基于机器视觉的宽厚板成品库入库定位与位置识别系统的制作方法
【专利摘要】一种基于机器视觉的宽厚板成品库入库定位与位置识别系统，属于钢铁成品库管图像处理【技术领域】。采用机器视觉技术和无线网络技术实现入库定位与位置识别，包括，宽厚板成品库信息管理中心、宽厚板位置识别子系统、辊道监视操作站、无线基站、无线车载终端。优点在于，本可以实现入库辊道自动跟踪定位以及钢板位置自动识别，在基本不改变原有设备的前提下，仅增加少量工业相机、无线车载终端等低成本设备，实现系统功能，降低人工干预，提高工作效率和准确性，降低安全风险，节省大量人力物力成本。
【专利说明】基于机器视觉的宽厚板成品库入库定位与位置识别系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及钢铁成品库管图像处理【技术领域】，特别是提供了一种基于机器视觉的宽厚板成品库入库定位与位置识别系统。
【背景技术】
[0002]目前，宽厚板成品库管理大多靠人工完成，包括从入库跟踪、板材喷码识别、吊车吊运等。现有作业方式是地面人员通过对讲机联系吊车上司机，同时结合地面人员的指挥来完成，这样产生以下几个不足:吊运通过地面指挥，工作效率低，安全性差，劳动强度高；通过对讲机联系，易产生人为差错；仓库管理实时性差，物流系统和信息系统不同步，从而对库场的有效管理产生一定的影响；多人员设置，不但增加了人力资源成本，对于相互之间的协同、沟通存在耗时、多头指挥管理难免会产生作业时理解的偏差和分歧；板材入库时喷码信息基本采用人工抄录，不仅工作效率低下，而且容易出差错，一旦发生入库错误，很难及时追溯出错时间、原因和责任人，仓库内寻找放错位置的钢板很困难，不能控制缺件(盗窃)或出错的风险。
[0003]目前，以手工仓库管理为主的模式远远不能满足宽厚板多品种、小批量、高附加值、短工期快捷的按订单生产组织模式的要求，因此，需要采用更先进的技术提升宽厚板仓库管理水平。在现有的技术中，国内外已有文献已提出针对钢铁成品仓储采用无线射频识别技术来进行智能仓储管理。但是这种技术一般需要增加RFID标签、多个固定式或手持式读写装置等，成本昂贵；而且对于原有钢铁成品仓库无法实施，需要更新原有的设备及网络，大大增加了系统成本。
[0004]因此，需要一种新的入库定位及位置识别技术，实现宽厚板入库辊道自动跟踪定位以及钢板位置自动识别，在基本不改变原有设备的前提下，仅增加少量工业相机、无线车载终端等低成本设备，实现系统功能，降低人工干预，提高工作效率和准确性，降低安全风险，节省大量人力物力成本。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于，提供一种基于机器视觉的宽厚板成品库入库定位与位置识别系统，可以实现入库辊道自动跟踪定位以及钢板位置自动识别，在基本不改变原有设备的前提下，仅增加少量工业相机、无线车载终端等低成本设备，实现系统功能，降低人工干预，提高工作效率和准确性，降低安全风险，节省大量人力物力成本。
[0006]本发明主要是针对宽厚板入库过程进行具体操作指导，在MES系统确认了钢板具体编码、垛位基础上才能执行入库操作，具体编码过程和仓库内垛位部署方法不是本发明所关注的内容，本发明所述的系统位于钢铁企业2级过程控制系统和3级MES系统之间，主要是实现指导宽厚板高效入库操作，提高入库自动化程度和准确度，进而降低安全风险，节省大量人力物力成本。
[0007]本发明采用机器视觉技术和无线网络技术实现入库定位与位置识别，包括，宽厚板成品库信息管理中心、宽厚板位置识别子系统、辊道监视操作站、无线基站、无线车载终端。
[0008]所述的宽厚板成品库信息管理中心，包括服务器和监视终端，服务器与监视终端通过以太网连接，采用C/S模式进行通讯。
