Заказчик – ОАО «Уральская Сталь».

Год внедрения: 2012.

Назначение системы:

Система распознавания маркировки листа предназначена для обеспечения своевременной идентификации раската/листа в движении по производственному потоку в листопрокатном цехе №1. Целью данной системы является дальнейшая идентификации листа в процессе отделки.

Основные функции:

• автоматическое определение наличия маркировки в зоне контроля;
• распознавание буквенно-цифровой маркировки листа;
• отображение результатов контроля на мониторе в графическом и текстовом виде;
• передача результатов контроля в цеховую сеть верхнего уровня;
• хранение результатов контроля в памяти вычислительного модуля;
• формирование протокола, содержащего параметры контроля за указанный период времени;
• обеспечение режимов настройки и обучения системы;
• ручной ввод номера листа оператором, в случае неправильного распознавания;
• удаленный контроль работы системы;
• формирование отчета результатов контроля.

В состав АС входят следующие основные компоненты:

1. Станция распознавания маркировки в составе:

• промышленный компьютер RMatic-415;
• монитор LCD 17” с сенсорной панелью управления.

2. Точка идентификации маркировки в составе:

• видеокамера цифровая Imperx IPX-2M30H-G (1920x1080, 33 fps);
• блок питания к цифровой камере;
• защитный кожух цифровой камеры LU-IPX2M;
• осветитель 500 Вт ОГ-500М).

Технические характеристики:

Характеристика транспортного рольганга, по которому перемещается раскат:

Параметр	Диапазон измерения
Скорость рольганга, м/с	0,95
Расположение	по центральной линии рольганга
Допустимое отклонение листа от центра рольганга, мм	+/- 400

Параметры и размеры раскатов, подлежащих технологической маркировке:

Параметр	Диапазон измерения
Длина листов, мм	мин.4,500 макс.37,000
Ширина листов, мм	мин.1,620 макс.2,700
Толщина листов, мм	мин.7 мм. макс.100 мм.
Температура листа, °C	мин.+ 250 макс.+ 850
Направление маркировки	Продольная
Количество символов в одной линии	макс. 32
Количество линий маркировки	2
Символы маркировки	Цифры, буквы (рус., англ.).

Принцип работы:

Принцип работы системы основан на работе многослойной нейронной сети. Изображения, получаемые с цифровой камеры, проходят множественную обработку и сегментацию изображения, после которой выделяются образы символов из маркировки. Полученные образы используются для обучения нейронной сети и для последующего распознавания маркировки. В рабочем режиме, программа принимает цифровое изображение с камеры. Далее производится обработка изображения, компенсируются искажения связанные с наклоном камеры и удаляются шумы. Производится поиск маркировки на кадре, если маркировка в наличии, то осуществляется выделение объектов. Производится объединение объектов в символы и распределение символов на строки и группы. Обработанное изображение выводится на экран монитора. Затем символы передаются в нейронную сеть для распознавания. При успешном распознавании данные маркировки выводятся на монитор, заносятся в архив и передаются в локальную сеть.

При подаче питания, необходимо инициализировать цифровую камеру. Камере должен быть выделен ip-адрес и выставлена необходимая экспозиция, эти настройки выставляются в программной утилите LYNX GigE Application. Затем, когда камера настроена, необходимо запустить режим постоянной передачи данных, это происходит автоматически при запуске рабочей программы или вручную в программной утилите. В рабочем режиме камера по интерфейсу Ethernet высылают захваченные кадры в вычислительную машину. Частота захвата кадров до 33 Гц.

После включения рабочая программа считывает настройки обработки изображения и коэффициенты нейронной сети, полученные при обучении. Программа запускает камеру в режим потоковой передачи кадров и начинает анализировать приходящие данные. Первичной обработкой является компенсация трапециевидной формы картинки, возникающей из-за наклона камеры относительно листа. Затем с изображение сглаживается, удаляются шумы. Следующим действием производится анализ наличия и поиск границ маркировки. Если маркировка отсутствует, то полученное изображение выводится на экран, на форме графический индикатор наличия гасится в чёрный цвет и программ переходит к анализу следующего кадра.

В случае наличия маркировки в кадре, программа приступает к дальнейшей обработке. Загорается зелёный графический индикатор наличия на форме программы. Производится выделение границ маркировки, и выделяются объекты, имеющие яркость выше окружающего фона. Затем объекты объединяются в символы, а символы в группы. Анализируются угол наклона групп, частей маркировки, относительно камеры и производится разворот. Затем группы разделяются на строки, и если необходимо происходит разворот маркировки на 180 градусов. Полученное изображение выводится на экран монитора. Далее каждый символ строки конвертируется в образ, воспринимаемый нейронной сетью и производится распознавание. В случае если распознавание прошло успешно, текст маркировки сохраняется в памяти ВМ, загорается зелёный индикатор годности на форме программы. Программа производит накопление, анализ и фильтрацию полученных маркировок пока маркировка листа находится в зоне видимости камеры, что приводит к уменьшению ошибок распознавания. Когда маркировка листа выходит из зоны контроля, полученный текст маркировки выводится на экран, передаётся по локальной сети в систему автоматики цеха и записываются в локальный архив. Далее программа анализирует следующий кадр.

