U型數字線陣X射線輪胎檢測成套設備設計與應用

曲秋華，馬單冬，岳鵬志，叢智超，張 浩

丹東奧龍射線儀器集團有限公司，遼寧丹東 118000

U型數字線陣X射線輪胎檢測成套設備是為適應輪胎生產企業對輪胎質量檢測的需求，利用X 射線數字成像技術開發設計的全自動輪胎無損檢測成套設備，可實現一定規格輪胎的在線質量檢測。

通過高分辨率的圖像處理軟件能夠清晰顯示尼龍、纖維、合成橡膠等低密度材料所形成的不規則的形狀,可以通過人工輕易地分辨輪胎的側壁、胎圈、胎冠、簾線、束帶等各個部位包括金屬在內的各種物質、輪胎內部脫層、氣泡、鋼絲松散和夾雜等的缺陷，從而實現輪胎質量的檢測，保證輪胎制造商為用戶提供安全可靠的產品。

1 U型數字線陣X射線輪胎檢測成套設備構成

該成套設備主要由輪胎規格型號測量、檢測機械傳動裝置、高頻恒壓 X 射線發生器、輪胎專用X 射線管、輪胎專用U 型射線探測器、PLC 數控系統、動態數字圖像處理系統、鉛防護室和現場監視裝置組成。

1.1 輪胎型號測量裝置

該裝置主要作用是測量輪胎型號，并將信息傳輸給控制系統，控制系統根據預先設置不同規格型號輪胎控制信息，將檢測到的信息自動處理，自動控制檢測機械傳動裝置的運動。檢測裝置采用紅外線光幕測控技術，實現對輪胎尺寸測量。

1.2 檢測機械傳動裝置

檢測機械傳動裝置包括輪胎輸送裝置、夾胎翻轉裝置、U型探測器升降裝置、X射線管升降裝置、擴胎旋轉檢測裝置，圖1。

1.2.1 輪胎輸送裝置

該裝置主要作用是用于在線輪胎輸送。它由兩部分組成：一部分是由光筒組成輸送滾道；另一部分與夾胎翻轉裝置配合使用，布置在夾胎翻轉裝置兩側，為實現夾胎動作完成，采用萬向輥組成輸送滾道。以上兩部分驅動裝置采用變頻電機驅動鏈傳動，速度連續可調。

圖1

1- 輪胎輸送裝置；2- 夾胎翻轉裝置；3- U型探測器升降裝置；4- X射線

管升降裝置；5- 擴胎旋轉檢測裝置。

1.2.2 夾胎翻轉裝置

該裝置主要作用是將輸送裝置傳送到位的待檢輪胎夾住居中，翻轉90°垂直立起。夾胎機構由伺服電機驅動梯形絲杠，配合直線滑軌使夾持臂將輪胎夾住。翻胎機構采用伺服電機配合行星減速機驅動旋轉軸，單臂旋轉90°。

1.2.3 U型探測器升降裝置

該裝置主要作用是根據不同輪胎規格型號將U型探測器在垂直方向上升降到相應位置，以適應成像檢測需要。該裝置固定在鉛防護室內側，采用伺服電機同步帶驅動直線導軌升降。

1.2.4 X射線管升降裝置裝置

該裝置主要作用是根據不同輪胎規格型號將X射線管在垂直方向上升降到相應位置，以適應成像檢測需要。該裝置固定在鉛防護室內側，采用伺服電機同步帶驅動直線導軌升降。

1.2.5 擴胎旋轉檢測裝置

該裝置主要作用是接收夾胎翻轉裝置上的輪胎，并固定在相應位置上，同時運動至檢測區進行旋轉檢測。其由底座機構、擴胎旋轉機構、撐胎機構構成。

底座機構由直線滑軌、一臺伺服電機減速機、一根滾珠絲杠絲母組成，可前后直線運動，驅動擴胎旋轉機構和撐胎機構到夾胎翻轉裝置接胎，接胎后運行至檢測位置。

擴胎旋轉機構具有擴胎和旋轉兩項功能，該機構主要由4根伸縮支撐桿（含內桿）、連桿機構、4根伸縮撐桿旋轉機構、2臺伺服電機減速機、齒形帶、帶輪、滾珠絲杠絲母等組成。擴胎功能實現是由一臺伺服電機減速機驅動帶輪齒形帶，再驅動滾珠絲杠絲母，再驅動連桿機構，完成4根伸縮支撐桿開合，垂直方向撐住不同規格輪胎內口并增加旋轉摩擦力。旋轉功能實現是由另一臺伺服電機減速機驅動一組帶輪齒形帶，實現4根伸縮支撐桿同時旋轉，通過摩擦力使輪胎旋轉運動，滿足輪胎全方位檢測要求。

撐胎機構是通過一臺伺服電機減速機驅動絲杠絲母配合直線滑軌運動，實現擴胎旋轉機構中的4根伸縮支撐桿內桿前后伸縮運動，在水平方向將輪胎內口撐開，增加輪胎摩擦力和支撐點，保證輪胎平穩旋轉。

