專利名稱：基于機(jī)器視覺識(shí)別的輪胎激光標(biāo)刻裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于機(jī)器視覺識(shí)別的輪胎激光標(biāo)刻裝置與方法，特別涉及一種基 于機(jī)器視覺圖像識(shí)別的高性能激光掃描式輪胎標(biāo)刻裝置及方法，屬于激光加工技 術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，國(guó)際汽車制造業(yè)尤其是在汽車輪胎的生產(chǎn)過程中，歐美國(guó)家分別以 行業(yè)性法規(guī)、強(qiáng)制性質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系甚至以政府法律形式規(guī)定要求對(duì)汽車輪胎產(chǎn)品 建立專門的質(zhì)量可追溯系統(tǒng)。例如美國(guó)聯(lián)邦政府交通與運(yùn)輸部、高速公路管理局 和汽車工業(yè)立法工作組規(guī)定，所有的輪胎制造商生產(chǎn)的輪胎必須建立輪胎的"身 份證"制度，要具有可追溯和示蹤能力，以便一旦發(fā)現(xiàn)存在質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)問題可立刻 進(jìn)行追溯，提高召回效率。在過去幾年中，我國(guó)已成為汽車生產(chǎn)和應(yīng)用大國(guó)，汽 車工業(yè)一直以高于20%的增長(zhǎng)速度高速發(fā)展，成為拉動(dòng)中國(guó)經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)的主導(dǎo) 產(chǎn)業(yè)之一。在全球化的市場(chǎng)格局下我國(guó)汽車工業(yè)同樣必定要建立相關(guān)的質(zhì)量追溯 標(biāo)準(zhǔn)體系，因而開發(fā)和使用可用于高速流水作業(yè)的基于先進(jìn)激光技術(shù)的智能化標(biāo) 刻系統(tǒng)成為了輪胎行業(yè)新的發(fā)展趨勢(shì)?，F(xiàn)有的輪胎激光標(biāo)刻裝置由于沒有采用機(jī) 器視覺定位技術(shù)，因此需要進(jìn)行人工定位或者機(jī)械定位，沒有辦法實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)流 水線標(biāo)刻。而且現(xiàn)有設(shè)備一般無法直接整合到傳統(tǒng)的輪胎生產(chǎn)高速流水線的傳送 帶而需要對(duì)其進(jìn)行改造，這樣不僅降低了設(shè)備的運(yùn)行效率，同時(shí)也增加了設(shè)備的 制造及運(yùn)行成本
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服傳統(tǒng)汽車輪胎標(biāo)記方式在成本、靈活性、耐磨性及防偽方面 和現(xiàn)有激光標(biāo)刻輪胎方法的缺點(diǎn)，提供一種采用高穩(wěn)定性的射頻C02激光
器、激光束高速掃描標(biāo)刻的方式，同時(shí)利用了機(jī)器視覺圖像讀取、識(shí)別及定位技 術(shù)的輪胎激光標(biāo)刻裝置與方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案基于機(jī)器視覺識(shí)別的輪胎激光標(biāo)刻裝置，包括流水線傳 送帶、夾持及旋轉(zhuǎn)裝置、信息采集工作區(qū)、輪胎數(shù)據(jù)讀取器、標(biāo)刻位置讀取器、 輔助照明設(shè)備、煙霧抽取設(shè)備、激光標(biāo)刻工作區(qū)、煙霧過濾及排氣設(shè)備、射頻 C(V激光器、調(diào)焦工作臺(tái)、高速激光掃描器、掃描聚焦鏡、準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)、反射 鏡和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；在流水線傳送帶上按次序分別加裝信息采集工作區(qū)、激光標(biāo)刻