[0009]所述的服务器，至少安装一种数据库管理系统，用于数据存储和管理；具有与MES系统、以太网标准相兼容的接口 ；服务器，通过以太网交换机与监视终端、无线基站、宽厚板位置识别子系统、辊道监视操作站以及MES系统相连；服务器的软件模块，包括通信模块、数据存取模块、入库辊道控制命令生成模块以及堆垛吊车作业命令生成模块；其中，通讯模块，用于数据交换，通过定时查询方式，从MES系统获取宽厚板生产计划及各批次钢板编号、位置信息；通过事件触发方式，实时接收宽厚板位置识别子系统获取的入库辊道上钢板编码、位置信息以及吊车作业实绩，并把生成的吊车作业命令通过无线基站传送给无线车载终端；数据存取模块，用于数据库连接、数据读写；入库辊道控制命令生成模块，用于生成作业计划和实时控制作业命令；堆垛吊车命令生产模块，用于生成作业计划和实时吊车作业命令。
[0010]所述的监视终端，是一台计算机，通过以太网与服务器相连；用于实时显示宽厚板成品库内垛位分布及钢板入库信息，还提供钢板库位查询功能。
[0011]所述的宽厚板位置识别子系统，包括探测器、控制器、同步器、光源、工业相机、图像采集卡、图像处理主机和报警单元；其中，探测器与控制器相连，探测器检测辊道上的钢材；控制器与同步器相连，同步器连接光源和工业相机，工业相机通过USB 口与图像采集卡相连，共同构成图像采集单元，用于获取辊道及钢材图像；图像采集卡与图像处理主机相连，用于将图像转换为数字信号，存储在图像处理主机，进行图像处理；图像处理主机连接报警单元，当图像字符识别失败或钢材编码与作业计划不匹配，触发报警单元进行报警，转入人工处理流程。
[0012]所述的图像处理主机，是一台计算机，至少安装一种数据库，用来暂存采集的图像信息和图像处理结果；包括显示界面，用来显示图像处理结果和报警提示信息；还包括图像处理程序；通过以太网交换机与宽厚板成品库信息管理中心和辊道监视操作站相连，采用广播通讯方式。
[0013]所述的工业相机，安装在辊道入口和每跨的中间位置；在辊道入口处安装一台高性能工业相机，对钢板进行拍照，用于字符识别；其他工业相机安装位置，视吊车的运行范围和成品库具体部署而定，最好是在每跨的中间位置，使得该跨位辊道上的钢板处于相机拍照范围内，并避开吊车运行的范围，用于对辊道钢板拍照，进行钢板轮廓识别，用于钢板位置精确定位。
[0014]所述的字符识别，即入库辊道入口的工业相机采集的图像需要精确识别喷码字符信息，由于宽厚板入库辊道现场环境光源复杂、光照不均、钢板反射、板材表面喷印字符格式多样等特征，识别步骤包括图像滤波增强预处理、字符区域定位、倾斜校正、字符分割、归一化处理、特征提取、字符识别等；基于该发明应用场景的特殊性，其中，特征提取，本发明主要提取的特征包括一般投影特征、网格特征和外部轮廓特征。字符识别方法，采用基于经验知识和决策树的支持向量机方法进行字符识别。
[0015]所述的钢板轮廓识别，即除了入库辊道入口处，其他位置的相机采集图像的处理方法相对简单，仅需要进行钢板轮廓识别，进行目标定位。对于运动目标来说，基于控制触发器触发抓拍图像的方法，采用背景差分定位方法，能够很好提取宽厚板图像。
[0016]所述的宽厚板位置识别子系统，具体运行流程为:探测器检测钢板到来信息，发送控制信号给控制器，控制器控制同步器打开光源，平衡周围光线干扰；控制器触发入库辊道口相机进行拍照，图像采集卡将采集的图像转换成数字信号发送给图像处理主机，进行图像处理及字符识别，并与图像处理主机从宽厚板成品库信息管理中心获取的作业计划进行比对，如果识别失败或匹配不成功，则触发报警单元进行报警，然后将处理结果发送给辊道监视操作站和宽厚板成品库信息管理中心；辊道监视操作站反馈的钢板到达预定跨位信号传送给图像处理主机，与该跨位相机实时拍摄的图像处理结果进行比对，判断钢板是否进入该跨位预定位置，如果是就通知信息管理中心服务器，生成吊车作业命令，如果不是，就通知辊道监视操作站，对钢板位置进行微调。如果入库辊道出口相机采集的图像，字符识别出错或钢板表示与作业计划信息不匹配，处理机触发报警单元进行报警，并转入人工处理流程，即将钢板放入临时剁位，并由人工进行喷码识别，通过作业计划比对，找到该钢板位置，再由吊车将钢板放入指定位置；如果钢板标识不匹配，由辊道操作工负责将钢板退回。
