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激光传感器在轮胎工业中的应用 传感器技术指标

时间:2020-07-29    来源:仪多多仪器网    作者:仪多多商城     
近二十年来PSD(位敏检测器)激光测量传感器已经成功地接受轮胎制造业的挑战。在应用中要求传感器迅速而灵敏,产量高,采样率多和使用距离长。

随着轮胎规格变得更严格,对于供应商来说轮胎的生产形成一种新的挑战,它需要更快,更尖端发展,以及无论是在线还是离线应用时都有着更准确的测量和检测系统。

制造商需要的是无须以牺牲准确度为代价就能可靠的检测轮胎的装置和更高的产量,以及高的采样率和更长的距离。

对于轮胎工业来说生产和产量就意味着一切。他们只能允许很少甚至没有停工时间,后备库存必须保持最低量。同时次品的手工复查也必须减到最小。

在这些应用中,非接触式激光测量传感器要优于传统接触/机械随动机,更甚于更早的那种每次测量时可重复性和产量都会变化的电容传感器。

接触式或机械随动机的最大缺点是这类传感器需要在轮胎上清洁的通道进行持续的测量。

当轮胎转速为60转/分钟(rpm)时轮胎上的刻字或花纹会破坏接触探针。而这些刻字和花纹也会由于不必要的反弹而严重降低其可重复性。与之相反,设计适当的激光测量传感器不受表面纹理,颜色,速度或者不同环境的光的条件的影响。与接触式传感器相比,激光传感器与探针磨损或反弹无关,可在较高的速率下收集数据。

在橡胶应用中的性能要求

由于橡胶是黑色,它吸收表面上几乎所有的光,这样为了获得高质量的激光点像以及迅速对表面反射率做出调整,测量装置需要足够的光功率。

通常即便激光器具有可以的传感器性能也要求激光的光斑比较小,频率响应要很快,以便从具有刻字和各种复杂形状的胎面或侧壁之类的断面中获得可靠的数据。

橡胶的待加工原料,典型的如从挤出机,压延机或在轮胎成型过程中的未加工或未硫化的材料,通常还是热而且粘的,具有黑色光泽表面,同时释放出烟雾。测量得到的数据必须反映真实形状尺度和轮廓。

它不应受热的,烟的环境或表面的影响,也不应受测量角度或材料的纹理,亮度,斜面,速度或温度的影响。

当在高速的TUO(轮胎均一性)机器上测量旋转的轮胎时,非接触式传感器必须迅速提供样本以确保没有漏过检测任何缺损。

由于无接触激光测量能迅速对过程变化做出反应,因此对于这类应用是理想的,它可以在整个生产过程中进行高速不间断的测量。

如何进行三角测量

在橡胶和轮胎工业中大多的非接触式传感器用光学激光三角测量法来准确测量物体或表面。

在这种技术中一束光从传感器发射到被测表面。它相当于一个自动光断面显微镜,有时作为一种结构化的光会被提及。在表面,激光发射光斑在一点上。在与激光形成的某个角度上,用透镜形成影像或在这个影像平面的光斑照片,位置传感的检测器就置于这个影像平面。如果表面进一步远离传感器,检测器的光斑变换到不同的点上。通过确定光斑的位置和测量相关的角度,传感器到表面的距离可被确定。

有两种主要的检测器类型用于非接触式三角测量传感器。它们都是固态的,与具有粗糙结构的电路芯片集成,只要适当地组装传感器外壳,即使在恶劣的环境中,其仍具有可靠的性能。

第一种传感器类型是PSD或者称为位置敏感检测器;第二种是CCD也称为带电的耦合设备。

PSD是一种简单的元素检测器,它把入射光转换成连续的位置数据。本质上说它是一种模拟装置。PSD传感器应用于很高的数据要求时,譬如普遍应用于橡胶和轮胎工业中。PSD传感器是为高频率响应,迅速控制光的功率和小的光斑而设计的。它们对光的等级的变化提供一个非常迅速的补偿,这个特征在橡胶的应用中是重要的。

CCD检测器实质上是一种数码照相机的形式,通过一维和二维来完成。通常一维的CCD排列用于单点测量。二维的样式与激光线性传感器同时使用,这种传感器可以在一个简单的图象框架中测量二维的外形。CCD检测器的首要缺点是与操作速度有关,这个速度一般要比从PSD获得的小。

以PSD为基础的激光传感器对于轮胎和橡胶应用是理想的,它正逐步替代刻度盘指示器,线性变量微分变压器,电容,感应和超声的传感器。

生产应用

PSD三角测量传感器在轮胎工业中无论是半成品还是生产线上都有着广泛的应用。它具有比大多其他传感科技要小的光斑,对于测量微小变化和断面是理想的选择。以下是在生产应用的一些例子。

