隨著每年對檢測的要求越來越為嚴格，橡膠和輪胎生產(chǎn)商迫切需要從輪胎檢測系統(tǒng)獲取更為精確和詳細的信息。例如在側(cè)壁檢測環(huán)節(jié)的新要求，出于安全性和質(zhì)量的需要，要求對更小缺陷的可靠性檢測具有更高的準確性，無論這些缺陷在哪兒出現(xiàn)。在最后的檢測環(huán)境中，側(cè)壁的凸起和凹陷測量需要更高的密集數(shù)據(jù)，從而對凸起和凹陷部分進行適當?shù)臋z測，因為分析軟件必須首先剔除或過濾掉所有與銘文、條形碼和表面上其它可接受偏差相關(guān)的檢測點。凸起部分的高度在0.3mm至3.0mm之間，寬度在5mm至7.0mm之間。現(xiàn)在，客戶要求將凸起部分的高度限制在0.2mm，因為許多凸起部分與外輪胎簾布無關(guān)，而與氣泡有關(guān)。
作為回應(yīng)，供應(yīng)商正在研制既能用于在線應(yīng)用程序又能用于離線應(yīng)用程序的更快捷的、更復(fù)雜的、更精確的測量和檢測設(shè)備。基本的要求就是用于檢測橡膠制品的可靠性設(shè)備具有更高的生產(chǎn)能力、更高的采樣率和更高的精度，并且能夠輕易地安裝在檢測儀器上和應(yīng)用在翻新工藝中。更高的密集數(shù)據(jù)還可以提高決策環(huán)節(jié)的效率，可以使既昂貴又耗時的人工廢品重檢環(huán)節(jié)成本最小化。
用于輪胎制造業(yè)的激光傳感器
歷史上，輪胎檢測應(yīng)用程序依靠單點激光三角測量傳感器，這種測量方法只能測量輪胎橡膠表面的一個點，通常在產(chǎn)品高速傳動或轉(zhuǎn)動時只能生成單一路徑或路線的數(shù)據(jù)流，現(xiàn)在，LMI技術(shù)公司（LMI Technologies, Inc.）的輪胎制造業(yè)應(yīng)用程序已經(jīng)置入了超過3000點的傳感器，可用于工藝過程中的監(jiān)測和最終輪胎檢測，與早期的基于傳感器的電容式和觸點式設(shè)備相比，LMI公司產(chǎn)品已證實性能更為可靠，并且精確度更高。
數(shù)十年來，高性能的非觸點式三角測量傳感器在應(yīng)對輪胎生產(chǎn)商的測量挑戰(zhàn)方面非常成功。非觸點式操作可對無變形誤差的橡膠進行測量。激光傳感器有超大的支起距離（較典型的為數(shù)百毫米或者更長一些，依據(jù)專用傳感器類型而定），較寬的測量范圍，甚至即使在不與表面垂直的情況下也可以獲得可靠的數(shù)據(jù)。超大的支起距離可使某個傳感器與其它傳感器離得更遠一些，如果輪胎尺寸超大或者在檢測工位上定位不當?shù)脑?，還可以減少因碰撞而產(chǎn)生的昂貴的維修費用。較寬的測量范圍允許在不重新配置傳感器或輪胎定位機制的情況下對尺寸較寬的輪胎模具進行檢測，還可改進并簡化機械系統(tǒng)設(shè)計。電容式傳感器在定位時必須緊貼被測物的表面，并且與表面垂直，而且還必須復(fù)雜的多軸定位機制，由于材料性能的變化，其靈敏度也隨之變化，因此還需要時常進行校準。
與電容式傳感器不同，現(xiàn)代的激光傳感器不需要校準，而且材料性能的變化對其靈敏度沒有任何影響。在表面狀態(tài)發(fā)生變化時，設(shè)計得到的激光傳感器還可自行補償，比如顏色、表面精整度或者表面存在圓球型潤滑劑。
激光線傳感器在側(cè)壁檢測方面的發(fā)展
今天，對側(cè)壁檢測應(yīng)用而言，輪胎質(zhì)量和安全性的增加要求生產(chǎn)商能夠在輪胎高速轉(zhuǎn)動的過程中檢測出輪胎表面極小區(qū)域內(nèi)的更小的缺陷，如果使用單點傳感器，對輪胎表面的一點或兩點進行跟蹤測量可能檢測不出必需的最小尺寸的缺陷，能否檢測出缺陷取決于傳感器安裝的位置。為了解決這個問題，已經(jīng)研發(fā)出新一代的激光線傳感器，并且已應(yīng)用于在線檢測。
激光線傳感器的基本原理（圖1）與點式三角測量十分相似，其與三角測量的主要區(qū)別在于激光光束可在一維上進行光學(xué)擴展，在被測物體的表面產(chǎn)生一條激光線，照相機每次掃描都可輸出被測物體的表面的全剖面，剖面上有許多與激光線相交的數(shù)據(jù)點。輪胎轉(zhuǎn)動時，還可獲得一個完整的側(cè)壁3D剖面圖，從而可以對任何位置的小的缺陷進行檢測。
圖1 激光線傳感器原理
