一种轮胎模具清洗方法、系统及存储介质与流程

塑料加工应用技术1.本技术涉及轮胎模具清洗技术领域，具体而言，涉及一种适用于清洗轮胎模具花纹块的控制系统。背景技术：2.模具是轮胎硫化制造过程中所需要的重要工具，模具在使用过程中不可避免地受到橡胶、添加剂、脱模剂等硫化过程中产生的沉积污染物的影响，重复使用会造成模具表面粘连一些污染物，导致制造地轮胎出现质量、以及成品率低的问题，因此需要适时地对轮胎模具进行清洗。目前，在进行轮胎模具清洗的时候，常采用的方法包括以人工方式手持激光清晰头进行人为清洗，或由机械臂第六轴携带激光清洗头，在固定运行轨迹的情况下，进行移动清洗。然而，现有人为因素的影响，以及轮胎模具自身问题对机械臂运行轨迹的影响，例如，摆放位置差异、种类复杂性，均会影响轮胎模具的清洗效率，存在清洗效果差的问题。技术实现要素：3.本技术实施例的目的在基于提供一种适用于清洗轮胎模具花纹块的控制系统，可以提高轮胎模具的清洗效果。4.本技术实施例还提供了一种适用于清洗轮胎模具花纹块的控制系统，其特征在于，所述系统包括用于对轮胎模具进行识别定位的拍摄设备、以及连接到所述拍摄设备，用于获取轮胎模具的定位结果，并基于所述定位结果确定目标清洗路径，以及驱动携带有激光清洗头的机械臂，按照所述目标清洗路径进行激光清洗的控制设备，其中：5.所述控制设备还用于根据接收到的定位结果，确定用于反映模具相对于机械世界坐标系原点偏移距离的模具坐标系；6.所述控制设备还包括设于机械臂末端、用于对对应模具系坐标原点的模具表面涵盖的花纹块特征进行测量的测量扫描仪；7.所述控制设备，还用于在确定清洗起始点位置时，根据测量得到的花纹块特征数据进行自适应轨迹规划，得到所需的目标清洗路径。8.由上可知，本技术实施例提供的一种适用于清洗轮胎模具花纹块的控制系统，通过拍摄设备对轮胎模具进行识别定位，以及通过连接到该拍摄设备的控制设备基于获取到的轮胎模具的定位结果确定目标清洗路径，并驱动携带有激光清洗头的机械臂，通过机械臂关节间的相互配合，使得激光清洗头能够实现不同姿态以及轨迹的激光清洗，避免现有轮胎模具激光清洗技术中人工手持激光清洗头的方式无法保证人为因素导致清洗效果不稳定、清洗效率不高的问题，以及机械臂携带激光清洗头的方式因轮胎模具摆放差异、种类复杂、规格较多的原因无法通过示教的方式设定重复的清洗轨迹，导致不能通过示教的方式设定轨迹，无法适应的轮胎模具清洗要求，进一步的提高了轮胎模具的清洗效果。9.本技术的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术实施例了解。本技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明10.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。11.图1为本技术实施例提供的一种适用于清洗轮胎模具花纹块的控制系统的结构示意图；12.图2为一种适用于清洗轮胎模具花纹块的整体控制示意图；13.图3为确定花纹块工件坐标系原点位置及方向的示意图；14.图4为确定花纹块工件坐标系原点位置及方向的另一示意图；15.图5为ab面的截面示意图；16.图6为cd面的截面示意图；17.图7为以多遍清洗路径为例，最终自动计算的拟合路径示意图。具体实施方式18.下面将结合本技术实施例中附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。19.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。20.