基于超声波的轮胎气泡无损检测系统与方法

1.本发明涉及无损检测技术领域，具体涉及一种基于超声波的轮胎气泡无损检测系统与方法。


背景技术：

2.气泡是轮胎最常见的质量缺陷之一，不但直接影响轮胎的外观质量，而且对轮胎安全性能有着很大的潜在危害。如何对轮胎进行无损检测是一个重要的研究领域。
3.一般硫化后对生胎进行气泡检查常采用人工方式，人眼可以判断一部分缺陷，但是这是一项很费时费力的工作，需要检测人员时时保持注意力的集中并在短时间内作出判断并给出结论，对工作人员的经验、体力要求较高。同时，人工检测的方式效率较低。


技术实现要素：

4.(一)解决的技术问题
5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于超声波的轮胎气泡无损检测系统与方法，解决了现有的轮胎气泡无损检测效率低的技术问题。
6.(二)技术方案
7.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
8.第一方面，本发明提供一种基于超声波的轮胎气泡无损检测系统，包括：超声波传感器、控制模块和自动打码设备；
9.其中，
10.所述超声波传感器用于发送/接收低频超声波，并采集第一时间、第二时间和第三时间，其中，第一时间是指前一时刻从超声波传感器接收到发送信号所需的时间；第二时间是指当前时刻从超声波传感器接收到发送信号所需的时间；第三时间是指后一时刻从超声波传感器接收到发送信号所需的时间；
11.所述控制模块包括时间分析单元和装置控制单元，所述时间分析单元用于分析第一时间、第二时间和第三时间的大小关系，若第二时间小于第一时间或者第二时间大于第三时间，且超过预设警戒时间阈值，则确定存在气泡类缺陷，所述装置控制单元用于控制超声波传感器和自动打码设备启动；
12.所述自动打码设备用于超声波传感器检测到气泡类缺陷时，接收控制模块中装置控制单元的指令后对受检轮胎缺陷部位进行自动打码标记。
13.优选的，所述预设警戒时间阈值包括第一时间阈值和第二时间阈值。
14.优选的，所述轮胎气泡无损检测系统还包括：图像采集模块、存储模块和终端设备；
15.所述图像采集模块用于超声波传感器检测到气泡类缺陷时，接收控制模块中装置控制单元的指令后启动工业摄像机采集缺陷图像数据；
16.所述存储模块用于存储图像及图像在轮胎上的位置信息；
17.所述终端设备用于读取存储模块中保存的图像数据和超声波信号数据，其中所述的图像数据和超声波信号一一对应，并在终端设备显示供工作人员查看。
18.优选的，所述控制模块还包括：时间阈值单元，
19.所述时间阈值单元用于获取仿真实验中或历史数据中的预设警戒时间阈值。
20.优选的，所述控制模块还包括：模板匹配单元，
21.所述模板匹配单元用于通过模板匹配算法将检测到的缺陷区域与气泡模板进行比对，若比对一致，则装置控制单元向自动打码装置发送指令进行打码标记。
22.优选的，所述控制模块还包括：区域检测单元，
23.所述区域检测单元用于获取终端设备得到的重点监测区域的位置信息，控制检测系统增加重点区域的检测频率。
24.第二方面，本发明提供一种基于超声波的轮胎气泡无损检测方法，所述轮胎气泡无损检测方法通过如上述所述的轮胎气泡无损检测系统对轮胎进行检测，所述方法包括：
25.s1：将超声波传感器安装在轮胎转轴装置内侧，摄像机安装在自动打码设备上；
26.s2：通过超声波传感器采集第一时间t1、第二时间t2和第三时间t3；其中，第一时间是指前一时刻从超声波传感器接收到发送信号所需的时间；第二时间是指当前时刻从超声波传感器接收到发送信号所需的时间；第三时间是指后一时刻从超声波传感器接收到发送信号所需的时间；
27.s3：当检测到三个时间进行比较，若t1＞t2或者t2＞t3，且t1-t2或者t2-t3超过预设警戒时间阈值，则执行s4；若t3＞t2＞t1，则返回执行s2；
28.s4：控制模块存储相关联的超声波信号，启动自动打码设备进行标记。
29.优选的，所述方法中s3中的预设警戒时间阈值包括第一时间阈值和第二时间阈值；
30.所述s3具体包括：
31.当t1《t2《t3时，返回s2，否则，做进一步判断，t1-t2＝x、t2-t3＝y；当x≤第一时间阈值或y≤第一时间阈值，返回s2，否则，判断x≤第二时间阈值或y≤第二时间阈值，若是，则执行s4，否则，缺陷过大，轮胎废弃。
32.(三)有益效果
33.本发明提供了一种基于超声波的轮胎气泡无损检测系统与方法。与现有技术相比，具备以下有益效果：
