CN106289813A - 一种轮胎均匀性检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轮胎均匀性检测装置，包括机械结构和测试系统两部分。所述机械结构包括机架部分、气动部分、进给机构、负荷轮轴及附属部件、传动机构和轮胎轴及附属部件；所述的测试系统包括上下二维力学传感器、电压放大器、数据采集卡、通用PC机。轮胎均匀性检测采用轮胎与负荷轮相互作用，通过测量负荷轮的支撑反力反映轮胎自身均匀性的检测系统。由轮胎传动轴电机带动系统旋转，负荷轮从动。负荷轮的支撑件为上下两个二维力学传感器，通过传感器受力，测量出轮胎的不均匀性产生的作用力，反映其均匀性程度。通过上下传感器测量轮胎竖直方向和水平方向的支撑反力，经检测系统硬件电路，传送给PC机并进行数据处理和求解参数。
Description
技术领域
本发明涉及轮胎均匀性检测技术领域，尤其涉及一种轮胎均匀性检测装置。
背景技术
随着我国的汽车工业、公路交通运输的迅猛发展及家庭轿车普及率的提高，人们对汽车的重要组成部件轮胎认识不断提高，同时对轮胎质量提出了越来越高的要求。轮胎均匀性是轮胎出厂的必检项目，直接影响到车辆的操纵稳定性和行驶安全性。现代道路交通和汽车工业对轮胎均匀性的要求越来越高，尤其是在高速行驶条件下。轮胎均匀性对汽车的性能有十分重要的影响，如汽车的振动，噪声，乘坐舒适度，操纵稳定性和高速行驶安全性以及汽车零部件的寿命。
轮胎均匀性试验机是利用检测手段测量轮胎均匀性参数的试验设备，由所测参数反映轮胎均匀性的优劣，定性分析轮胎经加工硫化等过程后轮胎胶质缺陷。由于我国轮胎检测行业起步较晚，相对比较落后，国家出台了相关轮胎检测技术及相关技术标准推动我国轮胎制造业检测设备的发展。同时，轮胎均匀性试验机的研制成功对推动我国轮胎制造业的发展具有一定的指导意义。
发明内容
轮胎均匀性检测采用轮胎与负荷轮相互作用，通过测量负荷轮的支撑反力反映轮胎自身均匀性的检测系统。该系统是模拟轮胎在地面行驶过程演变而来。由轮胎传动轴电机带动系统旋转，负荷轮从动。负荷轮的支撑件为上下两个二维力学传感器，通过传感器受力，测量出轮胎的不均匀性产生的作用力，反映其均匀性程度。通过上下传感器测量轮胎竖直方向(侧向)和水平方向(径向)的支撑反力，经检测系统硬件电路，传送给PC机并进行数据处理和求解参数。
一种轮胎均匀性检测装置，该检测装置包括机械结构和测试系统两部分。所述机械结构包括机架部分、气动部分、进给机构、负荷轮轴及附属部件、传动机构和轮胎轴及附属部件；所述的测试系统包括上二维力学传感器、下二维力学传感器、电压放大器、数据采集卡、通用PC机。
机架部分是机械结构其他部件以及测试系统的载体，用以支撑紧固各构件；气动部分为轮胎充、放气机构，轮胎充、放气机构用以实现对检测轮胎的充、放气操作，并在测量过程中保持轮胎气压的稳定。气动部分分别为装卸轮胎工作台和装卸上轮辋机构，装卸轮胎工作台和装卸上轮辋机构由电磁阀控制，装卸轮胎工作台实现工作台的上下动作，完成轮胎进出测量工位的操作。装卸上轮辋机构控制上轮辋的上、下动作，实现上、下轮辋的分开与压和，下轮辋位置不变。负荷轮轴及附属部件包括负荷轮(4)、负荷轮轴(9)、配合轴承等部件，负荷轮轴及附属部件用于模拟轮胎与地面接触。负荷轮轴(9)两端分别连接有两个二维力学传感器相连，这两个二维力学传感器分别是上二维力学传感器(3)和下二维力学传感器(5)，两个二维力学传感器通过固定板(1)固定在进给机构的支撑架(2)上。