请参照图1，图1是本技术一些实施例中的一种适用于清洗轮胎模具花纹块的控制系统的结构示意图，该系统100包括用于对轮胎模具进行识别定位的拍摄设备101、以及连接到所述拍摄设备101，用于获取轮胎模具的定位结果，并基于所述定位结果确定目标清洗路径，以及驱动携带有激光清洗头1022的机械臂1021，按照所述目标清洗路径进行激光清洗的控制设备102，其中：21.所述控制设备102还用于根据接收到的定位结果，确定用于反映模具相对于机械世界坐标系原点偏移距离的模具坐标系。22.所述控制设备102还包括设于机械臂1021末端、用于对对应模具系坐标原点的模具表面涵盖的花纹块特征进行测量的测量扫描仪1023。23.所述控制设备，还用于在确定清洗起始点位置时，根据测量得到的花纹块特征数据进行自适应轨迹规划，得到所需的目标清洗路径。24.上述控制系统，通过拍摄设备对轮胎模具进行识别定位，以及通过连接到该拍摄设备的控制设备基于获取到的轮胎模具的定位结果确定目标清洗路径，并驱动携带有激光清洗头的机械臂，通过机械臂关节间的相互配合，使得激光清洗头能够实现不同姿态以及轨迹的激光清洗，避免现有轮胎模具激光清洗技术中人工手持激光清洗头的方式无法保证人为因素导致清洗效果不稳定、清洗效率不高的问题，以及机械臂携带激光清洗头的方式因轮胎模具摆放差异、种类复杂、规格较多的原因无法通过示教的方式设定重复的清洗轨迹，导致不能通过示教的方式设定轨迹，无法适应的轮胎模具清洗要求，进一步的提高了轮胎模具的清洗效果。25.在其中一个实施例中，请参考图2，所述拍摄设备(即图2中示意的相机)设于目标轮胎模具的上方，用于对轮胎模具进行拍摄，并基于拍摄所得的目标模具图像进行边缘特征提取。26.具体的，本技术实施例采用mems(micro-electro-mechanical system，微机电系统)结构光相机对轮胎模具进行拍摄，其中，为提高模具上料时工作效率，也可以采用多工位的形式(其具体可以根据图2进一步明确的是，其中，在不同的方位处设有相应的模具托盘，机器人设于模具托盘的附近)，以至少两个mems结构光相机(具体可以参考图2)，在多个不同的工位设置点进行全方位的模具识别，以减少机械臂的等待时间。27.在其中一个实施例中，为了保证能够对模具的全方位拍摄，mems结构光相机可以至于模具上方，并通过mems结构光相机的两个单目相机，对模具进行拍摄，之后再混合两个相机的图像，即可得到所需的目标模具图像。28.所述拍摄设备，还用于基于轮胎模具与机械臂原点之间的位置偏移值，在确定自身已与机械臂进行手眼标定的情况下，将所确定的目标边缘特征点所对应的图像坐标，转换成相对于机械臂原点的目标工件坐标。29.具体的，在进行坐标转换之前，需要将mems结构光相机与机械臂进行手眼标定。之后，再通过mems结构光相机拍摄模具图像。为了能够有效提取出模具的边缘特征，当前实施例中，利用双单目算法基于提取到的目标模具图像生成相应的三维点云模型。之后，再基于该模型进行模具边缘特征的提取，并基于提取到的目标边缘特征点所对应的图像坐标，根据轮胎模具与机械臂原点之间的位置偏移值，确定机械世界坐标系下相对于机械臂原点的目标工件坐标。30.在其中一个实施例中，可以参考图2，该系统还包括有机器人控制柜、激光器柜、安全房以及水冷机等，本技术实施例不对该系统中涉及到的操作部件进行限定，不同实施例中可以根据操作需求，适应性的增加或减少涉及到的关键部件。31.上述实施例，基于采用的mems结构光相机，实现了对轮胎模具全方位的自动识别定位，提高了识别准确度。32.在其中一个实施例中，所述拍摄设备还用于通过以下步骤各目标边缘特征点相对于机械臂原点的目标工件坐标：33.步骤a1，将提取到的模具边缘特征与预设的自适应特征模版进行配准，以确定模具边缘特征的准确性。34.