工作區(qū)，所述信息采集工作區(qū)頂部裝有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，內(nèi)部下方裝有夾持及旋轉(zhuǎn)裝 置并與流水線傳送帶相連接，內(nèi)部上方分別裝有輪胎數(shù)據(jù)讀取器、標(biāo)刻位置讀取
器，在兩個(gè)讀取器的頭部附近裝有輔助照明設(shè)備；所述激光標(biāo)刻工作區(qū)內(nèi)部上方
裝有可上下移動(dòng)的調(diào)焦工作臺(tái)，在調(diào)焦工作臺(tái)上固定有高速激光掃描器和掃描聚
焦鏡，在掃描聚焦鏡的下方區(qū)域裝有煙霧抽取設(shè)備；在激光標(biāo)刻工作區(qū)的外部的 正上方裝有煙霧過濾及排氣設(shè)備，射頻C02激光器放置在激光標(biāo)刻工作區(qū)頂部靠 近右邊的位置，激光束通過固定在射頻C02激光器正前方的準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)、反射 鏡引導(dǎo)進(jìn)入高速激光掃描器。
一種輪胎激光標(biāo)刻方法，其特征在于,方法步驟為
第一步獲得輪胎的所需標(biāo)刻的信息當(dāng)生產(chǎn)出來的輪胎進(jìn)入信息采集區(qū)時(shí)， 通過數(shù)據(jù)讀取器如CCD攝像頭或電子掃描槍將輪胎上已有的條形碼或者識(shí)別標(biāo) 記讀入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，經(jīng)過査詢數(shù)據(jù)庫(kù)，確定目標(biāo)輪胎的相關(guān)信息及所需標(biāo)刻內(nèi)容； 第二步獲得輪胎的標(biāo)刻區(qū)域在完成輪胎信息讀取的同時(shí)，通過標(biāo)刻位置讀取器 如高性能CCD攝像頭，采集目標(biāo)輪胎的圖像信息并通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的機(jī)器視覺識(shí)別軟件與標(biāo)準(zhǔn)圖像對(duì)比，從而確定目標(biāo)輪胎類型、尺寸及實(shí)際所需標(biāo)刻區(qū)域與 標(biāo)準(zhǔn)位置的角度、位置以及焦距的偏差；
第三步完成輪胎智能化激光標(biāo)刻完成信息采集及處理后，根據(jù)目標(biāo)輪胎的 規(guī)格及所處的實(shí)際位置，由傳送帶將輪胎運(yùn)送到激光標(biāo)刻工作區(qū)，由機(jī)器視覺識(shí) 別軟件所獲得的角度及位置信息確定標(biāo)刻區(qū)域，然后激光器所發(fā)出的激光束經(jīng)過 準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)、反射鏡后進(jìn)入高速激光掃描器，通過光束的偏轉(zhuǎn)進(jìn)行高速精確定 位掃描，同時(shí)使用激光掃描聚焦鏡使得激光束光束聚焦在輪胎表面，完成輪胎的 激光標(biāo)刻。
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有輪胎標(biāo)記設(shè)備的缺陷，采用射頻C02激光器，利用機(jī)器視 覺識(shí)別及激光束高速掃描標(biāo)刻等新的技術(shù)手段，其優(yōu)點(diǎn)在于可以提高輪胎標(biāo)刻設(shè) 備的運(yùn)行成本，并且通過激光標(biāo)刻可以使得輪胎內(nèi)容更加的靈活、具有耐磨、防 偽、數(shù)據(jù)量大等優(yōu)點(diǎn)，可伴隨輪胎的整個(gè)生命周期，是建立相關(guān)的質(zhì)量追溯標(biāo)準(zhǔn) 體系的最佳信息標(biāo)刻方法。
本發(fā)明進(jìn)一步特征在于突破了現(xiàn)有激光標(biāo)刻設(shè)備必需通過機(jī)械系統(tǒng)定位的 問題，通過機(jī)器視覺圖像采集及處理技術(shù)，在沒有機(jī)械系統(tǒng)定位的條件下也可以 精確定位打標(biāo)區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化標(biāo)刻，提高了該激光標(biāo)刻裝置的工作效率 及穩(wěn)定性。因此本發(fā)明可以為激光標(biāo)刻開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域，降低運(yùn)行成本，在各 類激光加工領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。


