專利名稱：輪胎斷面結構測繪儀及測繪方法
技術領域：
本發明涉及輪胎斷面結構的測繪技術領域，特別涉及一種輪胎斷面結構測繪儀及測繪方法。
背景技術：
目前，為了測量輪胎斷面結構，一般是通過有限元分析來預測充氣輪胎的形狀，從而為輪胎斷面結構的設計提供可靠依據。輪胎斷面結構主要包括輪胎斷面輪廓圖、材料分布圖和鋼絲分布圖等，通常的做法是將輪胎斷面切割下來，采用人工方法測量輪胎斷面結構，而輪胎斷面輪廓圖則是通過模具靠在輪胎輪廓上描得或用石膏獲得，其中材料分布圖和鋼絲分布圖通過量具測量獲得。傳統的這種測量方法測量速度慢，測量精度也不高，同時測量過程中必須保存大量輪胎斷面的實物，這就加大了其測量成本。

發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種測量速度較快且測量精度較高的輪胎斷面結構測繪儀。本發明的另一目的在于提供一種通過上述測繪儀實現的輪胎斷面結構測繪方法， 該方法操作簡單方便，測量精度也高。本發明的技術方案為一種輪胎斷面結構測繪儀，包括二維測量機構和圖像處理及控制機構，二維測量機構包括機架、底座、透明掃描平臺、輪胎斷面夾具和掃描組件，機架固定于底座上，機架上方設置透明掃描平臺，掃描組件設于透明掃描平臺下方，輪胎斷面夾具設于透明掃描平臺上方，掃描組件與圖像處理及控制機構電氣連接。所述二維測量機構還包括測繪儀機殼和機蓋，測繪儀機殼為方狀結構，機架、底座、透明掃描平臺、輪胎斷面夾具和掃描組件分別設于測繪儀機殼內部，測繪儀機殼頂部設置密封用的機蓋。通過測繪儀機殼和機蓋可將二維測量機構的其它組成部件密封在測繪儀機殼內，可有效防止灰塵等對測量結果的影響，有效提高測量精度。所述輪胎斷面夾具包括導向固定組件和兩個夾持組件，兩個夾持組件分別設于導向固定組件的兩端，各夾持組件包括夾具頭、調節臂和支架，調節臂兩端分別設置夾具頭和支架，支架與導向固定組件固定連接。其中，所述各夾持組件中，夾具頭包括手柄、彈簧、調節螺母套、調節軸和磁鐵，調節螺母套外周與調節臂連接，彈簧設于調節螺母套內并套于手柄末端，手柄末端與調節軸相接觸，調節軸底部設置磁鐵；所述導向固定組件包括調節螺桿、導向軸、轉輪手柄和固定座，固定座包括底板和設于底板兩端的兩個側板，調節螺桿兩端分別與兩側板連接，調節螺桿一端還設有轉輪手柄，導向軸設于調節螺桿下方且兩端分別與固定座的兩側板連接，固定座的底板上設有測量尺；所述各夾持組件中，支架包括支架底座和軸承，支架底座上方與調節臂連接，支架底座通過軸承與導向固定組件中的調節螺桿連接，支架底座下方與導向軸連接。
胎斷面夾具中，夾具頭采用磁鐵吸住輪胎斷面，可有效避免夾具頭對斷面造成圖像的干擾；輪胎斷面的移動也方便，通過調節轉動手柄和夾具頭的手柄即可實現；在磁鐵吸住輪胎斷面的情況下通過夾具頭的手柄和轉動手柄來調整輪胎斷面的位置，依靠測量尺來測量子口尺寸，其測量準確。所述掃描組件包括光源、遠心鏡頭、C⑶相機、橫向直線導軌、縱向直線導軌、橫向步進電機和縱向步進電機，縱向直線導軌固定于底座上，橫向直線導軌設于縱向直線導軌上方，縱向直線導軌與橫向直線導軌垂直設置，橫向步進電機設于橫向直線導軌一端，縱向步進電機設于縱向直線導軌一端，CCD相機設于橫向直線導軌上方，遠心鏡頭設于CCD相機上方，光源設于遠心鏡頭上方并照向透明掃描平臺；CCD相機、橫向步進電機和縱向步進電機分別與圖像處理及控制機構電氣連接。