CN102305599A - 轮胎断面结构测绘仪及测绘方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种轮胎断面结构测绘仪及测绘方法，测绘仪包括二维测量机构和图像处理及控制机构，二维测量机构包括机架、底座、透明扫描平台、轮胎断面夹具和扫描组件，机架设于底座上，机架上方设置透明扫描平台，扫描组件设于透明扫描平台下方，轮胎断面夹具设于透明扫描平台上方，扫描组件与图像处理及控制机构电气连接；测绘方法是扫描组件按照摄像路径对置于透明扫描平台上的轮胎断面进行拍摄，通过图像处理及控制机构对得到的各幅图像进行拼接并进行CAD转化。本轮胎断面结构测绘仪是轮胎测量领域的新设备，适用于轮胎断面检测和断面结构数据分析，可较准确地获取轮胎断面的轮廓图、钢丝分布图和胶层分布图，为轮胎断面设计和检测提供数据。

Description

轮胎断面结构测绘仪及测绘方法

技术领域

本发明涉及轮胎断面结构的测绘技术领域，特别涉及一种轮胎断面结构测绘仪及测绘方法。

背景技术

目前，为了测量轮胎断面结构，一般是通过有限元分析来预测充气轮胎的形状，从而为轮胎断面结构的设计提供可靠依据。轮胎断面结构主要包括轮胎断面轮廓图、材料分布图和钢丝分布图等，通常的做法是将轮胎断面切割下来，采用人工方法测量轮胎断面结构，而轮胎断面轮廓图则是通过模具靠在轮胎轮廓上描得或用石膏获得，其中材料分布图和钢丝分布图通过量具测量获得。传统的这种测量方法测量速度慢，测量精度也不高，同时测量过程中必须保存大量轮胎断面的实物，这就加大了其测量成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种测量速度较快且测量精度较高的轮胎断面结构测绘仪。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述测绘仪实现的轮胎断面结构测绘方法，该方法操作简单方便，测量精度也高。

本发明的技术方案为：一种轮胎断面结构测绘仪，包括二维测量机构和图像处理及控制机构，二维测量机构包括机架、底座、透明扫描平台、轮胎断面夹具和扫描组件，机架固定于底座上，机架上方设置透明扫描平台，扫描组件设于透明扫描平台下方，轮胎断面夹具设于透明扫描平台上方，扫描组件与图像处理及控制机构电气连接。

所述二维测量机构还包括测绘仪机壳和机盖，测绘仪机壳为方状结构，机架、底座、透明扫描平台、轮胎断面夹具和扫描组件分别设于测绘仪机壳内部，测绘仪机壳顶部设置密封用的机盖。通过测绘仪机壳和机盖可将二维测量机构的其它组成部件密封在测绘仪机壳内，可有效防止灰尘等对测量结果的影响，有效提高测量精度。

所述轮胎断面夹具包括导向固定组件和两个夹持组件，两个夹持组件分别设于导向固定组件的两端，各夹持组件包括夹具头、调节臂和支架，调节臂两端分别设置夹具头和支架，支架与导向固定组件固定连接。

其中，所述各夹持组件中，夹具头包括手柄、弹簧、调节螺母套、调节轴和磁铁，调节螺母套外周与调节臂连接，弹簧设于调节螺母套内并套于手柄末端，手柄末端与调节轴相接触，调节轴底部设置磁铁；所述导向固定组件包括调节螺杆、导向轴、转轮手柄和固定座，固定座包括底板和设于底板两端的两个侧板，调节螺杆两端分别与两侧板连接，调节螺杆一端还设有转轮手柄，导向轴设于调节螺杆下方且两端分别与固定座的两侧板连接，固定座的底板上设有测量尺；所述各夹持组件中，支架包括支架底座和轴承，支架底座上方与调节臂连接，支架底座通过轴承与导向固定组件中的调节螺杆连接，支架底座下方与导向轴连接。

胎断面夹具中，夹具头采用磁铁吸住轮胎断面，可有效避免夹具头对断面造成图像的干扰；轮胎断面的移动也方便，通过调节转动手柄和夹具头的手柄即可实现；在磁铁吸住轮胎断面的情况下通过夹具头的手柄和转动手柄来调整轮胎断面的位置，依靠测量尺来测量子口尺寸，其测量准确。

