CN117129242A - 一种基于视觉轮胎失效检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及轮胎室内高速和耐久性能试验技术领域，提供了一种基于视觉轮胎失效检测系统，包括：轮胎、轮鼓、轮胎外表面图像采集组件、高速编码器、视觉图像处理系统、计算机分析软件系统和轮胎耐久高速试验机，所述轮胎外表面图像采集组件设置在轮胎一侧，轮胎设置在轮胎耐久高速试验机的轮胎轴上，轮胎轴上设置有高速编码器，轮胎的外表面与轮鼓的外表面贴紧抵触连接，轮鼓带动轮胎旋转，高速编码器触发轮胎外表面图像采集组件进行图像的同步采集，视觉图像处理系统将每一帧的图像进行拼接，得到结构化数据，通过计算机分析软件系统分析结构化数据来检测轮胎是否失效，本发明可以有效进行轮胎变形或者失效检测。

Description

一种基于视觉轮胎失效检测系统
技术领域
本发明涉及轮胎室内高速和耐久性能试验技术领域，尤其涉及了一种基于视觉轮胎失效检测系统。
背景技术
现有高速和耐久性能试验中的轮胎失效检测技术，主要依靠防暴叉或防爆拉线，这种传统方式是以轮胎外形特征作为失效依据，当轮胎出现起鼓时会触碰到防暴叉或防爆拉线，从而为试验机提供停机信号。然而，这种方式受人为因素影响较大，如果防暴叉或防爆拉线与轮胎之间的距离过大，则不会检测出轮胎失效，而距离太小，则会因振动而使轮胎误碰防暴叉，导致错误判断，因而准确率较低，此外，这种方式对轮胎起鼓失效较为敏感，而对其他失效形式效果较差。
如中国发明专利CN102460132公开了：一种轮胎检查装置，具备多个摄像单元，该多个摄像单元被配置成在周向上位置相对偏移以拍摄被检查轮胎的周面，并且被设定为在上述被检查轮胎的宽度方向上摄像位置相互不同，该轮胎检查装置对由上述摄像单元得到的各摄像图像进行合成，还具备标记插入单元，在上述被检查轮胎相对于上述多个摄像单元沿周向旋转并且由所有摄像单元进行摄像动作时，该标记插入单元在同一时刻对所有摄像单元的摄像图像插入标记，在各上述摄像单元进行上述被检查轮胎的周面的一周的拍摄和所插入的上述标记的拍摄之后结束摄像动作，针对在由所有摄像单元进行的摄像动作结束之后更换的作为更换后的检查对象的被检查轮胎，从更换前的被检查轮胎的摄像数据处理动作结束的摄像单元起对该更换后的被检查轮胎依次开始摄像动作，对由所有上述摄像单元拍摄得到的各摄像图像进行合成为，使上述标记根据摄像单元之间的周向上的相对位置偏移量相应地偏移来进行合成。
上述专利虽然提到了对轮胎进行外形图像的视觉扫描，其发明只是在轮胎生产硫化阶段，并不是在轮胎高速耐久试验过程中的采集，也没有对轮胎失效进行分析归类。
如中国发明CN214793815公开了一种轮胎里程试验机高速图像采集装置,包括里程试验机、外侧胎冠图像采集机构、内侧胎冠图像采集机构、胎面图像采集机构,所述外侧胎冠图像采集机构、内侧胎冠图像采集机构和胎面图像采集机构均包括支架、相机和光源,其中,所述相机通过所述支架固定在所述里程试验机上,所述光源固定在所述相机上。
上述专利虽然提到了在轮胎高速耐久试验过程中的平面图像采集，但并没有对轮胎3D图像进行进一步的分析处理，也无法对轮胎失效进行判定。
如中国发明CN217892411公开了一种轮胎检测系统,所述轮胎检测系统包括:拍摄模块,所述拍摄模块包括第一遮挡机构和摄像头；其中,所述摄像头用于拍摄轮胎在非变形区域和/或变形区域的图像,所述第一遮挡机构包括遮挡件,所述遮挡件设置为相对于所述摄像头可活动以用于对所述摄像头的镜头进行选择性地遮挡。
