CN105373756A - 一种激光二维码识别装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光二维码识别装置，它包括图像采集设备模块、图像采集设备控制管理模块、图像处理模块、二维码自动识别及结果显示模块、电源管理模块以及辅助模块，图像采集设备模块进行图像采集，采集好的图像发送给图像处理模块处理，处理后传送给二维码自动识别及结果显示模块进行识别，识别后输出数据记录并显示结果。本发明通过设计该二维码识别装置，用于激光二维码的自动识别，能在完成识别的同时能与零件管理系统连接，为零件管理提供了方便的追踪识别，实现零件库存管理的自动化，对提高产品质量、产量和降低成本、提高企业生产效益非常有利，适于在零件制造领域的进一步推广。

Description

一种激光二维码识别装置

技术领域

本发明涉及一种激光二维码识别装置，尤其是一种针对刻在金属件表面的激光二维码识别装置。

背景技术

直接标刻技术（DPM），是一种特殊的标识制作技术，激光二维码就是利用该技术能够直接在零件表面形成与零件相同寿命的图形或者文字的特点对零件整个生命周期进行追溯和对产品跟踪管理。利用激光二维码对零件进行管理的实质是：一种用二维码存储零件的身份信息并用直接标刻技术在其表面标刻包含对应信息的二维码，直接读取二维码信息对零件进行管理的方式。这种方式可优化库存管理、建立产品原始档案并实现对生成过程的精细控制和产品追溯、提高生产率并且降低生产成本和提高服务质量，总的来说它有助于推动企业的生产效率和企业发展。

目前，在国内利用激光二维码管理零件的技术正处于初级发展阶段，对各种零件的管理作为制造业的重要领域，在其中有着至关重要的作用。然而，国内虽有为数不少的二维码识别设备，但这些二维码识别设备大多数都只能识别标准且轮廓清晰的二维码，不能对零部件表面的激光二维码进行识别，这在一定程度上给制造企业对零件管理的发展带来了一定困难。其中与本发明最接近的技术方案包括：王伟（复杂大背景及变形下的DPM码识别研究[D]。西北工业大学，2013）中提出了一种识别激光二维码的设备，其设备主要利用标定相机和逆向校正的方式捕获图像并进行识别，但其未考虑由于零件循环地与设备接触式的识别而导致零件的磨损问题，并且在其零件图像捕获口会因为零件尺寸而导致人工手动地调整设备，这大大降低了设备的灵活性和通用性；发明专利（申请号：CN201310515759，名称：一种复杂环境下器件DPM二维码识别系统）中阐述了一种DPM码识别方法，其主要是基于ANDROID系统的嵌入式识别技术，该方案虽然可以识别一些DPM码，但由于它是通过移动终端采集图像，图像的质量会受到周围环境的印象，加大了对图像预处理的难度和不确定性，这严重影响了后续的识别率；发明专利（申请号：CN201410438595，名称：圆柱面二维码识别方法及装置）中阐述了一种圆柱面二维码实现方案，该方案主要利用图像传感器在预设时间内采集多个二维码的部分图像以融合成为完成的图像，该设备主要适用于圆柱类的零件，对其他类型的零件不适用。

综上所述，现有的二维码识别设备都不适用于制造企业的真实环境。大多数都只能识别标准且轮廓清晰的二维码，对于复杂背景下的激光二维码的识别存在着不足，甚至无法进行识别。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光二维码识别装置，它解决的技术问题是因金属件复杂的背景导致在图像采集时出现图像模糊、高反光以及由于标刻时的化学反应使得金属件上的激光二维码图像的位置定位符和校正图形不清晰或者不规则。

所述的一种激光二维码识别装置，包括辅助模块及设置在辅助模块内的图像采集设备模块、图像采集设备控制管理模块、图像处理模块、二维码自动识别及结果显示模块、电源管理模块，其特征在于所述图像采集设备控制管理模块包括相机调节控制器和光源控制器，所述图像采集设备模块与图像采集设备控制管理模块和图像处理模块连接，图像处理模块与二维码自动识别及结果显示模块连接，电源管理模块与其他模块连接用于供电，图像采集设备模块由图像采集设备控制管理模块控制着进行图像采集，采集好的图像发送给图像处理模块，由图像处理模块处理后传送给二维码自动识别及结果显示模块，由二维码自动识别及结果显示模块输出数据记录并结果显示。

