CN111536903B - 一种多个线激光传感器拼接测量轮胎形貌的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多个线激光传感器拼接测量轮胎形貌的装置及方法。本发明包括探头测量系统及运动系统。运动系统包含测量装置的升降运动以及两侧传感器的旋转运动，通过调整升降台的位置以及两侧转台的角度可使测量光束覆盖轮胎的表面及侧面；探头测量系统包含三台线激光传感器，一台线激光传感器固定于测量系统底部中间位置，其余两个线激光传感器对称布置于两侧，各由一个转台带动旋转。三台线激光传感器进行姿态调整以使测量光束共线，调整共线后通过坐标变换实现三台传感器的坐标配准。本发明通过拼接多个线激光传感器的测量数据实现对轮胎轮廓的大范围、大角度检测，有效提升轮胎生产过程的自动化水平与质量控制能力。
Description
技术领域
本发明涉及工业自动化测量领域，尤其涉及一种多个线激光传感器拼接测量轮胎形貌的装置及方法。
背景技术
轮胎作为汽车的关键零部件，是公共交通行业的重要产品。轮胎制造均匀性对汽车整体的质量和性能有着直接影响，同时也是保证汽车舒适性与安全性的关键。除此之外，汽车轮胎胎面上的花纹也是轮胎性能的关键影响因素，其主要由花纹块和花纹沟构成，决定着轮胎能否充分发挥牵引、制动、抓地、噪声、划水、转弯、磨损和滚动阻力等性能。
为保证轮胎的良好性能，需要对轮胎的周向、径向跳动以及纹路等特征进行检测，轮胎形貌检测是完成上述指标检测的关键手段。轮胎在由生胎加工至成品的过程中，需要经过多个道次的辊压，以产生符合产品要求的花纹与纹路。为使辊压后的轮胎满足要求，需要在辊压后检测辊压出的形状，以此为下一次辊压提供数据指导。
在目前的轮胎制造产线中，通常一条产线需要进行多种型号轮胎的生产，为保证轮胎生产效率及产品质量，不仅需要检测过程自动化，而且要求测量设备能够满足不同型号轮胎的测量需求。卡车轮胎等大型轮胎生产过程中的检测问题尤为突出，传统的视觉检测以及结构光检测方法受限于测量范围无法覆盖整个车胎轮廓，因而无法实现整体形貌的测量。
发明内容
本发明针对轮胎形貌的测量难题，提供一种可调节测量姿态的多个线激光传感器拼接测量轮胎形貌额装置与方法，可满足轮胎形貌测量的大范围需求，同时可适应单条产线上多种型号轮胎的检测。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种多个线激光传感器拼接测量轮胎形貌的装置，包括水平横梁(1)、垂直升降台(2)、扩展板(3)、电动转台(4)、线激光传感器(5)、测量光束(6)、检测区域(7)、被测轮廓(8)、被测轮胎(9)、转轴(10)、支架(11)、连接装置(12)、旋转编码器(13)、底板(14)。
水平横梁(1)通过外支架固定在底板(14)上，且水平横梁(1)中间位置上安装垂直升降台(2),垂直升降台(2)上安装扩展板(3)，扩展板(3)两侧分别安装一台电动转台(4)；扩展板(3)下端中部与两侧电动转台(4)上各安装一台线激光传感器(5)，且两侧的线激光传感器对应安装在两侧电动转台(4)；线激光传感器(5)向下方发射呈扇形的测量光束(6)；
转轴(10)通过支架(11)安装在底板(14)上；被测轮胎(9)安装固定于转轴(10)上，通过转轴(10)的转动带动被测轮胎(9)旋转；转轴通过连接装置(12)与旋转编码器(13)连接，在转轴带动被测轮胎(9)旋转的过程中，旋转编码器(13)与转轴(10)同步转动，旋转编码器(13)产生触发脉冲输送至各个线激光传感器(5)以实现外触发同步采样。
进一步的，所述的支架(11)的高度大于被测轮胎(9)的半径，以保证轮胎(9)不与地面接触。
