CN102778203B - 用于轮胎胎面缠绕的胎面厚度在线测量装置及测控方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于轮胎制造装备领域，涉及一种用于轮胎胎面缠绕的胎面厚度在线测量装置，包括控制器和激光位移传感器及其激光位移传感器伺服机构，该伺服机构包括传感器支架、导轨及传感器伺服电机，激光位移传感器和传感器伺服电机固定在传感器支架上，控制器分别与传感器伺服电机的控制输入端和激光位移传感器的信号输出端连接，传感器支架安装在与缠绕头相对的被加工轮胎的另一侧，传感器伺服电机在控制器的控制下可带动激光位移传感器沿导轨做平行于缠绕鼓轴心线的横向移动，其测量范围能够覆盖整个轮胎胎面。本发明同时提供一种利用上述在测量装置实现的胎面厚度测控方法。本发明具有的无需接触、测量精度高、响应速度快等优点，能够大幅度提高胎面缠绕的质量和生产效率。

Description

用于轮胎胎面缠绕的胎面厚度在线测量装置及测控方法

技术领域

本发明属于轮胎制造装备领域，涉及一种轮胎胎面缠绕机。

背景技术

大型的轮胎需要通过胎面仿形缠绕的方式来制造，其设备构造及加工流程都非常复杂。特别是缠绕过程的控制系统，对于轮胎的加工质量具有至关重要的影响。现在的胎面缠绕设备通常是采用两种方法来实现缠绕厚度的在线测量：1）采用安装在缠绕头机构上的光栅尺，通过测量缠绕头的位置来确定胎面的缠绕厚度；2）采用机械式检测装置来测量胎面厚度，该测厚装置由气缸、滑套滚珠轴承和测量机构组成，当胶条缠绕一周时，胎坯直径变大，支撑测量头的滑块后退，测量机构产生的模拟量变化通过高速计数器的值计算出厚度变化。

第一种方法采用的间接测量方式，而且由于光栅尺只能测量直线位移的变化，当缠绕头转动时测量精度会受到影响；第二种方法虽然是直接测量，但采用接触式方法，由于胎坯表面具有弹性，造成测量数据不准确；再加上轮胎胎坯的胎冠外形为非直线体，其测量数据具有波动性，因此造成缠绕到轮胎上的胶料重量不准确，最终影响生产的轮胎产品的质量。由此而导致的问题是：1）缠绕精度受限，所生产的轮胎在外形尺寸上与设计标准存在一定的差别；2）由于测厚装置为接触式，为避免引入更大的测量误差，缠绕速度受到一定的限制，生产效率较低。

发明内容

本发明提出的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种非接触式，测量精度高响应速度快的用于轮胎胎面缠绕的胎面厚度在线测量装置。本发明采用如下的技术方案：

一种用于轮胎胎面缠绕的胎面厚度在线测量装置，包括控制器和胎面厚度测量传感器，所述的胎面厚度测量传感器为激光位移传感器，所述的在线测量装置还包括激光位移传感器伺服机构，所述的激光位移传感器伺服机构包括传感器支架、导轨及传感器伺服电机，激光位移传感器和传感器伺服电机固定在传感器支架上，控制器分别与传感器伺服电机的控制输入端和激光位移传感器的信号输出端连接，传感器支架安装在与缠绕头相对的被加工轮胎的另一侧，传感器伺服电机在控制器的控制下可带动激光位移传感器沿导轨做平行于缠绕鼓轴心线的横向移动，其测量范围能够覆盖整个轮胎胎面。

作为优选实施方式，所述的激光位移传感器伺服机构的导轨的安装位置应保证激光位移传感器所产生的激光束与缠绕鼓的中心线等高，处于缠绕鼓中心的横切面上，并与缠绕鼓的轴心线垂直。

本发明同时提供一种利用所述的在线测量装置实现的用于轮胎胎面缠绕的胎面厚度测控方法：在所述的控制器内存储有被加工轮胎的轮廓曲线，可控制缠绕头驱动机构和缠绕鼓驱动机构，从而在轮胎缠绕过程中使缠绕鼓及被加工轮胎做匀速转动，并且使缠绕头能够做横向、纵向移动并能够转动，在缠绕过程中所实施的胎面厚度闭环测控的步骤为：

