CN110987483A

CN110987483A - 一种免充气空心轮胎内部结构缺陷自动检测系统

Info

Publication number: CN110987483A
Application number: CN201911056400.3A
Authority: CN
Inventors: 何贞志; 丁鑫; 周公博; 孙孟泽; 周坪; 唐超权; 李婷婷; 薛芮
Original assignee: China University of Mining and Technology CUMT; Jiangsu Normal University
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT; Jiangsu Normal University
Priority date: 2019-10-31
Filing date: 2019-10-31
Publication date: 2020-04-10
Anticipated expiration: 2039-10-31
Also published as: CN110987483B

Abstract

本发明公开了一种免充气空心轮胎内部结构缺陷自动检测系统，包括送料传送带、V形推板、步进电机一、夹爪、步进电机二、转台、加载和压紧装置、分选传送带一、分选传送带二以及机架；机架上设有横向导轨，导轨上具有夹爪底板，夹爪底板位于横向导轨上活动，导轨侧部具有用于驱动夹爪底板的步进电机一，夹爪底板上还设有纵向导轨，夹爪位于纵向导轨上活动，纵向导轨上端具有用于驱动夹爪的步进电机二；加载和压紧装置位于转台上。与现有技术相比，本发明能够对一定尺寸范围的轮胎进行送料、定位、旋转、激振、测试、卸料等操作，无需人为干预，大大的减少了人工成本。

Description

一种免充气空心轮胎内部结构缺陷自动检测系统

技术领域

本发明涉及一种免充气空心轮胎内部结构缺陷自动检测系统，属于轮胎缺陷检测系统技术领域。

背景技术

轮胎是车辆的关键部件，在车辆行驶过程中起到承重、缓冲等作用。随着使用场景和使用环境的不断变化，传统的充气轮胎很容易磨损，造成漏气、爆胎等事件的发生，无法满足使用条件。于是，人们尝试从免充气轮胎的角度解决这一问题。在我国，免充气轮胎产品已经开始规模化生产和使用，例如技术较为成熟的江昕轮胎公司的免充气空心轮胎产品。在免充气空心轮胎的生产过程中，轮胎内部结构缺陷检测的工作暂未实现自动化，仍然依靠人工方式检验成品，显然这提高了人工成本，并且使免充气空心轮胎的生产效率降低，因此，需要设计一种免充气空心轮胎内部缺陷自动检测系统。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种免充气空心轮胎内部结构缺陷自动检测系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种免充气空心轮胎内部结构缺陷自动检测系统，包括送料传送带、V形推板、步进电机一、夹爪、步进电机二、转台、加载和压紧装置、分选传送带一、分选传送带二以及机架；机架上设有横向导轨，导轨上具有夹爪底板，夹爪底板位于横向导轨上活动，导轨侧部具有用于驱动夹爪底板横向移动的步进电机一，夹爪底板上还设有纵向导轨，夹爪位于纵向导轨上活动，纵向导轨上端具有用于驱动夹爪纵向移动的步进电机二；加载和压紧装置位于转台上部；送料传送带位于第一工位，转台位于第二工位，分选传送带二位于第三工位，分选传送带一位于第四工位；送料传送带的末端一侧为夹爪活动区域，V形推板设在其另一侧。

作为进一步的优选方案，所述加载和压紧装置包括气缸支架，气缸支架上部具有气缸安装板，气缸安装板上安装有第一气缸和第二气缸，第二气缸和第二气缸的动力输出端均贯穿气缸安装板；第二气缸的动力输出端设有浮动接头，浮动接头下部为端盖，端盖下部设有弹簧，弹簧末端为加速度传感器，加速度传感器外围设有传感器套筒，传感器套筒底部具有传振杆；第一气缸的动力输出端设有压紧板。

作为进一步的优选方案，所述转台包括相邻设置的激振器和转台支架，转台支架下部具有电机安装板，电机安装板内置步进电机二，步进电机二的动力输出端朝上，并安装有轴，轴与步进电机二的动力输出端之间具有联轴器，轴的末端为轴套，轴套上设有转盘，转盘上设有承载块。

作为进一步的优选方案，所述夹爪包括水平托板，步进电机二驱动水平托板在夹爪底板上沿纵向导轨移动，水平托板上布置有气缸三、连接块一、连杆、连接轴、连接块二、夹爪手指；气缸三固定于水平托板，连接块一位于气缸三的动力输出端，连接轴位于连接块二与连接块一之间，连接块二的两侧分别设有一个连杆和一个夹爪手指，连杆的一端铰接于连接块二，另一端铰接于夹爪手指，所述夹爪手指靠近连接块二的位置开设有孔，贯穿该孔设有固定于水平托板的销轴。

