基于X射線數(shù)據(jù)采集的輪胎檢測系統(tǒng)研究

王東東，朱青

（鹽城市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，江蘇 鹽城 224056）

基于X射線數(shù)據(jù)采集的輪胎檢測系統(tǒng)研究

王東東，朱青

（鹽城市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，江蘇 鹽城 224056）

輪胎作為汽車的重要組成部件，簾線彎曲、鼓包等質(zhì)量問題層出不窮，卻沒有行之有效的檢測手段發(fā)現(xiàn)上述質(zhì)量問題，給安全行駛埋下了極大隱患。X射線穿透能力強(qiáng)，可以掃描到輪胎內(nèi)層結(jié)構(gòu)且易于成像等優(yōu)勢，本文探討利用X射線掃描實(shí)現(xiàn)對(duì)輪胎內(nèi)部質(zhì)量狀況數(shù)據(jù)的無損化采集。

X射線；輪胎檢測；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

0 引言

利用X射線建立輪胎的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)輪胎的監(jiān)測，這一體系目前還不夠完善，還需要對(duì)具體使用情況進(jìn)行分析和改進(jìn)，完善輪胎檢測系統(tǒng)，保障行車安全。本文對(duì)基于X射線數(shù)據(jù)采集的輪胎檢測系統(tǒng)進(jìn)行分析研究，提出了對(duì)檢測系統(tǒng)分析的一些個(gè)人看法。

1 現(xiàn)狀分析

目前因輪胎質(zhì)量問題導(dǎo)致的交通事故逐年增加，這對(duì)輪胎產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是一個(gè)巨大的考驗(yàn)，因此需要保證每一個(gè)生產(chǎn)出來的輪胎質(zhì)量符合相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，并對(duì)其進(jìn)行有效的監(jiān)測?；赬射線數(shù)據(jù)采集的輪胎檢測系統(tǒng)，能夠及時(shí)檢測到輪胎的質(zhì)量變化，提升輪胎產(chǎn)品的整體品質(zhì)。

X射線技術(shù)屬于電磁輻射，顯示為波粒二象性特點(diǎn)，眾多輪胎企業(yè)都采用此技術(shù)進(jìn)行質(zhì)量檢測。在設(shè)置好檢測位置之后，X射線從射線源中發(fā)射出來，以特定的速率發(fā)射到轉(zhuǎn)動(dòng)的輪胎上，輪胎內(nèi)部材料上存在差異，所以X射線的透過率與射線強(qiáng)度上存在差異，穿過輪胎后，X射線照射到閃爍體上，X射線隨后會(huì)曝光閃爍體，在電離作用下發(fā)出可見光，非晶硅層隨后會(huì)捕捉可見光，在其內(nèi)部的光電二極管的作用下，會(huì)產(chǎn)生與光強(qiáng)度一致的電流信號(hào)，最終電流信號(hào)經(jīng)過圖像采集芯片取得數(shù)字圖像信號(hào)。

2 輪胎內(nèi)部缺陷分析

（1）簾線分布不均。輪胎簾線分布不均勻主要是指鋼絲簾線分布的疏密程度不同，某些局部區(qū)域簾線較為稀疏或者較為密集。簾線分布不均會(huì)導(dǎo)致簾線承受的應(yīng)力分布不均勻，即局部區(qū)域簾線應(yīng)力過大，將導(dǎo)致該處輪胎出現(xiàn)胎面肩空及鼓包現(xiàn)象，嚴(yán)重者會(huì)發(fā)生爆胎故障，導(dǎo)致輪胎的早期損壞。

（2）胎冠部或肩部，帶束層與帶束層、帶束層與胎身簾布層之間脫層或爆破。原因：制造原因，滾壓不實(shí)；有雜物或汽油揮發(fā)不干；鋼絲與橡膠粘合不好；冠肩部傷口未及時(shí)修補(bǔ)，水分滲入，銹蝕并擴(kuò)展。檢修方法：需及時(shí)拆下修補(bǔ)，一般不作前輪，以防造成前輪發(fā)擺。