圖1為輪胎標(biāo)刻裝置控制流程圖2為輪胎標(biāo)刻裝置結(jié)構(gòu)示意3為光束掃描式激光標(biāo)刻系統(tǒng)光路結(jié)構(gòu)圖4為標(biāo)刻區(qū)域示意圖5為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
如圖1至5所示， 一種輪胎激光標(biāo)刻裝置，包括流水線傳送帶l、夾持及旋 轉(zhuǎn)裝置2、信息采集工作區(qū)4、輪胎數(shù)據(jù)讀取器5、標(biāo)刻位置讀取器6、輔助照明 設(shè)備7、煙霧抽取設(shè)備8、激光標(biāo)刻工作區(qū)9、煙霧過濾及排氣設(shè)備IO、射頻C02 激光器11、調(diào)焦工作臺(tái)12、高速激光掃描器13、掃描聚焦鏡14、準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng) 15、反射鏡16;在所述的流水線傳送帶1上按次序分別加裝信息采集工作區(qū)4、 激光標(biāo)刻工作區(qū)9，所述信息采集工作區(qū)4頂部裝有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20，內(nèi)部下方裝 有夾持及旋轉(zhuǎn)裝置2并與流水線傳送帶1相連接，內(nèi)部上方分別裝有輪胎數(shù)據(jù)讀 取器5、標(biāo)刻位置讀取器6，在兩個(gè)讀取器的頭部附近裝有輔助照明設(shè)備7;所 述激光標(biāo)刻工作區(qū)9內(nèi)部上方裝有可上下移動(dòng)的調(diào)焦工作臺(tái)12，在調(diào)焦工作臺(tái) 12上固定有高速激光掃描器13和掃描聚焦鏡14，在掃描聚焦鏡14的下方區(qū)域 裝有煙霧抽取設(shè)備8;在激光標(biāo)刻工作區(qū)9的外部的正上方裝有煙霧過濾及排氣 設(shè)備IO，射頻C02激光器11放置在激光標(biāo)刻工作區(qū)9頂部靠近右邊的位置，激 光束17通過固定在射頻C02激光器11正前方的準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)15、反射鏡16引 導(dǎo)進(jìn)入高速激光掃描器13。
所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20，其內(nèi)部裝有圖像采集卡及機(jī)器視覺識(shí)別軟件；輪胎數(shù)據(jù) 讀取器5，為CCD攝像頭或者電子掃描槍；標(biāo)刻位置讀取器6，為高性能攝像頭；煙霧抽取設(shè)備8、煙霧過濾及排氣設(shè)備IO,為帶有抽風(fēng)設(shè)備的金屬軟管并在出風(fēng) 口帶有粉塵、煙霧過濾網(wǎng)。具體實(shí)施步驟如下-當(dāng)輪胎3由流水線傳送帶1帶動(dòng)進(jìn)入信息采集工作區(qū)4時(shí)，夾持及旋轉(zhuǎn)裝置 2將先固定輪胎并旋轉(zhuǎn)，當(dāng)輪胎數(shù)據(jù)讀取器5完成讀取輪胎上已有的臨時(shí)編碼數(shù) 據(jù)18后夾持及旋轉(zhuǎn)裝置2停止旋轉(zhuǎn)，同時(shí)標(biāo)刻位置讀取器6開始采集圖像并通 過機(jī)器視覺識(shí)別系統(tǒng)與標(biāo)準(zhǔn)圖像對(duì)比，當(dāng)數(shù)據(jù)及圖像信息都采集完畢后，通過信 息處理可以確定所需標(biāo)刻的內(nèi)容、標(biāo)刻的區(qū)域19與標(biāo)準(zhǔn)圖像的角度及位置的偏 差以及調(diào)焦工作臺(tái)12所需調(diào)焦的位置。當(dāng)信息讀取處理完畢后，輪胎3進(jìn)入激光標(biāo)刻工作區(qū)9。首先調(diào)焦工作臺(tái)12 進(jìn)行上下移動(dòng)，確定最佳工作距離，其次通過機(jī)器視覺識(shí)別系統(tǒng)所獲得的角度及 位置信息確定標(biāo)刻區(qū)域，然后射頻C02激光器11所發(fā)出的激光束17經(jīng)過準(zhǔn)直擴(kuò) 束系統(tǒng)15、反射鏡16后射入高速激光掃描器13，通過光束的偏轉(zhuǎn)進(jìn)行高速精確 定位掃描，同時(shí)使用激光掃描聚焦鏡14使得激光束光束聚焦在輪胎表面，完成 輪胎的激光標(biāo)刻。