CN105034424A - 一种基于像素法的轮胎胎面仿形缠绕方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于像素法的轮胎胎面仿形缠绕方法，包括基于像素法的轮胎胎面仿形缠绕、缠绕胶条的形状控制和开环仿形过程控制三个步骤；所述的基于像素法的胎面仿形缠绕包括轮胎胎面的多维坐标的空间映射的建立和基于像素法的仿形数学模型与算法的建立。本发明的有益效果是：通过新的面向对象的胎面形状的模型构建，可以解决任何胎面缠绕工艺允许的胎面形状描述问题，完全满足卡车轮胎，农用轮胎，工程轮胎，异形轮胎的斜交轮胎和子午轮胎的胎面缠绕工艺的数学模型精度要求。仿形出的胎面厚度误差小于1.5mm，胎侧两端误差小于3mm，胎面重量误差在0.5%以内。

Description

一种基于像素法的轮胎胎面仿形缠绕方法

技术领域

本发明涉及轮胎制造领域，具体为一种基于像素法的轮胎胎面仿形缠绕方法。

技术背景

传统的缠绕机大多采用基于厚度测量的闭环缠绕原理实现，但是由于橡胶的特性和缠绕毛胚的不稳定性，使得厚度的检测存在不确定的系统误差，因此胎面缠绕胶料的重量和轮胎外形得不到保证，从而影响轮胎的成品率和质量。

发明内容

为解决上述不足，本发明公开一种基于像素法的轮胎胎面仿形缠绕方法，该方法在解决轮胎胎面制作时缠绕胶料的重量和轮胎外形质量难以控制和轮胎的成品率较低的问题效果良好，并且生成的轮胎胎面重量和厚度误差极小，完全能满足各类轮胎胎面缠绕工艺的精度要求。

实现本发明目的的技术方案是：

一种基于像素法的轮胎胎面仿形缠绕方法，包括基于像素法的轮胎胎面仿形缠绕、缠绕胶条的形状控制和开环仿形过程控制三个步骤。

因胎面厚度实时检测的闭环控制仿形不适应以基于精确胶条形状控制为基础的开环控制集群仿形系统，所以本发明从胎面数学模型构建开始到控制策略实施进行了全面的重新构建，所述的基于像素法的轮胎胎面仿形缠绕具体步骤如下：

（1）轮胎胎面的多维坐标的空间映射的建立

采用面向对象的方式描述轮胎胎面的形状，按数组P来描述其结构：数组P由横坐标点L，纵坐标点H，横坐标点校正L_m，纵坐标点校正H_m，层数Layer组成，胎面形状通过输入一组从P₁（L₁，H₁，L_m1，H_m2，Layer₁）_、P_2、P₃……P_i……P_N（L_N，H_N，L_mN，H_mN，Layer_N）表达，每一个数组P表示在仿形过程中的一层，利用坐标点之间的直线连接勾勒出轮胎胎面仿形的形状，轮胎胎面仿形缠绕过程中的每一层由相邻的两层的封闭区域构成，两个数组构成的封闭空间就是需要仿形缠绕的区域；

（2）基于像素法的仿形数学模型和算法的建立

将胎面形状，胶条形状表示的组数P映射到两个像素空间矩阵，这两个像素空间矩阵是步骤1中所述的P_i，P_i+1，其中0<i<N；用像素模拟软体胶条在缠绕过程中的堆积规律，建立堆积算法，该堆积算法如下所述：当第N圈胶条堆积仿形完成后，根据第i圈胶条堆积生成胎面形状，仿形出第i+1圈胶条在仿形第i圈缠绕位置，并自动优化搜索步进的认知规律，同时建立自动搜索的优化步进算法，胎面缠绕仿形仿真过程以层为单位，从起始位置开始，通过堆积仿形算法和自动搜索优化步进算法，仿真出轮胎胎面缠绕所需的每一个步骤，并计算出该层需要缠绕的圈速。

由于缠绕线的机头比较特殊，原有胶条挤出压片系统无法检测出流道压力，不能通过压力来控制挤出机的转速，从而影响胶条的形状的稳定性。本发明所述的缠绕胶条的形状控制就是通过一体式压片机机头，以CCD传感器实时检测胶条的宽度和智能PID算法，保证单位时间胶条重量误差在每分钟0.3%以内，稳定胶条形状和重量为开环仿形缠绕打下良好的基础。

所述的开环仿形过程控制是缠绕机以高精度伺服电机作为执行机构，根据仿真算法计算出的步距和圈数实现控制仿形的缠绕过程，胶条在缠绕机头的牵引下在轮胎胚胎上进行螺旋式的贴合，最终缠绕出设定形状的胎面外形。

所述的自动搜索优化步进算法采用现有的算法。

所述的轮胎缠绕方法采用现有的轮胎制作方法。

本发明的有益效果是：通过新的面向对象的胎面形状的模型构建，可以解决任何胎面缠绕工艺允许的胎面形状描述问题，完全满足卡车轮胎，农用轮胎，工程轮胎，异形轮胎的斜交轮胎和子午轮胎的胎面缠绕工艺的数学模型精度要求。仿形出的胎面厚度误差小于1.5mm，胎侧两端误差小于3mm，胎面重量误差在0.5%以内。

附图说明

图1是本发明的缠绕机机头在胎面的运动轨迹示意图；

图2是本发明中胶条螺叠变形后的结构仿真示意图；

图3是本发明中轮胎胎面仿形仿真截面图。

图中，1.缠绕机机头　2.轮胎基体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明内容作进一步的说明，但不是对本发明的限定。

