隨著(zhù)國家對子午胎發(fā)展的重視,從產(chǎn)業(yè)政策和投資上引導輪胎工業(yè)產(chǎn)品結構調整,并根據市場(chǎng)需求,支持了一批重點(diǎn)輪胎企業(yè)進(jìn)行子午胎技術(shù)改造。在技術(shù)引進(jìn)方面,采取引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)和設備與國內開(kāi)發(fā)相結合的發(fā)展方針,促進(jìn)了我國子午線(xiàn)輪胎的發(fā)展。子午胎產(chǎn)量從1985年的28.2萬(wàn)條,占當年輪胎產(chǎn)量的1.5%,1990年的117.6萬(wàn)條,占當年輪胎產(chǎn)量的4.2%,發(fā)展到2001年的4263萬(wàn)條,占當年輪胎總產(chǎn)量的39%.1990到2001年的十多年,子午胎年平均增長(cháng)率達到38%.由于在全行業(yè)中大力推行"壓縮低檔次斜交胎、擴大高性能子午胎"產(chǎn)品結構的產(chǎn)業(yè)政策。
在這些應用中,非接觸式激光測量傳感器要優(yōu)于傳統接觸/機械隨動(dòng)機,更甚于更早的那種每次測量時(shí)可重復性和產(chǎn)量都會(huì )變化的電容傳感器。接觸式或機械隨動(dòng)機的*大缺點(diǎn)是這類(lèi)傳感器需要在輪胎上清潔的通道進(jìn)行持續的測量。
當輪胎轉速為60轉/分鐘(rpm)時(shí)輪胎上的刻字或花紋會(huì )破壞接觸探針。而這些刻字和花紋也會(huì )由于不必要的反彈而嚴重降低其可重復性。與之相反,設計適當的激光測量傳感器不受表面紋理,顏色,速度或者不同環(huán)境的光的條件的影響。與接觸式傳感器相比,激光傳感器與探針磨損或反彈無(wú)關(guān),可在較高的速率下收集數據。
在橡膠應用中的性能要求
由于橡膠是黑色,它吸收表面上幾乎所有的光,這樣為了獲得高質(zhì)量的激光點(diǎn)像以及迅速對表面反射率做出調整,測量裝置需要足夠的光功率。
通常即便激光器具有*好的傳感器性能也要求激光的光斑比較小,頻率響應要很快,以便從具有刻字和各種復雜形狀的胎面或側壁之類(lèi)的斷面中獲得可靠的數據。
橡膠的待加工原料,典型的如從擠出機,壓延機或在輪胎成型過(guò)程中的未加工或未硫化的材料,通常還是熱而且粘的,具有黑色光澤表面,同時(shí)釋放出煙霧。測量得到的數據必須反映真實(shí)形狀尺度和輪廓。
它不應受熱的,煙的環(huán)境或表面的影響,也不應受測量角度或材料的紋理,亮度,斜面,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(shí),非接觸式傳感器必須迅速提供樣本以確保沒(méi)有漏過(guò)檢測任何缺損。
由于無(wú)接觸激光測量能迅速對過(guò)程變化做出反應,因此對于這類(lèi)應用是理想的,它可以在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行高速不間斷的測量。
如何進(jìn)行三角測量
在橡膠和輪胎工業(yè)中大多的非接觸式傳感器用光學(xué)激光三角測量法來(lái)準確測量物體或表面。
在這種技術(shù)中一束光從傳感器發(fā)射到被測表面。它相當于一個(gè)自動(dòng)光斷面顯微鏡,有時(shí)作為一種結構化的光會(huì )被提及。在表面,激光發(fā)射光斑在一點(diǎn)上。在與激光形成的某個(gè)角度上,用透鏡形成影像或在這個(gè)影像平面的光斑照片,位置傳感的檢測器就置于這個(gè)影像平面。如果表面進(jìn)一步遠離傳感器,檢測器的光斑變換到不同的點(diǎn)上。通過(guò)確定光斑的位置和測量相關(guān)的角度,傳感器到表面的距離可被確定。
