汽車輪胎表面圖像掃描檢測專利技術綜述

周群

摘要：文章針對汽車輪胎表面圖像掃描檢測的國內外專利狀況，介紹了汽車輪胎表面圖像掃描檢測的發展以及主要技術。

關鍵詞：輪胎；圖像；專利；掃描

中圖分類號：U463.341 文獻識別碼：A 文章編號：1001-828X（2016）002-000-01

一、汽車輪胎表面掃描檢測概述

隨著世界上公路交通突飛猛進的發展，市場對汽車質量的要求越來越高；而輪胎作為汽車中的重要部件，其安全性非常重要，輪胎的安全性直接關系到乘用人員的生命，安全性如若不良則有很大概率會造成嚴重的交通事故，因此汽車輪胎的檢測就顯得尤為重要。對輪胎表面進行檢測為輪胎檢測重要的一個環節，而與輪胎表面接觸性的檢測可能會造成輪胎本身受損，因此非接觸性的檢測有著重要的意義。

汽車輪胎表面掃描檢測技術中，主要依靠各類非接觸性的掃描手段對輪胎進行掃描，現有的技術中，主要包括三類；X射線檢測、超聲波振動檢測、相機采集圖像檢測。采用光學圖像的檢測方法占了比較大的比重，這是因為今年來隨著各類圖像傳感裝置的發展，拍攝照片或攝影已經由單純的膠片相機發展為現今的采用各類圖像傳感器，其體積也大幅度縮小，從而帶動了采用該技術掃描輪胎技術的發展，在近些年的申請中，對輪胎的圖像掃描逐漸變得更加快捷、靈活，也因此成為汽車輪胎表面掃描檢測技術中最多的一項。

二、汽車輪胎表面圖像掃描檢測的專利技術分析

（一）圖像掃描檢測的發展狀況

1969年，Brown Gordon申請了采用圖像檢測的方法檢測輪胎表面（GB1278476），在該申請中，無內胎的輪胎被放置在一個平放的車輪上，光束從發射器中射出，經過分光器分為兩路，一路經過反射照射至輪胎表面，另一路則照射至支架上，給探測輪胎表面提供光源，再在相應的位置處設置相機，對輪胎表面進行拍照，通過拍攝到的圖片對輪胎表面進行診斷。

雖然GB1278476的專利能夠對輪胎表面進行拍照，但是無法檢測輪胎內表面的損傷，然而在之前的年代，拍照的相機體積比較大，并且使用的為膠片，因此測試人員很難將相機放入輪胎內部進行拍照，對此，Ralph M，Grant1982年申請了對輪胎內部進行拍照的專利（US4702594），該裝置在輪胎內部固定有相機的膠片44，通過從外部射入的可見光，通過反射和分光后，一路則反射至輪胎內部的被測位置處，另一路照射至膠片上，使得膠片曝光，從而在膠片上形成輪胎內部被測位置處的圖像；同時，還可以通過真空泵20調節檢測箱內部測氣壓，通過氣壓的改變，拍攝下輪胎內部圖像的變化，從而實現對輪胎內部的檢測。

US4702594的裝置將膠片至于輪胎的內部，但是相較于在輪胎外部的拍攝，在輪胎的內部安裝膠片或攝像機并不便捷，針對以上的問題，Steinbich H等人于1986年申請了攝像機在外部拍攝的專利（DE3624589），光路通過反射與分光鏡，將輪胎內部照亮，照亮的輪胎內部由外部的攝像機通過反射鏡來觀測，通過觀測輪胎的內部狀況，對輪胎進行診斷。

以上對輪胎的檢測都是將輪胎平放，再進行拍攝，然而汽車在實際行駛中，輪胎為豎直運動狀態，并且在顛簸中與地面形成一定的角度，為了更真實地模擬該環境，日本的家治川彰和斎藤賢二于1989年申請了一種將輪胎豎直放置的檢測（JP平3-146809），其將輪胎放置于臺架3上，輪胎的正下方有透明的板，板的下方安放有相機31，對上方的輪胎進行拍攝，通過連接車輪的加載裝置對輪胎施加一定的負載，從而使得輪胎與地面形成一定的角度，拍攝到的圖片更接近于真實工作環境下的輪胎。

對于輪胎的掃描大多只是對輪胎的一個檢測面進行掃描，德國的施耐寶儀器股份有限公司于2002年申請了同時采用多個傳感器對輪胎的各個檢測面進行掃描（DE60204315A），發明者為Braghiroli F，在該裝置中，受到測試的車輪安裝到裝置的測量軸上，并能繞著軸旋轉，在探頭上光束激光光束從設置確定位置的光源發射至輪胎的表面上，被固定的光敏接收器接收，并且采用三個探頭，分別對胎面、側壁和輪輞分別同時進行檢測，使得輪胎的掃描更加全面，也大大縮短了全面掃描輪胎所需耗費的時間。

在對輪胎掃描的過程中，探頭通常是固定或者只能沿著一個方向運動掃描，Dengler S和Maehner B分別于2005年和2006年提出了能夠沿多個方向運動的傳感器支架（DE102005032735和DE102006014058），在DE102005032735中，是對輪胎的外表面進行掃面，而掃描探頭能夠沿x、z軸自由移動，并能夠自由變換掃描角度，從而只需一個探頭即可實現輪胎外表面的全面掃描；在DE102006014058中，則提供了一個能夠伸長的臂，從而使得探頭能夠自由地伸入輪胎的內部，對輪胎內部進行圖像掃描，并且臂可沿兩個方向進行調節，能夠適應對各種尺寸的輪胎進行內部掃描。

（二）國內專利在該領域的發展狀況

近年來，隨著汽車行業在國內的迅猛發展，很多中國的企業與高校在輪胎檢測上申請了相關的專利，中國科學院安徽圖像精密機械研究所于1998年申請了橡膠部件輪廓激光在線檢測裝置（CN1215151A），以激光束作探頭，利用其照射到被測物表面形成的漫反射光斑作傳感信號，用圖像成像原理將收集的漫反射光匯聚到電耦合器件CCD上，實現光電轉換，當入射光隨被測物表面移動時，成像點作相應的移動，根據像移大小，在標準厚度板上得到標準曲線，算出準確的厚度和寬度值。北京航空航天大學于2003年申請了一種輪胎多幾何參數的激光視覺在線自動測量方法（CN1566903A），通過向輪胎投射激光光平面，利用CCD攝像機獲取變形特征線的圖像，根據輪胎表面輪廊的關鍵特征點的三維信息，計算出輪胎的多個幾何尺寸參數。從而實現了單傳感器一次測量輪胎多幾何參數，能對不同規格的輪胎進行測量。

三、總結與發展

通過以上分析可以看出，在汽車輪胎表面掃描檢測領域，在國外已有了多年的發展，技術已經趨于成熟，國內的申請量雖然不如國外企業，但今年來隨著各高校和企業對汽車領域越來越重視，也出現了很多關于輪胎檢測裝置和方法的申請，推動了這個行業的發展。