[0017]所述的辊道监视操作站，是一台工业计算机，通过以太网交换机与宽厚板成品库信息管理中心和宽厚板位置识别子系统相连，实时接收入库辊道控制命令和辊道上钢板图像信息；包括辊道监视界面，用于监视辊道运行情况。
[0018]所述的辊道监视操作站，辊道控制采用以下运行方式:
[0019]a)吊车每次将钢板放入指定垛位后，自动运行到所在跨位的辊道附近，等待接收并执行下一条的吊车作业命令；
[0020]b)钢板在入库辊道上的间隔由跨位间距来决定；
[0021]c)垛位都预先按照仓库布局进行设置和编号，并下载到无线车载终端；
[0022]d)吊车都以有人值守方式运行，吊车司机按照无线车载终端上接收的吊车作业命令执行相应的操作，并将作业实绩通过无线车载终端传送给宽厚板成品库信息管理中心；
[0023]e)每跨至少单独部署一台吊车，如果跨位于垛位的中间位置，可以在每跨的两边各设置一台吊车，宽厚板成品库信息管理中心根据垛位编号自动将吊车作业命令下发到相应的吊车上无线车载终端；
[0024]f) 一旦有钢板到达指定跨位，辊道PLC控制系统控制辊道停止运行，封锁辊道，直到接收到吊车吊离达到位置的钢板确认信号，如果同时有多块钢板同时到达指定跨位，以最后一个吊车吊离钢板确认信号为准；
[0025]g)钢板在入库辊道入口，有一定时间的停留，用于对钢板喷码进行识别，根据识别的钢板编号和位置信息，得到钢板指定的跨位；辊道监视操作站根据已知的辊道PLC控制系统启动加速度、运行速度、跨位长度等参数，计算进入辊道的钢板进入指定跨位需要的时间；如果有多块钢板在辊道上，辊道停止时间以最先到达预定位置的钢板为准，其余钢板达到指定位置的剩余时间重新估算，再由宽厚板位置识别子系统跨位相机拍照的图像识别信息确认钢板轮廓，进行位置修正；另外，获取宽厚板位置识别子系统拍照的图像信息，采用图像拼接技术，将辊道上各个工业相机拍照的照片组装成一个完整的图像，用于辊道操作员监视入库辊道工作状况，遇到情况异常，可以协助操作员进行人工处理。
[0026]所述的无线基站，由具有路由功能的多个无线AP构成，其中，无线AP，至少包括一个100BaseT接口，可连接到与IEEE802.3标准兼容的以太网上；无线基站和带有天线的无线车载终端共同构成无线局域网，无线局域网应用2.4GHz的扩展频谱来实现。
[0027]所述的无线车载终端，通过无线网络接收来自宽厚板成品库信息管理中心的吊车作业命令，优先按照实时作业计划执行，对于钢板字符识别失败的情况，通过比对作业命令计划，将未完成的作业命令计划传送回宽厚板成品库信息管理中心，指导人工处理流程；吊车司机根据吊车作业命令执行操作，并发送作业实绩给宽厚板成品库信息管理中心，作业实绩包括钢板吊离辊道确认信息、作业执行完毕确认信息以及该条作业中钢板所处跨位、垛位和层位信息。
[0028]本发明的优点在于，与现有技术相比，本发明通过简单改造现有设备及网络，通过事件触发方式控制辊道PLC系统，对钢板进行自动定位；仅增加低成本的工业相机，采用机器视觉技术进行自动喷码识别。这些技术的实施，具体有益效果表现在以下几个方面:
[0029](I)提高了中厚板信息管理的准确率
[0030]原来喷码识别通常采用人工方式，现在可以通过相机拍照、图像处理的方式进行自动识别，正确记录、导入导出操作，避免了人工抄写和录入的错误，同时也降低了出错的风险。
[0031](2)提高作业效率
[0032]原有的作业模式采用地面人员指挥吊车移动、地面识别核对方式，天地工作人员的沟通、人工识别核对环节所用时间弹性比较大，若采用该发明的机器视觉的喷码识别方式，可以实现辊道紧凑、连续运行，时间可以得到保证，则至少可以减少1/3的单次作业时间，在此基础上，可以提高约40%-50%的吞吐量。
[0033](3)减少人员配置
