一种胎面在传送带上的横向偏移位置识别方法及系统

1.本发明涉橡胶轮胎生产检测技术领域，尤其涉及一种胎面在传送带上的横向偏移位置识别方法及系统。


背景技术：

2.现在橡胶轮胎生产的主要工序包括挤出、压延、胎圈成型三个步骤，随着生产自动化水平的提升，橡胶轮胎胎面在运输带上在工序之间自动传输。
3.但运输带上的轮胎胎面在胎面上料的时候，会因为各种原因胎面中心会与运输带中心发生偏移，造成传送带上的胎面相对传输带的运行方向产生左右位移，即横向偏移。例如，当传送带上的轮胎胎面进入贴合工序时，若运输带上的胎面产生偏移，则会造成轮胎使用寿命降低，同时也会造成生产效率的降低。
4.现有技术中针对传送带上胎面偏移的纠偏方法大多是在输送带的某一位置设置导向轮等相似的装置，利用导向轮对发生偏移的轮胎胎面进行一定程度的纠偏；或是在胎面贴合上成型鼓后，在成型鼓上对胎面进行纠偏。但是采用导向轮的纠偏方法其纠偏的程度有限，其纠偏的效率、精度较低，导向轮的纠偏方法只能针对单一产品的生产线进行设置，无法满足现代同一生产线可以对不同产品进行生产的需求；采用成型鼓上纠偏的方法，纠偏效率也较低。综上所属，现有的纠偏方法的效率、精度都较低进而影响生产效率以及生产产品的品质，易造成生产原料的浪费。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中存在的不足，本发明提出了一种胎面在传送带上的横向偏移位置识别方法及系统，能够获取轮胎胎面在传送带上的位置信息，进而解决轮胎胎面在传送带上的横向偏移位置信息的问题。
6.本发明所采用的技术方案如下：
7.一种轮胎胎面在传送带上的横向偏移位置识别方法，包括如下步骤：
8.步骤1、获取传送带上的轮胎胎面图像，对所获取的轮胎胎面图像进行预处理；
9.步骤2、利用opencv算法提取预处理后图像上的轮胎轮廓；
10.步骤3、在轮胎图像上构建图片坐标系，提取图片坐标系下轮胎轮廓的顶点坐标；
11.将图片坐标系转化为原点坐标系，同时将顶点坐标也转换为原点坐标系下的坐标表示；
12.步骤4、分别获取原点坐标系下轮胎轮廓上两侧边的横向坐标w1、w2；分别获取坐标系下轮胎图像侧边的横向坐标+w0、-w0；
13.步骤5、基于轮胎轮廓侧边的横向坐标w1、w2及轮胎图像侧边的横向坐标+w0、-w0对当前图像中轮胎的横向偏移位置进行识别；
14.步骤6、重复步骤1-5，对传送带上所有轮胎的横向偏移位置进行识别。
15.进一步，所述步骤1中预处理包括图像灰度化处理和otsu阈值化处理，获得灰度图
和二值图。
16.进一步，步骤2中利用opencv算法遍历图像上轮胎的所有轮廓，选取最小的包围矩形。
17.进一步，构建图片坐标系的方法：在轮胎图像上，以传送带方向为x轴，垂直于x轴作y轴，且x轴和y轴均过图像中点。
18.进一步，图片坐标系转化为原点坐标系的方法为：将图片坐标系中图像中点作为原点坐标；其中，y轴与轮胎轮廓的两侧边的交点分别记为轮胎轮廓侧边的横向坐标w1、w2；y轴与轮胎图像的两侧边的交点分别记为轮胎图像侧边的横向坐标+w0、-w0。
19.进一步，步骤5根据横向坐标识别轮胎的横向偏移位置的具体过程如下：
20.步骤5.1，分别计算轮胎轮廓侧边横向坐标与该坐标同侧轮胎图像侧边横向坐标的距离差值，距离差值分别表示为∣-w0-w1∣、∣w0-w2∣；
21.步骤5.2，对两侧的距离差值进行判断，若距离差值相等，则认为轮胎未发生横向偏移；若距离差值不相等，则认为轮胎发生横向偏移。
22.一种轮胎胎面在传送带上的横向偏移位置识别与纠偏系统，包括：
23.设置于传送带正上方的图像采集系统，所述图像采集系统信号连接
24.计算机处理单元，所述计算机处理单元内置一种轮胎胎面在传送带上的横向偏移位置识别方法，输出传送带上轮胎胎面的横向偏移位置，并根据横向偏移位置输出控制指令至
25.纠偏执行机构，由纠偏执行机构实现对产生横向偏移的轮胎胎面进行纠偏。
