（机械制造及其自动化专业论文）图像识别技术在车身涂装车间信息化上应用的研究.pdf

图像识别技术在车身涂装车间信息化上应用的研究 摘要 本文的撰写是基于实际应用型课题某汽车厂家车身涂装车间信息化 改进项目的研究。由于原有的r f i d 系统受多种因素的影响，在工作过程中系 统运行不稳定，综合考虑实际情况，本文提出利用图像识别技术来识别汽车车 身的信息码，获取车身信息，并对涂装生产线的生产和管理的信息化系统进行 了改进和设计。 论文首先对车身涂装车间的信息化发展和概况作了阐述，提出用图像识别 技术来代替射频识别技术，采集车身信息，并根据实际生产中信息的需求，设 计了车身信息码的组成。接下来，针对现有的二维图像识别技术都是利用图像 和周围的颜色差异来识别图像，不利于压印字符的识别的特点，论文提出利用 莫尔技术来获取压印字符的凹凸图像，并利用莫尔技术设计出图像采集装置， 获取图像的三维信息，充分利用压印字符的三维信息来有效识别图像。获取图 像后，要对图像进行增强、去噪等预处理，文章提出用小波分析法对图像进行 预处理，以使图像质量更佳，突出想要的信息，方便后面的字符识别。在对字 符进行识别之前，还要对字符图像进行分割，将分割后的字符和数据库中的字 符进行比较，利用b p 神经元网络方法，对字符进行识别。为了方便涂装车间 员工对信息的实时掌控和操作，再将识别结果输入车身涂装车间的信息化系统， 并与e r p 系统相连，通过涂装车间的生产系统直接调出生产信息，因此，涂装 车间还必须有自己的生产管理系统。为此，文章在后面一部份也对车身涂装生 产车间的信息化系统作了初步的设计。最后介绍了课题研究的主要工作、成果 和对课题的展望。 本论文来源于实际应用型课题，在一定程度上有实际的理论意义和借鉴价 值，特别是对于从事车间生产管理和应用系统开发的人员。 关键词：图像识别技术凹凸字符图像莫尔技术b p 神经元网络 信息系统 r e s e a r c ho ni m a g er e c o g n i t i o nt e c h n o l o g ya p p l i e d p p 一 一 一 l o rl n l o r m a t i o no nc a rb o d yp a i n t i n gw o r k s h o p a b s t r a c t t h i sp a p e rd e r i v e sf r o map r a c t i c a la p p l i c a t i o ns u b j e c tw h i c hi ss o m ef a c t o r y s i m p r o v i n gp r o j e c ta b o u ti n f o r m a t i o ni nc a rb o d yp a i n t i n gp r o d u c tl i n e i n f l u e n c e d b ym a n yf a c t o r s ，t h eo l dr f i ds y s t e mw a su n s t e a d yi nw o r k ，a n dc o n s i d e r i n gt h e a c t u a ls i t u a t i o n ，t h i sp a p e rb r i n g sf o r w a r dt h ei d e at h a ti m a g er e c o g n i t i o n t e c h n o l o g yi n s t e a do ft h eo l dr f i ds y s t e mt og e tc a rb o d yi n f o r m a t i o n t h i sp a p e r a l s od e s i g n st h ei n f o r m a t i o ns y s t e mw h i c hu s e di nc a rb o d yp a i n t i n gw o r k s h o p a tf i r s t ，t h ep a p e rb r i e f l yi n t r o d u c e st h ed e v e l o p m e n ta n dg e n e r a ls i t u a t i o no f i n f o r m a t i o na p p l i e di nc a rb o d yp a i n t i n gw o r k s h o pa n db r i n g sf o r w a r dt h ei d e at h a t u s ei m a g er e c o g n i t i o nt e c h n o l o g yi n s t e a do ft h eo l dr f i ds y s t e mt og e tc a rb o d y i n f o r m a t i o na n dd e s i g nt h ei n f o r m a t i