本發(fā)明涉及輪胎均勻性檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種輪胎均勻性檢測裝置。

背景技術(shù)：

隨著我國的汽車工業(yè)、公路交通運輸?shù)难该桶l(fā)展及家庭轎車普及率的提高，人們對汽車的重要組成部件輪胎認識不斷提高，同時對輪胎質(zhì)量提出了越來越高的要求。輪胎均勻性是輪胎出廠的必檢項目，直接影響到車輛的操縱穩(wěn)定性和行駛安全性?，F(xiàn)代道路交通和汽車工業(yè)對輪胎均勻性的要求越來越高，尤其是在高速行駛條件下。輪胎均勻性對汽車的性能有十分重要的影響，如汽車的振動，噪聲，乘坐舒適度，操縱穩(wěn)定性和高速行駛安全性以及汽車零部件的壽命。

輪胎均勻性試驗機是利用檢測手段測量輪胎均勻性參數(shù)的試驗設(shè)備，由所測參數(shù)反映輪胎均勻性的優(yōu)劣，定性分析輪胎經(jīng)加工硫化等過程后輪胎膠質(zhì)缺陷。由于我國輪胎檢測行業(yè)起步較晚，相對比較落后，國家出臺了相關(guān)輪胎檢測技術(shù)及相關(guān)技術(shù)標準推動我國輪胎制造業(yè)檢測設(shè)備的發(fā)展。同時，輪胎均勻性試驗機的研制成功對推動我國輪胎制造業(yè)的發(fā)展具有一定的指導(dǎo)意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

輪胎均勻性檢測采用輪胎與負荷輪相互作用，通過測量負荷輪的支撐反力反映輪胎自身均勻性的檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)是模擬輪胎在地面行駛過程演變而來。由輪胎傳動軸電機帶動系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)，負荷輪從動。負荷輪的支撐件為上下兩個二維力學(xué)傳感器，通過傳感器受力，測量出輪胎的不均勻性產(chǎn)生的作用力，反映其均勻性程度。通過上下傳感器測量輪胎豎直方向(側(cè)向)和水平方向(徑向)的支撐反力，經(jīng)檢測系統(tǒng)硬件電路，傳送給PC機并進行數(shù)據(jù)處理和求解參數(shù)。

一種輪胎均勻性檢測裝置，該檢測裝置包括機械結(jié)構(gòu)和測試系統(tǒng)兩部分。所述機械結(jié)構(gòu)包括機架部分、氣動部分、進給機構(gòu)、負荷輪軸及附屬部件、傳動機構(gòu)和輪胎軸及附屬部件；所述的測試系統(tǒng)包括上二維力學(xué)傳感器、下二維力學(xué)傳感器、電壓放大器、數(shù)據(jù)采集卡、通用PC機。

機架部分是機械結(jié)構(gòu)其他部件以及測試系統(tǒng)的載體，用以支撐緊固各構(gòu)件；氣動部分為輪胎充、放氣機構(gòu)，輪胎充、放氣機構(gòu)用以實現(xiàn)對檢測輪胎的充、放氣操作，并在測量過程中保持輪胎氣壓的穩(wěn)定。氣動部分分別為裝卸輪胎工作臺和裝卸上輪輞機構(gòu)，裝卸輪胎工作臺和裝卸上輪輞機構(gòu)由電磁閥控制，裝卸輪胎工作臺實現(xiàn)工作臺的上下動作，完成輪胎進出測量工位的操作。裝卸上輪輞機構(gòu)控制上輪輞的上、下動作，實現(xiàn)上、下輪輞的分開與壓和，下輪輞位置不變。負荷輪軸及附屬部件包括負荷輪(4)、負荷輪軸(9)、配合軸承等部件，負荷輪軸及附屬部件用于模擬輪胎與地面接觸。負荷輪軸(9)兩端分別連接有兩個二維力學(xué)傳感器相連，這兩個二維力學(xué)傳感器分別是上二維力學(xué)傳感器(3)和下二維力學(xué)傳感器(5)，兩個二維力學(xué)傳感器通過固定板(1)固定在進給機構(gòu)的支撐架(2)上。在加載與卸載過程中，負荷輪軸及附屬部件隨進給機構(gòu)運動；進給機構(gòu)包括導(dǎo)軌(7)、滾珠絲杠(6)等，進給機構(gòu)的導(dǎo)軌(7)與機架的導(dǎo)軌相配合，以實現(xiàn)支撐進給機構(gòu)并為其進給進行導(dǎo)向；進給機構(gòu)的兩側(cè)分別安裝有滾珠絲杠(6)，滾珠絲杠(6)的兩端通過軸承固定在機架(8)上，滾珠絲杠(6)的中間的螺桿部分與固定在進給機構(gòu)上的螺母和滾珠相連，實現(xiàn)進給機構(gòu)的相對運動。兩個滾珠絲杠(6)由一臺進給電機帶動，以便于控制進給機構(gòu)兩側(cè)具有相同的進給速度；輪胎軸及附屬部件包括輪胎及輪輞(10)、傳動齒輪，傳動齒輪與電動機(11)通過齒形皮帶(12)相連，電動機(11)為輪胎軸的轉(zhuǎn)動提供動力；電動機(11)、齒形皮帶(12)、傳動齒輪相連接組成傳動機構(gòu)，用于傳遞轉(zhuǎn)速和扭矩。電動機(11)一側(cè)安裝有編碼器，用于測量電動機(11)的轉(zhuǎn)速及確定打標位置。