上述专利虽然提到了在车辆运行过程中对轮胎磨损状态的视觉分析监控，但对于轮胎高速性和耐久少则200km/h多则350km/h以上的高速试验状态并不适合，其视觉测量也不是一直实时记录。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于视觉轮胎失效检测系统，来解决该问题。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于视觉轮胎失效检测系统，包括：轮胎、轮鼓、轮胎外表面图像采集组件、高速编码器、视觉图像处理系统、计算机分析软件系统和轮胎耐久高速试验机，所述轮胎外表面图像采集组件设置在轮胎一侧，轮胎设置在轮胎耐久高速试验机的轮胎轴上，轮胎轴上设置有高速编码器，轮胎的外表面与轮鼓的外表面贴紧抵触连接，轮鼓带动轮胎旋转，高速编码器触发轮胎外表面图像采集组件进行图像的同步采集，视觉图像处理系统将每一帧的图像进行拼接，得到结构化数据，通过计算机分析软件系统分析结构化数据来检测轮胎是否失效。
优选地，所述轮胎外表面图像采集组件围绕轮胎周围设置有多组。
优选地，所述轮胎外表面图像采集组件包括：高速摄像机和线型激光发射器，所述高速摄像机和线型激光发射器通过高速编码器触发，触发后，线型激光发射器照射轮胎表面，高速摄像机进行图像采集，并将采集到的图像传输给视觉图像处理系统。
优选地，所述结构化数据包括：轮廓曲线、三视图、3D伪彩色图和3D点云图。
优选地，高速摄像机通过激光三角法测量出实时数据，再将激光三角法测量出的多个2D数据进行拼接，并将拼接的数据进行3D重构生成点云数据。
优选地，将生成的点云数据通过包络曲线法得到轮胎的轮廓曲线，并将点云数据进行实时存储生成三视图和3D伪彩色图，随后再通过计算机显示器进行展示，随后对点云数据利用异常检测算法进行计算，得出关于掉块、鼓包、胀大等特征的异常指标，并将异常指标与计算机分析软件系统中的阈值进行比对。
优选地，根据轮胎耐久高速试验机安装在轮胎轴上的高速编码器确定相位关系，轮胎外表面图像采集组件采集的图像和轮胎一一对应。
优选地，所述高速编码器触发采集后，采用第一圈采集A、C、E、G的图像，第二圈采集B、D、F、H这样的采集方式进行数据采集，最终的图像是依靠多圈多个位置拼接而成。
优选地，所述异常检测算法包括以下步骤：
S1：对点云数据进行预处理，将点云数据通过极坐标变换展开为矩阵图像；
S2：利用正常轮胎的点云数据获取字典，基于字典，使用点云数据通过稀疏表达和特征来重建待测图像；
S3：定义异常指标函数，计算输入图像的异常值；
S4：将异常值与计算机分析软件系统中提前设定的阈值T进行比较，判断轮胎是否失效。
本发明的优点在于：本发明专利可以将轮胎整个试验周期的形变图像可以完整的记录下来，方便在任何时间进行调取和查阅；本发明专利配备的高速摄像头拍摄轮胎外形，即便在300km/h以上的试验室高速试验下，图像清晰，根据轮胎工位轴编码器确定相位关系，采集图像和轮胎一一对应；本发明专利测量精度高，精度可以达到0.2mm以上，即便轮胎有1mm X 1mm的微小的掉块，可以从图像中清晰辨别；本发明专利相较于传统的防暴叉或防爆拉线，不受限于轮胎的失效形式，无需试验前的防暴叉制作和安装等，同时识别轮胎失效的准确率大大提高；本发明专利具有测量功能，可以测量出轮胎外包络的尺寸，可以算出轮胎高速的胀大数值；本发明专利具有失效判断功能，通过算法可以排除轮胎自身的不均匀性、不圆度，轮胎本身的特殊花纹、商标、轮胎胎毛等干扰因素判断出轮胎失效的情况及时报警停机。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的轮胎失效检测视觉数据处理原理图；