在加载与卸载过程中，负荷轮轴及附属部件随进给机构运动；进给机构包括导轨(7)、滚珠丝杠(6)等，进给机构的导轨(7)与机架的导轨相配合，以实现支撑进给机构并为其进给进行导向；进给机构的两侧分别安装有滚珠丝杠(6)，滚珠丝杠(6)的两端通过轴承固定在机架(8)上，滚珠丝杠(6)的中间的螺杆部分与固定在进给机构上的螺母和滚珠相连，实现进给机构的相对运动。两个滚珠丝杠(6)由一台进给电机带动，以便于控制进给机构两侧具有相同的进给速度；轮胎轴及附属部件包括轮胎及轮辋(10)、传动齿轮，传动齿轮与电动机(11)通过齿形皮带(12)相连，电动机(11)为轮胎轴的转动提供动力；电动机(11)、齿形皮带(12)、传动齿轮相连接组成传动机构，用于传递转速和扭矩。电动机(11)一侧安装有编码器，用于测量电动机(11)的转速及确定打标位置。
上二维力学传感器、下二维力学传感器分别与电压放大器连接，电压放大器与数据采集卡、通用PC机依次相连。
主程序是测量过程的主体，主程序包括测前准备阶段和测量阶段，测前准备阶段包括程序初始化、属性和参数配置和自检部分；测量阶段包括编码器测速部分、零点位置检测部分和实际测量部分。
(1)程序初始化。初始化各个控件类型及属性；初始化所需参数及变量；引用所需类库，类库包括采集卡驱动类库、I/O驱动类库、数学函数类库等；实例化检测任务；添加虚拟通道及定义属性等。
(2)配置属性和参数。该步骤是通过人机交互界面将用户定义的属性和参数装载到程序中。定义虚拟通道与硬件相对应，并定义该通道的采样率、连接方式、电压范围、激励方式等；定义数据存储路径并赋给路径变量等；选择轮胎规格参数，其中包括测量载荷、测量轮胎充气压力及测量轮胎转速等并赋值给对应变量。
(3)开机自检。该项可避免由于设备老化对测量初值的影响。经上述操作后，单击“开机自检”按钮，程序调用数据采集函数，读取所有定义通道的电压量，数据采集结束后，将该组数据经平均函数计算各个通道的初始电压，并赋给初值变量和显示在程序界面。
(4)编码器测速。编码器在测量过程中主要有两个用途，其一是测量轮胎转速，其二是与零点位置配合使用确定打标角度。编码器选用的是增量式正交编码器，由于其用途简单，故采用单端连接方式，只需连接一路信号连接到采集卡正交编码器连接端子上，由计数器记录脉冲个数以达到测量要求。程序中以一定的时间周期读取计数器中的数据，通过计数器数据的变化和各次读取数据间的时间间隔确定转速和角度。在测量过程中，当轮胎移动到测量工位正转时，开始对轮胎进行测速，当达到预定转速后进行加载，然后读取到零点位置后开始测量；同样在反转时工作方式相同；在正反转测量结束后，卸载并读取零点位置，当读到零点信号后，再次对编码器进行计数，并结合数据处理过程计算出的角度确定停止位置，即打标点。
(5)零点位置检测。零点位置检测的目的是为打标提供参考点。打标点是在信号波形的峰值点处，以零点位置作为周期信号起始点，通过算法计算出峰值点与该零点之间的相角，再将旋转轮胎的峰值点停止在零点位置处，以便完成打标。零点位置检测是通过光电开关检测的，其输入输出为+24V，通过四个阻值相同的分压电阻来分压，测量最有一个电阻两端的电压值。理论光电开关闭合时输出+6V电压，且该电压可以被采集卡数字通道读取，完成零点位置检测。
(6)实际测量。在实际测量过程中，首先确定正转转速，达到所需转速后，采集两个二维力学传感器信号，计算径向力载荷，达到给定载荷后，再检测轮胎零点位置，零点位置开关触发后，再采集两传感器四个通道信号，达到所需数据后，调用数据处理函数，对数据进行计算处理，求得所需参数，并显示在主界面上；然后反转检测，步骤与正转相同，求得反转参数后，对以上数据进行判级和存储，完成一条轮胎的检测。
与现有技术相比较，本发明具有如下优点：
1、本装置结构较为简单，检测方法简单易行，装置成本较低，其具有很好的经济性。