26.进一步，纠偏执行机构设置在传送带的末端，纠偏执行机构包括蜗杆、纠偏电动机、贴合鼓，所述蜗杆与贴合鼓刚性连接。
27.进一步，所述图像采集系统采用线扫摄像头，利用线扫摄像头采集传送带及传送带上轮胎胎面图像。
28.进一步，在传送带1的上方设置摄像头支架6，在该摄像头支架6上安装线扫摄像头5。
29.本发明的有益效果：
30.1、本发明所提出的一种轮胎胎面在传送带上的横向偏移位置识别方法，基于计算机视觉与opencv，实现对传送带上的轮胎胎面位置信息的获取，并通过该位置信息，计算轮胎胎面在传送带上的横向偏移位置，以解决传统加工过程中存在的胎面横向位移问题。
31.2、本发明所提出的一种轮胎胎面在传送带上的横向偏移位置识别方法可以通过使用c++语言进行编写，可以在windows系统中直接运行；因此整个方法能够实现应用。
32.3、本技术基于上述识别方法所提出的系统，采用线扫摄像头所摄的所有照片均可用于偏移量的确认，具有识别速度快，识别精度高的特点。
33.4、本系统添加纠偏机构，针对偏移量，通过编写偏移量识别程序，由纠偏执行机构实现精确纠偏，可以有效提高生产效率、减少橡胶原材料的浪费。
附图说明
34.图1本发明一种轮胎胎面在传送带上的横向偏移位置识别方法的流程框图；
35.图2是输入一张图片后，经过处理后的输出图像；
36.图3是输入图2所输入的图片后，输出的图片坐标系、原点坐标系、偏移量；
37.图4是输入一张图片后，经过处理后的输出图像；
38.图5是输入图4所输入的图片后，输出的图片坐标系、原点坐标系、偏移量；
39.图6是输入一张图片后，经过处理后的输出图像；
40.图7是输入图6所输入的图片后，输出的图片坐标系、原点坐标系、偏移量；
41.图8是一种轮胎胎面在传送带上的横向偏移位置识别与纠偏系统结构示意图。
42.图中，1、传送带，2、贴合鼓，3、涡轮，4、电动机，5、线扫摄像头，6、摄像头支架，7、蜗杆。
具体实施方式
43.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
44.如图1所示的一种轮胎胎面在传送带上的横向偏移位置识别方法，包括如下步骤：
45.步骤1、获取传送带上的轮胎胎面图像，对所获取的轮胎胎面图像进行预处理。在本技术中，图像的预处理包括对轮胎胎面图像进行灰度化以及otsu阈值化。首先根据传送带与轮胎胎面灰度值不同，获取轮胎胎面的位置信息。
46.步骤2、利用opencv算法提取预处理后图像上的轮胎胎面轮廓；具体过程如下：
47.利用opencv对图像上轮胎胎面的轮廓进行识别，并运用opencv算法描绘图片中的胎面轮廓，且通过遍历图像上轮胎胎面的所有轮廓，选取最小的包围矩形，即将包围矩形认定为该图像中轮胎胎面的轮廓。
48.步骤3、在轮胎胎面图像上构建图片坐标系，提取图片坐标系下轮胎胎面轮廓的顶点坐标；
49.将图片坐标系转化为原点坐标系，同时将顶点坐标也转换为原点坐标系下的坐标表示。具体过程如下：
50.构建图片坐标系的方法：在轮胎胎面图像上，以传送带方向为x轴，垂直于x轴作y轴，且x轴和y轴均过图像中点。
51.图片坐标系转化为原点坐标系的方法为：将图片坐标系中图像中点作为原点坐标。
52.基于步骤2中提取的轮胎图像上的轮胎胎面轮廓呈矩形，为了便于对轮胎胎面轮廓的描述，故将轮胎胎面轮廓的每个顶点进行标号，分别记为0、1、2、3，其中编号0-1、3-2所对应的是胎面宽度所在边，0-3、0-2所对应的是胎面长度所在的边。
53.步骤4、分别获取原点坐标系下轮胎胎面轮廓上两侧边的横向坐标w1、w2；分别获取坐标系下轮胎胎面图像侧边的横向坐标+w0、-w0；
