一种滚动轮胎胎面滑移测量系统及胎面滑移测量方法与流程

本发明属于测量技术领域，具体涉及一种滚动轮胎胎面滑移测量系统及胎面滑移测量方法。

背景技术：

轮胎在实际使用过程中，胎面会面临各种类型的异常磨损问题，如肩部偏磨、冠部中心偏磨，跟趾状磨损等，这些异常磨损的存在严重影响了轮胎的使用寿命。室内的轮胎异常磨损测试分析技术，可大大缩短轮胎产品开发周期和改善周期。如何通过快速有效的室内测试手段分析预测轮胎在实际使用中发生异常磨损的类型及严重程度，是目前国内外轮胎企业磨耗测试技术开发的重点方向之一。

滚动轮胎胎面接地区域的滑移与实际轮胎的磨损密切相关，胎面滑移场的分布特性可有效地用于分析轮胎导入特定市场的初期发生异常磨损的可能性。

国内外轮胎企业现有的胎面滑移测量技术方案，主要依靠在轮胎行驶的台面上装置针式位移传感器，使针式位移传感器与滚动轮胎的胎面指定测量点接触，通过针式位移传感器的多次测量，可以得到轮胎在给定工况下胎面特定测量位置的滑移量及其分布。

国内外轮胎企业现有的基于针式位移传感器的胎面滑移测量技术的缺点主要包括以下方面：

测量原理存在缺陷。因针式位移传感器的安装特性，轮胎胎面与针式位移传感器的接触区域存在空隙，该空隙的存在使得所测量的轮胎胎面的变形和滑移与轮胎在真实道路上行驶时的滑移特性存在差异(轮胎与路面的接触状态发生改变)；

测量过程效率较低。轮胎运行一次，可完成胎面与针式传感器接触的一个微小区域的滑移测量，即只能完成一个目标点的测量。对于轮胎胎面较大范围的接地区域，需要使轮胎运行多次并不断改变与针式传感器接触的相对位置，方可完成接地区域内滑移场的测量，整个测试过程耗时长，效率低；

针式传感器的维护成本高。因轮胎多次滚动接触针式传感器，传感器需定期的校准，以保持滑移测量的稳定性。针式传感器频繁的校验及维护，其时间成本及经济成本耗费较大。

技术实现要素：

为克服现有技术存在的缺陷，本发明旨在提供一套能够测量滚动轮胎胎面滑移的测试系统和方法，用于轮胎滚动过程中胎面接地区域内的滑移场测量，根据所测量的轮胎在给定工况下的滑移场分布情况，可用来预测轮胎导入市场初期发生异常磨耗的类型及严重程度。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种滚动轮胎胎面滑移测量系统，包括轮胎，系统还包括玻璃板，轮胎滚动通过玻璃板上表面，轮胎的胎面喷涂有多个胎面标记点，轮胎通过轮胎滚动控制部来控制其滚动，玻璃板下方位于轮胎与玻璃板接触区域的铅垂方向上设置有用于拍摄胎面标记点与玻璃板的“接触-离开”过程图集的高速CCD相机，高速CCD相机将图集传输至处理器。

进一步地，玻璃板下方还设有两个用于对轮胎胎面接触玻璃板区域进行照明的LED光源。

进一步地，轮胎的胎面上具有间隔排布的花纹条和花纹沟，胎面标记点设置在花纹条上，胎面标记点与花纹条边缘间距为至少为5mm。

滚动轮胎胎面滑移测量系统的测量方法包括以下步骤：

(31)轮胎胎面喷涂多个胎面标记点；

(32)轮胎通过轮胎滚动控制部控制其滚动；

(33)在胎面标记点接触玻璃板之前开启高速CCD相机，高速CCD相机拍摄胎面标记点与玻璃板的“接触-离开”过程图集并将图集传输至处理器；

(34)处理器通过图像处理算法中的Blob分析找到每张图像中胎面标记点的质心坐标；

(35)顺序播放图集，在图集中找出胎面标记点a开始接触及离开的对应图像序号，对于胎面标记点a从第i张图像起，标记点a开始接触玻璃板，从第j张图像起，标记点a开始离开玻璃板，第i张图像标记点a的坐标为(Xi,Yi)，第j张图像标记点a的坐标为(Xj,Yj)，标记点a的滑移矢量由滑移量和滑移方向组成，标记点a的滑移量为ΔX＝Xj-Xi，ΔY＝Yj-Yi，ΔX和ΔY即表示标记点a分别在横坐标X方向和纵坐标Y方向上产生的滑移量，以坐标(Xi,Yi)作为起点，朝向坐标(Xj,Yj)的方向为滑移方向；