1）控制缠绕鼓驱动机构，使缠绕鼓及固定在缠绕鼓上的被加工轮胎绕主轴匀速转动；

2）控制激光位移传感器伺服机构，使激光位移传感器在缠绕过程中的测量位置始终与缠绕头的横向坐标保持一致；

3）实时接收激光位移传感器的测量信号，并将其与被加工轮胎轮廓曲线对应位置的胎面厚度值进行比较；

4）根据步骤3的比较结果来控制缠绕头驱动机构的运动以及缠绕头的缠绕操作，如实测缠绕厚度小于轮廓曲线中对应位置的胎面厚度值，则控制缠绕头在该坐标位置继续缠绕胶条，如实测缠绕厚度等于轮廓曲线中对应位置的胎面厚度值，则在该坐标位置无需进一步缠绕；

5）重复步骤2）—4），直至轮胎各坐标位置的胎面实测厚度都与轮廓曲线的对应位置的胎面厚度值相符合。

本发明提出的用于轮胎胎面缠绕的胎面厚度在线测量装置及测控方法，利用激光位移传感器对胎面厚度进行非接触的精确、实时测量，在此基础上能够保证所加工的胎面外廓形状与预先设定的轮廓曲线相符合，能够大幅度提高胎面缠绕的质量和生产效率。

附图说明

图1为激光位移传感器驱动机构、缠绕鼓驱动机构、缠绕头驱动机构、被加工轮胎及缠绕鼓的安装结构图；

图2为激光位移传感器驱动机构、缠绕头驱动机构、被加工轮胎及缠绕鼓的侧视图；

图3为轮胎胎面缠绕测控系统的构成图；

图4为被加工轮胎的轮廓曲线图；

图5为胎面缠绕过程的闭环控制流程图。

附图标记说明如下：

1缠绕鼓2缠绕鼓驱动机构3轮胎胎面4缠绕头

5基座        6纵向导轨        7缠绕头支架         8横向导轨底座

9横向导轨    10横向移动平台   11激光位移传感器    12传感器伺服电机    13导轨

14传感器支架

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明提出的用于轮胎胎面缠绕的胎面厚度在线测量装置及闭环测控方法做出详细说明。

如图1和图2所示，轮胎胎面缠绕装置包括上位机（PC机，图中未画出）、缠绕鼓驱动机构2、缠绕头4及其驱动机构。缠绕头4在在驱动机构的驱动下可以做横向和纵向移动。缠绕头驱动机构由缠绕头支架7、横向导轨底座8、横向导轨9、横向移动平台10、纵向导轨6以及相应的伺服驱动及传动部件构成。缠绕头4安装在缠绕头支架7上，缠绕头4能够通过转动来带动胶条进给及缠绕，并能够随着缠绕头支架7围绕横向移动平台10上的固定转轴转动，横向移动平台10能够沿安装在横向导轨底座8上的横向导轨9移动，横向导轨底座8能够沿安装在基座5上的纵向导轨6移动。

本发明在上述的轮胎胎面缠绕装置基础上又加装了一个用于轮胎胎面缠绕的胎面厚度在线测量装置，包括：激光位移传感器11及其驱动机构和控制器（PLC或嵌入式控制器，图书未画出）。激光位移传感器11和传感器伺服电机12固定在传感器支架14上，传感器伺服电机12在控制器的控制下，带动激光位移传感器11沿导轨12做平行于缠绕鼓轴心线的横向移动，移动的范围限于被加工轮胎的两个侧端面之间，使其测量范围能够覆盖整个轮胎胎面3。

参见图3、图4和图5，上位机的作用在于：1）向控制器下载控制程序；2）存储各种型号轮胎缠绕轮廓曲线（如图4所示），将这些数据发送给控制器，为缠绕过程提供控制依据；

控制器的作用在于：1）控制缠绕鼓驱动机构，在缠绕过程中使缠绕鼓及安装在缠绕鼓上的被加工轮胎绕主轴匀速转动；2）控制缠绕头驱动机构运动，通过控制缠绕头支架转动、以及横向移动平台和横向导轨底座的移动，使其在缠绕过程中始终处于正确的位置；3）控制缠绕头缠绕操作，使其转动并带动胶条进给及缠绕；4）控制激光位移传感器伺服机构，使激光位移传感器在缠绕过程中的测量位置始终与缠绕头的横向坐标保持一致；5）接收激光位移传感器的测量信号，与图4所示的被加工轮胎的轮廓曲线中的对应位置的胎面厚度值进行比较，根据比较结果为缠绕头驱动机构和激光位移传感器伺服机构的实时控制提供依据。

