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激光传感器在轮胎产业中的应用

日期:2018-11-17来源:废塑料托盘回收发布人:钢铁侠 阅读:0

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随着轮胎规格变得更严格,对于供给商来说轮胎的生产形成一种新的挑战,它需要更快,更尖端发展,以及无论是在线还是离线应用时都有着更正确的丈量和检测系统。

制造商需要的是无须以牺牲正确度为代价就能可靠的检测轮胎的装置和更高的产量,以及高的采样率和更长的间隔。

对于轮胎产业来说生产和产量就意味着一切。他们只能答应很少甚至没有停工时间,后备库存必须保持最低量。同时次品的手工复查也必须减到最小。

在这些应用中,非接触式激光丈量传感器要优于传统接触/机械随动机,愈甚于更早的那种每次丈量时可重复性和产量都会变化的电容传感器。

接触式或机械随动机的最大缺点是这类传感器需要在轮胎上清洁的通道进行持续的丈量。

当轮胎转速为60转/分钟(rpm)时轮胎上的刻字或花纹会破坏接触探针。而这些刻字和花纹也会由于不必要的反弹而严重降低其可重复性。与之相反,设计适当的激光丈量传感器不受表面纹理,颜色,速度或者不同环境的光的条件的影响。与接触式传感器相比,激光传感器与探针磨损或反弹无关,可在较高的速率下收集数据。

在橡胶应用中的性能要求

由于橡胶是玄色,它吸收表面上几乎所有的光,这样为了获得高质量的激光点像以及迅速对表面反射率做出调整,丈量装置需要足够的光功率。

通常即便激光用具有最好的传感器性能也要求激光的光斑比较小,频率响应要很快,以便从具有刻字和各种复杂外形的胎面或侧壁之类的断面中获得可靠的数据。

橡胶的待加工原料,典型的如从挤出机,压延机或在轮胎成型过程中的未加工或未硫化的材料,通常还是热而且粘的,具有玄色光泽表面,同时开释出烟雾。丈量得到的数据必须反映真实外形标准和轮廓。

它不应受热的,烟的环境或表面的影响,也不应受丈量角度或材料的纹理,亮度,斜面,速度或温度的影响。

当在高速的TUO(轮胎均一性)机器上丈量旋转的轮胎时,非接触式传感器必须迅速提供样本以确保没有漏过检测任何缺损。

由于无接触激光丈量能迅速对过程变化做出反应,因此对于这类应用是理想的,它可以在整个生产过程中进行高速不中断的丈量。

如何进行三角丈量

在橡胶和轮胎产业中大多的非接触式传感器用光学激光三角丈量法来正确丈量物体或表面。

在这种技术中一束光从传感器发射到被测表面。它相当于一个自动光断面显微镜,有时作为一种结构化的光会被提及。在表面,激光发射光斑在一点上。在与激光形成的某个角度上,用透镜形成影像或在这个影像平面的光斑照片,位置传感的检测器就置于这个影像平面。假如表面进一步阔别传感器,检测器的光斑变换到不同的点上。通过确定光斑的位置和丈量相关的角度,传感器到表面的间隔可被确定。

有两种主要的检测器类型用于非接触式三角丈量传感器。它们都是固态的,与具有粗糙结构的电路芯片集成,只要适当地组装传感器外壳,即使在恶劣的环境中,其仍具有可靠的性能。

第一种传感器类型是PSD或者称为位置敏感检测器;第二种是CCD也称为带电的耦合设备。

PSD是一种简单的元素检测器,它把进射光转换成连续的位置数据。本质上说它是一种模拟装置。PSD传感器应用于很高的数据要求时,譬如普遍应用于橡胶和轮胎产业中。PSD传感器是为高频率响应,迅速控制光的功率和小的光斑而设计的。它们对光的等级的变化提供一个非常迅速的补偿,这个特征在橡胶的应用中是重要的。

CCD检测器实质上是一种数码照相机的形式,通过一维和二维来完成。通常一维的CCD排列用于单点丈量。二维的样式与激光线性传感器同时使用,这种传感器可以在一个简单的图象框架中丈量二维的外形。CCD检测器的首要缺点是与操纵速度有关,这个速度一般要比从PSD获得的小。

以PSD为基础的激光传感器对于轮胎和橡胶应用是理想的,它正逐步替换刻度盘指示器,线性变量微分变压器,电容,感应和超声的传感器。

生产应用

PSD三角丈量传感器在轮胎产业中无论是半成品还是生产线上都有着广泛的应用。它具有比大多其他传感科技要小的光斑,对于丈量微小变化和断面是理想的选择。以下是在生产应用的一些例子。

压延橡胶厚度的丈量

大多厚度丈量是在固定位置完成的,用两种相反的激光,一个在材料上面另一在下面。

应用微分传感器产品,对于任何类型的材料均可精确和正确丈量厚度的变化。由于样品速率高和光斑小,任何通过的线的变化或材料的震动都不会影响厚度的丈量值。

在某些情况中,两种传感器被安装在一个机械的滑板和“C”形的框架中,在那可以往返扫描以监测材料的宽度的变化。这个框架必须严格防止由于振动而引进丈量误差。

其他方面的应用需要一个或多个安装好的以滚轴等作为参考的传感器。这种方法固然简单且更直接,但它的正确性依靠于所用的精密滚轴。对于轴承磨损和在精密滚珠上积累的污垢必须有所补偿。而且高速使用膨胀的阔别参考点的材料也存在着危险。

