專利名稱：用于輪胎胎面纏繞的胎面厚度在線測量裝置及測控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于輪胎制造裝備領(lǐng)域，涉及一種輪胎胎面纏繞機(jī)。
背景技術(shù)：
大型的輪胎需要通過胎面仿形纏繞的方式來制造，其設(shè)備構(gòu)造及加工流程都非常復(fù)雜。特別是纏繞過程的控制系統(tǒng)，對于輪胎的加工質(zhì)量具有至關(guān)重要的影響?，F(xiàn)在的胎面纏繞設(shè)備通常是采用兩種方法來實現(xiàn)纏繞厚度的在線測量1)采用安裝在纏繞頭機(jī)構(gòu)上的光柵尺，通過測量纏繞頭的位置來確定胎面的纏繞厚度；2)采用機(jī)械式檢測裝置來測量胎面厚度，該測厚裝置由氣缸、滑套滾珠軸承和測量機(jī)構(gòu)組成，當(dāng)膠條纏繞一周時，胎坯直 徑變大，支撐測量頭的滑塊后退，測量機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的模擬量變化通過高速計數(shù)器的值計算出厚度變化。第一種方法采用的間接測量方式，而且由于光柵尺只能測量直線位移的變化，當(dāng)纏繞頭轉(zhuǎn)動時測量精度會受到影響；第二種方法雖然是直接測量，但采用接觸式方法，由于胎坯表面具有彈性，造成測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確；再加上輪胎胎坯的胎冠外形為非直線體，其測量數(shù)據(jù)具有波動性，因此造成纏繞到輪胎上的膠料重量不準(zhǔn)確，最終影響生產(chǎn)的輪胎產(chǎn)品的質(zhì)量。由此而導(dǎo)致的問題是1)纏繞精度受限，所生產(chǎn)的輪胎在外形尺寸上與設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)存在一定的差別；2)由于測厚裝置為接觸式，為避免引入更大的測量誤差，纏繞速度受到一定的限制，生產(chǎn)效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種非接觸式，測量精度高響應(yīng)速度快的用于輪胎胎面纏繞的胎面厚度在線測量裝置。本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案一種用于輪胎胎面纏繞的胎面厚度在線測量裝置，包括控制器和胎面厚度測量傳感器，所述的胎面厚度測量傳感器為激光位移傳感器，所述的在線測量裝置還包括激光位移傳感器伺服機(jī)構(gòu)，所述的激光位移傳感器伺服機(jī)構(gòu)包括傳感器支架、導(dǎo)軌及傳感器伺服電機(jī)，激光位移傳感器和傳感器伺服電機(jī)固定在傳感器支架上，控制器分別與傳感器伺服電機(jī)的控制輸入端和激光位移傳感器的信號輸出端連接，傳感器支架安裝在與纏繞頭相對的被加工輪胎的另一側(cè)，傳感器伺服電機(jī)在控制器的控制下可帶動激光位移傳感器沿導(dǎo)軌做平行于纏繞鼓軸心線的橫向移動，其測量范圍能夠覆蓋整個輪胎胎面。作為優(yōu)選實施方式，所述的激光位移傳感器伺服機(jī)構(gòu)的導(dǎo)軌的安裝位置應(yīng)保證激光位移傳感器所產(chǎn)生的激光束與纏繞鼓的中心線等高，處于纏繞鼓中心的橫切面上，并與纏繞鼓的軸心線垂直。