所述的一种激光二维码识别装置，其特征在于所述辅助模块包括由六面铝合金板构成的方形装置本体，方形装置本体上设有激光二维码图像采集口、设备承重架、零件托台、设备开关和线路输入输出端口；所述设备承重架包括相机固定架和光源固定架，所述零件托台用于放置激光二维码零件；所述设备开关用于管理整个装置的电源供给；所述图像采集设备手动调节手柄用于相机的微调；所述相机固定架利用型材固定工业相机；所述光源固定架利用型材固定同轴光源，所述线路输入输出端口用于相机数据输出接口和工控电脑的连接，用于采集图像的传输。

所述的一种激光二维码识别装置，其特征在于所述激光二维码图像采集口为呈长方形的缺口，该缺口上设置无反光透明玻璃，由无反光透明玻璃封闭。

所述的一种激光二维码识别装置，其特征在于所述方形装置本体底部设有四个万向全刹脚轮，用于移动该设备；方形装置本体侧面设有一个相机位置微调旋钮，用以调整工业相机的位置。

所述的一种激光二维码识别装置，其特征在于所述图像采集设备模块包括工业相机、镜头、同轴光源、条形光源以及图像数据传输接口，工业相机与镜头、同轴光源和条形光源在采集图像时共同工作；同轴光源和条形光源安装在距离镜头前端固定距离处，由同轴光源中的分光镜使得变化的发散光垂直照射，工业相机从正面通过分光镜捕获物体图像，消除物体表面不平整引起的阴影部分，提高成像清晰度；图像数据传输接口用于将工业相机采集到的包含激光二维码图像数据传输给图像处理模块。

所述的一种激光二维码识别装置，其特征在于所述图像采集设备控制管理模块包括相机调节控制器和光源控制器，相机调节控制器用于固定工业相机并进行微调；光源控制器包括同轴光源控制器和条形光源控制器，其同轴光源控制器与同轴光源相连接，条形光源控制器与条形光源相连接，条形光源控制器、同轴光源控制器和相机调节控制器通过设备开关与电源插座相连接。

所述的一种激光二维码识别装置，其特征在于所述图像处理模块包括激光二维码粗定位和精确定位，激光二维码粗定位通过图像灰度化、图像双边滤波平滑操作、图像二值化、形态学处理以及最小外接矩形得到二维码的粗定位图像；精确定位通过对粗定位图像骨架细化、边缘检测以及二维码定位符检测得到激光二维码精确定位图像，该激光二维码精确定位图像发送给二维码自动识别及结果显示模块。

所述的一种激光二维码识别装置，其特征在于所述二维码自动识别及结果显示模块包括图像处理模块得到的精确定位二维码图像、工控电脑以及二维码识别软件系统，所述工控电脑与图像采集设备模块的工业相机连接，通过工业相机采集包含激光二维码零件的图像传输到工控电脑，工控电脑中的二维码识别软件系统对图像进行处理后实时显示激光二维码信息，并提供数据存储和存库管理功能。

所述的一种激光二维码识别装置，其特征在于所述图像采集设备模块中的工业相机按照从后往前的方式采集图像，镜头与激光二维码图像采集口、同轴光源安装在同一条水平线上。

所述的相机与光源之间的安装距离满足，其中为相机的焦距，为相机的物距。

所述的一种激光二维码识别装置，其特征在于所述激光二维码图像采集口的对应位置设有背景涂色区，背景涂色区上涂有纯色颜料。

通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明通过设计激光二维码识别装置，用于激光二维码的自动识别，在完成二维码识别的同时能与零件管理系统连接，为零件管理提供了方便的追踪识别，实现零件库存管理的自动化；同时它是一项改善生产和工作环境的多赢工程，对提高产品质量、产量和降低成本、提高企业生产效益非常有利，适于在零件制造领域的进一步推广。