[0034]原有作业需要地面指挥人员、抄写记录入库库位人员、吊车司机等，该发明的自动入库定位技术，吊车司机可独立完成入库作业，系统自动完成存储，人员配置约可减少30%左右。
[0035]( 4 )提升中厚板仓储管理水平
[0036]采用该发明方法，系统信息快速获取，可进行钢板成品位置信息即时查询，有利于宽厚板信息校核，从而可以提高盘库、出库效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0037]图1是本发明系统框图。
[0038]图2是本发明宽厚板成品库仓储系统示意图。
[0039]图3是本发明宽厚板位置识别系统结构图。
[0040]图4是本发明粘连断裂字符切分方法流程图。
[0041]图5是本发明字符识别方法与其他方法效果对比图。
[0042]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的说明。
【具体实施方式】
[0043]本发明的实施例:一种基于机器视觉的宽厚板成品库入库定位与位置识别方法，其系统框图如图1所示，包括，宽厚板成品库信息管理中心、宽厚板位置识别子系统、辊道监视操作站、无线基站、无线车载终端。
[0044]所述的宽厚板成品库信息管理中心，包括服务器和监视终端，服务器与监视终端通过以太网连接，采用C/S模式进行通讯，使用TCP/IP协议。
[0045]所述的服务器，至少安装一种数据库管理系统，用于数据存储和管理；具有与MES系统、以太网标准相兼容的接口 ；服务器，通过以太网交换机与监视终端、无线基站、宽厚板位置识别子系统、辊道监视子系统以及MES系统相连；其软件模块，包括通信模块、数据存取模块、入库辊道控制命令生成模块以及堆垛吊车作业命令生成模块；其中，通讯模块，用于数据交换，通过定时查询方式，从MES系统获取宽厚板生产计划及各批次钢板编号、位置信息；通过事件触发方式，实时接收宽厚板位置识别子系统获取的入库辊道上钢板编码、位置信息以及吊车作业实绩，并把生成的吊车作业命令通过无线基站传送给无线车载终端；数据存取模块，用于数据库连接、数据读写；入库辊道控制命令生成模块，用于生成作业计划和实时控制作业命令；堆垛吊车命令生产模块，用于生成作业计划和实时吊车作业命令。
[0046]所述的监视终端，是一台计算机，通过以太网与服务器相连；用于实时显示宽厚板成品库内垛位分布及钢板入库信息，还提供钢板库位查询功能。
[0047]所述的宽厚板位置识别子系统，其系统结构图如图3所示，包括探测器、控制器、同步器、光源、工业相机、图像采集卡、图像处理主机和报警单元；其中，探测器与控制器相连，探测器检测辊道上的钢材；控制器与同步器相连，同步器连接光源和工业相机，工业相机通过USB 口与图像采集卡相连，共同构成图像采集单元，用于获取辊道及钢材图像；图像采集卡与图像处理主机相连，用于将图像转换为数字信号，存储在图像处理主机，进行图像处理；图像处理主机连接报警单元，当图像字符识别失败或钢材编码与作业计划不匹配，触发报警单元进行报警，转入人工处理流程。
[0048]所述的图像处理主机，是一台计算机，至少安装一种数据库，用来暂存采集的图像信息和图像处理结果；包括显示界面，用来显示图像处理结果和报警提示信息；还包括图像处理程序；通过以太网交换机与宽厚板成品库信息管理中心和辊道监视操作站相连，采用广播通讯方式。
[0049]所述的工业相机，安装在辊道入口和每跨的中间位置；在辊道入口处安装一台高性能工业相机，对钢板进行拍照，用于字符识别；其他工业相机安装位置，视吊车的运行范围和成品库具体部署而定，最好是在每跨的中间位置，使得该跨位辊道上的钢板处于相机拍照范围内，并避开吊车运行的范围，用于对辊道钢板拍照，进行钢板轮廓识别，用于钢板位置精确定位。