有兩種主要的檢測器類(lèi)型用于非接觸式三角測量傳感器。它們都是固態(tài)的,與具有粗糙結構的電路芯片集成,只要適當地組裝傳感器外殼,即使在惡劣的環(huán)境中,其仍具有可靠的性能。*種傳感器類(lèi)型是PSD或者稱(chēng)為位置敏感檢測器;第二種是CCD也稱(chēng)為帶電的耦合設備。
位置敏感器件PSD(PositionSensitiveDevice)。PSD屬于半導體器件,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(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),其弱點(diǎn)主要是非線(xiàn)性。其工作原理是基于橫向光電效應。作為新型器件,PSD已經(jīng)被廣泛應用在位置坐標的精確測量上,如:兵器制導和跟蹤、工業(yè)自動(dòng)控制、或位置變化等技術(shù)領(lǐng)域上。PSD光電器件是一種光能/位置轉換器件,由于位置量為模擬量輸出,系統響應快,分辨率高,成本低,因此具有廣泛應用的價(jià)值。同時(shí)可對目標信號進(jìn)行調制,因而可以顯著(zhù)提高系統的抗干擾能力,可以用來(lái)實(shí)現高速、高精度、抗干擾能力強的位置檢測系統。因而近年來(lái)采用PSD作為位置檢測實(shí)現技術(shù)一直受到重視,并不斷研究開(kāi)發(fā)出新的應用技術(shù)。研究表明,PSD與CCD器件的*大不同之處是光電位置信號與照射強度相關(guān),以及PSD信號的非線(xiàn)性影響,因而PSD傳感裝置主要用于一維和二維位置量檢測,直接用于D3定位和位置測量還有許多問(wèn)題需要解決。
CCD圖像傳感器可直接將光學(xué)信號轉換為模擬電流信號,電流信號經(jīng)過(guò)放大和模數轉換,實(shí)現圖像的獲取、存儲、傳輸、處理和復現。其顯著(zhù)特點(diǎn)是:1.體積小重量輕;2.功耗小,工作電壓低,抗沖擊與震動(dòng),性能穩定,壽命長(cháng);3.靈敏度高,噪聲低,動(dòng)態(tài)范圍大;4.響應速度快,有自?huà)呙韫δ,圖像畸變小,無(wú)殘像;5.應用超大規模集成電路工藝技術(shù)生產(chǎn),像素集成度高,尺寸精確,商品化生產(chǎn)成本低。因此,許多采用光學(xué)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排列用于單點(diǎn)測量。二維的樣式與激光線(xiàn)性傳感器同時(shí)使用,這種傳感器可以在一個(gè)簡(jiǎn)單的圖象框架中測量二維的外形。CCD檢測器的首要缺點(diǎn)是與操作速度有關(guān),這個(gè)速度一般要比從PSD獲得的小。
以PSD為基礎的激光傳感器對于輪胎和橡膠應用是理想的,它正逐步替代刻度盤(pán)指示器,線(xiàn)性變量微分變壓器,電容,感應和超聲的傳感器。生產(chǎn)應用
PSD三角測量傳感器在輪胎工業(yè)中無(wú)論是半成品還是生產(chǎn)線(xiàn)上都有著(zhù)廣泛的應用。它具有比大多其他傳感科技要小的光斑,對于測量微小變化和斷面是理想的選擇。以下是在生產(chǎn)應用的一些例子。
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(gè)在材料上面另一在下面。
應用微分傳感器產(chǎn)品,對于任何類(lèi)型的材料均可精確和準確測量厚度的變化。由于樣品速率高和光斑小,任何通過(guò)的線(xiàn)的變化或材料的震動(dòng)都不會(huì )影響厚度的測量值。