进一步的，位于扩展板(3)下端中部的线激光传感器(5)固定不动，两侧的线激光传感器(5)可由电动转台(4)带动转动。
进一步的，通过调整垂直升降台(2)的高度以及左右两侧的电动转台(4)的角度，使被测轮胎(9)的被测轮廓(8)位于检测区域(7)内；此时线激光传感器(5)可采集激光束照射在被测轮胎(9)位置上沿轮胎截线的一系列点位。
进一步的，扩展板(3)呈衣架结构，且左右对称。
进一步的，具体测量过程如下：
首先将上位机(15)与装置中的垂直升降台(2)、电动转台(4)及转轴(10)相连接；
当确定轮胎型号后，将装置调整至最佳的测量姿态，即上位机(15)向垂直升降台(2)、电动转台(4)及转轴(10)发送运动指令调整线激光传感器(5)位置及姿态；通过调整左右两侧的电动转台(4)的角度，使被测轮胎(9)的被测轮廓(8)位于检测区域(7)内；
整个测量过程中线激光传感器保持静止，仅被测轮胎进行转动；且线激光传感器(5)在测量过程中采集激光束照射在被测轮胎(9)位置上沿轮胎截线的一系列点位，并将采集到的点云数据发送给上位机(15)；上位机(15)根据所采集的点云数据解算出不同角度下的轮廓线；在得到一周的轮廓线后，即可拼接出整个轮胎外侧的形貌；
所述的点云数据包括线激光传感器的测量数据以及旋转编码器的脉冲数量。
进一步的，线激光传感器发射出扇形光束，三台线激光传感器所发射的扇形光束位于同一平面内；当传感器的姿态调整完成后，被测轮胎位于传感器的测量范围内，从而获取各个线激光传感器的测量数据。
进一步的，三个线激光传感器之间的测量数据具有不同的坐标系，在上位机获取到线激光传感器的测量数据后，需要对测量数据进行空间坐标变换，转换到统一的坐标系中，然后将三个线激光传感器的测量数据融合成为该测量位置下的轮廓线。
进一步的，被测轮胎固定于转轴上，由转轴带动进行转动，旋转编码器与转轴通过联轴器连接，因此旋转编码器的输出脉冲数量与转轴的转角存成线性关系，根据旋转编码器输出的脉冲数量，得到转轴的转角；
三台线激光传感器由旋转编码器外触发进行测量，每次测量出被测轮胎的一条轮廓线；轮廓线与编码器脉冲对应，从而得出被测轮廓线对应的轮胎转动角度；
随着被测轮胎的转动，可测量出轮胎在不同角度下的轮廓线；获取的编码器脉冲数量、线激光传感器测量数据后，计算出各个测量点的空间坐标，并构建被测轮胎的整体形貌数据。
本发明有益效果如下：
本发明通过组合多个线激光传感器，扩展了测量范围，克服了单个线激光传感器的量程限制，结合创新性的传感器姿态调整，可实现对于同一产线上多种型号轮胎的全自动化检测，可有效提升轮胎生产的效率与质量。
附图说明
图1是多个线激光拼接测量轮胎形貌的装置示意图，
图2是测量不同型号轮胎所采用的不同测量姿态的示意图，
图3是多个线激光传感器获取轮胎轮廓的原理示意图，
图4是一种多个线激光传感器测量轮胎形貌的三维结构设计图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详述。
如图1所示，一种多个线激光传感器拼接测量轮胎形貌的装置，包括探头测量系统及运动系统。运动系统包含测量装置的升降运动以及两侧传感器的旋转运动，通过调整垂直升降台的位置以及两侧电动转台的角度可使测量光束覆盖轮胎的表面及侧面，以适应不同尺寸轮胎的测量；探头测量系统包含三台线激光传感器，一台线激光传感器固定于测量系统底部中间位置，其余两个电动转台对称布置于两侧，各由一个电动转台带动旋转。三台线激光传感器进行姿态调整以使测量光束共线，调整共线后通过坐标变换实现三台传感器的坐标配准。
本发明装置具体包括水平横梁(1)、垂直升降台(2)、扩展板(3)、电动转台(4)、线激光传感器(5)、测量光束(6)、检测区域(7)、被测轮廓(8)、被测轮胎(9)、转轴(10)、支架(11)、连接装置(12)、旋转编码器(13)、底板(14)。