挤压成型和导向

由于具有长程和持久性,对这类型的丈量激光传感器是理想的。这种丈量与挤出橡胶的速度和温度也无关。

被挤出的橡胶通过模具形成特定的外形,例如轮胎的胎面部分。在挤压过程中轮廓的在线丈量答应通过改正一些参数,如厚度、宽度和轮廓,来控制加工以形成合适的外形。表面特征,如棱线,中心线和边沿,也可以被检测。它主要能给操纵者模具是如何磨损及何时改变等信息。

胎面挤压成的外形通常可以在挤压的过程中通过机械扫描来完成。在很多应用中需要的速度比机械扫描可取得的要高。

为了适应这个需要,一些生产者发展了一种高速光学扫描点三角丈量传感器。这种传感器可以随着2D扫描线上的每个点而迅速调整激光功率。这就确保每个数据点得到恰当的照射。

重叠和接缝检测

轮胎不均一的原因一般是在轮胎的展叠操纵中不正确的层重叠和侧面的接合。通过在轮胎制造机器中的在线检测,譬如误差和趋势的迅速检测,避免了报废大量的已硫化了的轮胎。在这个应用中,激光传感器比其它类型的传感器更正确。

检测环保轮胎的径向和横向弯曲面

为了减少废品,必须及早的在生产过程中监测产品的弯曲面并在轮胎成型中对其进行丈量;它也提供必要的信息来执行正确的操纵。当在制造轮胎机械中丈量环保轮胎,可以分析和丈量内层,侧壁或者胎面的接合重叠。通过在固化和检测之前识别和更正题目,可以保证得到更均一的终产品。对于创造一个好的丈量如圆度和谐度的统计计算的基准,所提供的正确度和可重复性是关键因素。

终极检查的应用

轮胎侧壁检查

当需要把淘汰率或把高等级轮胎降级的可能性减到最小,侧壁检查过程必须检测所有可疑的产品,譬如有凹陷和突出的轮胎。这个过程牵涉到很多手工检测,这就需要花费大量的时间和金钱。

很多轮胎制造受传感器的丈量限制的影响,因此必须加强他们的侧壁凹凸丈量系统的敏感性,这就需要贵的手工检测。一些丈量系统甚至不能分辨凹陷还是突出。

目前最新的丈量精确性和先进的软件分析克服了大多这些限制。例如PSD激光三角丈量传感器可提供正确可靠的数据,同时具有高分辨和高速度。

轮胎突出是在轮胎生产过程中侧壁材料的小接头产生的不牢固的点。通常假如接头没有足够的重叠,当轮胎受到压力膨胀时,就会像气球一样爆裂。这个突出可以在任何位置,高度从0.3mm到3.0mm,宽度从5.0mm到7.0mm。

PSD激光传感器可以在轮胎转速为60rpm时快速检测突出或其它变形,丈量突出正确率可达到±0.0254mm。

有效的突出高度大约为0.3mm。由于很多突出不是相关的绳而是气泡,顾客现在可以要求高度限在0.2mm。

激光传感器也可以在斜面上丈量,其无数据损失也无角度预先复位的必要。它可提供在侧壁上突出,凹陷,窝的X/Y点和位置,也可以通过玄色的刻字,润滑油或任何其它的障碍物来丈量。

传感器有一个小的光斑,它也可以滤出高频率的信号,静态检测和丈量凹凸的活动频率。

通常被当作α失误被提及的不正确的正性实验也可以通过激光传感器而减到最小。运用电容探针或在轮胎上没有到侧壁的洁净通道进行几何测试,这种α失误率变大。通常轮胎有一个未被检测出的突出是无法接受的,这就会导致整批产品被回收或无效。

产业也对能提供完全的轮胎覆盖和答应有效分析侧壁的线性激光感爱好。它的不利因素是价格高和结构复杂。

均一轮胎机器

很多传感器用于轮胎均一机器(TUO)中。固然很多TUO,如TTOC-II和TSOS系统,用的是激光,但大多系统还是用有非常大的光斑电容探针,这有时就可能导致产品分歧格。

其它机器用接触式探针,它在旋转的轮胎表面上面弹而引起错误,或者用低终端传感器,它不如高终端那样有高样品率和高级的光控回路的激光。

激光传感器和TUO机器结合,可提供比传统接触丈量和电容传感器系统精确得多且快速的周期。

例如一些微处理器系统的光斑大于6.0mm,而精确的激光传感器仅仅只有0.02mm。大的光斑会影响读取的精确性从而限制了应用。由于慢的丈量采样率,一些CCD传感器要求额外的循环时间来处理无关的数据。

在典型的TUO应用,非接触传感器装在铝的C框架臂上。这个TUO系统通过传感器来监测信号,并能识别凹陷的类型,底部的宽度,斜坡的尺寸和其它的几何参数。在轮胎每秒60转旋转时,可以在每个侧面进行4,000次以上的读写。与之相比,用标准的均一测试最多达五个面。

轮胎均一系统被

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