朱玲青

（雙錢集團（江蘇）輪胎有限公司，江蘇 如皋 226500）

工程輪胎不圓度檢測機的研究

Research of ellipticity testing machine for engineering tire

朱玲青

（雙錢集團（江蘇）輪胎有限公司，江蘇 如皋 226500）

介紹工程輪胎不圓度進行精確檢測的一種方法。說明了激光距離傳感器的工作原理和檢測方法，通過激光距離傳感器的使用、數(shù)據(jù)采集軟件應用以及制作的簡易校正工裝驗證，得到了精確的輪胎不圓度跳動數(shù)據(jù)。

輪胎；不圓度；激光距離傳感器

不圓度是輪胎的重要檢測指標之一。橡膠性能和輪胎加工工藝的限制造成輪胎外緣尺寸的不均勻，外緣尺寸較大的載重輪胎更為突出。輪胎外緣尺寸均勻性差會影響車輛的駕駛性能，降低乘坐舒適性，并使輪胎表秒磨損不均勻，從而縮短輪胎的使用壽命。此外，不圓度數(shù)值大的輪胎往往噪聲也會增大。

本工作利用激光距離傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對工程輪胎主要不圓度指標（徑向跳動和側向跳動）進行檢測。

1 檢測方法

本方法為基于測距原理的非接觸式檢測，將一個激光距離傳感器固定在可移動平臺上，分別對準胎冠、胎肩和胎側等檢測部位。在不施加負荷的情況下，由變頻電機設定的頻率值輸出轉速從而轉動輪胎，記錄輪胎旋轉過程中激光距離傳感器所測到的距離數(shù)值，一共是4 096個數(shù)據(jù)點。通過不圓度測試軟件處理數(shù)據(jù)并繪制成曲線，便可直觀地看到輪胎不同部位的尺寸不均勻情況，相應曲線的最大值與最小值之差就是徑向跳動或側向跳動的數(shù)值。

2 檢測系統(tǒng)

2.1 檢測原理

本試驗設備使用的激光距離傳感器型號為LDSm 90/45，LMI公司產(chǎn)品，距離檢測范圍67.5~112.5 mm，輸出電流信號0～20 mA，對輪胎不圓度檢測來說非常理想。如圖1所示，采用激光點光源測頭作為測量工具，其光點位敏元件PSD器件作為位置探測器。安裝在縮束透鏡組后的半導體激光器LD發(fā)出的光束經(jīng)其縮束后，再經(jīng)過一光闌形成一束直徑和發(fā)射角很小的發(fā)射光束投射在被測物的表面上，這樣便形成一光束，物體表面光斑的漫射光又由接收透鏡收集，成像于光敏器件PSD光敏面上。該傳感器基于PSD原理進行非接觸式測距，如圖2所示，當PSD光敏面受到一入射點照射時，在兩端電極上輸出方向相反、反比于入射光斑位置到各自電極間距離的光電流I1和I2，當坐標原點選在PSD中心時，輸出電流可以表示為：

I1= I0×(L1-S)×2L1；I2= I0×(L1+S)×2L1

I0= I1+I2

由上式可知，光照產(chǎn)生的電流 I1和I2是光能量I0與位置的函數(shù)，由于光源光功率的波動及光源與PSD間距離的變化，所以I0并不是一個恒定值。實際應用中，為消除波動的影響，通常把輸出電流的差與和相除作為位置檢測信號，即：

S=L1×( I2-I1)/( I2+I1)

因此，只要檢測出I1和I2，即可確定光點所在的位置。

2.2 數(shù)據(jù)采集

圖1 測量原理圖

圖2 傳感器結構

如圖3所示，通過激光電源板輸入15 VDC到電源，數(shù)據(jù)接收控制中心開始工作。PC發(fā)送命令指令給數(shù)據(jù)接收控制中心，變頻電機轉動觸發(fā)編碼器動作從而打開傳感器電源，傳感器發(fā)出激光斑點采集數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)接收控制中心輸入到PC中。

