选择轮胎X光图像自动缺陷识别软件的关键因素

赵冬梅 编译

（北京首创轮胎有限责任公司， 北京 102400）

选择轮胎X光图像自动缺陷识别软件的关键因素

赵冬梅 编译

（北京首创轮胎有限责任公司， 北京 102400）

介绍了X光检测轮胎的自动缺陷识别软件产品的最新评价标准和功能特性。此轮胎缺陷识别软件有助于轮胎制造商在轮胎制造过程中自动识别轮胎的缺陷，满足轮胎现代化生产中质量监控的需要。

轮胎；X光；缺陷识别；检测功能

0 前言

X光检测轮胎自动缺陷识别软件通常简称为ADR。ADR还可以进一步定义为：检测系统实现快速、系统地分析轮胎X光图像，无需作业人员参与、自动做到逐层识别各种钢丝部件，通过钢丝帘线的图像分析辨别是否存在异常现象，并将分析结果以文件资料形式输出。

用于轮胎的X光检测设备，以Macro-Poise公司生产的VerTiX Plus X光检测系统为例，随着不断的技术改进与系统升级，其在检测轮胎时能够以数字模型的形式快速成像，而且具有极高的分辨率和清晰度。与之配套的在线实时应用ADR软件产品，必须能以相近的速度准确分析X光图像，并以系统的方法向轮胎制造商提供分析报告，以便轮胎制造商及时发现带有缺陷的不合格品。只有这样，才能满足现代化大批量轮胎制造过程中质量监控的需要。

当X光检测系统实际应用到轮胎检测时，从制造成本、检测过程的复杂程度和检测速度等方面的综合考虑，都决定了要应用ADR 产品对轮胎X光图像进行分析处理。凭借作业人员肉眼目测观察X光图像、识别判断轮胎是否存在缺陷，容易疲劳，也很难做到长时间高度集中注意力，存在很高程度潜在缺陷无法发现的风险，尤其是轮胎生产量很大时这个风险会更加严重。而ADR软件却能按照设定程序的要求始终如一地工作，监测分析轮胎图像，识别异常缺陷的类型，并将信息反馈给轮胎制造者。与人工作业相比，检测效率明显提高，检测失误率大大降低，进而减少轮胎总的理赔量和相关成本。软件还能通过分析早期发现和预警的量化缺陷数据，使轮胎制造者提前掌握缺陷发生的趋势，有助于及时采取措施避免类似缺陷再次发生，从而减少废品、降低成本。

1 ADR软件的关键性能和评价标准

1.1 自动化检测水平

许多不熟悉ADR软件产品的用户，对轮胎缺陷自动识别软件提供的最终质量检测报告往往持怀疑态度。首先，用户必须充分信任软件功能的准确性和可重复性，这一点很重要。为了帮助用户转变和提升对软件的信任度，ADR软件在功能配置方面可以提供几种不同自动化水平的检测组合方案。图1中对几种常见的不同自动化水平的方案进行了汇总，方便用户进行对比和理解。

图1 轮胎X光图像ADR路线图

在图1中，最上面列举的方案描述的是普通X光成像人工检测流程，X光扫描成像后显示在屏幕上，操作者进行人工检查，目测是否存在异常现象，然后由操作者对轮胎的质量进行最终评判。图1中所示的最下面一个方案，描述的是X光检测系统全自动检测过程，系统中的ADR软件自动检查、分析X光图像中可能存在的异常现象，判断轮胎缺陷类型，最后由软件对轮胎质量进行评判并出具检测报告。对于大多数操作者来说，直接去完成这一系列功能的操作作业，不仅工作量大、耗时长、易产生疲劳感，由此带来的诸如漏验、误判等问题更会令人担忧。图1中中间部分描述的三种自动化水平的检测方案，分别是两个单独系统、可视集成系统和半自动检测系统，是能够让用户从完全人工检测更进一步接近和接受全自动检测方案的过渡阶段，也是使用户逐步对全自动检测建立信心的过程。每向前提高一个自动化水平，用户就更加信任全自动检验的结果。任何一款ADR软件产品，都应该有能力向用户提供不同自动化检测水平的全套方案设置，直至最高级别的全自动检测。当然，不排除部分用户能够跨越其中某些自动化检测阶段，不需要某一个或几个自动化检测方案的设置，但是，对于用户来说，拥有一款使自己逐步适应和接受的软件，还是最好的选择。