具体的，当前实施例中，可以通过opencv算法建立一套基于动态阈值的自适应特征模板，并提取三维点云模型的边缘线条，通过去噪、补洞等技术识别出模具外形特征和尺寸。35.步骤a2，在确定特征准确的情况下，确定各目标边缘特征点的图像坐标。36.步骤a3，在确定自身已与机械臂进行手眼标定的情况下，依据预设的坐标转换方式，将各目标边缘特征点的图像坐标分别转换为相对于机械臂的初始工件坐标。37.具体的，在需要对多个模具进行清洗的时候，可以考虑将全部模具从图像中以最优的路线进行顺序排序(例如，以最少的空走路线，将所有需要清洗的路径串联起来)。另外，针对模具上涵盖的花纹块，可以将每一块花纹块的一个顶角作为工件坐标系原点位置、相邻的两个顶角分别为x+方向上一点和y+方向上一点，以此确定花纹块的工件坐标系方向(如图3-图4所示)。针对模具侧板，以每一块侧板的圆心为工件坐标系原点位置，并以机械臂加工的方向为x+方向，上方向为z+方向，确定侧板的工件坐标系方向。38.步骤a4，在初始工件坐标的基础上，基于轮胎模具与机械臂原点之间的位置偏移值，确定各目标边缘特征点相对于机械臂原点的目标工件坐标。39.在其中一个实施例中，所述拍摄设备通过内部预置的多个单目相机进行模具拍摄。40.具体的，单目相机数量一般情况下可以为2，当然其也可以选择更多的取值。当前实施例中，在利用单目相机对全部模具进行拍摄的情况下，需要将各相机拍摄所得的图像进行融合，并基于预设的三维重建算法(例如，opencv算法)对当前融合得到的图像进行三维重建，得到所需的三维点云模型。41.所述拍摄设备还用于通过内置的图像处理设备，对各单目相机拍摄所得的多个模具图像进行混合，得到所需的目标模具图像。42.具体的，当前实施例中，可以对经由各单目相机拍摄所得的多个模具图像进行图像融合，以得到所需的目标模具图像。需要说明的是，图像融合是指将多源信道所采集到的关于同一目标的图像数据经过图像处理和计算机技术等，最大限度的提取各自信道中的有利信息，最后综合成高质量的图像，以提高图像信息的利用率、改善计算机解译精度和可靠性、提升原始图像的空间分辨率和光谱分辨率，利于监测。43.一般情况下，图像融合由低到高分为三个层次：数据级融合、特征级融合、决策级融合。数据级融合也称像素级融合，是指直接对传感器采集来得数据进行处理而获得融合图像的过程，它是高层次图像融合的基础，也是目前图像融合研究的重点之一。这种融合的优点是保持尽可能多得现场原始数据，提供其它融合层次所不能提供的细微信息，其中：44.(1)像素级融合中有空间域算法和变换域算法，空间域算法中又有多种融合规则方法，如逻辑滤波法，灰度加权平均法，对比调制法等；变换域中又有金字塔分解融合法，小波变换法。其中的小波变换是当前最重要，最常用的方法。45.(2)在特征级融合中，保证不同图像包含信息的特征，如红外光对于对象热量的表征，可见光对于对象亮度的表征等等。46.(3)决策级融合主要在于主观的要求，同样也有一些规则，如贝叶斯法，d-s证据法和表决法等。47.在其中一个实施例中，融合算法常结合图像的平均值、熵值、标准偏差、平均梯度；平均梯度反映了图像中的微小细节反差与纹理变化特征，同时也反映了图像的清晰度。目前对图像融合存在两个问题：最佳小波基函数的选取和最佳小波分解层数的选取。48.所述拍摄设备还用于通过内置的图像处理设备，基于所述目标模具图像进行三维重建，得到相应的三维点云模型。49.所述拍摄设备还用于通过内置的图像处理设备，提取所述三维点云模型的边缘线条，并通过预设的线条处理方式，处理得到用于确定模具外形特征和尺寸的模具边缘特征，其中，所述线条处理方式包括去噪、补洞中的至少一种。50.具体的，三维重建是指对三维物体建立适合计算机表示和处理的数学模型,是在计算机环境下对其进行处理、操作和分析其性质的基础，也是在计算机中建立表达客观世界的虚拟现实的关键技术。