压延橡胶厚度的测量

大多厚度测量是在固定位置完成的,用两种相反的激光,一个在材料上面另一在下面。

应用微分传感器产品,对于任何类型的材料均可精确和准确测量厚度的变化。由于样品速率高和光斑小,任何通过的线的变化或材料的震动都不会影响厚度的测量值。

在某些情况中,两种传感器被安装在一个机械的滑板和“C”形的框架中,在那可以来回扫描以监测材料的宽度的变化。这个框架必须严格防止由于振动而引入测量误差。

其他方面的应用需要一个或多个安装好的以滚轴等作为参考的传感器。这种方法虽然简单且更直接,但它的准确性依赖于所用的精密滚轴。对于轴承磨损和在精密滚珠上积累的污垢必须有所补偿。而且高速使用膨胀的远离参考点的材料也存在着危险。

挤压成型和导向

由于具有长程和持久性,对这类型的测量激光传感器是理想的。这种测量与挤出橡胶的速度和温度也无关。

被挤出的橡胶通过模具形成特定的形状,例如轮胎的胎面部分。在挤压过程中轮廓的在线测量允许通过改正一些参数,如厚度、宽度和轮廓,来控制加工以形成合适的形状。表面特征,如棱线,中心线和边缘,也可以被检测。它主要能给操作者模具是如何磨损及何时改变等信息。

胎面挤压成的外形通常可以在挤压的过程中通过机械扫描来完成。在很多应用中需要的速度比机械扫描可取得的要高。

为了适应这个需要,一些生产者发展了一种高速光学扫描点三角测量传感器。这种传感器可以随着2D扫描线上的每个点而迅速调整激光功率。这就确保每个数据点得到恰当的照射。

重叠和接缝检测

轮胎不均一的原因一般是在轮胎的铺叠操作中不正确的层重叠和侧面的接合。通过在轮胎制造机器中的在线检测,譬如误差和趋势的迅速检测,避免了报废大量的已硫化了的轮胎。在这个应用中,激光传感器比其它类型的传感器更准确。

检测环保轮胎的径向和横向弯曲面

为了减少废品,必须及早的在生产过程中监测产品的弯曲面并在轮胎成型中对其进行测量;它也提供必要的信息来执行正确的操作。当在制造轮胎机械中测量环保轮胎,可以分析和测量内层,侧壁或者胎面的接合重叠。通过在固化和检测之前识别和更正问题,可以保证得到更均一的终产品。对于创造一个好的测量如圆度和谐度的统计计算的基准,所提供的准确度和可重复性是关键因素。

最终检查的应用

轮胎侧壁检查

当需要把淘汰率或把高等级轮胎降级的可能性减到最小,侧壁检查过程必须检测所有可疑的产品,譬如有凹陷和凸起的轮胎。这个过程牵涉到很多手工检测,这就需要花费大量的时间和金钱。

很多轮胎制造受传感器的测量限制的影响,因此必须加强他们的侧壁凹凸测量系统的敏感性,这就需要贵的手工检测。一些测量系统甚至不能分辨凹陷还是凸起。

目前较新的测量精确性和先进的软件分析克服了大多这些限制。例如PSD激光三角测量传感器可提供准确可靠的数据,同时具有高分辨和高速度。

轮胎凸起是在轮胎生产过程中侧壁材料的小接头产生的不牢固的点。通常如果接头没有足够的重叠,当轮胎受到压力膨胀时,就会像气球一样爆裂。这个凸起可以在任何位置,高度从0.3mm到3.0mm,宽度从5.0mm到7.0mm。

PSD激光传感器可以在轮胎转速为60rpm时快速检测凸起或其它变形,测量凸起准确率可达到±0.0254mm。

有效的凸起高度大约为0.3mm。由于很多凸起不是相关的绳而是气泡,顾客现在可以要求高度限在0.2mm。

激光传感器也可以在斜面上测量,其无数据损失也无角度预先复位的必要。它可提供在侧壁上凸起,凹陷,窝的X/Y点和位置,也可以通过黑色的刻字,润滑油或任何其它的障碍物来测量。

传感器有一个小的光斑,它也可以滤出高频率的信号,静态检测和测量凹凸的流动频率。

通常被当作α失误被提及的不准确的正性实验也可以通过激光传感器而减到最小。运用电容探针或在轮胎上没有到侧壁的洁净通道进行几何测试,这种α失误率变大。通常轮胎有一个未被检测出的凸起是无法接受的,这就会导致整批产品被回收或无效。

工业也对能提供完全的轮胎覆盖和允许有效分析侧壁的线性激光感兴趣。它的不利因素是价格高和结构复杂。

均一轮胎机器

很多传感器用于轮胎均一机器(TUO)中。虽然很多TUO,如TTOC-II和TSOS系统,用的是激光,但大多系统还是用有非常大的光斑电容探针,这有时就可能导致产品不合格。