o nc o d ep r e s s e di nc a rb o d y e x i s t i n g t w o d i m e n s i o ni m a g er e c o g n i t i o nt e c h n o l o g i e sa 1 1u s et h ec o l o rd i f f e r e n c eb e t w e e n t h ei m a g ea n ds u r r o u n d i n gt or e c o g n i z ei m a g e ，t h i si sn o tv e r ye f f e c t i v et o r e c o g n i z ep r e s s e dc h a r a c t e r s ot h i sp a p e rt h e nb r i n g st h ei d e at h a ti sb yu s i n g m o i r et e c h n i q u et og e tc h a r a c t e ri m a g ea n dd e s i g nt h ei n s t r u m e n tt h a tc o l l e c t sa n i m a g e w ec a ng e tt h r e e - d i m e n s i o n a li n f o r m a t i o no ft h ei m a g ea n dr e c o g n i z et h e i m a g em o r ee f f e c t i v e l ya c c o r d i n gt h et h r e e - d i m e n s i o n a li n f o r m a t i o n a f t e rg e t t i n g i m a g e ，w en e e dt od e a lt h ei m a g et om a k et h ei m a g e sq u a l i t yi sb e t t e r ，o u t s t a n dt h e i m p o r t a n ti n f o r m a t i o na n db ee a s yt or e c o g n i z e b u tb e f o r er e c o g n i z et h ec h a r a c t e r , w eh a v et od i v i d et h ei m a g ei n t os o m el i t t l es e c t i o n ，t h e nw ec o m p a r et h ed i v i d e d s e c t i o nt ot h ed a t a b a s ea n dr e c o g n i z et h ec h a r a c t e rb yu s i n gb pn e u r o n a ln e t w o r k t e c h n o l o g y g e t t i n gt h er e c o g n i t i o nr e s u l ta n di n p u t t i n gt h er e s u l tt ot h es y s t e ma n d c o n n e c t i n gt h er e s u l tt oe r p , w ec a ng e tt h ew h o l ei n f o r m a t i o na b o u tt h ee a rb o d y a n dm a n u f a c t u r ei n f o r m a t i o nd i r e c t l ya n de a s i l y s ot h ec a rb o d yp a i n t i n g w o r k s h o pn e e d si t so w ns y s t e m i nt h ef o l l o w i n g ，t h ep a p e rd e s i g n sa n dc o n s t r u c t t h ec a rb o d yp a i n t i n gw o r k s h o pm a n u f a c t u r ei n f o r m a t i o ns y s t e m a tt h el a s tp a r t ， t h ep a p e rs u m m a r i z e st h em a i nw o r ka n da c h i e v e m e n t so ft h es u b j c o ta n dp u t s f o r w a r dp r o s p e c ta b o u tt h i ss u b je c t t h i sp a p e rd e r i v e sf r o map r a c t i c a la p p l i