CN203249599U - 一种轮胎受载变形三维视觉测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种轮胎受载变形三维视觉测量仪，汽车轮胎在受载荷作用下，测量轮胎与地面接触面处的截面变形量的三维视觉测量仪。本实用新型利用一字线型激光扫瞄收集汽车轮胎截面的外形变化情况，一次测量即可实现轮胎截面曲线的提取，可提供轮胎受载荷前后的截面宽度、高度和宽高比，轮胎下沉量，以及各载荷下相应的轮胎截面曲线图像，其测量过程快速简单、精度高，具有测量范围广、通用性强的优点，能对多种规格的轮胎进行测量。

Description

一种轮胎受载变形三维视觉测量仪

技术领域

    本实用新型涉及汽车轮胎测量装置领域，具体为一种轮胎受载变形三维视觉测量仪。

背景技术

随着经济与社会的快速发展，汽车工业在我国国民经济中的地位正越来越突出，轮胎作为汽车的重要部件，它的力学特性对于汽车的行驶性能，如操纵稳定性、平顺性及安全性等都具有极其重要的影响。为深入了解轮胎的力学特性，国内外科研人员开展了大量的研究工作，为设计和生产高性能、高品质的轮胎提供了强有力的支撑。其中，掌握在不同载荷作用下，轮胎截面受载变形情况是轮胎力学特性研究中的一项重要内容。

在相同载荷作用下，若轮胎所充气压不同，其截面变形并不相同；轮胎所充气压相同，但在不同载荷作用下，其截面变形也不相同。因此，研究轮胎截面受载变形情况的首要任务是对轮胎与地面接触面处的截面变形量进行高精度的测量。就目前而言，测量轮胎在受载荷作用下，轮胎与地面接触面处的截面变形量的方法主要有手工法和激光位移传感器法，手工法使用的是大尺寸游标卡尺，激光位移传感器法只能对轮胎截面上的单点进行测量，二者均存在测量效率低、测量精度不高的缺点。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种轮胎受载变形三维视觉测量仪，以解决现有技术存在的问题。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：

一种轮胎受载变形三维视觉测量仪，包括有供被测轮胎放置的具有水平工作台面的工作台组件，其特征在于：工作台组件左、右两侧分别沿左右方向直线滑动安装有结构相同的子测量系统，且工作台组件两侧的子测量系统对称设置，每个子测量系统分别由朝向被测轮胎的一字线半导体激光器、摄像机构成。    

所述的一种轮胎受载变形三维视觉测量仪，其特征在于：所述工作台组件由设置在最下层的底座、设置在底座上的机座、设置在机座上的组合式垫块、设置在组合式垫块上的机台构成，机台顶部台面为工作台面。

所述的一种轮胎受载变形三维视觉测量仪，其特征在于：所述底座左、右两侧分别向外水平延伸形成延伸台，每个延伸台上分别沿左右方向的直线设置有一对直线导轨构成的直线导轨对，且两延伸台的直线导轨对位置相互对称，每个延伸台直线导轨对上分别滑动安装有滑座，每个滑座顶部分别竖向设置有柱状的支撑底座，两个子测量系统分别一一对应设置在工作台组件两侧的支撑底座顶部。

所述的一种轮胎受载变形三维视觉测量仪，其特征在于：每个滑座中间分别通过内螺纹孔装配有与直线导轨对平行的滚珠丝杠，每个延伸台上直线导轨对中间外侧分别设置有供滚珠丝杠一端转动安装的轴承座，每个延伸台上直线导轨对中间内侧分别设置有步进电机，所述步进电机与各自对应的滚珠丝杠另一端传动连接。

所述的一种轮胎受载变形三维视觉测量仪，其特征在于：所述子测量系统包括被支撑底座顶部支撑的壳体、设置在壳体内的一字线半导体激光器和摄像机，其中每个子测量系统中一字线半导体激光器、摄像机按光学三角法的视觉测量原理布局在壳体中相应位置，两子测量系统中一字线半导体激光器发射的激光束在被测轮胎上重合成同一平面位置上的光平面，两摄像机分别采集各自子测量系统中一字线半导体激光器在被测轮胎上形成的光束图像，由每个子测量系统中一字线半导体激光器和摄像机构成线结构光视觉传感器。

本实用新型用于汽车轮胎在受载荷作用下，测量轮胎与地面接触面处的截面变形量。能高效、高精度地对轮胎与地面接触面处的截面变形量进行测量，有效地缩短测量时间，提高生产效率。

本实用新型的优点体现在：

1、已有的测量设备只能对轮胎截面上的单点进行测量，而本实用新型一次即可实现轮胎截面曲线的测量，且测量过程快速简单、精度高；

2、本实用新型测量范围广、通用性强，能对多种规格的轮胎进行测量。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

