隨著每年對(duì)檢測(cè)的要求越來(lái)越為嚴(yán)格，橡膠和輪胎生產(chǎn)商迫切需要從輪胎檢測(cè)系統(tǒng)獲取更為精確和詳細(xì)的信息。例如在側(cè)壁檢測(cè)環(huán)節(jié)的新要求，出于安全性和質(zhì)量的需要，要求對(duì)更小缺陷的可靠性檢測(cè)具有更高的準(zhǔn)確性，無(wú)論這些缺陷在哪兒出現(xiàn)。在最后的檢測(cè)環(huán)境中，側(cè)壁的凸起和凹陷測(cè)量需要更高的密集數(shù)據(jù)，從而對(duì)凸起和凹陷部分進(jìn)行適當(dāng)?shù)臋z測(cè)，因?yàn)榉治鲕浖仨毷紫忍蕹蜻^(guò)濾掉所有與銘文、條形碼和表面上其它可接受偏差相關(guān)的檢測(cè)點(diǎn)。凸起部分的高度在0.3mm至3.0mm之間，寬度在5mm至7.0mm之間。現(xiàn)在，客戶要求將凸起部分的高度限制在0.2mm，因?yàn)樵S多凸起部分與外輪胎簾布無(wú)關(guān)，而與氣泡有關(guān)。
作為回應(yīng)，供應(yīng)商正在研制既能用于在線應(yīng)用程序又能用于離線應(yīng)用程序的更快捷的、更復(fù)雜的、更精確的測(cè)量和檢測(cè)設(shè)備。基本的要求就是用于檢測(cè)橡膠制品的可靠性設(shè)備具有更高的生產(chǎn)能力、更高的采樣率和更高的精度，并且能夠輕易地安裝在檢測(cè)儀器上和應(yīng)用在翻新工藝中。更高的密集數(shù)據(jù)還可以提高決策環(huán)節(jié)的效率，可以使既昂貴又耗時(shí)的人工廢品重檢環(huán)節(jié)成本最小化。
用于輪胎制造業(yè)的激光傳感器
歷史上，輪胎檢測(cè)應(yīng)用程序依靠單點(diǎn)激光三角測(cè)量傳感器，這種測(cè)量方法只能測(cè)量輪胎橡膠表面的一個(gè)點(diǎn)，通常在產(chǎn)品高速傳動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)只能生成單一路徑或路線的數(shù)據(jù)流，現(xiàn)在，LMI技術(shù)公司（LMI Technologies, Inc.）的輪胎制造業(yè)應(yīng)用程序已經(jīng)置入了超過(guò)3000點(diǎn)的傳感器，可用于工藝過(guò)程中的監(jiān)測(cè)和最終輪胎檢測(cè)，與早期的基于傳感器的電容式和觸點(diǎn)式設(shè)備相比，LMI公司產(chǎn)品已證實(shí)性能更為可靠，并且精確度更高。
數(shù)十年來(lái)，高性能的非觸點(diǎn)式三角測(cè)量傳感器在應(yīng)對(duì)輪胎生產(chǎn)商的測(cè)量挑戰(zhàn)方面非常成功。非觸點(diǎn)式操作可對(duì)無(wú)變形誤差的橡膠進(jìn)行測(cè)量。激光傳感器有超大的支起距離（較典型的為數(shù)百毫米或者更長(zhǎng)一些，依據(jù)專用傳感器類型而定），較寬的測(cè)量范圍，甚至即使在不與表面垂直的情況下也可以獲得可靠的數(shù)據(jù)。超大的支起距離可使某個(gè)傳感器與其它傳感器離得更遠(yuǎn)一些，如果輪胎尺寸超大或者在檢測(cè)工位上定位不當(dāng)?shù)脑挘€可以減少因碰撞而產(chǎn)生的昂貴的維修費(fèi)用。較寬的測(cè)量范圍允許在不重新配置傳感器或輪胎定位機(jī)制的情況下對(duì)尺寸較寬的輪胎模具進(jìn)行檢測(cè)，還可改進(jìn)并簡(jiǎn)化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)。電容式傳感器在定位時(shí)必須緊貼被測(cè)物的表面，并且與表面垂直，而且還必須復(fù)雜的多軸定位機(jī)制，由于材料性能的變化，其靈敏度也隨之變化，因此還需要時(shí)常進(jìn)行校準(zhǔn)。
