CN109115786B - 车辆轮胎激光快速无损检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车辆轮胎激光快速无损检测系统，包括：充气装置、旋转轮机构以及检测头机构、轮胎辅助固定架，所述轮胎辅助固定架安装在旋转轮机构上，本发明的有益效果为，操作的便捷性和较大的经济性，机械机构更加简单实用，由于省去了轮胎的拆卸与安装，整体检测速度较快，劳动强度小，可以满足使用要求。
Description
技术领域
本发明涉及轮胎检测技术领域，特别是涉及一种车辆轮胎激光快速无损检测系统。
背景技术
据统计，汽车轮胎的钢丝及帘布断裂等缺陷，对汽车行驶安全危害较大。但从外观上无法用肉眼识别，极大影响了使用安全。
发明内容
针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明的目的提供一种车辆轮胎激光快速无损检测系统。
为实现本发明的目的，本发明提供了一种车辆轮胎激光快速无损检测系统，包括：充气装置、旋转轮机构以及检测头机构、轮胎辅助固定架，所述轮胎辅助固定架安装在旋转轮机构上，
所述充气装置，包括：充气管以及设置在充气管上的电磁阀以及气泵，所述充气管的一端与待测轮胎的充气嘴连接；
所述旋转轮机构，包括：旋转轮，所述旋转轮通过轮轴滑动连接在轮架上，能够旋转，一端的轮轴上连接有第二锥形轮，所述轮架上安装有旋转电机，所述旋转电机的输出轴上设置有第一锥形轮，所述第一锥形轮和第二锥形轮传动连接；
所述轮架设置在支撑板上，所述支撑板上还设置有检测头机构；
所述轮胎辅助固定架包括两块平行间隔设置的底板，两个底板通过横向连接杆连接，每个底板上均设置一个纵向的侧板，侧板的上端设置有固定架卡座，所述固定架卡座包括下夹块和上夹块，所述下夹块和上夹块通过锁紧螺栓固定连接，下夹块通过螺栓与侧板顶端固定连接，两侧的固定架卡座与锁紧杆的两端滑动连接，锁紧杆上固定连接有锁定板，所述锁定板上设置有螺栓孔，使用的时候，锁紧杆穿过轮胎的轮毂后，锁定板上的螺栓孔与轮毂上的螺栓孔使用螺栓固定，所述底板安装在支撑板上。
其中，所述检测头机构的一种结构包括：激光照射单元、光学干涉单元和图像采集单元，
所述激光照射单元，包括：激光器以及反射镜、扩束镜，
所述光学干涉单元，包括：渥拉斯顿棱镜、1/4波片以及偏振片，
所述图像采集单元，包括：带C接口镜头、CCD，
通过激光器发出的激光束依次经过反射镜和扩束镜后，照射在轮胎的检测区域上，通过光学干涉单元接收轮胎检测区域上的反射光，反射光依次经过渥拉斯顿棱镜、1/4波片以及偏振片，然后，通过带C接口镜头、CCD转换为图像信息加以输出。
其中，所述CCD与视频采集盒连接，所述视频采集盒与计算机连接，图像信号输入到计算机中，经过加载处理，就可以检测出所检区域内轮胎的内部缺陷。
其中，所述渥拉斯顿棱镜由两个用双折射材料制成直角棱镜粘合而成。
其中，所述检测头机构还包括另外一种结构，包括：激光照射单元、光学干涉单元和图像采集单元，
所述激光照射单元，包括：激光器、扩束镜，
所述光学干涉单元，包括：分光棱镜、第一反射镜以及第二反射镜，
所述图像采集单元，包括：CCD，
激光器发射的激光束经过扩束镜后，用准直激光照射被测物，被测物的散射光通过分光棱镜后分成2束，经过第一反射镜和第二反射镜两个平面反射镜的反射后，再次经过分光棱镜，然后在CCD像面上形成两个重叠的被测物像。
其中，所述CCD与图像采集卡连接，利用所述CCD进行摄像，通过图像采集卡采集并存入计算机，对变形前后的两幅图像进行实时相减，即可形成一幅剪切散斑干涉条纹图。
其中，所述第一反射镜垂直设置于分光棱镜上方，所述第二反射镜水平设置于分光棱镜的右侧。
其中，所述第一反射镜为压电陶瓷反射镜，所述第一发射镜由位移控制器通过计算机控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果为，操作的便捷性和较大的经济性，机械机构更加简单实用，由于省去了轮胎的拆卸与安装，整体检测速度较快，劳动强度小，可以满足使用要求。
附图说明
图1所示为本申请的结构第一示意图；
图2所示为本申请的结构第二示意图；
图3所示为本申请的滑块的结构示意图；