1.2 软件的升级扩展

用于X光检测轮胎的ADR产品，除应具有上述各种自动化检测水平设置的功能以外，还应具有软件升级扩展的功能，允许客户有选择地购买所需要的软件检测功能模块。最差的软件设计是“全有或全无”的ADR产品，即具备自动化检测各阶段水平的方案设置和先进的测试功能，或在一次性购买时具有所选的功能，而后期无法实现功能重置和拓展。这样的软件难以满足自动化检测水平升级和检测功能升级的需要。

1.3 软件准确性

选择ADR产品的关键是软件的各种重要性能指标要达到世界级的先进水平。其中，最重要的性能是软件能够提供可靠的缺陷识别检测结果，不要经常发生判断错误。与轮胎缺陷的实际情况相比，既不能过于夸大，将小放大，将无定有；也不能有所掩盖，将大缩小，将有定无。缺陷分级从严评判的错误率应该小于5%，而误判的漏验率应该接近于零，确保有缺陷的不合格产品不流入市场。

1.4 软件的适用性

软件还应具有广泛的适用性，即适用于大多数X光检测机型，而且不受X光成像文件类型的影响，能够分析和识别多种类型的图像。只有这样，在一个特定的轮胎制造工厂，这个ADR软件才能变成标准件产品，在需要的时候可以从一台机器安装到另一台X光检测设备上，在不同型号的X光检测设备上都能正常使用。还有一个相当不错的设想，就是不需要轮胎的标准图像模板，软件也能很好地识别和分析X光图像，即使是成像质量存有异常现象时也能正常工作。

1.5 软件的工作效率

在X光机完成一条轮胎成像所用的时间内，ADR产品处理检测图像的能力，是另外一个需要评价的性能指标。软件处理图像的时间，完全取决于程序所设定的需要探测缺陷类型的数量，但是不管怎样，即使是选择了全部缺陷类型都要进行识别和分析的设置，软件也必须在X光机扫描成像的周期内完成缺陷分析，并及时提供详细的图像和必要的处理建议，而不能占用X光检测设备的工作时间。基于同样的道理，软件菜单设置也应该简单快捷，所用时间应少于1 min，最大限度地减少占用X光设备的工作时间。

从上述诸多方面考虑，可能任何一款软件都不是完美的，但是，当用户准备投资购买ADR产品时，还是要对各个方面的性能进行综合评价，最大限度满足实际使用的需要。

2 ADR软件的重要功能特性

2.1 轮胎缺陷识别分析功能

ADR软件产品，对轮胎所有的关键区域的图像都能够进行检查和分析，同时，还要确保所有相关的缺陷都能够进行识别。需要X光检测的轮胎重要部位包括胎圈、补强层、胎体帘线反包、胎体帘线层和带束层等区域。轮胎的这些区域经X光检测后形成的图像如图2所示。

图2 轮胎缺陷所在区域示意图

在轮胎的胎圈区域，重点关注这个区域是否存在异物（杂质），辨别是否发生钢丝散股和跳线。靠近胎圈区域的是胎体帘线反包区域，这里也可能会存在异物，或其他的反包质量问题，这些异常现象包括：成型时胎体帘布接头偏歪错位，产生的这种缺陷通常叫做“狗耳朵”；胎体帘布定位不正确；胎体帘布反包端点的质量缺陷，胎体帘线端点应该整齐而且均匀排布，ADR产品应该能够发现胎体帘线端点是否发生了位移，或者其中一部分帘线是否存在与邻近帘线的间距过大或过小，即跳线或散线现象，并对此现象做出判断，是否达到了不可接受的水平。在胎圈和胎体反包端点之间通常是补强层区域，ADR软件应该检查补强层的位置是否正确，补强层端点是否存在质量问题。与胎体帘布反包端点的质量问题类似，补强层端点也应该整齐而且均匀排布。此外，和其他区域一样，是否存在异物也是检查的重点。

