詳解激光傳感器在輪胎工業中的應用
發布時間:2015-05-14 責任編輯:xueqi
【導讀】隨著市場競爭日益激烈,輪胎工業依賴於質量的增加,這就要求可靠的測量和限製停工時間。正因為如此,激光傳感器由於它們的速度,精確性和可靠性,所處的地位日益變得重要。
隨sui著zhe國guo家jia對dui子zi午wu胎tai發fa展zhan的de重zhong視shi,從cong產chan業ye政zheng策ce和he投tou資zi上shang引yin導dao輪lun胎tai工gong業ye產chan品pin結jie構gou調tiao整zheng,並bing根gen據ju市shi場chang需xu求qiu,支zhi持chi了le一yi批pi重zhong點dian輪lun胎tai企qi業ye進jin行xing子zi午wu胎tai技ji術shu改gai造zao。在zai技ji術shu引yin進jin方fang麵mian,采cai取qu引yin進jin國guo外wai先xian進jin技ji術shu和he設she備bei與yu國guo內nei開kai發fa相xiang結jie合he的de發fa展zhan方fang針zhen,促cu進jin了le我wo國guo子zi午wu線xian輪lun胎tai的de發fa展zhan。子zi午wu胎tai產chan量liang從cong1985年的28.2萬條,占當年輪胎產量的1.5%,1990年的117.6萬條,占當年輪胎產量的4.2%,發展到2001年的4263萬條,占當年輪胎總產量的39%.1990到2001年的十多年,子午胎年平均增長率達到38%.由於在全行業中大力推行"壓縮低檔次斜交胎、擴大高性能子午胎"產品結構的產業政策。
在這些應用中,非接觸式激光測量傳感器要優於傳統接觸/jixiesuidongji,gengshenyugengzaodenazhongmeiciceliangshikezhongfuxinghechanliangdouhuibianhuadedianrongchuanganqi。jiechushihuojixiesuidongjidezuidaquedianshizheleichuanganqixuyaozailuntaishangqingjiedetongdaojinxingchixudeceliang。
當輪胎轉速為60轉/分鍾(rpm)時shi輪lun胎tai上shang的de刻ke字zi或huo花hua紋wen會hui破po壞huai接jie觸chu探tan針zhen。而er這zhe些xie刻ke字zi和he花hua紋wen也ye會hui由you於yu不bu必bi要yao的de反fan彈dan而er嚴yan重zhong降jiang低di其qi可ke重zhong複fu性xing。與yu之zhi相xiang反fan,設she計ji適shi當dang的de激ji光guang測ce量liang傳chuan感gan器qi不bu受shou表biao麵mian紋wen理li,顏yan色se,速su度du或huo者zhe不bu同tong環huan境jing的de光guang的de條tiao件jian的de影ying響xiang。與yu接jie觸chu式shi傳chuan感gan器qi相xiang比bi,激ji光guang傳chuan感gan器qi與yu探tan針zhen磨mo損sun或huo反fan彈dan無wu關guan,可ke在zai較jiao高gao的de速su率lv下xia收shou集ji數shu據ju。
在橡膠應用中的性能要求
由you於yu橡xiang膠jiao是shi黑hei色se,它ta吸xi收shou表biao麵mian上shang幾ji乎hu所suo有you的de光guang,這zhe樣yang為wei了le獲huo得de高gao質zhi量liang的de激ji光guang點dian像xiang以yi及ji迅xun速su對dui表biao麵mian反fan射she率lv做zuo出chu調tiao整zheng,測ce量liang裝zhuang置zhi需xu要yao足zu夠gou的de光guang功gong率lv。
tongchangjibianjiguangqijuyouzuihaodechuanganqixingnengyeyaoqiujiguangdeguangbanbijiaoxiao,pinlvxiangyingyaohenkuai,yibiancongjuyoukezihegezhongfuzaxingzhuangdetaimianhuocebizhileideduanmianzhonghuodekekaodeshuju。
