基于X射线数据采集的轮胎检测系统研究
2016-02-05王东东朱青
王东东，朱青
（盐城市产品质量监督检验所，江苏 盐城 224056）
基于X射线数据采集的轮胎检测系统研究
王东东，朱青
（盐城市产品质量监督检验所，江苏 盐城 224056）
轮胎作为汽车的重要组成部件，帘线弯曲、鼓包等质量问题层出不穷，却没有行之有效的检测手段发现上述质量问题，给安全行驶埋下了极大隐患。X射线穿透能力强，可以扫描到轮胎内层结构且易于成像等优势，本文探讨利用X射线扫描实现对轮胎内部质量状况数据的无损化采集。
X射线；轮胎检测；数据采集系统
0 引言
利用X射线建立轮胎的数据采集系统，进而实现对轮胎的监测，这一体系目前还不够完善，还需要对具体使用情况进行分析和改进，完善轮胎检测系统，保障行车安全。本文对基于X射线数据采集的轮胎检测系统进行分析研究，提出了对检测系统分析的一些个人看法。
1 现状分析
目前因轮胎质量问题导致的交通事故逐年增加，这对轮胎产业的发展是一个巨大的考验，因此需要保证每一个生产出来的轮胎质量符合相关国家标准的要求，并对其进行有效的监测。基于X射线数据采集的轮胎检测系统，能够及时检测到轮胎的质量变化，提升轮胎产品的整体品质。
X射线技术属于电磁辐射，显示为波粒二象性特点，众多轮胎企业都采用此技术进行质量检测。在设置好检测位置之后，X射线从射线源中发射出来，以特定的速率发射到转动的轮胎上，轮胎内部材料上存在差异，所以X射线的透过率与射线强度上存在差异，穿过轮胎后，X射线照射到闪烁体上，X射线随后会曝光闪烁体，在电离作用下发出可见光，非晶硅层随后会捕捉可见光，在其内部的光电二极管的作用下，会产生与光强度一致的电流信号，最终电流信号经过图像采集芯片取得数字图像信号。
2 轮胎内部缺陷分析
（1）帘线分布不均。轮胎帘线分布不均匀主要是指钢丝帘线分布的疏密程度不同，某些局部区域帘线较为稀疏或者较为密集。帘线分布不均会导致帘线承受的应力分布不均匀，即局部区域帘线应力过大，将导致该处轮胎出现胎面肩空及鼓包现象，严重者会发生爆胎故障，导致轮胎的早期损坏。
（2）胎冠部或肩部，带束层与带束层、带束层与胎身帘布层之间脱层或爆破。原因：制造原因，滚压不实；有杂物或汽油挥发不干；钢丝与橡胶粘合不好；冠肩部伤口未及时修补，水分渗入，锈蚀并扩展。检修方法：需及时拆下修补，一般不作前轮，以防造成前轮发摆。
（3）帘线断裂、交叉。帘线断裂、交叉，是指部分帘线由于使用中受力不均或生产质量缺陷而断裂、变形交叉，将导致轮胎帘线局部应力集中，在车辆行驶过程中会使轮胎发热快，脱层、鼓包甚至爆胎，导致轮胎早期损坏。
3 数据采集系统简介
由于X射线穿透能力强，可以扫描到轮胎内层结构且易于成像等优势，本检测系统通过利用X射线扫描实现对轮胎内部质量状况数据的无损化采集。
（1）轮胎检测系统中的核心就是数据采集系统，他能够对计算机和探测器进行连接，对数据进行采集并进行分析处理。数据采集系统的性能直接影响了轮胎检测系统的后续工作，因此需要对采集速度、准确性、灵活性进行改进。可以采用层次化、模块化的方式对系统进行处理，使之能够高效运行。数据采集系统可以分为传输层、探测层和采集层。传输层通过研修中心的数据与上机位进行通信，再由探测层将X射线的变化数据转换为电信号。采集层负责与上机位之间的通信以及协调整个工作系统各部分的运转。数据采集层需要根据上机位发出的指令对数据进行处理，对芯片进行控制，还要根据现场传来的指令将采集到的信息进行录入。这样的设计方案使系统工作更加灵活，扩展性得到了加强也可根据实际情况对模块的数量进行修改。
（2）数据传输层的功能是通过传输板卡传输给上机位采集板采集到的信息。传输板卡主要有主板卡和扩展卡两种，数据的采集可以从多个接口同时进行，以保证信息采集量，每个接口都与探测转换板相连接，而又各自独立存在。因此数据采集板的数量可以有很多，最多可有72个。而数据采集板又与数据传输板相连，并通过底板的接口。