54.其中，y轴与轮胎胎面轮廓的两侧边的交点分别记为轮胎胎面轮廓侧边的横向坐标w1、w2，其中，w1为负值，表示y轴与左侧轮胎胎面轮廓的交点的y轴坐标；w2为正值，w2表示y轴与右侧轮胎胎面轮廓的交点的y轴坐标；y轴与轮胎胎面图像的两侧边的交点分别记为轮胎胎面图像侧边的横向坐标+w0、-w0。由于在原点坐标系中是以图像中点作为原点，因此原点至轮胎胎面图像的两侧边的距离相同，即∣+w0∣＝∣-w0∣。
55.步骤5、基于轮胎胎面轮廓侧边的横向坐标w1、w2及轮胎胎面图像侧边的横向坐标+w0、-w0对当前图像中轮胎胎面的横向偏移位置进行识别；具体过程如下：
56.步骤5.1，分别计算轮胎胎面廓侧边横向坐标与该坐标同侧轮胎胎面图像侧边横向坐标的距离差值，距离差值分别表示为∣-w0-w1∣、∣+w0-w2∣；
57.步骤5.2，对两侧的距离差值进行判断，若距离差值相等，则认为轮胎胎面未发生横向偏移；若距离差值不相等，则认为轮胎胎面发生横向偏移。
58.步骤6、重复步骤1-5，对传送带上其他轮胎胎面横向偏移位置进行识别。
59.为了更清楚的说明本方法的工作原理，以下结合附图2-7所示的3种具体情况进行说明，如图2所示的第一张轮胎胎面图像，在该图像在原点坐标系下-w0、+w0、w1、w2对应的坐标如图3所示，通过计算左右两侧坐标的距离差值可以得到左偏移为415，右偏移为445，可见该图像中的轮胎胎面相对运输带往左侧偏移了。
60.如图4所示的第二张轮胎胎面图像，在该图像在原点坐标系下-w0、+w0、w1、w2对应的坐标如图5所示，通过计算左右两侧坐标的距离差值可以得到左偏移为257，右偏移为470，可见该图像中的轮胎胎面相对运输带往左侧偏移了。
61.如图6所示的第二张轮胎胎面图像，在该图像在原点坐标系下-w0、+w0、w1、w2对应的坐标如图7所示，通过计算左右两侧坐标的距离差值可以得到左偏移为415，右偏移为248，可见该图像中的轮胎胎面相对运输带往右侧偏移了。
62.结合附图8，基于本技术所提出的一种轮胎胎面在传送带上的横向偏移位置识别方法，本技术还设计出了一种轮胎胎面在传送带上的横向偏移位置识别与纠偏系统，包括：
63.设置于传送带正上方的图像采集系统，所述图像采集系统信号连接
64.处理单元，所述处理单元内置一种轮胎胎面在传送带上的横向偏移位置识别方法，输出传送带上轮胎胎面的横向偏移位置，并根据横向偏移位置输出控制指令至纠偏执行机构，由纠偏执行机构实现对产生横向偏移的轮胎胎面进行纠偏。在本实施例中，可以采用dsp驱动板，由dsp驱动板实现数字图像处理技术，主要应用于电子通信、自动化控制、图形图像处理等领域。dsp芯片主要分为专用dsp芯片与可编程通用dsp芯片。本专利中的dsp芯片主要利用其图形图像领域的功能，对输入的图像进行对应的图像处理，如二值化、阈值化、灰度处理等。
65.进一步，纠偏执行机构包括涡轮、蜗杆，纠偏电动机、贴合鼓等。结合附图8中8a和8b所示的纠偏执行机构结构示意图，纠偏执行机构设置在传送带1的末端，且纠偏执行机构是由贴合鼓2、蜗杆7、涡轮3、电动机4构成，其中，蜗杆7和贴合鼓2刚性连接，当处理单元输出相应的偏离数据后，根据偏离数据驱动电动机4，电动机4带动涡轮3、蜗杆7结构，使贴合鼓2中心轴线与胎面中心轴线保持一致。
66.进一步，所述图像采集系统采用线扫摄像头，利用线扫摄像头采集传送带及传送带上轮胎胎面图像。在本实施例中，在传送带1的上方设置摄像头支架6，在该摄像头支架6上安装线扫摄像头5，由线扫摄像头5对传送带1上的台面图像进行采集。
67.以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。
68.以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术
