专利名称：激光散斑轮胎无损检测仪及利用其进行无损检测的方法
技术领域：
本发明属于轮胎无损检测技术，特别涉及一种激光散斑轮胎无损检测仪及利用其进行无损检测的方法。
背景技术：
采用激光技术对轮胎进行无损检测通常有两种方法，一种是激光全息轮胎无损检测技术，另一种是激光散斑轮胎无损检测技术。激光全息轮胎无损检测技术是90年代应用于检测轮胎内部质量的技术手段。它采用一相干的激光器，应用全息干涉原理，通过真空加载双曝光手段，对轮胎内表面进行检测，将轮胎内部缺陷如脱层、气泡等检测出来。由于全息干涉技术的特性，首先，要求激光源相干性极好，一般使用He-Ne激光器作相干光源，其相干长度可达10多米以上；其次，要求要有严格的防震平台，防震平台建立庞大，同时环境振动对全息成像影响很大，这就限制了该技术不能应用于生产线检测之中，只能独立建立全息干涉检测室；第三，由于采用全息干板作记录介质，使曝光装片、取片、处理干板、再现干涉图均要求在暗室环境下进行，而且检测结果滞后，不能马上对结果进行判定，影响检测效率。以上种种因素使得激光全息轮胎无损检测技术发展缓慢，应用于生产检测中不多。本申请人的另一项发明申请(中国专利申请号200410052185.7，发明名称为激光散斑检测头及其应用)中公开了一种激光散斑检测头，但目前还没有利用此检测头对轮胎进行无损检测的检测仪。目前，工业上还没有整体的激光散斑轮胎无损检测仪。
发明内容
本发明的第一个目的在于克服现有技术的不足，提供一种激光散斑轮胎无损检测仪。该检测仪可以解决检测轮胎效率低、不能应用于生产线、检测结果滞后的技术问题；还可检测整条轮胎的任何部位，自动识别缺陷的位置和大小；无需防震系统。
本发明的另一目的在于提供一种使用上述激光散斑轮胎无损检测仪进行无损检测的方法。
本发明的第一个目的通过下述方案实现激光散斑轮胎无损检测仪，其特征在于在设有真空装置的检测室内，通过检测头运动机构连接有一个可垂直、水平及旋转运动的激光散斑检测头；在检测头的下方，是用于承载及定位轮胎的轮胎自动定位装置；在检测室侧壁上，有可开闭的门。
为了实现进胎、出胎自动化，在所述检测室的相对两侧壁上，可分别有一个可开闭的进胎门和一个可开闭的出胎门，两门分别与进胎输送带和出胎输送带相对置。
所述检测头运动机构包括与检测头连接的检测头连接杆和与连接杆连接的水平移动机构、垂直移动机构、旋转运动机构；检测头运动机构通过主横梁固定在检测室顶部。
所述旋转运动机构包括旋转驱动电机，旋转齿轮，旋转连接器；水平移动机构包括水平移动直线轴承副，水平移动横梁，水平移动驱动电机；垂直移动机构包括垂直移动直线轴承副，垂直移动驱动电机，垂直移动滑道；主横梁固定在检测室顶部，旋转连接器分别与主横梁、旋转驱动电机和旋转齿轮相连，垂直移动驱动电机和蜗轮减速机与旋转连接器相连，检测头连接杆分别与激光散斑检测头、水平移动横梁相连，水平移动直线轴承副与水平移动横梁相连，垂直移动直线轴承副与水平移动横梁相连。
所述轮胎自动定位装置可包括用于测定轮胎直径的探测头和用于承载及移动轮胎的室内输送带，探测头测得轮胎直径后通过计算机程序驱动室内输送带移动，从而使轮胎定位于检测室中央。
所述激光散斑检测头可以选用申请号200410052185.7的发明申请中公开的激光散斑检测头，它包括检测头机壳、半导体激光器、光电转换器、光学镜头及剪切镜，其特征在于，半导体激光器和光电转换器固定于检测头机壳底座上；半导体激光器前有一扩束镜，扩束镜与半导体激光器连成为一体；半导体激光器与扩束镜位于同一光轴上，光电转换器、光学镜头、剪切镜连成一整体，光电转换器与光学镜头及剪切镜位于同一光轴上；半导体激光器与光电转换器两光轴之间的夹角为2～20°。
