СПОСОБ МАРКИРОВКИ ОБЪЕКТА И РАСПОЗНАВАНИЯ ЕЕ ПОСЛЕ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ
METHOD OF MARKING OBJECT AND RECOGNITION THEREOF AFTER EXTERNAL ACTION

Область техники
Изобретение относится к маркировке объекта как носителя информации, считыванию информации с носителя и ее распознаванию. При этом считывание и распознавание происходит после внешних воздействий, например коррозионных воздействий при длительной эксплуатации и хранении без защиты, температурных воздействиях при закалке маркированного изделия в ходе в ходе технологических операций.
Изобретение имеет общепромышленное значение, когда маркировке подлежат металлические заготовки, подвергаемые после маркирования дополнительной термической и механической обработке, а также готовые изделия на разных стадиях жизненного цикла от изготовления до утилизации.
Предшествующий уровень техники
Объекты маркирования имеют фактуру поверхности после проката, резки, прессования, которая характеризуется наличием площадок с неровными краями и отличным от других участков поверхности отражением света как следствие проката или прессования; царапин и продольных следов от обрабатывающего инструмента.
При закалке или хранении без защиты металлических заготовок их поверхность может изменить цвет, на ней появляются отслоения и неровности. При эксплуатации готовых изделий поверхность также может изменить цвет, могут появиться следы от истирания, царапин, коррозии, вмятин от ударов. При таких условиях необходимо, чтобы маркировка, наносимая на объект, была сохранена после всех перечисленных воздействий.
Известен "Способ помехоустойчивой записи и считывания кодовой информации" [патент RU 2106011 С1 от 24.01.96, G06K 7/10, G06K 1/12, авторы Воробьев В.В., Кондратенко A.M., Хорев В.М.], заключающийся в выполнении на поверхности объекта кодовой структуры, состоящей из трехмерных маркирующих меток в виде канавок, проецировании светового пучка от источника света на кодовую структуру и последующее формирование ее изображения с помощью оптической системы на поверхности фотоприемника, маркирующие метки выполняют с глубиной, превышающей пространственное разрешение и меньшей глубины резкости оптической системы, и шириной, превышающей ее пространственное разрешение.
Недостатком данного способа можно считать его низкую помехозащищенность. При использовании его на поверхности необработанных деталей канавки могут быть засорены либо после обработки детали деформированы. После этого считывание канавок будет затруднительно.
Недостаток засорения канавок был решен в аналоге "Способ помехоустойчивой записи и считывания кодовой информации" [Патент РФ №2348076 от 02.04.2006, G06K 7/10, G06K 1/12, Подгорнов В.А., Крыванов А.В.], включающем нанесение на поверхность объекта трехмерных маркирующих меток, заполнение их светопоглощающим веществом, проецирование светового пучка от источника света на маркирующие метки и последующее формирование их изображения с помощью оптической системы на поверхности фотоприемника.
Недостатком этого способа можно считать низкую помехозащищенность светопоглощающего вещества, заполняющего канавки на поверхности, так как после застывания оно мягче металла и тех металлических щеток и скребков, которыми металлическую поверхность очищают от ржавчины и грязи. По этой причине есть вероятность возникновения помех при считывании меток. Кроме этого, процесс нанесения маркирующих меток достаточно трудоемкий и сложный.
В качестве прототипа была выбрана заявка на получение патента на изобретение [№2011107652 от 28.02.2011, G06K 1/12, G06K 7/10; Способ помехоустойчивой записи и считывания кодовой информации, авторы Моссаковский С.Ю., Подгорнов В.А.], включающая выполнение кодовой структуры, состоящей из маркирующих меток, оплавление лазерным лучом микронеровностей на поверхности объекта с образованием светопоглощающего слоя, составление из оплавленных микронеровностей маркирующих меток, оплавление лазерным лучом микронеровностей до образования трехмерных углублений на поверхности, проецирование зондирующего излучения на кодовую структуру и регистрация изображения.
Недостатком данного решения можно считать возможные загрязнения меток в результате механических и температурных воздействий, в результате чего ухудшается распознавание кодовой информации. Канавка может быть покрыта ржавчиной, а оплавленные лазерным лучом неровности могут потеряться в царапинах от использования объекта нанесения маркировки. К тому же этот способ больше подходит для небольших по площади маркировок, с дополнительной обработкой поверхности перед нанесением маркировки. Для нанесения маркировки на неровные, необработанные поверхности этот способ малопригоден.
Раскрытие изобретения
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является расширение арсенала технических средств маркировки объекта и распознавания ее после внешних воздействий, использование способа для необработанных, неподготовленных поверхностей, повышение устойчивости кодовой информации к механическим и температурным воздействиям в процессе эксплуатации.