水平横梁(1)通过外支架固定在底板(14)上，且水平横梁(1)中间位置上安装垂直升降台(2),垂直升降台(2)上安装扩展板(3)，扩展板(3)两侧分别安装一台电动转台(4)；扩展板(3)下端中部与两侧电动转台(4)上各安装一台线激光传感器(5)，且两侧的线激光传感器对应安装在两侧电动转台(4)；线激光传感器(5)向下方发射呈扇形的测量光束(6)；
转轴(10)通过支架(11)安装在底板(14)上；被测轮胎(9)安装固定于转轴(10)上，通过转轴(10)的转动带动被测轮胎(9)旋转；转轴通过连接装置(12)与旋转编码器(13)连接，在转轴带动被测轮胎(9)旋转的过程中，旋转编码器(13)与转轴(10)同步转动，旋转编码器(13)产生触发脉冲输送至各个线激光传感器(5)以实现外触发同步采样。
如图2所示，测量某一型号轮胎(9)时，测量装置处于测量姿态一。当切换不同型号的轮胎(9)后，由于轮胎尺寸变化可能导致被测轮廓(8)超出传感器检测区域(7)。此时通过调整垂直升降台(2)的位置与两侧电动转台(4)的角度使被测轮廓(8)再次处于检测区域(7)内，即处于测量姿态二的位置，以适应当前轮胎(9)的测量需求。类似的该测量装置可以满足同一生产线上多种型号轮胎的测量需求。
如图3所示，在测量过程中，三台线激光传感器(5)经坐标配准后三台传感器处于统一的坐标系下，且测量光束(6)位于同一平面内，单次测量中检测区域(7)在被测轮胎(9)表面获取一条测量轮廓(8)。随着被测轮胎(9)的旋转，可以获取不同角度下的轮廓数据。当被测轮胎(9)旋转完一周后，即可获取整个轮胎的形貌。
实施例：装置的另一种结构表示
如图4中(a)所示为本发明装置的另一种实现的三维结构图，图4中(b)为测量装置的放大图。U型横梁通过支架安装在底板上，且U型横梁安装有三脚架(16)，其上安装有减震台(17)以消除车间设备振动的影响。减震台(17)上安装垂直升降台(2)，垂直升降台(2)台面上安装有扩展板(3)。扩展板(3)底部中间固定一台线激光传感器(5)，两侧分别安装一台电动转台(4)。电动转台通过转接结构(18)各安装一台线激光传感器(5)。三台线激光传感器(5)均向下发出测量光束(6)，在固定于转轴(10)上的轮胎(9)获取一条被测轮廓(8)。转轴(10)通过两侧支架(11)固定于底板(14)上。转轴(10)带动轮胎(9)旋转，以获取不同角度下的轮胎轮廓(8)，最终得到轮胎形貌。
转轴(10)通过支架(11)安装在底板(14)上；所述的支架(11)的位置可以在U型横梁对应的支架的外侧(如图4所示)，也可以在内部(如图1所示)。被测轮胎(9)安装固定于转轴(10)上，通过转轴(10)的转动带动被测轮胎(9)旋转；转轴通过连接装置(12)与旋转编码器(13)连接，在转轴带动被测轮胎(9)旋转的过程中，旋转编码器(13)与转轴(10)同步转动，旋转编码器(13)产生触发脉冲输送至各个线激光传感器(5)以实现外触发同步采样。
Claims (8)
1.一种多个线激光传感器拼接测量轮胎形貌的方法，其特征在于，所述方法基于一种多个线激光传感器拼接测量轮胎形貌的装置，所述装置包括水平横梁(1)、垂直升降台(2)、扩展板(3)、电动转台(4)、线激光传感器(5)、测量光束(6)、转轴(10)、支架(11)、连接装置(12)、旋转编码器(13)、底板(14)；
水平横梁(1)通过外支架固定在底板(14)上，且水平横梁(1)中间位置上安装垂直升降台(2),垂直升降台(2)上安装扩展板(3)，扩展板(3)两侧分别安装一台电动转台(4)；扩展板(3)下端中部与两侧电动转台(4)上各安装一台线激光传感器(5)，且两侧的线激光传感器对应安装在两侧电动转台(4)；线激光传感器(5)向下方发射呈扇形的测量光束(6)；