（3）簾線斷裂、交叉。簾線斷裂、交叉，是指部分簾線由于使用中受力不均或生產(chǎn)質(zhì)量缺陷而斷裂、變形交叉，將導(dǎo)致輪胎簾線局部應(yīng)力集中，在車輛行駛過程中會(huì)使輪胎發(fā)熱快，脫層、鼓包甚至爆胎，導(dǎo)致輪胎早期損壞。

3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡介

由于X射線穿透能力強(qiáng)，可以掃描到輪胎內(nèi)層結(jié)構(gòu)且易于成像等優(yōu)勢，本檢測系統(tǒng)通過利用X射線掃描實(shí)現(xiàn)對(duì)輪胎內(nèi)部質(zhì)量狀況數(shù)據(jù)的無損化采集。

（1）輪胎檢測系統(tǒng)中的核心就是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，他能夠?qū)τ?jì)算機(jī)和探測器進(jìn)行連接，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并進(jìn)行分析處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能直接影響了輪胎檢測系統(tǒng)的后續(xù)工作，因此需要對(duì)采集速度、準(zhǔn)確性、靈活性進(jìn)行改進(jìn)?？梢圆捎脤哟位?、模塊化的方式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行處理，使之能夠高效運(yùn)行。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以分為傳輸層、探測層和采集層。傳輸層通過研修中心的數(shù)據(jù)與上機(jī)位進(jìn)行通信，再由探測層將X射線的變化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。采集層負(fù)責(zé)與上機(jī)位之間的通信以及協(xié)調(diào)整個(gè)工作系統(tǒng)各部分的運(yùn)轉(zhuǎn)。數(shù)據(jù)采集層需要根據(jù)上機(jī)位發(fā)出的指令對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)芯片進(jìn)行控制，還要根據(jù)現(xiàn)場傳來的指令將采集到的信息進(jìn)行錄入。這樣的設(shè)計(jì)方案使系統(tǒng)工作更加靈活，擴(kuò)展性得到了加強(qiáng)也可根據(jù)實(shí)際情況對(duì)模塊的數(shù)量進(jìn)行修改。

（2）數(shù)據(jù)傳輸層的功能是通過傳輸板卡傳輸給上機(jī)位采集板采集到的信息。傳輸板卡主要有主板卡和擴(kuò)展卡兩種，數(shù)據(jù)的采集可以從多個(gè)接口同時(shí)進(jìn)行，以保證信息采集量，每個(gè)接口都與探測轉(zhuǎn)換板相連接，而又各自獨(dú)立存在。因此數(shù)據(jù)采集板的數(shù)量可以有很多，最多可有72個(gè)。而數(shù)據(jù)采集板又與數(shù)據(jù)傳輸板相連，并通過底板的接口。

（3）信號(hào)探測層顧名思義就是對(duì)于信息的探測，X射線透射過物體之后由于物體的吸收作用會(huì)衰減一部分，而信號(hào)探測層就是負(fù)責(zé)將透過物體后剩余的X射線轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。這一信號(hào)會(huì)形成弱電流，要保證采集層的轉(zhuǎn)換模板之間的距離很小才能保證電流不被干擾。因此信號(hào)探測模塊與數(shù)據(jù)采集層的轉(zhuǎn)換模板相連接形成了單獨(dú)的探測轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。

4 系統(tǒng)測試及性能的分析

在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上可以分為采集控制和探測轉(zhuǎn)換兩個(gè)部分的電路模板，通過一個(gè)插口進(jìn)行連接。因此硬件的檢測需要先分別對(duì)兩個(gè)部分進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行調(diào)試，在兩個(gè)部分的電路板都確定沒有問題后，再對(duì)整體硬件部分進(jìn)行測試，在得到整個(gè)系統(tǒng)硬件可行并無誤的結(jié)果之后才能保證整個(gè)系統(tǒng)的安全可靠，然后再進(jìn)行軟件的測試。

由于在編程過程中將整個(gè)系統(tǒng)分成了若干個(gè)模塊。所以應(yīng)該對(duì)每一個(gè)模塊進(jìn)行測試后，在對(duì)整個(gè)系統(tǒng)軟件進(jìn)行一個(gè)整體的測試，以保證體系的可運(yùn)轉(zhuǎn)性。