激光線傳感原理如今已在其它行業(yè)應(yīng)用于表面剖面的測量，但是到目前為止，在需要為側(cè)壁檢測提供一個高速率數(shù)據(jù)密度方面，操作速度還非常低。高速數(shù)字照相機芯片技術(shù)和緊湊型固態(tài)傳感器的發(fā)展以及在傳感器頭部的高速圖像處理性能提高和最新的多部照相機圖像同步處理技術(shù)使極高速激光線傳感器得以在側(cè)壁檢測中得以應(yīng)用，且其配置極具成本效益。
擁有LMI技術(shù)的二級EyeCon-2激光線傳感器（圖2）專門設(shè)計用于使用激光線技術(shù)的側(cè)壁最終檢測環(huán)節(jié)，其在數(shù)據(jù)率方面的操作速度二倍于當前傳感器的速度，而且每秒可測量剖面2000次或者更高，為在輪胎轉(zhuǎn)動時對微小缺陷的檢測提供了非常高的數(shù)據(jù)密度。
圖2 EyeCon-2傳感器
此類傳感器的獨特之處在于它在同一個傳感器外殼下使用了兩臺照相機，分別在激光線的兩側(cè)（圖3）。使用單個照相機的傳感器可能看不到陡邊處的激光線，就不可能提供貼近邊緣的數(shù)據(jù)信息，也就不可能檢測出存在于這一區(qū)域的缺陷。這是輪胎側(cè)壁檢測過程中常犯的錯誤，輪胎側(cè)壁一般有大量凸起的銘文、條形碼和其它幾何特征。使用雙照相機可確保其中任何一部“看到”完整的激光線，甚至在凸起或浮凸的幾何特征的陡邊處，可提供貼近陡邊處于的側(cè)壁剖面數(shù)據(jù)。這一獨特設(shè)計可確保避免數(shù)據(jù)丟失或數(shù)據(jù)無效現(xiàn)象，并可提供完整的輪廓信息。圖4顯示了一個側(cè)壁剖面的圖例，甚至可對銘文邊上的缺陷進行檢測。
圖3 a傳感器阻斷; b雙傳感器
圖4 側(cè)壁表面剖面圖
這一新型傳感器還使用了“靈巧傳感器”技術(shù)從內(nèi)部處理圖像數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)線性化，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成工程制單位，輸出被測的3D側(cè)壁剖面圖。
在側(cè)壁最終檢測中的應(yīng)用
在對輪胎側(cè)壁檢測的應(yīng)用中，使用兩個EyeCon-2傳感器，每個側(cè)壁各一個。還可以使用第三個傳感器來測量輪胎面的失圓度（圖5）。掃瞄位數(shù)據(jù)集中器可將來自多個傳感器和輪胎均勻性機械主軸編碼器上的數(shù)據(jù)集中并組合成單一同步的數(shù)據(jù)流，并分配動力。這種完全一體化的結(jié)構(gòu)簡化了安裝工藝，并可通過以太網(wǎng)連接在真正實時的范圍內(nèi)發(fā)送實時輪胎圖。
圖5 使用三個傳感器的側(cè)壁典型應(yīng)用
激光線傳感器的其它應(yīng)用
發(fā)展用于側(cè)壁檢測的同樣的激光線技術(shù)并沒有太多的區(qū)別，并且已經(jīng)在橡膠制造工業(yè)的其它在線測量和控制應(yīng)用程序中得到了應(yīng)用。例如EyeCon-1tm線激光傳感器在橫截面立體剖面掃描中的應(yīng)用。EyeCon-1主要應(yīng)用于設(shè)備的制備方面，如輪胎面擠出幾何監(jiān)測方面。激光線技術(shù)還可提供完整的橫截面輪廓測量，無需進行機械掃描或使用其它移動構(gòu)件，從而降低了操作的復(fù)雜性，降低了成本和維護費用。圖像處理軟件在傳感器內(nèi)部運行，不需要使用外部計算設(shè)備，與外部設(shè)備的通信通過以太網(wǎng)進行，易于安裝，且易于集成。
同樣的技術(shù)還可用于其它的應(yīng)用環(huán)境中，比如傳送帶生產(chǎn)，在此生產(chǎn)過程中線傳感器可不間斷地監(jiān)控傳送帶的厚度和寬度，或者為邊緣定位導(dǎo)航提供信號（圖6）。
圖6 激光線傳感器異型擠出和異型帶
現(xiàn)在可供應(yīng)具有獨特的雙視頻照相機性能的高速激光線傳感器，此傳感器可提供沿整個激光線的較高的數(shù)據(jù)密度。對側(cè)壁檢測來說，這些傳感器通過以每秒鐘2000幅或以上的剖面的幀速度掃描與激光線相交的輪胎的幾何形狀來監(jiān)測輪胎側(cè)壁的小型凸起或凹陷。輪胎轉(zhuǎn)動時，可提供完整的側(cè)壁立體剖面圖，從而可對任何位置的小型缺陷進行檢測。此外，該技術(shù)還可以用于對傳送帶擠出和測量環(huán)節(jié)中的仿形幾何進行在線監(jiān)控。
激光線傳感大幅度地提升了對側(cè)壁缺陷、擠出壓型檢測的性能，而且還可用于其它應(yīng)用環(huán)境中，如傳送帶幾何形狀的監(jiān)測。
