李建黎,李雪東
(山東玲瓏輪胎股份有限公司,山東 招遠(yuǎn) 265400)
隨著人們生活水平的提高,人們對乘車舒適度的要求越來越高[1-2]。輪胎鋼絲圈內(nèi)直徑橢圓度直接影響輪胎動平衡均勻性[3-4],從而影響乘車舒適度,因此各汽車廠家對輪胎鋼絲圈內(nèi)直徑的要求越來越嚴(yán)格。
傳統(tǒng)鋼絲圈內(nèi)直徑測量儀的檢測原理是通過測量鋼絲圈內(nèi)圈周長的方法計(jì)算出內(nèi)直徑,通過多次測量得到內(nèi)直徑的最大值、最小值和平均值。這種接觸式測量法需要撐開鋼絲圈,會使鋼絲圈表面覆膠產(chǎn)生擠壓而發(fā)生形變,影響直徑準(zhǔn)確度,而且同一鋼絲圈重復(fù)測量時周長數(shù)據(jù)不同,計(jì)算出的內(nèi)直徑平均值失真,無法測量橢圓度,影響輪胎品質(zhì)。為了解決這個難題,我公司研發(fā)設(shè)計(jì)了非接觸式激光鋼絲圈內(nèi)直徑測量儀,取得了良好效果,現(xiàn)將產(chǎn)品設(shè)計(jì)情況簡介如下。
非接觸式激光鋼絲圈內(nèi)直徑測量儀包括新研發(fā)的圓形激光三角測量傳感器(簡稱激光傳感器)、定位傳感器的機(jī)械部件以及電控部分,如圖1所示。
圖1 非接觸式激光鋼絲圈內(nèi)直徑測量儀示意
激光傳感器由激光發(fā)射器、激光接收系統(tǒng)、電荷耦合器件(CCD)線性相機(jī)和測量電路組成,如圖2所示。該傳感器每次測量可獲得1條徑向360°的內(nèi)部幾何特征輪廓線,測量可以通過軟件觸發(fā),軟件可以根據(jù)測量值計(jì)算出檢測鋼絲圈所需的所有重要參數(shù)。
圖2 激光傳感器示意
激光發(fā)射器可360°發(fā)射激光,將可見紅色激光射向鋼絲圈內(nèi)表面,經(jīng)鋼絲圈反射的激光通過接收系統(tǒng)反饋到CCD的成像芯片中,根據(jù)不同的距離及激光反射強(qiáng)度,CCD線性相機(jī)可以在不同的角度下“看見”這束激光。根據(jù)相機(jī)CCD成像芯片中的返回點(diǎn)位置及光學(xué)強(qiáng)度信息,通過相機(jī)處理及芯片的數(shù)字信號處理器能計(jì)算出每個測量點(diǎn)在笛卡爾坐標(biāo)系下的坐標(biāo)位置。同時,光束在接收元件的位置通過模擬和數(shù)字電路處理,及微處理分析,計(jì)算出相應(yīng)的輸出值,并在用戶設(shè)定的模擬量窗口內(nèi)按比例輸出標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)信號。
機(jī)械部件通過伺服電機(jī)驅(qū)動激光傳感器實(shí)現(xiàn)垂直方向的運(yùn)動,從而實(shí)現(xiàn)激光傳感器與鋼絲圈之間的精準(zhǔn)定位,達(dá)到測量目的。鋼絲圈檢測平臺水平放置,保證檢測平臺與激光傳感器相互垂直,保證激光傳感器的檢測精度。
電控部分包含可編程邏輯控制器(PLC)控制系統(tǒng)和工控機(jī)系統(tǒng)。其中PLC控制系統(tǒng)具有可靠性高和抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn),可高效穩(wěn)定地控制機(jī)械部件的動作時序及定位;工控機(jī)系統(tǒng)連接激光傳感器,激光傳感器測量的數(shù)值傳輸給工控機(jī),通過軟件計(jì)算可得到所需的檢測結(jié)果,并通過人機(jī)交互界面?zhèn)鬏斀o終端。圖3—6分別示出了鋼絲圈直徑測量監(jiān)控系統(tǒng)界面、統(tǒng)計(jì)報表界面、查詢報表界面和配方列表界面,配方列表顯示鋼絲圈標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)直徑等設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),可用于與鋼絲圈內(nèi)直徑測量結(jié)果進(jìn)行對比。
圖3 鋼絲圈直徑測量監(jiān)控系統(tǒng)界面
圖4 統(tǒng)計(jì)報表界面
圖5 查詢報表界面
圖6 配方列表界面
非接觸式激光鋼絲圈內(nèi)直徑測量儀的測量過程如下。
(1)將鋼絲圈水平放置在鋼絲圈檢測平臺上。
(2)PLC控制伺服電機(jī)動作,電機(jī)驅(qū)動模組帶動激光傳感器勻速下降。
(3)激光傳感器下降到設(shè)定位置,當(dāng)激光線可以掃描到鋼絲圈內(nèi)表面時激光傳感器開始觸發(fā)檢測。
(4)伺服電機(jī)繼續(xù)控制激光傳感器勻速下降,速度相對較慢,此時激光傳感器不間斷觸發(fā),采集鋼絲圈內(nèi)表面所有數(shù)據(jù)參數(shù)。
(5)激光傳感器的激光線接近鋼絲圈底面時便停止下降,停止觸發(fā)。測量的數(shù)據(jù)傳輸給工控機(jī)系統(tǒng),通過軟件計(jì)算出相應(yīng)的檢測結(jié)果,并通過人機(jī)交互頁面?zhèn)鬏斀o終端。
(6)伺服電機(jī)控制激光傳感器勻速上升,返回到起始位置,測量結(jié)束。
非接觸式激光鋼絲圈內(nèi)直徑測量儀的主要原理是通過PLC控制伺服電機(jī)動作帶動激光傳感器,到達(dá)測量位置后進(jìn)行連續(xù)掃描及數(shù)據(jù)采集,通過軟件算法處理返回特征點(diǎn),計(jì)算特征點(diǎn)的周長、直徑橢圓度等,可以實(shí)現(xiàn)柔性、動態(tài)、非接觸、高精度的檢測,達(dá)到在不破壞鋼絲圈結(jié)構(gòu)的情況下一次性精確測量鋼絲圈內(nèi)直徑和橢圓度的目的,克服了傳統(tǒng)接觸式鋼絲圈直徑測量儀檢測精度差、重復(fù)檢測使內(nèi)直徑數(shù)據(jù)失真、無法測量鋼絲圈內(nèi)直徑橢圓度的缺點(diǎn)。