所述圖像處理及控制機構包括計算機、顯示器和控制器，顯示器和控制器分別與計算機連接，控制器還分別與CCD相機、橫向步進電機和縱向步進電機連接；計算機內設有圖像處理模塊、自動控制模塊和CAD轉化模塊，圖像處理模塊的輸入端與CXD相機連接，圖像處理模塊的輸出端與CAD轉化模塊連接，自動控制模塊與控制器連接。所述透明掃描平臺的材料為掃描儀玻璃。上述結構中，二維測量機構各組成部件的尺寸大小可根據待測輪胎斷面的實際大小進行設計，尤其是透明掃描平臺，其尺寸一般可采用以下兩種尺寸當輪胎斷面的高寬尺寸彡400X500mm，透明掃描平臺的長寬尺寸為400X500mm ；當輪胎斷面的高寬尺寸 ^ 900X800mm，透明掃描平臺的長寬尺寸為900X800mm。本發明通過上述測繪儀可實現一種輪胎斷面結構測繪方法，包括以下步驟(1)打開機蓋，按照待測輪胎的規格輪輞尺寸，采用輪胎斷面夾具將輪胎斷面夾好，并放置于透明掃描平臺上；(2)合上機蓋，打開光源，此時光源從下方照亮輪胎斷面，輪胎斷面圖像從遠心鏡頭成像于CCD相機上，控制器根據CCD相機得到的輪胎斷面圖像設定攝像路徑，并將攝像路徑的數據輸送給計算機；(3)設定原點，將CCD相機調至原點處，根據攝像路徑，計算機中的自動控制模塊通過控制器分別驅動橫向步進電機或縱向步進電機，使CCD相機、遠心鏡頭和光源沿著橫向直線導軌或縱向直線導軌移動至各個攝像路徑的各個軌跡點，然后對相應軌跡點的輪胎斷面進行拍攝，并將得到的各幅圖像輸送至計算機；(4)計算機的圖像處理模塊將步驟(3)得到的各幅圖像進行拼接處理，形成整幅的輪胎斷面圖像，并輸送給CAD轉化模塊，經CAD轉化模塊進行轉化處理后形成CAD格式輸出或保存；(5)拍攝完畢后，關閉光源，取出輪胎斷面即可。所述步驟( 中，攝像路徑的設定是控制器根據CCD相機得到的輪胎斷面圖像，通過查看輪胎斷面邊緣的像素灰度，從而確定輪胎斷面輪廓并根據輪胎斷面輪廓確定攝像路徑。所述步驟C3)中，自動控制模塊對CCD相機的控制過程是先檢測CCD相機是否處于原點位置，若不在，則將CXD相機調至原點處；若CXD相機已位于原點處，則從原點開始， CCD相機按照已設定的攝像路徑進行拍攝，直到拍攝路徑的拍攝完畢或中途人工停止拍攝。
所述步驟中，圖像處理模塊對各幅圖像進行拼接處理的具體過程為先將步驟C3)得到的各幅圖像拼接為整體輪廓圖，然后進行慮波，根據灰度閾值確定輪胎斷面與背景特征，分離出輪胎斷面的輪廓圖，再進行二值化，最后進行擬合，得到整幅的輪胎斷面圖像并輸送給CAD轉化模塊。CAD轉化模塊的工作過程具體為轉化時先判斷組成輪胎斷面圖像的各線段是直線段還是圓弧段，若為直線段則按照直線段的函數調用即可，若為圓弧段則按照以下順序進行1)以圓弧段的圓心為坐標原點，采用十進制確定圓弧段的半徑、圓弧段起始點的半徑角度和圓弧段終止點的半徑角度；2)根據得到的圓心坐標值、圓弧段半徑、圓弧段起始點的半徑角度和圓弧段終止點的半徑角度，將圓弧段進行CAD轉化。本發明相對于現有技術，具有以下有益效果本輪胎斷面結構測繪儀是輪胎測量領域的新設備，該設備適用于輪胎設計、研究和生產企業等的輪胎斷面檢測和斷面結構數據分析，通過該測繪儀可較準確地獲取輪胎斷面的輪廓圖、鋼絲分布圖和膠層分布圖，為輪胎斷面設計和檢測提供數據。本輪胎斷面結構測繪儀中將CCD相機、遠心鏡頭和光源集成為一體，并采用測繪儀機殼和機蓋進行密封，可有效防止灰塵等雜質對測量過程的影響，使得測繪精度更高。