图3是本发明点云数据通过极坐标变换展开成为一副矩阵图像。
附图标记说明：
1、轮胎；2、轮鼓；3、轮胎外表面图像采集组件；4、视觉图像处理系统；5、计算机分析软件系统；6、高速编码器；31、高速摄像机；32、线型激光发射器。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一，结合图1进行说明：
一种基于视觉轮胎失效检测系统，包括：轮胎1、轮鼓2、轮胎外表面图像采集组件3、高速编码器6、视觉图像处理系统4、计算机分析软件系统5和轮胎耐久高速试验机，所述轮胎外表面图像采集组件3设置在轮胎1一侧，轮胎1设置在轮胎耐久高速试验机的轮胎轴上，轮胎轴上设置有高速编码器6，轮胎1的外表面与轮鼓2的外表面贴紧抵触连接，轮鼓2带动轮胎1旋转，高速编码器6触发轮胎外表面图像采集组件3进行图像的同步采集，视觉图像处理系统4将每一帧的图像进行拼接，得到结构化数据，通过计算机分析软件系统分析结构化数据来检测轮胎1是否失效。
通过使用轮胎外表面图像采集组件3、视觉图像处理系统4和计算机分析软件系统5可以将轮胎整个试验周期的形变图像可以完整的记录下来，方便在任何时间进行调取和查阅。
所述轮胎外表面图像采集组件3围绕轮胎1周围设置有多组。
所述轮胎外表面图像采集组件3包括：高速摄像机31和线型激光发射器32，所述高速摄像机31和线型激光发射器32通过高速编码器6触发，触发后，线型激光发射器32照射轮胎1表面，高速摄像机31进行图像采集，并将采集到的图像传输给视觉图像处理系统4。
实施例二，在实施例一的基础上，结合图2和图3进行说明：
所述结构化数据包括：轮廓曲线、三视图、3D伪彩色图和3D点云图。
高速摄像机31通过激光三角法测量出实时数据，再将激光三角法测量出的多个2D数据进行拼接，并将拼接的数据进行3D重构生成点云数据。
将生成的点云数据通过包络曲线法得到轮胎1的轮廓曲线，并将点云数据进行实时存储生成三视图和3D伪彩色图，随后再通过计算机显示器进行展示，随后对点云数据利用异常检测算法进行计算，得出关于掉块、鼓包、胀大等特征的异常指标，并将异常指标与计算机分析软件系统5中的阈值进行比对。
根据轮胎耐久高速试验机安装在轮胎轴上的高速编码器6确定相位关系，轮胎外表面图像采集组件采集的图像和轮胎一一对应。
所述高速编码器6触发采集后，采用第一圈采集A、C、E、G的图像，第二圈采集B、D、F、H这样的采集方式进行数据采集，最终的图像是依靠多圈多个位置拼接而成。
所述异常检测算法包括以下步骤：
S1：对点云数据进行预处理，将点云数据通过极坐标变换展开为矩阵图像；
ρ2＝x2+y2,
tanθ＝y/x；
S2：利用正常轮胎的点云数据获取字典，基于字典，使用点云数据通过稀疏表达和特征来重建待测图像；
x*＝Φα*；
这里α*是重构系数，λ≥0是提前预置的系数用来权衡稀疏性与准确性。是稀疏正则项，J(x，α，Φ)是包含重建误差的稀疏表征。
S3：定义异常指标函数，计算输入图像的异常值；
对于采集到的3D数据，首先进入预处理流程，得到展开的3D图X。通过预训练的稀疏字典Φ，计算得到最优稀疏表征系数α′(实际是求解LASSO)。定义异常指标：anomalyscore(AS)。
