汽车轮胎表面图像扫描检测专利技术综述

周群

摘要：文章针对汽车轮胎表面图像扫描检测的国内外专利状况，介绍了汽车轮胎表面图像扫描检测的发展以及主要技术。

关键词：轮胎；图像；专利；扫描

中图分类号：U463.341 文献识别码：A 文章编号：1001-828X（2016）002-000-01

一、汽车轮胎表面扫描检测概述

随着世界上公路交通突飞猛进的发展，市场对汽车质量的要求越来越高；而轮胎作为汽车中的重要部件，其安全性非常重要，轮胎的安全性直接关系到乘用人员的生命，安全性如若不良则有很大概率会造成严重的交通事故，因此汽车轮胎的检测就显得尤为重要。对轮胎表面进行检测为轮胎检测重要的一个环节，而与轮胎表面接触性的检测可能会造成轮胎本身受损，因此非接触性的检测有着重要的意义。

汽车轮胎表面扫描检测技术中，主要依靠各类非接触性的扫描手段对轮胎进行扫描，现有的技术中，主要包括三类；X射线检测、超声波振动检测、相机采集图像检测。采用光学图像的检测方法占了比较大的比重，这是因为今年来随着各类图像传感装置的发展，拍摄照片或摄影已经由单纯的胶片相机发展为现今的采用各类图像传感器，其体积也大幅度缩小，从而带动了采用该技术扫描轮胎技术的发展，在近些年的申请中，对轮胎的图像扫描逐渐变得更加快捷、灵活，也因此成为汽车轮胎表面扫描检测技术中最多的一项。

二、汽车轮胎表面图像扫描检测的专利技术分析

（一）图像扫描检测的发展状况

1969年，Brown Gordon申请了采用图像检测的方法检测轮胎表面（GB1278476），在该申请中，无内胎的轮胎被放置在一个平放的车轮上，光束从发射器中射出，经过分光器分为两路，一路经过反射照射至轮胎表面，另一路则照射至支架上，给探测轮胎表面提供光源，再在相应的位置处设置相机，对轮胎表面进行拍照，通过拍摄到的图片对轮胎表面进行诊断。

虽然GB1278476的专利能够对轮胎表面进行拍照，但是无法检测轮胎内表面的损伤，然而在之前的年代，拍照的相机体积比较大，并且使用的为胶片，因此测试人员很难将相机放入轮胎内部进行拍照，对此，Ralph M，Grant1982年申请了对轮胎内部进行拍照的专利（US4702594），该装置在轮胎内部固定有相机的胶片44，通过从外部射入的可见光，通过反射和分光后，一路则反射至轮胎内部的被测位置处，另一路照射至胶片上，使得胶片曝光，从而在胶片上形成轮胎内部被测位置处的图像；同时，还可以通过真空泵20调节检测箱内部测气压，通过气压的改变，拍摄下轮胎内部图像的变化，从而实现对轮胎内部的检测。

US4702594的装置将胶片至于轮胎的内部，但是相较于在轮胎外部的拍摄，在轮胎的内部安装胶片或摄像机并不便捷，针对以上的问题，Steinbich H等人于1986年申请了摄像机在外部拍摄的专利（DE3624589），光路通过反射与分光镜，将轮胎内部照亮，照亮的轮胎内部由外部的摄像机通过反射镜来观测，通过观测轮胎的内部状况，对轮胎进行诊断。

以上对轮胎的检测都是将轮胎平放，再进行拍摄，然而汽车在实际行驶中，轮胎为竖直运动状态，并且在颠簸中与地面形成一定的角度，为了更真实地模拟该环境，日本的家治川彰和斎藤賢二于1989年申请了一种将轮胎竖直放置的检测（JP平3-146809），其将轮胎放置于台架3上，轮胎的正下方有透明的板，板的下方安放有相机31，对上方的轮胎进行拍摄，通过连接车轮的加载装置对轮胎施加一定的负载，从而使得轮胎与地面形成一定的角度，拍摄到的图片更接近于真实工作环境下的轮胎。

对于轮胎的扫描大多只是对轮胎的一个检测面进行扫描，德国的施耐宝仪器股份有限公司于2002年申请了同时采用多个传感器对轮胎的各个检测面进行扫描（DE60204315A），发明者为Braghiroli F，在该装置中，受到测试的车轮安装到装置的测量轴上，并能绕着轴旋转，在探头上光束激光光束从设置确定位置的光源发射至轮胎的表面上，被固定的光敏接收器接收，并且采用三个探头，分别对胎面、侧壁和轮辋分别同时进行检测，使得轮胎的扫描更加全面，也大大缩短了全面扫描轮胎所需耗费的时间。

在对轮胎扫描的过程中，探头通常是固定或者只能沿着一个方向运动扫描，Dengler S和Maehner B分别于2005年和2006年提出了能够沿多个方向运动的传感器支架（DE102005032735和DE102006014058），在DE102005032735中，是对轮胎的外表面进行扫面，而扫描探头能够沿x、z轴自由移动，并能够自由变换扫描角度，从而只需一个探头即可实现轮胎外表面的全面扫描；在DE102006014058中，则提供了一个能够伸长的臂，从而使得探头能够自由地伸入轮胎的内部，对轮胎内部进行图像扫描，并且臂可沿两个方向进行调节，能够适应对各种尺寸的轮胎进行内部扫描。

（二）国内专利在该领域的发展状况

近年来，随着汽车行业在国内的迅猛发展，很多中国的企业与高校在轮胎检测上申请了相关的专利，中国科学院安徽图像精密机械研究所于1998年申请了橡胶部件轮廓激光在线检测装置（CN1215151A），以激光束作探头，利用其照射到被测物表面形成的漫反射光斑作传感信号，用图像成像原理将收集的漫反射光汇聚到电耦合器件CCD上，实现光电转换，当入射光随被测物表面移动时，成像点作相应的移动，根据像移大小，在标准厚度板上得到标准曲线，算出准确的厚度和宽度值。北京航空航天大学于2003年申请了一种轮胎多几何参数的激光视觉在线自动测量方法（CN1566903A），通过向轮胎投射激光光平面，利用CCD摄像机获取变形特征线的图像，根据轮胎表面轮廊的关键特征点的三维信息，计算出轮胎的多个几何尺寸参数。从而实现了单传感器一次测量轮胎多几何参数，能对不同规格的轮胎进行测量。

三、总结与发展

通过以上分析可以看出，在汽车轮胎表面扫描检测领域，在国外已有了多年的发展，技术已经趋于成熟，国内的申请量虽然不如国外企业，但今年来随着各高校和企业对汽车领域越来越重视，也出现了很多关于轮胎检测装置和方法的申请，推动了这个行业的发展。