c a t i o ns u b je c t ，s o ，t os o m ed e g r e e ， t h e r ei sac e r t a i no ft h e o r ym e a n i n ga n dr e f e r e n c ev a l u ei nt h i sp a p e r ，e s p e c i a l l yf o r t h o s es t a f fw h oa r ee n g a g e di nm a n a g i n gw o r k s h o pa n dd e v e l o p i n ga p p l i c a t i o n s y s t e m k e y w o r d s ：i m a g er e c o g n i t i o nt e c h n o l o g y ，p r e s s e dc h a r a c t e ri m a g e ， m o i r et e c h n i q u e ，b pn e u r o n a ln e t w o r k ，i n f o r m a t i o ns y s t e m 表2 - 1 表4 - 1 表5 - i 表5 - 2 表5 3 表5 - 4 表格清单 8 l 5 6 6 7 5 5 5 5 5 一果 一 一 一 一 一结 一 一 一 一 一练 一 一 一 一 _l ： 一训 一 一表 一 一的 一 一录 一 表点 一 一记 一 息节程 一前 一 信层流表当表产含装息息录排隐涂信信记辆同身身身修车不车车车返 插图清单 图i - i汽车车身涂装生产流程1 图i - 2车身号图片3 图2 - 1车身涂装工艺流程7 图2 - 2挂有转序牌号的车身8 图2 - 3转序号码牌8 图2 - 4自动喷涂机的信息设定盘9 图2 - 5颜色种类显示屏9 图2 6条形码示例1 0 图2 - 7r f i d 系统硬件构架1 6 图2 - 8载码体k1 6 图2 - 9a v i 站点1 7 图2 - 1 0a v i 数据传递流程1 8 图3 - i莫尔条纹形成示意2 1 图3 - 2莫尔条纹2 1 图3 - 3莫尔条纹的形成2 2 图3 - 4横向莫尔条纹2 5 图3 - 5纵向莫尔条纹2 5 图3 - 6阴影莫尔法原理图2 6 图3 - 7投影莫尔法原理图2 6 图3 8阴影莫尔法的原理图2 7 图3 9图像采集实验图2 8 图3 - 1 0 图像采集原理图2 8 图3 - 1l 字符的莫尔图像2 9 图3 1 2 传统方法获取的字符图像2 9 图3 1 3 莫尔图像的二值化图2 9 图3 - 1 4 传统图像的二值化图2 9 图3 15 系统硬件构成图3 0 图4 - 1图像处理、识别及理解示意图3 6 图4 2邻域平均法示意图3 8 图4 - 3邻域平均滤波3 9 图4 - 4中值滤波结果4 0 图4 - 5灰度拉伸变换后的结果4 1 图4 - 6特征提取方法分类4 1 图4 - 7 图4 - 8 图4 - 9 图4 - 1 0 图4 - i 1 图4 1 2 图4 - i 3 图5 - 1 图5 2 图5 - 3 图5 - 4 图5 - 5 图5 - 6 图5 - 7 图5 - 8 图5 - 9 数字集的二值图像和圆周投影曲线4 3 标牌字符灰度图像4 3 标牌字符二值图像4 4 标牌上相应二值字符的圆周投影曲线4 4 部份训练样本5 0 字符识别b p 网络训练界面5 0 标牌字符图像识别的结果5 1 软件系统事务模型5 3 窗体种类及性质5 8 事务管理中心界面图5 9 初始化事务管理。5 9 数据初始化管理6 0 值班员事务6 0 登陆对话框6 1 登陆信息：6 1 系统查询界面6 2 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得 盒胆王些太堂 或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 学位论文作者签字：d 扮奂 签字日期：山可年呷月7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 金魍王些太堂 有关保留、使用学位论文的规定，有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人 授权 金罡王些太堂可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 签字日期：知呷年6 f 月f 7 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师躲揍恸 签字日期：垆哆年月i 夕日 电话： 邮编： 致谢 本论文是在导师黄皖苏副教授的悉心指导下完成的。值此论文完成之际， 首先向尊敬的导师黄皖苏副教授表示衷心的感谢和诚挚的敬意! 在近三年的研 究生生涯中，导师对我的学习给予了莫大的关怀和无私的帮助，在课题研究、 实验室工作、论文撰写等各个方面给予了我悉心的指导。