CN103310178A

CN103310178A - 一种金属柱面直接标刻二维条码的识读装置

Info

Publication number: CN103310178A
Application number: CN2013102392385A
Authority: CN
Inventors: 何卫平; 曹西征; 王伟; 牛晋波; 郭改放
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2013-06-17
Filing date: 2013-06-17
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2033-06-17
Also published as: CN103310178B

Abstract

本发明提出了一种金属柱面直接标刻二维条码的识读装置,由支撑壳体、相机、识读光源和辅助定位装置组成；所述识读光源包括同轴光源和漫反射光源；所述同轴光源由外壳、LED电路板、漫反射板和分光镜组成；所述漫反射光源包括有半球外壳、底座、环形LED电路板和环形隔板。本条码识读装置可以为不同直径和不同类型的金属柱面直接标刻二维条码识读提供有效的硬件支持。可以解决现有条码识读装置，针对金属柱面直接标刻二维条码图像采集存在的种种缺陷，特别是识读照明光源方面，大大的简化了图像采集操作和提高了采集的图像质量。快速、高质量的完成金属柱面直接标刻二维条码的图像采集，为金属柱面二维条码的快速准确识读提供有效的硬件支持。

Description

一种金属柱面直接标刻二维条码的识读装置

技术领域

本发明涉及二维条码识读技术领域，具体为一种金属柱面直接标刻二维条码的识读装置，以实现金属柱面上二维条码信息的快速准确采集。

背景技术

实时准确地获取离散制造企业车间底层金属部件的信息，是实现生产信息实时追踪和金属材料高效调度的关键，而金属部件的有效识别则是其中的关键技术。机器视觉已在工业领域广泛应用，本发明正是为利用机器视觉识别金属部件提供快速准确采集二维条码信息的硬件支持。

目前的辅助识读装置或者识读装置用于金属柱面直接标刻二维条码的识读领域，使用时存在下列缺陷：

1、手持式DPM读码器识读焦距不能确定，需要人工一手持读码器，一手持金属部件，寻找识读位置，定位金属柱面二维条码。这种手持式识读方式既浪费时间又容易使操作人员疲倦。辅助定焦的装置操作复杂、适应性差，需要根据不同的金属柱面曲率和二维条码尺寸反复调节。

2、由于金属柱面是圆弧，且一般粗糙度低，易反光以及外界光源干扰等因素，造成采集的金属柱面二维条码图像存在严重的高亮反光干扰。

3、由于它是基于采集的一幅二维条码图像进行识读，所以当采集的图像存在光照不均、条码信息不完整等问题时，造成无法识读。

4、不同金属柱面标刻的二维条码识读时需要的照明光源类型不相同，采用单一光源照明的识读装置不能为所有的金属柱面二维条码识读提供有效的照明支持。

5、上述缺陷在圆柱金属直径越小时，表现的越明显，造成条码识读越困难。

现有条码识读装置的上述缺陷，加上金属表面二维条码对比度低、人工操作的不稳定性、金属部件尺寸的多样性等因素的干扰，降低了金属柱面直接标刻二维条码的识读率，严重影响了识读效率。即使可以识读，也需要在识读装置前长时间的摸索才能确定金属柱面直接标刻二维条码图像的合适的采样位置或者调节辅助识读装置，这就导致识读时间长，识读效率低。据发明人统计，85%的识读时间都消耗在寻找的可能识读位置或者调节辅助识读装置上。

综合现有的条码识读装置和辅助条码识读装置设计，无法实现为金属柱面二维条码识读提供有效的硬件支持。

发明内容

要解决的技术问题

为解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种金属柱面直接标刻二维条码的识读装置,不仅可以实现对金属柱面直接标刻二维条码的快速准确定位，并使得采集的金属柱面直接标刻的二维条码图像有良好的质量，为金属柱面二维条码的快速准确识读提供有效的硬件支持。

技术方案

本发明的技术方案为：

所述一种金属柱面直接标刻二维条码的识读装置，其特征在于：由支撑壳体、相机、识读光源和辅助定位装置组成；所述支撑壳体一端封闭，支撑壳体不透明，支撑壳体内表面不发生镜面反射；相机固定在支撑壳体封闭端的内端面上；识读光源固定在支撑壳体开口端，并将支撑壳体开口端封闭；所述识读光源包括同轴光源和漫反射光源；

所述同轴光源由外壳、LED电路板、漫反射板和分光镜组成；外壳不透明，LED电路板固定在外壳一端，在外壳内且沿LED电路板的照射方向依次设置有漫反射板和分光镜，漫反射板与LED电路板平行，分光镜与漫反射板成45°夹角，分光镜由半反射半透射的材料构成，分光镜的分光面朝向LED电路板；在分光镜上方的外壳侧壁上开有观察窗口，在分光镜下方的外壳侧壁上开有照射窗口，观察窗口与照射窗口平行，且观察窗口与LED电路板垂直；

