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基本信息
- 項目名稱：
- 基于線激光和單臺相機(jī)的輪胎測量系統(tǒng)
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 該作品提出的一種基于線激光和單臺相機(jī)的非接觸法檢測輪胎胎面花紋的系統(tǒng)。該檢測系統(tǒng)由線激光器、步進(jìn)電機(jī)、單臺相機(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)在線激光掃描測量技術(shù)原理基礎(chǔ)上，通過計算機(jī)軟件編程提取圖像，并對圖像進(jìn)行深度處理和三維重建，直接反映輪胎胎面花紋的真實情況。系統(tǒng)能有效地檢測出胎面花紋形狀和花紋深度是否符合設(shè)計和生產(chǎn)要求，以及使用一段時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，而且通過其花紋塊與路面產(chǎn)生的磨擦力，成為汽車驅(qū)動、制動和轉(zhuǎn)向的動力之源。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。花紋過淺不僅影響其貯水、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，從而使前面提及的汽車性能變壞。因此，花紋過深過淺都不好。 輪胎在使用的過程中會產(chǎn)生磨損，花紋將越變越小，影響花紋作用的有效性。輪胎磨損過大會增加油耗，更有爆胎的危險，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，一般采用目測的方法，這種方法憑人直觀感覺判斷，人為因素很大，無法保證其精確性和完整性。而對新加工好的輪胎，也沒有相應(yīng)的能高效地檢測出其胎面花紋是否合格的裝置。 對此，我們設(shè)計了基于線激光和單臺相機(jī)的輪胎測量系統(tǒng)，該裝置能有效地檢測出胎面花紋形狀和花紋深度是否符合設(shè)計和生產(chǎn)要求，也能夠有效地檢測出使用一段時間后的輪胎胎面花紋的磨損程度。該檢測裝置還具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、性能穩(wěn)定、成本較低等優(yōu)點。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的： 基于線激光和單臺相機(jī)的輪胎測量系統(tǒng)，實現(xiàn)了對輪胎胎面花紋特征的精確、非接觸測量，系統(tǒng)軟件能將輪胎模型進(jìn)行三維形狀的還原，檢驗出胎面花紋形狀是否符合設(shè)計和生產(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距技術(shù)，該技術(shù)是非接觸測量的重要手段。利用激光掃描測距技術(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)真實可靠，能最直接地反映客觀事物的實時的、變化的、真實的形態(tài)特征，是快速獲得空間數(shù)據(jù)的有效手段。而且深度圖像簡化了區(qū)域分割、特征提取、形狀復(fù)原和景物識別等圖像處理工作。 創(chuàng)新點： 1、實現(xiàn)了非接觸測量； 2、對輪胎模型進(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)帶動輪胎旋轉(zhuǎn)，系統(tǒng)軟件同步驅(qū)動相機(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，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量所得結(jié)果非常吻合。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 目前，在輪胎無損檢測方面的最新應(yīng)用有：激光全息輪胎無損檢測技術(shù)主要應(yīng)用于航空輪胎、航空翻新輪胎的檢測，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)字錯位散斑輪胎無損檢測技術(shù)無需防震裝置，但設(shè)備依然復(fù)雜，操作麻煩，且價格昂貴。也有帶兩個CCD照相機(jī)的工業(yè)系統(tǒng)，用照相機(jī)檢測動態(tài)下胎側(cè)的變形情況。國外開發(fā)的快速激光測量方法如Sensors That See系統(tǒng)也只是針對輪胎側(cè)面。 本作品提出的測量系統(tǒng)，僅采用一個CCD照相機(jī)，即可實現(xiàn)對輪胎胎面特征的精確測量，系統(tǒng)能有效的檢測出胎面花紋形狀是否符合設(shè)計和生產(chǎn)要求，其磨損程度是否超出了磨損極限。實現(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，結(jié)果可視化、人性化。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 本作品于2011年4月獲長安大學(xué)第七屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽特等獎。
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 現(xiàn)場演示； 實物、產(chǎn)品。
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 使用說明： 將待測輪胎安裝在支撐支架上，啟動系統(tǒng)軟件里自動采集按鈕即可完成圖像采集工作，啟動結(jié)果輸出功能菜單即可將輪胎的三維模型顯示出來。 技術(shù)特點及優(yōu)勢： 利用線激光成像清晰，定向發(fā)光，亮度高，顏色純等優(yōu)點掃描輪胎胎面，形成隨輪胎花紋變化的圖像。利用單臺相機(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、價格低廉、比較容易測量等優(yōu)點。 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)廠家對輪胎胎面花紋的檢測更為經(jīng)濟(jì)有效、方便快捷，對提高其生產(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)，積極推動了輪胎行業(yè)的發(fā)展。 市場分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測： 該系統(tǒng)具有操作簡單、檢測準(zhǔn)確以及價格便宜等特點，故可廣泛應(yīng)用于輪胎生產(chǎn)企業(yè)和輪胎翻新行業(yè)的胎面花紋檢測當(dāng)中，不僅提高檢測效率，同時大大的降低了生產(chǎn)成本，給輪胎生產(chǎn)廠家等帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
同類課題研究水平概述
- 目前，在輪胎無損檢測方面的最新應(yīng)用有：激光全息輪胎無損檢測技術(shù)主要應(yīng)用于航空輪胎、航空翻新輪胎的檢測，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)字錯位散斑輪胎無損檢測技術(shù)無需防震裝置，但設(shè)備依然復(fù)雜，操作復(fù)雜，且價格昂貴。也有帶兩個CCD照相機(jī)的工業(yè)系統(tǒng)，用照相機(jī)檢測動態(tài)下胎側(cè)的變形情況。國外開發(fā)的快速激光測量方法如Sensors That See系統(tǒng)針對輪胎側(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)的兩臺照相機(jī)組合在一個傳感器框架上。確保傳感器能夠監(jiān)測到全部激光線，不出現(xiàn)數(shù)據(jù)缺失或產(chǎn)生無效數(shù)據(jù)，能夠提供完整的輪廓信息。 國外航空輪胎生產(chǎn)廠家已普遍將激光無損檢測儀用于航空輪胎和航空翻新輪胎的檢測。米其林和固特異等大型輪胎企業(yè)是應(yīng)用該種檢測儀的大戶。國內(nèi)的大型輪胎生產(chǎn)廠家已有幾家引進(jìn)了國外的相應(yīng)技術(shù)設(shè)備。 但對于大多數(shù)的中小輪胎生產(chǎn)廠家和汽車輪胎翻新機(jī)構(gòu)來說，購買大型輪胎檢測設(shè)備成本投入太高，多是采用人工檢測，效率低下，精確度不高，依賴于檢測人員的個人經(jīng)驗水平。另外，市場上用于胎面花紋檢測的系統(tǒng)尚未成熟，這就給這項課題提供很大的發(fā)展空間。