51.在其中一个实施例中，三维重建的实施步骤包括：52.步骤c1，图像获取，也就是先要用摄像机获取三维物体的二维图像(也就是本技术实施例中拍摄设备所执行的步骤)，其中，光照条件、相机的几何特性等对后续的图像处理造成很大的影响，因此，在进行拍摄时需要对拍摄对象周边的环境进行严格控制。53.步骤c2，摄像机标定，也就是通过摄像机标定来建立有效的成像模型，其中，需要求解出摄像机的内外参数，这样就可以结合图像的匹配结果得到空间中的三维点坐标，从而达到进行三维重建的目的。54.步骤c3，特征提取，该特征主要包括特征点、特征线和区域。大多数情况下都是以特征点为匹配基元，其中，特征点以何种形式提取与用何种匹配策略紧密联系，因此在进行特征点的提取时，需要先确定用哪种匹配方法，之后再针对性的进行特征点提取。55.步骤c4，立体匹配，其指的是根据所提取的特征来建立图像对之间的一种对应关系，也就是将同一物理空间点在两幅不同图像中的成像点进行一一对应起来。其中，在进行匹配时要注意场景中一些因素的干扰，比如光照条件、噪声干扰、景物几何形状畸变、表面物理特性以及摄像机机特性等诸多变化因素。56.步骤c5，有了比较精确的匹配结果，结合摄像机标定的内外参数，就可以恢复出三维场景信息。由于三维重建精度受匹配精度，摄像机的内外参数误差等因素的影响，因此首先需要做好前面几个步骤的工作，使得各个环节的精度高，误差小，这样才能设计出一个比较精确的立体视觉系统。57.在其中一个实施例中，所述花纹块特征数据包括花纹块白条宽度、花纹块型腔深度以及花纹块白条相对于托盘高度中的至少一种。58.在其中一个实施例中，所述控制设备还用于利用花纹块立面方向的对称性、花纹块相对的两面相同且花纹块厚度方向口径曲线为圆弧曲线，将花纹块工件坐标系原点确定为清洗起始点位置。59.在其中一个实施例中，所述控制设备还用于通过下述步骤进行自适应轨迹规划：60.步骤b1，将模具侧面一段弧度一致白条下凹圆弧的两个平面设为a面、b面，将模具侧面为中间等高花筋部分连通的一段下凹曲面的面设为c面、d面，其中，a面和b面连接面由下凹的一段圆弧构成，c面和d面的连接面由下凹的一段、且由通过依次连接的h点、j点、k点、l点、m点以及n点连接而成的等腰梯形线段构成。61.具体的，一般情况下，花纹块的四个边之间两对边平行，平行的两个边的截面一致。当前，请参考图5，令侧面为一段弧度一致白条下凹圆弧的两个平面编号为a面和b面。请参考图6，侧面为中间等高花筋部分连通的一段下凹曲面的面即为c面和d面。62.如图5所示，ab面为一个整圆八等份后的45°或47°圆弧(需要说明的是，该圆弧角度一般情况下其取45°)，圆弧半径为侧板外半径，圆弧起点和终点在静止放置时为同一高度，两者相连的弦长为识别定位时使用的两个点的坐标差。其中：63.(1)最大弓长公式为：64.gmax＝r-r*cos(22.5)，r为圆弧半径。65.(2)任意弦长的弓长公式为：66.l0为1/2总弦长，lθ为任意弦长的长度。67.以上，在路径轨迹从c移至d或d移至c，以及在处于对应ab面坐标的任意弦长lθ时，除lθ＝0或lθ＝l0以外，受到ab面影响下的z轴坐标值降幅为hθ。68.