所述进胎门或出胎门可包括固定板、汽缸、门板、密封橡胶、连接头、连接固定块和转轴，汽缸通过连接头分别与固定板、门板连接，门板边缘有一密封橡胶，门板通过连接固定块、转轴与检测室连接。
所述进胎输送带、室内输送带和出胎输送带在同一水平面上。
本发明激光散斑轮胎无损检测仪进行无损检测轮胎的方法，其操作步骤为(1)把轮胎送进检测室内，由轮胎自动定位装置将轮胎定位于检测室中央；(2)检测头运动机构带动激光散斑检测头水平、垂直方向移动移至轮胎中部，将轮胎定位在激光散斑检测头的中心，使轮胎的中心与激光散斑检测头的中心重合，轮胎沿360度分隔成多个扇区，激光散斑检测头依次对轮胎各扇区分别进行检测；(3)真空装置开始抽真空，抽完真空后，激光散斑检测头对轮胎内表面第一扇区部分进行检测摄像，获得轮胎真空形变后的图像摄像完成后，真空装置放入大气进入检测室，使检测室内气压达到常压，此时，激光散斑检测头对轮胎内表面第一扇区部分进行第二次检测摄像，摄像获得轮胎正常的图像，计算机对两次图像进行处理分析；(4)检测头运动机构带动激光散斑检测头旋转运动至轮胎内表面的第二扇区部分，对轮胎内表面的第二扇区部分进行检测，重复上述检测步骤；激光散斑检测头旋转360度对整个轮胎的内表面进行检测，全部检测完后，激光散斑检测头升起到轮胎的上部，打开出胎门，轮胎从检测室内输送带输送到出胎输送带上，完成一条轮胎的检测。
本发明的激光散斑轮胎无损检测方法的作用原理是采用激光散斑技术，利用轮胎在受激光照射后产生干涉散斑场的相关条纹来检测双光束波前后之间的相位变化，应用相位移技术，测量轮胎表面形变量，检测结果不受轮胎刚体运动影响，稳定可靠，应用光电耦合器CCD作为记录介质，使散斑场图像记录在光电耦合器上，应用光电转换技术将光信号转换为电信号，通过图像采集卡进行图像处理分析，将轮胎内部缺陷的检测结果显示在电脑屏幕上。
激光散斑轮胎无损检测仪可以检测轮胎产品(如汽车轮胎、飞机轮胎)内部缺陷(缺陷主要为气泡、脱层等)，还可应用在其他领域如航天行业的质量检测中。
本发明相对现有技术具有如下的优点及效果激光散斑轮胎无损检测仪结构简单、无需防震装置、无需大量耗材，检测成本低。该无损检测方法自动化程度高，检测结果实时显示，全场非接触无损，可对轮胎任何部位进行检测、自动识别缺陷的位置和大小，检测轮胎效率高，可应用于生产线连续作业。
图1为激光散斑轮胎无损检测仪的结构示意图。
图2为检测头运动机构的结构示意图。
图3为检测头运动机构的侧视结构示意图。
图4为进胎门(或出胎门)的结构示意图。
图5为进胎输送带(或出胎输送带)的结构示意图。
图6为激光散斑检测头的结构示意图。
图7为激光散斑检测头的检测头机壳的结构示意图。
具体实施例方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1如图1、图2、图3所示，本发明的激光散斑轮胎无损检测仪包括检测室14，真空装置15，主横梁7、检测头运动机构23，轮胎自动定位装置B，进胎门11和出胎门17；检测头运动结构23包括激光散斑检测头A，检测头连接杆24，旋转运动机构、垂直移动机构、水平移动机构，旋转运动机构包括旋转驱动电机8，旋转齿轮9，旋转连接器27；水平移动机构包括水平移动直线轴承副2，水平移动横梁3，水平移动驱动电机4；垂直移动机构包括垂直移动直线轴承副5，垂直移动驱动电机6，垂直移动滑道26；检测头运动机构23通过主横梁7固定在检测室14顶部中间，旋转连接器27分别与主横梁7、旋转驱动电机8和旋转齿轮9相连，垂直移动驱动电机6和蜗轮减速机20与旋转连接器27相连，检测头连接杆24分别与激光散斑检测头A、水平移动横梁3相连，水平移动直线轴承副与水平移动横梁相连，激光散斑检测头A用螺钉与检测头连接杆24连接并固定，检测头连接杆24在水平移动横梁3下，通过水平同步带25的带动可作水平移动，水平同步带25由水平移动驱动电机4驱动。