激光散斑轮胎无损检测仪的研制

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1、曾启林等澈光散斑轮胎无损检测仪的研制 激光散斑轮胎无损检测仪的研制 曾启林，谢雷，赵志强，黄伟彬，马铁军 ( 广州华工百川自拉科技有限公司t 广东广州5 1 9 6 4 0 ) 擅薹：弁绍激光教斑靶艚无掼检番仪的薪稠情况敲字剪规教斑章鲁胎檀测技术基于澈光散斑效应，利用轮胎在受 蠹光照射后产生干射散斑塌的相关条纹来检测取光束渡之间的相位变化采用精确的相穆技术测量转眙表面的形变 位移导数检涮结果不受轮胎刚体运动的影响，已广泛用于轮胎生产在线检涮 差司：澈光敬斑；轮胎无损检涮F 缺陷 由于轮胎内脱层和气泡缺陷的存在，轮胎高 速行驶时，缺陷处发生剪切应变，导致屈挠生热和 应力集中，并使缺陷不断扩大。如

2、果缺陷在胎面 胶处，极易发生甩胎面事故；如果缺陷在胎体中， 极易发生爆胎事故。这两种缺陷均能导致汽车发 生灾难性事故。从有关部门的统计资料上可看 出，目前高速公路发生的交通事故中2 3 是由轮 胎引起的，而其中7 0 是由轮胎质量造成的。 我国已分别制定了航空轮胎标准G B9 7 4 5 1 9 8 8 、翻新航空轮胎标准G B1 3 6 5 l 一1 9 9 8 和军 用航空轮胎标准G J B1 0 8 B 一1 9 9 8 ，规定无损检测 是必检项目。欧美国家对钢丝子午线轮胎及翻新 轮胎进行无损检测的要求是比较严格的，无损检 测对这些轮胎生产厂家来说是必检项目” ，我国 一些著名的轮胎企业

3、也开始引进国外的激光无损 检测仪，对轮胎进行无损检测。总之，无损检测是 避免内部存在缺陷轮胎出厂装车的唯一方法，是 提高轮胎质量的最有效手段。 由于多数交通事敬的发生与轮胎有直接联 系，为确保汽车行驶安全，轮胎的激光无损检测将 成为确保轮胎质量的必检项目并写入行业标准。 广州华工百川自控科技有限公司研制成功国 内首台激光散斑轮胎无损检测仪，获国家发明专 利3 项、实用新型专利l 项，检测仪性能均能满足 轮胎企业对产品质量检测的要求，可替代进口检 测设备。现简介如下。 l 激光无损检测原理 轮胎激光无损检测技术包括激光全息轮胎无 损检测技术和激光数字剪切散斑轮胎无损检测技 术。激光全息技术应用于

4、轮胎无损检测较早。 激光全息轮胎无损检测技术是采用激光对轮 胎进行检测的一种激光全息干涉计量技术，是非 接触、非破坏性的通过适当的加载手段来测量物 体微小位移及应变的最有效技术。其方法是选定 一相干的H e - N e 激光器作光源，按全息光路布 置，可拍到全息干涉图。 采用真空加载手段使轮胎形变，前后两次曝 光，轮胎加载后的相位和光强就记录在全息干板 上，形成全息干涉图。全息干板经过显影、定影、 水洗、风干之后在激光再现系统上再现，就可观察 到轮胎形变后的干涉条纹。条纹密的地方表示轮 胎形变大，条纹疏的地方表示轮胎形变小，条纹平 滑均匀排布的地方表示轮胎形变正常 2 。依据缺 陷理论及经验：

5、出现缺陷的地方，其干涉条纹必须 是独立存在的，其圆形外与正常干涉条纹有界线， 圆环中条纹的疏密程度表示形变大小，形变大的 条纹密，反之。条绞疏o 。同时。缺陷离表面的深 浅程度与圆环中条纹的粗细有关，条纹粗的缺陷 离表面深，条纹细的缺陷离表面浅。通过全息干 涉图的再现图像，很容易判读出轮胎的缺陷位置 及大小。 ，数字剪切散斑轮胎检测技术是基于激光散斑 效应，利用轮胎在受激光照射后产生干射散斑场 的相关条纹来检测双光束波之间的相位变化0 1 。 由于采用精确的相移技术测量轮胎表面的形变位 移导数，检测结果不受轮胎刚体运动的影响，稳定 可靠，因此剪切散斑轮胎无损检测技术已广泛用 第1 4 届中国轮