作为进一步的优选方案，所述送料传送带的两侧设有限位带。

采用本发明的技术方案，与现有技术相比，有如下有益效果：

1.设计的轮胎缺陷检测系统对一定尺寸范围的轮胎具有适应性。

2.设计的自动检测机构能够实现轮胎的全自动送料、定位、旋转、激振、测试、卸料等操作，无需人为干预，大大的减少了人工成本。

3.提高了检测的准确性，降低了漏检率。

4.可通过上位机对系统进行操作和控制，页面简洁明了，易操作。

附图说明

图1为本发明的组成示意图；

图2为夹爪的结构示意图；

图3为加载和压紧装置和转台的结构示意图；

图4为自动监测流程示意图；

图5为测控系统结构框图；

图6为控制程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选技术方案。

本发明的一种免充气空心轮胎内部结构缺陷自动检测系统，机械系统部分包括送料传送带1、夹爪6、转台8、加载和压紧装置9、V形推板3、分选传送带一11、分选传送带二12、步进电机一4、步进电机二7以及机架；送料传送带1用于将待测轮胎运输至检测工位，当待测轮胎移动到送料传送带1末端时，由送料传送带1末端的V形推板3将轮胎推到送料传送带1侧面的平台上，方便夹爪6的夹取，整个过程轮胎呈卧式状态。

机架上设有横向导轨，导轨上具有夹爪底板，夹爪底板位于横向导轨上活动，导轨侧部具有用于驱动夹爪底板横向移动的步进电机一4，夹爪底板上还设有纵向导轨，夹爪6位于纵向导轨上活动，纵向导轨上端具有用于驱动夹爪6纵向移动的步进电机二7；加载和压紧装置9位于转台8上部；送料传送带1位于第一工位，转台8位于第二工位，分选传送带二12位于第三工位，分选传送带一11位于第四工位；送料传送带1的末端一侧为夹爪6活动区域，V形推板3设在其另一侧。

夹爪6负责将轮胎从送料传送带1处移动到测试工位上，方便轮胎的固定和测试；同时，在测试工作完成后，同样由夹爪6将轮胎移动到分选传送带一11或分选传送带二12上，将内部有缺陷以及未检测出缺陷的轮胎分别运送到分选传送带一11或分选传送带二12上。

具体的说，所述夹爪6包括水平托板，步进电机二7驱动水平托板在夹爪底板上沿纵向导轨移动，水平托板上布置有气缸三13、连接块一14、连杆15、连接轴16、连接块二17、夹爪手指18；气缸三13固定于水平托板，连接块一14位于气缸三13的动力输出端，连接轴16位于连接块二17与连接块一14之间，连接块二17的两侧分别设有一个连杆15和一个夹爪手指18，连杆15的一端铰接于连接块二17，另一端铰接于夹爪手指18，所述夹爪手指18靠近连接块二17的位置开设有孔，贯穿该孔设有固定于水平托板的销轴，气缸三13驱动连接块二17伸缩，带动连杆15以及夹爪手指18摆动，实现两个夹爪手指18相对夹持动作。

所述送料传送带1为送料部分，使用滚筒输送带作为免充气空心轮胎的送料装置，每个动力滚筒通过链传动链接两个链轮滚筒。在送料传送带运行过程中，为保证免充气轮胎运动在中心线附近，在送料传送带边缘增加一对限位带2。限位带2固定方式为螺栓固定，螺栓固定位置为一个 U 型槽，可以通过调节螺栓固定位置调整限位带宽度，满足不同尺寸轮胎检测的需求。当免充气空心轮胎被链轮滚筒运送到送料传送带1末端时，由V形推板3将轮胎推至末端平台处，在推动免充气空心轮胎时起到自定心的作用。

所述加载和压紧装置9包括气缸支架28，气缸支架28上部具有气缸安装板30，气缸安装板30上安装有第一气缸31和第二气缸32，第二气缸32和第二气缸32的动力输出端均贯穿气缸安装板30；第二气缸32的动力输出端设有浮动接头33，浮动接头33下部为端盖34，端盖34下部设有弹簧35，弹簧35末端为加速度传感器36，加速度传感器36外围设有传感器套筒37，传感器套筒37底部具有传振杆38；第一气缸31的动力输出端设有压紧板29；