导师渊博的专业知识， 严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽 以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我 树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物 和为人处世的道理。本论文从选题到完成，每一步都是在导师的指导下完成的， 倾注了导师大量的心血。在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢! 本论文的顺利完成，离不开各位老师的关心和帮助。在此特别感谢本实验 室的刘炀副教授、屈新怀副教授、李学京教授、丁必荣老师在论文撰写方面给 予的悉心指导和大力帮助。 还要感谢同实验室的同学孙淼以及师弟李孟元、师妹马国粹等，有了他们 的帮助和支持使得我的论文能够顺利完成。 另外，还要特别感谢养育我的父母亲，父母多年来含辛茹苦的培养和教导， 以及在物质和精神上给予的大力支持给我的学习事来了无限的动力。还有我的 爱人，正是他给予我的无限的支持和鼓励，才使得我有了今天的成就，衷心谢 谢我的先生。同时也感谢我的姐妹在生活和学习上给予的支持和鼓励。正是在 家人的无微不至的关怀下，才使我顺利完成学业。 作者：姚实 2 0 0 9 年4 月 第一章绪论 1 1 课题的提出 1 1 1 课题的来源和背景 本课题的研究来源是合肥某汽车厂家的车身涂装车间信息化改进项目。 汽车制造业作为国家的支柱产业之一，近年来发展迅速，随着国外汽车业 不断以合作、合资等方式涌入我国，以及中国加入w t o 后关税壁垒的逐步打破， 汽车产业的竞争日趋激烈，参与竞争的国内外厂家越来越多，对产品质量的要 求也越来越高，对生产装备的技术水平和稳定性提出了更高的要求。涂装技术 作为汽车整车生产的四大工艺( 冲压、焊装、涂装、总装) 之一【l 】，近年来也得 到了很快的发展和提高，因此对汽车车身涂装工艺的生产要求和对汽车车身涂 装车间的生产信息化的要求也越来越高。 车身涂装车间是汽车生产厂家的一个重要车间，涂装工艺的好坏直接影响 到汽车的外观和质量。汽车车身涂装生产线是一条连续化的生产线，工艺流程 比较长，需要测量、控制和保护的工艺参数较多。生产中任何一个步骤出现了 问题或信息错误，都会对产品质量及生产率产生重要影响。因此，保障整条生 产线按生产计划正常准确地运行十分重要。汽车车身涂装生产线工艺流程一般 如下n 幻： 图i - i汽车车身涂装生产流程 但是上述工艺流程又细分为很多工序，并且每个厂家的工序也都不一样， 日本和韩国的类似，欧洲与美国的类似。在某些工序的上线处，需要有明确的 车身信息，如：车型、喷涂颜色、作业步骤、是否是不合格产品( 不合格车身应 离线返修) 等，工人才能根据信息进行相应的操作。由此可见，汽车涂装车间工 艺复杂，工序繁多，如果车身信息都需要由人工去确定的话，则工作量非常庞 大，而且很容易出错。如前面所述，生产中任何一个步骤出现了问题或信息错 误，都会对产品质量及生产效率产生重大影响。因此，对车身涂装生产线上车 身信息确认这一工作，完全靠人工操作则必然是效率低下的并且是不可靠的。 在该研究项目上与我们合作的这家汽车厂，前几年在车身涂装生产线上的车身 信息确认是采用射频识别系统来管理的，但经过一段时间的运行后，该系统出 现了许多问题，使用起来也很不方便，后来便干脆不用，射频识别系统的许多 设施也遭到破坏。 1 1 2 问题的提出 目前，该汽车厂家的车身涂装生产线上的车身信息确认，都是靠人工来进 行，工作量大，出错也较频繁，不利于生产率的提高，因此，厂家对车身涂装 生产线上的车身信息确认及涂装车间的生产管理，提出了信息化的要求。 由于厂方以前采用的射频识别系统( 即r f i d 系统) ，具有信息采集不稳定的 特点，以致最后废弃不用。但硬件系统并无太大缺陷，因此，我们决定在此系 统的基础上对设备作适当的调整和改进，使用图像识别技术来采集车身信息， 而对整个信息化系统的硬件设施和布置，不作太大的调整。 我们思路如下：车身从焊装下线还未上涂装线时，在车身上压印出一些由 字母和数字组成的代码，这些代码代表车身信息和将要进行的涂装操作的信息， 将这些代码分成不同的区，每个区的代码表示不同方面的信息；而对于同一区 内的代码，可以采用不同的数字或字母，来表达这一方面的不同信息。在每个 信息采集点，只要对相应区段的代码进行采集并识别，就可以得到相关的车身 信息。工人只需要去确认信息，并输入信息即可，不需再去手工抄写车身信息。 每个车身上的信息码和自身的车身号联系在一起，作为这个车身的唯一的信息 代码，因为车身号是唯一的，所以这些代表车身信息和涂装信息的信息代码也 是唯一的，这样，就不会产生因代码相同而导致的信息混淆的情况。信息代码 要压印在车身合适的位置，方便摄像机摄取最佳效果的图像，从而为后面的识 别工作做好准备。 1 。