AS(X′)=1-exp(-J(X′，α′，φ))
S4：将异常值与计算机分析软件系统中提前设定的阈值T进行比较，判断轮胎是否失效。
对于本领域技术人员而言，本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于视觉轮胎失效检测系统，其特征在于，包括：轮胎(1)、轮鼓(2)、轮胎外表面图像采集组件(3)、高速编码器(6)、视觉图像处理系统(4)、计算机分析软件系统(5)和轮胎耐久高速试验机，所述轮胎外表面图像采集组件(3)设置在轮胎(1)一侧，轮胎(1)设置在轮胎耐久高速试验机的轮胎轴上，轮胎轴上设置有高速编码器(6)，轮胎(1)的外表面与轮鼓(2)的外表面贴紧抵触连接，轮鼓(2)带动轮胎(1)旋转，高速编码器触(6)发轮胎外表面图像采集组件(3)进行图像的同步采集，视觉图像处理系统(4)将每一帧的图像进行拼接，得到结构化数据，通过计算机分析软件系统分析结构化数据来检测轮胎(1)是否失效。
2.根据权利要求1所述的一种基于视觉轮胎失效检测系统，其特征在于，所述轮胎外表面图像采集组件(3)围绕轮胎(1)周围设置有多组。
3.根据权利要求2所述的一种基于视觉轮胎失效检测系统，其特征在于，所述轮胎外表面图像采集组件(3)包括：高速摄像机(31)和线型激光发射器(32)，所述高速摄像机(31)和线型激光发射器(32)通过高速编码器(6)触发，触发后，线型激光发射器(32)照射轮胎(1)表面，高速摄像机(31)进行图像采集，并将采集到的图像传输给视觉图像处理系统(4)。
4.根据权利要求1所述的一种基于视觉轮胎失效检测系统，其特征在于，所述结构化数据包括：轮廓曲线、三视图、3D伪彩色图和3D点云图。
5.根据权利要求3所述的一种基于视觉轮胎失效检测系统，其特征在于，高速摄像机(31)通过激光三角法测量出实时数据，再将激光三角法测量出的多个2D数据进行拼接，并将拼接的数据进行3D重构生成点云数据。
6.根据权利要求5所述的一种基于视觉轮胎失效检测系统，其特征在于，将生成的点云数据通过包络曲线法得到轮胎(1)的轮廓曲线，并将点云数据进行实时存储生成三视图和3D伪彩色图，随后再通过计算机显示器进行展示，随后对点云数据利用异常检测算法进行计算，得出关于掉块、鼓包、胀大等特征的异常指标，并将异常指标与计算机分析软件系统(5)中的阈值进行比对。
7.根据权利要求1所述的一种基于视觉轮胎失效检测系统，其特征在于，根据轮胎耐久高速试验机安装在轮胎轴上的高速编码器(6)确定相位关系，轮胎外表面图像采集组件采集的图像和轮胎一一对应。
8.根据权利要求1所述的一种基于视觉轮胎失效检测系统，其特征在于，所述高速编码器(6)触发采集后，采用第一圈采集A、C、E、G的图像，第二圈采集B、D、F、H这样的采集方式进行数据采集，最终的图像是依靠多圈多个位置拼接而成。
9.根据权利要求6所述的一种基于视觉轮胎失效检测系统，其特征在于，所述异常检测算法包括以下步骤：
S1：对点云数据进行预处理，将点云数据通过极坐标变换展开为矩阵图像；
S2：利用正常轮胎的点云数据获取字典，基于字典，使用点云数据通过稀疏表达和特征来重建待测图像；
S3：定义异常指标函数，计算输入图像的异常值；
S4：将异常值与计算机分析软件系统中提前设定的阈值T进行比较，判断轮胎是否失效。
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