夹爪6将轮胎装载到转台8上，转台8上的压紧块起到初步限位的作用。由气缸31产生轮胎压紧时所需要的推力推动压紧板29压紧轮胎。轮胎压紧后，由气缸32产生推力使压电式加速度传感器36加载到轮胎上；激振器19紧贴轮胎产生振动信号，待一个角度的振动测量完成时，压紧气缸31和传感器加载气缸32回程；待步进电机20带动转台8转动一个特定的角度，压紧气31缸和传感器加载气缸32推程，进行下一个角度的振动测量。压电式加速度传感器36将免充气空心轮胎受到激振产生的振动信号转换成电信号，通过滤波放大等处理，将采集到的振动信号的固有频率、阻尼比、振型等动力学参数与轮胎标准件进行对比，就能发现待检测轮胎是否存在内部结构缺陷。

所述转台8包括相邻设置的激振器19和转台支架23，转台支架23下部具有电机安装板21，电机安装板21内置步进电机二20，步进电机二20的动力输出端朝上，并安装有轴24，轴24与步进电机二20的动力输出端之间具有联轴器22，轴24的末端为轴套25，轴套25上设有转盘26，转盘26上设有承载块27。

加载和压紧装置9和转台8起到在振动测试时固定轮胎、加载传感器的作用；同时，在一个角度的振动测试完成时，转台需要转动一定角度以进行下一个角度的测试。

传感器安装方式有螺纹安装、胶结剂安装、压紧安装和磁铁安装。所述检测用传感器（即加速度传感器36）在安装时，在自动检测系统的实际使用工况下，无法通过胶结剂和螺纹安装；被检测对象为免充气空心轮胎，是非金属制品，也无法通过磁铁安装；因此选择用压紧气缸压紧的方式对加速度传感器36加载安装。传感器安装部分需要满足传感器的定位需求，套筒37对加速度传感器起到定位作用；在加速度传感器36加载时，弹簧35起到受力缓冲的作用。根据需求，设计了一个可以单面拆卸的套筒37，开口的一段采用螺纹旋紧，旋紧的封盖34设计成长条状，靠近传感器的一段开孔引出传感器的接线；另一端用来连接气缸浮动接头33。使用浮动接头33连接气缸杆和气缸安装板30，可以消除气缸32和定心轴之间可能存在的连接误差。

基于振动摸态分析的方法，分析激振下免充气空心轮胎产生的振动信号实现轮胎内部结构的缺陷检测。采用计算模态分析和实验验证相结合的方法对免充气空心轮胎进行模态分析。从理论上讲，通过对待检测免充气空心轮胎和轮胎标准件进行模态分析，将固有频率、阻尼比、振型等模态参数进行一一比对，就能发现待检测免充气空心轮胎是否存在内部结构缺陷。从实验得到的频响函数可进行上述模态参数的识别,频响函数包括了固有频率、阻尼比、振型等结构动力学信息，所以也可以直接比对待检测轮胎和标准件轮胎的频响函数进行轮胎的内部缺陷检测。首先将轮胎固定，用激振器贴紧轮胎产生振动信号，由压电式加速度传感器将免充气空心轮胎收到激振产生的振动信号转换成电信号，通过滤波放大等处理，将采集到的振动信号的固有频率、阻尼比、振型等动力学参数与轮胎标准件进行对比，就能发现待检测轮胎是否存在内部结构缺陷。

在检测过程中，需要对轮胎进行定位，夹爪部分负责将免充气空心轮胎夹紧，同时起到免充气空心轮胎在 Y 方向的定位作用。为满足免充气空心轮胎在前后方向上的定位，可用夹爪部分在前伸时，将轮胎顶出到固定板上一个固定的位置，因此，可以在气缸安装板上安装一个专门用于限制气缸伸出位置的螺钉，当气缸在进程时，在确定位置受到限位螺钉的阻拦，以确定气缸行程的方式确定轮胎最后处在的位置。

由第一气缸31产生轮胎压紧时所需要的推力，压紧后，由第二气缸32产生推力使压电式加速度传感器36加载到轮胎上，用激振器贴紧轮胎产生振动信号，由压电式加速度传感器将免充气空心轮胎收到激振产生的振动信号转换成电信号，通过滤波放大等处理，将采集到的振动信号的固有频率、阻尼比、振型等动力学参数与轮胎标准件进行对比，就能发现待检测轮胎是否存在内部结构缺陷；待一个角度的振动测量完成时，压紧气缸和传感器加载气缸回程，步进电机带动转台转动一个特定的角度，进行下一个角度的振动测量。