橡(xiang)膠(jiao)的(de)待(dai)加(jia)工(gong)原(yuan)料(liao),典(dian)型(xing)的(de)如(ru)從(cong)擠(ji)出(chu)機(ji),壓(ya)延(yan)機(ji)或(huo)在(zai)輪(lun)胎(tai)成(cheng)型(xing)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)未(wei)加(jia)工(gong)或(huo)未(wei)硫(liu)化(hua)的(de)材(cai)料(liao),通(tong)常(chang)還(hai)是(shi)熱(re)而(er)且(qie)粘(zhan)的(de),具(ju)有(you)黑(hei)色(se)光(guang)澤(ze)表(biao)麵(mian),同(tong)時(shi)釋(shi)放(fang)出(chu)煙(yan)霧(wu)。測(ce)量(liang)得(de)到(dao)的(de)數(shu)據(ju)必(bi)須(xu)反(fan)映(ying)真(zhen)實(shi)形(xing)狀(zhuang)尺(chi)度(du)和(he)輪(lun)廓(kuo)。
它不應受熱的,煙的環境或表麵的影響,也不應受測量角度或材料的紋理,亮度,斜麵,速度或溫度的影響。
當在高速的TUO(輪胎均一性)機器上測量旋轉的輪胎時,非接觸式傳感器必須迅速提供樣本以確保沒有漏過檢測任何缺損。
由於無接觸激光測量能迅速對過程變化做出反應,因此對於這類應用是理想的,它可以在整個生產過程中進行高速不間斷的測量。
如何進行三角測量
在橡膠和輪胎工業中大多的非接觸式傳感器用光學激光三角測量法來準確測量物體或表麵。
zaizhezhongjishuzhongyishuguangcongchuanganqifashedaobeicebiaomian。taxiangdangyuyigezidongguangduanmianxianweijing,youshizuoweiyizhongjiegouhuadeguanghuibeitiji。zaibiaomian,jiguangfasheguangbanzaiyidianshang。zaiyujiguangxingchengdemougejiaodushang,yongtoujingxingchengyingxianghuozaizhegeyingxiangpingmiandeguangbanzhaopian,weizhichuangandejianceqijiuzhiyuzhegeyingxiangpingmian。ruguobiaomianjinyibuyuanlichuanganqi,jianceqideguangbanbianhuandaobutongdedianshang。tongguoquedingguangbandeweizhiheceliangxiangguandejiaodu,chuanganqidaobiaomiandejulikebeiqueding。
youliangzhongzhuyaodejianceqileixingyongyufeijiechushisanjiaoceliangchuanganqi。tamendoushigutaide,yujuyoucucaojiegoudedianluxinpianjicheng,zhiyaoshidangdizuzhuangchuanganqiwaike,jishizaieliedehuanjingzhong,qirengjuyoukekaodexingneng。diyizhongchuanganqileixingshiPSD或者稱為位置敏感檢測器;第二種是CCD也稱為帶電的耦合設備。