转轴(10)通过支架(11)安装在底板(14)上；被测轮胎(9)安装固定于转轴(10)上，通过转轴(10)的转动带动被测轮胎(9)旋转；转轴通过连接装置(12)与旋转编码器(13)连接，在转轴带动被测轮胎(9)旋转的过程中，旋转编码器(13)与转轴(10)同步转动，旋转编码器(13)产生触发脉冲输送至各个线激光传感器(5)以实现外触发同步采样；
所述方法的具体测量过程如下：
首先将上位机(15)与装置中的垂直升降台(2)、电动转台(4)及转轴(10)相连接；
当确定轮胎型号后，将装置调整至最佳的测量姿态，即上位机(15)向垂直升降台(2)、电动转台(4)及转轴(10)发送运动指令调整线激光传感器(5)位置及姿态；通过调整左右两侧的电动转台(4)的角度，使被测轮胎(9)的被测轮廓(8)位于检测区域(7)内；
整个测量过程中线激光传感器保持静止，仅被测轮胎进行转动；且线激光传感器(5)在测量过程中采集激光束照射在被测轮胎(9)位置上沿轮胎截线的一系列点位，并将采集到的点云数据发送给上位机(15)；上位机(15)根据所采集的点云数据解算出不同角度下的轮廓线；在得到一周的轮廓线后，即可拼接出整个轮胎外侧的形貌；
所述的点云数据包括线激光传感器的测量数据以及旋转编码器的脉冲数量。
2.根据权利要求1所述的一种多个线激光传感器拼接测量轮胎形貌的方法，其特征在于所述的支架(11)的高度大于被测轮胎(9)的半径，以保证轮胎(9)不与地面接触。
3.根据权利要求1或2所述的一种多个线激光传感器拼接测量轮胎形貌的方法，其特征在于位于扩展板(3)下端中部的线激光传感器(5)固定不动，两侧的线激光传感器(5)可由电动转台(4)带动转动。
4.根据权利要求3所述的一种多个线激光传感器拼接测量轮胎形貌的方法，其特征在于通过调整垂直升降台(2)的高度以及左右两侧的电动转台(4)的角度，使被测轮胎(9)的被测轮廓(8)位于检测区域(7)内；此时线激光传感器(5)可采集激光束照射在被测轮胎(9)位置上沿轮胎截线的一系列点位。
5.根据权利要求4所述的一种多个线激光传感器拼接测量轮胎形貌的方法，其特征在于扩展板(3)呈衣架结构，且左右对称。
6.根据权利要求1所述的一种多个线激光传感器拼接测量轮胎形貌的方法，其特征在于：
线激光传感器发射出扇形光束，三台线激光传感器所发射的扇形光束位于同一平面内；当传感器的姿态调整完成后，被测轮胎位于传感器的测量范围内，从而获取各个线激光传感器的测量数据。
7.根据权利要求1或6所述的一种多个线激光传感器拼接测量轮胎形貌的方法，其特征在于：
三个线激光传感器之间的测量数据具有不同的坐标系，在上位机获取到线激光传感器的测量数据后，需要对测量数据进行空间坐标变换，转换到统一的坐标系中，然后将三个线激光传感器的测量数据融合成为测量位置下的轮廓线。
8.根据权利要求7所述的一种多个线激光传感器拼接测量轮胎形貌的方法，其特征在于：
被测轮胎固定于转轴上，由转轴带动进行转动，旋转编码器与转轴通过联轴器连接，因此旋转编码器的输出脉冲数量与转轴的转角成线性关系，根据旋转编码器输出的脉冲数量，得到转轴的转角；
三台线激光传感器由旋转编码器外触发进行测量，每次测量出被测轮胎的一条轮廓线；轮廓线与编码器脉冲对应，从而得出被测轮廓线对应的轮胎转动角度；
随着被测轮胎的转动，可测量出轮胎在不同角度下的轮廓线；获取的编码器脉冲数量、线激光传感器测量数据后，计算出各个测量点的空间坐标，并构建被测轮胎的整体形貌数据。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant |