专利名称：基于机器视觉识别的轮胎激光标刻装置与方法
技术领域：
本发明涉及基于机器视觉识别的轮胎激光标刻装置与方法，特别涉及一种基 于机器视觉图像识别的高性能激光扫描式轮胎标刻装置及方法，属于激光加工技 术领域。
背景技术：
近年来，国际汽车制造业尤其是在汽车轮胎的生产过程中，欧美国家分别以 行业性法规、强制性质量标准体系甚至以政府法律形式规定要求对汽车轮胎产品 建立专门的质量可追溯系统。例如美国联邦政府交通与运输部、高速公路管理局 和汽车工业立法工作组规定，所有的轮胎制造商生产的轮胎必须建立轮胎的"身 份证"制度，要具有可追溯和示踪能力，以便一旦发现存在质量风险问题可立刻 进行追溯，提高召回效率。在过去几年中，我国已成为汽车生产和应用大国，汽 车工业一直以高于20%的增长速度高速发展，成为拉动中国经济快速增长的主导 产业之一。在全球化的市场格局下我国汽车工业同样必定要建立相关的质量追溯 标准体系，因而开发和使用可用于高速流水作业的基于先进激光技术的智能化标 刻系统成为了轮胎行业新的发展趋势。现有的轮胎激光标刻装置由于没有采用机 器视觉定位技术，因此需要进行人工定位或者机械定位，没有办法实现全自动流 水线标刻。而且现有设备一般无法直接整合到传统的轮胎生产高速流水线的传送 带而需要对其进行改造，这样不仅降低了设备的运行效率，同时也增加了设备的 制造及运行成本
发明内容
本发明为了克服传统汽车轮胎标记方式在成本、灵活性、耐磨性及防伪方面 和现有激光标刻轮胎方法的缺点，提供一种采用高稳定性的射频C02激光
器、激光束高速扫描标刻的方式，同时利用了机器视觉图像读取、识别及定位技 术的轮胎激光标刻装置与方法。
本发明的技术方案基于机器视觉识别的轮胎激光标刻装置，包括流水线传 送带、夹持及旋转装置、信息采集工作区、轮胎数据读取器、标刻位置读取器、 辅助照明设备、烟雾抽取设备、激光标刻工作区、烟雾过滤及排气设备、射频 C(V激光器、调焦工作台、高速激光扫描器、扫描聚焦镜、准直扩束系统、反射 镜和计算机系统；在流水线传送带上按次序分别加装信息采集工作区、激光标刻
工作区，所述信息采集工作区顶部装有计算机系统，内部下方装有夹持及旋转装 置并与流水线传送带相连接，内部上方分别装有轮胎数据读取器、标刻位置读取
器，在两个读取器的头部附近装有辅助照明设备；所述激光标刻工作区内部上方
装有可上下移动的调焦工作台，在调焦工作台上固定有高速激光扫描器和扫描聚
焦镜，在扫描聚焦镜的下方区域装有烟雾抽取设备；在激光标刻工作区的外部的 正上方装有烟雾过滤及排气设备，射频C02激光器放置在激光标刻工作区顶部靠 近右边的位置，激光束通过固定在射频C02激光器正前方的准直扩束系统、反射 镜引导进入高速激光扫描器。
一种轮胎激光标刻方法，其特征在于,方法步骤为
第一步获得轮胎的所需标刻的信息当生产出来的轮胎进入信息采集区时， 通过数据读取器如CCD摄像头或电子扫描枪将轮胎上已有的条形码或者识别标 记读入计算机系统，经过査询数据库，确定目标轮胎的相关信息及所需标刻内容； 第二步获得轮胎的标刻区域在完成轮胎信息读取的同时，通过标刻位置读取器 如高性能CCD摄像头，采集目标轮胎的图像信息并通过计算机系统中的机器视觉识别软件与标准图像对比，从而确定目标轮胎类型、尺寸及实际所需标刻区域与 标准位置的角度、位置以及焦距的偏差；
第三步完成轮胎智能化激光标刻完成信息采集及处理后，根据目标轮胎的 规格及所处的实际位置，由传送带将轮胎运送到激光标刻工作区，由机器视觉识 别软件所获得的角度及位置信息确定标刻区域，然后激光器所发出的激光束经过 准直扩束系统、反射镜后进入高速激光扫描器，通过光束的偏转进行高速精确定 位扫描，同时使用激光扫描聚焦镜使得激光束光束聚焦在轮胎表面，完成轮胎的 激光标刻。
本发明针对现有轮胎标记设备的缺陷，采用射频C02激光器，利用机器视 觉识别及激光束高速扫描标刻等新的技术手段，其优点在于可以提高轮胎标刻设 备的运行成本，并且通过激光标刻可以使得轮胎内容更加的灵活、具有耐磨、防 伪、数据量大等优点，可伴随轮胎的整个生命周期，是建立相关的质量追溯标准 体系的最佳信息标刻方法。
本发明进一步特征在于突破了现有激光标刻设备必需通过机械系统定位的 问题，通过机器视觉图像采集及处理技术，在没有机械系统定位的条件下也可以 精确定位打标区域，从而实现全自动化标刻，提高了该激光标刻装置的工作效率 及稳定性。因此本发明可以为激光标刻开拓新的应用领域，降低运行成本，在各 类激光加工领域有着广阔的应用前景。
图1为轮胎标刻装置控制流程图2为轮胎标刻装置结构示意3为光束扫描式激光标刻系统光路结构图4为标刻区域示意图5为本发明应用实例图。
具体实施例方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。
如图1至5所示， 一种轮胎激光标刻装置，包括流水线传送带l、夹持及旋 转装置2、信息采集工作区4、轮胎数据读取器5、标刻位置读取器6、辅助照明 设备7、烟雾抽取设备8、激光标刻工作区9、烟雾过滤及排气设备IO、射频C02 激光器11、调焦工作台12、高速激光扫描器13、扫描聚焦镜14、准直扩束系统 15、反射镜16;在所述的流水线传送带1上按次序分别加装信息采集工作区4、 激光标刻工作区9，所述信息采集工作区4顶部装有计算机系统20，内部下方装 有夹持及旋转装置2并与流水线传送带1相连接，内部上方分别装有轮胎数据读 取器5、标刻位置读取器6，在两个读取器的头部附近装有辅助照明设备7;所 述激光标刻工作区9内部上方装有可上下移动的调焦工作台12，在调焦工作台 12上固定有高速激光扫描器13和扫描聚焦镜14，在扫描聚焦镜14的下方区域 装有烟雾抽取设备8;在激光标刻工作区9的外部的正上方装有烟雾过滤及排气 设备IO，射频C02激光器11放置在激光标刻工作区9顶部靠近右边的位置，激 光束17通过固定在射频C02激光器11正前方的准直扩束系统15、反射镜16引 导进入高速激光扫描器13。
所述计算机系统20，其内部装有图像采集卡及机器视觉识别软件；轮胎数据 读取器5，为CCD摄像头或者电子扫描枪；标刻位置读取器6，为高性能摄像头；烟雾抽取设备8、烟雾过滤及排气设备IO,为带有抽风设备的金属软管并在出风 口带有粉尘、烟雾过滤网。具体实施步骤如下-当轮胎3由流水线传送带1带动进入信息采集工作区4时，夹持及旋转装置 2将先固定轮胎并旋转，当轮胎数据读取器5完成读取轮胎上已有的临时编码数 据18后夹持及旋转装置2停止旋转，同时标刻位置读取器6开始采集图像并通 过机器视觉识别系统与标准图像对比，当数据及图像信息都采集完毕后，通过信 息处理可以确定所需标刻的内容、标刻的区域19与标准图像的角度及位置的偏 差以及调焦工作台12所需调焦的位置。当信息读取处理完毕后，轮胎3进入激光标刻工作区9。首先调焦工作台12 进行上下移动，确定最佳工作距离，其次通过机器视觉识别系统所获得的角度及 位置信息确定标刻区域，然后射频C02激光器11所发出的激光束17经过准直扩 束系统15、反射镜16后射入高速激光扫描器13，通过光束的偏转进行高速精确 定位扫描，同时使用激光扫描聚焦镜14使得激光束光束聚焦在轮胎表面，完成 轮胎的激光标刻。标刻过程中的烟雾由烟雾抽取设备8、烟雾过滤及排气设备经 过处理后排出工作区域。本发明采用射频C02激光器，利用机器视觉识别技术及激光束高速扫描标刻 技术，可以将所需标记的信息高速、准确的刻蚀在各种规格轮胎的表面。通过激 光标刻，可将轮胎的BAR code、 DOT code、 Mold code等编码以及其他各种重 要信息(如轮胎品牌、生产序列号、生产厂厂址、生产日期、生产厂代号等)的 特殊字符段用激光永久标刻在轮胎的特定位置(如内圈近轮毂处，如图5所示)。 这些轮胎识别标记具身份唯一性，对应完整的数据库备查信息， 一方面作为质量追溯特征标码提供给消费者，另一方面作为企业信息化管理代码应用于在企业的 生产管理、库房管理等多流程自动化管理中。与现有的国内外相同领域的现有技 术相比，本发明使用了机器视觉图像读取、识别及定位的方法，可以根据自动流 水线上轮胎的不同形状和排列位置自动判断标刻位置并引导光束扫描器精确定 位，无需专门的机械或者人工标刻定位装置。通过该方法可以将激光标刻系统有 效的无缝连接到传统的轮胎生产高速流水线的传送带上，可以提高激光标刻的速 度并且减少设备的改造成本。因此该特征突破了其他激光轮胎标刻系统只能靠机 械装置定位的问题，只需要通过图像采集及处理就可以精确定位打标区域，可实 现全自动化标刻，提高了该激光标刻装置的工作效率及稳定性。通过上述特征， 本发明可以提高轮胎信息标刻的质量及效率，具有耐磨、防伪、信息量、灵活性 高等特点，完全满足是汽车轮胎产品质量可追溯系统的要求。权利要求
