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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于線激光和單臺(tái)相機(jī)的輪胎測(cè)量系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 該作品提出的一種基于線激光和單臺(tái)相機(jī)的非接觸法檢測(cè)輪胎胎面花紋的系統(tǒng)。該檢測(cè)系統(tǒng)由線激光器、步進(jìn)電機(jī)、單臺(tái)相機(jī)、串口電路、單片機(jī)、輪胎和相應(yīng)的系統(tǒng)軟件構(gòu)成。系統(tǒng)在線激光掃描測(cè)量技術(shù)原理基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件編程提取圖像，并對(duì)圖像進(jìn)行深度處理和三維重建，直接反映輪胎胎面花紋的真實(shí)情況。系統(tǒng)能有效地檢測(cè)出胎面花紋形狀和花紋深度是否符合設(shè)計(jì)和生產(chǎn)要求，以及使用一段時(shí)間后的輪胎胎面花紋的磨損程度。
- 詳細(xì)介紹：
- 汽車依靠輪胎支承在路面上，而直接與路面接觸的卻是輪胎花紋。輪胎不僅承載、滾動(dòng)，而且通過(guò)其花紋塊與路面產(chǎn)生的磨擦力，成為汽車驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)和轉(zhuǎn)向的動(dòng)力之源。影響花紋作用的因素較多，但起主要作用并與汽車使用有關(guān)的因素是花紋型式和花紋深度。輪胎花紋型式多種多樣，不同樣式的花紋其應(yīng)用車型不一樣，作用效果也不一樣；花紋愈深，則花紋塊接地彈性變形量愈大，由輪胎彈性遲滯損失形成的滾動(dòng)阻力也將隨之增加。較深的花紋不利于輪胎散熱，使胎溫上升加快，花紋根部因受力嚴(yán)重而易撕裂、脫落等?；y過(guò)淺不僅影響其貯水、排水能力，容易產(chǎn)生有害的“滑水現(xiàn)象”，而且使光胎面輪胎易打滑的弊端凸現(xiàn)出來(lái)，從而使前面提及的汽車性能變壞。因此，花紋過(guò)深過(guò)淺都不好。 輪胎在使用的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生磨損，花紋將越變?cè)叫?，影響花紋作用的有效性。輪胎磨損過(guò)大會(huì)增加油耗，更有爆胎的危險(xiǎn)，而汽車爆胎后發(fā)生交通安全事故的情況高達(dá)95%，其中發(fā)生傷亡事故的占45%。所以判斷輪胎花紋磨損程度至關(guān)重要。目前，一般采用目測(cè)的方法，這種方法憑人直觀感覺(jué)判斷，人為因素很大，無(wú)法保證其精確性和完整性。而對(duì)新加工好的輪胎，也沒(méi)有相應(yīng)的能高效地檢測(cè)出其胎面花紋是否合格的裝置。 對(duì)此，我們?cè)O(shè)計(jì)了基于線激光和單臺(tái)相機(jī)的輪胎測(cè)量系統(tǒng)，該裝置能有效地檢測(cè)出胎面花紋形狀和花紋深度是否符合設(shè)計(jì)和生產(chǎn)要求，也能夠有效地檢測(cè)出使用一段時(shí)間后的輪胎胎面花紋的磨損程度。該檢測(cè)裝置還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、性能穩(wěn)定、成本較低等優(yōu)點(diǎn)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的： 基于線激光和單臺(tái)相機(jī)的輪胎測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)輪胎胎面花紋特征的精確、非接觸測(cè)量，系統(tǒng)軟件能將輪胎模型進(jìn)行三維形狀的還原，檢驗(yàn)出胎面花紋形狀是否符合設(shè)計(jì)和生產(chǎn)要求，其磨損程度是否超出了磨損極限，并在輪胎三維模型上凸顯出胎面花紋的磨損情況。 基本思路： 系統(tǒng)裝置采用了激光掃描測(cè)距技術(shù)，該技術(shù)是非接觸測(cè)量的重要手段。利用激光掃描測(cè)距技術(shù)能夠獲得具有深度信息的圖像，從而保證了物體圖像信息采集的完整性。該技術(shù)獲得的數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，能最直接地反映客觀事物的實(shí)時(shí)的、變化的、真實(shí)的形態(tài)特征，是快速獲得空間數(shù)據(jù)的有效手段。而且深度圖像簡(jiǎn)化了區(qū)域分割、特征提取、形狀復(fù)原和景物識(shí)別等圖像處理工作。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1、實(shí)現(xiàn)了非接觸測(cè)量； 2、對(duì)輪胎模型進(jìn)行了三維形狀還原； 3、胎面花紋磨損情況在三維模型上凸顯，結(jié)果可視化、人性化。 技術(shù)關(guān)鍵： 1、步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)輪胎旋轉(zhuǎn)，系統(tǒng)軟件同步驅(qū)動(dòng)相機(jī)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的采集工作； 2、系統(tǒng)將獲得圖像分析處理后，進(jìn)行三維形狀的還原工作； 3、系統(tǒng)將胎面花紋磨損情況在三維模型上凸顯出來(lái)，結(jié)果可視化。 主要技術(shù)指標(biāo)： 1、系統(tǒng)軟件界面人性化，工作穩(wěn)定，操作方便； 2、系統(tǒng)給出的胎面花紋形狀與人工測(cè)量所得結(jié)果非常吻合。 3、系統(tǒng)給出的胎面花紋磨損程度與人工測(cè)量所得結(jié)果非常吻合。