輪胎總成跳動(dòng)檢測系統(tǒng)開發(fā)與實(shí)現(xiàn)

張晴 羅哲

摘 要：為解決輪胎在行駛過程中的跳動(dòng)問題，會(huì)對(duì)輪輞進(jìn)行跳動(dòng)檢測，但當(dāng)測試合格的輪輞裝配上胎圈后卻不能保證整胎的跳動(dòng)合格。以VC++為平臺(tái)開發(fā)一套整胎跳動(dòng)檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)采集、跳動(dòng)檢測、濾波分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等功能，并采用突變點(diǎn)濾波處理由胎圈端徑面花紋造成的波形干擾，用前后分段平滑濾波解決波形平滑問題，通過OPC和基恩士以太網(wǎng)通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)波形數(shù)據(jù)通信。試驗(yàn)表明，該系統(tǒng)對(duì)整胎的跳動(dòng)檢測效果很好，能減少輪胎因輪輞、胎圈及裝胎等綜合因素產(chǎn)生的跳動(dòng)不合格問題，提高出廠輪胎的跳動(dòng)合格率。

關(guān)鍵詞：輪胎跳動(dòng)檢測;突變點(diǎn)濾波;平滑濾波;PLC通信;基恩士以太網(wǎng)通信協(xié)議

DOI：10. 11907/rjdk. 181817

中圖分類號(hào)：TP319文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-7800（2019）003-0126-03

0 引言

車輪跳動(dòng)是威脅行車安全的重要因素之一，車輪跳動(dòng)達(dá)到一定程度會(huì)導(dǎo)致車輛行駛過程中操控性差、平衡性不好、車輛抖動(dòng)以及零部件加速損壞[1-2]。因此，車輪跳動(dòng)是衡量車輪性能的重要指標(biāo)[3-8]。

目前工業(yè)檢測車輪跳動(dòng)時(shí)，主要是針對(duì)車輪輪輞進(jìn)行檢測[9-10]，輪輞旋轉(zhuǎn)一周，輪輞相對(duì)于車輪旋轉(zhuǎn)軸的距離變化量稱之為徑向跳動(dòng)，輪緣相對(duì)于一個(gè)垂直于車輪旋轉(zhuǎn)軸的固定參考平面的距離變化量稱之為軸向跳動(dòng)[11-12]。僅針對(duì)輪輞進(jìn)行的跳動(dòng)檢測可在一定程度上衡量輪胎性能，但在實(shí)際工業(yè)環(huán)境中，當(dāng)輪輞安裝上輪胎后，整個(gè)輪胎的跳動(dòng)性會(huì)由于橡膠輪胎圈本身的材料分布和人工裝配過程中的規(guī)范程度受到影響，出現(xiàn)輪輞本身跳動(dòng)是合格的，但裝配上輪胎圈后整個(gè)輪胎的跳動(dòng)可能不合格的情況。因此，本文提出了一種車輪總成跳動(dòng)檢測方法，以VC++為平臺(tái)開發(fā)了跳動(dòng)檢測系統(tǒng)，對(duì)車輪總成進(jìn)行跳動(dòng)檢測。

1 跳動(dòng)檢測過程

將車輪總成通過傳送帶傳遞到跳動(dòng)檢測工位，使用氣壓控制夾具夾緊輪胎，然后啟動(dòng)跳動(dòng)主軸電機(jī)，使輪胎開始轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速為60轉(zhuǎn)/m。然后控制伺服電機(jī)，將激光測頭移動(dòng)至監(jiān)測點(diǎn)位置，使檢測數(shù)值在0附近，從而保證檢測數(shù)據(jù)都在量程以內(nèi)。當(dāng)主軸第一次遇到0位開關(guān)時(shí)開始采集數(shù)據(jù)，再次遇到0位開關(guān)時(shí)停止采集數(shù)據(jù)，然后停止跳動(dòng)主軸電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

跳動(dòng)數(shù)據(jù)通過激光位移傳感器采集，然后經(jīng)過信號(hào)放大器將其放大，再傳入激光控制器的緩存中，通過以太網(wǎng)以數(shù)字信號(hào)方式傳輸給跳動(dòng)檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)得到數(shù)據(jù)后，將其繪制成曲線并進(jìn)行相應(yīng)的濾波處理，得到需要的信號(hào)曲線。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)功能模塊

整胎跳動(dòng)檢測系統(tǒng)有系統(tǒng)設(shè)置、跳動(dòng)檢測、數(shù)據(jù)保存與統(tǒng)計(jì)3部分。系統(tǒng)設(shè)置主要完成系統(tǒng)參數(shù)以及工件參數(shù)的設(shè)置，跳動(dòng)檢測部分主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、濾波處理和諧波生成，數(shù)據(jù)保存與統(tǒng)計(jì)通過Access、SQL、Excel實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的組織管理與統(tǒng)計(jì)查詢。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用SQL server+access，包含工件參數(shù)、內(nèi)外側(cè)軸向和徑向跳動(dòng)、諧波跳動(dòng)以及軸徑向平均跳動(dòng)等數(shù)據(jù)。部分系統(tǒng)數(shù)據(jù)如圖2所示。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

3.1 檢測數(shù)據(jù)曲線濾波

在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中有電磁波等各種因素，計(jì)算機(jī)采集到的數(shù)據(jù)中存在各種干擾信號(hào)，不能直接用于計(jì)算車輪跳動(dòng)量，必須剔除[13-14]。更重要的是，由于車輪總成比單純輪輞的跳動(dòng)檢測多了裝配的輪胎，而輪胎徑面與端面都有復(fù)雜的花紋和溝槽，這些花紋和溝槽會(huì)造成數(shù)據(jù)波形的嚴(yán)重震蕩，導(dǎo)致無法得到進(jìn)一步分析和計(jì)算的可靠測試數(shù)據(jù)。因此，本文采用突變點(diǎn)濾波處理由輪胎端徑面花紋造成的波形干擾，用前后分段平滑濾波解決波形平滑問題。