2.3 數(shù)據(jù)處理

通過工程胎不圓度專用測試軟件Beta V4.5對采集到4 096個數(shù)據(jù)進行處理，從而形成不圓度跳動量的曲線圖譜，自動計算得出輪胎轉動一周范圍內(nèi)的跳動量的最大最小值并進行加法運算，所得出的數(shù)值就是不圓度值。如圖4，曲線上最高最低點用紅色圈圈出，可清晰看出相應點的位移和角度。

2.4 檢測結果分析

圖3 數(shù)據(jù)采集控制原理圖

圖4 工程胎不圓度測試軟件V4.5

工程胎不圓度設備采用的是LMI公司傳感器LDSm 90/45，檢測范圍67.5～112.5 mm。從理論上來說，在這個范圍內(nèi)傳感器測得的結果都是可接受的。如圖5所示， MR代表的含義是可以獲得測量數(shù)據(jù)的測量范圍45 mm、OD代表的含義是偏移距離67.5 mm、SO所代表的含義是保持一定距離90 mm。因此，激光探頭與待測輪胎表面（如胎冠部位）的距離不一致，其所測得的輪胎不圓度跳動量數(shù)值也不相同。為此，設計出一套工程胎不圓度簡易校正工裝，用于保證所測得的數(shù)據(jù)與實際的輪胎不圓度跳動量數(shù)值相一致。

如圖6所示，按照機械式接觸測量原理要求，制作了這樣了一套簡易校正工裝。與輪胎接觸部位設計了半圓形弧面接觸方式，另一邊與百分表頭相互連接，這樣有效地將輪胎表面細微的變化量傳導至百分表，便于觀察記錄數(shù)據(jù)、提高數(shù)據(jù)的準確性?？紤]到實際輪胎跳動量不可避免地存在，在進行測量時，從百分表指針指向3 mm的讀數(shù)作為起始測量點，輪胎旋轉一周后，起始點左右能達到的最大位移值相加即得到了該條輪胎的跳動量數(shù)值。與此同時，啟動設備同步進行測量，軟件讀取的數(shù)據(jù)與手動測得的數(shù)據(jù)進行比對。通過這種方式，可以準確地確定激光探頭與待測輪胎表面（如胎冠部位）的理想距離。通過大量的測試與校正，我們得出的經(jīng)驗數(shù)據(jù)：傳感器與待測物體表面的直線距離在90～100 mm之間，所測得的數(shù)據(jù)與實際輪胎不圓度跳動量數(shù)值呈現(xiàn)高度地相關性。

圖 5 傳感器使用示意圖

3 結語

在國內(nèi)的輪胎行業(yè)中，對于全鋼胎不圓度的跳動量測量一般是采用CCD的傳感器進行測量。文章介紹的基于PSD原理的激光傳感器，在工程胎不圓度跳動量測量上的應用，拓展了輪胎行業(yè)載重輪胎不圓度跳動量檢測方法，特別是為本行業(yè)工程胎不圓度檢測提供了另外一種行之有效的檢測方法。同時，對這種方法在應用過程中出現(xiàn)的問題，提出了解決措施并保證了測量結果的準確性。

圖 6 輪胎不圓度簡易校正工裝

[1] 陳振藝 . 載重輪胎不圓度的實驗室簡單檢測. 輪胎工業(yè)，2013，7（33）：436~438.

[2] 陳琳 . 基于激光測距的三坐標測量系統(tǒng)研究. 光學儀器，2002，4.

[3] 方磊. 非接觸式輪胎不圓度檢測技術研究.[學位論文]碩士，2009.

(P-06)

TP273

1009-797X (2015) 24-0123-03

A

10.13520/j.cnki.rpte.2015.24.049

朱玲青（1985-），男，助理工程師，本科，研究方向為輪胎行業(yè)檢測設備方向。

2015-11-24