6、胎技术研讨会论文集 于轮胎生产在线检测，其原理如图1 所示。 圈1 激光散斑轮胎无掼检测原理示意 1 c c D I2 一激光器| 3 一扩束镜 4 一分光棱镜，5 一反射镜 6 一成像物镜| 7 一带压电陶瓷的反射镜J 8 - - 轮胎 激光数字剪切散斑轮骀无损检测技术同样采 用真空加载手段对轮胎进行加载，通过高分辨率 C C D 摄像系统和精确的相移技术及相位同步算 法，将轮胎变化过程中的应变信息实时记录下来， 应用光电转化技术将光信号转换为数字信号，在 图像处理软件和图像分析软件的计算和分析下， 得到轮胎变形导数的条纹数值，自动计算这些畸 变条纹的面积，并实时显示，使轮胎内部缺陷被准 确

7、地检测出来和快速清晰地在计算机屏幕上显 示，如图2 所示。 田2 剪切戢斑缺陷 剪切散斑缺陷图与全息缺陷条纹图有不同之 处。全息缺陷条纹平滑细致，因为全息照片的干 涉图样具有非常精细的结构，分辨率一般较高。 剪切散斑缺陷图由蝴蝶状缺陷条纹表示，因为它 是形变位移的导数，散斑缺陷条纹图的分辨率较 低。相同之处是出现缺陷的地方，其干涉条纹必 须是独立存在的其圆形外与正常干涉条纹有界 线，圆环中条纹的疏密程度表示形变大小形变大 的条纹就密，反之，条纹就疏。同时缺陷离表面的 深拽程度与圆环中条纹的粗细有关，条纹粗的缺 陷离表面深，条纹细的缺陷离表面浅。通过计算 机图像分析软件很容易将轮胎的缺陷位置及大

8、小 计算出来。 由于激光全息轮胎无损检测技术在轮胎检测 理论、技术，全息记录介质、图像再现、缺陷判定等 方面都有很大发展，已成熟地应用于生产检测之 中。激光数字剪切散斑轮胎无损检测技术是种 对轮胎表面进行无损全场检测的新型技术，是集 现代激光技术、散斑干涉技术、图像采集及处理技 术、计算机技术、精密测试技术于一体的计量检测 技术。它具有实时、全场非接触无损、机构简单、 无需防震装置等优点，被广泛应用于轮胎生产检 测线上。由于采用相移技术，检测结果不受轮胎 刚体运动的影响，故检测仪无需防震装置，为应用 于生产检测线提供技术基础。同时，因为半导体 激光技术的飞速发展，使激光器体积越来越小，检 测头

9、小型化成为可能，检测头集激光器、扩束镜、 C C D 、相移器、成像物镜于一体，使检测头运动自 如，可对轮胎任何部位进行检测。计算机图像处 理及分析系统使轮胎缺陷可直接显示在显示屏幕 上，并能计算缺陷大小，直观快速 “。激光全息技 术与激光散斑技术的检测比较如表1 所示。 衰l 激光全息技术与激光救斑技术的检测比较 2 激光散斑轮胎无损检测仪简介 国内激光散斑轮胎无损检测技术已非常成 熟，轮胎行业应用该检测技术已进人普及阶段，华 工百川是研发设计和推广应用该技术的高新企 业，该公司专为轮胎行业设计生产的全场快速非 曾启林等激光散斑轮胎无损检测仪的研制 接触、非破坏实时显示的激光数字剪切散斑轮胎

10、 无损检测仪如图3 所示。该检测仪采用自动上下 胎装置、轮胎自动定位系统；数字剪切散斑摄像系 统由高分辨率的C C D 、剪切传感器、大功率半导 体激光器及图像处理与分析软件构成I 电气控制 系统由计算机、P L C 、各种传感器及控制软件构 成。广州华工百川公司生产的检测仪有多种规格 型号，其中适合钢丝子午线轮胎及翻新轮胎检测 的是B T J S L N D T S 0 0 ，1 2 0 0 和1 6 0 0 型，可检测整 条轮胎的任何部位，2r a i n 可扫描一个胎冠，缺陷 分辨率为l m m ，可以自动识别缺陷位置和大小， 最大检测轮胎外直径为20 0 0m m 。主机系统采 用全自

11、动化，单检测头可对轮胎进行内拍和外拍， 检测头可作四自由度的运动，可以上下提升、左右 水平移动，水平旋转和上下俯仰，软件带有图像处 理和分析功能，可将检测结果显示、打印、存储。 该检测仪带有轮胎中心自动定位和自动识别功 能，可进行故障报警和自动诊断。 B T J S L N D T l 6 0 0 型激光散斑轮胎无损检测仪由 于采用单检测头，检测头水平移动距离可达7 0 0 m m ，对内直径小于2 0 0r a m 的轮胎可采用外拍方 式，因此适于外直径小于1 6m 的任何轮胎检 测。 田3 激光数字剪切被斑轮胎无损检测倥 B T J S L N D T l 2 0 0 型激光散斑轮胎无损检