Технический результат, достигаемый при решении этой задачи, заключается в усилении признаков, отличающих маркировку объекта от поверхности, на которую она нанесена.
Технический результат достигается тем, что в способе маркировки объекта и распознавания ее после внешних воздействий, включающем выполнение на поверхности объекта символов маркировки, состоящих из маркирующих элементов, проецирование зондирующего излучения на область маркировки и регистрацию изображения, согласно изобретению, маркирующие элементы располагают в заданном порядке для каждого из символов маркировки. В заданных местах области маркировки наносят дополнительные маркирующие элементы, по которым автоматически настраивают распознавание зарегистрированного изображения. Регистрируют заданным способом изображение области маркировки. Распознают на зарегистрированном изображении элементы, похожие на маркирующие элементы, выявляют исходно заданные дополнительные маркирующие элементы, по которым ориентируют маркирующие элементы для распознавания, устраняют элементы, не соответствующие заданному порядку расположения. По выявленным маркирующим элементам распознают маркирующие символы в соответствии с заданным расположением их маркирующих элементов.
Вблизи дополнительных элементов допускается оставлять участки поверхности, свободные от маркировки, по которым автоматически подстраивают режим обработки изображений области маркировки в части учета состояния поверхности объекта. Можно наносить дополнительные маркирующие элементы вблизи границ области маркировки.
Можно выполнять маркирующие элементы в виде углублений в поверхности заданной формы и размеров.
Допускают выполнять маркирующие элементы в виде оплавления неровностей поверхности.
Маркирующие элементы можно выполнять с глубиной, превышающей глубину эксплуатационных повреждений поверхности объекта маркировки.
Можно регистрацию изображения символов маркировки проводить в видимом, инфракрасном и ультрафиолетовом освещении.
При настраивании распознавания можно ориентировать кодовую структуру по заранее известному расположению зарегистрированных дополнительных элементов.
Чтобы усилить признаки, отличающие маркировку объекта от поверхности, на которую она нанесена, в данном изобретении маркирующие элементы располагают на поверхности в заданном порядке для каждого из символов маркировки. То есть перед нанесением на поверхность разрабатывается размер, шрифт, вообще внешний вид символов, которые будут нанесены на поверхность и считаны. Это позволяет восстановить весь символ по сохранившимся его частям, при повреждении части символа ржавчиной или царапинами. При распознавании маркировки очень важно правильно сориентировать считывающую аппаратуру относительно символов маркировки. Для этого вблизи границ области маркировки наносят дополнительные маркирующие элементы. По этим элементам автоматически настраивают распознавание зарегистрированного изображения, определяют его границы, ориентацию в пространстве.
Для того чтобы настроить режим обработки изображения области маркировки, избавить изображение от помех, вносимых неровностями, на поверхности объекта вблизи дополнительных элементов оставляют участки поверхности, свободные от маркировки.
Выполнение символов маркировки из дискретных маркирующих элементов, не характерных для исходного состояния поверхности области маркировки и не возникающих при эксплуатационных воздействиях на поверхность, позволяет уйти от необходимости распознавания фрагментов маркировочных символов, например контура геометрических фигур, цифр, букв и их фрагментов, подобие которых может возникнуть на поверхности объектов в результате следов от окалины, царапин и ударов.
Маркирующие элементы при выборе способа маркировки для известных условий эксплуатации практически не изменяют своего характера (профиля, размеров), использующегося для их поиска и выявления. В силу этого выявление маркирующих символов по составляющим их маркирующим элементам дает более устойчивое распознавание, чем использование контуров самих символов.
Выполнение символов маркировки из элементов, расположенных в заданном порядке, позволяет выявлять на регистрируемом изображении сначала маркирующие элементы. При этом будут выявлены и элементы, подобные маркирующим, но не являющиеся таковыми. Далее уже по совокупности зарегистрированных элементов выявляют элементы, соответствующие заданному порядку расположения, и не учитывают в дальнейшем оставшиеся выявленные элементы. Таким образом, выявляются маркирующие элементы на фоне помех, возникающих при технологической обработке и эксплуатационных воздействиях.
Другим важным обстоятельством, позволяющим улучшать выявление маркировочных символов, является процедура настройки режимов обработки изображения по заранее известной области на поверхности объекта, фактура поверхности которой соответствует фактуре поверхности всей области маркировки и которая содержит строго заданное количество маркирующих элементов в однозначно заданном порядке. Оптимизация режимов обработки изображения по критерию, по которому будут выявлены все заданные дополнительные маркировочные элементы, позволяет оптимизировать подбор режимов обработки всей области маркировки, в которой количество маркирующих элементов и их порядок варьируются при нанесении кодовой информации.