В качестве операционной системы для управления работой вычислительного модуля используется MS Windows XP Pro Rus. Данная система обладает графическим интерфейсом, является многозадачной. Расширенная база данных драйверов MS Windows XP Pro позволяет подключать различные периферийные устройства (сетевые платы, принтеры, платы коммуникационных портов и т. п.), а также задавать параметры работы этих устройств. В ВМ используются стандартные настройки операционной системы.

Рабочая программа АС разработана и скомпилирована с использованием среды программной разработки Borland Delphi v. 7.0. Данная среда является средой «быстрого» программирования под ОС Windows, поддерживает элементы графического интерфейса операционной системы. В качестве языка программирования использовался встроенный в среду язык высокого уровня Object Pascal.

ПО «MarkDiscern» загружается в автоматическом режиме при старте операционной системы Windows, вслед за загрузкой основных элементов. После запуска программа отображает на экране монитора графические и текстовые элементы, инициализирует цифровую камеру, проверяет подключение сети. В случае успешного подключения устройств, далее запускается поток обработки кадров. В циклическом потоке происходит опрос камеры. Принятые изображения обрабатываются и анализируются. Результаты анализа выводятся на главном окне программы. Главное окно программы представлено на Рис. 1.

Главное окно в рабочем режиме состоит из шести областей:

• главное меню;
• панель управления;
• строка состояния;
• панель маркировки;
• панель распознавания;
• панель видеовывода;

Рисунок 1 – Главное окно программы

При помощи главного меню организован доступ к функциям программы.

Рисунок 2

Структура меню программы (Рис.2):

Меню «Файл»

• «Открыть в редакторе»- открывает INI файл с настройками программы;
• «Сохранить» - сохраняет текущие настройки программы в INI файл;
• «Сохранить как…» - сохраняет текущие настройки программы в INI файл, по указанному пути;
• «Загрузить» - загружает настройки из INI файла в корневой директории;
• «Загрузить как…» - загружает настройки из INI файла в указанной директории;
• «Архив…» - Открывает окно программы «Архив»;
• «Выход» - закрытие программы.

Меню «Вид»

• «Панель инструментов» - отображает/убирает с главной формы панель управления;
• «Фильтрация» - отображает/убирает с главной формы панель настройки фильтров;
• «Нейронная сеть» - отображает/убирает с главной формы панель настройки и обучения нейронной сети;
• «Рабочий вид» - настраивает главное окно программы к рабочему виду, закрываются все открытые панели, открывается панель маркировки и панель распознавания.

Панель управления

На панели управления располагаются кнопки быстрого доступа, которые реализуют быстрый доступ к основным функциям программы. Назначение кнопок приведено в табл. 1.

Таблица 1.

Внешний вид кнопки	Выполняемая функция
	Соответствует пункту меню «Рабочий вид»
	Соответствует пункту меню «Нейронная сеть»
	Соответствует пункту меню «Фильтрация»
	открывает окно «Настройки программы»
	Соответствует пункту меню «Сохранить»
	Соответствует пункту меню «Загрузить»
	Блокировка/Разблокировка административных функций программы

Строка состояния

Здесь отображаются такие параметры, как дата, время, ошибки в работе программы, состояние цифровой камеры, наличие соединения с удалёнными серверами, индикатор работы потока обработки данных.

Панель маркировки

На панели отображается маркировка (Рис.3) последнего распознанного листа, при появлении новой маркировки в зоне контроля поля сбрасываются. Поле «Маркировка» разделено надвое, что соответствует верхней и нижней строке маркировки на листе.

Рисунок 3

Когда маркировка листа появляется в зоне контроля, графический индикатор поля «Наличие» (Рис. 4), зажигается зелёным цветом. Индикатор «Качество» зажигается, когда все символы маркировки распознаны, т.е. коэффициент распознавания выше заданного порога.

Рисунок 4

Панель распознавания

Когда маркировка листа полностью попала в зону контроля, начинается распознавание и накопление результатов распознавания, до тех пор, пока маркировка не выйдет из зоны. Промежуточные результаты распознавания, посимвольно, с коэффициентами качества выводятся в поле «распознавание» (Рис.5), а итоговый результат выводится на панель маркировки.

Рисунок 5

Панель видеовывода

Панель используется для вывода видео с цифровой камеры в реальном времени (см.рис.1). При наличии на кадре маркировки, на картинку накладывается обработанное, отфильтрованное и сегментированное изображение маркировки. При ограничении зоны контроля в рамках кадра, на картинке красными линиями отображаются границы.

Окно рабочей программы «Архив» позволяет в удобном виде просматривать локальную базу данных и создавать отчёты. Данные по распознанным маркировкам листа можно выбрать за указанный период времени.

Окно рабочей программы «Настройки» служит для настройки параметров распознавания, параметров работы программы и подключения сети и базы данных.

Более подробно назначение элементов управления приведено в «Инструкции по эксплуатации».