檢測裝置在鋼絲簾布裁斷機(jī)的應(yīng)用研究

張鈞奎，趙建東

(天津賽象科技股份有限公司，天津 300384)

1 應(yīng)用環(huán)境背景

1.1 檢測裝置必要性

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，汽車作為工具已經(jīng)成為交通運(yùn)輸中不可或缺的一部分。由于輪胎的質(zhì)量是決定車輛安全性和穩(wěn)定性的重要因素，故提升輪胎的性能及品質(zhì)已經(jīng)成為當(dāng)今汽車市場的發(fā)展趨勢。

鋼絲簾布的裁切與拼接質(zhì)量是決定輪胎品質(zhì)的的重要因素。而在裁切和拼接的過程中難免會出現(xiàn)寬度誤差、角度偏差、接頭質(zhì)量不達(dá)標(biāo)以及在簾布表面出現(xiàn)漏鋼絲或存在異物的情況。現(xiàn)階段輪生產(chǎn)胎制造企業(yè)通過增加裁斷機(jī)的檢測裝置來提高檢測效率、降低成本、提升輪胎的質(zhì)量等級。

簾布在線檢測系統(tǒng)是專門為輪胎、橡膠企業(yè)開發(fā)的在線自動測量的設(shè)備，可對在生產(chǎn)過程的簾布進(jìn)行實時測量。該系統(tǒng)使用的工業(yè)相機(jī)對被測物進(jìn)行非接觸式檢測，同時采用控制器實現(xiàn)對物料的高速采集測量數(shù)據(jù)及計算處理。

1.2 應(yīng)用環(huán)境

如圖1所示，裁斷機(jī)的工藝流程：鋼絲簾布卷在導(dǎo)開裝置進(jìn)行導(dǎo)開進(jìn)入定中輔助送料輸送裝置進(jìn)行定中，然后通過牽引式遞布裝置牽引后進(jìn)入裁斷裝置，裁斷裝置按照設(shè)定的長度及角度進(jìn)行裁切，裁切好后通過剪床下運(yùn)輸帶送入拼接裝置進(jìn)行拼接，通過儲料裝置然后進(jìn)入貼膠與包邊裝置進(jìn)行膠片的貼附、包邊等工序，最后鋼絲簾布進(jìn)入卷取裝置進(jìn)行橫張力卷取。

圖1 裁斷機(jī)整體布局圖

如圖2所示，簾布 檢測裝置在裁斷機(jī)上的應(yīng)用主要在拼接、卸料裝置之后、貼膠與包邊裝置之前。檢測裝置在此位置不僅可以有效的對鋼絲簾布表面進(jìn)行異物和露鋼絲檢測，還可對拼接后的接頭質(zhì)量進(jìn)行檢測。在檢測的過程中若出現(xiàn)簾布表面或接頭位置達(dá)不到其工藝標(biāo)準(zhǔn)的情況，該裝置會立即發(fā)出報警并停機(jī)，由操作人員進(jìn)行處理。

圖2 裁斷機(jī)工藝流程圖

除此之外，如果出現(xiàn)簾布在拼接后的檢測范圍較寬或裁斷機(jī)的整體結(jié)構(gòu)比較緊湊等情況，會綜合結(jié)構(gòu)、成本等因素考慮，將簾布的表面檢測裝置安裝在簾布導(dǎo)開后、拼接之前；接頭檢測裝置安裝在貼膠與包邊裝置的進(jìn)料位置。

根據(jù)輪胎制造的工藝要求，有部分規(guī)格的輪胎對簾布的生產(chǎn)制造精度要求比較嚴(yán)格，故在完成貼膠、包邊等工序后需要對簾布完成整體的檢測然后再進(jìn)行卷曲，在此期間對于超出其生產(chǎn)誤差的鋼絲簾布會進(jìn)行再次處理。

2 檢測裝置分類和應(yīng)用情況

檢測裝置一般包括簾布接頭情況檢測、簾布表面檢測和接頭處搭接檢測。簾布接頭情況檢測一般包括拼接后的寬度檢測、錯角檢測及開縫檢測。簾布表面檢測一般包括露鋼絲檢測和表面異物檢測。簾布表面檢測和接頭效果檢測是主要是通過視覺檢測得出結(jié)果，而簾布的搭接檢測是由距離傳感器檢測得出。

裁斷機(jī)通過檢測裝置可以對簾布的接頭位置及上、下表面進(jìn)行實時的圖像采集，并同時在采集的過程中對圖像進(jìn)行處理。根據(jù)輪胎的工藝標(biāo)準(zhǔn)和要求對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、判斷；然后通過網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)將檢測結(jié)果同步傳輸至裁斷機(jī)主機(jī)并對不合格的地方進(jìn)行下一步解決。該系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、信息儲存和信號輸出等功能。