圖1為本輪胎斷面結構測繪儀的結構示意圖。圖2為本輪胎斷面結構測繪儀中輪胎斷面夾具的結構示意圖。圖3為圖2中的A方向上單個夾持組件的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖，對本發明作進一步的詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。實施例本實施例一種輪胎斷面結構測繪儀，其結構如圖1所示，包括二維測量機構和圖像處理及控制機構，二維測量機構包括機架1、底座2、透明掃描平臺3、輪胎斷面夾具4和掃描組件，機架1固定于底座2上，機架1上方設置透明掃描平臺3，掃描組件設于透明掃描平臺3下方，輪胎斷面夾具4設于透明掃描平臺3上方，掃描組件與圖像處理及控制機構電氣連接。二維測量機構還包括測繪儀機殼5和機蓋6，測繪儀機殼5為方狀結構，機架1、底座2、透明掃描平臺3、輪胎斷面夾具4和掃描組件分別設于測繪儀機殼5內部，測繪儀機殼 5頂部設置密封用的機蓋6。通過測繪儀機殼5和機蓋6可將二維測量機構的其它組成部件密封在測繪儀機殼5內，可有效防止灰塵等對測量結果的影響，有效提高測量精度。如圖2所示，輪胎斷面夾具包括導向固定組件和兩個夾持組件，兩個夾持組件分別設于導向固定組件的兩端，如圖3所示，各夾持組件包括夾具頭、調節臂7和支架，調節臂 7兩端分別設置夾具頭和支架，支架與導向固定組件固定連接。
其中，各夾持組件中，夾具頭包括手柄8、彈簧9、調節螺母套10、調節軸11和磁鐵 12，調節螺母套10外周與調節臂7連接，彈簧9設于調節螺母套10內并套于手柄8末端， 手柄8末端與調節軸11相接觸，調節軸11底部設置磁鐵12 ；導向固定組件包括調節螺桿 13、導向軸14、轉輪手柄15和固定座16，固定座16包括底板17和設于底板兩端的兩個側板18，調節螺桿13兩端分別與兩側板18連接，調節螺桿13 —端還設有轉輪手柄15，導向軸14設于調節螺桿13下方且兩端分別與固定座的兩側板18連接，固定座的底板17上設有測量尺32 ；各夾持組件中，支架包括支架底座19和軸承20，支架底座19上方與調節臂7 連接，支架底座19通過軸承20與導向固定組件中的調節螺桿13連接，支架底座19下方與導向軸14連接。胎斷面夾具中，夾具頭采用磁鐵12吸住輪胎斷面，可有效避免夾具頭對斷面造成圖像的干擾；輪胎斷面的移動也方便，通過調節轉動手柄15和夾具頭的手柄8即可實現； 在磁鐵吸住輪胎斷面的情況下通過夾具頭的手柄和轉動手柄來調整輪胎斷面的位置，依靠測量尺32來測量子口尺寸，其測量準確。如圖1所示，掃描組件包括光源21、遠心鏡頭22、CXD相機23、橫向直線導軌24、 縱向直線導軌25、橫向步進電機沈和縱向步進電機27，縱向直線導軌25固定于底座2上， 橫向直線導軌M設于縱向直線導軌25上方，縱向直線導軌25與橫向直線導軌M垂直設置，橫向步進電機26設于橫向直線導軌M —端，縱向步進電機27設于縱向直線導軌27 — 端，CXD相機23設于橫向直線導軌M上方，遠心鏡頭22設于CXD相機23上方，光源21設于遠心鏡頭22上方并照向透明掃描平臺3 ；CXD相機23、橫向步進電機沈和縱向步進電機 27分別與圖像處理及控制機構電氣連接。