其它机器用接触式探针,它在旋转的轮胎表面上面弹而引起错误,或者用低终端传感器,它不如高终端那样有高样品率和高级的光控回路的激光。

激光传感器和TUO机器结合,可提供比传统接触测量和电容传感器系统精确得多且快速的周期。

例如一些微处理器系统的光斑大于6.0mm,而精确的激光传感器仅仅只有0.02mm。大的光斑会影响读取的精确性从而限制了应用。由于慢的测量采样率,一些CCD传感器要求额外的循环时间来处理无关的数据。

在典型的TUO应用,非接触传感器装在铝的C框架臂上。这个TUO系统通过传感器来监测信号,并能识别凹陷的类型,底部的宽度,斜坡的尺寸和其它的几何参数。在轮胎每秒60转旋转时,可以在每个侧面进行4,000次以上的读写。与之相比,用标准的均一测试较多达五个面。

轮胎均一系统被不断的改进以便以更高效率检测轮胎和新的侧壁式样。利用一些系统,检测周期减少到17秒,为了适应轮胎生产商设计的规格还将进一步减少。

径向弯曲面

径向弯曲面传感器也可有效的测量轮胎圆度。在此应用中数据处理软件可消除针形排气,溢料和凹槽,只在胎面顶部的测量来进行非常精确的圆度分析。结果是轮胎的弯曲面的过滤表示,关键是减少或除去所有凹槽的深度和高频率元素,这些因素会导致产品不确定性。

为了保证轮胎生产的严格的要求,一些传感器制造商使用高频数据采集系统来改进传感器。这将进一步增加传感器的速度。

胎面磨损分析

无接触激光测量提供一个轮胎完全磨损侧面,以及不规则磨损的量。这是对于路面噪声蕴含量和识别当地磨损现象,如脚踵/脚趾磨损,凹进的拖拉,对角线的磨损,肩部的擦处和中心的磨损是重要的。

当新轮胎的高精确表面被侧面和径向弯曲面替代时,以非接触激光为基础的胎面测量也是一种测量诊断生产问题的有效工具。

轮胎生产需要准确的原型轮胎的磨损数据来改进设计。汽车生产商用这种分析来提供比较的测量以挑选可以的轮胎设计。

结论

随着市场竞争日益激烈,轮胎工业依赖于质量的增加,这就要求可靠的测量和限制停工时间。

正因为如此,激光传感器由于它们的速度,精确性和可靠性,所处的地位日益变得重要。激光传感器生产商通过完善符合或甚至超越期望值的传感器来满足这些需要。

最后,橡胶和轮胎生产商依靠增加质量的控制来减少生产成本和保持在市场中的竞争性。



    轮辐式称重其实就是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置。误差对于在精密的仪器都是存在的,只是误差大小的问题,那么称重传感器在我们的使用过程中产生的误差都有哪些类型呢?

    1、轮辐式称重传感器运用差错是操作人员发生的,这也意味着发生的缘由许多,例如,温度不同时发生的差错,包括探针放置过错或探针与测量地址之间不正确的绝缘,别的一些应用差错包括空气或其他气体的净化过程中发生的过错,运用差错也触及变送器的过错放置,因而正或负的压力将对正确的读数形成影响。

    2、特性差错为设备自身固有的,它是设备的、公认的搬运功用特性和实在特性之间的差,这种差错包括DC漂移值、斜面的不正确或斜面的非线形。

    3、动态差错许多传感器的特性和校准都是适用静态条件下的,这意味着运用的输入参数是静态或类似于静态的,许多传感器具有较强阻尼,因而它们不会对输入参数的改动进行疾速呼应,如,热敏电阻需求数秒才干呼应温度的阶跃改动。

    4、热敏电阻不会当即跳跃至新的阻抗或发生骤变,相反,它是慢慢地改动为新的值,然后,若是具有推迟特性的称重传感器对温度的疾速改动进行呼应,输出的波形将失真,由于其间包含了动态差错。发生动态差错的要素有呼应工夫、振幅失真和相位失真。

    5、插入差错是当体系中刺进一个传感器时,由于改动了测量参数而发生的差错,普通是在进行丈量时会呈现这样的问题,但是在其他方法的测量中也会呈现类似问题,例如一个伏特计在回路中测量电压,它肯定会有一个固有阻抗,比回路阻抗要大许多,或许呈现回路负荷,这时,读数就会有很大的差错,这种类型的差错发生的缘由是运用了一个对体系而言过于大的变送器;或许是体系的动态特性过于缓慢,或许是体系中自加热加载了过多的热能。