上二維力學(xué)傳感器、下二維力學(xué)傳感器分別與電壓放大器連接，電壓放大器與數(shù)據(jù)采集卡、通用PC機依次相連。

主程序是測量過程的主體，主程序包括測前準備階段和測量階段，測前準備階段包括程序初始化、屬性和參數(shù)配置和自檢部分；測量階段包括編碼器測速部分、零點位置檢測部分和實際測量部分。

(1)程序初始化。初始化各個控件類型及屬性；初始化所需參數(shù)及變量；引用所需類庫，類庫包括采集卡驅(qū)動類庫、I/O驅(qū)動類庫、數(shù)學(xué)函數(shù)類庫等；實例化檢測任務(wù)；添加虛擬通道及定義屬性等。

(2)配置屬性和參數(shù)。該步驟是通過人機交互界面將用戶定義的屬性和參數(shù)裝載到程序中。定義虛擬通道與硬件相對應(yīng)，并定義該通道的采樣率、連接方式、電壓范圍、激勵方式等；定義數(shù)據(jù)存儲路徑并賦給路徑變量等；選擇輪胎規(guī)格參數(shù)，其中包括測量載荷、測量輪胎充氣壓力及測量輪胎轉(zhuǎn)速等并賦值給對應(yīng)變量。

(3)開機自檢。該項可避免由于設(shè)備老化對測量初值的影響。經(jīng)上述操作后，單擊“開機自檢”按鈕，程序調(diào)用數(shù)據(jù)采集函數(shù)，讀取所有定義通道的電壓量，數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，將該組數(shù)據(jù)經(jīng)平均函數(shù)計算各個通道的初始電壓，并賦給初值變量和顯示在程序界面。

(4)編碼器測速。編碼器在測量過程中主要有兩個用途，其一是測量輪胎轉(zhuǎn)速，其二是與零點位置配合使用確定打標角度。編碼器選用的是增量式正交編碼器，由于其用途簡單，故采用單端連接方式，只需連接一路信號連接到采集卡正交編碼器連接端子上，由計數(shù)器記錄脈沖個數(shù)以達到測量要求。程序中以一定的時間周期讀取計數(shù)器中的數(shù)據(jù)，通過計數(shù)器數(shù)據(jù)的變化和各次讀取數(shù)據(jù)間的時間間隔確定轉(zhuǎn)速和角度。在測量過程中，當輪胎移動到測量工位正轉(zhuǎn)時，開始對輪胎進行測速，當達到預(yù)定轉(zhuǎn)速后進行加載，然后讀取到零點位置后開始測量；同樣在反轉(zhuǎn)時工作方式相同；在正反轉(zhuǎn)測量結(jié)束后，卸載并讀取零點位置，當讀到零點信號后，再次對編碼器進行計數(shù)，并結(jié)合數(shù)據(jù)處理過程計算出的角度確定停止位置，即打標點。

(5)零點位置檢測。零點位置檢測的目的是為打標提供參考點。打標點是在信號波形的峰值點處，以零點位置作為周期信號起始點，通過算法計算出峰值點與該零點之間的相角，再將旋轉(zhuǎn)輪胎的峰值點停止在零點位置處，以便完成打標。零點位置檢測是通過光電開關(guān)檢測的，其輸入輸出為+24V，通過四個阻值相同的分壓電阻來分壓，測量最有一個電阻兩端的電壓值。理論光電開關(guān)閉合時輸出+6V電壓，且該電壓可以被采集卡數(shù)字通道讀取，完成零點位置檢測。

(6)實際測量。在實際測量過程中，首先確定正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，達到所需轉(zhuǎn)速后，采集兩個二維力學(xué)傳感器信號，計算徑向力載荷，達到給定載荷后，再檢測輪胎零點位置，零點位置開關(guān)觸發(fā)后，再采集兩傳感器四個通道信號，達到所需數(shù)據(jù)后，調(diào)用數(shù)據(jù)處理函數(shù)，對數(shù)據(jù)進行計算處理，求得所需參數(shù)，并顯示在主界面上；然后反轉(zhuǎn)檢測，步驟與正轉(zhuǎn)相同，求得反轉(zhuǎn)參數(shù)后，對以上數(shù)據(jù)進行判級和存儲，完成一條輪胎的檢測。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

