基于DLP器件的輪胎成型機用激光標線裝置及其校準方法與流程

本發明涉及電氣設備及電氣工程技術領域，尤其涉及一種基于dlp器件的輪胎成型機用激光標線裝置及其校準方法。

背景技術：

如圖5所示，原有裝置采用左中右共3個激光燈，其中把中間位置的激光燈定義為零位激光燈，該激光燈固定不動，作為零位標線，左右位置的2個激光燈與機械傳動機構相連，由電動機的正反轉運動改變左右激光燈的標線位置，左中右3個激光燈會在輪胎成型機的工作面上投射出3條平行的激光標線，從而作為對輪胎成型機上料及貼合工序操作質控的基準線。原有裝置采用2組電源供電，其中的直流電源負責給控制電路和電機驅動電路提供穩定的直流電壓，左中右共3個激光燈由專用的激光燈電源提供恒流源，控制電路接收來自輪胎成型機主控制器(plc或工控機)現場總線的命令數據，計算出左右2個激光燈的標線位置數據，給驅動電路發出控制脈沖信號，控制電動機的正反轉運動，并接收來自位置傳感器的實時位置反饋信號，實現與輪胎成型機主控制器總線聯網功能和激光標線準確定位功能。

校準方法具體步驟如下：

①將激光標線裝置安裝在輪胎成型機工作面上方的龍門架位置，通過調整裝置的安裝固定螺栓來保證激光標線裝置與成型機工作面之間的機械平行度。

②激光標線裝置上電，裝置自檢完畢后，左中右3個激光燈開始工作，在輪胎成型機的工作面上投射出3條平行的激光標線，通過調整裝置的激光燈座固定螺栓來保證3條激光標線的平行度。

③激光標線裝置接收來自輪胎成型機主控制器(plc或工控機)現場總線的命令數據，電動機通過機械傳動機構帶動左右2個激光燈走到定位寬度。

④安裝人員現場測量出成型機工作面內激光標線的實際定位寬度la，并根據現場總線的命令定位寬度l0計算出該定位寬度下的校準值δl＝la-l0

⑤根據輪胎成型機對激光標線裝置定位寬度數組元素數目n的工藝要求，重復執行③-④步驟n次，得到一個對應于n個定位寬度下的包含n個數組元素的校準值δl[n]列表。

⑥根據校準值δl[n]列表數組修改輪胎成型機主控制器(plc或工控機)程序，將校準后的命令定位寬度lb經現場總線傳送給激光標線裝置。

現有的校準方法存在以下缺點：

①根據輪胎成型機對激光標線裝置定位寬度數組元素數目n的工藝要求，需要安裝人員現場測量出成型機工作面內激光標線的n個實際定位寬度l數值，安裝人員現場手工測量的數據量較大，手工測量的人為因素很難保證數據準確度和數據精度。

②需要安裝人員現場根據校準值δl[n]列表數組修改輪胎成型機主控制器(plc或工控機)程序，為了實現校準激光標線裝置定位寬度的功能，每一臺輪胎成型機主控制器程序都必須在安裝現場修改，加大了設備安裝和后期維修保養的難度。

③機械傳動機構長期運行存在磨損問題，會造成工作面內激光標線的實際定位寬度la數值發生改變，需要定期進行校準，存在費工費時的問題，直接影響輪胎成型機的生產效率。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服上述技術的不足，而提供一種基于dlp器件的輪胎成型機用激光標線裝置及其校準方法，從根本上解決上述機械傳動式激光標線方法固有缺陷的技術目的。

本發明為實現上述目的，采用以下技術方案：

一種基于dlp器件的輪胎成型機用激光標線裝置，其特征在于:包括主控cpu控制單元、dlp數字控制單元、紅綠藍三基色激光電源、紅綠藍三基色激光燈、dmd數字微鏡成像單元、光學投影成像鏡頭以及多路輸出直流穩壓電源；

所述主cpu控制單元用于接收輪胎成型機主控制器發來的現場總線命令數據，并根據該命令數據計算出激光標線的投影圖案數字視頻原始數據；

所述dlp數字控制單元用于接收主cpu控制單元的數字視頻原始數據，生成dmd數字微鏡成像單元所需要的數據信號和控制信號，并驅動dmd數字微鏡成像單元工作，同時dlp數字控制單元還用于控制所述紅綠藍三基色激光電源的輸出狀態，驅動所述紅綠藍三基色激光燈工作，在所述dmd數字微鏡成像單元上顯示出高清晰度的數字視頻原始圖像；

所述光學投影成像鏡頭用于接收dmd數字微鏡成像單元的數字視頻原始圖像并生產所需要的投影圖案，輸出到輪胎成型機的工作面上；

所述多路輸出直流穩壓電源用于為主控cpu控制單元、dlp數字控制單元、紅綠藍三基色激光電源、dmd數字微鏡成像單元分別供電。

優選地，所述dlp數字控制單元由主控制器和從控制器構成，每個控制器各獨自配置并行閃存，主控制器和從控制器共同生成所述dmd數字微鏡成像單元所需要的數據信號和控制信號。

