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轮胎气泡的相移剪切散斑检测技术研究

朱猛  
【摘要】:轮胎气泡缺陷的存在严重影响了汽车的安全行驶,为了精确并且快速地测量轮胎内部气泡,采用的是相移剪切散斑干涉的方法。相移剪切散斑干涉是一种测量物体表面位移与形变的无损检测方法。采用抽真空的加载方式使轮胎内部气泡膨胀,气泡体积的膨胀导致轮胎表面产生形变。加载前后分别采集相移图像序列,计算得到的散斑干涉场相位图像进行相减运算,即可得到反映形变梯度的条纹图。 本文从在线检测的需要出发,设计了大视场相移剪切散斑干涉系统,该系统包括了:大视场干涉成像光路、照明光源、四通道相移驱动电源和采集处理软件。大视场干涉成像光路采用迈克尔逊式干涉光路,反远距成像结构:前组设计为平凹镜组或者大视场成品镜头,后组为25mm成像镜头,搭建了视场角60度和90度两种干涉成像系统。照明光源采用半导体激光器阵列拼接照明,利用TracePro软件模拟照明光路的结构参数,计算出了不同规格轮胎检测时需要的激光器个数和激光器之间的夹角。采用干涉条纹可见度的概率密度函数作为评价照明均匀性的标准。利用压电陶瓷作位移元件实现了相移干涉,研制了四通道压电陶瓷驱动电源,通过串行接口或并行接口连接上位机控制电压输出。满足四通道相移剪切散斑干涉系统中的四路压电陶瓷同时驱动的要求。提出动态散斑相关测量压电陶瓷微位移的方法,经实验验证该方法简单、测量精度高,符合标定微位移的需要。图像传输利用1394-b火线将散斑干涉图像传至上位机进行处理,这种传输方式同一条总线最多可以连接8个百万像素的CCD摄像机,利用Visual C# 2008编译环境开发了4探头并行采集与处理软件系统。 在线测量方式采用四个检测探头并行测量的方法:轿车轮胎、卡车轮胎采用2个探头,巨型轮胎采用4个探头。设计了集成化的相移剪切散斑干涉检测探头,将照明与采集分离设计,方便安装与更换。经实验验证该相移剪切散斑干涉系统可在压强差为80milibar时,分辨距轮胎表面3-5mm处的2mm气泡的表面形变。利用统计滤波的方法对得到的缺陷相位图进行噪声处理,采用最小二乘法进行相位解包裹,得到了清晰的缺陷相位图。通过曲面拟合将气泡缺陷参数化,利用高度和宽度两个判据对缺陷进行判级。


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