標(biāo)刻過程中的煙霧由煙霧抽取設(shè)備8、煙霧過濾及排氣設(shè)備經(jīng) 過處理后排出工作區(qū)域。本發(fā)明采用射頻C02激光器，利用機(jī)器視覺識(shí)別技術(shù)及激光束高速掃描標(biāo)刻 技術(shù)，可以將所需標(biāo)記的信息高速、準(zhǔn)確的刻蝕在各種規(guī)格輪胎的表面。通過激 光標(biāo)刻，可將輪胎的BAR code、 DOT code、 Mold code等編碼以及其他各種重 要信息(如輪胎品牌、生產(chǎn)序列號(hào)、生產(chǎn)廠廠址、生產(chǎn)日期、生產(chǎn)廠代號(hào)等)的 特殊字符段用激光永久標(biāo)刻在輪胎的特定位置(如內(nèi)圈近輪轂處，如圖5所示)。 這些輪胎識(shí)別標(biāo)記具身份唯一性，對(duì)應(yīng)完整的數(shù)據(jù)庫(kù)備查信息， 一方面作為質(zhì)量追溯特征標(biāo)碼提供給消費(fèi)者，另一方面作為企業(yè)信息化管理代碼應(yīng)用于在企業(yè)的 生產(chǎn)管理、庫(kù)房管理等多流程自動(dòng)化管理中。與現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)外相同領(lǐng)域的現(xiàn)有技 術(shù)相比，本發(fā)明使用了機(jī)器視覺圖像讀取、識(shí)別及定位的方法，可以根據(jù)自動(dòng)流 水線上輪胎的不同形狀和排列位置自動(dòng)判斷標(biāo)刻位置并引導(dǎo)光束掃描器精確定 位，無需專門的機(jī)械或者人工標(biāo)刻定位裝置。通過該方法可以將激光標(biāo)刻系統(tǒng)有 效的無縫連接到傳統(tǒng)的輪胎生產(chǎn)高速流水線的傳送帶上，可以提高激光標(biāo)刻的速 度并且減少設(shè)備的改造成本。因此該特征突破了其他激光輪胎標(biāo)刻系統(tǒng)只能靠機(jī) 械裝置定位的問題，只需要通過圖像采集及處理就可以精確定位打標(biāo)區(qū)域，可實(shí) 現(xiàn)全自動(dòng)化標(biāo)刻，提高了該激光標(biāo)刻裝置的工作效率及穩(wěn)定性。通過上述特征， 本發(fā)明可以提高輪胎信息標(biāo)刻的質(zhì)量及效率，具有耐磨、防偽、信息量、靈活性 高等特點(diǎn)，完全滿足是汽車輪胎產(chǎn)品質(zhì)量可追溯系統(tǒng)的要求。權(quán)利要求
1.基于機(jī)器視覺識(shí)別的輪胎激光標(biāo)刻裝置，特征在于，它包括流水線傳送帶(1)、夾持及旋轉(zhuǎn)裝置(2)、信息采集工作區(qū)(4)、輪胎數(shù)據(jù)讀取器(5)、標(biāo)刻位置讀取器(6)、輔助照明設(shè)備(7)、煙霧抽取設(shè)備(8)、激光標(biāo)刻工作區(qū)(9)、煙霧過濾及排氣設(shè)備(10)、射頻CO2激光器(11)、調(diào)焦工作臺(tái)(12)、高速激光掃描器(13)、掃描聚焦鏡(14)、準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)(15)和反射鏡(16)；在所述的流水線傳送帶(1)上按次序分別加裝信息采集工作區(qū)(4)、激光標(biāo)刻工作區(qū)(9)，所述信息采集工作區(qū)(4)頂部裝有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(20)，內(nèi)部下方裝有夾持及旋轉(zhuǎn)裝置(2)并與流水線傳送帶(1)相連接，內(nèi)部上方分別裝有輪胎數(shù)據(jù)讀取器(5)、標(biāo)刻位置讀取器(6)，在兩個(gè)讀取器的頭部附近裝有輔助照明設(shè)備(7)；所述激光標(biāo)刻工作區(qū)(9)內(nèi)部上方裝有可上下移動(dòng)的調(diào)焦工作臺(tái)(12)，在調(diào)焦工作臺(tái)(12)上固定有高速激光掃描器(13)和掃描聚焦鏡(14)，在掃描聚焦鏡(14)的下方區(qū)域裝有煙霧抽取設(shè)備(8)；在激光標(biāo)刻工作區(qū)(9)的外部的正上方裝有煙霧過濾及排氣設(shè)備(10)，射頻CO2激光器(11)放置在激光標(biāo)刻工作區(qū)(9)頂部靠近右邊的位置，激光束(17)通過固定在射頻CO2激光器(11)正前方的準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)(15)、反射鏡(16)引導(dǎo)進(jìn)入高速激光掃描器(13)。