位置敏感器件PSD(Position Sensitive Device)。PSD屬於半導體器件,一般做成P+IN結構,具有高靈敏度、高分辨率、響應速度快和配置電路簡單等優點,其弱點主要是非線性。其工作原理是基於橫向光電效應。作為新型器件,PSD已經被廣泛應用在位置坐標的精確測量上,如:兵器製導和跟蹤、工業自動控製、或位置變化等技術領域上。PSD光電器件是一種光能/weizhizhuanhuanqijian,youyuweizhiliangweimoniliangshuchu,xitongxiangyingkuai,fenbianlvgao,chengbendi,yincijuyouguangfanyingyongdejiazhi。tongshikeduimubiaoxinhaojinxingtiaozhi,yinerkeyixianzhetigaoxitongdekangganraonengli,keyiyonglaishixiangaosu、高精度、抗幹擾能力強的位置檢測係統。因而近年來采用PSD作為位置檢測實現技術一直受到重視,並不斷研究開發出新的應用技術。研究表明,PSD與CCD器件的最大不同之處是光電位置信號與照射強度相關,以及PSD信號的非線性影響,因而PSD傳感裝置主要用於一維和二維位置量檢測,直接用於D3定位和位置測量還有許多問題需要解決。

CCD圖像傳感器可直接將光學信號轉換為模擬電流信號,電流信號經過放大和模數轉換,實現圖像的獲取、存儲、傳輸、處理和複現。其顯著特點是:1.體積小重量輕;2.功耗小,工作電壓低,抗衝擊與震動,性能穩定,壽命長;3.靈敏度高,噪聲低,動態範圍大;4.響應速度快,有自掃描功能,圖像畸變小,無殘像;5.應用超大規模集成電路工藝技術生產,像素集成度高,尺寸精確,商品化生產成本低。因此,許多采用光學方法測量外徑的儀器,把CCD器件作為光電接收器。通常一維的CCD排列用於單點測量。二維的樣式與激光線性傳感器同時使用,這種傳感器可以在一個簡單的圖象框架中測量二維的外形。CCD檢測器的首要缺點是與操作速度有關,這個速度一般要比從PSD獲得的小。
以PSD為基礎的激光傳感器對於輪胎和橡膠應用是理想的,它正逐步替代刻度盤指示器,線性變量微分變壓器,電容,感應和超聲的傳感器。
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生產應用
PSD三san角jiao測ce量liang傳chuan感gan器qi在zai輪lun胎tai工gong業ye中zhong無wu論lun是shi半ban成cheng品pin還hai是shi生sheng產chan線xian上shang都dou有you著zhe廣guang泛fan的de應ying用yong。它ta具ju有you比bi大da多duo其qi他ta傳chuan感gan科ke技ji要yao小xiao的de光guang斑ban,對dui於yu測ce量liang微wei小xiao變bian化hua和he斷duan麵mian是shi理li想xiang的de選xuan擇ze。以yi下xia是shi在zai生sheng產chan應ying用yong的de一yi些xie例li子zi。
壓延橡膠厚度的測量
大多厚度測量是在固定位置完成的,用兩種相反的激光,一個在材料上麵另一在下麵。
應ying用yong微wei分fen傳chuan感gan器qi產chan品pin,對dui於yu任ren何he類lei型xing的de材cai料liao均jun可ke精jing確que和he準zhun確que測ce量liang厚hou度du的de變bian化hua。由you於yu樣yang品pin速su率lv高gao和he光guang斑ban小xiao,任ren何he通tong過guo的de線xian的de變bian化hua或huo材cai料liao的de震zhen動dong都dou不bu會hui影ying響xiang厚hou度du的de測ce量liang值zhi。
在某些情況中,兩種傳感器被安裝在一個機械的滑板和"C"形的框架中,在那可以來回掃描以監測材料的寬度的變化。這個框架必須嚴格防止由於振動而引入測量誤差。
其(qi)他(ta)方(fang)麵(mian)的(de)應(ying)用(yong)需(xu)要(yao)一(yi)個(ge)或(huo)多(duo)個(ge)安(an)裝(zhuang)好(hao)的(de)以(yi)滾(gun)軸(zhou)等(deng)作(zuo)為(wei)參(can)考(kao)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)。這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)雖(sui)然(ran)簡(jian)單(dan)且(qie)更(geng)直(zhi)接(jie),但(dan)它(ta)的(de)準(zhun)確(que)性(xing)依(yi)賴(lai)於(yu)所(suo)用(yong)的(de)精(jing)密(mi)滾(gun)軸(zhou)。