3.1.1 突變點(diǎn)濾波

根據(jù)輪胎花紋特點(diǎn)確定濾波閾值T，有效數(shù)據(jù)長度w。

（1）遍歷整個(gè)曲線，尋找第一段數(shù)據(jù)波動(dòng)小于T且數(shù)據(jù)長度大于w的數(shù)據(jù)，記錄該段數(shù)據(jù)的起始點(diǎn)為S。

（2）從S點(diǎn)開始遍歷該曲線，當(dāng)遇到數(shù)據(jù)波動(dòng)大于T的一個(gè)點(diǎn)A時(shí)，從A點(diǎn)的前w個(gè)點(diǎn)開始遍歷循環(huán)至A點(diǎn)后的w個(gè)點(diǎn)結(jié)束，一共循環(huán)2*w的長度。如果發(fā)現(xiàn)A點(diǎn)前段或后段的所有值與A的差值都小于T，則判定A為有效點(diǎn)，反之則判定A為突變點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)過濾或修正為前一個(gè)值。

為了找到跳動(dòng)最高點(diǎn)與最低點(diǎn)的位置，將數(shù)據(jù)波形等比例縮小，將所有采集的數(shù)據(jù)分成360等分，每等分求得一個(gè)平均值對(duì)應(yīng)的一個(gè)角度。

系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn) ， 這種濾波方法對(duì)信號(hào)中由于花紋溝槽文字因素引起的脈沖干擾信號(hào)具有良好的濾波效果。如圖3為濾波前的原始波形，圖4為經(jīng)過突點(diǎn)濾波后的波形。

3.1.2 前后分段處理平滑濾波

對(duì)曲線縱坐標(biāo)值進(jìn)行處理：設(shè)當(dāng)前處理縱坐標(biāo)為[yi]，m為每次處理所取的點(diǎn)數(shù)，m的值由[m=0.443fs/fc]給出，[fs]是采樣頻率，[fc]為截止頻率[15-16]。

此方法對(duì)曲線上每個(gè)點(diǎn)的縱坐標(biāo)進(jìn)行修正，選取[yi]前后共m個(gè)點(diǎn)作為一個(gè)處理段進(jìn)行算術(shù)平均值處理。對(duì)于波形前端和尾端不足m/2個(gè)點(diǎn)的縱坐標(biāo)進(jìn)行首尾相接，前端不足m個(gè)點(diǎn)的到曲線尾端取點(diǎn)補(bǔ)足m個(gè)點(diǎn)，尾端不足m個(gè)點(diǎn)的到曲線前端取點(diǎn)補(bǔ)足m個(gè)點(diǎn)。

3.2 波形數(shù)據(jù)通信

系統(tǒng)通過OPC實(shí)現(xiàn)PLC通信[17-18]，通過基恩士以太網(wǎng)通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)跳動(dòng)檢測通信[19-21]，建立通信過程如下：①打開設(shè)備RC rc= LKIF2_OpenDeviceETHER（¶mEther）;②設(shè)置采樣頻率res = SetSamplingCycle（samplingCycle）;③設(shè)置緩沖區(qū)大小和采樣周期res=SetDataStorage（numStorage，？storageCycle）;④設(shè)置對(duì)應(yīng)測頭編號(hào)res？=？SetHeadNo（i，i）;⑤設(shè)置通道是否高速緩存res = SetStorageTarget（I，true）;⑥設(shè)置顯示位數(shù)res = SetDisplayUnit（i，Accuracy）;⑦設(shè)置激光控制組res=SetLaserGroup（I，group）;⑧開始測量LKIF2_StartMeasure（）;⑨查詢高速緩存狀態(tài)RC rc=LKIF2_DataStorageGetStatus（bIsStorage，nStorageNum）;⑩獲取瞬時(shí)數(shù)據(jù)RC rc=？LKIF2_GetCalcDataALL（&outNo，values）;11讀取高速緩存數(shù)據(jù)LKIF2_DataStorageGetData（outNo，nStorageNum， pValues， nReceived）。

4 實(shí)驗(yàn)測試

按照以上處理方法，以VC++為平臺(tái)開發(fā)了一套輪胎自動(dòng)線跳動(dòng)檢測系統(tǒng)，以某卡車輪胎為實(shí)例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試，測試結(jié)果如圖5所示。

由圖5可以看出，經(jīng)過處理，藍(lán)色曲線表示的徑面花紋被很好地過濾掉，黃色和紅色曲線表示的端面花紋也被過濾掉，整個(gè)曲線最大程度地還原了跳動(dòng)曲線。

5 結(jié)語

本文輪胎總成跳動(dòng)檢測系統(tǒng)能對(duì)帶有胎圈的整胎進(jìn)行跳動(dòng)檢測，使用突變點(diǎn)濾波方法可對(duì)輪胎徑面和端面的花紋干擾進(jìn)行過濾，前后分段處理濾波算法可使波形得到一定的平滑，從而使采集的跳動(dòng)檢測數(shù)據(jù)波形更加真實(shí)，跳動(dòng)檢測效果比不帶胎圈的檢測更加準(zhǔn)確，大大提高了輪胎的跳動(dòng)合格率。

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（責(zé)任編輯：杜能鋼）