所述扫描组件包括光源、远心镜头、CCD相机、横向直线导轨、纵向直线导轨、横向步进电机和纵向步进电机，纵向直线导轨固定于底座上，横向直线导轨设于纵向直线导轨上方，纵向直线导轨与横向直线导轨垂直设置，横向步进电机设于横向直线导轨一端，纵向步进电机设于纵向直线导轨一端，CCD相机设于横向直线导轨上方，远心镜头设于CCD相机上方，光源设于远心镜头上方并照向透明扫描平台；CCD相机、横向步进电机和纵向步进电机分别与图像处理及控制机构电气连接。

所述图像处理及控制机构包括计算机、显示器和控制器，显示器和控制器分别与计算机连接，控制器还分别与CCD相机、横向步进电机和纵向步进电机连接；计算机内设有图像处理模块、自动控制模块和CAD转化模块，图像处理模块的输入端与CCD相机连接，图像处理模块的输出端与CAD转化模块连接，自动控制模块与控制器连接。

所述透明扫描平台的材料为扫描仪玻璃。

上述结构中，二维测量机构各组成部件的尺寸大小可根据待测轮胎断面的实际大小进行设计，尤其是透明扫描平台，其尺寸一般可采用以下两种尺寸：当轮胎断面的高宽尺寸≤400×500mm，透明扫描平台的长宽尺寸为400×500mm；当轮胎断面的高宽尺寸≤900×800mm，透明扫描平台的长宽尺寸为900×800mm。

本发明通过上述测绘仪可实现一种轮胎断面结构测绘方法，包括以下步骤：

(1)打开机盖，按照待测轮胎的规格轮辋尺寸，采用轮胎断面夹具将轮胎断面夹好，并放置于透明扫描平台上；

(2)合上机盖，打开光源，此时光源从下方照亮轮胎断面，轮胎断面图像从远心镜头成像于CCD相机上，控制器根据CCD相机得到的轮胎断面图像设定摄像路径，并将摄像路径的数据输送给计算机；

(3)设定原点，将CCD相机调至原点处，根据摄像路径，计算机中的自动控制模块通过控制器分别驱动横向步进电机或纵向步进电机，使CCD相机、远心镜头和光源沿着横向直线导轨或纵向直线导轨移动至各个摄像路径的各个轨迹点，然后对相应轨迹点的轮胎断面进行拍摄，并将得到的各幅图像输送至计算机；

(4)计算机的图像处理模块将步骤(3)得到的各幅图像进行拼接处理，形成整幅的轮胎断面图像，并输送给CAD转化模块，经CAD转化模块进行转化处理后形成CAD格式输出或保存；

(5)拍摄完毕后，关闭光源，取出轮胎断面即可。

所述步骤(2)中，摄像路径的设定是控制器根据CCD相机得到的轮胎断面图像，通过查看轮胎断面边缘的像素灰度，从而确定轮胎断面轮廓并根据轮胎断面轮廓确定摄像路径。

所述步骤(3)中，自动控制模块对CCD相机的控制过程是：先检测CCD相机是否处于原点位置，若不在，则将CCD相机调至原点处；若CCD相机已位于原点处，则从原点开始，CCD相机按照已设定的摄像路径进行拍摄，直到拍摄路径的拍摄完毕或中途人工停止拍摄。

所述步骤(4)中，图像处理模块对各幅图像进行拼接处理的具体过程为：先将步骤(3)得到的各幅图像拼接为整体轮廓图，然后进行虑波，根据灰度阈值确定轮胎断面与背景特征，分离出轮胎断面的轮廓图，再进行二值化，最后进行拟合，得到整幅的轮胎断面图像并输送给CAD转化模块。

CAD转化模块的工作过程具体为：转化时先判断组成轮胎断面图像的各线段是直线段还是圆弧段，若为直线段则按照直线段的函数调用即可，若为圆弧段则按照以下顺序进行：

1)以圆弧段的圆心为坐标原点，采用十进制确定圆弧段的半径、圆弧段起始点的半径角度和圆弧段终止点的半径角度；

2)根据得到的圆心坐标值、圆弧段半径、圆弧段起始点的半径角度和圆弧段终止点的半径角度，将圆弧段进行CAD转化。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

本轮胎断面结构测绘仪是轮胎测量领域的新设备，该设备适用于轮胎设计、研究和生产企业等的轮胎断面检测和断面结构数据分析，通过该测绘仪可较准确地获取轮胎断面的轮廓图、钢丝分布图和胶层分布图，为轮胎断面设计和检测提供数据。