對(dui)於(yu)軸(zhou)承(cheng)磨(mo)損(sun)和(he)在(zai)精(jing)密(mi)滾(gun)珠(zhu)上(shang)積(ji)累(lei)的(de)汙(wu)垢(gou)必(bi)須(xu)有(you)所(suo)補(bu)償(chang)。而(er)且(qie)高(gao)速(su)使(shi)用(yong)膨(peng)脹(zhang)的(de)遠(yuan)離(li)參(can)考(kao)點(dian)的(de)材(cai)料(liao)也(ye)存(cun)在(zai)著(zhe)危(wei)險(xian)。
擠壓成型和導向
由於具有長程和持久性,對這類型的測量激光傳感器是理想的。這種測量與擠出橡膠的速度和溫度也無關。
被擠出的橡膠通過模具形成特定的形狀,例如輪胎的胎麵部分。在擠壓過程中輪廓的在線測量允許通過改正一些參數,如厚度、寬(kuan)度(du)和(he)輪(lun)廓(kuo),來(lai)控(kong)製(zhi)加(jia)工(gong)以(yi)形(xing)成(cheng)合(he)適(shi)的(de)形(xing)狀(zhuang)。表(biao)麵(mian)特(te)征(zheng),如(ru)棱(leng)線(xian),中(zhong)心(xin)線(xian)和(he)邊(bian)緣(yuan),也(ye)可(ke)以(yi)被(bei)檢(jian)測(ce)。它(ta)主(zhu)要(yao)能(neng)給(gei)操(cao)作(zuo)者(zhe)模(mo)具(ju)是(shi)如(ru)何(he)磨(mo)損(sun)及(ji)何(he)時(shi)改(gai)變(bian)等(deng)信(xin)息(xi)。
胎麵擠壓成的外形通常可以在擠壓的過程中通過機械掃描來完成。在很多應用中需要的速度比機械掃描可取得的要高。
為了適應這個需要,一些生產者發展了一種高速光學掃描點三角測量傳感器。這種傳感器可以隨著2D掃描線上的每個點而迅速調整激光功率。這就確保每個數據點得到恰當的照射。
重疊和接縫檢測
luntaibujunyideyuanyinyibanshizailuntaidepudiecaozuozhongbuzhengquedecengzhongdiehecemiandejiehe。tongguozailuntaizhizaojiqizhongdezaixianjiance,piruwuchahequshidexunsujiance,bimianlebaofeidaliangdeyiliuhualedeluntai。zaizhegeyingyongzhong,jiguangchuanganqibiqitaleixingdechuanganqigengzhunque。
檢測環保輪胎的徑向和橫向彎曲麵
為了減少廢品,必須及早的在生產過程中監測產品的彎曲麵並在輪胎成型中對其進行測量;tayetigongbiyaodexinxilaizhixingzhengquedecaozuo。dangzaizhizaoluntaijixiezhongcelianghuanbaoluntai,keyifenxiheceliangneiceng,cebihuozhetaimiandejiehezhongdie。tongguozaiguhuahejiancezhiqianshibiehegengzhengwenti,keyibaozhengdedaogengjunyidezhongchanpin。duiyuchuangzaoyigehaodeceliangruyuanduhexiedudetongjijisuandejizhun,suotigongdezhunqueduhekezhongfuxingshiguanjianyinsu。
最終檢查的應用
輪胎側壁檢查
當dang需xu要yao把ba淘tao汰tai率lv或huo把ba高gao等deng級ji輪lun胎tai降jiang級ji的de可ke能neng性xing減jian到dao最zui小xiao,側ce壁bi檢jian查zha過guo程cheng必bi須xu檢jian測ce所suo有you可ke疑yi的de產chan品pin,譬pi如ru有you凹ao陷xian和he凸tu起qi的de輪lun胎tai。這zhe個ge過guo程cheng牽qian涉she到dao很hen多duo手shou工gong檢jian測ce,這zhe就jiu需xu要yao花hua費fei大da量liang的de時shi間jian和he金jin錢qian。