所述漫反射光源包括有半球外壳、底座、环形LED电路板和环形隔板；所述半球外壳不透明，半球外壳内表面涂有具有使光线发生漫反射的材料，半球外壳外侧面与支撑壳体的开口端固定连接；在半球外壳顶部开有通光孔；同轴光源的外壳固定在漫反射光源的半球外壳顶端，且照射窗口完全覆盖通光孔；所述底座是截面为L型的环形结构，底座的上端面与半球外壳环形端面固定连接；所述环形LED电路板固定在底座的内部环形上侧面上，且环形LED电路板的LED光轴平行于相机镜头的中心轴线；所述环形隔板固定在底座的环形内端面上，且底座和环形隔板不透明；底座、环形LED电路板、环形隔板、通光孔以及相机镜头的中心轴线均重合；

辅助定位装置由若干相互平行的定位条组成，定位条固定在底座上；在定位条中部有辅助定位槽，辅助定位槽的中心轴线与相机镜头的中心轴线垂直相交。

所述一种金属柱面直接标刻二维条码的识读装置，其特征在于：识读光源还包括有条形照明光源；条形照明光源的安装板固定在环形隔板上；条形照明光源的LED光轴垂直于辅助定位槽的中心轴线。

所述一种金属柱面直接标刻二维条码的识读装置，其特征在于：条形照明光源的LED光轴朝向金属柱面倾斜，倾斜夹角为15度。

有益效果

本发明的有益效果如下：

1）设计封闭的识读装置屏蔽外界光源等各种自然条件的干扰，增加金属柱面二维条码图像质量，并且能够定位相机和顶盖的位置，以确定相机焦距对金属柱面二维条码的最佳识读距离。

2）辅助定位装置的设计，帮助识读人员快速准确定位二维条码位置，使得金属柱面二维条码的识读效率大大提高。解决了手持式条码识读装置采集金属柱面二维条码时寻找条码位置花费大量时间的问题，以及辅助条码识读装置需要反复旋转转轮调节缝隙宽度或者调节刀具位置的问题。

3）双识读光源的设计，条形照明光源和组合式照明光源能为不同的金属柱面标刻的二维条码提供有效的照明支持，2个光源之间可以自由切换，实现暗视场照明和前向均匀照明，可根据实际情况选择合适的照明光源。

4）针对金属柱面连续形变的特性，目前采用的照明方案存在易产生高反光、光照不均等问题，创造性地采用同轴光源与漫反射圆顶光源相结合照明的新型照明方案，可以对金属柱面实现均匀照明，无高反光，可以获得高质量的二维条码图像。

综上所述，本条码识读装置可以为不同直径和不同类型的金属柱面直接标刻二维条码识读提供有效的硬件支持。可以解决现有条码识读装置，针对金属柱面直接标刻二维条码图像采集存在的种种缺陷，特别是识读照明光源方面，大大的简化了图像采集操作和提高了采集的图像质量。快速、高质量的完成金属柱面直接标刻二维条码的图像采集，为金属柱面二维条码的快速准确识读提供有效的硬件支持。

附图说明

图1：本发明提出的金属柱面直接标刻二维条码的识读装置的结构原理图；

图2：支撑壳体5的结构示意图；

图3：识读光源6的结构原理图；

图4：识读光源6的结构示意图；

图5：条形光源10的结构示意图；

图6：定位条25的结构示意图；

其中：1-工业相机，2-镜头，3-手柄连接件，4-手柄，5-支撑壳体，6-识读光源，7-辅助定位装置，8-刀具，9-连接孔，10-条形照明光源，11-组合式照明光源，12-漫反射光源，13-同轴光源，14-外壳，15-LED电路板，16-漫反射板，17-分光镜，18-观察窗口，19-照射窗口，20-通光孔，21-半球外壳，22-底座，23-环形LED电路板，24-环形隔板，25-定位条，26-定位槽。

具体实施方式

下面结合具体实施例描述本发明：

如图1所示，本实施例中的金属柱面直接标刻二维条码的识读装置由支撑壳体5、工业相机1、识读光源6和辅助定位装置7组成。

所述支撑壳体为一端封闭的圆柱壳体，支撑壳体不透明，支撑壳体内表面不发生镜面反射，本实施例中支撑外壳5材料为镀锌板，内表面贴附一层黑色植绒纸，实现消光的目的。支撑外壳5如图2所示，外形尺寸为Φ148×300mm，壁厚1.6mm。工业相机1固定在撑壳体封闭端的内端面上。本实施例中的工业相机1采用维视图像技术公司MV-VD040SM高速工业相机，最高分辨率744×480，长宽高为44×36×36mm。所述的镜头2为维视图像技术公司ZML1000工业变倍缩放镜头，接口类型为C，工作距离145mm时，视场H×V为29.0×21.8mm，外形尺寸28×110mm。手柄4与支撑壳体3圆柱壳面通过连接孔9连接，由手柄连接件3固定。本实施例中连接孔9直径为10mm，连接孔孔心距离上底面为150mm，手柄连接件3为M10的六角螺母，标准为GB/T41-86；手柄4外形尺寸为：连接部分螺栓外径为10mm,长为15mm，手握部分长为80mm，外径为16mm，材质为胶木。