水平移动横梁3与垂直移动直线轴承副5用螺钉连接固定，垂直移动直线轴承副5在垂直移动滑道26上滑动，垂直移动直线轴承副5与滚子丝母21固定连接，滚子丝母21套在滚子丝杆22上，滚子丝杆22转动带动垂直移动直线轴承副5作上下运动，滚子丝杆22的动力来自垂直移动驱动电机6通过蜗轮减速机20传动。旋转驱动电机8驱动旋转齿轮9带动旋转连接器27可作360度旋转，带动该检测头运动机构23旋转运动；垂直驱动电机6驱动蜗轮减速机20带动垂直移动直线轴承副5在垂直移动滑道26上带动水平移动机构和激光散斑检测头A上下垂直运动；水平移动驱动电机4驱动水平移动直线轴承副2在水平移动横梁3上带动激光散斑检测头A水平移动。检测室14顶部有真空装置15，真空装置为钢架框结构；检测室14两侧有进胎门11和出胎门17，在检测室14两侧进胎门11和出胎门17之间有轮胎自动定位装置B，轮胎自动定位装置B包括用于测定轮胎直径的探测头B1和用于承载及移动轮胎的室内输送带B2，探测头B1测得轮胎直径后通过计算机程序驱动室内输送带B2移动，从而使轮胎13定位于检测室14中央。进胎门11侧有进胎输送带10，出胎门17侧有出胎输送带18。进胎输送带10、出胎输送带18与检测室内输送带B2在同一水平面上，进胎输送带10与检测室14、出胎输送带18与检测室14间距20mm。
实施例2此实施例说明进、出胎门的结构。本发明的进胎门11和出胎门17的具体结构如图4所示，进胎门11和出胎门17结构相同，包括固定板42、汽缸36、门板40、密封橡胶41、连接头35、连接头39、连接固定块37和转轴38，汽缸36通过连接头35、连接头39与固定板42、门板40连接，门板边缘上有一密封橡胶，门板40通过连接固定块37、转轴38与检测室14连接。
当轮胎13进入检测室14时，计算机控制气缸36收缩，门板40打开，进胎门11打开；轮胎13进入检测室14，计算机控制气缸36伸张后，门板40与检测室重合密封，进胎门11关上。
实施例3此实施例说明进、出胎输送带机构的结构。本发明的进胎输送带10和出胎输送带18具体结构如图5所示，进胎输送带10和出胎输送带18结构相同，包括滚轮28、电机29和减速器30、输送带31、支架32，电机29与减速器30相连，滚轮28与输送带31相连，电机29驱动减速器30，减速器30带动滚轮28带动输送带31，此减速器30带动滚轮28动力传输可采用链轮和链条，也可采用同步带。
将轮胎13放置于进胎输送带10的输送带31上，电机29驱动减速器30，减速器30带动滚轮28带动输送带31，将轮胎13输送到进胎门11旁，自动输送入检测室14。
实施例4此实施例说明检测头A的结构。如图6、图7所示，激光散斑检测头A由检测头机壳、半导体激光器A1、光电转换器A7、光学镜头A6及剪切镜A4，扩束镜A3组成，检测头机壳由检测头侧板A2、检测头前窗A5、检测头上板A8、检测头底座A9组成，在检测头前窗A5上有两孔，孔A11为激光照射孔，孔A12为成像孔，半导体激光器A1和光电转换器A7用螺杆及设置在机壳底座的固定孔固定于检测头机壳底座A9上，扩束镜A3与半导体激光器A1成一整体，半导体激光器A1与扩束镜A3位于同一光轴上。光电转换器A7、光学镜头A6、剪切镜A4连成一整体，剪切镜A4固定在带螺纹的外套上套在光学镜头A6上，光学镜头A6用接圈与剪切镜A4连接，光电转换器A7与光学镜头A6及剪切镜A4位于同一光轴上，半导体激光器A1与光电转换器A7两光轴之间的夹角为10°。
