基本信息
- 项目名称：
- 基于线激光和单台相机的轮胎测量系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 该作品提出的一种基于线激光和单台相机的非接触法检测轮胎胎面花纹的系统。该检测系统由线激光器、步进电机、单台相机、串口电路、单片机、轮胎和相应的系统软件构成。系统在线激光扫描测量技术原理基础上，通过计算机软件编程提取图像，并对图像进行深度处理和三维重建，直接反映轮胎胎面花纹的真实情况。系统能有效地检测出胎面花纹形状和花纹深度是否符合设计和生产要求，以及使用一段时间后的轮胎胎面花纹的磨损程度。
- 详细介绍：
- 汽车依靠轮胎支承在路面上，而直接与路面接触的却是轮胎花纹。轮胎不仅承载、滚动，而且通过其花纹块与路面产生的磨擦力，成为汽车驱动、制动和转向的动力之源。影响花纹作用的因素较多，但起主要作用并与汽车使用有关的因素是花纹型式和花纹深度。轮胎花纹型式多种多样，不同样式的花纹其应用车型不一样，作用效果也不一样；花纹愈深，则花纹块接地弹性变形量愈大，由轮胎弹性迟滞损失形成的滚动阻力也将随之增加。较深的花纹不利于轮胎散热，使胎温上升加快，花纹根部因受力严重而易撕裂、脱落等。花纹过浅不仅影响其贮水、排水能力，容易产生有害的“滑水现象”，而且使光胎面轮胎易打滑的弊端凸现出来，从而使前面提及的汽车性能变坏。因此，花纹过深过浅都不好。 轮胎在使用的过程中会产生磨损，花纹将越变越小，影响花纹作用的有效性。轮胎磨损过大会增加油耗，更有爆胎的危险，而汽车爆胎后发生交通安全事故的情况高达95%，其中发生伤亡事故的占45%。所以判断轮胎花纹磨损程度至关重要。目前，一般采用目测的方法，这种方法凭人直观感觉判断，人为因素很大，无法保证其精确性和完整性。而对新加工好的轮胎，也没有相应的能高效地检测出其胎面花纹是否合格的装置。 对此，我们设计了基于线激光和单台相机的轮胎测量系统，该装置能有效地检测出胎面花纹形状和花纹深度是否符合设计和生产要求，也能够有效地检测出使用一段时间后的轮胎胎面花纹的磨损程度。该检测装置还具有结构简单、操作方便、性能稳定、成本较低等优点。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的： 基于线激光和单台相机的轮胎测量系统，实现了对轮胎胎面花纹特征的精确、非接触测量，系统软件能将轮胎模型进行三维形状的还原，检验出胎面花纹形状是否符合设计和生产要求，其磨损程度是否超出了磨损极限，并在轮胎三维模型上凸显出胎面花纹的磨损情况。 基本思路： 系统装置采用了激光扫描测距技术，该技术是非接触测量的重要手段。利用激光扫描测距技术能够获得具有深度信息的图像，从而保证了物体图像信息采集的完整性。该技术获得的数据真实可靠，能最直接地反映客观事物的实时的、变化的、真实的形态特征，是快速获得空间数据的有效手段。而且深度图像简化了区域分割、特征提取、形状复原和景物识别等图像处理工作。 创新点： 1、实现了非接触测量； 2、对轮胎模型进行了三维形状还原； 3、胎面花纹磨损情况在三维模型上凸显，结果可视化、人性化。 技术关键： 1、步进电机带动轮胎旋转，系统软件同步驱动相机进行图像数据的采集工作； 2、系统将获得图像分析处理后，进行三维形状的还原工作； 3、系统将胎面花纹磨损情况在三维模型上凸显出来，结果可视化。 主要技术指标： 1、系统软件界面人性化，工作稳定，操作方便； 2、系统给出的胎面花纹形状与人工测量所得结果非常吻合。 3、系统给出的胎面花纹磨损程度与人工测量所得结果非常吻合。
科学性、先进性
- 目前，在轮胎无损检测方面的最新应用有：激光全息轮胎无损检测技术主要应用于航空轮胎、航空翻新轮胎的检测，但要求采用严格的防震措施和全息记录介质；激光数字错位散斑轮胎无损检测技术无需防震装置，但设备依然复杂，操作麻烦，且价格昂贵。也有带两个CCD照相机的工业系统，用照相机检测动态下胎侧的变形情况。国外开发的快速激光测量方法如Sensors That See系统也只是针对轮胎侧面。 本作品提出的测量系统，仅采用一个CCD照相机，即可实现对轮胎胎面特征的精确测量，系统能有效的检测出胎面花纹形状是否符合设计和生产要求，其磨损程度是否超出了磨损极限。实现了轮胎三维模型的还原，并将胎面花纹磨损情况在三维模型上凸显出来，结果可视化、人性化。
获奖情况及鉴定结果
- 本作品于2011年4月获长安大学第七届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛特等奖。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 现场演示； 实物、产品。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明： 将待测轮胎安装在支撑支架上，启动系统软件里自动采集按钮即可完成图像采集工作，启动结果输出功能菜单即可将轮胎的三维模型显示出来。 技术特点及优势： 利用线激光成像清晰，定向发光，亮度高，颜色纯等优点扫描轮胎胎面，形成随轮胎花纹变化的图像。利用单台相机进行图像采集工作，将获得图像进行处理，凸显出轮胎花纹磨损情况，结果可视化。系统具有方便、快捷、价格低廉、比较容易测量等优点。 适用范围： 各轮胎生产厂家、轮胎翻新机构、汽车维修以及汽车技术改进研究等。 推广前景： 该系统使得轮胎生产厂家对轮胎胎面花纹的检测更为经济有效、方便快捷，对提高其生产效率，降低其生产成本具有重要的意义；另外，也为胎面花纹特征的研究提供了一定的参考技术，积极推动了轮胎行业的发展。 市场分析和经济效益预测： 该系统具有操作简单、检测准确以及价格便宜等特点，故可广泛应用于轮胎生产企业和轮胎翻新行业的胎面花纹检测当中，不仅提高检测效率，同时大大的降低了生产成本，给轮胎生产厂家等带来巨大的经济效益。
同类课题研究水平概述
- 目前，在轮胎无损检测方面的最新应用有：激光全息轮胎无损检测技术主要应用于航空轮胎、航空翻新轮胎的检测，但要求采用严格的防震措施和全息记录介质；激光数字错位散斑轮胎无损检测技术无需防震装置，但设备依然复杂，操作复杂，且价格昂贵。也有带两个CCD照相机的工业系统，用照相机检测动态下胎侧的变形情况。国外开发的快速激光测量方法如Sensors That See系统针对轮胎侧面。其采用特殊的双目镜观察光学技术，即将分布在激光线两侧的两台照相机组合在一个传感器框架上。确保传感器能够监测到全部激光线，不出现数据缺失或产生无效数据，能够提供完整的轮廓信息。 国外航空轮胎生产厂家已普遍将激光无损检测仪用于航空轮胎和航空翻新轮胎的检测。米其林和固特异等大型轮胎企业是应用该种检测仪的大户。国内的大型轮胎生产厂家已有几家引进了国外的相应技术设备。 但对于大多数的中小轮胎生产厂家和汽车轮胎翻新机构来说，购买大型轮胎检测设备成本投入太高，多是采用人工检测，效率低下，精确度不高，依赖于检测人员的个人经验水平。另外，市场上用于胎面花纹检测的系统尚未成熟，这就给这项课题提供很大的发展空间。