2.1 簾布接頭檢測

如圖3所示，簾布接頭檢測一般由檢測鏡頭（工業(yè)相機(jī)）、背景光源、控制器及其軟件系統(tǒng)等部分組成。大部分簾布的寬度誤差和錯角偏差精度要求控制在±0.5mm的范圍內(nèi)，由于線陣CCD相機(jī)的檢測精度高、成像效果好，故簾布接頭檢測的工業(yè)相機(jī)一般采用線陣CCD相機(jī)。

圖3 簾布接頭及表面檢測結(jié)構(gòu)圖

2.1.1 寬度檢測

寬度檢測是為了檢測鋼絲簾布通過裁切、拼接后所產(chǎn)生的寬度誤差。鋼絲簾布由導(dǎo)開裝置導(dǎo)開，通過剪床裁切成工藝所需寬度后由縫合輪拼接。［1］在此過程中，若出現(xiàn)輸送不穩(wěn)定或簾布在運(yùn)輸中拉伸過大等情況就可能導(dǎo)致簾布的裁切寬度超出生產(chǎn)工藝中所允許的誤差。為了有效的規(guī)避此類情況，一般會在拼接、卸料后進(jìn)行寬度檢測并對超出誤差的簾布進(jìn)行處理。

其寬度檢測原理：如圖4所示，鋼絲簾布通過輥道從檢測鏡頭與檢測光源之間經(jīng)過并以光源為背景；鏡頭通過簾布覆蓋光源所顯示的輪廓可清晰的識別出簾布的邊緣并通過工控機(jī)計算出簾布的寬度。

2.1.2 錯角檢測

如圖5所示，錯角檢測是為了檢驗鋼絲簾布被抓取定位后拼接時邊部是否對齊。其主要產(chǎn)生原因為：在拼接接頭區(qū)域的邊部由于不平整而出現(xiàn)的寬度落差從而形成的現(xiàn)象。其原理同寬度檢測原理相同，檢測鏡頭以檢測光源為背景、鋼絲簾布通過光源時，根據(jù)簾布兩側(cè)邊緣輪廓數(shù)據(jù)的突變值可計算出簾布錯位偏差量，其誤差即為錯角偏差。

圖5 錯角檢測情況顯示

2.1.3 開縫檢測

開縫檢測的主要目的是檢驗接頭處的拼接效果，觀察兩片簾布接頭位置的端面線是否處于一條線上，其拼接位置是否存在微小的“縫隙”。由于鋼絲簾布本身是一種按一定角度和密度排布作為骨架材料在此上附著上一層橡膠的產(chǎn)品，所以在裁斷拼接的過程中接頭位置的鋼絲于鋼絲之間會出現(xiàn)一定長度的縫隙。為了保證拼接質(zhì)量，會在拼接后進(jìn)行檢測并對開縫位置手動拼接。其結(jié)構(gòu)與位置和寬度檢測相同；其原理為鋼絲簾布在通過底部背景光源過程中，若拼接位置存在開縫，光源發(fā)出的光便可透過簾布開縫位置被檢測鏡頭捕捉并識別。

2.2 簾布露鋼絲及異物檢測

如圖6所示，漏鋼絲檢測主要是為了檢測鋼絲簾布表層的橡膠是否完好。鋼絲簾布在壓延的過程中會使橡膠均勻的附著在鋼絲層上。［2］若壓延的效果不好，鋼絲表面可能會出現(xiàn)沒有完全附著上橡膠的情況，所以便會導(dǎo)致簾布表面露出合金鋼絲。除此之外，在簾布的運(yùn)輸及導(dǎo)開等過程中也有可能導(dǎo)致簾布表面橡膠破損露出內(nèi)部鋼絲。

圖6 露鋼絲檢測情況顯示

如圖7所示，表面異物檢測是為了檢測在簾布導(dǎo)開后，表面是否粘連其他雜物。其產(chǎn)生的主要原因是在壓延卷曲和裁斷導(dǎo)開的過程中可能會黏連隔離墊布碎片、標(biāo)識物和其他在生產(chǎn)中所混入的物質(zhì)。

圖7 異物檢測情況顯示

漏鋼絲及異物檢測方式：由于簾布的表面檢測精度一般為3×3、5×5或10×10，所以其常用的方式有兩種；一種由面陣相機(jī)、光源、背景板、控制器及軟件系統(tǒng)等主要部分構(gòu)成；其特點(diǎn)為成本低、調(diào)試難度低，通常用于單獨(dú)檢測簾布表面的工位。如圖8所示，另一種由線陣CCD相機(jī)、隧道光源、控制器及軟件系統(tǒng)等主要部分構(gòu)成，上、下隧道光源互為上、下檢測相機(jī)的光源和背景板。其特點(diǎn)為檢驗精度高、結(jié)構(gòu)簡單，通常在拼接后與接頭檢測共用一套裝置。