附图说明

图1为激光二维码识别装置整体流程图；

图2a为激光二维码装置正视图示意图；

图2b为激光二维码装置图像采集口涂色区示意图；

图3为激光二维码装置俯视图示意图；

图4为激光二维码装置侧视图示意图。

图中：1-激光二维码图像采集口，2-设备承重架，3-零件托台，4-设备开关，5-铝合金板，6-万向全刹脚轮，7-背景涂色区，8-同轴光源，9-工业相机，10-镜头，11-无反光透明玻璃，12-条形光源控制器，13-同轴光源控制器，14-相机调节控制器，15-电源插座，16-条形光源，17-相机位置微调旋钮，18-线路输入输出端口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是根据本发明的实施例的激光二维码装置工作流程图。

参照图1，本发明的一种激光二维码识别装置，包括图像采集设备模块、图像采集设备控制管理模块、图像处理模块、二维码自动识别及结果显示模块、电源管理模块以及辅助模块，图像采集设备模块与图像采集设备控制管理模块和图像处理模块分别连接，图像处理模块与二维码自动识别及结果显示模块连接，将图像采集设备模块采集到的图片处理后，发给二维码自动识别及结果显示模块，通过二维码自动识别及结果显示模块中的二维码识别软件系统对图像进行处理后实时显示激光二维码信息，并提供数据存储和存库管理功能，电源管理模块与其他各模块连接，提供电源。

参照图1到图4，所述辅助模块包括由六面铝合金板5构成的方形装置本体，方形装置本体上设有激光二维码图像采集口1、设备承重架2、零件托台3、设备开关4和线路输入输出端口18；所述设备承重架2包括相机固定架和光源固定架，所述零件托台3用于放置激光二维码零件；所述设备开关4用于管理整个装置的电源供给；所述图像采集设备手动调节手柄17用于相机的微调；所述相机固定架利用型材固定工业相机9；所述光源固定架利用型材固定同轴光源8，所述线路输入输出端口18用于相机数据输出接口和工控电脑的连接，用于采集图像的传输，所述激光二维码图像采集口1为呈长方形的缺口，该缺口上设置无反光透明玻璃11，由无反光透明玻璃11封闭，所述方形装置本体底部设有四个万向全刹脚轮6，用于移动该设备；方形装置本体侧面设有一个相机位置微调旋钮17，用以调整工业相机9的位置，所述激光二维码图像采集口1的对应位置设有背景涂色区7，背景涂色区7上涂有纯色颜料；

所述的图像采集设备模块包含工业相机9、镜头10、同轴光源8和条形光源16，所述工业相机9、镜头10和同轴光源8被安装在设备承重架2上并与激光二维码图像采集口1保持同一水平线，同轴光源8和条形光源16安装在距离镜头10前端固定距离处，该固定距离满足，其中为相机的焦距，为相机的物距；

所述图像采集设备控制管理模块包括相机调节控制器14和光源控制器，相机调节控制器14用于固定工业相机9并进行微调；光源控制器包括同轴光源控制器13和条形光源控制器12，其同轴光源控制器13与同轴光源8相连接，条形光源控制器12与条形光源16相连接，条形光源控制器12、同轴光源控制器13和相机调节控制器14通过设备开关4与电源插座15相连接；

所述图像处理模块包括激光二维码粗定位和精确定位，激光二维码粗定位通过图像灰度化、图像双边滤波平滑操作、图像二值化、形态学处理以及最小外接矩形得到二维码的粗定位图像；精确定位通过对粗定位图像骨架细化、边缘检测以及二维码定位符检测得到激光二维码精确定位图像，该激光二维码精确定位图像发送给二维码自动识别及结果显示模块；