動(dòng)態(tài)范圍可用于輪胎系統(tǒng)的檢測中，通過對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的精確程度分析來鑒定系統(tǒng)的可行性。通過對(duì)X射線照射下系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)的變化和沒被照射的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，可以得到兩組數(shù)據(jù)的方差比值，這就是動(dòng)態(tài)范圍的定義。

動(dòng)態(tài)范圍具有一定的波動(dòng)值，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)比值需要在范圍之內(nèi)才算系統(tǒng)可行；動(dòng)態(tài)范圍的最小值為8000，若小于8000，則系統(tǒng)不合理，需要進(jìn)行改進(jìn)。

采用X射線檢測的具體流程：

結(jié)合采用計(jì)算機(jī)程序與PLC程序，利用以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，從而形成自動(dòng)檢測的流程，其中電器系統(tǒng)由PLC控制并帶動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，計(jì)算機(jī)軟件是采集X光凸顯并識(shí)別缺陷，詳細(xì)操作如下：

（1）輪胎達(dá)到檢測區(qū)后，PLC會(huì)接收到計(jì)算機(jī)通知工作的信號(hào)并進(jìn)行準(zhǔn)備狀態(tài)，并向計(jì)算機(jī)傳遞準(zhǔn)備就緒信號(hào)。

（2）接收到PLC傳遞的準(zhǔn)備就緒信號(hào)之前，計(jì)算機(jī)已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，等待接收PLC的信號(hào)到來。

（3）用戶發(fā)出“檢測開始命令”信號(hào)，計(jì)算機(jī)接收后并傳遞給PLC。

（4）接收到“檢測開始命令”之后，PLC程序會(huì)指揮X光發(fā)生系統(tǒng)、變頻器以及伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，記錄下輪胎的初始圖像信息，并對(duì)開始轉(zhuǎn)動(dòng)的輪胎利用射線進(jìn)行掃描。

（5）計(jì)算機(jī)會(huì)收取到接收系統(tǒng)與圖像處理系統(tǒng)傳遞的連續(xù)輪胎圖像數(shù)據(jù)信心，隨后計(jì)算機(jī)會(huì)將此信息與輪胎舒適信息進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，如兩個(gè)數(shù)據(jù)相吻合，那么就表明輪胎的整體完成掃描，若數(shù)據(jù)存在差異，則說明檢測沒有全部完成，需要繼續(xù)掃描。

（6）計(jì)算機(jī)獲取到掃描圖像后，會(huì)發(fā)送“完成圖像采集”的信號(hào)給PLC，在接收到此信號(hào)之后，PLC會(huì)即刻停止X射線發(fā)生系統(tǒng)與伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作，計(jì)算機(jī)采用圖像處理程序識(shí)別輪胎并判級(jí)。

（7）完成識(shí)別與判級(jí)操作后，計(jì)算機(jī)會(huì)依照判定結(jié)果發(fā)出“合格”與“不合格”信號(hào)。

（8）PLC會(huì)依照計(jì)算機(jī)發(fā)出的信號(hào)，分別做出兩套對(duì)應(yīng)的動(dòng)作。

（9）一個(gè)檢測流程結(jié)束，等待下一檢測。

5 結(jié)束語

輪胎作為汽車的重要配件，其質(zhì)量問題需要引起汽車制造企業(yè)的關(guān)注，輪胎檢測系統(tǒng)也需要進(jìn)行完善，以保證輪胎的質(zhì)量，保障人們的使用安全。探測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)是X射線輪胎檢測系統(tǒng)中的核心所在，通過探測和數(shù)據(jù)采集才能實(shí)現(xiàn)X射線源與計(jì)算機(jī)端的有效連接。

本文分析了輪胎數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，在研究X射線探測器的基礎(chǔ)上對(duì)輪胎數(shù)據(jù)的采集工作提出了一些建議，并對(duì)一些方案進(jìn)行了研究和分析。

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U463.341；U467

A

1671-0711（2016）11（下）-0018-02