胎面缠绕闭环测控过程如下：

1.上位机将被加工轮胎缠绕轮廓曲线等技术参数发送给控制器，并且向控制器下载控制程序。设定的轮胎胎面轮廓曲线的函数h₀(x)如图4所示；

2.控制缠绕鼓驱动机构，使缠绕鼓及固定在缠绕鼓上的被加工轮胎胎坯绕主轴做匀速转动；

3.以图4中缠绕曲线的起点x₀为坐标原点，为缠绕头在x轴上起始位置。控制传感器伺服机构和缠绕驱动服机构，将激光位移传感器的测量位置和缠绕头的工作点移动至x₀，使激光位移传感器发出的激光束照射到x轴的坐标值为x₀的位置；

3.控制传感器伺服机构，使激光位移传感器在胎面缠绕过程中的测量位置始终与缠绕头在x轴上的坐标保持一致，根据激光位移传感器的测量值可计算出缠绕头对应位置的实时胎面厚度h(x_i)；

4.将实时测量得到的胎面厚度h(x_i)传输到控制器中，根据度h(x_i)和设定胎面轮廓曲线对应位置的厚度h₀(x_i)进行对比，如实测缠绕厚度小于轮廓曲线中对应位置的胎面厚度值，则控制缠绕头在该坐标位置继续缠绕胶条，如实测缠绕厚度等于轮廓曲线中对应位置的胎面厚度值，则在该坐标位置无需进一步缠绕。同时参考当时的缠绕速度，得出应调节的缠绕速度，发出相应的控制指令传输给控制器执行，控制缠绕头驱动机构调节缠绕头的缠绕速度，形成轮胎胎面缠绕的闭环控制系统。当该位置缠绕的轮胎胎面的实时胎面厚度达到设定胎面厚度后，立即移动到下一个缠绕点；

5）重复步骤2）—4），直至轮胎各坐标位置的胎面实测厚度都与轮廓曲线的对应位置的胎面厚度值相符合。

Claims (2)

1.一种用于轮胎胎面缠绕的胎面厚度在线测量装置，包括控制器和胎面厚度测量传感器，其特征在于，所述的胎面厚度测量传感器为激光位移传感器，所述的在线测量装置还包括激光位移传感器伺服机构，所述的激光位移传感器伺服机构包括传感器支架、导轨及传感器伺服电机，激光位移传感器和传感器伺服电机固定在传感器支架上，控制器分别与传感器伺服电机的控制输入端和激光位移传感器的信号输出端连接，传感器支架安装在与缠绕头相对的被加工轮胎的另一侧，传感器伺服电机在控制器的控制下可带动激光位移传感器沿导轨做平行于缠绕鼓轴心线的横向移动，其测量范围能够覆盖整个轮胎胎面；所述的激光位移传感器伺服机构的导轨的安装位置应保证激光位移传感器所产生的激光束与缠绕鼓的中心线等高，处于缠绕鼓中心的横切面上，并与缠绕鼓的轴心线垂直。

2.一种利用权利要求1所述的在线测量装置实现的用于轮胎胎面缠绕的胎面厚度测控方法，其特征在于：所述的控制器内存储有被加工轮胎的轮廓曲线，所述的控制器可控制缠绕头驱动机构和缠绕鼓驱动机构，从而在轮胎缠绕过程中使缠绕鼓及被加工轮胎做匀速转动，并且使缠绕头能够做横向、纵向移动并能够转动，在缠绕过程中所实施的胎面厚度闭环测控的步骤为：

1)控制缠绕鼓驱动机构，使缠绕鼓及固定在缠绕鼓上的被加工轮胎绕主轴匀速转动；

2)控制激光位移传感器伺服机构，使激光位移传感器在缠绕过程中的测量位置始终与缠绕头的横向坐标保持一致；

3)实时接收激光位移传感器的测量信号，并将其与被加工轮胎轮廓曲线对应位置的胎面厚度值进行比较；

4)根据步骤3)的比较结果来控制缠绕头驱动机构的运动以及缠绕头的缠绕操作，如实测缠绕厚度小于轮廓曲线中对应位置的胎面厚度值，则控制缠绕头在该坐标位置继续缠绕胶条，如实测缠绕厚度等于轮廓曲线中对应位置的胎面厚度值，则在该坐标位置无需进一步缠绕；

5)重复步骤2)—4)，直至轮胎各坐标位置的胎面实测厚度都与轮廓曲线的对应位置的胎面厚度值相符合。