[0050]所述的字符识别，即入库辊道入口的工业相机采集的图像需要精确识别喷码字符信息，由于宽厚板入库辊道现场环境光源复杂、光照不均、钢板反射、板材表面喷印字符格式多样等特征，识别步骤包括图像滤波增强预处理、字符区域定位、倾斜校正、字符分割、归一化处理、特征提取、字符识别等；基于该发明应用场景的特殊性，其中，特征提取，本发明主要提取的特征包括一般投影特征、网格特征和外部轮廓特征。字符识别方法，采用基于经验知识和决策树的支持向量机方法进行字符识别。
[0051]所述的钢板轮廓识别，即除了入库辊道入口处，其他位置的相机采集图像的处理方法相对简单，仅需要进行钢板轮廓识别，进行目标定位。对于运动目标来说，基于控制触发器触发抓拍图像的方法，采用背景差分定位方法，能够很好提取宽厚板图像。[0052]所述的宽厚板位置识别子系统，具体运行流程为:探测器检测钢板到来信息，发送控制信号给控制器，控制器控制同步器打开光源，平衡周围光线干扰；控制器触发入库辊道口相机进行拍照，图像采集卡将采集的图像转换成数字信号发送给图像处理主机，进行图像处理及字符识别，并与图像处理主机从宽厚板成品库信息管理中心获取的作业计划进行比对，如果识别失败或匹配不成功，则触发报警单元进行报警，然后将处理结果发送给辊道监视操作站和宽厚板成品库信息管理中心；辊道监视操作站反馈的钢板到达预定跨位信号传送给图像处理主机，与该跨位相机实时拍摄的图像处理结果进行比对，判断钢板是否进入该跨位预定位置，如果是就通知信息管理中心服务器，生成吊车作业命令，如果不是，就通知辊道监视操作站，对钢板位置进行微调。如果入库辊道出口相机采集的图像，字符识别出错或钢板表示与作业计划信息不匹配，处理机触发报警单元进行报警，并转入人工处理流程，即将钢板放入临时剁位，并由人工进行喷码识别，通过作业计划比对，找到该钢板位置，再由吊车将钢板放入指定位置；如果钢板标识不匹配，由辊道操作工负责将钢板退回。
[0053]所述的辊道监视操作站，是一台工业计算机，安装在仓库辊道PLC控制室内；通过以太网交换机与宽厚板成品库信息管理中心和宽厚板位置识别子系统相连，实时接收入库辊道控制命令和辊道上钢板图像信息；包括辊道监视界面，用于监视辊道运行情况。
[0054]所述的辊道监视操作站，辊道控制采用以下运行方式:
[0055]a)吊车每次将钢板放入指定垛位后，自动运行到所在跨位的辊道附近，等待接收并执行下一条的吊车作业命令；
[0056]b)钢板在入库辊道上的间隔由跨位间距来决定；
[0057]c)垛位都预先按照仓库布局进行设置和编号，并下载到无线车载终端；
[0058]d)吊车都以有人值守方式运行，吊车司机按照无线车载终端上接收的吊车作业命令执行相应的操作，并将作业实绩通过无线车载终端传送给宽厚板成品库信息管理中心；
[0059]e)每跨至少单独部署一台吊车，如果跨位于垛位的中间位置，可以在每跨的两边各设置一台吊车，宽厚板成品库信息管理中心根据垛位编号自动将吊车作业命令下发到相应的吊车上无线车载终端；
[0060]f) 一旦有钢板到达指定跨位，辊道PLC控制系统控制辊道停止运行，封锁辊道，直到接收到吊车吊离达到位置的钢板确认信号，如果同时有多块钢板同时到达指定跨位，以最后一个吊车吊离钢板确认信号为准；
[0061 ] g)钢板在入库辊道入口，有一定时间的停留，用于对钢板喷码进行识别，根据识别的钢板编号和位置信息，得到钢板指定的跨位；辊道监视操作站根据已知的辊道PLC控制系统启动加速度、运行速度、跨位长度等参数，计算进入辊道的钢板进入指定跨位需要的时间；如果有多块钢板在辊道上，辊道停止时间以最先到达预定位置的钢板为准，其余钢板达到指定位置的剩余时间重新估算，再由宽厚板位置识别子系统跨位相机拍照的图像识别信息确认钢板轮廓，进行位置修正；另外，获取宽厚板位置识别子系统拍照的图像信息，采用图像拼接技术，将辊道上各个工业相机拍照的照片组装成一个完整的图像，用于辊道操作员监视入库辊道工作状况，遇到情况异常，可以协助操作员进行人工处理。