2、本装置中选择的传感器、数据采集卡等相关元器件都是市面上很成熟的产品，检测方案直接有效，工程实现性较好，其具有很好的工程实用性。
3、该系统操作简单，工作性能可靠，测量重复性较好。
附图说明
图1为负荷轮安装示意图；
图2为负荷轮进给机构示意图；
图3为传动机构原理图；
图4为轮胎均匀性测试系统抽象结构图；
图5为检测主程序流程图。
图中：1、固定板，2、支撑架，3、上传感器，4、负荷轮，5、下传感器，6、滚珠丝杆，7、导轨，8、机架，9、负荷轮轴，10、轮胎及轮辋，11、电动机，12、齿形皮带。
具体实施方式
下面结合图1～图5对本发明具体实施例做进一步说明：
所设计的均匀性检测装置包括机械结构和测试系统两部分。所述机械结构包括机架部分、气动部分、进给机构、负荷轮轴及附属部件、传动机构和轮胎轴及附属部件；所述的测试系统包括上下二维力学传感器、电压放大器、数据采集卡、通用PC机。
机架部分是其他部件的载体，支撑紧固其他机构部件；气动部分主要有轮胎充放气机构，装卸轮胎工作台气动机构和装卸上轮辋机构，通过电磁阀控制其动作。轮胎充放气机构实现对检测轮胎的充气、放气操作，并在测量过程中保持气压稳定。装卸轮胎工作台气动机构实现工作台的上下动作，完成轮胎进出测量工位的操作。装卸上轮辋机构是控制上轮辋的上下动作，实现上下轮辋的分开与压和，下轮辋位置不变；负荷轮轴及附属部件包括负荷轮(4)、负荷轮轴(9)、配合轴承等部件，用于模拟轮胎与地面接触。该部件通过负荷轮轴(9)两端与两个二维力学传感器相连，这两个二维力学传感器分别是上二维力学传感器(3)和下二维力学传感器(5)，由传感器支撑该部件，同时，传感器通过固定板(1)固定在进给机构的支撑架(2)上，如图1所示。在加载与卸载过程中，该部分随进给机构运动；进给机构包括导轨(7)、滚珠丝杠(6)等，进给机构导轨面与机架导轨相互配合，实现支撑进给机构并为进给导向，两侧各装有滚珠丝杠(6)，丝杠两端通过轴承固定在机架(8)上，中间部分螺杆与固定在进给机构上的螺母和滚珠相连，实现相对运动。两个丝杠由一台进给电机带动，以便于进给机构两侧具有相同的进给速度，如图2所示；轮胎轴及附属部件包括轮胎及轮辋(10)和传动齿轮，与电动机(11)通过齿形皮带(12)相连，为轮胎轴转动提供动力；电动机(11)通过齿形皮带(12)与轮胎轴下端齿轮连接，组成传动机构，用于传递转速和扭矩。电动机(11)一侧安装有编码器，用于测量电动机转速及确定打标位置，如图3所示。
如图4所示，负荷轮(4)加载后在X-Y力系机构中，负荷轮(4)为理想均匀的刚体，且负荷轮(4)中轴线与轮胎及轮辋(10)中轴线平行，对轮胎施加力的方向与两个中轴线垂直，建立负荷轮(4)与轮胎之间二维力的基准轴系。在测量轮胎均匀性参数时，可通过改变两中轴间距离改变负荷轮对轮胎加载固定负荷，轮胎旋转会产生对应周期性变化的力。A、B处为两个矢量正交测力传感器装置，传感器是负荷轮中轴的两端支撑点，由其受力求解出均匀性各项参数，从而反映轮胎的均匀性。如图4所示，C为轮胎与负荷轮接触面中心。
主程序是测量过程的主体，主程序流程图如图5所示，该程序包括测前准备阶段和测量阶段，测前准备阶段包括程序初始化、属性和参数配置和自检部分；测量阶段包括编码器测速部分、零点位置检测部分和实际测量部分。
(1)程序初始化。初始化各个控件类型及属性；初始化所需参数及变量；引用所需类库，如采集卡驱动类库、I/O驱动类库、数学函数类库等；实例化检测任务；添加虚拟通道及定义属性等。