圖像處理及控制機構包括計算機觀、顯示器四和控制器30，顯示器四和控制器 30分別與計算機28連接，控制器30還分別與CCD相機23、橫向步進電機沈和縱向步進電機27連接；計算機28內設有圖像處理模塊、自動控制模塊和CAD轉化模塊，圖像處理模塊的輸入端與CCD相機連接，圖像處理模塊的輸出端與CAD轉化模塊連接，自動控制模塊與控制器連接。透明掃描平臺3的材料為掃描儀玻璃。上述結構中，二維測量機構各組成部件的尺寸大小可根據待測輪胎斷面的實際大小進行設計，尤其是透明掃描平臺3，其尺寸一般可采用以下兩種尺寸當輪胎斷面的高寬尺寸彡400X500mm，透明掃描平臺的長寬尺寸為400X500mm ；當輪胎斷面的高寬尺寸 ^ 900X800mm，透明掃描平臺的長寬尺寸為900X800mm。本實施例通過上述測繪儀可實現一種輪胎斷面結構測繪方法，包括以下步驟(1)打開機蓋6，按照待測輪胎的規格輪輞尺寸，采用輪胎斷面夾具將輪胎斷面31 夾好，并放置于透明掃描平臺3上；(2)合上機蓋6，打開光源21，此時光源21從下方照亮輪胎斷面31，輪胎斷面圖像從遠心鏡頭22成像于CXD相機23上，控制器30根據CXD相機23得到的輪胎斷面圖像設定攝像路徑，并將攝像路徑的數據輸送給計算機28 ；(3)設定原點，將CCD相機23調至原點處，根據攝像路徑，計算機中的自動控制模塊通過控制器30分別驅動橫向步進電機沈或縱向步進電機27，使CCD相機23、遠心鏡頭 22和光源21沿著橫向直線導軌M或縱向直線導軌25移動至各個攝像路徑的各個軌跡點，然后對相應軌跡點的輪胎斷面進行拍攝，并將得到的各幅圖像輸送至計算機；(4)計算機的圖像處理模塊將步驟(3)得到的各幅圖像進行拼接處理，形成整幅的輪胎斷面圖像，并輸送給CAD轉化模塊，經CAD轉化模塊進行轉化處理后形成CAD格式輸出或保存；(5)拍攝完畢后，關閉光源21，取出輪胎斷面31即可。所述步驟(2)中，攝像路徑的設定是控制器根據CCD相機得到的輪胎斷面圖像，通過查看輪胎斷面邊緣的像素灰度，從而確定輪胎斷面輪廓并根據輪胎斷面輪廓確定攝像路徑。所述步驟(3)中，自動控制模塊對CCD相機的控制過程是先檢測CCD相機是否處于原點位置，若不在，則將CXD相機調至原點處；若CXD相機已位于原點處，則從原點開始， CCD相機按照已設定的攝像路徑進行拍攝，直到拍攝路徑的拍攝完畢或中途人工停止拍攝。所述步驟中，圖像處理模塊對各幅圖像進行拼接處理的具體過程為先將步驟C3)得到的各幅圖像拼接為整體輪廓圖，然后進行慮波，根據灰度閾值確定輪胎斷面與背景特征，分離出輪胎斷面的輪廓圖，再進行二值化，最后進行擬合，得到整幅的輪胎斷面圖像并輸送給CAD轉化模塊。CAD轉化模塊的工作過程具體為轉化時先判斷組成輪胎斷面圖像的各線段是直線段還是圓弧段，若為直線段則按照直線段的函數調用即可，若為圓弧段則按照以下順序進行1)以圓弧段的圓心為坐標原點，采用十進制確定圓弧段的半徑、圓弧段起始點的半徑角度和圓弧段終止點的半徑角度；2)根據得到的圓心坐標值、圓弧段半徑、圓弧段起始點的半徑角度和圓弧段終止點的半徑角度，將圓弧段進行CAD轉化。如上所述，便可較好地實現本發明，上述實施例僅為本發明的較佳實施例，并非用來限定本發明的實施范圍；即凡依本發明內容所作的均等變化與修飾，都為本發明權利要求所要求保護的范圍所涵蓋。