[0062]所述的无线基站，由具有路由功能的多个无线AP构成，其中，无线AP，至少包括一个100BaseT接口，可连接到与IEEE802.3标准兼容的以太网上；无线基站和带有天线的无线车载终端共同构成无线局域网，无线局域网应用2.4GHz的扩展频谱来实现，这个频率被称为ISM频带，用户无需申请执照便可在全世界范围内使用它，数据传输速率是11Mbit。如果无线电信号的强度不足以覆盖整个仓储区域，连接装置也可作为中继器使用。
[0063]所述的无线车载终端，通过无线网络接收来自宽厚板成品库信息管理中心的吊车作业命令，优先按照实时作业计划执行，对于钢板字符识别失败的情况，通过比对作业命令计划，将未完成的作业命令计划传送回宽厚板成品库信息管理中心，指导人工处理流程；吊车司机根据吊车作业命令执行操作，并发送作业实绩给宽厚板成品库信息管理中心，作业实绩包括钢板吊离辊道确认信息、作业执行完毕确认信息以及该条作业中钢板所处跨位、垛位和层位信息。
[0064]本实施例的宽厚板成品库仓储系统示意图如图2所示，其中，宽厚板成品库仓储布局包括临时垛位、入库辊道线、库内跨位、库内垛位、吊车、工业相机。该实施例中，仓库跨位共有4个，每个跨位至少有一台吊车，入库辊道入口处放置一架高性能工业相机，对入库的钢板进行拍照，并对采集的图像进行字符识别，获取每块钢板位置信息；每个跨位的中间位置顶部都设置有一台普通工业相机，用于对钢板进行轮廓识别，进而进行目标定位。对于运动目标来说，基于控制触发器触发抓拍图像的方法，采用背景差分定位方法，能够很好提取宽厚板图像。
[0065]在实际生产过程中由于喷码设备气动机械故障、板材运输存储过程中的磨损或者由于后期图像处理效果较差，容易造成板材喷码字符存在粘连和分裂的现象。粘连和断裂字符将导致字符的错误分割，从而能影响后期字符正确识别。因此，本课题对板材喷码字符分割，研究字符粘连和分裂表现形态，提出针对粘连分裂字符的切分方法流程，较好解决现场问题。该实施例采用如图4所示的粘连断裂字符切分方法流程图。
[0066]图4中，先验知识，包括通过对板材喷码图像的版面分析及字符区域分布特点分析，可以得出的结论:不同行字符之间的行距大致固定，且分离明显；同一行字符存在分裂和粘连现象；厂标信息根据喷印效果，可以看成I行或者2行字符串；对于宽厚板某个型号，可以预知待切分字符个数等。通过对字符区域进行水平、垂直投影，统计字符串宽度和高度，并计算字符的平均宽度；然后利用波谷坐标对字符区域进行简单切分，统计出切分的字符个数及分割出的字符区域宽度；利用且分出的字符个数与先验知识获取的字符个数进行比较，判断字符是发生粘连还是发生了分裂；然后通过比较字符区域宽度与平均字符宽度比例关系判断是否哪个区域发生了粘连或分裂，进而采用合适的方法进行切分或合并。
[0067]结合现有技术，根据宽厚板喷码格式特点，提取关键特征，本实施例中，提取的特征为:喷码图像倾斜校正后的水平投影、整体字符区域的宽高比和字符行数。然后根据先验知识，构造决策树，分类出字符属于的模板类型，即利用波峰数量m和字符行数n建立根判别函数；利用有效字符信息宽高比特征构建人工喷印模板分类判别函数；利用I轴方向水平投影特征信息，构建机器喷印格式分类判别函数。最后构建多分类的支持向量机识别字符。
[0068]根据现场提供的样本集字符0-9各10个，测试样本集为720组字符数，做了简单测试，图5即为本发明字符识别方法与其他方法效果对比图，其中，BP指BP神经网络算法，PCA-BP指基于PCA (主成份分析)的BP神经网络算法，SVM指支持向量机算法，本发明采用基于经验知识和决策树的支持向量机算法。图5可以看出，采用本发明方法具有较高的识别率。[0069]另外，根据现场实际应用，可以对识别效果进一步改进。根据现场需求分，喷码字符识别系统识别对象是字符串，并且该字符串有着自身的物理意义，即代表每一块板材唯一编码。该编码的产生也是根据现场工艺流程，并且具有一定语法规则。由于不同厂家在设计编码采取的规则不同，所以需要我们在实际应用过程中，对其进行设定。利用上述特点，可以在识别过程中首先录入识别对象的格式规范，每次识别过程中，利用这些规范指导识别，最终输出识别结果。另外，在喷码字符识别系统所处的应用环境中，识别系统还可以利用其它先验知识，如一段时间内的全部识别对应信息可以提前获知，利用这些信息，可以对识别结果进行判验，如果不满足则认定识别出错，这样可以在某种程度上可以增加系统的稳定性，提高识别正确率。
