輪胎總成跳動檢測系統開發與實現

張晴 羅哲

摘 要：為解決輪胎在行駛過程中的跳動問題，會對輪輞進行跳動檢測，但當測試合格的輪輞裝配上胎圈后卻不能保證整胎的跳動合格。以VC++為平臺開發一套整胎跳動檢測系統。該系統包含數據采集、跳動檢測、濾波分析、數據統計等功能，并采用突變點濾波處理由胎圈端徑面花紋造成的波形干擾，用前后分段平滑濾波解決波形平滑問題，通過OPC和基恩士以太網通信協議實現波形數據通信。試驗表明，該系統對整胎的跳動檢測效果很好，能減少輪胎因輪輞、胎圈及裝胎等綜合因素產生的跳動不合格問題，提高出廠輪胎的跳動合格率。

關鍵詞：輪胎跳動檢測;突變點濾波;平滑濾波;PLC通信;基恩士以太網通信協議

DOI：10. 11907/rjdk. 181817

中圖分類號：TP319文獻標識碼：A文章編號：1672-7800（2019）003-0126-03

0 引言

車輪跳動是威脅行車安全的重要因素之一，車輪跳動達到一定程度會導致車輛行駛過程中操控性差、平衡性不好、車輛抖動以及零部件加速損壞[1-2]。因此，車輪跳動是衡量車輪性能的重要指標[3-8]。

目前工業檢測車輪跳動時，主要是針對車輪輪輞進行檢測[9-10]，輪輞旋轉一周，輪輞相對于車輪旋轉軸的距離變化量稱之為徑向跳動，輪緣相對于一個垂直于車輪旋轉軸的固定參考平面的距離變化量稱之為軸向跳動[11-12]。僅針對輪輞進行的跳動檢測可在一定程度上衡量輪胎性能，但在實際工業環境中，當輪輞安裝上輪胎后，整個輪胎的跳動性會由于橡膠輪胎圈本身的材料分布和人工裝配過程中的規范程度受到影響，出現輪輞本身跳動是合格的，但裝配上輪胎圈后整個輪胎的跳動可能不合格的情況。因此，本文提出了一種車輪總成跳動檢測方法，以VC++為平臺開發了跳動檢測系統，對車輪總成進行跳動檢測。

1 跳動檢測過程

將車輪總成通過傳送帶傳遞到跳動檢測工位，使用氣壓控制夾具夾緊輪胎，然后啟動跳動主軸電機，使輪胎開始轉動，轉速為60轉/m。然后控制伺服電機，將激光測頭移動至監測點位置，使檢測數值在0附近，從而保證檢測數據都在量程以內。當主軸第一次遇到0位開關時開始采集數據，再次遇到0位開關時停止采集數據，然后停止跳動主軸電機轉動。

跳動數據通過激光位移傳感器采集，然后經過信號放大器將其放大，再傳入激光控制器的緩存中，通過以太網以數字信號方式傳輸給跳動檢測系統。系統得到數據后，將其繪制成曲線并進行相應的濾波處理，得到需要的信號曲線。

2 系統設計

2.1 系統功能模塊

整胎跳動檢測系統有系統設置、跳動檢測、數據保存與統計3部分。系統設置主要完成系統參數以及工件參數的設置，跳動檢測部分主要實現數據采集、濾波處理和諧波生成，數據保存與統計通過Access、SQL、Excel實現數據的組織管理與統計查詢。系統結構如圖1所示。

2.2 數據庫設計

數據庫系統采用SQL server+access，包含工件參數、內外側軸向和徑向跳動、諧波跳動以及軸徑向平均跳動等數據。部分系統數據如圖2所示。

3 系統關鍵技術實現

3.1 檢測數據曲線濾波

在實際工業生產環境中有電磁波等各種因素，計算機采集到的數據中存在各種干擾信號，不能直接用于計算車輪跳動量，必須剔除[13-14]。更重要的是，由于車輪總成比單純輪輞的跳動檢測多了裝配的輪胎，而輪胎徑面與端面都有復雜的花紋和溝槽，這些花紋和溝槽會造成數據波形的嚴重震蕩，導致無法得到進一步分析和計算的可靠測試數據。因此，本文采用突變點濾波處理由輪胎端徑面花紋造成的波形干擾，用前后分段平滑濾波解決波形平滑問題。

