基于X射線數據采集的輪胎檢測系統研究

王東東，朱青

（鹽城市產品質量監督檢驗所，江蘇 鹽城 224056）

基于X射線數據采集的輪胎檢測系統研究

王東東，朱青

（鹽城市產品質量監督檢驗所，江蘇 鹽城 224056）

輪胎作為汽車的重要組成部件，簾線彎曲、鼓包等質量問題層出不窮，卻沒有行之有效的檢測手段發現上述質量問題，給安全行駛埋下了極大隱患。X射線穿透能力強，可以掃描到輪胎內層結構且易于成像等優勢，本文探討利用X射線掃描實現對輪胎內部質量狀況數據的無損化采集。

X射線；輪胎檢測；數據采集系統

0 引言

利用X射線建立輪胎的數據采集系統，進而實現對輪胎的監測，這一體系目前還不夠完善，還需要對具體使用情況進行分析和改進，完善輪胎檢測系統，保障行車安全。本文對基于X射線數據采集的輪胎檢測系統進行分析研究，提出了對檢測系統分析的一些個人看法。

1 現狀分析

目前因輪胎質量問題導致的交通事故逐年增加，這對輪胎產業的發展是一個巨大的考驗，因此需要保證每一個生產出來的輪胎質量符合相關國家標準的要求，并對其進行有效的監測。基于X射線數據采集的輪胎檢測系統，能夠及時檢測到輪胎的質量變化，提升輪胎產品的整體品質。

X射線技術屬于電磁輻射，顯示為波粒二象性特點，眾多輪胎企業都采用此技術進行質量檢測。在設置好檢測位置之后，X射線從射線源中發射出來，以特定的速率發射到轉動的輪胎上，輪胎內部材料上存在差異，所以X射線的透過率與射線強度上存在差異，穿過輪胎后，X射線照射到閃爍體上，X射線隨后會曝光閃爍體，在電離作用下發出可見光，非晶硅層隨后會捕捉可見光，在其內部的光電二極管的作用下，會產生與光強度一致的電流信號，最終電流信號經過圖像采集芯片取得數字圖像信號。

2 輪胎內部缺陷分析

（1）簾線分布不均。輪胎簾線分布不均勻主要是指鋼絲簾線分布的疏密程度不同，某些局部區域簾線較為稀疏或者較為密集。簾線分布不均會導致簾線承受的應力分布不均勻，即局部區域簾線應力過大，將導致該處輪胎出現胎面肩空及鼓包現象，嚴重者會發生爆胎故障，導致輪胎的早期損壞。

（2）胎冠部或肩部，帶束層與帶束層、帶束層與胎身簾布層之間脫層或爆破。原因：制造原因，滾壓不實；有雜物或汽油揮發不干；鋼絲與橡膠粘合不好；冠肩部傷口未及時修補，水分滲入，銹蝕并擴展。檢修方法：需及時拆下修補，一般不作前輪，以防造成前輪發擺。

（3）簾線斷裂、交叉。簾線斷裂、交叉，是指部分簾線由于使用中受力不均或生產質量缺陷而斷裂、變形交叉，將導致輪胎簾線局部應力集中，在車輛行駛過程中會使輪胎發熱快，脫層、鼓包甚至爆胎，導致輪胎早期損壞。

3 數據采集系統簡介

由于X射線穿透能力強，可以掃描到輪胎內層結構且易于成像等優勢，本檢測系統通過利用X射線掃描實現對輪胎內部質量狀況數據的無損化采集。

（1）輪胎檢測系統中的核心就是數據采集系統，他能夠對計算機和探測器進行連接，對數據進行采集并進行分析處理。數據采集系統的性能直接影響了輪胎檢測系統的后續工作，因此需要對采集速度、準確性、靈活性進行改進。可以采用層次化、模塊化的方式對系統進行處理，使之能夠高效運行。數據采集系統可以分為傳輸層、探測層和采集層。傳輸層通過研修中心的數據與上機位進行通信，再由探測層將X射線的變化數據轉換為電信號。采集層負責與上機位之間的通信以及協調整個工作系統各部分的運轉。數據采集層需要根據上機位發出的指令對數據進行處理，對芯片進行控制，還要根據現場傳來的指令將采集到的信息進行錄入。這樣的設計方案使系統工作更加靈活，擴展性得到了加強也可根據實際情況對模塊的數量進行修改。