所述二维码自动识别及结果显示模块包括图像处理模块得到的精确定位二维码图像、工控电脑以及二维码识别软件系统，所述工控电脑与图像采集设备模块的工业相机9连接，通过工业相机9采集包含激光二维码零件的图像传输到工控电脑，工控电脑中的二维码识别软件系统对图像进行处理后实时显示激光二维码信息，并提供数据存储和存库管理功能。

参照图1到图4，本发明的工作过程如下：

当在进行图像采集时，零件竖直放置在零件托台3上或者悬空放置，并将包含激光二维码的零件表面正对激光二维码图像采集口1，为了让采集到的二维码图像质量更好，本发明在该装置的图像采集口1对应的内部背景涂色区7已用纯色颜料涂匀，在此实施例中使用白色颜料涂匀，图像采集设备模块在图像采集设备控制管理模块中与工业相机9相连接的相机调节控制器14、与同轴光源8相连接的同轴光源控制器13、与条形光源16相连接的条形光源控制器12的辅助下，工业相机9按照从后往前、以视频流的的方式采集图像，由同轴光源8中的分光镜使得变化的发散光垂直照射，工业相机9从正面通过分光镜捕获物体图像，消除物体表面不平整引起的阴影部分，提高成像清晰度；在本实施例中视频流的帧率为每秒25帧，设备在采集过程中每隔5帧取一张图像，即一秒钟可采集5张图像，将这5张实时采集的图像通过图像数据传输接口传输到图像处理模块中，图像处理模块中的激光二维码粗定位通过图像灰度化、图像双边滤波平滑操作、图像二值化、形态学处理以及最小外接矩形得到二维码的粗定位图像；精确定位通过对粗定位图像骨架细化、边缘检测以及二维码定位符检测得到激光二维码精确定位图像，在该模块中需对图像采集模块捕获的5张图像分别进行处理并将处理后的结果图像传输到二维码自动识别及结果显示模块，在二维码自动识别及结果显示模块中，本实施例采用概率的方式统计识别率，即在这5张相同的图像中有过半数的图像可识别，则认为该图像可被识别，反之，则不可识别，进一步可将识别结果显示在工控电脑上，并与软件系统进行连接，把得到的数据信息保存到数据库，为后续下一步工作提供有利的条件。上述每个模块的供电都由电源管理模块的电源插座15提供，以此保证正常稳定的工作。

若较长时间不需要用该装置，使用与条形光源控制器12、同轴光源控制器13和相机调节控制器14相连接的设备开关4暂停对各设备的供电；为了防止外界光照对图像采集造成影响，在激光二维码图像采集口1处镶嵌一块无反光透明玻璃11，如本实施例中该装置的俯视图图3所示，在图像采集模块中的工业相机9提供与外部工控电脑连接的数据输出端口，装置底部安装的四个万向全刹脚轮6用以方便装置的移动，提高装置的灵活性，为了适应不同零件的图像采集，装置侧面安装有一个相机位置微调旋钮17，用以调整相机的位置。在该装置的六个面用铝合金板5将所有设备封闭在该装置内部，图4为本实施例中该装置的侧视图。

实施本发明后，可有效克服由于零件特殊材质导致零件高反光导致采集的图像模糊以及由于标刻时的化学反应使得金属件上的激光二维码图像的位置定位符和校正图形不清晰或者不规则的情况，这对进一步和软件系统协同工作对零件进行管理提供了有效的激光二维码识别装置。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (10)

1.一种激光二维码识别装置，包括辅助模块及设置在辅助模块内的图像采集设备模块、图像采集设备控制管理模块、图像处理模块、二维码自动识别及结果显示模块、电源管理模块，其特征在于所述图像采集设备控制管理模块包括相机调节控制器（14）和光源控制器，所述图像采集设备模块与图像采集设备控制管理模块和图像处理模块连接，图像处理模块与二维码自动识别及结果显示模块连接，电源管理模块与其他模块连接用于供电，图像采集设备模块由图像采集设备控制管理模块控制着进行图像采集，采集好的图像发送给图像处理模块，由图像处理模块处理后传送给二维码自动识别及结果显示模块，由二维码自动识别及结果显示模块输出数据记录并结果显示。