1 3针对课题的解决方案 因为整个系统的硬件并无太大改变，所以解决问题的关键是：车身信息码 的组成和设置，对车身上信息码的正确有效识别，以及车身涂装车间生产系统 的合理设计。 1 车身信息码的组成和设置 针对车身信息码的组成和设置，我们提出的解决方法是：在原有车身号的 基础之上( 原有车身号见图1 2 ) ，再加上多位数字或字符，以表示不同信息，并 划分成区，不同区内的不同字符表示不同的信息。假设所加字符均是数字，则 可以用所加数字的前两位( 称为i 区) 表示颜色信息，因为颜色可能超过十种， 识别此两位数字用以确定车身要喷涂何种颜色，例如：o l 表示黑色，0 2 表示 蓝色，0 3 表示白色，等等；用第三位数字表示生产过程中此车的优先等级( 称 为i i 区) ，例如：1 表示紧急，2 表示一般，等等；其它方面的信息再用不同区 段的字符来表示。例如在添加的信息码中，i 区是0 3 ，i i 区是1 ，这就表示此 车涂白色，需求紧急。 2 。需 ，l 引f ：暑t 一| - 。 图卜2车身号图片 因为考虑到涂装车间的电泳环节可能会对某些材料产生腐蚀作用，以及考 虑到摄像的时候车身要保持相对静止，并本着节约成本的原则，不采用将信息 码印制在标牌上，再将标牌挂在车身上的方法，而是直接将信息码压印在车身 上，利用压印字符的凹凸特征来对字符进行识别。将代表信息的字符压印在不 用涂面漆的车身部位，这样既方便后面涂装的操作，而且在机器无法识别字符 的时候，还可方便人工读取信息码。车身的电泳是浸泡式的，但电泳漆只是薄 薄的一层，不会对字符的凹凸产生影响，所以也就不会影响字符的识别或人工 读取。 2 对车身信息码的正确有效识别 压印字符在光学成像时，字符的轮廓是靠其表面不同强度的反射光，而不 是靠材质对光线的不同吸收程度而形成的。因而”标牌图像灰度的区域均匀 性很差，字符形状呈断裂和不连续状，给后续处理带来很大困难，又由于字符 的材质和标牌背景材质相同，在成像时不能表现出明显的色差，属于“无色差 字符”图像。采用传统的图像处理方法很难获得理想的效果。 虽然压印的凹凸字符图像与其他识别字符图像存在着非常大的区别，但是 也有它自身的特点“： ( 1 ) 一般识别系统中的识别字符是平面字符属于二维字符；而压印凹凸 字荷是上凸或下凹的，具有一定深度或高度，是立体的，属于三维字符。这是 压印字符与其他字符相区别的晟主要特征。 ( 2 ) 压印凹凸字符的材质和标牌背景材质相同，属于无色差字符。而一般 字符图像是靠色差将字符与背景区分开的，属于有色差字符。 ( 3 ) 在光学成像上，一般字符是靠表面吸收不同成分的光形成图像。而压 印凹凸字符是通过其表面不同程度的反射光形成的图像，属于反光差字符。 由于标牌压印凹凸字符自身的特点( 立体、无色差) ，直接采用c c d 很难获得 灰度值均匀一致的字符图像”3 。因此本文提出利用压印字符自身凹凸特点形成 的高度信息，采用机器视觉检测技术获得压印字符的图像。 3车身涂装车间生产系统的合理设计 图1 2 所示的车身上表示车身信息的数字字符，是由生产部的系统提供。 我们所加上的表示涂装信息的字符，被谚 别出来后，将识别结果输入涂装车| l i j 的系统，显示出车身的涂装信息，将涂装车间的系统与生产部的系统和e r p 系 统相连，这样便能得到车身的整体信息和涂装生产信息以及物料信息：识别出 表示优先等级的字符，便可以根据排产计划将此车安排至相应的生产线。在涂 装生产过程中，不同工位的操作完成后，会产生不同的信息，如：合格或不合 格、转线、离线等，将这些信息输入系统，进行存储和统计，打印出报表，便 能知道整个涂装车间的生产状况、生产效率和各个工段的时间分配，以便管理 人员能够合理地安排生产计划和人员。根据统计报表，还可以知道哪些地方是 生产关键区域或者是不合格产品较集中发生的工段，以便采取有效的措施，进 行预防和整治。系统还可以将这些信息存储后传给下一个车间一总装车间，以 方便总装车间的生产安排和操作。针对这些问题，我们初步设计了一个汽车车 身涂装车间的生产管理系统。 1 1 4 课题研究的意义 在本课题的研究中，把计算机图像识别技术、生产安排调度、信息化理 论等结合在一起，设计出界面友好、直观、操作方便的可视化系统，对我国以 后计算机图像识别技术在多领域的应用起着积极的作用。国内外的生产实践也 充分说明，图像识别技术在信息化中有着重要的地位和作用，对加强企业管理 及提高生产效益都具有一定的作用，意义深远： 1 可大幅减少工作量，减少劳动力的占用时间，减轻工人的劳动强度； 2 通过降低车身涂装车间的出错率，可直接降低生产成本，增加企业利 润，提高企业经济效益； 3 促进技术改造，为企业发展提出新的要求。 综上所述，本课题的研究提高了汽车车身涂装车间的信息化程度，减少了 人为的干预，使得涂装车间的信息更加科学化、形象化，从而为企业降低了生 产成本，提高了生产效率，有助于企业扩大生产规模，同时对提高我国汽车制 造企业的管理水平，促进生产系统发挥全部生产能力，提高企业经济效益，增 强企业在国际市场的竞争力，都具有十分重大的意义。 1 2 课题的研究方法和手段 本文的研究是来源于合肥某汽车制造厂家的车身涂装车间的信息化改进项 目。