一種基于dlp器件的輪胎成型機用激光標線校準方法，其特征在于：包括以下步驟：①將上述權利要求1和2的激光標線裝置安裝在輪胎成型機工作面上方的龍門架位置，通過調整裝置的安裝固定螺栓來保證激光標線裝置與成型機工作面之間的機械平行度；

②將高分辨率工業相機安裝在輪胎成型機工作面上方的龍門架位置，通過調整相機的安裝固定螺栓來保證高分辨率工業相機與成型機工作面之間的機械平行度；

③激光標線裝置上電，裝置自檢完畢后，在輪胎成型機工作面上投射出3條平行的激光標線，通過調整裝置的光學投影鏡頭來保證3條激光標線的成像清晰度；

④安裝人員在輪胎成型機工作面安裝3個mark點，其中markorg＝輪胎成型機工作面坐標原點標記，markxmax＝輪胎成型機工作面x軸坐標最大值標記，markymax＝輪胎成型機工作面y軸坐標最大值標記；

⑤高分辨率工業相機上電，安裝人員按下激光標線裝置的校準按鈕，標線裝置進入自動校準狀態，根據dmd器件的數字微鏡成像平面的x軸像素最大值dlpxmax和y軸像素最大值dlpymax，逐點依次點亮n個像素點(n＝dlpxmax*dlpymax)，其間每點亮1個像素點后，標線裝置就會由通訊電纜給高分辨率工業相機發送捕捉命令，高分辨率工業相機會將該像素點的成像坐標(xcpixel，ycpixel)回傳給標線裝置；

⑥自動校準狀態結束后，激光標線裝置會收到數字微鏡成像平面n個像素點(n＝dlpxmax*dlpymax)的成像坐標(xcpixel，ycpixel)數據，該數據為包含n個元素的2維數組，激光標線裝置會收到3個mark點的成像坐標(xcorg，ycorg)、(xcxmax，ycxmax)、(xcymax，ycymax)數據，標線裝置會根據上述數值自動計算出每一個數字微鏡成像平面像素點在輪胎成型機工作面上的實際成像坐標(xbpixel，ybpixel)；

⑦將n個實際成像坐標(xbpixel，ybpixel)n保存在dlp激光標線裝置中，當裝置接收到輪胎成型機主控制器發來的現場總線命令數據后，就可以根據(xbpixel，ybpixel)n數組選定需要點亮的dmd微鏡像素點，形成dmd微鏡面原始圖像，再經光學成像鏡頭投影到輪胎成型機工作面上，顯示出準確的激光標線圖像。

本發明的有益效果是:本裝置具有以下優點：

①新方法不存在機械傳動機構，長期運行沒有磨損問題，基本不需要潤滑和校準。

②新方法采用dlp光學成像投影方法取代機械傳動投影方法，響應速度可以達到毫秒級，激光標線具備高速定位能力，從根本上克服了機械傳動式激光標線方法響應速度慢的缺點，可以滿足新型輪胎成型機對激光標線器高響應速度的技術要求，達到提高成型機單班成品數量的目的。

③新方法可以用軟件很方便地生成任意顏色的激光標線，維護人員不需要更換不同顏色的激光燈，免除了激光燈更換及準直度調整工序，能夠提高輪胎成型機的生產效率。

④新方法可以用軟件很方便地實現激光標線的同步及異步開合功能，不需要更換任何硬件。

附圖說明

圖1為本發明的電路原理框圖；

圖2為本發明的電路原理圖；

圖3為本發明的校準方法原理圖；

圖4為本發明的工作流程圖；

圖5為現有技術的電路原理圖。

具體實施方式

下面結合附圖及較佳實施例詳細說明本發明的具體實施方式。如圖1所示，一種基于dlp器件的輪胎成型機用激光標線裝置，包括主控cpu控制單元、dlp數字控制單元、紅綠藍三基色激光電源、紅綠藍三基色激光燈、dmd數字微鏡成像單元、光學投影成像鏡頭以及多路輸出直流穩壓電源；主控cpu控制單元(hostcpu)內部的cpucore負責接收輪胎成型機主控plc的現場總線(fieldbus)命令信號，并生成總線應答信號，實現總線實時通訊功能，同時cpucore還需要根據現場總線命令數據計算出激光標線的投影圖案數字視頻原始數據，并通過hostcpu內部的hdmi模塊和dp模塊發送給數字視頻接收器(digitalreceiver)，digitalreceiver將該數字視頻解碼后發送視頻數據信號給現場可編程門陣列(fpga)電路，fpga產生dlp數字控制單元所需要的數據信號(mp1-abc、mp2-abc、sp1-abc、sp2-abc)和控制信號(mp1-clk、mp1-sync、sp1-clk、sp1-sync)，dlp數字控制單元由主控制器(dlpmastercontrol)和從控制器(dlpslavecontrol)共2個控制電路構成，其中dlpmastercontrol接收hostcpu的usb和i2c控制數據，dlpslavecontrol通過scl0\sda0接收dlpmastercontrol的控制數據，每個dlp數字控制器各自獨立配置并行閃存(parallelflash)，使用jtag調試器，dlpmastercontrol和dlpslavecontrol共同生成數字微鏡成像單元(dmddevice)所需要的數據信號(dmd-a/b)和控制信號(ssp)，并通過flex電纜驅動dmddevice工作，同時dlpmastercontrol還生成rgb-en信號和rgb-pwm信號，用于控制紅綠藍三基色激光電源的輸出狀態，驅動三基色激光燈工作，從而在dmd微鏡器件上顯示出高清晰度的數字視頻原始圖像。圖3中的電源管理(powermangement)模塊負責給hostcpu、dlpmastercontrol(dlp-m)、dlpslavecontrol(dlp-s)、fpga、parallelflash和激光燈(laser)電源提供所需的各種規格直流電壓。