人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种轮胎胎面在传送带上的横向偏移位置识别方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、获取传送带上的轮胎胎面图像，对所获取的轮胎胎面图像进行预处理；步骤2、利用opencv算法提取预处理后图像上的轮胎轮廓；步骤3、在轮胎图像上构建图片坐标系，提取图片坐标系下轮胎轮廓的顶点坐标；将图片坐标系转化为原点坐标系，同时将顶点坐标也转换为原点坐标系下的坐标表示；步骤4、分别获取原点坐标系下轮胎轮廓上两侧边的横向坐标w1、w2；分别获取坐标系下轮胎图像侧边的横向坐标+w0、-w0；步骤5、基于轮胎轮廓侧边的横向坐标w1、w2及轮胎图像侧边的横向坐标+w0、-w0对当前图像中轮胎的横向偏移位置进行识别；步骤6、重复步骤1-5，对传送带上所有轮胎的横向偏移位置进行识别。2.根据权利要求1所述的一种轮胎胎面在传送带上的横向偏移位置识别方法，其特征在于，所述步骤1中预处理包括图像灰度化处理和otsu阈值化处理，获得灰度图和二值图。3.根据权利要求1所述的一种轮胎胎面在传送带上的横向偏移位置识别方法，其特征在于，步骤2中利用opencv算法遍历图像上轮胎的所有轮廓，选取最小的包围矩形。4.根据权利要求1所述的一种轮胎胎面在传送带上的横向偏移位置识别方法，其特征在于，构建图片坐标系的方法：在轮胎图像上，以传送带方向为x轴，垂直于x轴作y轴，且x轴和y轴均过图像中点。5.根据权利要求4所述的一种轮胎胎面在传送带上的横向偏移位置识别方法，其特征在于，图片坐标系转化为原点坐标系的方法为：将图片坐标系中图像中点作为原点坐标；其中，y轴与轮胎轮廓的两侧边的交点分别记为轮胎轮廓侧边的横向坐标w1、w2；y轴与轮胎图像的两侧边的交点分别记为轮胎图像侧边的横向坐标+w0、-w0。6.根据权利要求5所述的一种轮胎胎面在传送带上的横向偏移位置识别方法，其特征在于，步骤5根据横向坐标识别轮胎的横向偏移位置的具体过程如下：步骤5.1，分别计算轮胎轮廓侧边横向坐标与该坐标同侧轮胎图像侧边横向坐标的距离差值，距离差值分别表示为∣-w0-w1∣、∣w0-w2∣；步骤5.2，对两侧的距离差值进行判断，若距离差值相等，则认为轮胎未发生横向偏移；若距离差值不相等，则认为轮胎发生横向偏移。7.一种轮胎胎面在传送带上的横向偏移位置识别与纠偏系统，其特征在于，包括：设置于传送带正上方的图像采集系统，所述图像采集系统信号连接计算机处理单元，所述计算机处理单元内置一种轮胎胎面在传送带上的横向偏移位置识别方法，输出传送带上轮胎胎面的横向偏移位置，并根据横向偏移位置输出控制指令至纠偏执行机构，由纠偏执行机构实现对产生横向偏移的轮胎胎面进行纠偏。8.根据权利要求7所述的一种轮胎胎面在传送带上的横向偏移位置识别与纠偏系统，其特征在于，纠偏执行机构设置在传送带的末端，纠偏执行机构包括蜗杆、纠偏电动机、贴合鼓，所述蜗杆与贴合鼓刚性连接。9.根据权利要求7所述的一种轮胎胎面在传送带上的横向偏移位置识别与纠偏系统，其特征在于，所述图像采集系统采用线扫摄像头，利用线扫摄像头采集传送带及传送带上轮胎胎面图像。
10.根据权利要求9所述的一种轮胎胎面在传送带上的横向偏移位置识别与纠偏系统，其特征在于，在传送带(1)的上方设置摄像头支架(6)，在该摄像头支架(6)上安装线扫摄像头(5)。

技术总结
本发明公开了一种胎面在传送带上的横向偏移位置识别方法及系统，通过获取传送带上的轮胎胎面图像，基于计算机视觉及OpenCV对轮胎胎面图像进行处理提取轮胎轮廓；并从轮胎图像提取轮胎轮廓的位置坐标，实现对当前图像中轮胎的横向偏移位置进行识别；根据识别结果利用本申请所设计的系统实现对胎面在传送带上高效高精度的纠偏，以解决在传统传送带上由于材料收缩以及受力导致的胎面左右位移，使得胎面加工精度较低的问题。加工精度较低的问题。


技术研发人员：汪若尘 罗小果 丁仁凯 蒋俞 叶青 师旭焕
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：2023.06.05
技术公布日：2023/8/13