汽車輪胎表面圖像掃描檢測專利技術(shù)綜述

周群

摘要：文章針對汽車輪胎表面圖像掃描檢測的國內(nèi)外專利狀況，介紹了汽車輪胎表面圖像掃描檢測的發(fā)展以及主要技術(shù)。

關(guān)鍵詞：輪胎；圖像；專利；掃描

中圖分類號(hào)：U463.341 文獻(xiàn)識(shí)別碼：A 文章編號(hào)：1001-828X（2016）002-000-01

一、汽車輪胎表面掃描檢測概述

隨著世界上公路交通突飛猛進(jìn)的發(fā)展，市場對汽車質(zhì)量的要求越來越高；而輪胎作為汽車中的重要部件，其安全性非常重要，輪胎的安全性直接關(guān)系到乘用人員的生命，安全性如若不良則有很大概率會(huì)造成嚴(yán)重的交通事故，因此汽車輪胎的檢測就顯得尤為重要。對輪胎表面進(jìn)行檢測為輪胎檢測重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，而與輪胎表面接觸性的檢測可能會(huì)造成輪胎本身受損，因此非接觸性的檢測有著重要的意義。

汽車輪胎表面掃描檢測技術(shù)中，主要依靠各類非接觸性的掃描手段對輪胎進(jìn)行掃描，現(xiàn)有的技術(shù)中，主要包括三類；X射線檢測、超聲波振動(dòng)檢測、相機(jī)采集圖像檢測。采用光學(xué)圖像的檢測方法占了比較大的比重，這是因?yàn)榻衲陙黼S著各類圖像傳感裝置的發(fā)展，拍攝照片或攝影已經(jīng)由單純的膠片相機(jī)發(fā)展為現(xiàn)今的采用各類圖像傳感器，其體積也大幅度縮小，從而帶動(dòng)了采用該技術(shù)掃描輪胎技術(shù)的發(fā)展，在近些年的申請中，對輪胎的圖像掃描逐漸變得更加快捷、靈活，也因此成為汽車輪胎表面掃描檢測技術(shù)中最多的一項(xiàng)。

二、汽車輪胎表面圖像掃描檢測的專利技術(shù)分析

（一）圖像掃描檢測的發(fā)展?fàn)顩r

1969年，Brown Gordon申請了采用圖像檢測的方法檢測輪胎表面（GB1278476），在該申請中，無內(nèi)胎的輪胎被放置在一個(gè)平放的車輪上，光束從發(fā)射器中射出，經(jīng)過分光器分為兩路，一路經(jīng)過反射照射至輪胎表面，另一路則照射至支架上，給探測輪胎表面提供光源，再在相應(yīng)的位置處設(shè)置相機(jī)，對輪胎表面進(jìn)行拍照，通過拍攝到的圖片對輪胎表面進(jìn)行診斷。

雖然GB1278476的專利能夠?qū)喬ケ砻孢M(jìn)行拍照，但是無法檢測輪胎內(nèi)表面的損傷，然而在之前的年代，拍照的相機(jī)體積比較大，并且使用的為膠片，因此測試人員很難將相機(jī)放入輪胎內(nèi)部進(jìn)行拍照，對此，Ralph M，Grant1982年申請了對輪胎內(nèi)部進(jìn)行拍照的專利（US4702594），該裝置在輪胎內(nèi)部固定有相機(jī)的膠片44，通過從外部射入的可見光，通過反射和分光后，一路則反射至輪胎內(nèi)部的被測位置處，另一路照射至膠片上，使得膠片曝光，從而在膠片上形成輪胎內(nèi)部被測位置處的圖像；同時(shí)，還可以通過真空泵20調(diào)節(jié)檢測箱內(nèi)部測氣壓，通過氣壓的改變，拍攝下輪胎內(nèi)部圖像的變化，從而實(shí)現(xiàn)對輪胎內(nèi)部的檢測。

US4702594的裝置將膠片至于輪胎的內(nèi)部，但是相較于在輪胎外部的拍攝，在輪胎的內(nèi)部安裝膠片或攝像機(jī)并不便捷，針對以上的問題，Steinbich H等人于1986年申請了攝像機(jī)在外部拍攝的專利（DE3624589），光路通過反射與分光鏡，將輪胎內(nèi)部照亮，照亮的輪胎內(nèi)部由外部的攝像機(jī)通過反射鏡來觀測，通過觀測輪胎的內(nèi)部狀況，對輪胎進(jìn)行診斷。