一种基于像素法的轮胎胎面仿形缠绕方法，包括基于像素法的胎面仿形缠绕、缠绕胶条的形状控制和开环仿形过程控制三个步骤。

所述的基于像素法的轮胎胎面仿形缠绕具体步骤如下：

（1）轮胎胎面的多维坐标的空间映射的建立

采用面向对象的方式描述轮胎胎面的形状，按数组P来描述其结构：数组P由横坐标点L，纵坐标点H，横坐标点校正L_m，纵坐标点校正H_m，层数Layer组成，胎面形状通过输入一组从P₁（L₁，H₁，L_m1，H_m2，Layer₁）_、P_2、P₃……P_i……P_N（L_N，H_N，L_mN，H_mN，Layer_N）表达，每一个数组P表示在仿形过程中的一层，利用坐标点之间的直线连接勾勒出轮胎胎面仿形的形状，轮胎胎面仿形缠绕过程中的每一层由相邻的两层的封闭区域构成，两个数组构成的封闭空间就是需要仿形缠绕的区域；

（2）基于像素法的仿形数学模型和算法的建立

将胎面形状，胶条形状表示的组数P映射到两个像素空间矩阵，这两个像素空间矩阵是步骤1中所述的P_i，P_i+1，其中0<i<N；用像素模拟软体胶条在缠绕过程中的堆积规律，建立堆积算法，该堆积算法如下所述：当第N圈胶条堆积仿形完成后，根据第i圈胶条堆积生成胎面形状，仿形出第i+1圈胶条在仿形第i圈缠绕位置，并自动优化搜索步进的认知规律，同时建立自动搜索的优化步进算法，胎面缠绕仿形仿真过程以层为单位，从起始位置开始，通过堆积仿形算法和自动搜索优化步进算法，仿真出轮胎胎面缠绕所需的每一个步骤，并计算出该层需要缠绕的圈速。

所述的缠绕胶条的形状控制就是通过一体式压片机机头，以CCD传感器实时检测胶条的宽度和智能PID算法，保证单位时间胶条重量误差在每分钟0.3%以内。

所述的开环仿形过程控制是缠绕机以高精度伺服电机作为执行机构，根据仿真算法计算出的步距和圈数实现控制仿形的缠绕过程，胶条在缠绕机头的牵引下在轮胎胚胎上进行螺旋式的贴合，最终缠绕出设定形状的胎面外形。

所述的自动搜索优化步进算法采用现有的算法。

所述的轮胎缠绕方法采用现有的轮胎制作方法。

当执行结果满足生产要求时，流程结束；当执行结果不能满足生产要求，系统修改参数反馈给输入参数环节。这样的闭环控制能精确控制胶条的重量和形状。

如图1所示，轮胎基体2与缠绕机机头1的位置关系如图1所示，轮胎基体2在做旋转运动，在旋转过程中缠绕机机头1将胶条缠绕在轮胎基体2上。

如图2所示，采用本发明方法制作的轮胎结构如图2所示，仿形出的胎面厚度误差小于1.5mm，胎侧两端误差小于3mm，胎面重量误差在0.5%以内，提高了轮胎生产的合格率。

如图3所示，本发明轮胎胎面仿形仿真截面各像素点图如3下所示，每一层堆叠缠绕完成后都会对下一层有指导作用，轮胎胎面生产系统可以自动优化搜索步进的认知规律，同时建立自动搜索的优化步进算法。通过堆积仿形算法和自动搜索优化步进算法，仿真出轮胎胎面缠绕所需的每一个步骤，并计算出该层需要缠绕的圈速。

Claims (1)

1.一种基于像素法的轮胎胎面仿形缠绕方法，其特征在于：包括基于像素法的轮胎胎面仿形缠绕、缠绕胶条的形状控制和开环仿形过程控制三个步骤；

所述基于像素法的轮胎胎面仿形缠绕具体步骤如下：

（1）轮胎胎面的多维坐标的空间映射的建立

采用面向对象的方式描述轮胎的胎面形状，按数组P来描述其结构：数组P由横坐标点L，纵坐标点H，横坐标点校正L_m，纵坐标点校正H_m，层数Layer组成，胎面形状通过输入一组从P_1、P_2、P₃……P_i……P_N表达，每一个数组P表示在仿形过程中的一层，利用坐标点之间的直线连接勾勒出轮胎胎面仿形的形状，轮胎胎面仿形缠绕过程中的每一层由相邻的两层的封闭区域构成，两个数组构成的封闭空间就是需要仿形缠绕的区域；

（2）基于像素法的仿形数学模型和算法的建立

将胎面形状，胶条形状表示的组数P映射到两个像素空间矩阵，这两个像素空间矩阵是步骤（1）中所述的P_i，P_i+1，其中0<i<N；用像素模拟软体胶条在缠绕过程中的堆积规律，建立堆积算法，该堆积算法如下所述：当第N圈胶条堆积仿形完成后，根据第i圈胶条堆积生成胎面形状，仿形出第i+1圈胶条在仿形第i圈缠绕位置，并自动优化搜索步进的认知规律，同时建立自动搜索的优化步进算法，胎面缠绕仿形仿真过程以层为单位，从起始位置开始，通过堆积仿形算法和自动搜索优化步进算法，仿真出轮胎胎面缠绕所需的每一个步骤，并计算出该层需要缠绕的圈速；

所述的缠绕胶条的形状控制就是通过一体式压片机机头，以CCD传感器实时检测胶条的宽度和智能PID算法，保证单位时间胶条重量误差在每分钟0.3%以内；

所述的开环仿形过程控制是缠绕机以高精度伺服电机作为执行机构，根据仿真算法计算出的步距和圈数实现控制仿形的缠绕过程，胶条在缠绕机头的牵引下在轮胎胚胎上进行螺旋式的贴合，最终缠绕出设定形状的胎面外形。