CN106500913A - 一种轮胎动平衡机不平衡量测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轮胎动平衡机不平衡量测量装置，待测量的轮胎位于动平衡测量工位处，其包括机械结构和测试系统两部分。所述机械结构包括定中机构、锁紧机构、主轴旋转机构、伺服电机、轮辋升降机构、自动更换轮辋装置、轮胎规格识别装置以及输送机构等；所述的测试系统包括压电传感器、光电开关、信号放大器、数据采集卡、工控机等。动平衡测量包括测前准备阶段和测量阶段，测前准备阶段包括系统的初始化、配置属性和参数、标定影响系数、偏心补偿以及零模式校正；测量阶段包括光电开关测初始速度、光电开关测平均转速、数据采集与处理，轮胎判级等部分。
Description
技术领域
本发明涉及轮胎动平衡测量领域，尤其涉及一种轮胎动平衡机不平衡量测量装置。
背景技术
轮胎作为汽车使用中仅次于燃料的第二大消费品，其动平衡性能直接关系到汽车的性能好坏，如汽车行驶过程中的上下跳动和左右摇摆、乘坐的舒适性、油耗大小、汽车其他零部件的使用寿命，甚至关系到乘车人的生命安全。动平衡性能检测是轮胎在出厂前的必检项目，轮胎动平衡机是集机械、电子、自动化、计算机软件开发、数字信号处理、理论力学、信号采集与测量、数据库、嵌入式系统等多学科于一身、精确测量轮胎不平衡量的轮胎质量专用检测设备。
我国自身的轮胎检测行业起步较晚，目前和发达国家的同类设备产品具有一定的差距，发达国家对其理论算法严格保密，因此，研究一款能生产出高精度、具有世界先进水平的轮胎动平衡机具有很大的理论和实践意义。
发明内容
本发明设计的动平衡机是一种全自动充气式轮胎动平衡测量设备，在进行轮胎动平衡量测试时，轮胎首先进入润滑工位，润滑之后被输送至轮胎规格识别工位。进行规格识别后便进入最为关键的工位——动平衡测量工位，在测量工位要完成多个重要的操作步骤，包括轮胎定位、上轮辋下落、气缸锁紧、轮胎充气、轮胎转动，在工作转速下测量轮胎偏心量，测量完成之后，解除轮胎装夹，将轮胎输送至打标工位，根据测量结果，对轮胎质量级别进行标记，然后进入分级工位对轮胎进行分级。
一种轮胎动平衡机不平衡量测量装置，待测量的轮胎位于动平衡测量工位处，该测量装置包括机械结构和测试系统两部分，机械结构和测试系统均安装在测量装置的外壳内，机械结构包括定中机构、锁紧机构、主轴旋转机构、伺服电机、轮辋升降机构、自动更换轮辋装置、轮胎规格识别装置以及输送机构；测试系统包括压电传感器、光电开关、信号放大器、数据采集卡、工控机。待测量的轮胎安装在主轴旋转机构上，伺服电机通过皮带与轮胎主轴旋转机构连接；锁紧机构安装在主轴旋转机构上，轮胎规格识别装置安装在主轴旋转机构上且正对待测量的轮胎；定中机构安装在主轴旋转机构的顶部，用以调整待测量的轮胎位置。
自动更换轮辋装置安装在轮辋升降机构上，轮辋升降机构固定在外壳装置的顶部。
压电传感器设置在机械结构底部的承压处，压电传感器、光电开关、信号放大器、数据采集卡、工控机依次相连组成。
当待测量的轮胎被输送到测量工位之前，轮胎规格识别装置识别待测量的轮胎规格，根据轮胎数据库中存有的系列规格数据，轮辋升降机构下降到预设位置，自动更换轮辋装置根据轮胎规格选择对应的轮辋，在待测量的轮胎到达测量工位后，首先定中机构会对待测量的轮胎进行定中操作，启动主轴锁紧机构，将轮胎固定在主轴锁紧机构主轴上的上下轮辋上，将待测量的轮胎充气至标准气压，在以上各个既定动作完成后，伺服电机通过皮带带动主轴旋转机构的主轴转动，由不平衡量引起的振动输入到测试系统中，动平衡测量完成后通过输送机构将轮胎输送到打标工位。