本发明的工作流程分为轮胎内部结构缺陷自动检测系统，包括送料、上料、压紧、传感器加载、激振、识振、转动角度、重复测量、分选这九个步骤，具体如下：

1.送料：待检测免充气空心轮胎通过送料传送带1移动到相应位置，再由V形推板3轮胎从送料传送带1上顶出到平台处。

2.上料：位于初始位置的夹爪6夹紧轮胎，通过滚珠丝杠的运动使轮胎上升一定高度，再由水平方向的滚珠丝杠将轮胎移动到转台8上方，夹爪6松开。

3.压紧：压紧气缸动作，将轮胎压紧在转台8上。

4.传感器加载：传感器加载气缸动作，使加速度传感器贴紧轮胎表面。

5.激振：激振器开始工作，产生振动信号，使免充气空心轮胎某一区域振动。

6.识振：压电式加速度传感器将振动加速度信号转换为电荷信号，通过电荷放大、信号滤波和 A/D 转换后转换成计算机可以直接处理分析的数字信号，由上位机进行处比对理分析，确定该位置是否存在缺陷。

7.转动角度：在上一个位置的测量完成后，压紧气缸和传感器加载气缸回程，步进电机驱动转台转动一定角度，以便进行下一次测试。

8.重复测量：检测到缺陷或者测试到一定次数后，测量完成。

9.分选：根据测量结果，确定轮胎是否合格，由夹爪6分别移动至分选传送带一11和分选传送带二12上，进行分选工作。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种免充气空心轮胎内部结构缺陷自动检测系统，其特征在于：包括送料传送带（1）、V形推板（3）、步进电机一（4）、夹爪（6）、步进电机二（7）、转台（8）、加载和压紧装置（9）、分选传送带一（11）、分选传送带二（12）以及机架；机架上设有横向导轨，导轨上具有夹爪底板，夹爪底板位于横向导轨上活动，导轨侧部具有用于驱动夹爪底板横向移动的步进电机一（4），夹爪底板上还设有纵向导轨，夹爪（6）位于纵向导轨上活动，纵向导轨上端具有用于驱动夹爪（6）纵向移动的步进电机二（7）；加载和压紧装置（9）位于转台（8）上部；送料传送带（1）位于第一工位，转台（8）位于第二工位，分选传送带二（12）位于第三工位，分选传送带一（11）位于第四工位；送料传送带（1）的末端一侧为夹爪（6）活动区域，V形推板（3）设在其另一侧。

2.根据权利要求1所述的一种免充气空心轮胎内部结构缺陷自动检测系统，其特征在于：所述加载和压紧装置（9）包括气缸支架（28），气缸支架（28）上部具有气缸安装板（30），气缸安装板（30）上安装有第一气缸（31）和第二气缸（32），第二气缸（32）和第二气缸（32）的动力输出端均贯穿气缸安装板（30）；第二气缸（32）的动力输出端设有浮动接头（33），浮动接头（33）下部为端盖（34），端盖（34）下部设有弹簧（35），弹簧（35）末端为加速度传感器（36），加速度传感器（36）外围设有传感器套筒（37），传感器套筒（37）底部具有传振杆（38）；第一气缸（31）的动力输出端设有压紧板（29）。

3.根据权利要求1所述的一种免充气空心轮胎内部结构缺陷自动检测系统，其特征在于：所述转台（8）包括相邻设置的激振器（19）和转台支架（23），转台支架（23）下部具有电机安装板（21），电机安装板（21）内置步进电机二（20），步进电机二（20）的动力输出端朝上，并安装有轴（24），轴（24）与步进电机二（20）的动力输出端之间具有联轴器（22），轴（24）的末端为轴套（25），轴套（25）上设有转盘（26），转盘（26）上设有承载块（27）。

4.根据权利要求1所述的一种免充气空心轮胎内部结构缺陷自动检测系统，其特征在于：所述夹爪（6）包括水平托板，步进电机二（7）驱动水平托板在夹爪底板上沿纵向导轨移动，水平托板上布置有气缸三（13）、连接块一（14）、连杆（15）、连接轴（16）、连接块二（17）、夹爪手指（18）；气缸三（13）固定于水平托板，连接块一（14）位于气缸三（13）的动力输出端，连接轴（16）位于连接块二（17）与连接块一（14）之间，连接块二（17）的两侧分别设有一个连杆（15）和一个夹爪手指（18），连杆（15）的一端铰接于连接块二（17），另一端铰接于夹爪手指（18），所述夹爪手指（18）靠近连接块二（17）的位置开设有孔，贯穿该孔设有固定于水平托板的销轴。

5.根据权利要求1所述的一种免充气空心轮胎内部结构缺陷自动检测系统，其特征在于：所述送料传送带（1）的两侧设有限位带（2）。