1、本裝置結(jié)構(gòu)較為簡單，檢測方法簡單易行，裝置成本較低，其具有很好的經(jīng)濟性。

2、本裝置中選擇的傳感器、數(shù)據(jù)采集卡等相關(guān)元器件都是市面上很成熟的產(chǎn)品，檢測方案直接有效，工程實現(xiàn)性較好，其具有很好的工程實用性。

3、該系統(tǒng)操作簡單，工作性能可靠，測量重復(fù)性較好。

附圖說明

圖1為負荷輪安裝示意圖；

圖2為負荷輪進給機構(gòu)示意圖；

圖3為傳動機構(gòu)原理圖；

圖4為輪胎均勻性測試系統(tǒng)抽象結(jié)構(gòu)圖；

圖5為檢測主程序流程圖。

圖中：1、固定板，2、支撐架，3、上傳感器，4、負荷輪，5、下傳感器，6、滾珠絲桿，7、導(dǎo)軌，8、機架，9、負荷輪軸，10、輪胎及輪輞，11、電動機，12、齒形皮帶。

具體實施方式

下面結(jié)合圖1～圖5對本發(fā)明具體實施例做進一步說明：

所設(shè)計的均勻性檢測裝置包括機械結(jié)構(gòu)和測試系統(tǒng)兩部分。所述機械結(jié)構(gòu)包括機架部分、氣動部分、進給機構(gòu)、負荷輪軸及附屬部件、傳動機構(gòu)和輪胎軸及附屬部件；所述的測試系統(tǒng)包括上下二維力學(xué)傳感器、電壓放大器、數(shù)據(jù)采集卡、通用PC機。

機架部分是其他部件的載體，支撐緊固其他機構(gòu)部件；氣動部分主要有輪胎充放氣機構(gòu)，裝卸輪胎工作臺氣動機構(gòu)和裝卸上輪輞機構(gòu)，通過電磁閥控制其動作。輪胎充放氣機構(gòu)實現(xiàn)對檢測輪胎的充氣、放氣操作，并在測量過程中保持氣壓穩(wěn)定。裝卸輪胎工作臺氣動機構(gòu)實現(xiàn)工作臺的上下動作，完成輪胎進出測量工位的操作。裝卸上輪輞機構(gòu)是控制上輪輞的上下動作，實現(xiàn)上下輪輞的分開與壓和，下輪輞位置不變；負荷輪軸及附屬部件包括負荷輪(4)、負荷輪軸(9)、配合軸承等部件，用于模擬輪胎與地面接觸。該部件通過負荷輪軸(9)兩端與兩個二維力學(xué)傳感器相連，這兩個二維力學(xué)傳感器分別是上二維力學(xué)傳感器(3)和下二維力學(xué)傳感器(5)，由傳感器支撐該部件，同時，傳感器通過固定板(1)固定在進給機構(gòu)的支撐架(2)上，如圖1所示。在加載與卸載過程中，該部分隨進給機構(gòu)運動；進給機構(gòu)包括導(dǎo)軌(7)、滾珠絲杠(6)等，進給機構(gòu)導(dǎo)軌面與機架導(dǎo)軌相互配合，實現(xiàn)支撐進給機構(gòu)并為進給導(dǎo)向，兩側(cè)各裝有滾珠絲杠(6)，絲杠兩端通過軸承固定在機架(8)上，中間部分螺桿與固定在進給機構(gòu)上的螺母和滾珠相連，實現(xiàn)相對運動。兩個絲杠由一臺進給電機帶動，以便于進給機構(gòu)兩側(cè)具有相同的進給速度，如圖2所示；輪胎軸及附屬部件包括輪胎及輪輞(10)和傳動齒輪，與電動機(11)通過齒形皮帶(12)相連，為輪胎軸轉(zhuǎn)動提供動力；電動機(11)通過齒形皮帶(12)與輪胎軸下端齒輪連接，組成傳動機構(gòu)，用于傳遞轉(zhuǎn)速和扭矩。電動機(11)一側(cè)安裝有編碼器，用于測量電動機轉(zhuǎn)速及確定打標位置，如圖3所示。