如圖3所示，①a平面為數字光處理dlp激光標線裝置內部的dmd數字微鏡成像器件鏡面，b平面為a平面經光學成像鏡頭投影到輪胎成型機工作面上的激光標線顯示面，c平面為高分辨率工業相機檢測區域，其中c平面完全包含b平面。

②b平面中設置3個mark點，其中markorg＝b平面坐標原點標記，markxmax＝b平面x軸坐標最大值標記，markymax＝b平面y軸坐標最大值標記，這3個mark點定義了激光標線顯示面xy坐標系的范圍。

③a平面dmd數字微鏡成像器件鏡面中任意1個像素點經光學成像鏡頭投影到b平面后會得到唯一的b平面實際成像坐標值(xbpixel,ybpixel),該像素b平面坐標值被高分辨率工業相機檢測讀取得到對應的c平面坐標(xcpixel,ycpixel),并傳送給dlp激光標線裝置。

④根據dmd數字微鏡成像器件鏡面的x軸像素最大值dlpxmax和y軸像素最大值dlpymax，逐點依次點亮n個像素點(n＝dlpxmax*dlpymax)，相機讀取到n個像素點的c平面坐標(xcpixel，ycpixel)n并傳送給dlp激光標線裝置，標線裝置生成包含dmd微鏡所有像素點的c平面坐標數據，該數據為包含n個元素的2維數組。

⑤高分辨率工業相機讀取3個mark點的c平面成像坐標(xcorg，ycorg)、(xcxmax，ycxmax)、(xcymax，ycymax)數據并傳送給dlp激光標線裝置。

⑥dlp激光標線裝置根據上述數據計算出dmd數字微鏡鏡面a平面中每一個像素點在激光標線顯示b平面上的實際成像坐標值(xbpixel，ybpixel)。

計算公式如下：

xbpixel＝(xcpixel×lxcmax)/(xcxmax-xcorg)

ybpixel＝(ycpixel×lycmax)/(ycxmax-ycorg)

其中：

lxcmax＝c平面中標記點markxmax至標記點markorg之間的x軸實際距離

lycmax＝c平面中標記點markymax至標記點markorg之間的y軸實際距離

⑦n個像素點的b平面實際成像坐標值(xbpixel，ybpixel)n數組保存在dlp激光標線裝置中，當裝置接收到輪胎成型機主控制器(plc或工控機)發來的現場總線命令數據后，就可以根據(xbpixel，ybpixel)n數組選定需要點亮的dmd微鏡像素點，形成a平面的dmd微鏡面原始圖像，再經光學成像鏡頭投影到輪胎成型機工作面上，顯示出準確的激光標線圖像。

本發明提出的基于dlp器件的輪胎成型機用激光標線校準方法，克服了原有的機械傳動式激光標線裝置的校準方法的技術缺陷，具體如下：

①原有方法需要安裝人員根據輪胎成型機對激光標線裝置定位寬度數組元素數目n的工藝要求，現場測量出成型機工作面內激光標線的n個實際定位寬度l數值，安裝人員現場手工測量的數據量較大，手工測量的人為因素很難保證數據準確度和數據精度，新方法只需要安裝人員手工安裝3個mark標志(markorg，markxmax，markymax)，并且只需要安裝人員手工測量2個數據(lxcmax，lycmax),校準工作由激光標線裝置和高分辨率工業相機自動完成，極大地降低了安裝人員現場手工測量的數據量，同時也極大地降低了人為因素導致校準數據錯誤的發生幾率，新方法可以保證數據準確度和數據精度。

②原有方法需要安裝人員現場根據校準值δl[n]列表數組修改輪胎成型機主控制器(plc或工控機)程序，為了實現校準激光標線裝置定位寬度的功能，每一臺輪胎成型機主控制器程序都必須在安裝現場修改，加大了設備安裝和后期維修保養的難度，新方法的實際成像坐標值(xbpixel，ybpixel)n數組保存在dlp激光標線裝置中，實現了激光標線裝置自我校準功能，不需要修改輪胎成型機主控制器程序，降低了設備安裝和后期維修保養的難度。

③原有方法因為機械傳動機構長期運行存在磨損問題，會造成工作面內激光標線的實際定位寬度la數值發生改變，需要定期進行校準，存在費工費時的問題，直接影響輪胎成型機的生產效率，新方法沒有機械傳動機構，不存在磨損問題，只要不更改安裝位置，基本上不需要定期校準，保證了輪胎成型機的生產效率。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。