(2)配置属性和参数。该项是通过人机交互界面将用户定义的属性和参数装载到程序中。定义虚拟通道与硬件相对应，并定义该通道的采样率、连接方式、电压范围、激励方式等；定义数据存储路径并赋给路径变量等；选择轮胎规格参数，其中包括测量载荷、测量轮胎充气压力及测量轮胎转速等并赋值给对应变量。
(3)开机自检。该项可避免由于设备老化对测量初值的影响。经上述操作后，单击“开机自检”按钮，程序调用数据采集函数，读取所有定义通道的电压量，数据采集结束后，将该组数据经平均函数计算各个通道的初始电压，并赋给初值变量和显示在程序界面。
(4)编码器测速。编码器在测量过程中主要有两个用途，其一是测量轮胎转速，其二是与零点位置配合使用确定打标角度。编码器选用的是增量式正交编码器，由于其用途简单，故采用单端连接方式，只需连接一路信号连接到采集卡正交编码器连接端子上，由计数器记录脉冲个数以达到测量要求。程序中以一定的时间周期读取计数器中的数据，通过计数器数据的变化和各次读取数据间的时间间隔确定转速和角度。在测量过程中，当轮胎移动到测量工位正转时，开始对轮胎进行测速，当达到预定转速后进行加载，然后读取到零点位置后开始测量；同样在反转时工作方式相同；在正反转测量结束后，卸载并读取零点位置，当读到零点信号后，再次对编码器进行计数，并结合数据处理过程计算出的角度确定停止位置，即打标点。
(5)零点位置检测。零点位置检测的目的是为打标提供参考点。打标点是在信号波形的峰值点处，以零点位置作为周期信号起始点，通过算法计算出峰值点与该零点之间的相角，再将旋转轮胎的峰值点停止在零点位置处，以便完成打标。零点位置检测是通过光电开关检测的，其输入输出为+24V，通过四个阻值相同的分压电阻来分压，测量最有一个电阻两端的电压值。理论光电开关闭合时输出+6V电压，且该电压可以被采集卡数字通道读取，完成零点位置检测。
(6)实际测量。在实际测量过程中，首先确定正转转速，达到所需转速后，采集两个二维力学传感器信号，计算径向力载荷，达到给定载荷后，再检测轮胎零点位置，零点位置开关触发后，再采集两传感器四个通道信号，达到所需数据后，调用数据处理函数，对数据进行计算处理，求得所需参数，并显示在主界面上；然后反转检测，步骤与正转相同，求得反转参数后，对以上数据进行判级和存储，完成一条轮胎的检测。
本发明的应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种轮胎均匀性检测装置，其特征在于：该检测装置包括机械结构和测试系统两部分；所述机械结构包括机架部分、气动部分、进给机构、负荷轮轴及附属部件、传动机构和轮胎轴及附属部件；所述的测试系统包括上二维力学传感器、下二维力学传感器、电压放大器、数据采集卡、通用PC机；
机架部分是机械结构其他部件以及测试系统的载体，用以支撑紧固各构件；气动部分为轮胎充、放气机构，轮胎充、放气机构用以实现对检测轮胎的充、放气操作，并在测量过程中保持轮胎气压的稳定；气动部分分别为装卸轮胎工作台和装卸上轮辋机构，装卸轮胎工作台和装卸上轮辋机构由电磁阀控制，装卸轮胎工作台实现工作台的上下动作，完成轮胎进出测量工位的操作；装卸上轮辋机构控制上轮辋的上、下动作，实现上、下轮辋的分开与压和，下轮辋位置不变；
负荷轮轴及附属部件包括负荷轮(4)、负荷轮轴(9)、配合轴承部件，负荷轮轴及附属部件用于模拟轮胎与地面接触；负荷轮轴(9)两端分别连接有两个二维力学传感器相连，这两个二维力学传感器分别是上二维力学传感器(3)和下二维力学传感器(5)，两个二维力学传感器通过固定板(1)固定在进给机构的支撑架(2)上；在加载与卸载过程中，负荷轮轴及附属部件随进给机构运动；进给机构包括导轨(7)、滚珠丝杠(6)，进给机构的导轨(7)与机架的导轨相配合，以实现支撑进给机构并为其进给进行导向；进给机构的两侧分别安装有滚珠