1.3 高頻高壓 X 射線發生器

采用美國斯派曼產高頻高壓發生器 1臺，其主要參數為：輸出電壓范圍：25kV-160kV ；輸出電流范圍：0mA-10mA；最大輸出功率：2.0kW。

1.4 X 射線管

采用輪胎專用 300°周向 X射線管，其體積?。?83mm*716mm）、高穩定性、壽命長、可持續工作。可與120kV負高壓發生器連接，通用高壓電纜接口符合歐洲標準。其采用水循環冷卻器（如圖7），具有溫度設定、高溫報警、壓縮機強制制冷、設有流量和壓力雙重保護等功能，可大大地提高X 射線管可靠性，有效的保證了射線管的使用壽命。

1.5 輪胎專用 U 型射線探測器

U型X射線探測器是專門為對輪胎進行 X 射線數字掃描檢查而設計和開發的。開口寬是 702mm，開口深度是 447mm。這些成像元件呈 U 型排列，實現了對整個輪胎的全面檢查。高達 15m/min-30m/min 的掃描速度使 U-形成像器保證了輪胎檢測的高效率和高產量。該探測器具有使用壽命長，無老化現象，單獨電源，可承受高達 160kV能量的 X 射線直接照射特點，如圖2。

圖2

1.5 PLC 數控系統

該系統主要用于控制各機構伺服電機的驅動，保證設備各機構的運動要求。設備采用 PLC 數字控制程序實現機械運行控制，保證機械各部分協調運動，運行平穩、精度高。觸摸屏人機界面采用人性化設計，具有自我診斷功能，便于操作。

1.6 動態數字圖像處理系統

該系統具有滿足輪胎連續檢測需要的完備功能。主要包括：圖像采集、圖像動態降噪及動態顯示、圖像亮度/對比度調節、圖像正/負片顯示，圖像合成、圖像放大及放大鏡功能、分區域調整及顯示圖像，圖像存儲、查閱，工藝文件建立及選擇、使用，掃描控制等。在對輪胎進行檢測時，X 射線圖像可在線全屏上下滾動顯示。

1.7 鉛防護室

鉛防護室主要為防止X射線輻射，在檢測時提供封閉的檢測場所。

防護室是由鉛板、鋼板、方管焊接而成。鉛防護室安裝直線導軌、伺服電機減速機、同步齒形帶、帶輪，驅動兩扇對開鉛門快速平穩運動。

1.8 現場監視裝置

其系采用視頻監視系統對檢測工況進行監控的裝置。

2 成套設備主要性能參數

1）檢測靈敏度：0.8～2.0%

2）分辨率：0.25mm～1.3mm

3）動態圖象處理

實時動態降噪、動態存儲、回放、各種變換、邊緣增強、勾邊處理、缺陷位置和大小測量、圖像放大及放大鏡功能、分區域調整及顯示等。

2.4 檢測速度：2個/分鐘(7.5m/min～80m/min)

2.5 適用于內徑15-25寸，外徑700mm－1370mm，斷面寬145mm－470mm，重量小于160kg的各種輪胎生產在線實時檢測領域

3 檢測工作原理及流程

1）輪胎由輸送裝置送到鉛防護室鉛門前，經輪胎型號測量裝置檢測后，鉛門自動打開，輪胎經夾胎翻轉裝置將輪胎由水平位置翻轉90°成垂直位置，擴胎旋轉檢測裝置接入鉛防護室檢測位置，鉛門關閉。

2）擴胎旋轉檢測裝置將輪胎放入檢測區域后同時使輪胎旋轉，U型探測器升降裝置、X射線管升降裝置裝置同時運行到預定檢測工位，X射線系統自動按照預先設定的程序進行檢測。

3）當檢測全部結束時，X射線自動停止。

4）鉛門自動打開，擴胎旋轉檢測裝置將輪胎送出鉛房防護室，放置到夾胎翻轉裝置將輪胎由垂直位置翻轉90°成水平位置，放到輸送裝置，運離待檢區。

5）檢測過程結束，再進行下一個循環。

4 應用

該套設備在山東風輪輪胎有限公司應用，每天檢測400條胎，已運行半年多，實現生產流水線在線檢測，現場檢測顯示各項主要技術指標達到設計要求，檢測的輪胎質量符合國家質量標準要求。

5 結論

1）該設備通過實際應用，呈現了操作簡單，安全性高、造價、維護成本低，檢測全面、無死角特點。

2）該設備檢測圖像清晰，靈敏度高，性能可靠，可以清晰、準確地顯示出巨型輪胎的結構缺陷及雜質，如輪胎內部脫層、胎體簾線間距、胎圈鋼輪鋼絲同心度以及輪胎的側壁、胎圈、胎冠、簾布、束帶等各個部位的缺陷，從而保證產品質量檢測的要求。

3）該設備工作運行穩定可靠，工藝簡單，檢測效率高，大幅降低了檢測成本。

4）X射線防護室符合GB18871-2002《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》，有效防止X射線輻射污染。

5）該設備還有不足之處需要不斷優化和完善

（1）電氣控制系統在運動控制方面存在兩方面缺陷，一方面缺乏必要的運行保護程序，二是運行速度不柔和，產生沖擊和噪聲。

（2）機械設計方面結構上未充分考慮潤滑點設計，給維護保養帶來不便。

（3）機械零部件加工質量還需要進一步改進，更好地保證整機質量。