34.本发明将前一时刻从超声波传感器接收到发送信号所需的时间、当前时刻从超声波传感器接收到发送信号所需的时间、后一时刻从超声波传感器接收到发送信号所需的时间作为超声波无损检测的判断依据，对轮胎气泡进行实时检测，大大提高了检测效率和准确率，降低人力成本。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1为一实施例中基于超声波的轮胎气泡无损检测系统的框图；
37.图2为另一实施例中基于超声波的轮胎气泡无损检测系统的框图；
38.图3为图2中框图的实体效果图。
具体实施方式
39.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.本技术实施例通过提供一种基于超声波的轮胎气泡无损检测系统与方法，解决了现有的轮胎气泡无损检测效率低的技术问题，实现提高缺陷检测的效率与准确度，推动智能化车间发展。
41.本技术实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
42.气泡是轮胎最常见的质量缺陷之一，轮胎气泡分为表面泡、胶中泡和层间泡。表面泡为最常规的气泡，本发明实施例的无损检测主要针对表面泡进行检测。将前一时刻从超声波传感器接收到发送信号所需的时间、当前时刻从超声波传感器接收到发送信号所需的时间、后一时刻从超声波传感器接收到发送信号所需的时间作为超声波无损检测的判断依据，对轮胎气泡进行实时检测。
43.本发明实施例提供一种基于超声波的轮胎气泡无损检测系统，如图1所示，包括：超声波传感器、控制模块和自动打码设备；
44.其中，
45.所述超声波传感器用于发送/接收低频超声波，并采集第一时间、第二时间和第三时间，其中，第一时间是指前一时刻从超声波传感器接收到发送信号所需的时间；第二时间是指当前时刻从超声波传感器接收到发送信号所需的时间；第三时间是指后一时刻从超声波传感器接收到发送信号所需的时间；
46.所述控制模块包括时间分析单元和装置控制单元，所述时间分析单元用于分析第一时间、第二时间和第三时间的大小关系，若第二时间小于第一时间或者第二时间大于第三时间，且超过预设警戒时间阈值，则确定存在气泡类缺陷，所述装置控制单元用于控制超声波传感器和自动打码设备启动；
47.所述自动打码设备用于超声波传感器检测到气泡类缺陷时，接收控制模块中装置控制单元的指令后对受检轮胎缺陷部位进行自动打码标记。
48.本发明实施例通过一种基于超声波的轮胎气泡无损检测系统对硫化后生胎的气泡缺陷进行智能化检测，大大提高了检测效率和准确率。
49.需要说明的是，在具体实施过程中，如图2、图3所示，基于超声波的轮胎气泡无损检测系统还包括图像采集模块、存储模块和终端设备。
50.轮胎气泡无损检测系统中的各个模块及设备进行详细描述：
51.超声波传感器用于发送和接收低频超声波，并采集第一时间t1、第二时间t2和第三时间t3；其中，第一时间是指前一时刻从超声波传感器接收到发送信号所需的时间；第二时间是指当前时刻从超声波传感器接收到发送信号所需的时间；第三时间是指后一时刻从
超声波传感器接收到发送信号所需的时间。
52.控制模块包括装置控制单元、时间阈值单元、时间分析单元、区域检测单元和模板匹配单元。
53.其中，
54.装置控制单元用于控制超声波传感器、自动打码设备和摄像机的启动。
55.时间阈值单元用于获取仿真实验中或历史数据中的预设警戒时间阈值。在本发明实施例中，包括第一时间阈值和第二时间阈值。第一时间阈值和第二时间阈值可根据轮胎的大小、质量要求等实际情况进行设置，例如，第一时间阈值设定为5ms，第二时间阈值设置为20ms。
56.时间分析单元用于对获取的超声波信号时长进行分析，当t1《t2《t3时，则说明检测区域不存在缺陷，否则，做进一步判断，t1-t2＝x、t2-t3＝y；当x≤第一时间阈值或y≤第一时间阈值，则说明不存在气泡类缺陷或气泡可忽略，可进行下一步生产，否则，判断x≤第二时间阈值或y≤第二时间阈值，若是，则记录存在气泡，否则，缺陷过大，轮胎废弃。
57.区域检测单元用于获取终端设备得到的重点监测区域的图像本身和位置信息，从而控制检测系统增加重点区域的检测频率。
58.模板匹配单元用于通过模板匹配算法将检测到的缺陷区域与气泡模板进行比对，若比对一致，则装置控制单元向自动打码装置发送指令进行打码标记。
59.自动打码设备用于超声波传感器检测到气泡类缺陷时，接收控制模块中装置控制单元的指令后对受检轮胎缺陷部位进行自动打码标记，所述自动打码设备为受控的油墨喷码器获或激光喷码机。
60.图像采集模块用于超声波传感器检测到气泡类缺陷时，接收控制模块中装置控制单元的指令后启动工业摄像机采集缺陷图像数据；其中所述的工作摄像机安装在所述的自动打码设备上。
