CN219869641U - 一种轮胎胎侧应力应变自动化检测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及轮胎精密检测技术领域，尤其涉及一种轮胎胎侧应力应变自动化检测设备。一种轮胎胎侧应力应变自动化检测设备，该设备包括轮胎输送装置、胎侧轮廓测量装置、轮胎切割装置、伴随式充排气装置、机器视觉定位与引导装置、应力应变测量与分析装置以及主控系统；本实用新型通过机器视觉引导装置控制轮胎的运输过程，再通过测距传感器得到轮胎胎侧的轮廓和形貌，对胎侧精确切割后，再通过机器视觉检测裂口形貌变化，从而测出应力应变。

Description

一种轮胎胎侧应力应变自动化检测设备

技术领域

本实用新型涉及轮胎精密检测技术领域，尤其涉及一种轮胎胎侧应力应变自动化检测设备。该设备通过轮胎智能切割、胎压智能控制及切痕智能测量分析，安全高效地检测轮胎胎侧应力应变。

背景技术

子午线轮胎由胎冠、胎侧、带束层、胎体、胎圈、内衬层、子口补强层组成，胎体帘线按子午线方向排列（与胎冠中心线呈90°或接近90°排列），并有帘线排列近乎周向的带束层箍紧胎体。子午线轮胎的优点有：接地面积大，附着性能好，胎面滑移小，对地面单位压力也小，因而滚动阻力小，使用寿命长；胎冠较厚且有坚硬的带束层，不易刺穿，行驶时变形小；因为帘布层数少，胎侧薄，所以其径向弹性大，缓冲性能好，负荷能力较大。由于子午线轮胎具有耐磨、节油、乘坐舒适，以及牵引性、稳定性和高速性能好的特点，使其获得了极快的发展。

全钢丝子午线轮胎胎侧的作用是保护胎体帘布免受损坏，是由3-5mm厚胶层组成，一旦胎侧开裂，可能致使钢丝帘线生锈断裂，因此胎侧应具备耐撕裂、耐屈扰龟裂性能。胎侧抗裂能力属于轮胎重大性能指标，直接决定产品可靠性、安全性和使用寿命，是轮胎产品参与市场竞争广度和深度的关键因素之一。因此，开展轮胎胎侧抗裂性能研究是国内轮胎生产及相关企业产业技术升级的迫切需求。

申请人通过设计刀片切口成长法测量应力应变，利用刀片切入胎侧橡胶，增大胎压，根据切口的不同断裂程度和切口垂直方向所受应变大小，测算胎侧应变值。该实验中，轮胎需高压加载，胎侧切出裂口，再测量裂口参数变化 ，依靠人工操作，风险较大，且人工获取参数误差较大。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本实用新型的目的是提供一种轮胎胎侧应力应变自动化检测设备，该设备实现轮胎的运输、定位、扫描、切割、充压和测量，高效安全实现轮胎的胎侧应力应变检测。

为了实现上述的目的，本实用新型采用了以下的技术方案：

一种轮胎胎侧应力应变自动化检测设备，该设备包括轮胎输送装置、胎侧轮廓测量装置、轮胎切割装置、伴随式充排气装置、机器视觉定位与引导装置、应力应变测量与分析装置以及主控系统；平放轮胎通过传送装置运输，机器视觉定位与引导装置包括安装于固定基台的引导相机；胎侧轮廓测量装置包括安装于直线滑移台激光测距传感器；直线滑移台固定于固定基台；轮胎切割装置和应力应变测量与分析装置包括切割刀和切痕检测相机，切割刀和切痕检测相机安装于六自由度机器人。

作为优选，六自由度机器人末端法兰盘上安装有转接板、行程开关、行程开关滚轮、切割刀和切痕检测相机。

作为优选，抱紧装置由步进电机、导向滚筒、底座、滚筒底座、丝杠和导轨组成，底座的两端分别设置有两根导向滚筒，两根导向滚筒设置在滚筒底座的两端，滚筒底座底部设置在导轨上，导轨固定在底座上，并且滚筒底座通过螺套连接设置丝杠，丝杠设置在滚筒底座的下方并连接有电机。