3.1.1 突變點濾波

根據輪胎花紋特點確定濾波閾值T，有效數據長度w。

（1）遍歷整個曲線，尋找第一段數據波動小于T且數據長度大于w的數據，記錄該段數據的起始點為S。

（2）從S點開始遍歷該曲線，當遇到數據波動大于T的一個點A時，從A點的前w個點開始遍歷循環至A點后的w個點結束，一共循環2*w的長度。如果發現A點前段或后段的所有值與A的差值都小于T，則判定A為有效點，反之則判定A為突變點，應當過濾或修正為前一個值。

為了找到跳動最高點與最低點的位置，將數據波形等比例縮小，將所有采集的數據分成360等分，每等分求得一個平均值對應的一個角度。

系統實際運行過程中發現 ， 這種濾波方法對信號中由于花紋溝槽文字因素引起的脈沖干擾信號具有良好的濾波效果。如圖3為濾波前的原始波形，圖4為經過突點濾波后的波形。

3.1.2 前后分段處理平滑濾波

對曲線縱坐標值進行處理：設當前處理縱坐標為[yi]，m為每次處理所取的點數，m的值由[m=0.443fs/fc]給出，[fs]是采樣頻率，[fc]為截止頻率[15-16]。

此方法對曲線上每個點的縱坐標進行修正，選取[yi]前后共m個點作為一個處理段進行算術平均值處理。對于波形前端和尾端不足m/2個點的縱坐標進行首尾相接，前端不足m個點的到曲線尾端取點補足m個點，尾端不足m個點的到曲線前端取點補足m個點。

3.2 波形數據通信

系統通過OPC實現PLC通信[17-18]，通過基恩士以太網通信協議實現跳動檢測通信[19-21]，建立通信過程如下：①打開設備RC rc= LKIF2_OpenDeviceETHER（¶mEther）;②設置采樣頻率res = SetSamplingCycle（samplingCycle）;③設置緩沖區大小和采樣周期res=SetDataStorage（numStorage，？storageCycle）;④設置對應測頭編號res？=？SetHeadNo（i，i）;⑤設置通道是否高速緩存res = SetStorageTarget（I，true）;⑥設置顯示位數res = SetDisplayUnit（i，Accuracy）;⑦設置激光控制組res=SetLaserGroup（I，group）;⑧開始測量LKIF2_StartMeasure（）;⑨查詢高速緩存狀態RC rc=LKIF2_DataStorageGetStatus（bIsStorage，nStorageNum）;⑩獲取瞬時數據RC rc=？LKIF2_GetCalcDataALL（&outNo，values）;11讀取高速緩存數據LKIF2_DataStorageGetData（outNo，nStorageNum， pValues， nReceived）。

4 實驗測試

按照以上處理方法，以VC++為平臺開發了一套輪胎自動線跳動檢測系統，以某卡車輪胎為實例進行實驗測試，測試結果如圖5所示。

由圖5可以看出，經過處理，藍色曲線表示的徑面花紋被很好地過濾掉，黃色和紅色曲線表示的端面花紋也被過濾掉，整個曲線最大程度地還原了跳動曲線。

5 結語

本文輪胎總成跳動檢測系統能對帶有胎圈的整胎進行跳動檢測，使用突變點濾波方法可對輪胎徑面和端面的花紋干擾進行過濾，前后分段處理濾波算法可使波形得到一定的平滑，從而使采集的跳動檢測數據波形更加真實，跳動檢測效果比不帶胎圈的檢測更加準確，大大提高了輪胎的跳動合格率。

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（責任編輯：杜能鋼）