61.存储模块内置一块gps芯片，用于存储图像及图像在轮胎上的位置信息(图像在轮胎上的位置信息是指拍摄的图片在轮胎上的位置信息)，其中图像采集模块所收集到的图像数据和存储控制模块中的超声波信号相关联。
62.所述终端设备用于读取存储模块中保存的图像数据和超声波信号数据，其中所述的图像数据和超声波信号一一对应，并在终端设备显示供工作人员查看；其中终端设备分别连接所述的存储模块、标记模块和控制模块。
63.需要说明的是，本发明实施例中的气泡检测以《pmt-pcr-sop-21-03半钢外观检验sop》为标准。
64.本发明实施例还提供一种基于超声波的轮胎气泡无损检测系统进行轮胎缺陷检测的方法，该方法包括：
65.s1：将超声波传感器安装在轮胎转轴装置内侧，摄像机安装在自动打码设备上；
66.s2：通过超声波传感器采集第一时间t1、第二时间t2和第三时间t3；其中，第一时间是指前一时刻从超声波传感器接收到发送信号所需的时间；第二时间是指当前时刻从超声波传感器接收到发送信号所需的时间；第三时间是指后一时刻从超声波传感器接收到发送信号所需的时间；
67.s3：当检测到三个时间进行比较，若t1＞t2或者t2＞t3，且t1-t2或者t2-t3超过预
设警戒时间阈值，则执行s4；若t3＞t2＞t1，则返回执行s2；
68.s4：控制模块存储相关联的超声波信号，启动自动打码设备进行标记。
69.在具体实施过程中，所述方法中s3中的预设警戒时间阈值包括第一时间阈值和第二时间阈值，例如，第一时间阈值设定为5ms，第二时间阈值设置为20ms。当t1《t2《t3时，则说明检测区域不存在缺陷，否则，做进一步判断，t1-t2＝x、t2-t3＝y；当x≤5ms或y≤5ms，则说明不存在气泡类缺陷或气泡可忽略，可进行下一步生产，否则，判断x≤20ms或y≤20ms，若是，则记录存在气泡，否则，缺陷过大，轮胎废弃。
70.在具体实施过程，s4中还包括
71.在具体实施过程中，所述方法还包括校验操作，所述校验操作是指检测到缺陷的位置区域通过模板匹配算法进行比对。加上校验操作后，整个检测方法的过程包括：
72.s10：将受检轮胎置于所述受检轮胎自转装置上，并将超声波传感器安装在转轴上；
73.s20：启动受检轮胎自转装置，驱动轮胎开始自转，所述超声波传感器发射/接收低频超声波，所述控制模块实时接收超声波传感器信号获取受检轮胎内各个时刻的超声波回响信号传播时间；
74.s30：第一周期内，将采集到第二时间与第一时间和第三时间进行比较，若所述轮胎第二时间t2小于第一时间t1或者大于第三时间t3，且且t1-t2或者t2-t3超过预设警戒时间阈值，则执行s40，若否，则返回执行s20；
75.s40：控制模块向向图像采集模块发送指令启动摄像机，对检测到缺陷的位置区域进行拍照；
76.s50：第二周期内，控制模块将检测到缺陷的位置区域通过模板匹配算法进行比对，若比对一致，则执行s60，若否，则返回执行s30；
77.s60：控制模块向自动打码设备发送指令进行打码标记，且与之对应的超声波信号发送至存储模块，将缺陷图像和相关联的超声波信号在终端设备显示供工作人员查看。
78.s70：终端设备对储存的所有产生缺陷的图像数据通过大数据技术进行汇总分析，得到需要重点检测的区域范围，当检测到重点区域时，提高检测频率；否则，降低检测频率，并将重点检测区域的位置信息进行保存，将相关数据传输至控制模块的区域检测单元。
79.综上所述，与现有技术相比，具备以下有益效果：
80.1、本发明实施例采用智能化的方式对硫化后的汽车生胎进行气泡检测，将前一时刻从超声波传感器接收到发送信号所需的时间、当前时刻从超声波传感器接收到发送信号所需的时间、后一时刻从超声波传感器接收到发送信号所需的时间作为超声波无损检测的判断依据，对轮胎气泡进行实时检测，大大提高了检测效率和准确率，降低人力成本。
81.2、本发明实施例提出预设警戒时间阈值来判断气泡缺陷大小，进而判断当检测到缺陷时应执行什么操作，例如修饰或热补操作。
82.3、本发明实施例能实时对存在缺陷的轮胎进行维修决策，提高了工厂的生产效率。
83.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖
非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
84.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。