作为优选，除去主控系统和部分传送辊道在恒温防爆检测室外，其余皆布置于检测室中。

作为优选，所述伴随式充排气装置包括：充放气操作开关、控制器、气压传感器和电控阀。

本实用新型填补了轮胎胎侧应力应变检测工业设备的空白，能够用于轮胎胎侧的应力应变自动化检测，可以有效提高轮胎胎侧应力应变检测效率，且大大降低安全风险，本方法准确度高、适用范围广，可以提高轮胎制造的标准化、自动化和智能化程度。

附图说明

图1是本实用新型一种实施例的设备组成示意图。

图2是本实用新型一种实施例的设备各部分布置示意图。

图3为图2的立体图。

图4、图5是本实用新型一种实施例的机器人末端装置组成示意图。

图6、图7是本实用新型一种实施例的抱紧装置组成示意图。

图8是本实用新型一种实施例的伴随式充排气装置组成示意图；

图9是本实用新型一种实施例的测距传感器工作示意图；

图10是本实用新型方法流程图。

具体实施方式

本实用新型的实施例涉及一种轮胎胎侧应力应变自动化检测设备，可用于轮胎应力应变检测。以下参考附图来说明根据本实用新型所提出的一种实施例。

如图1、2所示，根据本实用新型所提出检测装置的一种实施例，包括防爆网101、六自由度机械臂102、激光测距传感器103、引导相机104、直线滑移台105、固定基台106、切痕检测相机107、切割刀108、测试轮胎109、传送辊110、抱紧装置111、伴随式充排气装置112和主控系统113。

在本实施例中，轮胎应力应变自动检测装置集中化对称布置，除去操作台和部分传送辊道在外，其余皆布置于防爆网中；引导相机104安装于固定基台106组成机器视觉定位与引导装置；激光测距传感器103安装于直线滑移台105组成胎侧轮廓测量装置；直线滑移台105固定于固定基台106；切割刀108和切痕检测相机107安装于六自由度机器人102组成轮胎切割装置和应力应变测量与分析装置。平放轮胎109通过传送装置110运输，在机器视觉定位与引导装置控制下到达指定位置，胎侧轮廓测量装置测绘胎侧轮廓，轮胎切割装置切割胎侧，伴随式充排气装置按要求充放气，应力应变测量与分析装置测量所切裂口并计算应力应变。

在本实施例中，机器人末端法兰盘102-1上安装有转接板203、行程开关202、行程开关滚轮201、切割刀108和切痕检测相机107，具体组成如图3所示。

在本实施例中，如图4所示，抱紧装置由步进电机302、导向滚筒302、底座303、滚筒底座、丝杠305和导轨306组成，通过步进电机302工作，使得两端导向滚筒靠近，从而固定轮胎。

在本实施例中，如图5所示，伴随式充排气装置112包括：气压传感器401、充放气操作开关402、电控阀403、高压气罐404及控制器405。

在本实施例中，引导相机104在轮胎应力应变自动检测装置启动时即开始工作，轮胎109会在传送辊道110上直线移动，当检测到轮胎109过基台106一定距离时，电动传送辊道110停止，自动抱紧装置111固定轮胎109。

在本实施例中，机器视觉引导装置将获取轮胎胎侧图像，主控系统113对胎侧图像进行处理分析：

获取胎侧灰度图像，采用最大类间方差法对图像进行阈值分割，将图像转化为二值图像；

使用凸曲线轮廓边缘检测方法获取胎侧图像边缘区域信息；

在完整的胎侧图像边缘区域基础上，使用多尺度卷积神经网络模型提取边缘区域特征，图像建立直角坐标系，从而获得胎侧轮辋分界线L、胎侧外边缘线Q及对应的像素坐标 />、 />；