(36)重复步骤(35)可以得出所有胎面标记点的滑移矢量。

进一步地，步骤(33)之前，LED光源对轮胎胎面接触玻璃板的区域进行照明。

本发明具有以下有益效果：

本发明能够在不改变胎面与接触面的接触状态的前提下测量胎面的滑移；本发明能够高效地完成胎面滑移的测量，即轮胎运行一次即可完成一个工况下的滑移场测量，与所选取的测量点数目无关；本发明的测量系统结构简单，能够有效地降低胎面滑移测量的维护成本。

附图说明

图1为本发明的滚动轮胎的胎面滑移测量系统；

图2为本发明的图像质心图；

图3为胎面标记点的滑移矢量图；

图4为胎面标记点2示意图；

图5为条状花纹的轮胎的胎面上标有胎面标记点的示意图；

图6为一实施例中条状花纹上标有胎面标记点的示意图。

具体实施方式

本发明主要是开发一套系统能够测量滚动轮胎接地区域的胎面滑移。

本发明的工作原理如图1所示：滚动轮胎胎面滑移测量系统包括轮胎1和玻璃板4，轮胎1滚动通过玻璃板4上表面，，轮胎1的胎面喷涂有多个胎面标记点2，滚动控制部3设置在轮胎1上，轮胎1通过轮胎滚动控制部3来控制其滚动，玻璃板4下方位于轮胎与玻璃板接触区域的铅垂方向上设置有用于拍摄胎面标记点2与玻璃板4的“接触-离开”过程图集的高速CCD相机6，高速CCD相机6固定不动，其距玻璃板4的垂向距离可以进行调整，以满足拍摄区域的尺寸要求，采用高速CCD相机6对滚动轮胎的胎面“接触-离开”过程进行图像采集，不会改变胎面与接触面的接触状态，高速CCD相机6将图集传输至处理器7。在处理器7上依靠图像处理软件对图集进行处理分析，通过连续采集的图像中胎面标记点2位置坐标的变化，计算得出胎面各个标记点在轮胎滚动过程中的滑移量大小及滑移方向。LED光源5用于轮胎胎面接触玻璃板区域的照明。轮胎单次运行即可完成整个胎面标记点的滑移场测量，测试效率高。“接触-离开”过程图集指的是高速CCD相机6在多个胎面标记点2在开始接触到玻璃板4时开始拍摄图像，直到多个胎面标记点2离开玻璃板4时结束拍摄。

玻璃板4下方还设有两个用于对轮胎1胎面接触玻璃板4区域进行照明的LED光源5。

滚动轮胎胎面滑移测量系统的测量方法包括以下步骤：

(31)轮胎1胎面喷涂多个胎面标记点2；

(32)轮胎1通过轮胎滚动控制部3控制其滚动，轮胎1从装置一端向前滚动至另一端，玻璃板4位于装置的中部；

(33)在胎面标记点2接触玻璃板之前开启高速CCD相机6，高速CCD相机6拍摄胎面标记点2与玻璃板4的“接触-离开”过程图集并将图集传输至处理器7；

(34)处理器7通过图像处理算法中的Blob分析找到每张图像中胎面标记点2的质心坐标；

(35)在顺序播放采集的图像时，通过视觉观察所有胎面标记点中“接触-离开”玻璃板4的整个过程并找出各胎面标记点开始接触及离开的对应图像序号，对于胎面标记点a从第i张图像起，标记点a开始接触玻璃板，从第j张图像起，标记点a开始离开玻璃板，第i张图像标记点a的坐标为(Xi,Yi)，第j张图像标记点a的坐标为(Xj,Yj)，标记点a的滑移量为ΔX＝Xj-Xi，ΔY＝Yj-Yi，ΔX和ΔY即表示标记点a分别在横坐标X方向和纵坐标Y方向上产生的滑移量，以坐标(Xi,Yi)作为起点，朝向坐标(Xj,Yj)的方向为滑移方向，同理可以得出所有胎面标记点的滑移矢量，后续将具有可比意义的不同轮胎的滑移场进行对比，形成数据、图像、图表的分析总结，分析判断产品的优劣以及产品改善的方向。步骤(33)之前，LED光源5对轮胎1胎面接触玻璃板4的区域进行照明。

Blob分析(Blob Analysis)是对图像中相同像素的连通域进行分析，该连通域称为Blob。Blob分析可为机器视觉应用提供图像中的斑点的数量、位置、形状和方向，还可以提供相关斑点间的拓扑结构。