识读光源固定在支撑壳体开口端，并将支撑壳体开口端封闭；所述识读光源包括条形照明光源10和组合式照明光源11。组合式照明光源11由漫反射光源12和同轴光源13组成。

参照附图3，所述同轴光源由外壳14、LED电路板15、漫反射板16和分光镜17组成。外壳为长方体壳体，外壳不透明。LED电路板固定在外壳一端，在外壳内且沿LED电路板的照射方向依次设置有漫反射板和分光镜，漫反射板与LED电路板平行，分光镜与漫反射板成45°夹角，分光镜由半反射半透射的材料构成，分光镜的分光面朝向LED电路板；在分光镜上方的外壳侧壁上开有观察窗口18，在分光镜下方的外壳侧壁上开有照射窗口19，观察窗口与照射窗口平行，且观察窗口与LED电路板所在平面垂直。

本实施例中，外壳材料为黑色塑料，尺寸为75×47×46mm；LED电路板尺寸为41×41mm；漫反射板16与LED电路板相距距离为8mm，所述的漫反射板16尺寸为41×41mm，厚度为2mm，材料为毛玻璃；分光镜17材料为半反射半透射的玻璃，尺寸为36×50mm，厚度为2mm；观察窗口18的尺寸为36×36mm，照射窗口19的尺寸为43×38mm。

所述漫反射光源包括有半球外壳21、底座22、环形LED电路板23和环形隔板24；所述半球外壳不透明，半球外壳内表面涂有具有使光线发生漫反射的材料，半球外壳外侧面与支撑壳体的开口端固定连接；在半球外壳顶部开有通光孔20；同轴光源的外壳固定在漫反射光源的半球外壳顶端，且照射窗口完全覆盖通光孔；所述底座是截面为L型的环形结构，底座的上端面与半球外壳环形端面固定连接；所述环形LED电路板固定在底座的内部环形上侧面上，且环形LED电路板的LED光轴平行于相机镜头2的中心轴线；所述环形隔板固定在底座的环形内端面上，且底座和环形隔板不透明；底座、环形LED电路板、环形隔板、通光孔以及相机镜头的中心轴线均重合。

本实施例中半球外壳21内直径为95mm，壳厚2.5mm，内壁涂有经济型硫酸钡涂料；通光孔20为直径为25mm的圆通孔；底座22的内圆直径为80mm，外圆直径为100mm，高为10mm，材料为厚度2mm的黑色塑料；环形LED电路板23内圆直径为84mm，外圆直径为96mm；隔板24是直径为82mm，厚度为2mm，高为9mm的圆柱形，材料为铝塑板。

参照附图6辅助定位装置由若干相互平行的定位条25组成，定位条固定在底座上；在定位条中部有辅助定位槽26，辅助定位槽的中心轴线与相机镜头的中心轴线垂直相交。

参照附图4和附图5，条形照明光源由2个LED条形光源组成，LED条形光源的安装板固定在环形隔板上；条形照明光源的LED光轴垂直于辅助定位槽的中心轴线。且条形照明光源的LED光轴朝向金属柱面倾斜，本实施例中的倾斜角度为15度。

本实施例中条形LED光源长宽为60×10mm。定位条25尺寸为45×5mm，厚度为5mm，材料为不锈钢；定位槽26为直径3mm的半圆槽。

所述的LED电路板15和环形LED电路板23可以是由多个LED阵列而成，所述的LED可以是单色的，也可以是多种颜色的。

本发明在使用时，可以采用2种光源切换照明，当采用条形照明光源10照明时，LED发出的光线照射到金属柱面上，光经过金属柱面反射通过通光孔20、分光镜17和镜头2后，被工业相机1采集；当采用组合式照明光源11照明时，LED电路板15的LED发出的光线照射到分光镜17，部分光线经分光镜17反射后到达金属柱面，光经过金属柱面反射通过通光孔20、分光镜17和镜头2后，被工业相机1采集，环形LED电路板23的LED发出的光线照射到球形外壳21的内表面，光线发生漫反射后，射到金属柱面，光经过金属柱面反射通过通光孔20、分光镜17和镜头2后，被工业相机1采集。

Claims

1.一种金属柱面直接标刻二维条码的识读装置，其特征在于：由支撑壳体、相机、识读光源和辅助定位装置组成；所述支撑壳体一端封闭，支撑壳体不透明，支撑壳体内表面不发生镜面反射；相机固定在支撑壳体封闭端的内端面上；识读光源固定在支撑壳体开口端，并将支撑壳体开口端封闭；所述识读光源包括同轴光源和漫反射光源；

2.根据权利要求1所述一种金属柱面直接标刻二维条码的识读装置，其特征在于：识读光源还包括有条形照明光源；条形照明光源的安装板固定在环形隔板上；条形照明光源的LED光轴垂直于辅助定位槽的中心轴线。

3.根据权利要求2所述一种金属柱面直接标刻二维条码的识读装置，其特征在于：条形照明光源的LED光轴朝向金属柱面倾斜，倾斜夹角为15度。