轮胎动平衡机的测量方法是通过伺服电机带动主轴旋转机构的主轴旋转，由于待测量的轮胎固定在主轴上的上下轮辋上，待测量的轮胎本身不平衡量的存在会出现离心力，离心力引起整个旋转系统的振动，振动又会带来支承处压电传感器负载的不断变化，这种变化经压电传感器转换为电压信号，经信号放大器对电压信号进行放大，利用数据采集卡将放大后电压信号采集进工控机，利用光电开关进行整周期截断，通过自编软件对电压数据进行处理计算最终得出轮胎动平衡各项参数，得到上下校正面的不平衡量大小和角度，最终也可求得轮胎的静不平衡量和力偶不平衡量。
动平衡测量是整个测试系统的主体，标定影响系数、偏心补偿以及零模式校正是测量轮胎动平衡性能的基础。动平衡测量包括测前准备阶段和测量阶段，测前准备阶段包括系统的初始化、配置属性和参数、标定影响系数、偏心补偿以及零模式校正；测量阶段包括光电开关测初始速度、光电开关测平均转速、数据采集与处理，轮胎判级等部分。
该测量装置的测量步骤如下：
(1)系统初始化。初始化界面上的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。
(2)配置属性和参数。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。定义虚拟采集通道与硬件接线相对应，定义通道的采样率和采样时间；定义数据存储路径并赋给路径变量等。
(3)选择轮胎规格。选择轮胎规格参数，包括充气压力、相对应的轮辋直径和宽度、额定工作转速等赋值给后台程序变量，还有需要在数据库中调用该种轮胎规格对应的影响系数和偏心补偿量，如果数据库中没有这些参数，需要进行标定影响系数、偏心补偿量获取以及零模式校正操作。
(4)光电开关测量初始速度。光电开关在该测量程序中具有在测量过程中具有重要作用，通过其数据寻找到零点位置，在伺服电机开始加速工作时，不断循环计算两个零点之间的点数差，当达到额定工作转速附近对应的点数时，开始进行数据采集操作。
(5)实际测量。实际测量时，先按设置好的采样时间和采样频率完成数据采样，对于光电开关对应的通道采集的数据通过零点位置对应的点数值求取数据采集过程中伺服电机的平均转速，判断转速是否在允许的转速误差范围内，如果平均转速误差过大，则将刚采集的数据抛弃，进行下一轮采样；如果转速达到允许误差范围内，则对采集到的原始数据进行预处理去除高强度低频干扰、通过编写低通数字数字滤波程序滤除数据中的高频干扰成分、通过光电开关获取零点信号对数据进行整周期截断并进行FFT(快速傅里叶变换)运算获得高精度频域信号，最后求得动平衡性能参数，根据求得参数值与数据中对应规格轮胎的各项判级标准进行判级，并找到不平衡量所在位置，将轮胎输送到打标工位进行打标操作。各项操作完成后继续测量下一条轮胎，如果轮胎规格没有发生变化，则按实际测量步骤进行操作；若规格发生变化，则需回到选择轮胎规格的步骤。
本装置技术内容如下：
鉴于本发明的上述内容，本发明具有如下优点：
1、按硬支撑平衡机设计，具有一次校正永久使用的优良特性；
2、测量过程中的所有动作流程均为按设定程序自动进行，无需人工干预；
3、采用带胎的方式进行偏心补偿操作，保证了与后期的实际轮胎动平衡检测的实际情况相一致；
附图说明
图1为机械结构示意图；
图2为测试系统的硬件组成图；
具体实施方式
下面结合图1～图2对本发明具体实施例做进一步说明：
所设计的不平衡量测量装置位于动平衡测量工位，其包括机械结构和测试系统两部分。所述机械结构包括定中机构、锁紧机构、主轴旋转机构、伺服电机、轮辋升降机构、自动更换轮辋装置、轮胎规格识别装置以及输送机构等；如图1所示，所述的测试系统包括压电传感器、光电开关、信号放大器、数据采集卡、工控机等。
当轮胎被输送到测量工位之前，轮胎规格识别装置识别到轮胎的规格，根据数据库中存有的一系列规格数据，轮辋升降机构下降到正确的位置，自动更换轮辋装置根据轮胎规格选择合适的轮辋，在轮胎到达测量工位后，首先定中机构会对轮胎进行定中操作，启动主轴锁紧机构，将轮胎固定在主轴上的上下轮辋上，将轮胎充气至标准气压，在以上各个既定动作完成后，伺服电机通过皮带带动主轴旋转机构转动，由不平衡量引起的振动输入到测试系统中，动平衡测量完成后通过输送机构将轮胎输送到打标工位。