與電容式傳感器不同，現(xiàn)代的激光傳感器不需要校準(zhǔn)，而且材料性能的變化對(duì)其靈敏度沒(méi)有任何影響。在表面狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，設(shè)計(jì)得到的激光傳感器還可自行補(bǔ)償，比如顏色、表面精整度或者表面存在圓球型潤(rùn)滑劑。
激光線傳感器在側(cè)壁檢測(cè)方面的發(fā)展
今天，對(duì)側(cè)壁檢測(cè)應(yīng)用而言，輪胎質(zhì)量和安全性的增加要求生產(chǎn)商能夠在輪胎高速轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中檢測(cè)出輪胎表面極小區(qū)域內(nèi)的更小的缺陷，如果使用單點(diǎn)傳感器，對(duì)輪胎表面的一點(diǎn)或兩點(diǎn)進(jìn)行跟蹤測(cè)量可能檢測(cè)不出必需的最小尺寸的缺陷，能否檢測(cè)出缺陷取決于傳感器安裝的位置。為了解決這個(gè)問(wèn)題，已經(jīng)研發(fā)出新一代的激光線傳感器，并且已應(yīng)用于在線檢測(cè)。
激光線傳感器的基本原理（圖1）與點(diǎn)式三角測(cè)量十分相似，其與三角測(cè)量的主要區(qū)別在于激光光束可在一維上進(jìn)行光學(xué)擴(kuò)展，在被測(cè)物體的表面產(chǎn)生一條激光線，照相機(jī)每次掃描都可輸出被測(cè)物體的表面的全剖面，剖面上有許多與激光線相交的數(shù)據(jù)點(diǎn)。輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，還可獲得一個(gè)完整的側(cè)壁3D剖面圖，從而可以對(duì)任何位置的小的缺陷進(jìn)行檢測(cè)。
圖1 激光線傳感器原理
激光線傳感原理如今已在其它行業(yè)應(yīng)用于表面剖面的測(cè)量，但是到目前為止，在需要為側(cè)壁檢測(cè)提供一個(gè)高速率數(shù)據(jù)密度方面，操作速度還非常低。高速數(shù)字照相機(jī)芯片技術(shù)和緊湊型固態(tài)傳感器的發(fā)展以及在傳感器頭部的高速圖像處理性能提高和最新的多部照相機(jī)圖像同步處理技術(shù)使極高速激光線傳感器得以在側(cè)壁檢測(cè)中得以應(yīng)用，且其配置極具成本效益。
擁有LMI技術(shù)的二級(jí)EyeCon-2激光線傳感器（圖2）專門設(shè)計(jì)用于使用激光線技術(shù)的側(cè)壁最終檢測(cè)環(huán)節(jié)，其在數(shù)據(jù)率方面的操作速度二倍于當(dāng)前傳感器的速度，而且每秒可測(cè)量剖面2000次或者更高，為在輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)對(duì)微小缺陷的檢測(cè)提供了非常高的數(shù)據(jù)密度。
圖2 EyeCon-2傳感器
此類傳感器的獨(dú)特之處在于它在同一個(gè)傳感器外殼下使用了兩臺(tái)照相機(jī)，分別在激光線的兩側(cè)（圖3）。使用單個(gè)照相機(jī)的傳感器可能看不到陡邊處的激光線，就不可能提供貼近邊緣的數(shù)據(jù)信息，也就不可能檢測(cè)出存在于這一區(qū)域的缺陷。這是輪胎側(cè)壁檢測(cè)過(guò)程中常犯的錯(cuò)誤，輪胎側(cè)壁一般有大量凸起的銘文、條形碼和其它幾何特征。使用雙照相機(jī)可確保其中任何一部“看到”完整的激光線，甚至在凸起或浮凸的幾何特征的陡邊處，可提供貼近陡邊處于的側(cè)壁剖面數(shù)據(jù)。這一獨(dú)特設(shè)計(jì)可確保避免數(shù)據(jù)丟失或數(shù)據(jù)無(wú)效現(xiàn)象，并可提供完整的輪廓信息。圖4顯示了一個(gè)側(cè)壁剖面的圖例，甚至可對(duì)銘文邊上的缺陷進(jìn)行檢測(cè)。