本轮胎断面结构测绘仪中将CCD相机、远心镜头和光源集成为一体，并采用测绘仪机壳和机盖进行密封，可有效防止灰尘等杂质对测量过程的影响，使得测绘精度更高。

附图说明

图1为本轮胎断面结构测绘仪的结构示意图。

图2为本轮胎断面结构测绘仪中轮胎断面夹具的结构示意图。

图3为图2中的A方向上单个夹持组件的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

本实施例一种轮胎断面结构测绘仪，其结构如图1所示，包括二维测量机构和图像处理及控制机构，二维测量机构包括机架1、底座2、透明扫描平台3、轮胎断面夹具4和扫描组件，机架1固定于底座2上，机架1上方设置透明扫描平台3，扫描组件设于透明扫描平台3下方，轮胎断面夹具4设于透明扫描平台3上方，扫描组件与图像处理及控制机构电气连接。

二维测量机构还包括测绘仪机壳5和机盖6，测绘仪机壳5为方状结构，机架1、底座2、透明扫描平台3、轮胎断面夹具4和扫描组件分别设于测绘仪机壳5内部，测绘仪机壳5顶部设置密封用的机盖6。通过测绘仪机壳5和机盖6可将二维测量机构的其它组成部件密封在测绘仪机壳5内，可有效防止灰尘等对测量结果的影响，有效提高测量精度。

如图2所示，轮胎断面夹具包括导向固定组件和两个夹持组件，两个夹持组件分别设于导向固定组件的两端，如图3所示，各夹持组件包括夹具头、调节臂7和支架，调节臂7两端分别设置夹具头和支架，支架与导向固定组件固定连接。

其中，各夹持组件中，夹具头包括手柄8、弹簧9、调节螺母套10、调节轴11和磁铁12，调节螺母套10外周与调节臂7连接，弹簧9设于调节螺母套10内并套于手柄8末端，手柄8末端与调节轴11相接触，调节轴11底部设置磁铁12；导向固定组件包括调节螺杆13、导向轴14、转轮手柄15和固定座16，固定座16包括底板17和设于底板两端的两个侧板18，调节螺杆13两端分别与两侧板18连接，调节螺杆13一端还设有转轮手柄15，导向轴14设于调节螺杆13下方且两端分别与固定座的两侧板18连接，固定座的底板17上设有测量尺32；各夹持组件中，支架包括支架底座19和轴承20，支架底座19上方与调节臂7连接，支架底座19通过轴承20与导向固定组件中的调节螺杆13连接，支架底座19下方与导向轴14连接。

胎断面夹具中，夹具头采用磁铁12吸住轮胎断面，可有效避免夹具头对断面造成图像的干扰；轮胎断面的移动也方便，通过调节转动手柄15和夹具头的手柄8即可实现；在磁铁吸住轮胎断面的情况下通过夹具头的手柄和转动手柄来调整轮胎断面的位置，依靠测量尺32来测量子口尺寸，其测量准确。

如图1所示，扫描组件包括光源21、远心镜头22、CCD相机23、横向直线导轨24、纵向直线导轨25、横向步进电机26和纵向步进电机27，纵向直线导轨25固定于底座2上，横向直线导轨24设于纵向直线导轨25上方，纵向直线导轨25与横向直线导轨24垂直设置，横向步进电机26设于横向直线导轨24一端，纵向步进电机27设于纵向直线导轨27一端，CCD相机23设于横向直线导轨24上方，远心镜头22设于CCD相机23上方，光源21设于远心镜头22上方并照向透明扫描平台3；CCD相机23、横向步进电机26和纵向步进电机27分别与图像处理及控制机构电气连接。

图像处理及控制机构包括计算机28、显示器29和控制器30，显示器29和控制器30分别与计算机28连接，控制器30还分别与CCD相机23、横向步进电机26和纵向步进电机27连接；计算机28内设有图像处理模块、自动控制模块和CAD转化模块，图像处理模块的输入端与CCD相机连接，图像处理模块的输出端与CAD转化模块连接，自动控制模块与控制器连接。

透明扫描平台3的材料为扫描仪玻璃。

上述结构中，二维测量机构各组成部件的尺寸大小可根据待测轮胎断面的实际大小进行设计，尤其是透明扫描平台3，其尺寸一般可采用以下两种尺寸：当轮胎断面的高宽尺寸≤400×500mm，透明扫描平台的长宽尺寸为400×500mm；当轮胎断面的高宽尺寸≤900×800mm，透明扫描平台的长宽尺寸为900×800mm。

