在小直径刀具上进行激光数字标识的方法技术

一种在小直径刀具上进行激光数字标识的方法，通过对比曲面上字符相对于平面上字符的横线线宽变形，对字符中变形较大的横线进行改进设计并将其运用到激光标刻中；通过ＣＣＤ图像传感器获得标刻字符图像，经过光照校正，高帽变换对比度增强处理后进行二值化、采用逐行白色像素点总和累加和颜色突变次数统计的方法去除强反光带、通过水平投影和垂直投影方法进行字符定位和分割、最终通过多模版匹配的方法实现数字字符识别。本发明专利技术具有识读准确率高，易于实现的优点，它解决了小直径上数码标识的难题，为小直径刀柄的自动化管理提供了基础。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种对刀具打码的数字化管理方法，尤其是一种在小直径刀柄上自动 进行编码标刻和识别的方法，具体地说是一种。
技术介绍
众所周知，刀具是参与制造活动的重要辅助工具，对制造系统的柔性、生产率起着 举足轻重的作用；同时，刀具又是较昂贵的消耗性资源，并且数量巨大、信息繁多。这就迫切 需要对刀具进行调度、管理，以实现刀具参数和刀具寿命管理，从而缩短生产准备时间，降 低刀具库存量，提高刀具利用率。现有的刀具管理一般是通过纸质标签并套袋的方法进行 人工管理或者是采用直接激光标刻条码对刀具进行直接标识。显而易见，人工管理的方法致使工作量大、易出错；而且存在刀具库存查询不方 便、管理繁琐等问题，使得企业的管理水平低下，直接影响着生产效率的提高。基于激光标 刻条码技术对刀具进行直接标识很好地解决了刀具与标记分离的问题，结合图像式识读器 的自动识别技术，保证刀具识别可靠性和识别速度。采用识别系统和刀具管理系统相结合 的方式实现刀具出入库操作自动化，提高刀具管理效率。但是，基于激光标刻条码技术对刀具进行直接标识也有着明显的缺点。目前，最小 可识别的二维条码尺寸为4X 4mm2，小直径刀具(Φ < 6mm)表面曲率大而表面积小，因而无 法直接在小直径刀具上标刻二维条码。如果使用一维条码技术，则会因为一维条码所需要 的标刻面长，而一般小直径旋转刀具都不具备这么长的非装夹面。所以基于激光标刻条码 技术在小直径刀具上的应用受到了很大的限制，这是目前迫切需要解决的难题。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对直径小于6毫米，尤其是最小的3毫米直径的小直径刀柄因 曲率大，使用二维码或一维码进行标识后因变形大，计算机自动识别误差率大，无法满足自 动化管理要求的问题，专利技术一种在小直径整体硬质合金旋转刀具上直接标刻数字以便对刀 具进行数字化管理的，以解决小直径整体硬质合 金旋转刀具编码的标识难题。本专利技术的技术方案是—种，它包括在小直径刀柄上进行编码 数字打标的方法和图像识别的方法，其特征是所述的编码数字打标方法为1)首先采用数码管字体作为标记用数字字体，并控制字符高度不大于0. 7mm,字 符总长不超过4mm，字符间距约为0. 26mm ；2)对远离照明中心的字符的底边横线进行加粗处理，使所述需加粗横线的线宽为 未加粗线宽的120% 140%，矫正由于圆柱面曲率造成的字体变形，提高图像识别的准确 率；3)将经过上述第2)步处理过的编码数字输入激光打码机中，选择打码参数为I = 9. 3 9. 7A，ν = 1 4m/s，f = 17. 5 19KHz进行激光打码完成编码数字的打标；所述的编码数字的识别方法为首先，利用CCD图像传感器获得前述在小直径刀柄上标刻的字符图像；识别时应 根据摄像头和照明的位置，调整摄像头的位置或角度使摄取的字符图像的起始线偏离刀柄 上照明形成的强反光带0. 5 3个字符线宽； 其次，将所获得的图像送入计算机中进行光照校正和高帽变换对比度增强处理；第三，进行二值化、采用逐行白色像素点总和累加和颜色突变次数统计的方法去 除强反光带、通过水平投影和垂直投影方法进行字符定位和分割；最终，通过多模版匹配的方法实现数字字符识别，并最终得出所述小直径刀柄上 的数字编码。所述的小直径刀柄是指直径为3-6毫米的刀柄。所述的光照校正是指通过计算小块图像区域的平均亮度来估计整个图像的亮度 变化，然后用这个图像减去估计的背景亮度，最后，对光照校正的图像进行直方图增强；以 弥补非均勻光照条件又提高图像的对比度；所述的高帽变换对比度增强处理是基于形态学 的图像处理方法，即在较亮的背景中求较暗的像素集或在较暗的背景中求较亮的像素集； 所述的二值化是通过最大类别方差法确定图像阈值ο，将数字图像经灰度化处理并进行对 比度扩展之后的像素表示值在区域内的像素点表示值均置为0，其余的像素表示值 均置为1 ；所述的中值滤波法去除噪声是指采用NXN的模块，计算时用到所有的N2个像 素，N取值在2 4间；所述的去除强反光带是指累加图像每行像素值为1 (白色)的像素 点个数总和同时统计每行像素值跳变的次数总和(包括像素值从1跳变为0或者从0跳变 为1)，如果某行白色像素点总和大于该行像素点总数的7/10 (对大量图像处理的经验值) 或者像素跳变次数小于6大于40时(对大量图像处理的经验值)，则将该行的元素全部置 为0(全为背景)；握权这的多模版匹配是指使同一个字符拥有多个模板，在进行字符识别 时，逐个计算字符图片与10个字符的所有模板的差值，分别取对应10个字符的所有模板差 值的最小值，而后取出上述10个最小差值中的最小值并获得其所对应的字符，该字符就是 该字符图片的识别结果。