图4所示为本申请的轮胎辅助固定架的结构示意图；
图5所示为本申请的固定架卡座的结构示意图；
图6所示为本申请检测头机构的实施例1的结构示意图；
图7所示为本申请检测头机构的实施例1的渥拉斯顿棱镜的结构示意图；
图8所示为本申请检测头机构的实施例2的结构示意图；
图9所示为本申请检测头机构的实施例2的分光棱镜的结构示意图；
图中，1-车轮，2-电磁阀，3-气泵，4-检测头，5-滑块，6-固定板，7-支撑板， 8-旋转电机，9-调节支脚，10-轮架，11-第一锥形轮，12-第二锥形轮，13-旋转轮，14-调节丝杠，15-导向杆，16-移动块，17-底板，18-侧板，19-横向连接杆， 20-下夹块，21-锁紧螺栓，22-上夹块，23-锁定板，24-锁紧杆。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
应当说明的是，本申请中所述的“连接”和用于表达“连接”的词语，如“相连接”、“相连”等，既包括某一部件与另一部件直接连接，也包括某一部件通过其他部件与另一部件相连接。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用属于“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、部件或者模块、组件和/或它们的组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个部件或者模块或特征与其他部件或者模块或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了部件或者模块在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的部件或者模块被倒置，则描述为“在其他部件或者模块或构造上方”或“在其他部件或者模块或构造之上”的部件或者模块之后将被定位为“在其他部件或者模块或构造下方”或“在其他部件或者模块或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该部件或者模块也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1-图5所示，本发明提供了一种车辆轮胎激光快速无损检测系统，包括：充气装置、旋转轮机构以及检测头机构、轮胎辅助固定架，所述轮胎辅助固定架安装在旋转轮机构上，
所述充气装置，包括：充气管以及设置在充气管上的电磁阀以及气泵，所述充气管的一端与待测轮胎的充气嘴连接；
所述旋转轮机构，包括：旋转轮，所述旋转轮通过轮轴滑动连接在轮架上，能够旋转，一端的轮轴上连接有第二锥形轮，所述轮架上安装有旋转电机，所述旋转电机的输出轴上设置有第一锥形轮，所述第一锥形轮和第二锥形轮传动连接；
所述轮架设置在支撑板上，所述支撑板上还设置有检测头机构；
所述轮胎辅助固定架包括两块平行间隔设置的底板，两个底板通过横向连接杆连接，每个底板上均设置一个纵向的侧板，侧板的上端设置有固定架卡座，所述固定架卡座包括下夹块和上夹块，所述下夹块和上夹块通过锁紧螺栓固定连接，下夹块通过螺栓与侧板顶端固定连接，两侧的固定架卡座与锁紧杆的两端滑动连接，锁紧杆上固定连接有锁定板，所述锁定板上设置有螺栓孔，使用的时候，锁紧杆穿过轮胎的轮毂后，锁定板上的螺栓孔与轮毂上的螺栓孔使用螺栓固定，所述底板安装在支撑板上。
其中，所述支撑板下端安装有能够调节高度的调节支脚。
其中，所述支撑板上设置有安装槽，所述安装槽内安装有移动块，调节丝杠穿过移动块一侧，与移动块螺纹连接，与支撑板滑动连接，导向杆穿过移动块，与移动块滑动连接，与支撑板固定连接，通过旋转调节丝杠，使得移动块移动，所述轮架设置在移动块上。
其中，检测头安装在滑块上，所述固定板上设置有滑动槽，所述滑块与滑动槽相配合使用，滑块与滑动槽滑动连接，所述滑块下端为燕尾形状，所述滑动槽的形状为燕尾形状。
便携式方案的设计思想着重体现原位、经济、便捷检测，对越野车等单车轮车型不需要从车辆上拆下轮胎就可进行检测，对于后轮双胎的运输车等车型，只需要拆下一个轮胎即可检测。
