新型激光散斑轮胎无损检测仪开发和应用.PDFVIP

新型激光散斑轮胎无损检测仪开发及应用 1 2 1，2 2 肖玉霜 ，曾启林 ，马铁军 ， 谢雷 (1 华南理工大学机械与汽车工程学院， 广州 510640) (2 广州华工百川科技股份有限公司， 广州 510640) 摘要：轮胎内部缺陷是导致交通事故发生的主要因素，激光散斑检测系统是检测轮胎内部 缺陷的主要方法。本文介绍了基于激光散斑干涉理论基础上开发的新型激光散斑轮胎无损检 测仪，内容主要包括激光散斑无损检测的原理，新型轮胎无损检测仪的图像处理过程、各项 功能及其特点，并且对检测中得到的各类缺陷图进行了分析。 关键词：无损检测，轮胎，缺陷 一、前言 由于轮胎脱层和气泡缺陷的存在,轮胎高速行驶时缺陷处发生剪切应变,导致屈挠生热 和应力集中,并使缺陷不断扩大。如果缺陷在胎面胶处,极易发生甩胎面事故；如果缺陷在胎 体中,极易发生爆胎事故。从有关部门的统计资料上可看出,目前高速公路发生的交通事故中 2/3 是由轮胎引起的,而其中 70%是由轮胎质量造成的。欧美国家对钢丝子午线轮胎及翻新轮 【1】 胎进行无损检测的要求比较严格,无损检测对这些轮胎生产厂家来说是必检项目 。我国一 些著名的轮胎企业也已从国外引进激光无损检测仪，对轮胎进行无损检测。总之，无损检测 是避免存在内部缺陷的轮胎出厂装车的唯一方法。 二、激光散斑轮胎无损检测介绍 当激光照射在墙壁、纸张、毛玻璃等这些平均起伏大于波长数量级的光学粗糙表面(或 透过光学粗糙的透射板)上时，这些表面上无规分布面元的散射的子波相互叠加使反射光场 (或透射光场)具有随机的空间光强分布，呈现出颗粒状的结构，这就是激光散斑【2】。物体 的位移或变形必然引起散斑场的变化，因此通过测量散斑场的变化就可以获取物体的形变信 息。 对于轮胎检测这个特例，轮胎的内部缺陷主要是气泡和脱层。在轮胎检测过程中，轮胎 由输送带输送到检测室（即真空系统的容舱内），轮胎进行真空加载，由此轮胎内部的缺陷 图 1 激光散斑检测装置原理图 1 CCD 2 激光器 3 扩束镜 4 分光棱镜 5反射镜 6 成像物镜 7 带压电陶瓷的反射镜 8 轮胎 气泡和脱层因外部的大气压的改变而膨胀引起轮胎表面的微小位移形变，通过激光散斑干涉 技术，对形变前后的两幅图进行比较处理，就可将轮胎内部的缺陷检测识别出来。 激光数字剪切散斑轮胎检测技术是基于激光散斑效应对轮胎表面进行无损全场检测的 新型技术，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之间的相位 变化。是一种集现代激光技术、散斑干涉技术、图像采集及处理技术、计算机技术、精密测 试技术于一体的计量检测技术。由于采用精确的相移技术测量轮胎表面的形变位移导数,检 测结果不受轮胎刚体运动的影响, 具有实时、全场非接触无损、机构简单、稳定可靠、无需 防震装置等优点，因此激光数字剪切散斑轮胎无损检测技术已广泛用于轮胎生产在线检测, 其原理如图 1 所示。 三、相移电子剪切散斑中的图象处理 1．条纹生成 散斑图像处理中，条纹生成算法是图象处理的第一步，条纹的生成方式除了相减算法之 外还有相加算法、相关算法。本文采用相减算法生成条纹，它直接地对变形前后两幅图像的 对应象素的灰度值进行相减。 传统相减算法速度快、条纹对比度高、条纹颗粒小、对光照均匀性敏感 。采用相减方 法时，代表物体缺陷的条纹被光强所调制，使得当光强分布不均匀时，影响条纹的强度均匀 【3】。由于本论文所设计的轮胎检测仪采用了等步长相移技术，能够消除光照的调制，因此 基于速度的考虑本论文所设计的系统最终采用了传统的相减算法。图 2为相减算法得到的散 斑图。 图2 相减散斑图 2．图像滤波 由于条纹图像被高频散斑所调制，因而对其滤波显得非常重要。散斑条纹的主要问题是