图2是汽车轮胎截面尺寸定义图。

图中标号：1工作台组件、2子测量系统、3轮胎、4轮胎截面轮廓线、5一字线半导体激光器、6摄像机、7A左侧平面激光束、7B右侧平面激光束、8光平面、9滑座、10支撑底座、11轴承座、12直线导轨、13滚珠丝杠、14步进电机、15机台、16组合式垫块、17机座、18底座、19轮胎截面宽度、20轮辋外直径、21轮胎截面高度、22轮胎外直径。

具体实施方式

参见图1，一种轮胎受载变形三维视觉测量仪，包括有供被测轮胎3放置的具有水平工作台面的工作台组件1，工作台组件1左、右两侧分别沿左右方向直线滑动安装有结构相同的子测量系统2，且工作台组件1两侧的子测量系统2对称设置，每个子测量系统2分别由朝向被测轮胎3的一字线半导体激光器5、摄像机6构成。    

工作台组件1由设置在最下层的底座18、设置在底座18上的机座17、设置在机座17上的组合式垫块16、设置在组合式垫块16上的机台15构成，机台15顶部台面为工作台面。

底座18左、右两侧分别向外水平延伸形成延伸台，每个延伸台上分别沿左右方向的直线设置有一对直线导轨12构成的直线导轨对，且两延伸台的直线导轨对位置相互对称，每个延伸台直线导轨对上分别滑动安装有滑座9，每个滑座9顶部分别竖向设置有柱状的支撑底座10，两个子测量系统2分别一一对应设置在工作台组件1两侧的支撑底座10顶部。

每个滑座9中间分别通过内螺纹孔装配有与直线导轨对平行的滚珠丝杠13，每个延伸台上直线导轨对中间外侧分别设置有供滚珠丝杠13一端转动安装的轴承座11，每个延伸台上直线导轨对中间内侧分别设置有步进电机14，步进电机14与各自对应的滚珠丝杠13另一端传动连接。

子测量系统2包括被支撑底座10顶部支撑的壳体、设置在壳体内的一字线半导体激光器5和摄像机6，其中每个子测量系统2中的一字线半导体激光器5、摄像机6按光学三角法的视觉测量原理布局在壳体中相应位置，两子测量系统2中一字线半导体激光器5发射的激光束在被测轮胎3上重合成同一平面位置上的光平面8，两摄像机6分别采集各自子测量系统2中一字线半导体激光器5在被测轮胎3上形成的光束图像，由每个子测量系统2中一字线半导体激光器5和摄像机6构成线结构光视觉传感器。

参见图1，本实施例中的测量方法是一种非接触测量方法，分别通过两个子测量系统2测量轮胎截面一侧的受载变形情况，并最终将两侧统一到系统全局测量坐标系中。

参见图1，实际工作过程中，将由载荷加载装置固定轮胎3于测量工位，并对轮胎3施加载荷W。以左侧为例，本实施例中用一字线半导体激光器5在轮胎3的左侧面沿着轮胎的轴向投射一束平面激光束7A，其通过轮胎3与载荷W作用的接触面处的法线与轮胎左侧相截，从而形成一个明亮的轮胎截面曲线，称之为轮胎截面轮廓线4。然后，基于三维视觉测量原理，通过布置在截面曲线外侧的摄像机6来摄取轮胎截面轮廓线4的图像，并作为线结构光视觉传感器的检测信号通过图像采集卡传输给工控机，右侧同理。

其中，需通过精确调整来定位两平面激光束7A和7B，使它们在轮胎3上重合成同一平面位置上的光平面8，其处在轮胎3的横截面上，并过轮胎3与机台15的切线。

参见图1，本实施例中，若被测轮胎3的规格型号发生改变，为了始终能拍摄到符合上述要求的清晰的轮胎截面轮廓线4，就需沿轮胎轴线方向对两台线结构光视觉传感器的位置加以调整，并调节机台15的高度。

为了应对不同规格型号的轮胎3在宽度方向的变化，实现子测量系统2沿轮胎轴线方向的位置调节，设置由轴承座11、直线导轨12、滚珠丝杠13、和步进电机14构成的位置调节系统。另外，在机台15和机座17之间设置组合式垫块16，通过增减垫块的方式来应对不同规格型号的轮胎3在高度方向的变化。

参见图2，本实施例中采用数字图像处理、三维视觉传感器建模、摄像机参数标定、三维视觉传感器结构参数标定和传感器坐标系统一标定等技术，求出轮胎3左右两个光截面曲线图像上的坐标点在全局三维空间坐标系下的三维空间坐标值，并通过在不同载荷W下三维光截面坐标点的变化求出轮胎截面的受载变形情况。其中，具体的尺寸参数包括轮胎截面宽度19、轮辋外直径20、轮胎截面高度21、轮胎外直径22。

参见图1，若初次使用、长期未用或被测轮胎3的规格改变，则需在测量前对测量系统进行标定。本实施例将根据线结构光视觉测量模型的结构特征，利用定制的三维标定靶标来进行标定，具体分为：（1）左右两侧线结构光视觉传感器标定，即分别确定左右两侧子测量坐标系中位于光平面8上的点与其图像坐标的对应关系，包括摄像机参数标定、光平面拟合和传感器结构参数标定；（2）传感器坐标系统一标定，即将左右两侧子测量坐标系统一到系统全局测量坐标系中，从而确定系统全局测量坐标系中位于光平面8上的点与其图像坐标的对应关系。