12、测 仪适于外直径小于1 2m 的轿车轮胎检测，由于 该检测仪采用双检测头，故检测速度快一倍。对 要求全检的翻新轮胎，该检测仪比较适用，检测速 度可达3 0 条h 。但使用该检测仪一般要求轮 胎胎圈直径较大，因为检测头的俯仰不宜进行调 整。如果只对胎冠进行检测，可配备三检测头，测 一条轮胎只需用5 0s ，大大提高了检测速度。 B T J S L N D T 8 0 0 型激光散斑轮胎无损检测仪 适用于外直径小于8 0 01 1 1 1 1 1 的轿车轮胎检测。最 小内直经为1 5 0t l l m 。可选用双检测头以提高检 测速度。 轮胎的内部缺陷主要是气泡和脱层，是轮胎 在制造和使用过程产生

13、的。在检测过程中，轮胎 由输送带输送到检测室( 即真空系统的容舱) 内进 行真空加载，气泡和脱层等轮胎内部缺陷因外部 气压改变而膨涨，引起轮胎表面产生微小位移形 变，通过激光散斑干涉技术对形变前后两幅图进 行比较处理，就可将轮胎内部的缺陷检测识别 出来。 通常情况下，轮胎胎面部位按圆周3 6 0 。分为 6 1 2 个扇区。在测试周期开始前，轮胎被水平 输送到真空室内。检测探头伸入到轮胎内部自动 定位。该系统具有高度的适应性，可检测不同外 直径及断面高的轮胎，可选外拍方式。由于轮胎 内部缺陷都可以遥过该系统检测出来，达到了很 高的安全标准。尤其是在翻胎行业内，该设备提 供了更高的经济效益，使不

14、合格的胎体在进行预 处理工序前就被剔除出来，避免了无用功、无效工 序及经济上的浪费。轮胎翻新后，该设备可用来 检测轮胎翻新过程是否达到质量控制要求。 B T J S L N D T 系列轮胎无损检测系统充分证 明其良好的功能，无厄楚在轿车轮胎、载重轮胎还 是航空轮胎工业都得到了广泛的应用。这是其它 无损检测技术如激光全息、x 射线、超声渡无法替 代的。 广州华工百埘自控科技有限公司开发的轮胎 检测设备B T J S L N D T 系统是基于公司成熟的激 光检测技术和自控技术，操作系统具有的特点是 基于W i n d o w s 系统基础上的用户友好、操作简易 的运行系统。 尤其B T J S

15、 L N D T 系列，它的设计所基于的 考虑是在检测时不需要连续不断地输人检测参数 以及决定所要应用的检测程序。因此，用户可以 集中精力于所检测的轮胎，注意轮胎的输送决定 是否需要检测胎侧区域。整个过程只须选择检测 类型，设备就会按需要进行检测，不但能自动测出 轮胎的外直径、着舍直径及断面高，将轮胎的参数 传输给P C 并根据这些参数将轮胎定位在输送带 第1 4 届中国轮胎技术研讨会论文集 的中心和移动检测头到轮胎中所需检测的部位， 还可t l 动进行检测并进行图像处理和分析，给出 清晰的检测结果。 在上位机上可实现以下操作：向上移动、向下 移动、向左移动、向右移动、顺时针旋转、逆时针旋 转

16、、C C D 停止移动。自动检测时把合适的轮胎平 放在上胎装置上( 注意要被检测光电开关检测 到) ；设定真空度和扇区数，在检测类型选项内选 择多胎检测或单胎检测，则检测装置自动完成进 胎、C C D 定位、拍照和出胎等功能。自动检测流 程如图4 所示。 轮胎检测功能是该软件的核心，分为手动和 自动检测两种方式。 手动检测功能。在参数设置对话框将 C C D 移动到需要的位置并确认已完成关门、设置 真空度、开激光后，按下检测按钮，程序会自动识 别缺陷，并显示识别结果，见图5 。 圈5 绪果丑示界面 自动检测功能。在设置真空度、扇区号及 检测类型之后，按下主界面中的开始按钮( 见图 6 ) ，程序进行自动检测，所有操作将由P C 机控制 自动执行。 田4 激光无损检测流程 自动运行系统会控制轮胎装载以及在真空舱 内的中心定位，自动测定每一检测扇区探头所处 的位置及相应的轮胎几何尺寸( 包括外直径、内直 径和断面高) 。基本功能包括下述几方面。 ( 1 ) 机械操作 机械操作包括开关激光、抽真空通气、进胎 出