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三维激光智能传感器正在悄然改变橡胶和轮胎行业
发布时间：2016/9/2 13:41:17 修改时间：2016/9/2 13:41:17 浏览次数：1653

图1：轮胎内部构成

　　随着汽车厂商对轮胎质量愈来愈严格的要求，加上轮胎的复杂构成（见图1），轮胎制造厂家迫切需要速度快、操作简单、精度高的测量和检测装置，这些装置可以离线或在线使用，他们不需要或需要很少的停机时间，可以最大程度地避免错误判断的发生。
　　三维激光传感器正帮助许多在线生产过程提供质量检测，并且快速反馈生产过程的变化。这些在线过程测量和控制应用包括测量橡胶的厚度和宽度、凹槽位置、正确引导安装部件以及挤出胶条的拼接完整性和外观轮廓检测。对于成品轮胎的几何尺寸和均匀性检测，轮廓传感器提供轮胎侧壁和台面完整的三维点云图，用于检测轮胎侧壁或者胎面上的微小凹坑和鼓包，以及在轮胎均匀性设备上测量不圆度。同时三维传感器还可以提供轮胎DOT码的识别和其它压印字符的自动追溯功能。
　　通常对于大多数检测技术而言，橡胶部件和产品的检测极具挑战性。橡胶材料都是黑色、未硫化、表面反光、热且粘性物质。若使用接触式传感器测量，表面很容易变形。而电容式传感器则存在着测量范围、工作距离太小、测量误差随静电的增长而变大、以及难以精确测量高硅含量的材料等不足之处。同样，对于激光以及其他光学非接触式测量技术而言，橡胶轮胎的测量同样具有着挑战，如黑色的表面通常无法反射足够的光信号到传感器，而且橡胶表面的反射率会随着纹理的变化而大幅变化。
　　如今这些难题都已经被LMI公司的一体式三维智能传感器所解决。经过专门设计的Gocator激光测量传感器，不受材料表面的纹理、颜色、速度及不同环境光的影响。而且通过精准的自动曝光控制，Gocator一体式三维智能传感器确保了在不同橡胶表面的三维测量都可以实现精准控制。
　　在线测量和控制
　　轮胎制造需要许多不同的部件，每个部件（见图2）都应被精确地安装在正确的位置，以确保成品轮胎达到精确的规格和指标。如安装橡胶胶条和侧壁到辊轴上，是通过三维轮廓传感器来精准控制位置的。它会监测橡胶带的两边边缘，以亚毫米的精确度确定橡胶带的中心线，以此确保位置的准确性。

图2：橡胶胶条尺寸0.5mm（厚）×12.7~25.5mm（宽）

图3：橡胶挤出断面检测

　　复合挤出胎面断面形状的测绘（见图3），既可以为口型板的制造、修理提供实际可靠的依据，减少口型板试验次数，提高挤出机开机率，又可以将实际胎面断面形状与设计形状进行比较，找出缺陷点，反馈调整挤出机设备，同时对挤出胎面的对称性、冷却前后挤出胎面断面形状的变化进行分析，在半成品阶段就可以对轮胎的均匀性、锥度等重要指标进行监控，防止由于半成品质量的变化而导致成品轮胎质量的波动。
　　如今，一体式三维智能传感器为轮胎生产过程的检测和控制提供了理想解决方案。内置丰富的测量工具，可用于确认橡胶条的位置，包括多槽位置、深度测量以及用户可根据需求自动设置的工具，这些都无需任何额外的测量软件，只需Gocator内部的测量工具即可完成。同时传感器内部可以储存多种不同的参数设置，通过调用不同的设置来快速实现不同轮胎检测，这对于经常要求切换不同轮胎型号的轮胎制造过程、而又要求缩短停机时间的制造商而言，至关重要。
　　成品轮胎的最终检验
　　成品轮胎检测系统需要检测小至十微米的凹坑和鼓包，这些缺陷表明轮胎内部有缺陷，并且这些缺陷会发生在胎侧的任何位置。为了提高产品质量和安全性，这些小的瑕疵和缺陷必须要用非常可靠的手段来检测和剔除。同时检测的速度也十分重要，通常为满足生产效率的要求，轮胎通过仅旋转一周来完成全面的质量检测。
　　由于检测速度的限制，早期的轮胎侧壁检测系统均采用激光位移传感器，通过机械方式在侧壁上定位出几个路径来检测。这种解决方案有自身的局限性，因为如果缺陷不在这些规划好的路径上，则无法被检测到。
　　随着测量速度的提高，如今的智能三维线激光传感器可提供全表面的三维点云几何数据，用于检测侧壁上所有的细小缺陷，满足检测速度的要求。一般在轮胎两侧各使用一个传感器来检测，而第三个传感器常用于检测胎面的径向跳动（见图4）。

图4：多套Gocator三维传感器组成的成品轮胎不圆度检测

　　 轮胎DOT码自动识别
　　通常轮胎胎侧有许多凸起或凹下的字符信息，这些包括轮胎识别码，以及组装时跟踪车辆识别号的DOT码。传统的二维图像和特征识别解决方案是无法用于轮胎胎侧的，这是因为黑色的凹凸字符在同样黑色的轮胎上，没有足够好的对比度用于识别。
　　识别侧壁字符和编码的解决方案，通过三维传感采集三维成像来获得一个高度图，这个高度图可以通过常用的图像字符识别程序被分析和转化为字母数据。Gocator智能传感器支持GenTL驱动，它可以配合常见的视觉图像处理软件，从而采集处理和识别这些字符或代码。
　　在轮胎旋转的时候，如在均匀性检查系统中，三维轮廓激光传感器为自动字符识别提供数据。在轮胎静止的时候，三维结构光快照式传感器也可采集三维数据，并为字符识别生成三维高度图。
　　图5给出的是一个典型的自动识别轮胎DOT码的案例。上图是一个扫描的轮胎侧壁（展开图），下图显示三维高度图的DOT码，此高度图生成的字符重叠在目标物的字符上。

　　图5：轮胎胎面DOT码字符识别

　　为了保持市场竞争力，轮胎厂家不得不不断加强产品质量的控制和可靠性，这就需要采用可靠的测量方法，在保证质量的同时，尽量减少停机时间。以高速度、精确度、可靠性著称的Gocator三维激光传感器，将会是轮胎厂商增强质量控制、降低制造成本和保持市场竞争力的最佳选择。
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