本实施例中的轮胎受载变形三维视觉测量仪工作流程为：

1、启动设备。一字线半导体激光器5在正式工作前，需预热3～5分钟，激光器的光强将逐渐由弱变强，直至趋于稳定。

2、启动软件。在工控机上运行轮胎受载变形三维视觉测量仪的应用程序，初始化左右两侧摄像机6，并摄取轮胎左右两侧的光截面曲线图像，测试应用程序主界面的左右位图窗口所显示的位图是否为对应的摄像机所采集的图像。

3、轮胎规格选取。进行轮胎规格管理界面，选取待测轮胎3的规格，标注有该规格轮胎的花纹种类、轮网内径、轮网宽度、正常断面高度和额定载荷。根据待测轮胎3的规格驱动左右两侧位置调节系统，将两台线结构光视觉传感器置于相应的位置，并选取合适的垫块16。

4、测量系统标定。使用三维标定靶标对测量系统进行标定，确定系统测量模型中的各个参数。若两台线结构光视觉传感器的位置发生改变，或更换垫块16，则需重新对系统进行标定。

5、轮胎受载变形量测量。轮胎3置于机台15上，由载荷加载装置将其固定，并对其施加垂直载荷W。通过左右两侧摄像机6分别拍摄由平面激光束与轮胎3相截所形成的明亮的轮胎截面轮廓线4图像，由于图像的背景复杂，为提高测量精度和简化计算，人工选取一个尽可能小的多边形目标区域，包含轮胎截面曲线即可，经过数字图像处理计算获得曲线上各点的图像坐标，代入系统测量模型，通过计算可获取对应各点在系统全局测量坐标系的三维空间坐标值。最后，在应用程序主界面的结果视图窗口绘制出轮胎3左右两侧的光截面曲线图像，还可将图像以DXF格式的文件输出，从而根据在不同载荷下三维光截面坐标点的变化求得轮胎截面受载变形情况。

6、检测报告。根据计算结果输出检测报告，包括轮胎3未受载荷前的截面宽度、高度和宽高比，受载荷作用时的载荷大小、截面宽度、高度和宽高比，轮胎下沉量，以及各载荷下相应的轮胎截面曲线图像等。

7、关闭设备。首先，关闭应用程序；然后，闭工控机；最终，关闭左右两侧的一字线半导体激光器5和摄像机6。

Claims (5)

1.一种轮胎受载变形三维视觉测量仪，包括有供被测轮胎放置的具有水平工作台面的工作台组件，其特征在于：工作台组件左、右两侧分别沿左右方向直线滑动安装有结构相同的子测量系统，且工作台组件两侧的子测量系统对称设置，每个子测量系统分别由朝向被测轮胎的一字线半导体激光器、摄像机构成。

2.根据权利要求1所述的一种轮胎受载变形三维视觉测量仪，其特征在于：所述工作台组件由设置在最下层的底座、设置在底座上的机座、设置在机座上的组合式垫块、设置在组合式垫块上的机台构成，机台顶部台面为工作台面。

3.根据权利要求2所述的一种轮胎受载变形三维视觉测量仪，其特征在于：所述底座左、右两侧分别向外水平延伸形成延伸台，每个延伸台上分别沿左右方向的直线设置有一对直线导轨构成的直线导轨对，且两延伸台的直线导轨对位置相互对称，每个延伸台直线导轨对上分别滑动安装有滑座，每个滑座顶部分别竖向设置有柱状的支撑底座，两个子测量系统分别一一对应设置在工作台组件两侧的支撑底座顶部。

4.根据权利要求2或3所述的一种轮胎受载变形三维视觉测量仪，其特征在于：每个滑座中间分别通过内螺纹孔装配有与直线导轨对平行的滚珠丝杠，每个延伸台上直线导轨对中间外侧分别设置有供滚珠丝杠一端转动安装的轴承座，每个延伸台上直线导轨对中间内侧分别设置有步进电机，所述步进电机与各自对应的滚珠丝杠另一端传动连接。

5.根据权利要求1或3所述的一种轮胎受载变形三维视觉测量仪，其特征在于：所述子测量系统包括被支撑底座顶部支撑的壳体、设置在壳体内的一字线半导体激光器和摄像机，其中每个子测量系统中一字线半导体激光器、摄像机按光学三角法的视觉测量原理布局在壳体中相应位置，两子测量系统中一字线半导体激光器发射的激光束在被测轮胎上重合成同一平面位置上的光平面，两摄像机分别采集各自子测量系统中一字线半导体激光器在被测轮胎上形成的光束图像，由每个子测量系统中一字线半导体激光器和摄像机构成线结构光视觉传感器。

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