2.根据权利要求1所述的一种激光二维码识别装置，其特征在于所述辅助模块包括由六面铝合金板（5）构成的方形装置本体，方形装置本体上设有激光二维码图像采集口（1）、设备承重架（2）、零件托台（3）、设备开关（4）和线路输入输出端口（18）；所述设备承重架（2）包括相机固定架和光源固定架，所述零件托台（3）用于放置激光二维码零件；所述设备开关（4）用于管理整个装置的电源供给；所述图像采集设备手动调节手柄（17）用于相机的微调；所述相机固定架利用型材固定工业相机（9）；所述光源固定架利用型材固定同轴光源（8），所述线路输入输出端口（18）用于相机数据输出接口和工控电脑的连接，用于采集图像的传输。

3.根据权利要求2所述的一种激光二维码识别装置，其特征在于所述激光二维码图像采集口（1）为呈长方形的缺口，该缺口上设置无反光透明玻璃（11），由无反光透明玻璃（11）封闭。

4.根据权利要求2所述的一种激光二维码识别装置，其特征在于所述方形装置本体底部设有四个万向全刹脚轮（6），用于移动该设备；方形装置本体侧面设有一个相机位置微调旋钮（17），用以调整工业相机（9）的位置。

5.根据权利要求2所述的一种激光二维码识别装置，其特征在于所述图像采集设备模块包括工业相机（9）、镜头（10）、同轴光源（8）、条形光源（16）以及图像数据传输接口，工业相机（9）与镜头（10）、同轴光源（8）和条形光源（16）在采集图像时共同工作；同轴光源（8）和条形光源（16）安装在距离镜头（10）前端固定距离处，由同轴光源（8）中的分光镜使得变化的发散光垂直照射，工业相机（9）从正面通过分光镜捕获物体图像，消除物体表面不平整引起的阴影部分，提高成像清晰度；图像数据传输接口用于将工业相机（9）采集到的包含激光二维码图像数据传输给图像处理模块。

6.根据权利要求5所述的一种激光二维码识别装置，其特征在于所述图像采集设备控制管理模块包括相机调节控制器（14）和光源控制器，相机调节控制器（14）用于固定工业相机（9）并进行微调；光源控制器包括同轴光源控制器（13）和条形光源控制器（12），其同轴光源控制器（13）与同轴光源（8）相连接，条形光源控制器（12）与条形光源（16）相连接，条形光源控制器（12）、同轴光源控制器（13）和相机调节控制器（14）通过设备开关（4）与电源插座（15）相连接。

7.根据权利要求2所述的一种激光二维码识别装置，其特征在于所述图像处理模块包括激光二维码粗定位和精确定位，激光二维码粗定位通过图像灰度化、图像双边滤波平滑操作、图像二值化、形态学处理以及最小外接矩形得到二维码的粗定位图像；精确定位通过对粗定位图像骨架细化、边缘检测以及二维码定位符检测得到激光二维码精确定位图像，该激光二维码精确定位图像发送给二维码自动识别及结果显示模块。

8.根据权利要求5所述的一种激光二维码识别装置，其特征在于所述二维码自动识别及结果显示模块包括图像处理模块得到的精确定位二维码图像、工控电脑以及二维码识别软件系统，所述工控电脑与图像采集设备模块的工业相机（9）连接，通过工业相机（9）采集包含激光二维码零件的图像传输到工控电脑，工控电脑中的二维码识别软件系统对图像进行处理后实时显示激光二维码信息，并提供数据存储和存库管理功能。

9.根据权利要求5所述的一种激光二维码识别装置，其特征在于所述图像采集设备模块中的工业相机（9）按照从后往前的方式采集图像，镜头（10）与激光二维码图像采集口（1）、同轴光源（8）安装在同一条水平线上。

10.根据权利要求5所述的一种激光二维码识别装置，其特征在于所述激光二维码图像采集口（1）的对应位置设有背景涂色区（7），背景涂色区（7）上涂有纯色颜料。