拟合L、Q的曲率中心得到胎侧圆心O的像素坐标 ，以圆心O为中心建立胎侧实际平面极坐标系 />,即像素坐标 />对应实际平面坐标系 />；

结合、/>、/>、/>(L的实际半径)和/>(Q的实际半径),将胎侧a点像素坐标与实际平面极坐标联系起来：

，/>。

在本实施例中，测距传感器选用激光测距传感器103，传感器在直线滑移台上105移动扫描胎侧，滑移台中心线平行于轮胎半径/>即平面极坐标系下/>，从而获得平面极坐标系下/>对应的轮胎胎侧离散点集合/>。将离散点集合拟合为二维曲线/>，可采用的样条类型有： 自然三次样条(Natural Cubic Spline)、Hermite样条、Cardinal样条、Kochanek-Bartels样条、Bezier样条、B样条；优选的样条类型为Cardinal样条。胎侧可视为中心对称，从而任意/> 值对应的拟合曲线一致，/>即为胎侧三维轮廓，结合平面极坐标系，构建/>三维空间坐标系：

。

在本实施例中，所述轮胎切割装置的工作流程为：

主控系统113获取所述胎侧三维轮廓及轮廓坐标参数，选定切割点，切割位置应避开胎侧的条纹图案，切割位置取5处，5处切口的坐标r值应阶梯分布，坐标值不同；

主控系统113选定切割点后，切割点Di应转化为六自由度位移平台工作坐标系对应坐标Di/>，六自由度位移平台选用六自由度机械臂102，机械臂末端法兰盘102-1安装切割装置，使用长方体刀片，末端双面开刃15°，切割方式为刀刃中心D₀ 与切割点Di/>重合，刀刃边相切于Di点对应圆周（轮胎中心为圆心）；

主控系统113将Di作为工作目标点输入离线编程程序，再将程序传输给机械臂102，机械臂102执行切割。

在本实施例中，应力应变计算的具体方法是通过裂口形貌的变化计算应力应变，形貌变化通过机器视觉来采集测定。检测的数据通过计算便可得出所求应变值，其计算应变公式为：

其中：ε是跟切口部位垂直方向上的应变；W是切口部位断裂生长宽度；L是切口长度。

以上为对本实用新型实施例的描述，通过对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的。本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施列，而是要符合与本文所公开的原理和新颖点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种轮胎胎侧应力应变自动化检测设备，其特征在于，该设备包括轮胎输送装置、胎侧轮廓测量装置、轮胎切割装置、伴随式充排气装置、机器视觉定位与引导装置、应力应变测量与分析装置以及主控系统；机器视觉定位与引导装置包括安装于固定基台（106）的引导相机（104）；胎侧轮廓测量装置包括安装于直线滑移台（105）的激光测距传感器（103）；直线滑移台（105）固定于固定基台（106）；轮胎切割装置和应力应变测量与分析装置包括切割刀（108）和切痕检测相机（107），切割刀（108）和切痕检测相机（107）安装于六自由度机器人（102）。

2.根据权利要求1所述的一种轮胎胎侧应力应变自动化检测设备，其特征在于，六自由度机器人（102）末端法兰盘（102-1）上安装有转接板（203）、行程开关（202）、行程开关滚轮（201）、切割刀（108）和切痕检测相机（107）。

3.根据权利要求1所述的一种轮胎胎侧应力应变自动化检测设备，其特征在于，抱紧装置由步进电机（301）、导向滚筒（302）、底座（303）、滚筒底座（304）、丝杠（305）和导轨（306）组成，底座（303）的两端分别设置有两根导向滚筒（302），两根导向滚筒（302）设置在滚筒底座（304）的两端，滚筒底座（304）底部设置在导轨（306）上，导轨（306）固定在底座（303）上，并且滚筒底座（304）通过螺套连接设置丝杠（305），丝杠（305）设置在滚筒底座（304）的下方并连接有步进电机（301）。

4.根据权利要求1所述的一种轮胎胎侧应力应变自动化检测设备，其特征在于，除去主控系统和部分传送辊道在恒温防爆检测室外，其余皆布置于检测室中。

5.根据权利要求1所述的一种轮胎胎侧应力应变自动化检测设备，其特征在于，所述伴随式充排气装置包括：充放气操作开关、控制器、气压传感器和电控阀。