轮胎总成跳动检测系统开发与实现

张晴 罗哲

摘 要：为解决轮胎在行驶过程中的跳动问题，会对轮辋进行跳动检测，但当测试合格的轮辋装配上胎圈后却不能保证整胎的跳动合格。以VC++为平台开发一套整胎跳动检测系统。该系统包含数据采集、跳动检测、滤波分析、数据统计等功能，并采用突变点滤波处理由胎圈端径面花纹造成的波形干扰，用前后分段平滑滤波解决波形平滑问题，通过OPC和基恩士以太网通信协议实现波形数据通信。试验表明，该系统对整胎的跳动检测效果很好，能减少轮胎因轮辋、胎圈及装胎等综合因素产生的跳动不合格问题，提高出厂轮胎的跳动合格率。

关键词：轮胎跳动检测;突变点滤波;平滑滤波;PLC通信;基恩士以太网通信协议

DOI：10. 11907/rjdk. 181817

中图分类号：TP319文献标识码：A文章编号：1672-7800（2019）003-0126-03

0 引言

车轮跳动是威胁行车安全的重要因素之一，车轮跳动达到一定程度会导致车辆行驶过程中操控性差、平衡性不好、车辆抖动以及零部件加速损坏[1-2]。因此，车轮跳动是衡量车轮性能的重要指标[3-8]。

目前工业检测车轮跳动时，主要是针对车轮轮辋进行检测[9-10]，轮辋旋转一周，轮辋相对于车轮旋转轴的距离变化量称之为径向跳动，轮缘相对于一个垂直于车轮旋转轴的固定参考平面的距离变化量称之为轴向跳动[11-12]。仅针对轮辋进行的跳动检测可在一定程度上衡量轮胎性能，但在实际工业环境中，当轮辋安装上轮胎后，整个轮胎的跳动性会由于橡胶轮胎圈本身的材料分布和人工装配过程中的规范程度受到影响，出现轮辋本身跳动是合格的，但装配上轮胎圈后整个轮胎的跳动可能不合格的情况。因此，本文提出了一种车轮总成跳动检测方法，以VC++为平台开发了跳动检测系统，对车轮总成进行跳动检测。

1 跳动检测过程

将车轮总成通过传送带传递到跳动检測工位，使用气压控制夹具夹紧轮胎，然后启动跳动主轴电机，使轮胎开始转动，转速为60转/m。然后控制伺服电机，将激光测头移动至监测点位置，使检测数值在0附近，从而保证检测数据都在量程以内。当主轴第一次遇到0位开关时开始采集数据，再次遇到0位开关时停止采集数据，然后停止跳动主轴电机转动。

跳动数据通过激光位移传感器采集，然后经过信号放大器将其放大，再传入激光控制器的缓存中，通过以太网以数字信号方式传输给跳动检测系统。系统得到数据后，将其绘制成曲线并进行相应的滤波处理，得到需要的信号曲线。

2 系统设计

2.1 系统功能模块

整胎跳动检测系统有系统设置、跳动检测、数据保存与统计3部分。系统设置主要完成系统参数以及工件参数的设置，跳动检测部分主要实现数据采集、滤波处理和谐波生成，数据保存与统计通过Access、SQL、Excel实现数据的组织管理与统计查询。系统结构如图1所示。

2.2 数据库设计

数据库系统采用SQL server+access，包含工件参数、内外侧轴向和径向跳动、谐波跳动以及轴径向平均跳动等数据。部分系统数据如图2所示。

3 系统关键技术实现

3.1 检测数据曲线滤波

在实际工业生产环境中有电磁波等各种因素，计算机采集到的数据中存在各种干扰信号，不能直接用于计算车轮跳动量，必须剔除[13-14]。更重要的是，由于车轮总成比单纯轮辋的跳动检测多了装配的轮胎，而轮胎径面与端面都有复杂的花纹和沟槽，这些花纹和沟槽会造成数据波形的严重震荡，导致无法得到进一步分析和计算的可靠测试数据。因此，本文采用突变点滤波处理由轮胎端径面花纹造成的波形干扰，用前后分段平滑滤波解决波形平滑问题。

3.1.1 突变点滤波

根据轮胎花纹特点确定滤波阈值T，有效数据长度w。

（1）遍历整个曲线，寻找第一段数据波动小于T且数据长度大于w的数据，记录该段数据的起始点为S。

（2）从S点开始遍历该曲线，当遇到数据波动大于T的一个点A时，从A点的前w个点开始遍历循环至A点后的w个点结束，一共循环2*w的长度。如果发现A点前段或后段的所有值与A的差值都小于T，则判定A为有效点，反之则判定A为突变点，应当过滤或修正为前一个值。

为了找到跳动最高点与最低点的位置，将数据波形等比例缩小，将所有采集的数据分成360等分，每等分求得一个平均值对应的一个角度。

系统实际运行过程中发现 ， 这种滤波方法对信号中由于花纹沟槽文字因素引起的脉冲干扰信号具有良好的滤波效果。如图3为滤波前的原始波形，图4为经过突点滤波后的波形。

3.1.2 前后分段处理平滑滤波

对曲线纵坐标值进行处理：设当前处理纵坐标为[yi]，m为每次处理所取的点数，m的值由[m=0.443fs/fc]给出，[fs]是采样频率，[fc]为截止频率[15-16]。

此方法对曲线上每个点的纵坐标进行修正，选取[yi]前后共m个点作为一个处理段进行算术平均值处理。对于波形前端和尾端不足m/2个点的纵坐标进行首尾相接，前端不足m个点的到曲线尾端取点补足m个点，尾端不足m个点的到曲线前端取点补足m个点。

3.2 波形数据通信

系统通过OPC实现PLC通信[17-18]，通过基恩士以太网通信协议实现跳动检测通信[19-21]，建立通信过程如下：①打开设备RC rc= LKIF2_OpenDeviceETHER（¶mEther）;②设置采样频率res = SetSamplingCycle（samplingCycle）;③设置缓冲区大小和采样周期res=SetDataStorage（numStorage，？storageCycle）;④设置对应测头编号res？=？SetHeadNo（i，i）;⑤设置通道是否高速缓存res = SetStorageTarget（I，true）;⑥设置显示位数res = SetDisplayUnit（i，Accuracy）;⑦设置激光控制组res=SetLaserGroup（I，group）;⑧开始测量LKIF2_StartMeasure（）;⑨查询高速缓存状态RC rc=LKIF2_DataStorageGetStatus（bIsStorage，nStorageNum）;⑩获取瞬时数据RC rc=？LKIF2_GetCalcDataALL（&outNo，values）;11读取高速缓存数据LKIF2_DataStorageGetData（outNo，nStorageNum， pValues， nReceived）。

4 实验测试

按照以上处理方法，以VC++为平台开发了一套轮胎自动线跳动检测系统，以某卡车轮胎为实例进行实验测试，测试结果如图5所示。

由图5可以看出，经过处理，蓝色曲线表示的径面花纹被很好地过滤掉，黄色和红色曲线表示的端面花纹也被过滤掉，整个曲线最大程度地还原了跳动曲线。

5 结语

本文轮胎总成跳动检测系统能对带有胎圈的整胎进行跳动检测，使用突变点滤波方法可对轮胎径面和端面的花纹干扰进行过滤，前后分段处理滤波算法可使波形得到一定的平滑，从而使采集的跳动检测数据波形更加真实，跳动检测效果比不带胎圈的检测更加准确，大大提高了轮胎的跳动合格率。

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（责任编辑：杜能钢）