 自动化学报. 2013(07)
[3]基于字符结构特征的钢坯字符电子显示识别[J]. 洪汉玉,朱浩,魏和洪,秦实宏,俞喆俊,王澍. 武汉理工大学学报(信息与管理工程版). 2013(02)
[4]喷号机的研制与应用[J]. 陆洪周,鲁清远,罗燕,陈海云,石勇,刘炽强. 连铸. 2008(04)
硕士论文
[1]连铸坯端面信息码自动识别关键技术研究[D]. 刘咪.河北科技大学 2019
[2]中国工业机器人“产业链—创新链—资金链”的三链协同研究[D]. 付欣然.大连理工大学 2017
[3]条码技术在印刷包装企业仓库管理中的实施与应用[D]. 罗时磊.大连工业大学 2017
[4]一类喷涂作业的轨迹规划与优化[D]. 魏肖.青岛大学 2016
[5]多自由度串联机器人运动学分析与仿真[D]. 王梦.北京理工大学 2016
[6]热钢坯端面在线标识设备的设计与研究[D]. 唐鑫.天津科技大学 2015
[7]QR二维码相关技术的研究[D]. 于英政.北京交通大学 2014
[8]智能电能表外观缺陷质量检验装置开发及关键技术研究[D]. 梁伟建.中国计量学院 2014
[9]基于机器视觉的棒材计数系统研究与实现[D]. 薛彦冰.山东大学 2014
[10]热钢端面在线自动打码系统的创新研究[D]. 闫树军.昆明理工大学 2012
本文编号：3320638
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