本发明涉及一种基于线结构光的轮胎标识自动识别系统及其工作方法，属于轮胎侧面标识高精度自动识别设备技术领域。
背景技术：
轮胎标识主要用于表示轮胎的各项性能参数，是用户选择轮胎型号的最重要的依据，在轮胎出厂之前必须保证标识信息的准确性和完整性。其中，一种实际应用场景为厂家大规模生产某一类型号的轮胎之前，会首先生产一条样胎，经过人工校验各方面质量与性能均合格后，才可以大批量生产。
目前，人工识别轮胎标识的方法，劳动强度大，识别时间长，工作效率底并且容易出现纰漏，不能顺应企业要求进一步提高劳动生产率的要求。在工业检测领域，基于线结构光的表面扫描技术已相当成熟，并且以其较高的检测效率和检测精度，有效保障了产品的质量，配合成套自动化设备后，可以大幅度提高生产线的自动化程度。因此，亟需设计一种基于线结构光的轮胎标识自动识别系统。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于线结构光的轮胎标识自动识别系统及其工作方法
本发明的技术方案如下：
一种基于线结构光的轮胎标识自动识别系统，所述识别系统包括分度转台装置、轮胎固定定位装置和线结构光三维测量设备固定装置；
所述分度转台装置包括转台基座，转台基座上设有伺服电动机，伺服电动机通过联轴器与蜗杆相连，蜗杆与蜗轮匹配连接，蜗轮通过轴承连接于转台基座上，蜗轮上方设有分度转台；蜗杆通过蜗轮蜗杆传动驱动所述蜗轮转动，采用合适传动比的蜗轮蜗杆传动，可以有效的降低转速，达到系统的设计要求；
所述轮胎固定定位装置包括中心杆和旋紧件，轮胎放置于分度转台的台面上，所述中心杆对中穿过轮胎轮毂的中心孔，中心杆两端均有螺纹，中心杆一端螺纹穿过轮毂中心孔与分度转台相连、将中心杆自身拧紧固定在所述转台的中心位置，中心杆另一端螺纹与旋紧件相连、供旋紧件进行拧紧操作；
所述线结构光三维测量设备固定装置包括立柱、中心连接件、横梁和线结构光三维测量设备，立柱设于转台基座上，中心连接件套设于立柱上，中心连接件与横梁相连，中心连接件包括两个半圆弧的连接片，连接片的内表面与立柱接触连接，连接片一端通过销钉连接有夹紧把手，连接片另一端与横梁相连，夹紧把手的开和闭可以实现两个连接片的夹紧程度、从而实现相连的横梁结构在立柱上的上下移动、左右转动或是固定等操作；线结构光三维测量设备通过t型支架与横梁活动连接，线结构光三维测量设备通过t型支架悬挂于横梁上，并且可以沿着横梁轴向移动。
根据本发明优选的，蜗杆通过蜗杆托座与转台基座相连；转台基座上设有转台箱体，蜗轮通过轴承连接于转台箱体上，轴承通过螺栓连接固定于转台箱体上，蜗轮通过螺栓与分度转台连接。蜗轮转动进而带动转台转动。
进一步优选的，转台基座上表面设有定位凸起，转台箱体设有定位通孔，定位凸起与定位通孔相配合。通过定位凸起和定位通孔的配合，起到定位和限位的作用。
根据本发明优选的，所述轮胎固定定位装置还包括锥形压紧件，锥形压紧件套于中心杆上，锥形压紧件的下表面与轮毂的上表面相接触，锥形压紧件的上表面与旋紧件的下表面相接触，旋紧件通过螺纹连接与中心杆相连并进行拧紧操作。
根据本发明优选的，所述线结构光三维测量设备固定装置还包括立柱底座，立柱底座通过螺栓连接固定于转台基座上，立柱设于立柱底座中。
根据本发明优选的，所述线结构光三维测量设备固定装置还包括p型支架、斜拉杆，所述p型支架内表面与立柱相配合，p型支架下表面与中心连接件的上表面相连，斜拉杆的一端与p型支架相连、对斜拉杆起到支撑作用，斜拉杆的另一端与横梁相连接。斜拉杆可有效防止横梁变形。