轮胎1滚动通过玻璃板4，胎面标记点2经历了“接触—离开”过程，该过程中因橡胶的变形以及胎面与玻璃板的微观滑动，胎面标记点2将产生一定的滑移量。其中，“接触-离开”过程为胎面标记点2开始接触玻璃板直至离开的过程，高速CCD相机6拍摄下这一过程中的系列照片。

具体的滑移量的计算过程为：

(1)对含有胎面标记点的图像进行处理，通过图像处理算法中的Blob分析找到每张图像中各标记点的质心坐标。

假设在某个试验中高速CCD相机拍摄了1个图集，图集中包含滚动轮胎胎面完整的“接触—离开”过程，共有n张图像，图2(a)为第1张图像，通过Blob分析得出此图像中某标记点的坐标为(X1,Y1)，图2(b)为第n张图像，该标记点的坐标为(Xn,Yn)，以此类推。

胎面上各位置的标记点并非是在同一时刻与玻璃板接触，离开玻璃板的时刻也存在差异，要想准确计算出胎面各个标记点的滑移量，需找出各标记点与玻璃板的接触时刻及离开时刻。

(2)顺序播放采集的图像，橡胶与玻璃板接触时会有印迹，图像景深也会产生变化，通过视觉可以观察到胎面标记点“接触—离开”玻璃板的整个过程。判断各个标记点开始接触及离开的时刻，找出各标记点开始接触及离开的对应图像序号。

仍以上图中标记点为例，从第i张图像起，标记点开始接触玻璃板，从j张图像起，标记点开始离开玻璃板，则在该标记点“接触—离开”的过程中，坐标由初始的(Xi,Yi)变成了最终的(Xj,Yj)。

(3)参见图3，该标记点准确的滑移量为ΔX＝Xj-Xi，ΔY＝Yj-Yi，ΔX和ΔY即表示胎面标记点分别在X方向和Y方向上产生的滑移量。

X方向为横坐标，Y方向为纵坐标，则得到的滑移量既有大小、亦有方向。以第i张图像中该标记点为起点，作出带箭头的方向线，线段的长度代表滑移量的大小，方向代表标记点的滑移方向，下图中的红色箭头线即为该胎面标记点在轮胎滚动过程中产生的滑移矢量。

(4)同理求出所有胎面标记点的滑移矢量，即可得到滚动轮胎的胎面滑移场。

测试系统采用相机和图像处理技术对胎面“接触-离开”过程进行分析，得出胎面上各个标记点的滑移大小和滑移方向，系统稳定性高，维护成本低。

胎面标记点为圆形银白色点，在LED光的照射下，亮度较高。胎面标记点的取点主要依据以下2方面：轮胎花纹类型及具体样式；轮胎在目标市场潜在的异常磨损形式。

以条状花纹的轮胎为例，轮胎胎面部分区域如图4所示：条状花纹的花纹形式以长条为主，花纹条上会有一些浅的沟槽，花纹沟多与轮胎行驶方向相同，少有较深的横向花纹沟。该类轮胎在市场上潜在的异常磨损形式主要为肩部偏磨、冠部偏磨、单条磨损等。根据以上信息，胎面标记点的取点将主要考察轮胎横向上各花纹条滑移场的差异，以此来预测轮胎导入市场初期发生异常磨损的可能性。

该轮胎具体的取点如图5所示：轮胎的胎面上具有间隔排布的花纹条和花纹沟，胎面标记点2设置在花纹条上，靠近花纹边缘的胎面标记点与花纹边缘的距离需在一定范围内，胎面标记点2与花纹条边缘间距为至少为5mm。条状花纹的轮胎测试只需要横向一排点即可分析轮胎的偏磨耗可能性，纵向上一般不需要多次取点。按照等分的原则进行取点，依靠横向上胎面标记点的滑移场分布即可预测条状花纹轮胎导入市场初期潜在的异常磨损形式及可能性。测试轮胎不全是带花纹沟的，光面的轮胎也可以进行滑移场的测量，胎面标记点距花纹边缘间距至少为5mm，无论纵向的花纹边缘或横向的花纹边缘。胎面标记点的横向间距按等分原则取点，纵向间距只针对于块状花纹的轮胎，会在控制边距的基础上也按等分的原则取点。

另外，块状花纹的轮胎在市场上潜在的异常磨损形式主要为前后摆动(Heel&Toe)，在花纹块上以图6的取点方法标记胎面点，即可达到测量分析的目的。对与其他类型的花纹，可结合条状花纹与块状花纹的取点方法，针对分析的目的，综合确定最终的胎面标记点。