以上對輪胎的檢測都是將輪胎平放，再進(jìn)行拍攝，然而汽車在實(shí)際行駛中，輪胎為豎直運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并且在顛簸中與地面形成一定的角度，為了更真實(shí)地模擬該環(huán)境，日本的家治川彰和斎藤賢二于1989年申請了一種將輪胎豎直放置的檢測（JP平3-146809），其將輪胎放置于臺(tái)架3上，輪胎的正下方有透明的板，板的下方安放有相機(jī)31，對上方的輪胎進(jìn)行拍攝，通過連接車輪的加載裝置對輪胎施加一定的負(fù)載，從而使得輪胎與地面形成一定的角度，拍攝到的圖片更接近于真實(shí)工作環(huán)境下的輪胎。

對于輪胎的掃描大多只是對輪胎的一個(gè)檢測面進(jìn)行掃描，德國的施耐寶儀器股份有限公司于2002年申請了同時(shí)采用多個(gè)傳感器對輪胎的各個(gè)檢測面進(jìn)行掃描（DE60204315A），發(fā)明者為Braghiroli F，在該裝置中，受到測試的車輪安裝到裝置的測量軸上，并能繞著軸旋轉(zhuǎn)，在探頭上光束激光光束從設(shè)置確定位置的光源發(fā)射至輪胎的表面上，被固定的光敏接收器接收，并且采用三個(gè)探頭，分別對胎面、側(cè)壁和輪輞分別同時(shí)進(jìn)行檢測，使得輪胎的掃描更加全面，也大大縮短了全面掃描輪胎所需耗費(fèi)的時(shí)間。

在對輪胎掃描的過程中，探頭通常是固定或者只能沿著一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)掃描，Dengler S和Maehner B分別于2005年和2006年提出了能夠沿多個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的傳感器支架（DE102005032735和DE102006014058），在DE102005032735中，是對輪胎的外表面進(jìn)行掃面，而掃描探頭能夠沿x、z軸自由移動(dòng)，并能夠自由變換掃描角度，從而只需一個(gè)探頭即可實(shí)現(xiàn)輪胎外表面的全面掃描；在DE102006014058中，則提供了一個(gè)能夠伸長的臂，從而使得探頭能夠自由地伸入輪胎的內(nèi)部，對輪胎內(nèi)部進(jìn)行圖像掃描，并且臂可沿兩個(gè)方向進(jìn)行調(diào)節(jié)，能夠適應(yīng)對各種尺寸的輪胎進(jìn)行內(nèi)部掃描。

（二）國內(nèi)專利在該領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r

近年來，隨著汽車行業(yè)在國內(nèi)的迅猛發(fā)展，很多中國的企業(yè)與高校在輪胎檢測上申請了相關(guān)的專利，中國科學(xué)院安徽圖像精密機(jī)械研究所于1998年申請了橡膠部件輪廓激光在線檢測裝置（CN1215151A），以激光束作探頭，利用其照射到被測物表面形成的漫反射光斑作傳感信號(hào)，用圖像成像原理將收集的漫反射光匯聚到電耦合器件CCD上，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，當(dāng)入射光隨被測物表面移動(dòng)時(shí)，成像點(diǎn)作相應(yīng)的移動(dòng)，根據(jù)像移大小，在標(biāo)準(zhǔn)厚度板上得到標(biāo)準(zhǔn)曲線，算出準(zhǔn)確的厚度和寬度值。北京航空航天大學(xué)于2003年申請了一種輪胎多幾何參數(shù)的激光視覺在線自動(dòng)測量方法（CN1566903A），通過向輪胎投射激光光平面，利用CCD攝像機(jī)獲取變形特征線的圖像，根據(jù)輪胎表面輪廊的關(guān)鍵特征點(diǎn)的三維信息，計(jì)算出輪胎的多個(gè)幾何尺寸參數(shù)。從而實(shí)現(xiàn)了單傳感器一次測量輪胎多幾何參數(shù)，能對不同規(guī)格的輪胎進(jìn)行測量。

三、總結(jié)與發(fā)展

通過以上分析可以看出，在汽車輪胎表面掃描檢測領(lǐng)域，在國外已有了多年的發(fā)展，技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，國內(nèi)的申請量雖然不如國外企業(yè)，但今年來隨著各高校和企業(yè)對汽車領(lǐng)域越來越重視，也出現(xiàn)了很多關(guān)于輪胎檢測裝置和方法的申請，推動(dòng)了這個(gè)行業(yè)的發(fā)展。