课题的研究方法是理论结合实际，在理论上分析车身压印字符凹凸图像的 获取方法、字符的识别、涂装生产工艺管理，在信息汇总模型的基础上，开发 出软件系统并进行调试，获得了宝贵的实践经验。 具体实施方法侧重于以下几个方面： 1 国内外相关资料的收集和整理； 2 压印凹凸字符图像的获取，用一个有压印字符的标牌做实验，获取压 印字符图像； 3 计算机图像识别模块的设计与调试： 4 系统总体设计和可行性评估； 4 5 汽车车身涂装车间生产管理信息化系统的设计与调试。 1 3 论文的研究思路和主要内容 1 3 1 论文的研究思路 生产厂家以前采用的射频识别系统( 即r f i d 系统) ，在采集信息的过程中， 系统运行不稳定，信号的传输受外界因素影响较大啼卜阳】： 1 载波信号与电子标签中数据信号的强度，影响数据传输距离的远近； 2 空气介质的性质( 包括空气的密度、湿度等性质) 和数据传输路径也影 响数据的传输： 3 如果数据传输路径中有许多障碍物，也会影响数据的传输； 由于以上因素的影响，有时r f i d 读码器无法读取载码体上信息，使r f i d 系统在涂装生产线上运行不太稳定，耽误了生产，阻碍了生产率的提高，以致 后来对此系统废弃不用，而改用人工采集信息的方法。 针对以上所提及的r f i d 系统的缺陷，本文提出了利用图像识别技术来采集 信息的思想。采集图像后，对图像上的字符进行识别，将识别后的信息输入系 统，经由系统处理后，在界面上显示出需要的信息，相关人员依据此信息进行 相应的操作，并将操作的结果输入系统。 在图像识别技术中，字符图像的质量是影响字符识别率的关键因素。本文 提出利用压印凹凸字符来获取字符图像。压印凹凸字符的重要特点是具有一定 的高度或深度，而传统二维图像的获取方法，却不能利用凹凸字符的高度或深 度信息，这给压印凹凸字符图像的处理和识别带来很多困难。本文拟从改善图 像质量着手，设计了基于三维传感技术的图像采集装置，提出基于莫尔技术的 三维传感方法，获取字符高度信息的图像，将凹凸字符的高度信息转化为字符 图像的灰度值信息，并尽量使字符本身的灰度均匀一致。获取的字符图像质量 良好，可以降低字符图像处理的难度和识别算法的复杂性。 获取字符图像之后，识别出字符所代表的信息，是研究的重要内容。要识 别出图像中的字符，必须先对图像进行预处理，降低图像噪音，提高图像质量， 然后再对字符进行分割，以便于用b p 神经元网络法对字符进行识别。 字符识别是整个研究的一个手段，得到识别结果后，将字符所代表的信息 输入系统，并和生产部系统和e r p 系统相连，能让员工实时掌握车身的信息， 进行方便的操作，才是我们研究的目的。因此，我们用d e l p h i 语言编了一个车 身涂装车间的生产管理系统，以实现研究的目的。 1 3 2 论文的主要内容 根据以上的分析，本文包括以下内容： 第一章是绪论部份。概述了论文的背景和意义，提出了论文的研究思路和 研究方法。 第二章是对信息采集方法和识别技术的简介。首先简要地介绍了该厂现行 的人工采集信息的方法、步骤以及流程。在此基础上分析了人工采集信息的缺 点。接下来介绍了条形码识别技术，着重分析了条形码识别技术的原理和在涂 装车间的应用。最后介绍了当前在制造企业里应用比较多的射频识别系统( 即 r f i d 系统) ，从系统所应用的技术、系统的硬件构成，以及系统内数据流的走 向等各个方面，对系统作了全面的介绍，并且以一个实例说明了r f i d 系统在涂 装车间的应用。 第三章是关于字符图像获取方法的研究。首先介绍了莫尔条纹的形成，并 以矩形光栅为例，研究了不同情况下，形成的莫尔条纹具有不同特征的复杂情 况，并探讨了各种因素对矩形光栅所形成的莫尔条纹的影响。 其次，在研究了莫尔条纹形成机理的基础上，提出利用阴影莫尔法获取字 符图像的新方法。给出该方法的字符图像获取的理论分析，设计出光栅传感器 及其实验装置，并将实验结果进行对比分析。 最后，介绍了字符识别的图像获取系统的构成，从硬件和软件两个方面介 绍了图像获取系统的构成，硬件部分负责获取图像，而软件部份的功能则是将 所获取的图像输入识别系统。 第四章是关于字符的预处理和字符的识别。先介绍了字符图像处理和图像 识别技术中的一些概念和术语，以及图像处理和图像识别之间的关系。接着就 字符识别过程中一些前期的处理和准备工作进行了探讨，包括图像滤波增强和 字符特征提取。然后介绍了字符识别的种类和方法，并通过程序，对字符做了 识别的实验，得出实验结果。 第五章是关于涂装车间信息化系统的介绍。分析了涂装车间信息化系统数 据库的构成，完成了系统的初步设计和操作界面的设计。 第六章是总结和展望，提出了本论文的创新点，总结了本论文的内容，并 对课题未来的发展提出展望。 6 第二章汽车车身涂装车间信息化的现行状况 根据生产水平的高低，各汽车厂家车身涂装车间的车身信息采集和识别的 方式也各不相同。信息采集系统大体不外乎以下几种：人工记录生产信息、条 形码识别系统、射频识别系统( 即r f i d 系统) 。每种系统都有各自的应用范围和 优缺点。