实施例5利用本激光散斑轮胎无损检测仪进行无损检测的具体工艺步骤是将轮胎13放置于进胎输送带10的输送带31上，打开检测室14的进胎门11，轮胎13由进胎输送带的输送带31输送进入检测室14内的检测室内输送带B2上，轮胎自动定位装置B的探测头B1测得轮胎直径后通过计算机程序驱动室内输送带B2移动，从而使轮胎13定位于检测室14中央。根据轮胎规格大小，检测头运动机构23水平、垂直方向移动带动激光散斑检测头A移至轮胎13中部，将轮胎13定位在激光散斑检测头A的中心，使轮胎13中心与激光散斑检测头A的中心重合。将轮胎沿360度分隔成12个扇区，激光散斑检测头A对轮胎13各扇区分别进行检测。检测室14内的真空装置15开始抽真空，抽完真空后，激光散斑检测头A对轮胎13内表面第一扇区部分进行检测摄像，获得轮胎13真空形变后的图像摄像完成后，真空装置15放入大气进入检测室14，使检测室14内气压达到常压，此时，激光散斑检测头A对轮胎13内表面第一扇区部分进行第二次检测摄像，摄像获得轮胎正常的图像，计算机将两次图像进行处理分析。如果处理后图像是正常的散斑图，说明该轮胎正常，如果处理后轮胎的散斑图出现异常的干涉条纹，说明该轮胎内部有缺陷。对不能进行内拍的轮胎，可将激光散斑检测头A平移至轮胎13外部进行检测。一般采用内拍方式对轮胎进行检测，因轮胎内表面较为平整且具有会集光的弧度，只有在无法进行内拍的情况下才采用外拍的方式。
通过检测头运动机构23的旋转运动带动激光散斑检测头A旋转，对轮胎13内表面的第二扇区部分进行检测，重复上述检测步骤。激光散斑检测头A依次旋转，对整个轮胎13的内表面进行检测，全部检测完后，激光散斑检测头A升起到轮胎13的上部，打开出胎门17，轮胎13从检测室内输送带B2输送到出胎输送带18上，至此完成一条轮胎的检测。同时，将另一条轮胎放置在进胎输送带10上，进行新的一轮检测。
由于采用相移技术，检测结果不受轮胎刚体运动的影响，故检测仪无需防震装置，可将检测仪安装在轮胎生产线上，对成品轮胎进行检测，检测结果实时显示出来，即可对轮胎的质量进行判定。
权利要求
1.一种激光散斑轮胎无损检测仪，其特征在于在设有真空装置的检测室内，通过检测头运动机构连接有一个可垂直、水平及旋转运动的激光散斑检测头；在检测头的下方，是用于承载及定位轮胎的轮胎自动定位装置；在检测室侧壁上，有可开闭的门。
2.根据权利要求1所述的检测仪，其特征在于在所述检测室的相对两侧壁上，分别有一个可开闭的进胎门和一个可开闭的出胎门，两门分别与进胎输送带和出胎输送带相对置。
3.根据权利要求1或2所述的检测仪，其特征在于所述检测头运动机构包括与检测头连接的检测头连接杆和与连接杆连接的水平移动机构、垂直移动机构、旋转运动机构；检测头运动机构通过主横梁固定在检测室顶部。
4.根据权利要求3所述的检测仪，其特征在于所述旋转运动机构包括旋转驱动电机，旋转齿轮，旋转连接器，水平移动机构包括水平移动直线轴承副，水平移动横梁，水平移动驱动电机，垂直移动机构包括垂直移动直线轴承副，垂直移动驱动电机，垂直移动滑道；主横梁固定在检测室顶部，旋转连接器分别与主横梁、旋转驱动电机和旋转齿轮相连，垂直移动驱动电机和蜗轮减速机与旋转连接器相连，检测头连接杆分别与激光散斑检测头、水平移动横梁相连，水平移动直线轴承副与水平移动横梁相连，垂直移动直线轴承副与水平移动横梁相连。