1.基于机器视觉识别的轮胎激光标刻装置，特征在于，它包括流水线传送带(1)、夹持及旋转装置(2)、信息采集工作区(4)、轮胎数据读取器(5)、标刻位置读取器(6)、辅助照明设备(7)、烟雾抽取设备(8)、激光标刻工作区(9)、烟雾过滤及排气设备(10)、射频CO2激光器(11)、调焦工作台(12)、高速激光扫描器(13)、扫描聚焦镜(14)、准直扩束系统(15)和反射镜(16)；在所述的流水线传送带(1)上按次序分别加装信息采集工作区(4)、激光标刻工作区(9)，所述信息采集工作区(4)顶部装有计算机系统(20)，内部下方装有夹持及旋转装置(2)并与流水线传送带(1)相连接，内部上方分别装有轮胎数据读取器(5)、标刻位置读取器(6)，在两个读取器的头部附近装有辅助照明设备(7)；所述激光标刻工作区(9)内部上方装有可上下移动的调焦工作台(12)，在调焦工作台(12)上固定有高速激光扫描器(13)和扫描聚焦镜(14)，在扫描聚焦镜(14)的下方区域装有烟雾抽取设备(8)；在激光标刻工作区(9)的外部的正上方装有烟雾过滤及排气设备(10)，射频CO2激光器(11)放置在激光标刻工作区(9)顶部靠近右边的位置，激光束(17)通过固定在射频CO2激光器(11)正前方的准直扩束系统(15)、反射镜(16)引导进入高速激光扫描器(13)。
2. —种应用权利要求1所述装置的轮胎激光标刻方法,其特征在于,方法步 骤为第一步获得轮胎的所需标刻的信息当生产出来的轮胎(3)进入信息采集 工作区(4)时，通过轮胎数据读取器(5)如CCD摄像头或电子扫描枪将轮胎上 已有的条形码或者识别标记读入计算机系统(20),经过查询数据库，确定目标 轮胎的相关信息及所需标刻内容；第二步获得轮胎的标刻区域在完成轮胎信息读取的同时，通过标刻位置读取器(6)如高性能CCD摄像头，采集目标轮胎的图像信息并通过计算机系统(20) 中的机器视觉识别软件与标准图像对比，从而确定目标轮胎类型、尺寸及实际所 需标刻区域与标准位置的角度、位置以及焦距的偏差；第三步完成轮胎智能化激光标刻完成信息采集及处理后，根据目标轮胎的 规格及所处的实际位置，由流水线传送带(1)将轮胎(3)运送到激光标刻工作区(9)，由机器视觉识别软件所获得的角度及位置信息确定标刻区域，然后射频 C02激光器(11)所发出的激光束经过准直扩束系统(15)、反射镜(16)后进入 高速激光扫描器(13)，通过光束的偏转进行高速精确定位扫描，同时使用扫描 聚焦镜使得激光束光束聚焦在轮胎表面，完成轮胎的激光标刻。
全文摘要
本发明公开了基于机器视觉识别的轮胎激光标刻装置与方法，装置包括流水线传送带、夹持及旋转装置、信息采集工作区、轮胎数据读取器、标刻位置读取器、辅助照明设备、烟雾抽取设备、激光标刻工作区、烟雾过滤及排气设备、射频CO<sub>2</sub>激光器、调焦工作台、高速激光扫描器、扫描聚焦镜、准直扩束系统、反射镜和计算机系统；采用射频CO<sub>2</sub>激光器，利用机器视觉识别及激光束高速扫描标刻技术，将所需标记的信息刻蚀在轮胎的表面。本发明有益效果采用机器视觉识别技术，根据流水线上轮胎的不同形状和排列位置自动判断标刻位置并引导光束扫描器精确定位，无需专门的机械或者人工标刻定位装置，可以与轮胎生产流水线实现无缝对接，提高了设备的加工效率。
文档编号B41J3/44GK101670715SQ200910196179
公开日2010年3月17日 申请日期2009年9月23日 优先权日2009年9月23日
发明者姜兆华, 伟 张, 张同兴, 沈可余, 涌 潘, 王健超, 王又良, 陈益民 申请人:上海市激光技术研究所