（3）信号探测层顾名思义就是对于信息的探测，X射线透射过物体之后由于物体的吸收作用会衰减一部分，而信号探测层就是负责将透过物体后剩余的X射线转换成电信号。这一信号会形成弱电流，要保证采集层的转换模板之间的距离很小才能保证电流不被干扰。因此信号探测模块与数据采集层的转换模板相连接形成了单独的探测转换系统。
4 系统测试及性能的分析
在系统的设计上可以分为采集控制和探测转换两个部分的电路模板，通过一个插口进行连接。因此硬件的检测需要先分别对两个部分进行测试，发现问题并进行调试，在两个部分的电路板都确定没有问题后，再对整体硬件部分进行测试，在得到整个系统硬件可行并无误的结果之后才能保证整个系统的安全可靠，然后再进行软件的测试。
由于在编程过程中将整个系统分成了若干个模块。所以应该对每一个模块进行测试后，在对整个系统软件进行一个整体的测试，以保证体系的可运转性。
动态范围可用于轮胎系统的检测中，通过对系统数据转换的精确程度分析来鉴定系统的可行性。通过对X射线照射下系统输出数据的变化和没被照射的数据进行对比，可以得到两组数据的方差比值，这就是动态范围的定义。
动态范围具有一定的波动值，系统的数据比值需要在范围之内才算系统可行；动态范围的最小值为8000，若小于8000，则系统不合理，需要进行改进。
采用X射线检测的具体流程：
结合采用计算机程序与PLC程序，利用以太网传输数据，从而形成自动检测的流程，其中电器系统由PLC控制并带动机械结构运动，计算机软件是采集X光凸显并识别缺陷，详细操作如下：
（1）轮胎达到检测区后，PLC会接收到计算机通知工作的信号并进行准备状态，并向计算机传递准备就绪信号。
（2）接收到PLC传递的准备就绪信号之前，计算机已经准备就绪，等待接收PLC的信号到来。
（3）用户发出“检测开始命令”信号，计算机接收后并传递给PLC。
（4）接收到“检测开始命令”之后，PLC程序会指挥X光发生系统、变频器以及伺服驱动系统，记录下轮胎的初始图像信息，并对开始转动的轮胎利用射线进行扫描。
（5）计算机会收取到接收系统与图像处理系统传递的连续轮胎图像数据信心，随后计算机会将此信息与轮胎舒适信息进行数据对比，如两个数据相吻合，那么就表明轮胎的整体完成扫描，若数据存在差异，则说明检测没有全部完成，需要继续扫描。
（6）计算机获取到扫描图像后，会发送“完成图像采集”的信号给PLC，在接收到此信号之后，PLC会即刻停止X射线发生系统与伺服驱动系统工作，计算机采用图像处理程序识别轮胎并判级。
（7）完成识别与判级操作后，计算机会依照判定结果发出“合格”与“不合格”信号。
（8）PLC会依照计算机发出的信号，分别做出两套对应的动作。
（9）一个检测流程结束，等待下一检测。
5 结束语
轮胎作为汽车的重要配件，其质量问题需要引起汽车制造企业的关注，轮胎检测系统也需要进行完善，以保证轮胎的质量，保障人们的使用安全。探测系统和数据采集传输系统是X射线轮胎检测系统中的核心所在，通过探测和数据采集才能实现X射线源与计算机端的有效连接。
本文分析了轮胎数据采集传输系统的发展现状，在研究X射线探测器的基础上对轮胎数据的采集工作提出了一些建议，并对一些方案进行了研究和分析。
[1]吴业暖.普通结构轮胎胎肩脱层的原因分析及防治措施[J].化工技术，2012(4).
[2]曹颜波.基于轮胎成型机压辊机构分析与最优设计的研究分析.[J].青岛科技大学，2011.(5).
[3]李楠，刘永强，韩国华.直方图均衡化在数字图像处理中的应用[J].甘肃科技，2010(18).
[4]冯霞，石超，丁文波，冯燕，郝振平.基于傅里叶变换的频谱分析法在X射线轮胎检测中的应用[J].CT理论与应用研究，2014(03).
[5]朱越，刘文耀，袁晔，刘方超，王晋疆.一种轮胎X射线图像缺陷提取和分割方法[J].光电子.激光，2010(05).
[6]鲜飞.电路组装中的X射线检测技术[J].中国集成电路，2009(08).
[7]蔡晓兰，程颖，王达达，薛飞，张微.基于超声波和X射线数字实时成像系统的GIS内部缺陷检测方法[A].2011年云南电力技术论坛论文集（优秀论文部分）[C]，2011.
U463.341；U467
A
1671-0711（2016）11（下）-0018-02