很(hen)多(duo)輪(lun)胎(tai)製(zhi)造(zao)受(shou)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)測(ce)量(liang)限(xian)製(zhi)的(de)影(ying)響(xiang),因(yin)此(ci)必(bi)須(xu)加(jia)強(qiang)他(ta)們(men)的(de)側(ce)壁(bi)凹(ao)凸(tu)測(ce)量(liang)係(xi)統(tong)的(de)敏(min)感(gan)性(xing),這(zhe)就(jiu)需(xu)要(yao)貴(gui)的(de)手(shou)工(gong)檢(jian)測(ce)。一(yi)些(xie)測(ce)量(liang)係(xi)統(tong)甚(shen)至(zhi)不(bu)能(neng)分(fen)辨(bian)凹(ao)陷(xian)還(hai)是(shi)凸(tu)起(qi)。
目前最新的測量精確性和先進的軟件分析克服了大多這些限製。例如PSD激光三角測量傳感器可提供準確可靠的數據,同時具有高分辨和高速度。
luntaituqishizailuntaishengchanguochengzhongcebicailiaodexiaojietouchanshengdebulaogudedian。tongchangruguojietoumeiyouzugoudezhongdie,dangluntaishoudaoyalipengzhangshi,jiuhuixiangqiqiuyiyangbaolie。zhegetuqikeyizairenheweizhi,gaoducong0.3mm到3.0mm,寬度從5.0mm到7.0mm.
PSD激光傳感器可以在輪胎轉速為60rpm時快速檢測凸起或其它變形,測量凸起準確率可達到±0.0254mm.
有效的凸起高度大約為0.3mm.由於很多凸起不是相關的繩而是氣泡,顧客現在可以要求高度限在0.2mm.
激光傳感器也可以在斜麵上測量,其無數據損失也無角度預先複位的必要。它可提供在側壁上凸起,凹陷,窩的X/Y點和位置,也可以通過黑色的刻字,潤滑油或任何其它的障礙物來測量。
激光傳感器:利用激光技術進行測量的傳感器。它由激光器、激光檢測器和測量電路組成。激光傳感器是新型測量儀表,它的優點是能實現無接觸遠距離測量,速度快,精度高,量程大,抗光、電(dian)幹(gan)擾(rao)能(neng)力(li)強(qiang)等(deng)。激(ji)光(guang)傳(chuan)感(gan)器(qi)工(gong)作(zuo)時(shi),先(xian)由(you)激(ji)光(guang)發(fa)射(she)二(er)極(ji)管(guan)對(dui)準(zhun)目(mu)標(biao)發(fa)射(she)激(ji)光(guang)脈(mai)衝(chong)。經(jing)目(mu)標(biao)反(fan)射(she)後(hou)激(ji)光(guang)向(xiang)各(ge)方(fang)向(xiang)散(san)射(she)。部(bu)分(fen)散(san)射(she)光(guang)返(fan)回(hui)到(dao)傳(chuan)感(gan)器(qi)接(jie)收(shou)器(qi),被(bei)光(guang)學(xue)係(xi)統(tong)接(jie)收(shou)後(hou)成(cheng)像(xiang)到(dao)雪(xue)崩(beng)光(guang)電(dian)二(er)極(ji)管(guan)上(shang)。雪(xue)崩(beng)光(guang)電(dian)二(er)極(ji)管(guan)是(shi)一(yi)種(zhong)內(nei)部(bu)具(ju)有(you)放(fang)大(da)功(gong)能(neng)的(de)光(guang)學(xue)傳(chuan)感(gan)器(qi),因(yin)此(ci)它(ta)能(neng)檢(jian)測(ce)極(ji)其(qi)微(wei)弱(ruo)的(de)光(guang)信(xin)號(hao),並(bing)將(jiang)其(qi)轉(zhuan)化(hua)為(wei)相(xiang)應(ying)的(de)電(dian)信(xin)號(hao)。