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激光测量仪器 |
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强化监控环节的新型激光线技术 |
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作者：LMI技术公司 Walt Pastorius，Martin Sanden 来源：PT现代塑料 |
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随着每年对检测的要求越来越为严格，橡胶和轮胎生产商迫切需要从轮胎检测系统获取更为精确和详细的信息。例如在侧壁检测环节的新要求，出于安全性和质量的需要，要求对更小缺陷的可靠性检测具有更高的准确性，无论这些缺陷在哪儿出现。在最后的检测环境中，侧壁的凸起和凹陷测量需要更高的密集数据，从而对凸起和凹陷部分进行适当的检测，因为分析软件必须首先剔除或过滤掉所有与铭文、条形码和表面上其它可接受偏差相关的检测点。凸起部分的高度在0.3mm至3.0mm之间，宽度在5mm至7.0mm之间。现在，客户要求将凸起部分的高度限制在0.2mm，因为许多凸起部分与外轮胎帘布无关，而与气泡有关。
作为回应，供应商正在研制既能用于在线应用程序又能用于离线应用程序的更快捷的、更复杂的、更精确的测量和检测设备。基本的要求就是用于检测橡胶制品的可靠性设备具有更高的生产能力、更高的采样率和更高的精度，并且能够轻易地安装在检测仪器上和应用在翻新工艺中。更高的密集数据还可以提高决策环节的效率，可以使既昂贵又耗时的人工废品重检环节成本最小化。
用于轮胎制造业的激光传感器
历史上，轮胎检测应用程序依靠单点激光三角测量传感器，这种测量方法只能测量轮胎橡胶表面的一个点，通常在产品高速传动或转动时只能生成单一路径或路线的数据流，现在，LMI技术公司（LMI Technologies, Inc.）的轮胎制造业应用程序已经置入了超过3000点的传感器，可用于工艺过程中的监测和最终轮胎检测，与早期的基于传感器的电容式和触点式设备相比，LMI公司产品已证实性能更为可靠，并且精确度更高。
数十年来，高性能的非触点式三角测量传感器在应对轮胎生产商的测量挑战方面非常成功。非触点式操作可对无变形误差的橡胶进行测量。激光传感器有超大的支起距离（较典型的为数百毫米或者更长一些，依据专用传感器类型而定），较宽的测量范围，甚至即使在不与表面垂直的情况下也可以获得可靠的数据。超大的支起距离可使某个传感器与其它传感器离得更远一些，如果轮胎尺寸超大或者在检测工位上定位不当的话，还可以减少因碰撞而产生的昂贵的维修费用。较宽的测量范围允许在不重新配置传感器或轮胎定位机制的情况下对尺寸较宽的轮胎模具进行检测，还可改进并简化机械系统设计。电容式传感器在定位时必须紧贴被测物的表面，并且与表面垂直，而且还必须复杂的多轴定位机制，由于材料性能的变化，其灵敏度也随之变化，因此还需要时常进行校准。
与电容式传感器不同，现代的激光传感器不需要校准，而且材料性能的变化对其灵敏度没有任何影响。在表面状态发生变化时，设计得到的激光传感器还可自行补偿，比如颜色、表面精整度或者表面存在圆球型润滑剂。
激光线传感器在侧壁检测方面的发展
今天，对侧壁检测应用而言，轮胎质量和安全性的增加要求生产商能够在轮胎高速转动的过程中检测出轮胎表面极小区域内的更小的缺陷，如果使用单点传感器，对轮胎表面的一点或两点进行跟踪测量可能检测不出必需的最小尺寸的缺陷，能否检测出缺陷取决于传感器安装的位置。为了解决这个问题，已经研发出新一代的激光线传感器，并且已应用于在线检测。
激光线传感器的基本原理（图1）与点式三角测量十分相似，其与三角测量的主要区别在于激光光束可在一维上进行光学扩展，在被测物体的表面产生一条激光线，照相机每次扫描都可输出被测物体的表面的全剖面，剖面上有许多与激光线相交的数据点。轮胎转动时，还可获得一个完整的侧壁3D剖面图，从而可以对任何位置的小的缺陷进行检测。