5.根据权利要求1或2所述的检测仪，其特征在于所述轮胎自动定位装置包括用于测定轮胎直径的探测头和用于承载及移动轮胎的室内输送带，探测头测得轮胎直径后通过计算机程序驱动室内输送带移动，从而使轮胎定位于检测室中央。
6.根据权利要求1所述的检测仪，其特征在于所述激光散斑检测头包括检测头机壳、半导体激光器、光电转换器、光学镜头及剪切镜，半导体激光器和光电转换器固定于检测头机壳底座上；半导体激光器前有一扩束镜，扩束镜与半导体激光器连成为一体；半导体激光器与扩束镜位于同一光轴上，光电转换器、光学镜头、剪切镜连成一整体，光电转换器与光学镜头及剪切镜位于同一光轴上；半导体激光器与光电转换器两光轴之间的夹角为2～20°。
7.根据权利要求1所述的检测仪，其特征在于所述进胎门或出胎门包括固定板、汽缸、门板、密封橡胶、连接头、连接固定块和转轴，汽缸通过连接头分别与固定板、门板连接，门板边缘有一密封橡胶，门板通过连接固定块、转轴与检测室连接。
8.根据权利要求1所述的检测仪，其特征在于所述进胎输出带、室内输送带和出胎输送带在同一水平面上。
9.一种利用权利要求1所述检测仪进行无损检测轮胎的方法，其操作步骤为(1)把轮胎送进检测室内，由轮胎自动定位装置将轮胎定位于检测室中央；(2)检测头运动机构带动激光散斑检测头水平、垂直方向移动移至轮胎中部，将轮胎定位在激光散斑检测头的中心，使轮胎的中心与激光散斑检测头的中心重合，轮胎沿360度分隔成多个扇区，激光散斑检测头依次对轮胎各扇区分别进行检测；(3)真空装置开始抽真空，抽完真空后，激光散斑检测头对轮胎内表面第一扇区部分进行检测摄像，获得轮胎真空形变后的图像摄像完成后，真空装置放入大气进入检测室，使检测室内气压达到常压，此时，激光散斑检测头对轮胎内表面第一扇区部分进行第二次检测摄像，摄像获得轮胎正常的图像，计算机对两次图像进行处理分析；(4)检测头运动机构带动激光散斑检测头旋转运动至轮胎内表面的第二扇区部分，对轮胎内表面的第二扇区部分进行检测，重复上述检测步骤；激光散斑检测头旋转360度对整个轮胎的内表面进行检测，全部检测完后，激光散斑检测头升起到轮胎的上部，打开出胎门，轮胎从检测室内输送带输送到出胎输送带上，完成一条轮胎的检测。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于所述轮胎沿360度分隔成6～12个扇区。
全文摘要
本发明公开了一种激光散斑轮胎无损检测仪，该检测仪是在设有真空装置的检测室内，通过检测头运动机构连接有一个可垂直、水平及旋转运动的激光散斑检测头；在检测头的下方，是用于承载及定位轮胎的轮胎自动定位装置；在检测室侧壁上，有可开闭的门。本发明还提供一种利用该检测仪进行无损检测方法，该激光散斑轮胎无损检测仪可以检测轮胎产品内部缺陷，还可应用在航天行业的质量检测中。该检测仪结构简单、无需防震装置、无需大量耗材，检测成本低。该无损检测方法自动化程度高，检测结果实时显示，全场非接触无损，可对轮胎任何部位进行检测、自动识别缺陷的位置和大小，检测轮胎效率高，可应用于生产线连续作业。
文档编号G01M17/02GK1632543SQ20041007752
公开日2005年6月29日 申请日期2004年12月22日 优先权日2004年12月22日
发明者曾启林, 赵志强, 谢雷, 郭修芹, 黄伟彬 申请人:广州华工百川自控科技有限公司