车体自动识别跟踪系统，即a v i 系统【i o 】，全称a u t o m a t i cv e h i c l e i d e n t i f i c a t i o ns y s t e m ，用的就是射频识别系统。 在汽车各类生产线上采用a v i 系统，可以对不同的生产数据和相关的质量信 息进行实时采集和监控，并可以通过与上层m i s 系统和e r p 系统的数据接口， 得到全厂的订单信息、生产计划，结合车体的跟踪信息，进行合理的排产。同 时a v i 系统也可以向物料管理、质量检测以及其他部门传送相关信息，这对物 料供应、销售服务、质量监控以及整车的终身质量跟踪等，起着非常重要的作 用。 2 1 人工采集信息 这种方法不采用任何信息化设备和操作，所有信息全都由人工采集。下面 将具体介绍这种信息采集方法的步骤和流程。 2 1 1车身涂装工艺流程 汽车车身涂装生产工艺的步骤一般如图2 - 1 所示： 匝巫乎- 匪函夏m 至悃 孕 巨夏至卜怔匦巫匝卜匝巫巫 卜厦姻吨亟囹 自动蛐蒯珥艨卜- 叫 中涂漆烘干h中涂漆打磨h 面漆前擦净( 3 ) 人工喷清漆h 流平静置h 自动机喷色漆h手工喷色漆 自动机喷清漆卜i 面漆烘干h 检查抛光( 4 ) 卜叫返修 修补 l 一转挂装配车间( 5 ) 图2 - 1 车身涂装工艺流程 2 1 2 信息人工采集过程 如上图所示，( 1 ) ( 5 ) 的5 个工位是信息采集的人工采集点，生产信息的传 递和收集过程如下： 7 l 转挂涂装上线工位 车身由焊装生产车间转到涂装生产车间，涂装车问员工检查上线白车身的 车身号，并在车身前方挂上一个自制的号码牌( 转序牌号) ( 如图22 、2 - 3 所示) ， 并对照车辆排产信息表将号码牌上的号码填写到对应的车身信息栏中( 如表 2 一1 ) 车身信息和号码牌上的号码都是唯一性的，这样可以确保涂装全线生产 过程中号码与车身号是一一对应的。排产信息表是使用压敏复写纸打印，其中 “转序牌号”栏和“确认”栏为空白，由生产线操作工手工填写。本工位的操 作工填写“转序牌号”栏，完成一份信息衰后将复写纸传递到后面的其它信息 采集点。 图2 - 2 挂有转序牌号韵车身( 0 2 l 号 表2 一l车辆排产信息表 图2 - 3 转序号码牌 装配定单批次号明细表( 2 0 0 9 0 3 - 0 8 ) 序号装配定单号物料名称车身号捍装定单对间转序牌号哺认打 1a 9 0 7 0 0 5 7 51 7 座简配( 银灰，空调)9 7 0 2 3 5 9 30 2 1 a 9 0 7 0 0 5 7 5 】7 座简配( 银灰空调) 2 0 0 9 0 0 0 1 0 4 8 2 中涂漆喷涂前擦净工位 在车身经过前面各道工序进入中涂线后，查看转序牌号对照排产信息表确 认该台车身己进入中涂喷漆线，并在信息表中的确认栏中打“”。 3 面漆前擦净工位 车身进入面漆喷涂线，监控操作工查看转序牌号，对照排产信息表确认该 台车身己进入面漆喷涂线，在信息表中的确认栏中打“”：待车身运送到相应 的工位后查看“物料名称”一栏中的车型、车身油漆颜色需求信息确认后 在自动喷涂机的信息设定盘( 如图2 4 ) 上按相应的按钮，给自动喷滁机输入信 号，以选择此车型的自动喷涂程序和选定某种颜色的油漆进行喷漆；同时在手 工喷色漆段的操作工通过颜色种类显示屏( 如图2 5 ) 来选择正确颜色的油漆进 行手工喷漆 赢 删2 4自动喷滁机的信息设定盘图25颜色种类显示屏 4 检查抛光工位：当喷涂好的车身进入检查工位后，检验员检查车身质 量后判定此台车身涂装合格与否。不合格车身离线返修，重新处理后喷漆；合 格车身确认到位并填写确认栏打“”，然后放行到下一工位。 5 转挂装配车间工位：车身全部涂装处理完成后由涂装滑撬转挂到总装 存储链上，并填写确认栏打“”，以确认该台车身已涂装合格并转入总装车间。 2 13 人工采集信息所产生的问题 人工采集信息的方式虽然能灵活变动，但是操作起来工作量大，出错率也 很高，信息不能方便的查询和及时的统计，所产生的问题主要有以下几个方面： 1车身离线需要人工记录，工作烦琐： 2 对有特定要求的车身，寻找困难： 3 不能准确快速地统计出一次下线合格率： 4 人工输入自动喷涂的信息容易出错； 5 不能按同色车身批量喷涂，各工序转序能力无法判定。 22 条形码识别系统 22 1 条形码识别原理 条形码是由宽度不同、反射率不同的条和空，按照一定的编码规则( 码制) 编制成的，用以表达一组数字或字母符号所包含的信息的图形标识符。条码是 一组粗细不同，按照一定的规则安排间距的平行线条图形 “l l l 2 l 。常见的条码是 由反射率相差很大的黑条( 简称条) 和白条( 简称空) 组成的。如图2 - 6 所示： 3 4 6 1 1 1 3 1 0 0 0 图2 6条形码示例 为了阅读出条码所代表的信息，需要一套条码识别系统，它由条码扫描器、 放大整形电路、译码接口电路和计算机系统等部分组成。 