[0070]以上对本发明实施方式提供的技术方案进行了详细的介绍，本文中应用了具体实施例对本发明所实施的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明实施的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，本发明实施例，在【具体实施方式】以及应用范围上均有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
【权利要求】
1.一种基于机器视觉的宽厚板成品库入库定位与位置识别系统，其特征在于，包括，宽厚板成品库信息管理中心、宽厚板位置识别子系统、辊道监视操作站、无线基站、无线车载终端； 所述的宽厚板成品库信息管理中心，包括服务器和监视终端，服务器与监视终端通过以太网连接，采用C/S模式进行通讯； 所述的服务器，至少安装一种数据库管理系统，用于数据存储和管理；具有与MES系统、以太网标准相兼容的接口 ；服务器，通过以太网交换机与监视终端、无线基站、宽厚板位置识别子系统、辊道监视操作站以及MES系统相连；服务器的软件模块，包括通信模块、数据存取模块、入库辊道控制命令生成模块以及堆垛吊车作业命令生成模块；其中，通讯模块，用于数据交换，通过定时查询方式，从MES系统获取宽厚板生产计划及各批次钢板编号、位置信息；通过事件触发方式，实时接收宽厚板位置识别子系统获取的入库辊道上钢板编码、位置信息以及吊车作业实绩，并把生成的吊车作业命令通过无线基站传送给无线车载终端；数据存取模块，用于数据库连接、数据读写；入库辊道控制命令生成模块，用于生成作业计划和实时控制作业命令；堆垛吊车命令生产模块，用于生成作业计划和实时吊车作业命令。 所述的监视终端，是一台计算机，通过以太网与服务器相连；用于实时显示宽厚板成品库内垛位分布及钢板入库信息，还提供钢板库位查询功能。 所述的宽厚板位置识别子系统，包括探测器、控制器、同步器、光源、工业相机、图像采集卡、图像处理主机和报警单元；其中，探测器与控制器相连，探测器检测辊道上的钢材；控制器与同步器相连，同步器连接光源和工业相机，工业相机通过USB 口与图像采集卡相连，共同构成图像采集单元， 用于获取辊道及钢材图像；图像采集卡与图像处理主机相连，用于将图像转换为数字信号，存储在图像处理主机，进行图像处理；图像处理主机连接报警单元，当图像字符识别失败或钢材编码与作业计划不匹配，触发报警单元进行报警，转入人工处理流程。 所述的图像处理主机，是一台计算机，至少安装一种数据库，用来暂存采集的图像信息和图像处理结果；包括显示界面，用来显示图像处理结果和报警提示信息；还包括图像处理程序；通过以太网交换机与宽厚板成品库信息管理中心和辊道监视操作站相连，采用广播通讯方式。 所述的工业相机，安装在辊道入口和每跨的中间位置；在辊道入口处安装一台高性能工业相机，对钢板进行拍照，用于字符识别；其他工业相机安装位置，视吊车的运行范围和成品库具体部署而定，最好是在每跨的中间位置，使得该跨位辊道上的钢板处于相机拍照范围内，并避开吊车运行的范围，用于对辊道钢板拍照，进行钢板轮廓识别，用于钢板位置精确定位； 所述的字符识别，即入库辊道入口的工业相机采集的图像需要精确识别喷码字符信息，字符识别方法，采用基于经验知识和决策树的支持向量机方法进行字符识别； 所述的钢板轮廓识别，采用背景差分定位方法，能够很好提取宽厚板图像。 