圖3 a傳感器阻斷; b雙傳感器
圖4 側(cè)壁表面剖面圖
這一新型傳感器還使用了“靈巧傳感器”技術(shù)從內(nèi)部處理圖像數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)線性化，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成工程制單位，輸出被測(cè)的3D側(cè)壁剖面圖。
在側(cè)壁最終檢測(cè)中的應(yīng)用
在對(duì)輪胎側(cè)壁檢測(cè)的應(yīng)用中，使用兩個(gè)EyeCon-2傳感器，每個(gè)側(cè)壁各一個(gè)。還可以使用第三個(gè)傳感器來(lái)測(cè)量輪胎面的失圓度（圖5）。掃瞄位數(shù)據(jù)集中器可將來(lái)自多個(gè)傳感器和輪胎均勻性機(jī)械主軸編碼器上的數(shù)據(jù)集中并組合成單一同步的數(shù)據(jù)流，并分配動(dòng)力。這種完全一體化的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化了安裝工藝，并可通過(guò)以太網(wǎng)連接在真正實(shí)時(shí)的范圍內(nèi)發(fā)送實(shí)時(shí)輪胎圖。
圖5 使用三個(gè)傳感器的側(cè)壁典型應(yīng)用
激光線傳感器的其它應(yīng)用
發(fā)展用于側(cè)壁檢測(cè)的同樣的激光線技術(shù)并沒(méi)有太多的區(qū)別，并且已經(jīng)在橡膠制造工業(yè)的其它在線測(cè)量和控制應(yīng)用程序中得到了應(yīng)用。例如EyeCon-1tm線激光傳感器在橫截面立體剖面掃描中的應(yīng)用。EyeCon-1主要應(yīng)用于設(shè)備的制備方面，如輪胎面擠出幾何監(jiān)測(cè)方面。激光線技術(shù)還可提供完整的橫截面輪廓測(cè)量，無(wú)需進(jìn)行機(jī)械掃描或使用其它移動(dòng)構(gòu)件，從而降低了操作的復(fù)雜性，降低了成本和維護(hù)費(fèi)用。圖像處理軟件在傳感器內(nèi)部運(yùn)行，不需要使用外部計(jì)算設(shè)備，與外部設(shè)備的通信通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行，易于安裝，且易于集成。
同樣的技術(shù)還可用于其它的應(yīng)用環(huán)境中，比如傳送帶生產(chǎn)，在此生產(chǎn)過(guò)程中線傳感器可不間斷地監(jiān)控傳送帶的厚度和寬度，或者為邊緣定位導(dǎo)航提供信號(hào)（圖6）。
圖6 激光線傳感器異型擠出和異型帶
現(xiàn)在可供應(yīng)具有獨(dú)特的雙視頻照相機(jī)性能的高速激光線傳感器，此傳感器可提供沿整個(gè)激光線的較高的數(shù)據(jù)密度。對(duì)側(cè)壁檢測(cè)來(lái)說(shuō)，這些傳感器通過(guò)以每秒鐘2000幅或以上的剖面的幀速度掃描與激光線相交的輪胎的幾何形狀來(lái)監(jiān)測(cè)輪胎側(cè)壁的小型凸起或凹陷。輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可提供完整的側(cè)壁立體剖面圖，從而可對(duì)任何位置的小型缺陷進(jìn)行檢測(cè)。此外，該技術(shù)還可以用于對(duì)傳送帶擠出和測(cè)量環(huán)節(jié)中的仿形幾何進(jìn)行在線監(jiān)控。
激光線傳感大幅度地提升了對(duì)側(cè)壁缺陷、擠出壓型檢測(cè)的性能，而且還可用于其它應(yīng)用環(huán)境中，如傳送帶幾何形狀的監(jiān)測(cè)。