本实施例通过上述测绘仪可实现一种轮胎断面结构测绘方法，包括以下步骤：

(1)打开机盖6，按照待测轮胎的规格轮辋尺寸，采用轮胎断面夹具将轮胎断面31夹好，并放置于透明扫描平台3上；

(2)合上机盖6，打开光源21，此时光源21从下方照亮轮胎断面31，轮胎断面图像从远心镜头22成像于CCD相机23上，控制器30根据CCD相机23得到的轮胎断面图像设定摄像路径，并将摄像路径的数据输送给计算机28；

(3)设定原点，将CCD相机23调至原点处，根据摄像路径，计算机中的自动控制模块通过控制器30分别驱动横向步进电机26或纵向步进电机27，使CCD相机23、远心镜头22和光源21沿着横向直线导轨24或纵向直线导轨25移动至各个摄像路径的各个轨迹点，然后对相应轨迹点的轮胎断面进行拍摄，并将得到的各幅图像输送至计算机；

(4)计算机的图像处理模块将步骤(3)得到的各幅图像进行拼接处理，形成整幅的轮胎断面图像，并输送给CAD转化模块，经CAD转化模块进行转化处理后形成CAD格式输出或保存；

(5)拍摄完毕后，关闭光源21，取出轮胎断面31即可。

所述步骤(2)中，摄像路径的设定是控制器根据CCD相机得到的轮胎断面图像，通过查看轮胎断面边缘的像素灰度，从而确定轮胎断面轮廓并根据轮胎断面轮廓确定摄像路径。

所述步骤(3)中，自动控制模块对CCD相机的控制过程是：先检测CCD相机是否处于原点位置，若不在，则将CCD相机调至原点处；若CCD相机已位于原点处，则从原点开始，CCD相机按照已设定的摄像路径进行拍摄，直到拍摄路径的拍摄完毕或中途人工停止拍摄。

所述步骤(4)中，图像处理模块对各幅图像进行拼接处理的具体过程为：先将步骤(3)得到的各幅图像拼接为整体轮廓图，然后进行虑波，根据灰度阈值确定轮胎断面与背景特征，分离出轮胎断面的轮廓图，再进行二值化，最后进行拟合，得到整幅的轮胎断面图像并输送给CAD转化模块。

CAD转化模块的工作过程具体为：转化时先判断组成轮胎断面图像的各线段是直线段还是圆弧段，若为直线段则按照直线段的函数调用即可，若为圆弧段则按照以下顺序进行：

1)以圆弧段的圆心为坐标原点，采用十进制确定圆弧段的半径、圆弧段起始点的半径角度和圆弧段终止点的半径角度；

2)根据得到的圆心坐标值、圆弧段半径、圆弧段起始点的半径角度和圆弧段终止点的半径角度，将圆弧段进行CAD转化。

如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (10)

1.轮胎断面结构测绘仪，其特征在于，包括二维测量机构和图像处理及控制机构，二维测量机构包括机架、底座、透明扫描平台、轮胎断面夹具和扫描组件，机架固定于底座上，机架上方设置透明扫描平台，扫描组件设于透明扫描平台下方，轮胎断面夹具设于透明扫描平台上方，扫描组件与图像处理及控制机构电气连接。

2.根据权利要求1所述的轮胎断面结构测绘仪，其特征在于，所述二维测量机构还包括测绘仪机壳和机盖，测绘仪机壳为方状结构，机架、底座、透明扫描平台、轮胎断面夹具和扫描组件分别设于测绘仪机壳内部，测绘仪机壳顶部设置密封用的机盖。

3.根据权利要求1所述的轮胎断面结构测绘仪，其特征在于，所述轮胎断面夹具包括导向固定组件和两个夹持组件，两个夹持组件分别设于导向固定组件的两端，各夹持组件包括夹具头、调节臂和支架，调节臂两端分别设置夹具头和支架，支架与导向固定组件固定连接。

4.根据权利要求3所述的轮胎断面结构测绘仪，其特征在于，所述各夹持组件中，夹具头包括手柄、弹簧、调节螺母套、调节轴和磁铁，调节螺母套外周与调节臂连接，弹簧设于调节螺母套内并套于手柄末端，手柄末端与调节轴相接触，调节轴底部设置磁铁；所述导向固定组件包括调节螺杆、导向轴、转轮手柄和固定座，固定座包括底板和设于底板两端的两个侧板，调节螺杆两端分别与两侧板连接，调节螺杆一端还设有转轮手柄，导向轴设于调节螺杆下方且两端分别与固定座的两侧板连接，固定座的底板上设有测量尺；所述各夹持组件中，支架包括支架底座和轴承，支架底座上方与调节臂连接，支架底座通过轴承与导向固定组件中的调节螺杆连接，支架底座下方与导向轴连接。

