CN109447959A - 轮胎静态载荷印痕测量方法 - Google Patents

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李煊鹏
薛启凡
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Abstract

本发明公开了一种轮胎静态载荷印痕测量方法，包括以下步骤：激光器发射激光束照射轮胎与玻璃台板的前后接触边缘，使光束充分贴合轮胎接地边缘；采用暗场方式，将相机放置在玻璃台板下方捕捉轮胎接地印痕，采集不同载荷下的接地印痕图像；对采集的接地印痕图像进行Gamma变换和二值化处理，获得预处理图像；在轮胎接地印痕预处理图像上在印痕边界选取标记点，根据接地印痕形态选择曲线拟合阶数，拟合标记点对应曲线，或者采用样条插值的方式，最终获得轮胎接地印痕边界曲线。本发明具有检测精度高、测试速度快、可适应不同花纹轮胎的优点，克服了现有轮胎磨耗测试***无法测量不同花纹轮胎接地印痕并且测量精度差的缺陷。

Description

轮胎静态载荷印痕测量方法
技术领域
本发明涉及一种轮胎印痕测量，具体涉及一种轮胎静态载荷印痕测量方法。
背景技术
轮胎是汽车的重要部件，轮胎的性能对整车有着很大的影响。现代轮胎制造业中，通常通过轮胎的接地特性来分析轮胎性能，其中有通过对静态轮胎施加载荷，针对生成的轮胎接地印痕进行分析的方法，用以研究轮胎的运行阻力，摩擦性能等特性。
在轮胎静态载荷印痕的获取上，主要有压力方法和视觉方法。压力方法主要是用压力传感器，专利CN104897497A公开一种轮胎接地压力分布分析提高耐磨性的方法，采集轮胎接触面上不同位置的压力，进而得到轮胎静态载荷下的接地边界。主要存在的问题有成本较高，采集分辨率较低的缺点。而视觉方法分为拓印法和相机采集法，拓印法通过使轮胎在载荷作用下在钢板，牛皮纸或其他材质的表面留下印痕进而分析轮胎接地边界，专利CN203203582U公开一种巨型轮胎印痕立式测定平台，专利CN102445352B公开一种轮胎印迹分析测量方法，主要问题在于实时性差，试验周期过长，操作流程复杂。相机采集法通过相机拍摄轮胎接触面，依据轮胎接触面和非接触面亮度的不同，进而获得轮胎静态载荷下的接地边界。但由于普通光源照射下，轮胎与地面接触面和非接触面的亮度区别较小，给接地印痕判断带来困难，在某些特殊花纹如块状花纹的轮胎上甚至无法进行分辨。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种轮胎静态载荷印痕测量方法，解决现有轮胎静态载荷印痕测量精度不高、检测效率低、适用性差的问题。
技术方案：本发明所述的轮胎静态载荷印痕测量方法，包括以下步骤：
(1)激光器发射激光束照射轮胎与玻璃台板的前后接触边缘，使光束充分贴合轮胎接地边缘；
(2)采用暗场方式，将相机放置在玻璃台板下方捕捉轮胎接地印痕，采集不同载荷下的接地印痕图像；
(3)对采集的接地印痕图像进行Gamma变换和二值化处理，获得预处理图像；
(4)在轮胎接地印痕预处理图像上在印痕边界选取标记点，根据接地印痕形态选择曲线拟合阶数，获得标记点的拟合曲线，或者采用样条插值的方式，获得标记点的拟合曲线。
为了能够覆盖轮胎接地印痕，所述步骤(1)中的激光器为一字型激光器。
保证印痕采集的精度，所述步骤(2)中相机为低畸变镜头工业相机。
方便获得清晰可靠的印痕，所述步骤(3)中Gamma变换为单参数设置可逆变换，二值化变换方法为自适应二值化算法。所述步骤(4)中在轮胎滚动方向左右两侧边缘处、接地印痕前后顶点位置、接地印痕顶点边缘间中点位置和接地印痕两侧肩部靠内位置。
为了针对不同印痕获得理想的拟合曲线，所述步骤(4)中样条插值采用分段样条或贝塞尔样条实现。
有益效果：本发明针对不同宽度、花纹、载荷的轮胎能够进行快速准确的印痕边界测量，利用图像处理技术，提升边界标记点位置选择的准确性，通过半自动化标记点拟合或插值的方法，能快速实现轮胎印痕边界的曲线提取，本发明具有精度高、速度快、适应性强的优点，克服了现有轮胎磨耗测试***无法测量不同花纹轮胎接地印痕的问题，可有效应用于轮胎测试工业现场。
附图说明
图1是本发明轮胎静态载荷印痕测量方法的流程图；
图2是印痕边界标记点选择示意图；
图3是静态印痕测量***结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行说明。
如3所示，轮胎静态印痕测试***包括试验台和工作站8，试验台包括普通台架3以及玻璃台面4，***工作时轮胎1受到载荷作用与玻璃台板4接触形成印痕，两台激光器2分别架设在轮胎前后两侧，使用WIFI与工作站8连接并接受控制。玻璃台板下方固定有2套LED照明光源5，LED光源与控制器7相连接并接受控制，同时控制器7与工作站8相连接。玻璃台板正下方设置有相机6用以采集轮胎接地印痕图像。轮胎与玻璃台面在载荷的作用下发生接触，形成接触面。相机固定在玻璃台板正下方，保证相机的视域范围能够同时覆盖轮胎前后接地边界。
在玻璃台板沿轮胎行进方向两侧固定两套LED照明光源，使用低角度照明的方法，调整LED光源照射角度，使得LED照明方向与玻璃台面的夹角较小，保证相机不会因玻璃台板的反光干扰。调整LED光源至合适亮度，使得轮胎上相关标记点，花纹等细节能够被相机捕捉到，同时光源亮度不能过高防止对激光造成干扰。
如图1和2所示，使用两台高功率一字型激光器分别对轮胎接触地面的前后沿进行照射，使用之前需要先将激光调至水平，保证照射时激光能够与轮胎和地面接触边界平行。之后调整激光器照射角度，使得激光照射在轮胎接地边界上，然后调整激光粗细，使得激光线条能够覆盖整个轮胎接地边界曲线。微调激光器角度使得轮胎接地边界两侧对比度达到最大。
通过相机采集当前轮胎接地印痕图像。对图像进行Gamma变换，提高激光所照射的轮胎接地边界的对比度，将边界区域图像的灰度值从一个较小范围拉伸到较大范围，接着再对图像进行中值滤波和开运算，去除椒盐噪声和痕迹中的空洞，获得二值化图像，由于图像中激光照烧印痕的灰度值相对轮胎背景灰度值较低，需通过Gamma变换改善图像对比度，增大低灰度区域。二值化的过程是方便计算机进行后续处理，轮胎移动过程中不同时刻不同位置对于LED照明光的反射情况不同，二值化处理无法通过一个固定阈值实现，因此需要使用自适应二值化算法来根据光照情况自动选取二值化阈值。在轮胎接地印痕二值化图像上在印痕边界选取标记点，根据标记点的个数和位置，可选择曲线拟合的方法，拟合方法使用最小二乘法，依据印痕形状的不同，生成接地印痕曲线，若接地印痕形状为弧形，则选择较低次数的曲线进行拟合，若接地印痕形状有较多弯曲，则根据弯曲的数量选择对应的高次曲线拟合。一般在轮胎滚动方向左右两侧边缘处、接地印痕前后顶点位置、接地印痕顶点边缘间中点位置和接地印痕两侧肩部靠内位置选取标记点，其中，左右两侧边缘处的标记点是为了确定接触印痕区域的大小，接地印痕顶点位置的标记点是为了确定印痕最大弯曲程度，接地印痕顶点边缘间中点位置的标记点是为了描绘出曲线的形状，接地印痕两侧肩部靠内位置的标记点是为了确定印痕的拐点。图2中顶部的接地印痕弯曲程度较低，使用4次曲线即可获得较好效果，而底部的接地印痕两侧弯曲程度较高，就需要使用6次曲线进行拟合。接地印痕曲线绘制也可以采用样条插值方法，对于不规则的接地印痕，选择分段样条的方法，选取更多数量的标记点针对不规则区域进行拟合。对于较为规则的接地印痕，可采用贝塞尔样条，可避免曲线拟合中因为曲线次数过高而带来的过拟合现象，最终拟合获得接地印痕曲线。