Описанный способ расширяет арсенал технических средств маркировки объекта и распознавания ее после жестких внешних воздействий, позволяет использовать способ для необработанных, неподготовленных поверхностей, повышает устойчивости кодовой информации к механическим и температурным воздействиям в процессе эксплуатации.
Краткое описание фигур чертежа
На фигуре показан один из вариантов поверхности объекта с нанесенной маркировкой.
Варианты осуществления изобретения
Перед тем как наносить на поверхность маркировку, программируют устройство нанесения маркировки. Необходимые координаты маркирующих элементов и дополнительных элементов преобразуют в программу и записывают в память устройства нанесения маркировки.
Как показано на фигуре, на поверхности 1 в заданных программой координатах и режиме выполняют маркирующие элементы 2. Маркирующие элементы 2 могут быть выполнены в виде в виде углублений в поверхности 1 заданной формы и размеров, кратеров оплавления, или в виде оплавления неровностей на поверхности 1, или в форме контура плоского геометрического знака в виде канавки. В случае если предполагаемые эксплуатационные воздействия будут оказывать существенные повреждения поверхности 1, маркирующие элементы 2 выполняют на глубину большую, чем глубина предполагаемых повреждений.
В качестве вариантов эксплуатационного воздействия рассматривались прокат, закалка, резка, прессование. Поверхность 1 после них покрыта площадками с неровными краями, царапинами и продольными следами от обрабатывающего инструмента. После закалки металлических объектов на их поверхности 1 происходит изменение цвета, появляются отслоения. После эксплуатации или хранения в агрессивной среде на поверхности 1 объекта могут появиться рыхлый слой, отслоения, изменения цвета от следов коррозии, следы от истирания, царапин, вмятин от ударов.
Маркирующие элементы 2 наносят упорядоченным образом, чтобы они в совокупности образовывали один или несколько символов маркировки 3. Дополнительно, кроме маркирующих элементов 2, на поверхность 1 в районе области маркировки 6 наносят дополнительные элементы 4 для автоматической настройки режима обработки изображения символов маркировки 3. Дополнительные элементы 4 наносят одним из тех же способов, что и маркирующие элементы 2. Выполняют дополнительные элементы 4 в виде протяженной структуры или рамки. Это позволяет облегчить задачу ориентирования регистрирующей аппаратуры.
Вблизи дополнительных элементов 4 оставляют участки 5 поверхности 1, свободные от маркирующих элементов 2 и предназначенные для автоматической настройки режимов обработки изображения области маркировки 6 при учете состояния поверхности 1 объекта в области маркировки 6.
После эксплуатационного воздействия на объект маркировки производят проецирование зондирующего излучения на область маркировки и регистрацию изображения. При обработке зарегистрированного изображения автоматически настраивают режим обработки изображения по участку нанесения дополнительных элементов 4. По участку 5 поверхности 1, свободному от маркировки, автоматически настраивают режим обработки изображения области маркировки 6 с учетом состояния поверхности 1 объекта.
При регистрации изображения маркировки ориентируют регистрирующую аппаратуру по визуально наблюдаемой области маркировки 6 на поверхности 1, масштабируют изображение, что снижает требования к математической обработке изображения. После позиционирования регистрирующей аппаратуры регистрируют изображение при заранее определенных углах и спектральном составе зондирующего излучения.
Регистрация производится при соответствующем угле наклона к поверхности регистрирующей аппаратуры. Зарегистрированное изображение обрабатывают, распознают символы маркировки 3 и сохраняют их.
Этот способ расширяет арсенал технических средств маркировки объекта и распознавания ее после жестких внешних воздействий. Способ позволяет использовать маркировку для необработанных, неподготовленных поверхностей, повышает устойчивость кодовой информации к механическим и температурным воздействиям в процессе эксплуатации объекта маркировки.
Промышленная применимость
Наиболее эффективно выглядит использование предложенного способа маркировки объекта и распознавания ее после жестких внешних воздействий для маркировки тепловыделяющих элементов атомных реакторов. Он позволяет создать помехоустойчивую запись и считывание кодовой информации за счет повышения стойкости маркировки к загрязнениям и к истиранию в процессе эксплуатации объекта. Можно использовать предлагаемое изобретение в других отраслях промышленности, например в металлургии и машиностроении. Рассмотренные варианты выполнения изобретения могут быть реализованы на существующем в настоящее время оборудовании, показывают его работоспособность и подтверждают промышленную применимость.