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 目前，在輪胎無(wú)損檢測(cè)方面的最新應(yīng)用有：激光全息輪胎無(wú)損檢測(cè)技術(shù)主要應(yīng)用于航空輪胎、航空翻新輪胎的檢測(cè)，但要求采用嚴(yán)格的防震措施和全息記錄介質(zhì)；激光數(shù)字錯(cuò)位散斑輪胎無(wú)損檢測(cè)技術(shù)無(wú)需防震裝置，但設(shè)備依然復(fù)雜，操作麻煩，且價(jià)格昂貴。也有帶兩個(gè)CCD照相機(jī)的工業(yè)系統(tǒng)，用照相機(jī)檢測(cè)動(dòng)態(tài)下胎側(cè)的變形情況。國(guó)外開發(fā)的快速激光測(cè)量方法如Sensors That See系統(tǒng)也只是針對(duì)輪胎側(cè)面。 本作品提出的測(cè)量系統(tǒng)，僅采用一個(gè)CCD照相機(jī)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)輪胎胎面特征的精確測(cè)量，系統(tǒng)能有效的檢測(cè)出胎面花紋形狀是否符合設(shè)計(jì)和生產(chǎn)要求，其磨損程度是否超出了磨損極限。實(shí)現(xiàn)了輪胎三維模型的還原，并將胎面花紋磨損情況在三維模型上凸顯出來(lái)，結(jié)果可視化、人性化。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 本作品于2011年4月獲長(zhǎng)安大學(xué)第七屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽特等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 現(xiàn)場(chǎng)演示； 實(shí)物、產(chǎn)品。
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說(shuō)明： 將待測(cè)輪胎安裝在支撐支架上，啟動(dòng)系統(tǒng)軟件里自動(dòng)采集按鈕即可完成圖像采集工作，啟動(dòng)結(jié)果輸出功能菜單即可將輪胎的三維模型顯示出來(lái)。 技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)： 利用線激光成像清晰，定向發(fā)光，亮度高，顏色純等優(yōu)點(diǎn)掃描輪胎胎面，形成隨輪胎花紋變化的圖像。利用單臺(tái)相機(jī)進(jìn)行圖像采集工作，將獲得圖像進(jìn)行處理，凸顯出輪胎花紋磨損情況，結(jié)果可視化。系統(tǒng)具有方便、快捷、價(jià)格低廉、比較容易測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)。 適用范圍： 各輪胎生產(chǎn)廠家、輪胎翻新機(jī)構(gòu)、汽車維修以及汽車技術(shù)改進(jìn)研究等。 推廣前景： 該系統(tǒng)使得輪胎生產(chǎn)廠家對(duì)輪胎胎面花紋的檢測(cè)更為經(jīng)濟(jì)有效、方便快捷，對(duì)提高其生產(chǎn)效率，降低其生產(chǎn)成本具有重要的意義；另外，也為胎面花紋特征的研究提供了一定的參考技術(shù)，積極推動(dòng)了輪胎行業(yè)的發(fā)展。 市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)： 該系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)準(zhǔn)確以及價(jià)格便宜等特點(diǎn)，故可廣泛應(yīng)用于輪胎生產(chǎn)企業(yè)和輪胎翻新行業(yè)的胎面花紋檢測(cè)當(dāng)中，不僅提高檢測(cè)效率，同時(shí)大大的降低了生產(chǎn)成本，給輪胎生產(chǎn)廠家等帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
同類課題研究水平概述
- 目前，在輪胎無(wú)損檢測(cè)方面的最新應(yīng)用有：激光全息輪胎無(wú)損檢測(cè)技術(shù)主要應(yīng)用于航空輪胎、航空翻新輪胎的檢測(cè)，但要求采用嚴(yán)格的防震措施和全息記錄介質(zhì)；激光數(shù)字錯(cuò)位散斑輪胎無(wú)損檢測(cè)技術(shù)無(wú)需防震裝置，但設(shè)備依然復(fù)雜，操作復(fù)雜，且價(jià)格昂貴。也有帶兩個(gè)CCD照相機(jī)的工業(yè)系統(tǒng)，用照相機(jī)檢測(cè)動(dòng)態(tài)下胎側(cè)的變形情況。國(guó)外開發(fā)的快速激光測(cè)量方法如Sensors That See系統(tǒng)針對(duì)輪胎側(cè)面。其采用特殊的雙目鏡觀察光學(xué)技術(shù)，即將分布在激光線兩側(cè)的兩臺(tái)照相機(jī)組合在一個(gè)傳感器框架上。確保傳感器能夠監(jiān)測(cè)到全部激光線，不出現(xiàn)數(shù)據(jù)缺失或產(chǎn)生無(wú)效數(shù)據(jù)，能夠提供完整的輪廓信息。 國(guó)外航空輪胎生產(chǎn)廠家已普遍將激光無(wú)損檢測(cè)儀用于航空輪胎和航空翻新輪胎的檢測(cè)。米其林和固特異等大型輪胎企業(yè)是應(yīng)用該種檢測(cè)儀的大戶。國(guó)內(nèi)的大型輪胎生產(chǎn)廠家已有幾家引進(jìn)了國(guó)外的相應(yīng)技術(shù)設(shè)備。 但對(duì)于大多數(shù)的中小輪胎生產(chǎn)廠家和汽車輪胎翻新機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，購(gòu)買大型輪胎檢測(cè)設(shè)備成本投入太高，多是采用人工檢測(cè)，效率低下，精確度不高，依賴于檢測(cè)人員的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)水平。另外，市場(chǎng)上用于胎面花紋檢測(cè)的系統(tǒng)尚未成熟，這就給這項(xiàng)課題提供很大的發(fā)展空間。