Claims (6)

1.一种轮胎静态载荷印痕测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)激光器发射激光束照射轮胎与玻璃台板的前后接触边缘，使光束充分贴合轮胎接地边缘；
(2)采用暗场方式，将相机放置在玻璃台板下方捕捉轮胎接地印痕，采集不同载荷下的接地印痕图像；
(3)对采集的接地印痕图像进行Gamma变换和二值化处理，获得二值化图像；
(4)在轮胎接地印痕二值化图像上在印痕边界选取标记点，根据接地印痕形态选择曲线拟合阶数，获得标记点的拟合曲线，或者采用样条插值的方式，获得标记点的拟合曲线。
2.根据权利要求1所述的轮胎静态载荷印痕测量方法，其特征在于，所述步骤(1)中的激光器为一字型激光器。
3.根据权利要求1所述的轮胎静态载荷印痕测量方法，其特征在于，所述步骤(2)中相机为低畸变镜头工业相机。
4.根据权利要求1所述的轮胎静态载荷印痕测量方法，其特征在于，所述步骤(3)中Gamma变换为单参数设置可逆变换，二值化变换方法为自适应二值化算法。
5.根据权利要求1所述的轮胎静态载荷印痕测量方法，其特征在于，所述步骤(4)中在轮胎滚动方向左右两侧边缘处、接地印痕前后顶点位置、接地印痕顶点边缘间中点位置和接地印痕两侧肩部靠内位置选取标记点。
6.根据权利要求1所述的轮胎静态载荷印痕测量方法，其特征在于，所述步骤(4)中样条插值采用分段样条或贝塞尔样条实现。
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