丝杠(6)，滚珠丝杠(6)的两端通过轴承固定在机架(8)上，滚珠丝杠(6)的中间的螺杆部分与固定在进给机构上的螺母和滚珠相连，实现进给机构的相对运动；两个滚珠丝杠(6)由一台进给电机带动，以便于控制进给机构两侧具有相同的进给速度；轮胎轴及附属部件包括轮胎及轮辋(10)、传动齿轮，传动齿轮与电动机(11)通过齿形皮带(12)相连，电动机(11)为轮胎轴的转动提供动力；电动机(11)、齿形皮带(12)、传动齿轮相连接组成传动机构，用于传递转速和扭矩；电动机(11)一侧安装有编码器，用于测量电动机(11)的转速及确定打标位置；
上二维力学传感器(3)、下二维力学传感器(5)分别与电压放大器连接，电压放大器与数据采集卡、通用PC机依次相连。
2.根据权利要求1所述的一种轮胎均匀性检测装置，其特征在于：主程序是测量过程的主体，主程序包括测前准备阶段和测量阶段，测前准备阶段包括程序初始化、属性和参数配置和自检部分；测量阶段包括编码器测速部分、零点位置检测部分和实际测量部分；
(1)程序初始化；初始化各个控件类型及属性；初始化所需参数及变量；引用所需类库，类库包括采集卡驱动类库、I/O驱动类库、数学函数类库；实例化检测任务；添加虚拟通道及定义属性；
(2)配置属性和参数；该步骤是通过人机交互界面将用户定义的属性和参数装载到程序中；定义虚拟通道与硬件相对应，并定义该通道的采样率、连接方式、电压范围、激励方式；定义数据存储路径并赋给路径变量；选择轮胎规格参数，其中包括测量载荷、测量轮胎充气压力及测量轮胎转速并赋值给对应变量；
(3)开机自检；该项可避免由于设备老化对测量初值的影响；经上述操作后，单击“开机自检”按钮，程序调用数据采集函数，读取所有定义通道的电压量，数据采集结束后，将该组数据经平均函数计算各个通道的初始电压，并赋给初值变量和显示在程序界面；
(4)编码器测速；编码器在测量过程中主要有两个用途，其一是测量轮胎转速，其二是与零点位置配合使用确定打标角度；编码器选用的是增量式正交编码器，由于其用途简单，故采用单端连接方式，只需连接一路信号连接到采集卡正交编码器连接端子上，由计数器记录脉冲个数以达到测量要求；程序中以一定的时间周期读取计数器中的数据，通过计数器数据的变化和各次读取数据间的时间间隔确定转速和角度；在测量过程中，当轮胎移动到测量工位正转时，开始对轮胎进行测速，当达到预定转速后进行加载，然后读取到零点位置后开始测量；同样在反转时工作方式相同；在正反转测量结束后，卸载并读取零点位置，当读到零点信号后，再次对编码器进行计数，并结合数据处理过程计算出的角度确定停止位置，即打标点；
(5)零点位置检测；零点位置检测的目的是为打标提供参考点；打标点是在信号波形的峰值点处，以零点位置作为周期信号起始点，通过算法计算出峰值点与该零点之间的相角，再将旋转轮胎的峰值点停止在零点位置处，以便完成打标；零点位置检测是通过光电开关检测的，其输入输出为+24V，通过四个阻值相同的分压电阻来分压，测量最有一个电阻两端的电压值；理论光电开关闭合时输出+6V电压，且该电压可以被采集卡数字通道读取，完成零点位置检测；
(6)实际测量；在实际测量过程中，首先确定正转转速，达到所需转速后，采集两个二维力学传感器信号，计算径向力载荷，达到给定载荷后，再检测轮胎零点位置，零点位置开关触发后，再采集两传感器四个通道信号，达到所需数据后，调用数据处理函数，对数据进行计算处理，求得所需参数，并显示在主界面上；然后反转检测，步骤与正转相同，求得反转参数后，对以上数据进行判级和存储，完成一条轮胎的检测。
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