根据本发明优选的，分度转台的台面直径大于等于600mm。轮胎直径的范围多为500mm-600mm。
一种基于线结构光的轮胎标识自动识别系统的工作方法，包括图像采集、图像预处理和图像识别，其中，
(1)图像采集：采用环形扫描方案，即令所述轮胎固定在分度转台上，并手动调整所述横梁角度位置和所述线结构光三维测量设备在横梁上的位置，使得线结构光三维测量设备位于轮胎标识区域的正上方的适当位置，依次启动线结构光三维测量设备和分度转台，完成轮胎标识的环形扫描并采集得到轮胎表面三维点云数据；
(2)图像预处理：线结构光三维测量设备采集得到轮胎表面三维点云数据，使用matlab软件中的图像处理工具对点云数据进行包括图像灰度化、无效区域去除、顶帽变换、灰度拉伸、图像二值化的图像预处理操作，得到轮胎标识的二值化图像；
(3)图像识别：将步骤(2)图像预处理过程中得到轮胎标识的二值化图像，对轮胎标识的二值化图像进行仿射变换，以矫正字符倾斜畸变；然后对倾斜矫正后的图像进行字符切分处理，并归一化为40×20形式；最后，结合自身特点采取基于模板匹配的字符识别算法，对轮胎标识字符进行识别。
优选的，步骤(2)中，所述计算机对点云数据进行图像灰度化的具体过程包括：根据点云数据中各点的相对高度值依次分配0～255的整数灰度值，生成轮胎标识的灰度图像。
优选的，步骤(2)中，所述顶帽变换的具体过程包括：选取边长不小于突起字符宽度的方形结构元素与所述轮胎标识的灰度图像进行开运算，得到了一个消除了突起的背景曲面。此设计的优点在于，由于方形结构元素比字符突起部分略大，实际上得到了一个消除了突起的背景曲面，显然从原轮胎标识灰度图像中减去这个不均匀的背景曲面就得到了亮度比较均匀的轮胎标识图像。
优选的，步骤(2)中，所述灰度拉伸和图像二值化的具体过程包括：对所述亮度均匀的轮胎标识图像进行γ＝0.7的伽马变换，达到灰度拉伸的效果；再运用自适应最优阈值法进行二值化分割，得到所述的轮胎标识的二值化图像。
优选的，步骤(3)中，利用仿射变换技术矫正字符倾斜畸变的具体过程包括：
首先，利用斜体字符倾斜角度检测算法得到畸变字符的字符倾斜角度β；由于可以证明并推导出，字符倾斜角度β与测量夹角α之间存在以下关系：
式(ⅰ)中的测量夹角α为线段ab与线段l之间的夹角，其中线段ab代表线结构光线，点o2为ab的中心点，点o1为轮胎圆心，直线l垂直于o1o2，通过式(ⅰ)由字符倾斜角度β计算出测量夹角α的值；得到测量夹角α后，对轮胎标识的二值化图像做仿射矩阵t为
本发明的有益效果在于：
1.该基于线结构光的轮胎标识自动识别系统中，用于固定线结构光三维测量设备的斜拉式悬臂梁结构设计保证了线结构光三维测量设备固定结构具有足够的自由度，极大地拓展了线结构光三维测量设备的空间位置，可以实现对于不同直径尺寸轮胎的标识识别。
2.该基于线结构光的轮胎标识自动识别系统及其工作方法,采用高精度线结构光三维测量设备对轮胎表面进行三维点云数据采集，并且图像处理算法抗干扰能力强，识别处理速度快，且对系统数据采集阶段的参数条件变化有较强的鲁棒性。
3.该基于线结构光的轮胎标识自动识别系统采用伺服电动机为动力源，并且采用蜗轮蜗杆减速传动，可以获得更高的系统转角精度。
4.该基于线结构光的轮胎标识自动识别系统，利用由旋紧件、锥形压紧件以及中心杆三部分组成的轮胎固定定位装置，可以简单有效的实现轮胎固定与定位操作。