在某些情況中,兩種傳感器被安裝在一個(gè)機械的滑板和"C"形的框架中,在那可以來(lái)回掃描以監測材料的寬度的變化。這個(gè)框架必須嚴格防止由于振動(dòng)而引入測量誤差。
其他方面的應用需要一個(gè)或多個(gè)安裝好的以滾軸等作為參考的傳感器。這種方法雖然簡(jiǎn)單且更直接,但它的準確性依賴(lài)于所用的精密滾軸。對于軸承磨損和在精密滾珠上積累的污垢必須有所補償。而且高速使用膨脹的遠離參考點(diǎn)的材料也存在著(zhù)危險。
擠壓成型和導向
由于具有長(cháng)程和持久性,對這類(lèi)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(wú)關(guān)。
被擠出的橡膠通過(guò)模具形成特定的形狀,例如輪胎的胎面部分。在擠壓過(guò)程中輪廓的在線(xiàn)測量允許通過(guò)改正一些參數,如厚度、寬度和輪廓,來(lái)控制加工以形成合適的形狀。表面特征,如棱線(xiàn),中心線(xiàn)和邊緣,也可以被檢測。它主要能給操作者模具是如何磨損及何時(shí)改變等信息。
胎面擠壓成的外形通?梢栽跀D壓的過(guò)程中通過(guò)機械掃描來(lái)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(gè)需要,一些生產(chǎn)者發(fā)展了一種高速光學(xué)掃描點(diǎn)三角測量傳感器。這種傳感器可以隨著(zhù)2D掃描線(xiàn)上的每個(gè)點(diǎn)而迅速調整激光功率。這就確保每個(gè)數據點(diǎn)得到恰當的照射。
重疊和接縫檢測
輪胎不均一的原因一般是在輪胎的鋪疊操作中不正確的層重疊和側面的接合。通過(guò)在輪胎制造機器中的在線(xiàn)檢測,譬如誤差和趨勢的迅速檢測,避免了報廢大量的已硫化了的輪胎。在這個(gè)應用中,激光傳感器比其它類(lèi)型的傳感器更準確。
檢測環(huán)保輪胎的徑向和橫向彎曲面
為了減少廢品,必須及早的在生產(chǎn)過(guò)程中監測產(chǎn)品的彎曲面并在輪胎成型中對其進(jìn)行測量;它也提供必要的信息來(lái)執行正確的操作。當在制造輪胎機械中測量環(huán)保輪胎,可以分析和測量?jì)葘,側壁或者胎面的接合重疊。通過(guò)在固化和檢測之前識別和更正問(wèn)題,可以保證得到更均一的終產(chǎn)品。對于創(chuàng )造一個(gè)好的測量如圓度和諧度的統計計算的基準,所提供的準確度和可重復性是關(guān)鍵因素。
*終檢查的應用
輪胎側壁檢查
當需要把淘汰率或把高等級輪胎降級的可能性減到*小,側壁檢查過(guò)程必須檢測所有可疑的產(chǎn)品,譬如有凹陷和凸起的輪胎。這個(gè)過(guò)程牽涉到很多手工檢測,這就需要花費大量的時(shí)間和金錢(qián)。
很多輪胎制造受傳感器的測量限制的影響,因此必須加強他們的側壁凹凸測量系統的敏感性,這就需要貴的手工檢測。一些測量系統甚至不能分辨凹陷還是凸起。
目前*新的測量精確性和先進(jìn)的軟件分析克服了大多這些限制。例如PSD激光三角測量傳感器可提供準確可靠的數據,同時(shí)具有高分辨和高速度。
輪胎凸起是在輪胎生產(chǎn)過(guò)程中側壁材料的小接頭產(chǎn)生的不牢固的點(diǎn)。通常如果接頭沒(méi)有足夠的重疊,當輪胎受到壓力膨脹時(shí),就會(huì )像氣球一樣爆裂。這個(gè)凸起可以在任何位置,高度從0.3mm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(shí)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.由于很多凸起不是相關(guān)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面上測量,其無(wú)數據損失也無(wú)角度預先復位的必要。它可提供在側壁上凸起,凹陷,窩的X/Y點(diǎn)和位置,也可以通過(guò)黑色的刻字,潤滑油或任何其它的障礙物來(lái)測量。