本专利技术的有益效果本专利技术通过字符的变换处理直接在刀具表面标刻数字编码字符，有效解决了小直 径旋转刀具条码技术无法有效标识以及条码表达信息抽象等难题。针对小直径刀具表面字 符通过CCD图像传感器捕获到的图像变形大、图像预处理时易断裂的特点，提出了适合小 直径刀具表面激光标刻的数码管字体改进以及刀具表面数字字符识别方法。利用本专利技术的 方法，刀具管理人员无须进行任何的人工操作并可解决刀具日常管理过程中的标识难题， 省去了刀具管理过程中的人工干预，实现了刀具身份的自动识别。有利于提高高精加工设 备的自动化水平，尤其是机床刀库的自动化管理水平。同时本专利技术还可直接用于刀库物流 管理，提高自动化管理水平。附图说明图1是本专利技术的打标字符在刀具圆柱表面变形示意图。图2是本专利技术使用数码管字体在YG6铣刀片上标识结果图片。图3是本专利技术使用数码管字体在YG6材料Φ3立铣刀圆柱面标识的结果图片。图4是本专利技术使用的数码管字体和改进后的数码管字体的各数字字符图片。图5是利用本专利技术的方法在小直径刀柄上所打字符的效果图。图6是本专利技术识读过程中经原图、灰度化、光照校正、高帽变换对比度增强处理后 的图片效果。图7分别是中值滤波、闭运算、倾斜校正、去除强反光带处理后图片效果。图8是定位处理后的图像效果。 图9是字符切割后的图像效果。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。一种，它包括在小直径刀柄上进行编码 数字打标的方法和图像识别的方法，其中所述的编码数字打标方法为1)首先采用数码管字体作为标记用数字字体，并控制字符高度不大于0. 7mm,字 符总长不超过4mm，字符间距约为0. 26mm ；2)对远离照明中心的字符的底边横线进行加粗处理，使所述需加粗横线的线宽为 未加粗线宽的120% 140%，矫正由于圆柱面曲率造成的字体变形，提高图像识别的准确 率；具体实施时还可根据以下公式计算加粗后的线宽以刀具标刻字符向下避开反光带为例(可使用斜照明方案作为系统光源)，字符 底部与刀具中心平面夹角θ = arcsin(/s +/fa1 单位为角度，R字符底部横线线宽根据以下公式进行计算L =R sin0-R.sinC^-i·—) mR 3. 14其中θ为字符底部与刀具中心平面夹角(单位为角度)，1&为一侧反光带宽度， Iiw为反光带与字符间距，为字符总高，R为刀具半径，IlilS字符底部横线宽度，Im为字 符底部横线弧长即原长(如图1所示)，刀具标刻字符向上避开反光带时计算公式类似；为保证字符底部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在小直径刀具上进行激光数字标识的方法，它包括在小直径刀柄上进行编码数字打标的方法和图像识别的方法，其特征是：所述的编码数字打标方法为：１）首先采用数码管字体作为标记用数字字体，并控制字符高度不大于０．７ｍｍ，字符总长不超过４ｍｍ，字符间距约为０．２６ｍｍ；２）对远离照明中心的字符的底边横线进行加粗处理，使所述需加粗横线的线宽为未加粗线宽的１２０％～１４０％，矫正由于圆柱面曲率造成的字体变形，提高图像识别的准确率；３）将经过上述第２）步处理过的编码数字输入激光打码机中，选择打码参数为Ｉ＝９．３～９．７Ａ，ｖ＝１～４ｍ／ｓ，ｆ＝１７．５～１９ＫＨｚ进行激光打码完成编码数字的打标；所述的编码数字的识别方法为：首先，利用ＣＣＤ图像传感器获得前述在小直径刀柄上标刻的字符图像；识别时应根据摄像头和照明的位置，调整摄像头的位置或角度使摄取的字符图像的起始线偏离刀柄上照明形成的强反光带０．５～３个字符线宽；其次，将所获得的图像送入计算机中进行光照校正和高帽变换对比度增强处理；第三，进行二值化、采用逐行白色像素点总和累加和颜色突变次数统计的方法去除强反光带、通过水平投影和垂直投影方法进行字符定位和分割；最终，通过多模版匹配的方法实现数字字符识别，并最终得出所述小直径刀柄上的数字编码。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐锋，左敦稳，吴小军，庞存辰，卢文壮，经建峰，彭雪涛，王艳，孙来鑫，张驰，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]