5.本发明基于线结构光的轮胎标识自动识别系统及其工作方法，安装使用方便，作用明显，识别效果显著。
6.本发明基于线结构光的轮胎标识自动识别系统及其工作方法与传统人工识别方法相比较，具有精度高、效率高和成本低等优点，具有重要的市场价值。
附图说明
图1为本发明识别系统的整体结构关系示意图；
图2为本发明中夹紧把手部分结构放大示意图；
图3为本发明识别系统分度转台内部结构示意图；
图4为本发明识别系统图像处理流程示意图；
图5为本发明识别系统线结构光与轮胎空间相对位置几何抽象示意图；
图6为本发明识别系统采集的轮胎表面三维点云数据分布示意图；
图7为本发明识别系统图像处理过程中轮胎标识的二值化图像；
图8为本发明识别系统字符倾斜矫正过程中仿射变换示意图；
图9为本发明识别系统字符归一化示意图；
其中：1、转台基座，2、转台箱体，3、立柱底座，4、立柱，5、夹紧把手，6、销钉，7、中心连接件，8、p型支架，9、斜拉杆，10、横梁，11、t型支架，12、线结构光三维测量设备固定耳板，13、线结构光三维测量设备，14、中心杆，15、旋紧件，16、锥形压紧件，17、轮毂，18、轮胎，19、分度转台，20、yrt转台专用轴承，21、蜗轮，22、蜗杆，23、蜗杆托座，24、联轴器，25、伺服电动机。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例1：
一种基于线结构光的轮胎标识自动识别系统，所述识别系统包括分度转台装置、轮胎固定定位装置和线结构光三维测量设备固定装置，如图1所示。
所述分度转台装置包括转台基座1，转台基座1上设有伺服电动机25，伺服电动机25通过联轴器24与蜗杆22相连，蜗杆22与蜗轮21匹配连接，蜗轮21通过yrt转台专用轴承20连接于转台基座1上，蜗轮21上方设有分度转台19，如图3所示，分度转台的台面直径为600mm；蜗杆通过蜗轮蜗杆传动驱动所述蜗轮转动，采用合适传动比的蜗轮蜗杆传动，可以有效的降低转速，达到系统的设计要求。
所述轮胎固定定位装置包括中心杆14和旋紧件15，轮胎18放置于分度转台19的台面上，所述中心杆14对中穿过轮胎轮毂的中心孔，中心杆14两端均有螺纹，中心杆14一端螺纹穿过轮毂中心孔与分度转台19相连、将中心杆自身拧紧固定在所述转台的中心位置，中心杆14另一端螺纹与旋紧件15相连、供旋紧件进行拧紧操作。
所述线结构光三维测量设备固定装置包括立柱4、中心连接件7、横梁10和线结构光三维测量设备13，立柱4设于转台基座1上，中心连接件7套设于立柱4上，中心连接件7与横梁10相连，中心连接件7包括两个半圆弧的连接片，连接片的内表面与立柱接触连接，连接片一端通过销钉6连接有夹紧把手5，连接片另一端与横梁10相连，夹紧把手的开和闭可以实现两个连接片的夹紧程度、从而实现相连的横梁结构在立柱上的上下移动、左右转动或是固定等操作，如图2所示；线结构光三维测量设备13通过t型支架11与横梁10活动连接，线结构光三维测量设备通过t型支架悬挂于横梁上，并且可以沿着横梁轴向移动。线结构光三维测量设备13通过线结构光三维测量设备固定耳板12连接在t型支架11上，方便更换线结构光三维测量设备。
实施例2：
一种基于线结构光的轮胎标识自动识别系统，其结构如实施例1所述，所不同的是，蜗杆22通过蜗杆托座23与转台基座1相连；转台基座1上设有转台箱体2，蜗轮21通过yrt转台专用轴承20连接于转台箱体2上，yrt转台专用轴承20通过螺栓连接固定于转台箱体2上，蜗轮21通过螺栓与分度转台19连接。蜗轮转动进而带动转台转动。