如圖4所示，負荷輪(4)加載后在X-Y力系機構(gòu)中，負荷輪(4)為理想均勻的剛體，且負荷輪(4)中軸線與輪胎及輪輞(10)中軸線平行，對輪胎施加力的方向與兩個中軸線垂直，建立負荷輪(4)與輪胎之間二維力的基準軸系。在測量輪胎均勻性參數(shù)時，可通過改變兩中軸間距離改變負荷輪對輪胎加載固定負荷，輪胎旋轉(zhuǎn)會產(chǎn)生對應(yīng)周期性變化的力。A、B處為兩個矢量正交測力傳感器裝置，傳感器是負荷輪中軸的兩端支撐點，由其受力求解出均勻性各項參數(shù)，從而反映輪胎的均勻性。如圖4所示，C為輪胎與負荷輪接觸面中心。

主程序是測量過程的主體，主程序流程圖如圖5所示，該程序包括測前準備階段和測量階段，測前準備階段包括程序初始化、屬性和參數(shù)配置和自檢部分；測量階段包括編碼器測速部分、零點位置檢測部分和實際測量部分。

(1)程序初始化。初始化各個控件類型及屬性；初始化所需參數(shù)及變量；引用所需類庫，如采集卡驅(qū)動類庫、I/O驅(qū)動類庫、數(shù)學(xué)函數(shù)類庫等；實例化檢測任務(wù)；添加虛擬通道及定義屬性等。

(2)配置屬性和參數(shù)。該項是通過人機交互界面將用戶定義的屬性和參數(shù)裝載到程序中。定義虛擬通道與硬件相對應(yīng)，并定義該通道的采樣率、連接方式、電壓范圍、激勵方式等；定義數(shù)據(jù)存儲路徑并賦給路徑變量等；選擇輪胎規(guī)格參數(shù)，其中包括測量載荷、測量輪胎充氣壓力及測量輪胎轉(zhuǎn)速等并賦值給對應(yīng)變量。

(3)開機自檢。該項可避免由于設(shè)備老化對測量初值的影響。經(jīng)上述操作后，單擊“開機自檢”按鈕，程序調(diào)用數(shù)據(jù)采集函數(shù)，讀取所有定義通道的電壓量，數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，將該組數(shù)據(jù)經(jīng)平均函數(shù)計算各個通道的初始電壓，并賦給初值變量和顯示在程序界面。

(4)編碼器測速。編碼器在測量過程中主要有兩個用途，其一是測量輪胎轉(zhuǎn)速，其二是與零點位置配合使用確定打標角度。編碼器選用的是增量式正交編碼器，由于其用途簡單，故采用單端連接方式，只需連接一路信號連接到采集卡正交編碼器連接端子上，由計數(shù)器記錄脈沖個數(shù)以達到測量要求。程序中以一定的時間周期讀取計數(shù)器中的數(shù)據(jù)，通過計數(shù)器數(shù)據(jù)的變化和各次讀取數(shù)據(jù)間的時間間隔確定轉(zhuǎn)速和角度。在測量過程中，當輪胎移動到測量工位正轉(zhuǎn)時，開始對輪胎進行測速，當達到預(yù)定轉(zhuǎn)速后進行加載，然后讀取到零點位置后開始測量；同樣在反轉(zhuǎn)時工作方式相同；在正反轉(zhuǎn)測量結(jié)束后，卸載并讀取零點位置，當讀到零點信號后，再次對編碼器進行計數(shù)，并結(jié)合數(shù)據(jù)處理過程計算出的角度確定停止位置，即打標點。

(5)零點位置檢測。零點位置檢測的目的是為打標提供參考點。打標點是在信號波形的峰值點處，以零點位置作為周期信號起始點，通過算法計算出峰值點與該零點之間的相角，再將旋轉(zhuǎn)輪胎的峰值點停止在零點位置處，以便完成打標。零點位置檢測是通過光電開關(guān)檢測的，其輸入輸出為+24V，通過四個阻值相同的分壓電阻來分壓，測量最有一個電阻兩端的電壓值。理論光電開關(guān)閉合時輸出+6V電壓，且該電壓可以被采集卡數(shù)字通道讀取，完成零點位置檢測。

(6)實際測量。在實際測量過程中，首先確定正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，達到所需轉(zhuǎn)速后，采集兩個二維力學(xué)傳感器信號，計算徑向力載荷，達到給定載荷后，再檢測輪胎零點位置，零點位置開關(guān)觸發(fā)后，再采集兩傳感器四個通道信號，達到所需數(shù)據(jù)后，調(diào)用數(shù)據(jù)處理函數(shù)，對數(shù)據(jù)進行計算處理，求得所需參數(shù)，并顯示在主界面上；然后反轉(zhuǎn)檢測，步驟與正轉(zhuǎn)相同，求得反轉(zhuǎn)參數(shù)后，對以上數(shù)據(jù)進行判級和存儲，完成一條輪胎的檢測。

本發(fā)明的應(yīng)用途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進，這些改進也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。