在轮胎胎体帘布的成像区域，可能会存在很多种缺陷形式。胎体帘线应该呈直线排列而且间距均匀，如果发生一根帘线完全缺失和帘线出现偏离直线状态（通常呈S形），ADR软件都应该识别发现，并且在检测报告中自动显示出来。一根胎体帘线与其他帘线产生交叉（这种缺陷通常称为“跳线”），或者一根帘线与它的相邻帘线相比改变了位置（这种缺陷通常是指“并线”或“劈缝”），也是X光机自动检测的重要项目。与轮胎的其他区域一样，在胎体帘布这个大面积区域的X光成像中也需要检测是否存在不同形状、不同尺寸的杂质异物。ADR软件作为一个非常实用的探测工具，还有一大特点，就是具有发现大面积成像区域图像反差变化的能力。这一现象通常可能是由局部某一区域缺少材料产生的。轮胎中这个类型的缺陷是由于胎体内各层部件之间存在大面积空气造成的，或者是由于橡胶部件受到拉伸，在内部产生大面积气泡引起的。不管怎样，能够探测发现和定位大面积局部区域的反差变化并形成检测报告，告知轮胎制造者，说明ADR软件在检测轮胎缺陷方面还是非常具有实用价值的。

在轮胎的X光成像中，分析起来最复杂的区域是轮胎带束层部分，就是图2中中间部分所示的图像。世界级技术水平的ADR软件产品具有将多层带束层的X光图像进行逐层分离的功能，然后分别对每一层带束层进行缺陷分析。典型的钢丝带束子午线轮胎的带束层最多由4层带束组成，每一层都需要单独进行分析。带束层边缘缺陷分析的类型与前面讲述的胎体帘布反包端点和补强层端点相类似，如帘线端点定位、错位、散线、跳线等现象，带束层帘线还可能存在相互折叠或局部带束层缺失的缺陷，带束层圆周方向的任何蛇形或沙漏形的变形缺陷，ADR软件都应该探测识别，并向轮胎制造者提供检测报告，以便及时采取措施进行纠正。当然，在带束层区域的图像中，是否存在异物也同样应该进行探测和分析。

2.2 测量功能

具有前沿技术水平的新型轮胎X光ADR软件产品，在原有缺陷识别和分析的功能基础上，还增加了多种测量工具的检测功能。一直以来，普通的ADR软件分析X光图像后指出的异常现象，就是轮胎缺陷的类型，然后通过软件设定的分析工具，给出“通过”或“不通过”的结论。而现在的ADR软件产品在技术水平方面进一步提升，更加先进，除上述轮胎缺陷全自动识别功能以外，还增加了多种与轮胎质量相关的测量工具。例如，通过轮胎X光图像，能够测量部件端点的质量（如端点位置、接头错位等），还能够测量钢丝帘线的间距或密度，并且在报告中显示出测量结果，如果钢丝帘线间距或密度超出了设定的质量标准限值，软件会自动报警提示，这一项功能对轮胎制造者来说很重要，现在的ADR软件完全能够实现这一功能。轮胎中很多部件的质量控制都可以应用这一类型的测量工具，比如X光图像中的轮胎胎圈、补强层、胎体帘布反包、胎体帘布层和带束层等部件。图3显示的就是ADR软件量化测量轮胎胎体帘线间距发现的异常现象。此外，从轮胎内在质量监控的角度考虑，软件还应该提供角度测量功能，用于轮胎的补强层、胎体帘布层和带束层等部件的帘线角度检测，以及更复杂的测量功能，比如各种轮胎部件对中的量化测量功能。这一系列的检测必须将硫化轮胎的中心线位置作为定位参考，在这种情况下，硫化轮胎中心线位置确定就显得非常重要，ADR软件一般是通过轮胎两侧胎肩区域在X光图像中形成的反差来确定的。通过上述一系列的测量结果，可以发现轮胎潜在的行驶质量问题，所以，在顶级的ADR软件产品中应该包含这些测量功能。