如图1所示，轮胎动平衡机的测量方法是通过伺服电机带动主轴旋转，由于轮胎固定在主轴上的上下轮辋上，轮胎本身不平衡量的存在会出现离心力，离心力引起整个旋转系统的振动，振动又会带来支承处压电传感器负载的不断变化，这种变化经压电传感器转换为电压信号，经信号放大器对电压信号进行放大，利用数据采集卡将放大后电压信号采集进工控机，利用光电开关进行整周期截断，通过自编软件对电压数据进行处理计算最终得出轮胎动平衡各项参数，得到上下校正面的不平衡量大小和角度，最终也可求得轮胎的静不平衡量和力偶不平衡量。
动平衡测量是整个测试系统的主体，标定影响系数、偏心补偿以及零模式校正是测量轮胎动平衡性能的基础。图2为轮胎动平衡测试程序流程图，如图2所示，动平衡测量包括测前准备阶段和测量阶段，测前准备阶段包括系统的初始化、配置属性和参数、标定影响系数、偏心补偿以及零模式校正；测量阶段包括光电开关测初始速度、光电开关测平均转速、数据采集与处理，轮胎判级等部分。
(1)系统初始化。初始化界面上的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。
(2)配置属性和参数。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。定义虚拟采集通道与硬件接线相对应，定义通道的采样率和采样时间；定义数据存储路径并赋给路径变量等。
(3)选择轮胎规格。选择轮胎规格参数，包括充气压力、相对应的轮辋直径和宽度、额定工作转速等赋值给后台程序变量，还有需要在数据库中调用该种轮胎规格对应的影响系数和偏心补偿量，如果数据库中没有这些参数，需要进行标定影响系数、偏心补偿量获取以及零模式校正操作。
(4)光电开关测量初始速度。光电开关在该测量程序中具有在测量过程中具有重要作用，通过其数据寻找到零点位置，在伺服电机开始加速工作时，不断循环计算两个零点之间的点数差，当达到额定工作转速附近对应的点数时，开始进行数据采集操作。
(5)实际测量。实际测量时，先按设置好的采样时间和采样频率完成数据采样，对于光电开关对应的通道采集的数据通过零点位置对应的点数值求取数据采集过程中伺服电机的平均转速，判断转速是否在允许的转速误差范围内，如果平均转速误差过大，则将刚采集的数据抛弃，进行下一轮采样；如果转速达到允许误差范围内，则对采集到的原始数据进行预处理去除高强度低频干扰、通过编写低通数字数字滤波程序滤除数据中的高频干扰成分、通过光电开关获取零点信号对数据进行整周期截断并进行FFT(快速傅里叶变换)运算获得高精度频域信号，最后求得动平衡性能参数，根据求得参数值与数据中对应规格轮胎的各项判级标准进行判级，并找到不平衡量所在位置，将轮胎输送到打标工位进行打标操作。各项操作完成后继续测量下一条轮胎，如果轮胎规格没有发生变化，则按实际测量步骤进行操作；若规格发生变化，则需回到选择轮胎规格的步骤。
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 (3)
1.一种轮胎动平衡机不平衡量测量装置，其特征在于：待测量的轮胎位于动平衡测量工位处，该测量装置包括机械结构和测试系统两部分，机械结构和测试系统均安装在测量装置的外壳内，机械结构包括定中机构、锁紧机构、主轴旋转机构、伺服电机、轮辋升降机构、自动更换轮辋装置、轮胎规格识别装置以及输送机构；测试系统包括压电传感器、光电开关、信号放大器、数据采集卡、工控机；待测量的轮胎安装在主轴旋转机构上，伺服电机通过皮带与轮胎主轴旋转机构连接；锁紧机构安装在主轴旋转机构上，轮胎规格识别装置安装在主轴旋转机构上且正对待测量的轮胎；定中机构安装在主轴旋转机构的顶部，用以调整待测量的轮胎位置；
自动更换轮辋装置安装在轮辋升降机构上，轮辋升降机构固定在外壳装置的顶部；