常(chang)見(jian)的(de)是(shi)激(ji)光(guang)測(ce)距(ju)傳(chuan)感(gan)器(qi),它(ta)通(tong)過(guo)記(ji)錄(lu)並(bing)處(chu)理(li)從(cong)光(guang)脈(mai)衝(chong)發(fa)出(chu)到(dao)返(fan)回(hui)被(bei)接(jie)收(shou)所(suo)經(jing)曆(li)的(de)時(shi)間(jian),即(ji)可(ke)測(ce)定(ding)目(mu)標(biao)距(ju)離(li)。激(ji)光(guang)傳(chuan)感(gan)器(qi)必(bi)須(xu)極(ji)其(qi)精(jing)確(que)地(di)測(ce)定(ding)傳(chuan)輸(shu)時(shi)間(jian),因(yin)為(wei)光(guang)速(su)太(tai)快(kuai)。
均一輪胎機器
很多傳感器用於輪胎均一機器(TUO)中。雖然很多TUO,如TTOC-II和TSOS係統,用的是激光,但大多係統還是用有非常大的光斑電容探針,這有時就可能導致產品不合格。
其qi它ta機ji器qi用yong接jie觸chu式shi探tan針zhen,它ta在zai旋xuan轉zhuan的de輪lun胎tai表biao麵mian上shang麵mian彈dan而er引yin起qi錯cuo誤wu,或huo者zhe用yong低di終zhong端duan傳chuan感gan器qi,它ta不bu如ru高gao終zhong端duan那na樣yang有you高gao樣yang品pin率lv和he高gao級ji的de光guang控kong回hui路lu的de激ji光guang。
激光傳感器和TUO機器結合,可提供比傳統接觸測量和電容傳感器係統精確得多且快速的周期。
輪胎均一係統被不斷的改進以便以更高效率檢測輪胎和新的側壁式樣。利用一些係統,檢測周期減少到17秒,為了適應輪胎生產商設計的規格還將進一步減少。
徑向彎曲麵
jingxiangwanqumianchuanganqiyekeyouxiaodeceliangluntaiyuandu。zaiciyingyongzhongshujuchuliruanjiankexiaochuzhenxingpaiqi,yiliaoheaocao,zhizaitaimiandingbudecelianglaijinxingfeichangjingquedeyuandufenxi。jieguoshiluntaidewanqumiandeguolvbiaoshi,guanjianshijianshaohuochuqusuoyouaocaodeshenduhegaopinlvyuansu,zhexieyinsuhuidaozhichanpinbuquedingxing。
為了保證輪胎生產的嚴格的要求,一些傳感器製造商使用高頻數據采集係統來改進傳感器。這將進一步增加傳感器的速度。
胎麵磨損分析
無接觸激光測量提供一個輪胎完全磨損側麵,以及不規則磨損的量。這是對於路麵噪聲蘊含量和識別當地磨損現象,如腳踵/腳趾磨損,凹進的拖拉,對角線的磨損,肩部的擦處和中心的磨損是重要的。
當新輪胎的高精確表麵被側麵和徑向彎曲麵替代時,以非接觸激光為基礎的胎麵測量也是一種測量診斷生產問題的有效工具。
輪胎生產需要準確的原型輪胎的磨損數據來改進設計。汽車生產商用這種分析來提供比較的測量以挑選最好的輪胎設計。
激ji光guang傳chuan感gan器qi生sheng產chan商shang通tong過guo完wan善shan符fu合he或huo甚shen至zhi超chao越yue期qi望wang值zhi的de傳chuan感gan器qi來lai滿man足zu需xu要yao。最zui後hou,橡xiang膠jiao和he輪lun胎tai生sheng產chan商shang依yi靠kao增zeng加jia質zhi量liang的de控kong製zhi來lai減jian少shao生sheng產chan成cheng本ben和he保bao持chi在zai市shi場chang中zhong的de競jing爭zheng性xing。
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