由于不同颜色的物体，其反射的可见光的波长不同，白色物体能反射各种 波长的可见光，黑色物体则吸收各种波长的可见光，所以当条码扫描器光源发 出的光经光阑及凸透镜后，照射到黑白相间的条码上时，反射光再经过凸透镜 聚焦后，照射到光电转换器上，于是光电转换器接收到与白条和黑条相对应的 强弱不同的反射光信号，并转换成相应的电信号输出到放大整形电路。白条、 黑条的宽度不同，相应的电信号持续时间长短也不同。但是，由光电转换器输 出的与条码的条和空相对应的电信号一般仅在l o m v 左右，不能直接使用，因而 先要将光电转换器输出的电信号送到放大器进行放大，放大后的电信号仍然是 一个模拟电信号，为了避免由条码中的瑕疵点和污点导致错误信号，在放大电 路后需加一整形电路，把模拟信号转换成数字电信号，以便计算机系统能准确 判读。整形电路的脉冲数字信号经译码器译成数字、字符信息，它通过识别起 始、终止字符来判别出条码符号的码制及扫描方向：通过测量脉冲数字电信号 o 1 的数目来判别出条和空的数目。通过测量o 1 信号持续的时间来判别条和 空的宽度。这样便得到了被识读的条码符号的条和空的数目及相应的宽度和所 用码制，根据码制所对应的编码规则，便可将条形符号转换成相应的数字、字 符信息，通过接口电路送给计算机系统进行数据处理与管理，便完成了条码辨 读的全过程。 2 2 2 涂装车间条形码识别系统介绍 涂装车间的信息化系统采用条形码识别系统时，要求从焊装车间输送到涂 装车间的白车身上须粘贴有代表该工件特征信息( 车型、颜色等) 的唯一性编码 一条码，在涂装车间通过设置扫描站来读取车身上的条码信息，扫描站主要由 工件位置检测开关、扫描器、通信接口、人机界面组成，扫描包括自动扫描与 手动扫描两种形式。扫描过程如下【1 2 】：工件位置检测开关检测到工件到位信号 后，条形码扫描器自动扫描车体上的条形码，并将数据发送给p l c ；如果自动 扫读失败，输送设备暂停并发出声光报警，提示操作员手动扫描，扫描结果显 示在人机界面上；p l c 将扫描得到的条形码信息进行处理，以决定下一步的工 序流程，同时将此信息上传给车间生产过程监控系统p m c ( p r o c e s sm o n i t o r & 1 0 c o n t r o ls y s t e m ) ，进行进一步的处理、运算，实现对整个车间工件物流的跟踪 和生产过程控制。 一般情况下，可在涂装车间入口处、工件物流的分岔处、重要的工艺过程( 如 喷漆室、烘干室、储存区等) 入口处设置扫描站；另外，在涂装车间出口处设置 扫描站可将车体的最终信息发送给总装车间的识别系统。 可以看出，采用条码识别系统时，车身上所粘贴的条码也仅仅是代表该车 身的一个唯一性编码( 相当于车身的“身份证”编码) ，每个车身真正的信息( 如车 型、颜色等) 都存储在p l c 或p m c 数据库里。由于条码本身成本极低，整个车间 设置多少扫描站完全取决于工艺需要，因此这种识别方式的优点是配置灵活、 系统成本较低。 2 2 3条形码识别技术在涂装车间应用中出现的问题 由于车身信息都存储在p l c 或p m c 数据库里，因此这种识别方式有着显而 易见的缺点，比如它对网络通信的速率、可靠性等要求很高，任何通信线路的 故障将可能导致生产信息的紊乱和生产的停止。此外，由于所有的信息都存储 在p l c 或p m c 的数据库里，因此要求有高性能的p l c 、大容量的数据库和高速 度的p m c 主机。 另外，在涂装生产中，车身要经过脱脂、磷化等处理，这些工段处的生产 环境大多都有高温、腐蚀性的特点，这些过程容易使条码遭到腐蚀、污染，产 生识读条码困难，甚至无法识读条码等问题。这些都会给生产带来的一定的麻 烦，影响生产率。同时，由于涂装车间生产设备的特殊性，比如车身要经过前 处理、电泳、烘干等工艺过程，因此要求该条码必须具备耐腐蚀、耐高温等特 性，想找到符合这些要求的材料来印制条码，还要让条码在随工件运转的过程 不受污染，也不是一件容易的事。 由于以上种种原因和技术以及其它一些条件的限制，条形码识别系统在汽 车车身涂装车间的应用，也不是很广泛。 2 3r f i d 系统( 射频识别系统) r f i d 技术【6 】- 【9 】是利用无线射频方式在阅读器和射频卡之间进行非接触双 向数据传输，以达到目标识别和数据交换的目的。与传统的条型码、磁卡及i c 卡相比，射频卡具有非接触、阅读速度快、无磨损、不受环境影响、寿命长、 便于使用的特点和具有防冲突功能，能同时处理多张卡片。在国外，射频识别 技术已被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域。 2 3 1r f i d 系统的组成和工作原理 最基本的r f i d 系统由三部分组成： 1 标签( t a g ，即射频卡) 标签由耦合元件及芯片组成，含有内置天线，用于和射频天线进行通信。 2 阅读器 阅读器是用来读取标签信息的设备( 在读写卡中还可以写入) 。 3 天线 天线是用来在标签和读取器间传递射频信号。 有些系统还通过阅读器的r s 2 3 2 或r s 4 8 5 接口与外部计算机( 上位机主系统) 连接，进行数据交换。 系统的基本工作流程是：阅读器