圖8 檢測裝置結(jié)構(gòu)圖

簾布表面檢測的檢測原理為工業(yè)相機(jī)根據(jù)露鋼絲位置和存在異物位置的 “灰度”與正常簾布表面 “灰度”之間的差別來判斷其表面是否存在破損或異物。灰度是指黑白圖像中顏色的深度；即采用黑色調(diào)來表示物體，以黑色為基準(zhǔn)色用不同飽和度的黑色來顯示圖像。灰度范圍一般在0～255，白色為255，黑色為0。檢測裝置通過工業(yè)相機(jī)對簾布表面灰度圖像進(jìn)行采集，并通過其灰度差來判斷表面缺陷和異物的位置。

2.3 簾布搭接檢測

在簾布的拼接的過程中，由于簾布輸送時定位不準(zhǔn)等情況導(dǎo)致兩片簾布的接頭位置會出現(xiàn)“搭在一起”的情況，在此情況下拼接會導(dǎo)致簾布的搭接現(xiàn)象。簾布搭接位置的厚度一般為正常簾布厚度的1～2倍，檢測系統(tǒng)可以通過激光測距傳感器檢測簾布厚度的突變值判定接頭位置是否搭接。

如圖9所示，其檢驗原理為該檢測裝置在簾布上下各放置一個激光傳感器（安裝在檢測架體上），系統(tǒng)根據(jù)兩傳感器的位置得到兩者之間的初始檢測距離H。當(dāng)簾布從傳感器中間穿過時，上、下兩個激光傳感器分別測量出自身到簾布上、下表面的距離H1、H2。系統(tǒng)會實時根據(jù)H與H1+H2的差值得出ΔH，該值即為簾布的當(dāng)前厚度。

圖9 搭建檢測原理圖

如圖10所示，搭建檢測裝置主要采用的是激光測距傳感器，其采用的是三角法測量原理。激光三角法測量原理是使用激光發(fā)射器發(fā)射一束特定光線，以某一角度照射在簾布表面，再從立一個角度探測簾布表面的光斑，然后進(jìn)行成像處理，由于簾布表面存在的高差會使反射或漫反射光線的角度的發(fā)生變化，所以通過光電探測器得出的角度就可以計算出傳感器到簾布的距離。［3］

圖10 搭建檢測結(jié)構(gòu)示意圖

3 未來發(fā)展趨勢

在當(dāng)今市場中，簾布檢測系統(tǒng)已經(jīng)在鋼絲簾布裁斷機(jī)上得到廣泛的使用并在檢測的過程中取得了顯著的成效。此裝置在生產(chǎn)中運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性好、可實現(xiàn)信息化管控生產(chǎn)。該裝置可以檢測出鋼絲簾布接頭位置及其上、下表面的瑕疵和誤差情況。應(yīng)用此裝置的裁斷機(jī)有如下優(yōu)勢：

（1）在鋼絲簾布裁斷機(jī)中增加檢測裝置可以更加準(zhǔn)確的判斷出簾布在裁切和拼接過程中所產(chǎn)生的各種病次問題；與此同時，操作人員可以實時根據(jù)檢測結(jié)果對不滿足工藝要求的簾布進(jìn)行處理。該裝置可以最大程度避免由于裁斷、拼接過程中簾布不達(dá)標(biāo)所產(chǎn)生輪胎品質(zhì)不佳的問題。

（2）通過檢測裝置對簾布的接頭位置及上、下表面的檢測不僅可以更好的提高生產(chǎn)效率，還可以有效的降低人工成本。采用檢測裝置替代人工肉眼檢測可以盡可能的規(guī)避檢測時所產(chǎn)生的安全風(fēng)險，同時此裝置還可以將檢測的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、儲存，方便后期工作人員通過此數(shù)據(jù)對裁斷機(jī)的生產(chǎn)情況進(jìn)行分析、優(yōu)化。

此外，使用檢測裝置對裁斷機(jī)的生產(chǎn)情況進(jìn)行檢測已經(jīng)是一項成熟的技術(shù)，后期此裝置也會根據(jù)用戶的使用情況降低整套系統(tǒng)的成本。同時為了更好的提升簾布的裁斷品質(zhì)也會對此系統(tǒng)增加情況分析、遠(yuǎn)程檢測等功能。