權利要求
1.輪胎斷面結構測繪儀，其特征在于，包括二維測量機構和圖像處理及控制機構，二維測量機構包括機架、底座、透明掃描平臺、輪胎斷面夾具和掃描組件，機架固定于底座上，機架上方設置透明掃描平臺，掃描組件設于透明掃描平臺下方，輪胎斷面夾具設于透明掃描平臺上方，掃描組件與圖像處理及控制機構電氣連接。
2.根據權利要求1所述的輪胎斷面結構測繪儀，其特征在于，所述二維測量機構還包括測繪儀機殼和機蓋，測繪儀機殼為方狀結構，機架、底座、透明掃描平臺、輪胎斷面夾具和掃描組件分別設于測繪儀機殼內部，測繪儀機殼頂部設置密封用的機蓋。
3.根據權利要求1所述的輪胎斷面結構測繪儀，其特征在于，所述輪胎斷面夾具包括導向固定組件和兩個夾持組件，兩個夾持組件分別設于導向固定組件的兩端，各夾持組件包括夾具頭、調節臂和支架，調節臂兩端分別設置夾具頭和支架，支架與導向固定組件固定連接。
4.根據權利要求3所述的輪胎斷面結構測繪儀，其特征在于，所述各夾持組件中，夾具頭包括手柄、彈簧、調節螺母套、調節軸和磁鐵，調節螺母套外周與調節臂連接，彈簧設于調節螺母套內并套于手柄末端，手柄末端與調節軸相接觸，調節軸底部設置磁鐵；所述導向固定組件包括調節螺桿、導向軸、轉輪手柄和固定座，固定座包括底板和設于底板兩端的兩個側板，調節螺桿兩端分別與兩側板連接，調節螺桿一端還設有轉輪手柄，導向軸設于調節螺桿下方且兩端分別與固定座的兩側板連接，固定座的底板上設有測量尺；所述各夾持組件中，支架包括支架底座和軸承，支架底座上方與調節臂連接，支架底座通過軸承與導向固定組件中的調節螺桿連接，支架底座下方與導向軸連接。
5.根據權利要求1所述的輪胎斷面結構測繪儀，其特征在于，所述掃描組件包括光源、 遠心鏡頭、CCD相機、橫向直線導軌、縱向直線導軌、橫向步進電機和縱向步進電機，縱向直線導軌固定于底座上，橫向直線導軌設于縱向直線導軌上方，縱向直線導軌與橫向直線導軌垂直設置，橫向步進電機設于橫向直線導軌一端，縱向步進電機設于縱向直線導軌一端， CXD相機設于橫向直線導軌上方，遠心鏡頭設于CXD相機上方，光源設于遠心鏡頭上方并照向透明掃描平臺；CCD相機、橫向步進電機和縱向步進電機分別與圖像處理及控制機構電氣連接。
6.根據權利要求5所述的輪胎斷面結構測繪儀，其特征在于，所述圖像處理及控制機構包括計算機、顯示器和控制器，顯示器和控制器分別與計算機連接，控制器還分別與CXD 相機、橫向步進電機和縱向步進電機連接；計算機內設有圖像處理模塊、自動控制模塊和 CAD轉化模塊，圖像處理模塊的輸入端與CCD相機連接，圖像處理模塊的輸出端與CAD轉化模塊連接，自動控制模塊與控制器連接。
7.根據權利要求1所述的輪胎斷面結構測繪儀，其特征在于，所述透明掃描平臺的材料為掃描儀玻璃。