所述的宽厚板位置识别子系统，具体运行流程为:探测器检测钢板到来信息，发送控制信号给控制器，控制器控制同步器打开光源，平衡周围光线干扰；控制器触发入库辊道口相机进行拍照，图像采集卡将采集的图像转换成数字信号发送给图像处理主机，进行图像处理及字符识别，并与图像处理主机从宽厚板成品库信息管理中心获取的作业计划进行比对，当识别失败或匹配不成功，则触发报警单元进行报警，然后将处理结果发送给辊道监视操作站和宽厚板成品库信息管理中心；辊道监视操作站反馈的钢板到达预定跨位信号传送给图像处理主机，与该跨位相机实时拍摄的图像处理结果进行比对，判断钢板是否进入该跨位预定位置，如果是就通知信息管理中心服务器，生成吊车作业命令，如果不是，就通知辊道监视操作站，对钢板位置进行微调；当入库辊道出口相机采集的图像，字符识别出错或钢板表示与作业计划信息不匹配，处理机触发报警单元进行报警，并转入人工处理流程，即将钢板放入临时剁位，并由人工进行喷码识别，通过作业计划比对，找到该钢板位置，再由吊车将钢板放入指定位置；如果钢板标识不匹配，由辊道操作工负责将钢板退回。 所述的辊道监视操作站，是 一台工业计算机，通过以太网交换机与宽厚板成品库信息管理中心和宽厚板位置识别子系统相连，实时接收入库辊道控制命令和辊道上钢板图像信息；包括辊道监视界面，用于监视辊道运行情况； 所述的无线基站，由具有路由功能的多个无线AP构成，其中，无线AP，至少包括一个100BaseT接口，连接到与IEEE802.3标准兼容的以太网上；无线基站和带有天线的无线车载终端共同构成无线局域网，无线局域网应用2.4GHz的扩展频谱来实现。 所述的无线车载终端，通过无线网络接收来自宽厚板成品库信息管理中心的吊车作业命令，优先按照实时作业计划执行，对于钢板字符识别失败的情况，通过比对作业命令计划，将未完成的作业命令计划传送回宽厚板成品库信息管理中心，指导人工处理流程；吊车司机根据吊车作业命令执行操作，并发送作业实绩给宽厚板成品库信息管理中心，作业实绩包括钢板吊离辊道确认信息、作业执行完毕确认信息以及该条作业中钢板所处跨位、垛位和层位信息。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的辊道监视操作站，辊道控制采用以下运行方式: a)吊车每次将钢板放入指定垛位后，自动运行到所在跨位的辊道附近，等待接收并执行下一条的吊车作业命令； b)钢板在入库辊道上的间隔由跨位间距来决定； c)垛位都预先按照仓库布局进行设置和编号，并下载到无线车载终端； d)吊车都以有人值守方式运行，吊车司机按照无线车载终端上接收的吊车作业命令执行相应的操作，并将作业实绩通过无线车载终端传送给宽厚板成品库信息管理中心； e)每跨至少单独部署一台吊车，如果跨位于垛位的中间位置，可以在每跨的两边各设置一台吊车，宽厚板成品库信息管理中心根据垛位编号自动将吊车作业命令下发到相应的吊车上无线车载终端； f)一旦有钢板到达指定跨位，辊道PLC控制系统控制辊道停止运行，封锁辊道，直到接收到吊车吊离达到位置的钢板确认信号，当同时有多块钢板同时到达指定跨位，以最后一个吊车吊离钢板确认信号为准； g)钢板在入库辊道入口，有一定时间的停留，用于对钢板喷码进行识别，根据识别的钢板编号和位置信息，得到钢板指定的跨位；辊道监视操作站根据已知的辊道PLC控制系统启动加速度、运行速度、跨位长度等参数，计算进入辊道的钢板进入指定跨位需要的时间；当有多块钢板在辊道上，辊道停止时间以最先到达预定位置的钢板为准，其余钢板达到指定位置的剩余时间重新估算，再由宽厚板位置识别子系统跨位相机拍照的图像识别信息确认钢板轮廓，进行位置修正；另外，获取宽厚板位置识别子系统拍照的图像信息，采用图像拼接技术，将辊道上各个工业相机拍照的照片组装成一个完整的图像，用于辊道操作员监视入库辊道工作状况，遇到情况异常，能协助操作员进行人工处理。
【文档编号】B65G1/137GK103612860SQ201310598491
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年11月23日 优先权日:2013年11月23日
【发明者】赵永丽, 芦永明, 王丽娜 申请人:冶金自动化研究设计院