便携式方案进行检测时，用千斤顶顶在车轴上，将轮胎顶起，顶起高度使轮胎可以自由旋转即可。将充气机通过一个可控制阀门(该阀门由控制箱控制充放气)连接到轮胎的充气嘴。控制箱也控制充气机的电路，可实现开关充气机，即在需要充气的时候启动充气机，反之关闭。这样，就实现了对轮胎的可控制加载。笔记本电脑通过串口与控制箱连接(对于没有串口的笔记本电脑，可接USB转串口器)，以实现对控制器的自动操作。检测头通过USB接口的视频采集盒与笔记本电脑连接，以采集视频信号。伺服电机驱动的旋转轮可自动驱动轮胎旋转，旋转的时机和角度由笔记本电脑通过控制箱来控制。对于双轮的情况，需要人工将双轮胎卸下，然后装上外侧轮胎进行单胎检测。之后，再换上内则轮胎进行单胎检测,最后将外侧轮胎装上复原。或者，可以利用本系统设计的辅助支架装置来减少拆卸步骤。
对于双后轮的情况，由于2个轮胎的相对的胎侧没有空间安放设备，所以需要将一个轮胎先拆卸下来进行单胎的检测。
如图6-7所示，为本申请检测头机构的一种实施例，所述检测头机构包括激光照射单元、光学干涉单元和图像采集单元，
所述激光照射单元，包括：激光器以及反射镜、扩束镜，
所述光学干涉单元，包括：渥拉斯顿棱镜、1/4波片以及偏振片，
所述图像采集单元，包括：带C接口镜头、CCD，
通过激光器发出的激光束依次经过反射镜和扩束镜后，照射在轮胎的检测区域上，通过光学干涉单元接收轮胎检测区域上的反射光，反射光依次经过渥拉斯顿棱镜、1/4波片以及偏振片，然后，通过带C接口镜头、CCD转换为图像信息加以输出。
检测头机构是整个系统的核心部分。由“激光照射系统”、“光学干涉系统”和“图像采集系统”组成。它的主要功能是发出经过处理的均匀的激光束照射在轮胎的检测区域上，通过剪切光学系统接收轮胎检测区域上的反射光，转换为图像信息加以输出。所输出的图像信号输入到系统的计算机中，经过加载处理，就可以检测出所检区域内轮胎的内部缺陷。
检测头中实现剪切功能的光学方法为渥拉斯顿棱镜法。渥拉斯顿棱镜法属于波前分割剪切干涉法。这种剪切实现方案是利用了光的偏振和双折射现象。由两个用双折射材料制成直角棱镜粘合而成。所以渥拉斯顿棱镜法也称双折射棱镜加偏振镜片(Polarizer)的方法。使用渥拉斯顿棱镜的优点是光路和结构简单、防震要求低。
当一束光垂直入射到棱镜的前表面时，在后表面将形成两束互相分开的、振动方向互相垂直的平面偏振光。当光线入射到第一块棱镜后，寻常光(Ordinary Ray，O光)和非常光(Extraordinary Ray，E光)无折射地沿同一方向进行，但它们的速度不同。在进入第二块棱镜后，由于第二块棱镜的光轴垂直于第一块棱镜的光轴，故第一块棱镜的寻常光变为非常光，非常光变为寻常光。在两棱镜的界面上将分别以相对折射率ne/no和no/ne折射，结果两束光在第二块棱镜中分开，并在离开棱镜时将再次折射而形成按一定角度分开的偏振光，它们的振动方向互相垂直。这两束光互为参考光(Reference)和物光(Object)而干涉。但其振动方向互相垂直，所以需要在棱镜后加一块偏振片，其偏振轴和从渥拉斯顿棱镜输出的两束偏振光成45°角，从而可使这两束偏振光在偏振片的偏振轴方向上相干涉。
当棱镜顶角β不大时，两折射光束差不多对称出射，由渥拉斯顿棱镜折射出的两束光的夹角(剪切角)近似为：
α＝2arcsin[(no-ne)tanβ]
式中，no－棱镜材料的寻常光的折射率；ne－棱镜材料的非常光的折射率，β－棱镜的顶角。
物面近似剪切量为：So≈doα
式中，So－物面近似剪切量；do－物距；α－剪切角。
像面近似剪切量为：Si≈diα
式中，Si－像面近似剪切量；di－像距；α－剪切角。
通过上面的分析可以发现：当渥拉斯顿棱镜制作好以后，材料的折射率和棱镜的顶角都已经固定了，所以两束光的夹角也就是剪切角就固定了。因此，要调整剪切量时，需要移动渥拉斯顿棱镜的前后位置，以改变像距或物距。
如图8-9所示，为检测头机构的另外一种结构，包括：激光照射单元、光学干涉单元和图像采集单元，
所述激光照射单元，包括：激光器、扩束镜，
所述光学干涉单元，包括：分光棱镜、第一反射镜以及第二反射镜，
所述图像采集单元，包括：CCD，
