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三維激光智能傳感器正在悄然改變橡膠和輪胎行業
發布時間：2016/9/2 13:41:17 修改時間：2016/9/2 13:41:17 瀏覽次數：2009

圖1：輪胎內部構成

　　隨著汽車廠商對輪胎質量愈來愈嚴格的要求，加上輪胎的復雜構成（見圖1），輪胎制造廠家迫切需要速度快、操作簡單、精度高的測量和檢測裝置，這些裝置可以離線或在線使用，他們不需要或需要很少的停機時間，可以最大程度地避免錯誤判斷的發生。
　　三維激光傳感器正幫助許多在線生產過程提供質量檢測，并且快速反饋生產過程的變化。這些在線過程測量和控制應用包括測量橡膠的厚度和寬度、凹槽位置、正確引導安裝部件以及擠出膠條的拼接完整性和外觀輪廓檢測。對于成品輪胎的幾何尺寸和均勻性檢測，輪廓傳感器提供輪胎側壁和臺面完整的三維點云圖，用于檢測輪胎側壁或者胎面上的微小凹坑和鼓包，以及在輪胎均勻性設備上測量不圓度。同時三維傳感器還可以提供輪胎DOT碼的識別和其它壓印字符的自動追溯功能。
　　通常對于大多數檢測技術而言，橡膠部件和產品的檢測極具挑戰性。橡膠材料都是黑色、未硫化、表面反光、熱且粘性物質。若使用接觸式傳感器測量，表面很容易變形。而電容式傳感器則存在著測量范圍、工作距離太小、測量誤差隨靜電的增長而變大、以及難以精確測量高硅含量的材料等不足之處。同樣，對于激光以及其他光學非接觸式測量技術而言，橡膠輪胎的測量同樣具有著挑戰，如黑色的表面通常無法反射足夠的光信號到傳感器，而且橡膠表面的反射率會隨著紋理的變化而大幅變化。
　　如今這些難題都已經被LMI公司的一體式三維智能傳感器所解決。經過專門設計的Gocator激光測量傳感器，不受材料表面的紋理、顏色、速度及不同環境光的影響。而且通過精準的自動曝光控制，Gocator一體式三維智能傳感器確保了在不同橡膠表面的三維測量都可以實現精準控制。
　　在線測量和控制
　　輪胎制造需要許多不同的部件，每個部件（見圖2）都應被精確地安裝在正確的位置，以確保成品輪胎達到精確的規格和指標。如安裝橡膠膠條和側壁到輥軸上，是通過三維輪廓傳感器來精準控制位置的。它會監測橡膠帶的兩邊邊緣，以亞毫米的精確度確定橡膠帶的中心線，以此確保位置的準確性。

圖2：橡膠膠條尺寸0.5mm（厚）×12.7~25.5mm（寬）

圖3：橡膠擠出斷面檢測

　　復合擠出胎面斷面形狀的測繪（見圖3），既可以為口型板的制造、修理提供實際可靠的依據，減少口型板試驗次數，提高擠出機開機率，又可以將實際胎面斷面形狀與設計形狀進行比較，找出缺陷點，反饋調整擠出機設備，同時對擠出胎面的對稱性、冷卻前后擠出胎面斷面形狀的變化進行分析，在半成品階段就可以對輪胎的均勻性、錐度等重要指標進行監控，防止由于半成品質量的變化而導致成品輪胎質量的波動。
　　如今，一體式三維智能傳感器為輪胎生產過程的檢測和控制提供了理想解決方案。內置豐富的測量工具，可用于確認橡膠條的位置，包括多槽位置、深度測量以及用戶可根據需求自動設置的工具，這些都無需任何額外的測量軟件，只需Gocator內部的測量工具即可完成。同時傳感器內部可以儲存多種不同的參數設置，通過調用不同的設置來快速實現不同輪胎檢測，這對于經常要求切換不同輪胎型號的輪胎制造過程、而又要求縮短停機時間的制造商而言，至關重要。
　　成品輪胎的最終檢驗
　　成品輪胎檢測系統需要檢測小至十微米的凹坑和鼓包，這些缺陷表明輪胎內部有缺陷，并且這些缺陷會發生在胎側的任何位置。為了提高產品質量和安全性，這些小的瑕疵和缺陷必須要用非常可靠的手段來檢測和剔除。同時檢測的速度也十分重要，通常為滿足生產效率的要求，輪胎通過僅旋轉一周來完成全面的質量檢測。
　　由于檢測速度的限制，早期的輪胎側壁檢測系統均采用激光位移傳感器，通過機械方式在側壁上定位出幾個路徑來檢測。這種解決方案有自身的局限性，因為如果缺陷不在這些規劃好的路徑上，則無法被檢測到。
　　隨著測量速度的提高，如今的智能三維線激光傳感器可提供全表面的三維點云幾何數據，用于檢測側壁上所有的細小缺陷，滿足檢測速度的要求。一般在輪胎兩側各使用一個傳感器來檢測，而第三個傳感器常用于檢測胎面的徑向跳動（見圖4）。

圖4：多套Gocator三維傳感器組成的成品輪胎不圓度檢測

　　 輪胎DOT碼自動識別
　　通常輪胎胎側有許多凸起或凹下的字符信息，這些包括輪胎識別碼，以及組裝時跟蹤車輛識別號的DOT碼。傳統的二維圖像和特征識別解決方案是無法用于輪胎胎側的，這是因為黑色的凹凸字符在同樣黑色的輪胎上，沒有足夠好的對比度用于識別。
　　識別側壁字符和編碼的解決方案，通過三維傳感采集三維成像來獲得一個高度圖，這個高度圖可以通過常用的圖像字符識別程序被分析和轉化為字母數據。Gocator智能傳感器支持GenTL驅動，它可以配合常見的視覺圖像處理軟件，從而采集處理和識別這些字符或代碼。
　　在輪胎旋轉的時候，如在均勻性檢查系統中，三維輪廓激光傳感器為自動字符識別提供數據。在輪胎靜止的時候，三維結構光快照式傳感器也可采集三維數據，并為字符識別生成三維高度圖。
　　圖5給出的是一個典型的自動識別輪胎DOT碼的案例。上圖是一個掃描的輪胎側壁（展開圖），下圖顯示三維高度圖的DOT碼，此高度圖生成的字符重疊在目標物的字符上。

　　圖5：輪胎胎面DOT碼字符識別

　　為了保持市場競爭力，輪胎廠家不得不不斷加強產品質量的控制和可靠性，這就需要采用可靠的測量方法，在保證質量的同時，盡量減少停機時間。以高速度、精確度、可靠性著稱的Gocator三維激光傳感器，將會是輪胎廠商增強質量控制、降低制造成本和保持市場競爭力的最佳選擇。
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