步骤b2，在由a面至b面的路迹中，该路径上的坐标公式pab可以表述为：[0069][0070]其中，ph为a至b面经过h点所在的y方向上所有点，pj为a至b面经过j点所在的y方向上所有点，pk为a至b面经过k点所在的y方向上所有点，x为当前点上的x坐标值，y为当前点上的y坐标值，z为当前点上的z坐标值，n为花纹块y方向长度与激光线宽比值，d为激光线宽长度，d0为花纹块型腔降幅深度，h0为花纹块圆弧降幅弓长，jx为x方向上h点至j点的线段长度，kx为x方向上h点至k点的线段长度，lx为x方向上h点至l点的线段长度，mx为x方向上h点至m点的线段长度，nx为x方向上h点至n点的线段长度，s为x方向上花纹块的总长度；[0071]具体的，请参考图5-图6，在由a面移至b面的路径路迹中，焦点所在的弦长lθ经过点h、点j、点k、点l、点m以及点n需附加降幅hθ，经过点k以及点l时需额外附加降幅d0，则路径上的坐标公式既可以参考上述的公式(1)。[0072]步骤b3，在由c面至d面的路迹中，该路径上的坐标公式pcd可以表述为：[0073][0074]其中，为弦长lθ从0趋近于1/2总弦长l0时，c面至d面由h点所在的x方向上的所有点至j点所在的x方向上的所有点；为弦长lθ从0趋近于1/2总弦长l0时，c面至d面由j点所在的x方向上的所有点至k点所在的x方向上的所有点；为弦长lθ等于1/2总弦长l0时，c面至d面由k点所在的x方向上的所有点至l点所在的x方向上的所有点；为弦长lθ从1/2总弦长l0趋近于总弦长l时，c面至d面由l点所在的x方向上的所有点至m点所在的x方向上的所有点；为弦长lθ从1/2总弦长l0趋近于总弦长l时，c面至d面由m点所在的x方向上的所有点至n点所在的x方向上的所有点。[0075]具体的，如图6所示，cd面为八等份后的截面，数据以白条的宽度，胎宽为主，在花筋部分为降幅为d0。在由c面移至d面的路径路迹中，焦点所在的位置x经过弦长lθ时需附加降幅hθ，处于kl之间时需要额外附加降幅d0，则路径上的坐标公式既可以参考上述的公式(2)。[0076]步骤b4，结合pab和pcd进行自适应轨迹规划。[0077]具体的，以ab、cd两个方向来回总计多遍清洗路径为例，最终控制设备自动计算的拟合路径如图7所示。[0078]在其中一个实施例中，所述控制设备还用于以激光线宽中点为焦点，以激光线宽为清洗宽度，对模具侧板内外半径差长度进行分割，并根据分割的次数，确定侧板的路径条数，其中，以内半径值加预设倍数的线宽值，将侧板需要清洗的圆环部分以圆弧拟合的方式逐步清洗完毕。[0079]在其中一个实施例中，所述控制设备还用于以激光线宽为弦长，从圆弧起点开始，按照当前所设定的弦长对相应的圆弧曲线进行分割，并根据分割的次数，确定型腔方向的路径条数；所述控制设备还用于在确定型腔方向的路径条数的同时，确定型腔曲线的最低点位置，并根据所述型腔曲线的最低点位置计算从起点开始到终点结束时，任意弦长点对应的弓高，以此拟合全部圆弧的下降幅度。[0080]在其中一个实施例中，所述控制设备还用于以激光线宽为弦长，从型腔起点开始，按照当前所设定的弦长对型腔进行分割，并根据分割的次数，确定圆弧方向的路径条数；所述控制设备还用于在确定圆弧方向的路径条数时，确定最低钢筋面的高度，并按照拟定的路径位置拟合全部型腔的下降幅度。[0081]在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。[0082]另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。[0083]再者，在本技术各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。[0084]在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。[0085]以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。









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