5.根据权利要求1所述的轮胎断面结构测绘仪，其特征在于，所述扫描组件包括光源、远心镜头、CCD相机、横向直线导轨、纵向直线导轨、横向步进电机和纵向步进电机，纵向直线导轨固定于底座上，横向直线导轨设于纵向直线导轨上方，纵向直线导轨与横向直线导轨垂直设置，横向步进电机设于横向直线导轨一端，纵向步进电机设于纵向直线导轨一端，CCD相机设于横向直线导轨上方，远心镜头设于CCD相机上方，光源设于远心镜头上方并照向透明扫描平台；CCD相机、横向步进电机和纵向步进电机分别与图像处理及控制机构电气连接。

6.根据权利要求5所述的轮胎断面结构测绘仪，其特征在于，所述图像处理及控制机构包括计算机、显示器和控制器，显示器和控制器分别与计算机连接，控制器还分别与CCD相机、横向步进电机和纵向步进电机连接；计算机内设有图像处理模块、自动控制模块和CAD转化模块，图像处理模块的输入端与CCD相机连接，图像处理模块的输出端与CAD转化模块连接，自动控制模块与控制器连接。

7.根据权利要求1所述的轮胎断面结构测绘仪，其特征在于，所述透明扫描平台的材料为扫描仪玻璃。

8.根据权利要求1～7任一项所述测绘仪实现一种轮胎断面结构测绘方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)打开机盖，按照待测轮胎的规格轮辋尺寸，采用轮胎断面夹具将轮胎断面夹好，并放置于透明扫描平台上；

(2)合上机盖，打开光源，此时光源从下方照亮轮胎断面，轮胎断面图像从远心镜头成像于CCD相机上，控制器根据CCD相机得到的轮胎断面图像设定摄像路径，并将摄像路径的数据输送给计算机；

(3)设定原点，将CCD相机调至原点处，根据摄像路径，计算机中的自动控制模块通过控制器分别驱动横向步进电机或纵向步进电机，使CCD相机、远心镜头和光源沿着横向直线导轨或纵向直线导轨移动至各个摄像路径的各个轨迹点，然后对相应轨迹点的轮胎断面进行拍摄，并将得到的各幅图像输送至计算机；

(4)计算机的图像处理模块将步骤(3)得到的各幅图像进行拼接处理，形成整幅的轮胎断面图像，并输送给CAD转化模块，经CAD转化模块进行转化处理后形成CAD格式输出或保存；

(5)拍摄完毕后，关闭光源，取出轮胎断面即可。

9.根据权利要求8所述的轮胎断面结构测绘方法，其特征在于，所述步骤(2)中，摄像路径的设定是控制器根据CCD相机得到的轮胎断面图像，通过查看轮胎断面边缘的像素灰度，从而确定轮胎断面轮廓并根据轮胎断面轮廓确定摄像路径。

10.根据权利要求8所述的轮胎断面结构测绘方法，其特征在于，所述步骤(3)中，自动控制模块对CCD相机的控制过程是：先检测CCD相机是否处于原点位置，若不在，则将CCD相机调至原点处；若CCD相机已位于原点处，则从原点开始，CCD相机按照已设定的摄像路径进行拍摄，直到拍摄路径的拍摄完毕或中途人工停止拍摄；

步骤(4)中，图像处理模块对各幅图像进行拼接处理的具体过程为：先将步骤(3)得到的各幅图像拼接为整体轮廓图，然后进行虑波，根据灰度阈值确定轮胎断面与背景特征，分离出轮胎断面的轮廓图，再进行二值化，最后进行拟合，得到整幅的轮胎断面图像并输送给CAD转化模块；

CAD转化模块的工作过程为：转化时先判断组成轮胎断面图像的各线段是直线段还是圆弧段，若为直线段则按照直线段的函数调用即可，若为圆弧段则按照以下顺序进行：

1)以圆弧段的圆心为坐标原点，采用十进制确定圆弧段的半径、圆弧段起始点的半径角度和圆弧段终止点的半径角度；

2)根据得到的圆心坐标值、圆弧段半径、圆弧段起始点的半径角度和圆弧段终止点的半径角度，将圆弧段进行CAD转化。

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