图1 激光线传感器原理
激光线传感原理如今已在其它行业应用于表面剖面的测量，但是到目前为止，在需要为侧壁检测提供一个高速率数据密度方面，操作速度还非常低。高速数字照相机芯片技术和紧凑型固态传感器的发展以及在传感器头部的高速图像处理性能提高和最新的多部照相机图像同步处理技术使极高速激光线传感器得以在侧壁检测中得以应用，且其配置极具成本效益。
拥有LMI技术的二级EyeCon-2激光线传感器（图2）专门设计用于使用激光线技术的侧壁最终检测环节，其在数据率方面的操作速度二倍于当前传感器的速度，而且每秒可测量剖面2000次或者更高，为在轮胎转动时对微小缺陷的检测提供了非常高的数据密度。
图2 EyeCon-2传感器
此类传感器的独特之处在于它在同一个传感器外壳下使用了两台照相机，分别在激光线的两侧（图3）。使用单个照相机的传感器可能看不到陡边处的激光线，就不可能提供贴近边缘的数据信息，也就不可能检测出存在于这一区域的缺陷。这是轮胎侧壁检测过程中常犯的错误，轮胎侧壁一般有大量凸起的铭文、条形码和其它几何特征。使用双照相机可确保其中任何一部“看到”完整的激光线，甚至在凸起或浮凸的几何特征的陡边处，可提供贴近陡边处于的侧壁剖面数据。这一独特设计可确保避免数据丢失或数据无效现象，并可提供完整的轮廓信息。图4显示了一个侧壁剖面的图例，甚至可对铭文边上的缺陷进行检测。
图3 a传感器阻断; b双传感器
图4 侧壁表面剖面图
这一新型传感器还使用了“灵巧传感器”技术从内部处理图像数据，使数据线性化，将数据转换成工程制单位，输出被测的3D侧壁剖面图。
在侧壁最终检测中的应用
在对轮胎侧壁检测的应用中，使用两个EyeCon-2传感器，每个侧壁各一个。还可以使用第三个传感器来测量轮胎面的失圆度（图5）。扫瞄位数据集中器可将来自多个传感器和轮胎均匀性机械主轴编码器上的数据集中并组合成单一同步的数据流，并分配动力。这种完全一体化的结构简化了安装工艺，并可通过以太网连接在真正实时的范围内发送实时轮胎图。
图5 使用三个传感器的侧壁典型应用
激光线传感器的其它应用
发展用于侧壁检测的同样的激光线技术并没有太多的区别，并且已经在橡胶制造工业的其它在线测量和控制应用程序中得到了应用。例如EyeCon-1tm线激光传感器在横截面立体剖面扫描中的应用。EyeCon-1主要应用于设备的制备方面，如轮胎面挤出几何监测方面。激光线技术还可提供完整的横截面轮廓测量，无需进行机械扫描或使用其它移动构件，从而降低了操作的复杂性，降低了成本和维护费用。图像处理软件在传感器内部运行，不需要使用外部计算设备，与外部设备的通信通过以太网进行，易于安装，且易于集成。
同样的技术还可用于其它的应用环境中，比如传送带生产，在此生产过程中线传感器可不间断地监控传送带的厚度和宽度，或者为边缘定位导航提供信号（图6）。 
图6 激光线传感器异型挤出和异型带
结论
现在可供应具有独特的双视频照相机性能的高速激光线传感器，此传感器可提供沿整个激光线的较高的数据密度。对侧壁检测来说，这些传感器通过以每秒钟2000幅或以上的剖面的帧速度扫描与激光线相交的轮胎的几何形状来监测轮胎侧壁的小型凸起或凹陷。轮胎转动时，可提供完整的侧壁立体剖面图，从而可对任何位置的小型缺陷进行检测。此外，该技术还可以用于对传送带挤出和测量环节中的仿形几何进行在线监控。
激光线传感大幅度地提升了对侧壁缺陷、挤出压型检测的性能，而且还可用于其它应用环境中，如传送带几何形状的监测。 (end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(2/15/2009) |
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