    6、环境差错来源于传感器运用的环境,称重传感器要素包括温度,或是摇摆、轰动、海拔、化学物质蒸发或其他要素,这些常常影响传感器的特性,所以在实践运用中,这些要素总是被分类会集在一起的。

    最后希望我国称重传感器行业,实施“质量竞争战略”和21世纪的“创新竞争战略”,以制造技术和制造工艺为突破口,迅速提高我国称重传感器的总体质量水平和信誉度,尽快融入国际市场,参与国际竞争。





不锈钢地磅称重传感器要注意的几个问题

1.称重传感器周围应尽量设置一些“挡板”,乃至用薄金属板把传感器罩起来。这样可防止杂物玷污传感器及某些可动部分,而这种“沾污”往往会使可动部分运动不爽,而影响称量精度。体系有无运动不爽现象,能够用以下办法判别。即在秤台上加或减大约千分之一额外负荷看看不锈钢地磅称重显现仪是否有反映,有反映,阐明可动部分未受“沾污”。
  2.一切通向显现电路或从电路引出的导线,均应选用屏蔽电缆。若未经过机械结构接地,则在外接地,但屏蔽线相互联接后未接地,是浮空的。留意:有3只传感器是全并联接法,传感器自身是4线制,但在接线盒内换成6线制接法。传感器输出信号读出电路不应和能发生激烈搅扰的设可”控硅,接触器等)及有可观热量发生的设备放在同一箱体中,若不能确保这一点,则应考虑在它们之间设置障板阻隔之,并在箱体内安顿电扇。用以丈量传感器输出信号的电子线路,应尽可能装备独立的供电变压器,而不要和接触器等设备共用同一主电源。
  3.传感器应选用铰合铜线(截面积约50mm2)构成电气旁路,以维护它们免受电焊电流或雷击形成的危害。传感器运用中,有必要防止激烈的热辐射,尤其是单侧的激烈热辐射。
  4.电气衔接方面备(如传感器的信号电缆,不好强电电源线或控制线并行安置(例如不要把传感器信号线和强电电源线及控制线置于同一管道内)。若它们有必要并行放置,那么,它们之间的间隔应保持在50CM以上,并把信号线用金属管套起来。
  5.尽量选用有主动定位(复位)效果的结构配件,如球形轴承、关节轴承、定位紧固器等。他们能够防止某些横向力效果在传感器上。要阐明的是:有些横向力并不是机械装置引起的,如热膨胀引起的横向力,风力引起的横向力,及某些容器类衡器上的搅拌器的振荡引起的横向力即不是机械装置引起的。某些衡器上有些有必要接到秤体上的附件(如容器秤的输料管道等),咱们应让他们在传感器加载主轴的方向上尽量柔软一些,以防止他们“吃掉”传感器的实在负荷合而引起差错。
  6.要轻拿轻放尤其是由合金铝制造弹性体的小容量传感器,任何冲击、下跌,对其计量功能均可能形成极大危害。关于大容量的称重传感器,一般来说,它具有较大的自重,故而要求在转移、装置时,尽可能运用恰当的起吊设备(如手拉葫芦、电动葫芦等)。装置传感器的底座装置面应平坦、清洁,无任何油膜,胶膜等存在。装置底座自身应有满足的强度和刚性,一般要求高于传感器自身的强度和刚度。
  7.称重传感器虽然有必定的过载才能,但在称重体系装置过程中,仍应防止传感器的超载。要留意的是,即使是短时间的超载,也可能会形成传感器损坏。在装置过程中,若确有必要,可先用一个和传感器等高度的垫块替代传感器,到后,再把传感器换上。在正常作业时,传感器一般均应设置过载维护的机械结构件。若用螺杆固定传感器,要求有必定的紧固力矩,并且螺杆应有必定的旋入螺纹深度。一般来说,固定螺杆因选用高强度螺杆。
  8.不论在何种情况下,电源线和控制线均应绞合起来,合程度50转/米,若传感器信号线需求延伸,则应选用特制的密封电缆接线盒。若不必此种接线盒,而选用电缆与电缆直接对接(锡焊端头),则应对密封防潮特别予以留意,接好后应查验绝缘电阻,且需到达规范(2000~5000M),必要时,应从头标定传感器。若信号电缆线很长,又要确保很高的丈量精度,应考虑选用带有中继放大器的电缆补偿电路。
  9.水平调整:水平调整有两个方面的内容。一是单只传感器装置底座的装置平面要用水平仪调整水平,另一方面是指多个传感器的装置底座的装置面要尽量调整到一个水平面上(用水准仪),尤其是传感器数多于三个的称重体系中,更应留意这一点,这样做的首要意图是为了使各传感器所接受的负荷根本共同。每种不锈钢地磅称重传感器的加载方向都是断定的,而咱们运用时,必定要在此方向上加载负荷。横向力、附加的弯矩、扭矩力应尽量防止。

 

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