很多市售的ADR软件产品也声称具有上述重要的测量功能，但却从不提及需要花费大量的调试时间来校准软件，才能实现上述的检测功能，并提供真实准确的测量结果。为了从X光图像提供具有实际意义的测量结果，软件产品应具备一种转换能力，即将X光图像的像素转化为物理意义的空间距离。就像我们看到的一样，当X光照射到轮胎断面上的时候，轮胎的内表面相对于X光光源的距离都不相同，轮胎的外表面相对于X光探测器表面的距离也不相同。因为这种立体几何空间的原因，从X光图像的一侧到另一侧，将像素转化为轮胎中的线性距离也是不同的。另外，这种转换关系也会因轮胎的不同而不同。大多数ADR产品要求用户针对待检的轮胎型号进行校准，补偿由此引起的偏差的影响，这样就会导致用户需要花费大量时间进行校准，才能实现量化测量、探测的功能。为了节省时间和降低工作难度，用户应该考虑购买不需要自行校准的ADR软件产品。通过在X光图像检查过程中增加测量功能，就可以收集数据并进行趋势分析，甚至在轮胎缺陷还没有达到不可接受的水平时，就能够向用户提供分析结果，提前预警，以便用户及时采取措施解决生产制造过程存在的问题，防止出现不合格品。因此，对于轮胎制造者来说，这一测量和分析功能非常重要，不仅实现产品内在质量的量化分析和趋势分析，还能避免不必要的废次品。

图3 胎体帘线间距异常缺陷的量化测量

2.3 附加功能

现在，先进的ADR软件产品功能不断扩展，具备了上述所有探测缺陷和测量工具的功能。但是，一套完美的ADR软件还应该考虑到特定用户的特殊需求，以及用户对软件界面特性的个性需求。首先，软件产品应该提供充足的数据存储能力，使大量检测结果很容易保存下来，方便用户进行一定时间周期内的数据分析，以及制造过程技术改进时能调用数据进行对比分析。其次，ADR产品的检测数据，应很容易使用统计分析工具软件进行统计分析，随着检测报告一起帮助用户形象化理解和分析应用检测数据。另外，因为ADR产品最主要的目的是自动检测、发现轮胎的缺陷，并向用户展示缺陷的存在，如果能做到通过很简易的操作方法为每种类型的轮胎缺陷设定预警和报废标准的界限条件，对用户来说也非常重要。市场上销售的很多ADR软件产品，很难构建预警和报废的标准设置，即使能构建这一体系，实际使用也不太方便。对任何一款ADR产品的评价，一定要高度重视用户的使用体验。

3 结 语［1］

轮胎制造商生产轮胎的过程非常复杂，因此需要应用高品质的检测仪器或设备，来全面检验最终产品的实际质量状况。当使用X光检测设备监控轮胎质量时，具有强大的缺陷自动识别功能的软件产品应该成为必备的选择。目前市场上在售的ADR产品质量千差万别，应该寻找功能最强大的ADR产品，才能满足对所生产的轮胎进行质量控制的需求。

一款高水平的ADR软件产品，应该具备可增加检测项目配置和扩展升级的功能，适用于检测各种类型的轮胎，而且具有发现和分析各种潜在的异常现象的能力。如果轮胎制造商需要增加新的缺陷检测类型，软件必须具备外延接口，以增加新的缺陷识别和分析功能。ADR产品还必须具有极高的探测精确度，即具有高水平的缺陷识别准确率，这样质量管理部门在X光检测系统上就可以减少作业人员设置，投入更多的资源在解决生产过程中的问题上，提高工作效率。这样做，有利于实现快速的知识创新，有助于实施轮胎制造过程可持续发展的改进提升。

在ADR软件产品的实际使用过程中，检测项目快速设置、操作方便也是应该考虑的。Micro-Poise公司开发的Coll-Tech X-Rat 就是一款这样的ADR产品，具有尺寸测量的功能，但是不需要后期的校准工作，大大简化了使用者的工作难度。

最后，在实际生产环境中使用的设备，速度是最为关键的要素。现在的X光检测设备完成一条轮胎的成像一般不会超过24 s，因此，ADR产品必须快速接收图像信息，识别、分析异常现象和处理其他的相关数据，并向制造者报告分析处理结果，以最高的效率完成全部处理工作。

［1］ Shaun MI. Critical Success Elements in Selecting Tire X-Ray Automatic Defect Recognition Software［J］. Rubber World，2014， 250（6）: 30-32.

［责任编辑：翁小兵］

TQ 336.1

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1671-8232（2015）11-0040-05

2015-04-10

赵冬梅（1965—），女，黑龙江人，高级工程师。从事轮胎结构设计，橡胶原材料开发应用、工艺技术管理、标准化管理等工作。