激光器发射的激光束经过扩束镜后，用准直激光照射被测物，被测物的散射光通过分光棱镜后分成2束，经过第一反射镜和第二反射镜两个平面反射镜的反射后，再次经过分光棱镜，然后在CCD像面上形成两个重叠的被测物像。
本实施例实现了单次检测成像技术，在检测快捷性和方便性上有巨大进步。
本实施例的剪切结构属于振幅分割剪切干涉法。剪切光路属于双光路布置，由分光镜(半透半反镜)与两片反射镜组成图像错位装置。
用准直激光照射被测物，被测物的散射光通过半透半反镜后分成2束，经过两个平面反射镜的反射后，再次经过半透半反镜，然后在CCD像面上形成两个重叠的被测物像。由于两个平面反射镜中，一个与光轴垂直，另一个与光轴有一微小夹角α，所以被测物的两个像有一定的错位，即实现了剪切成像。
第一反射镜为压电陶瓷(Piezoelectric Ceramic,PZT)反射镜，位移控制器通过计算机控制，带动第一反射镜移动。压电陶瓷反射镜的移动即可改变光波的行程，实现光波的相移；旋转反射镜还可调节剪切量的大小。散斑图像采用CCD 摄像，通过图像采集卡(即A/D转换器)采集并存入计算机内存，对变形前后的两幅图像进行实时相减，即可形成一幅剪切散斑干涉条纹图。
优点是：由于物光在行进中能量损失较少，光强比接近于1，且在全场内分布均匀，光能利用率高，图像质量好；剪切量(剪切角度)的改变非常容易；易于实现相移技术。
物面近似剪切量为：So≈do2α
式中，So－物面剪切量；do－物距；α－反射镜法线与光轴的夹角。
检测头的激光器组共13个波长780纳米二极管激光器以环状分布构成。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，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和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种车辆轮胎激光快速无损检测系统，其特征在于，包括：充气装置、旋转轮机构以及检测头机构、轮胎辅助固定架，所述轮胎辅助固定架安装在旋转轮机构上，
所述充气装置，包括：充气管以及设置在充气管上的电磁阀以及气泵，所述充气管的一端与待测轮胎的充气嘴连接；
所述旋转轮机构，包括：旋转轮，所述旋转轮通过轮轴滑动连接在轮架上，能够旋转，一端的轮轴上连接有第二锥形轮，所述轮架上安装有旋转电机，所述旋转电机的输出轴上设置有第一锥形轮，所述第一锥形轮和第二锥形轮传动连接；
所述轮架设置在支撑板上，所述支撑板上还设置有检测头机构；
所述轮胎辅助固定架包括两块平行间隔设置的底板，两个底板通过横向连接杆连接，每个底板上均设置一个纵向的侧板，侧板的上端设置有固定架卡座，所述固定架卡座包括下夹块和上夹块，所述下夹块和上夹块通过锁紧螺栓固定连接，下夹块通过螺栓与侧板顶端固定连接，两侧的固定架卡座与锁紧杆的两端滑动连接，锁紧杆上固定连接有锁定板，所述锁定板上设置有螺栓孔，使用的时候，锁紧杆穿过轮胎的轮毂后，锁定板上的螺栓孔与轮毂上的螺栓孔使用螺栓固定，所述底板安装在支撑板上；
所述检测头机构包括激光照射单元、光学干涉单元和图像采集单元，
所述激光照射单元，包括：激光器以及反射镜、扩束镜，
所述光学干涉单元，包括：渥拉斯顿棱镜、1/4波片以及偏振片，
所述图像采集单元，包括：带C接口镜头、CCD，
通过激光器发出的激光束依次经过反射镜和扩束镜后，照射在轮胎的检测区域上，通过光学干涉单元接收轮胎检测区域上的反射光，反射光依次经过渥拉斯顿棱镜、1/4波片以及偏振片，然后，通过带C接口镜头、CCD转换为图像信息加以输出；
所述CCD与视频采集盒连接，所述视频采集盒与计算机连接，图像信号输入到计算机中，经过加载处理，就可以检测出所检区域内轮胎的内部缺陷；
所述渥拉斯顿棱镜由两个用双折射材料制成直角棱镜粘合而成。
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- 2018-08-24 CN CN201810972391.1A patent/CN109115786B/zh active Active
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