8.根據權利要求1 7任一項所述測繪儀實現一種輪胎斷面結構測繪方法，其特征在于，包括以下步驟(1)打開機蓋，按照待測輪胎的規格輪輞尺寸，采用輪胎斷面夾具將輪胎斷面夾好，并放置于透明掃描平臺上；(2)合上機蓋，打開光源，此時光源從下方照亮輪胎斷面，輪胎斷面圖像從遠心鏡頭成像于CCD相機上，控制器根據CCD相機得到的輪胎斷面圖像設定攝像路徑，并將攝像路徑的數據輸送給計算機；(3)設定原點，將CCD相機調至原點處，根據攝像路徑，計算機中的自動控制模塊通過控制器分別驅動橫向步進電機或縱向步進電機，使CCD相機、遠心鏡頭和光源沿著橫向直線導軌或縱向直線導軌移動至各個攝像路徑的各個軌跡點，然后對相應軌跡點的輪胎斷面進行拍攝，并將得到的各幅圖像輸送至計算機；(4)計算機的圖像處理模塊將步驟C3)得到的各幅圖像進行拼接處理，形成整幅的輪胎斷面圖像，并輸送給CAD轉化模塊，經CAD轉化模塊進行轉化處理后形成CAD格式輸出或保存；(5)拍攝完畢后，關閉光源，取出輪胎斷面即可。
9.根據權利要求8所述的輪胎斷面結構測繪方法，其特征在于，所述步驟⑵中，攝像路徑的設定是控制器根據CCD相機得到的輪胎斷面圖像，通過查看輪胎斷面邊緣的像素灰度，從而確定輪胎斷面輪廓并根據輪胎斷面輪廓確定攝像路徑。
10.根據權利要求8所述的輪胎斷面結構測繪方法，其特征在于，所述步驟(3)中，自動控制模塊對CXD相機的控制過程是先檢測CXD相機是否處于原點位置，若不在，則將CXD 相機調至原點處；若CCD相機已位于原點處，則從原點開始，CCD相機按照已設定的攝像路徑進行拍攝，直到拍攝路徑的拍攝完畢或中途人工停止拍攝；步驟(4)中，圖像處理模塊對各幅圖像進行拼接處理的具體過程為先將步驟(；3)得到的各幅圖像拼接為整體輪廓圖，然后進行慮波，根據灰度閾值確定輪胎斷面與背景特征，分離出輪胎斷面的輪廓圖，再進行二值化，最后進行擬合，得到整幅的輪胎斷面圖像并輸送給 CAD轉化模塊；CAD轉化模塊的工作過程為轉化時先判斷組成輪胎斷面圖像的各線段是直線段還是圓弧段，若為直線段則按照直線段的函數調用即可，若為圓弧段則按照以下順序進行1)以圓弧段的圓心為坐標原點，采用十進制確定圓弧段的半徑、圓弧段起始點的半徑角度和圓弧段終止點的半徑角度；2)根據得到的圓心坐標值、圓弧段半徑、圓弧段起始點的半徑角度和圓弧段終止點的半徑角度，將圓弧段進行CAD轉化。
全文摘要
本發明公開一種輪胎斷面結構測繪儀及測繪方法，測繪儀包括二維測量機構和圖像處理及控制機構，二維測量機構包括機架、底座、透明掃描平臺、輪胎斷面夾具和掃描組件，機架設于底座上，機架上方設置透明掃描平臺，掃描組件設于透明掃描平臺下方，輪胎斷面夾具設于透明掃描平臺上方，掃描組件與圖像處理及控制機構電氣連接；測繪方法是掃描組件按照攝像路徑對置于透明掃描平臺上的輪胎斷面進行拍攝，通過圖像處理及控制機構對得到的各幅圖像進行拼接并進行CAD轉化。本輪胎斷面結構測繪儀是輪胎測量領域的新設備，適用于輪胎斷面檢測和斷面結構數據分析，可較準確地獲取輪胎斷面的輪廓圖、鋼絲分布圖和膠層分布圖，為輪胎斷面設計和檢測提供數據。
文檔編號G01B11/24GK102305599SQ20111013068
公開日2012年1月4日 申請日期2011年5月19日 優先權日2011年5月19日
發明者曾啟林, 洪金華, 謝雷, 黃偉彬, 黃勇章 申請人:廣州華工百川科技股份有限公司