激光傳感器:利用激光技術(shù)進(jìn)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?jì)x表,它的優(yōu)點(diǎn)是能實(shí)現無(wú)接觸遠距離測量,速度快,精度高,量程大,抗光、電干擾能力強等。激光傳感器工作時(shí),先由激光發(fā)射二極管對準目標發(fā)射激光脈沖。經(jīng)目標反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到傳感器接收器,被光學(xué)系統接收后成像到雪崩光電二極管上。雪崩光電二極管是一種內部具有放大功能的光學(xué)傳感器,因此它能檢測極其微弱的光信號,并將其轉化為相應的電信號。常見(jiàn)的是激光測距傳感器,它通過(guò)記錄并處理從光脈沖發(fā)出到返回被接收所經(jīng)歷的時(shí)間,即可測定目標距離。激光傳感器必須極其精確地測定傳輸時(shí)間,因為光速太快。
均一輪胎機器
很多傳感器用于輪胎均一機器(TUO)中。雖然很多TUO,如TTOC-II和TSOS系統,用的是激光,但大多系統還是用有非常大的光斑電容探針,這有時(shí)就可能導致產(chǎn)品不合格。
其它機器用接觸式探針,它在旋轉的輪胎表面上面彈而引起錯誤,或者用低終端傳感器,它不如高終端那樣有高樣品率和高級的光控回路的激光。
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系統精確得多且快速的周期。
輪胎均一系統被不斷的改進(jìn)以便以更高效率檢測輪胎和新的側壁式樣。利用一些系統,檢測周期減少到17秒,為了適應輪胎生產(chǎn)商設計的規格還將進(jìn)一步減少。
徑向彎曲面
徑向彎曲面傳感器也可有效的測量輪胎圓度。在此應用中數據處理軟件可消除針形排氣,溢料和凹槽,只在胎面頂部的測量來(lái)進(jìn)行非常精確的圓度分析。結果是輪胎的彎曲面的過(guò)濾表示,關(guān)鍵是減少或除去所有凹槽的深度和高頻率元素,這些因素會(huì )導致產(chǎn)品不確定性。
為了保證輪胎生產(chǎn)的嚴格的要求,一些傳感器制造商使用高頻數據采集系統來(lái)改進(jìn)傳感器。這將進(jìn)一步增加傳感器的速度。
胎面磨損分析
無(wú)接觸激光測量提供一個(gè)輪胎完全磨損側面,以及不規則磨損的量。這是對于路面噪聲蘊含量和識別當地磨損現象,如腳踵/腳趾磨損,凹進(jìn)的拖拉,對角線(xiàn)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面被側面和徑向彎曲面替代時(shí),以非接觸激光為基礎的胎面測量也是一種測量診斷生產(chǎn)問(wèn)題的有效工具。
輪胎生產(chǎn)需要準確的原型輪胎的磨損數據來(lái)改進(jìn)設計。汽車(chē)生產(chǎn)商用這種分析來(lái)提供比較的測量以挑選*好的輪胎設計。
隨著(zhù)市場(chǎng)競爭日益激烈,輪胎工業(yè)依賴(lài)于質(zhì)量的增加,這就要求可靠的測量和限制停工時(shí)間。正因為如此,激光傳感器由于它們的速度,精確性和可靠性,所處的地位日益變得重要。激光傳感器生產(chǎn)商通過(guò)完善符合或甚至超越期望值的傳感器來(lái)滿(mǎn)足這些需要。*后,橡膠和輪胎生產(chǎn)商依靠增加質(zhì)量的控制來(lái)減少生產(chǎn)成本和保持在市場(chǎng)中的競爭性。