压电传感器设置在机械结构底部的承压处，压电传感器、光电开关、信号放大器、数据采集卡、工控机依次相连组成；
当待测量的轮胎被输送到测量工位之前，轮胎规格识别装置识别待测量的轮胎规格，根据轮胎数据库中存有的系列规格数据，轮辋升降机构下降到预设位置，自动更换轮辋装置根据轮胎规格选择对应的轮辋，在待测量的轮胎到达测量工位后，首先定中机构会对待测量的轮胎进行定中操作，启动主轴锁紧机构，将轮胎固定在主轴锁紧机构主轴上的上下轮辋上，将待测量的轮胎充气至标准气压，在以上各个既定动作完成后，伺服电机通过皮带带动主轴旋转机构的主轴转动，由不平衡量引起的振动输入到测试系统中，动平衡测量完成后通过输送机构将轮胎输送到打标工位；
轮胎动平衡机的测量方法是通过伺服电机带动主轴旋转机构的主轴旋转，由于待测量的轮胎固定在主轴上的上下轮辋上，待测量的轮胎本身不平衡量的存在会出现离心力，离心力引起整个旋转系统的振动，振动又会带来支承处压电传感器负载的不断变化，这种变化经压电传感器转换为电压信号，经信号放大器对电压信号进行放大，利用数据采集卡将放大后电压信号采集进工控机，利用光电开关进行整周期截断，通过自编软件对电压数据进行处理计算最终得出轮胎动平衡各项参数，得到上下校正面的不平衡量大小和角度，最终也可求得轮胎的静不平衡量和力偶不平衡量。
2.根据权利要求1所述的一种轮胎动平衡机不平衡量测量装置，其特征在于：动平衡测量是整个测试系统的主体，标定影响系数、偏心补偿以及零模式校正是测量轮胎动平衡性能的基础；动平衡测量包括测前准备阶段和测量阶段，测前准备阶段包括系统的初始化、配置属性和参数、标定影响系数、偏心补偿以及零模式校正；测量阶段包括光电开关测初始速度、光电开关测平均转速、数据采集与处理，轮胎判级部分。
3.根据权利要求1所述的一种轮胎动平衡机不平衡量测量装置，其特征在于：该测量装置的测量步骤如下：
1)系统初始化；初始化界面上的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；
2)配置属性和参数；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；定义虚拟采集通道与硬件接线相对应，定义通道的采样率和采样时间；定义数据存储路径并赋给路径变量；
3)选择轮胎规格；选择轮胎规格参数，包括充气压力、相对应的轮辋直径和宽度、额定工作转速赋值给后台程序变量，还有需要在数据库中调用该种轮胎规格对应的影响系数和偏心补偿量，如果数据库中没有这些参数，需要进行标定影响系数、偏心补偿量获取以及零模式校正操作；
4)光电开关测量初始速度；光电开关在该测量程序中具有在测量过程中具有重要作用，通过其数据寻找到零点位置，在伺服电机开始加速工作时，不断循环计算两个零点之间的点数差，当达到额定工作转速附近对应的点数时，开始进行数据采集操作；
(5)实际测量；实际测量时，先按设置好的采样时间和采样频率完成数据采样，对于光电开关对应的通道采集的数据通过零点位置对应的点数值求取数据采集过程中伺服电机的平均转速，判断转速是否在允许的转速误差范围内，如果平均转速误差过大，则将刚采集的数据抛弃，进行下一轮采样；如果转速达到允许误差范围内，则对采集到的原始数据进行预处理去除高强度低频干扰、通过编写低通数字数字滤波程序滤除数据中的高频干扰成分、通过光电开关获取零点信号对数据进行整周期截断并进行FFT运算获得高精度频域信号，最后求得动平衡性能参数，根据求得参数值与数据中对应规格轮胎的各项判级标准进行判级，并找到不平衡量所在位置，将轮胎输送到打标工位进行打标操作；各项操作完成后继续测量下一条轮胎，如果轮胎规格没有发生变化，则按实际测量步骤进行操作；若规格发生变化，则需回到选择轮胎规格的步骤。
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