2. —種應(yīng)用權(quán)利要求1所述裝置的輪胎激光標(biāo)刻方法,其特征在于,方法步 驟為第一步獲得輪胎的所需標(biāo)刻的信息當(dāng)生產(chǎn)出來的輪胎(3)進(jìn)入信息采集 工作區(qū)(4)時(shí)，通過輪胎數(shù)據(jù)讀取器(5)如CCD攝像頭或電子掃描槍將輪胎上 已有的條形碼或者識(shí)別標(biāo)記讀入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(20),經(jīng)過查詢數(shù)據(jù)庫(kù)，確定目標(biāo) 輪胎的相關(guān)信息及所需標(biāo)刻內(nèi)容；第二步獲得輪胎的標(biāo)刻區(qū)域在完成輪胎信息讀取的同時(shí)，通過標(biāo)刻位置讀取器(6)如高性能CCD攝像頭，采集目標(biāo)輪胎的圖像信息并通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(20) 中的機(jī)器視覺識(shí)別軟件與標(biāo)準(zhǔn)圖像對(duì)比，從而確定目標(biāo)輪胎類型、尺寸及實(shí)際所 需標(biāo)刻區(qū)域與標(biāo)準(zhǔn)位置的角度、位置以及焦距的偏差；第三步完成輪胎智能化激光標(biāo)刻完成信息采集及處理后，根據(jù)目標(biāo)輪胎的 規(guī)格及所處的實(shí)際位置，由流水線傳送帶(1)將輪胎(3)運(yùn)送到激光標(biāo)刻工作區(qū)(9)，由機(jī)器視覺識(shí)別軟件所獲得的角度及位置信息確定標(biāo)刻區(qū)域，然后射頻 C02激光器(11)所發(fā)出的激光束經(jīng)過準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)(15)、反射鏡(16)后進(jìn)入 高速激光掃描器(13)，通過光束的偏轉(zhuǎn)進(jìn)行高速精確定位掃描，同時(shí)使用掃描 聚焦鏡使得激光束光束聚焦在輪胎表面，完成輪胎的激光標(biāo)刻。
全文摘要
本發(fā)明公開了基于機(jī)器視覺識(shí)別的輪胎激光標(biāo)刻裝置與方法，裝置包括流水線傳送帶、夾持及旋轉(zhuǎn)裝置、信息采集工作區(qū)、輪胎數(shù)據(jù)讀取器、標(biāo)刻位置讀取器、輔助照明設(shè)備、煙霧抽取設(shè)備、激光標(biāo)刻工作區(qū)、煙霧過濾及排氣設(shè)備、射頻CO₂激光器、調(diào)焦工作臺(tái)、高速激光掃描器、掃描聚焦鏡、準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)、反射鏡和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；采用射頻CO₂激光器，利用機(jī)器視覺識(shí)別及激光束高速掃描標(biāo)刻技術(shù)，將所需標(biāo)記的信息刻蝕在輪胎的表面。本發(fā)明有益效果采用機(jī)器視覺識(shí)別技術(shù)，根據(jù)流水線上輪胎的不同形狀和排列位置自動(dòng)判斷標(biāo)刻位置并引導(dǎo)光束掃描器精確定位，無需專門的機(jī)械或者人工標(biāo)刻定位裝置，可以與輪胎生產(chǎn)流水線實(shí)現(xiàn)無縫對(duì)接，提高了設(shè)備的加工效率。
文檔編號(hào)B41J3/44GK101670715SQ200910196179
公開日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2009年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月23日
發(fā)明者姜兆華, 偉 張, 張同興, 沈可余, 涌 潘, 王健超, 王又良, 陳益民 申請(qǐng)人:上海市激光技術(shù)研究所