实施例3：
一种基于线结构光的轮胎标识自动识别系统，其结构如实施例2所述，所不同的是，转台基座上表面设有定位凸起，转台箱体设有定位通孔，定位凸起与定位通孔相配合。通过定位凸起和定位通孔的配合，起到定位和限位的作用。
实施例4：
一种基于线结构光的轮胎标识自动识别系统，其结构如实施例2所述，所不同的是，所述轮胎固定定位装置还包括锥形压紧件16，锥形压紧件16套于中心杆14上，锥形压紧件16的下表面与轮毂的上表面相接触，锥形压紧件16的上表面与旋紧件15的下表面相接触，旋紧件通过螺纹连接与中心杆相连并进行拧紧操作。
实施例5：
一种基于线结构光的轮胎标识自动识别系统，其结构如实施例1所述，所不同的是，所述线结构光三维测量设备固定装置还包括立柱底座3，立柱底座3通过螺栓连接固定于转台基座1上，立柱4设于立柱底座3中。
实施例6：
一种基于线结构光的轮胎标识自动识别系统，其结构如实施例4所述，所不同的是，所述线结构光三维测量设备固定装置还包括p型支架8、斜拉杆9，所述p型支架8内表面与立柱4相配合，p型支架8下表面与中心连接件7的上表面相连，斜拉杆9的一端与p型支架8相连、对斜拉杆起到支撑作用，斜拉杆9的另一端与横梁10相连接。斜拉杆可有效防止横梁变形。
实施例7：
一种基于实施例6所述基于线结构光的轮胎标识自动识别系统的工作方法，包括图像采集、图像预处理和图像识别，如图4至9所示，其中，
(1)图像采集：采用环形扫描方案，即令所述轮胎固定在分度转台上，并手动调整所述横梁角度位置和所述线结构光三维测量设备在横梁上的位置，使得线结构光三维测量设备位于轮胎标识区域的正上方的适当位置，依次启动线结构光三维测量设备和分度转台，完成轮胎标识的环形扫描并采集得到轮胎表面三维点云数据。
(2)图像预处理：线结构光三维测量设备采集得到轮胎表面三维点云数据，使用matlab软件中的图像处理工具对点云数据进行包括图像灰度化、无效区域去除、顶帽变换、灰度拉伸、图像二值化的图像预处理操作，得到轮胎标识的二值化图像。
计算机对点云数据进行图像灰度化的具体过程包括：根据点云数据中各点的相对高度值依次分配0～255的整数灰度值，生成轮胎标识的灰度图像。
所述顶帽变换的具体过程包括：选取边长不小于突起字符宽度的方形结构元素与所述轮胎标识的灰度图像进行开运算，得到了一个消除了突起的背景曲面。
所述灰度拉伸和图像二值化的具体过程包括：对所述亮度均匀的轮胎标识图像进行γ＝0.7的伽马变换，达到灰度拉伸的效果；再运用自适应最优阈值法进行二值化分割，得到所述的轮胎标识的二值化图像。
(3)图像识别：将步骤(2)图像预处理过程中得到轮胎标识的二值化图像，对轮胎标识的二值化图像进行仿射变换，以矫正字符倾斜畸变；然后对倾斜矫正后的图像进行字符切分处理，并归一化为40×20形式；最后，结合自身特点采取基于模板匹配的字符识别算法，对轮胎标识字符进行识别。
利用仿射变换技术矫正字符倾斜畸变的具体过程包括：
首先，利用斜体字符倾斜角度检测算法得到畸变字符的字符倾斜角度β；由于可以证明并推导出，字符倾斜角度β与测量夹角α之间存在以下关系：
如图5所示，式(ⅰ)中的测量夹角α为线段ab与线段l之间的夹角，其中线段ab代表线结构光线，点o2为ab的中心点，点o1为轮胎圆心，直线l垂直于o1o2。通过式(ⅰ)由字符倾斜角度β计算出测量夹角α的值；得到测量夹角α后，对轮胎标识的二值化图像做仿射矩阵t为