（2）數據傳輸層的功能是通過傳輸板卡傳輸給上機位采集板采集到的信息。傳輸板卡主要有主板卡和擴展卡兩種，數據的采集可以從多個接口同時進行，以保證信息采集量，每個接口都與探測轉換板相連接，而又各自獨立存在。因此數據采集板的數量可以有很多，最多可有72個。而數據采集板又與數據傳輸板相連，并通過底板的接口。

（3）信號探測層顧名思義就是對于信息的探測，X射線透射過物體之后由于物體的吸收作用會衰減一部分，而信號探測層就是負責將透過物體后剩余的X射線轉換成電信號。這一信號會形成弱電流，要保證采集層的轉換模板之間的距離很小才能保證電流不被干擾。因此信號探測模塊與數據采集層的轉換模板相連接形成了單獨的探測轉換系統。

4 系統測試及性能的分析

在系統的設計上可以分為采集控制和探測轉換兩個部分的電路模板，通過一個插口進行連接。因此硬件的檢測需要先分別對兩個部分進行測試，發現問題并進行調試，在兩個部分的電路板都確定沒有問題后，再對整體硬件部分進行測試，在得到整個系統硬件可行并無誤的結果之后才能保證整個系統的安全可靠，然后再進行軟件的測試。

由于在編程過程中將整個系統分成了若干個模塊。所以應該對每一個模塊進行測試后，在對整個系統軟件進行一個整體的測試，以保證體系的可運轉性。

動態范圍可用于輪胎系統的檢測中，通過對系統數據轉換的精確程度分析來鑒定系統的可行性。通過對X射線照射下系統輸出數據的變化和沒被照射的數據進行對比，可以得到兩組數據的方差比值，這就是動態范圍的定義。

動態范圍具有一定的波動值，系統的數據比值需要在范圍之內才算系統可行；動態范圍的最小值為8000，若小于8000，則系統不合理，需要進行改進。

采用X射線檢測的具體流程：

結合采用計算機程序與PLC程序，利用以太網傳輸數據，從而形成自動檢測的流程，其中電器系統由PLC控制并帶動機械結構運動，計算機軟件是采集X光凸顯并識別缺陷，詳細操作如下：

（1）輪胎達到檢測區后，PLC會接收到計算機通知工作的信號并進行準備狀態，并向計算機傳遞準備就緒信號。

（2）接收到PLC傳遞的準備就緒信號之前，計算機已經準備就緒，等待接收PLC的信號到來。

（3）用戶發出“檢測開始命令”信號，計算機接收后并傳遞給PLC。

（4）接收到“檢測開始命令”之后，PLC程序會指揮X光發生系統、變頻器以及伺服驅動系統，記錄下輪胎的初始圖像信息，并對開始轉動的輪胎利用射線進行掃描。

（5）計算機會收取到接收系統與圖像處理系統傳遞的連續輪胎圖像數據信心，隨后計算機會將此信息與輪胎舒適信息進行數據對比，如兩個數據相吻合，那么就表明輪胎的整體完成掃描，若數據存在差異，則說明檢測沒有全部完成，需要繼續掃描。

（6）計算機獲取到掃描圖像后，會發送“完成圖像采集”的信號給PLC，在接收到此信號之后，PLC會即刻停止X射線發生系統與伺服驅動系統工作，計算機采用圖像處理程序識別輪胎并判級。

（7）完成識別與判級操作后，計算機會依照判定結果發出“合格”與“不合格”信號。

（8）PLC會依照計算機發出的信號，分別做出兩套對應的動作。

（9）一個檢測流程結束，等待下一檢測。

5 結束語

輪胎作為汽車的重要配件，其質量問題需要引起汽車制造企業的關注，輪胎檢測系統也需要進行完善，以保證輪胎的質量，保障人們的使用安全。探測系統和數據采集傳輸系統是X射線輪胎檢測系統中的核心所在，通過探測和數據采集才能實現X射線源與計算機端的有效連接。

本文分析了輪胎數據采集傳輸系統的發展現狀，在研究X射線探測器的基礎上對輪胎數據的采集工作提出了一些建議，并對一些方案進行了研究和分析。

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U463.341；U467

A

1671-0711（2016）11（下）-0018-02