本發(fā)明同時提供一種利用所述的在線測量裝置實現(xiàn)的用于輪胎胎面纏繞的胎面厚度測控方法在所述的控制器內(nèi)存儲有被加工輪胎的輪廓曲線，可控制纏繞頭驅(qū)動機(jī)構(gòu)和纏繞鼓驅(qū)動機(jī)構(gòu)，從而在輪胎纏繞過程中使纏繞鼓及被加工輪胎做勻速轉(zhuǎn)動，并且使纏繞頭能夠做橫向、縱向移動并能夠轉(zhuǎn)動，在纏繞過程中所實施的胎面厚度閉環(huán)測控的步驟為I)控制纏繞 鼓驅(qū)動機(jī)構(gòu)，使纏繞鼓及固定在纏繞鼓上的被加工輪胎繞主軸勻速轉(zhuǎn)動；2)控制激光位移傳感器伺服機(jī)構(gòu)，使激光位移傳感器在纏繞過程中的測量位置始終與纏繞頭的橫向坐標(biāo)保持一致；3)實時接收激光位移傳感器的測量信號，并將其與被加工輪胎輪廓曲線對應(yīng)位置的胎面厚度值進(jìn)行比較；4)根據(jù)步驟3的比較結(jié)果來控制纏繞頭驅(qū)動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動以及纏繞頭的纏繞操作，如實測纏繞厚度小于輪廓曲線中對應(yīng)位置的胎面厚度值，則控制纏繞頭在該坐標(biāo)位置繼續(xù)纏繞膠條，如實測纏繞厚度等于輪廓曲線中對應(yīng)位置的胎面厚度值，則在該坐標(biāo)位置無需進(jìn)一步纏繞；5)重復(fù)步驟2) — 4)，直至輪胎各坐標(biāo)位置的胎面實測厚度都與輪廓曲線的對應(yīng)位置的胎面厚度值相符合。本發(fā)明提出的用于輪胎胎面纏繞的胎面厚度在線測量裝置及測控方法，利用激光位移傳感器對胎面厚度進(jìn)行非接觸的精確、實時測量，在此基礎(chǔ)上能夠保證所加工的胎面外廓形狀與預(yù)先設(shè)定的輪廓曲線相符合，能夠大幅度提高胎面纏繞的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。


圖I為激光位移傳感器驅(qū)動機(jī)構(gòu)、纏繞鼓驅(qū)動機(jī)構(gòu)、纏繞頭驅(qū)動機(jī)構(gòu)、被加工輪胎及纏繞鼓的安裝結(jié)構(gòu)圖；圖2為激光位移傳感器驅(qū)動機(jī)構(gòu)、纏繞頭驅(qū)動機(jī)構(gòu)、被加工輪胎及纏繞鼓的側(cè)視圖；圖3為輪胎胎面纏繞測控系統(tǒng)的構(gòu)成圖；圖4為被加工輪胎的輪廓曲線圖；圖5為胎面纏繞過程的閉環(huán)控制流程圖。附圖標(biāo)記說明如下I纏繞鼓2纏繞鼓驅(qū)動機(jī)構(gòu)3輪胎胎面4纏繞頭5基座6縱向?qū)к?纏繞頭支架8橫向?qū)к壍鬃?橫向?qū)к?10橫向移動平臺 11激光位移傳感器 12傳感器伺服電機(jī)13導(dǎo)軌14傳感器支架
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例和附圖對本發(fā)明提出的用于輪胎胎面纏繞的胎面厚度在線測量裝置及閉環(huán)測控方法做出詳細(xì)說明。如圖I和圖2所示，輪胎胎面纏繞裝置包括上位機(jī)(PC機(jī)，圖中未畫出)、纏繞鼓驅(qū)動機(jī)構(gòu)2、纏繞頭4及其驅(qū)動機(jī)構(gòu)。纏繞頭4在在驅(qū)動機(jī)構(gòu)的驅(qū)動下可以做橫向和縱向移動。纏繞頭驅(qū)動機(jī)構(gòu)由纏繞頭支架7、橫向?qū)к壍鬃?、橫向?qū)к?、橫向移動平臺10、縱向?qū)к?以及相應(yīng)的伺服驅(qū)動及傳動部件構(gòu)成。纏繞頭4安裝在纏繞頭支架7上，纏繞頭4能夠通過轉(zhuǎn)動來帶動膠條進(jìn)給及纏繞，并能夠隨著纏繞頭支架7圍繞橫向移動平臺10上的固定轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，橫向移動平臺10能夠沿安裝在橫向?qū)к壍鬃?上的橫向?qū)к?移動，橫向?qū)к壍鬃?能夠沿安裝在基座5上的縱向?qū)к?移動。本發(fā)明在上述的輪胎胎面纏繞裝置基礎(chǔ)上又加裝了一個用于輪胎胎面纏繞的胎面厚度在線測量裝置，包括激光位移 傳感器11及其驅(qū)動機(jī)構(gòu)和控制器(PLC或嵌入式控制器，圖書未畫出)。激光位移傳感器11和傳感器伺服電機(jī)12固定在傳感器支架14上,傳感器伺服電機(jī)12在控制器的控制下，帶動激光位移傳感器11沿導(dǎo)軌12做平行于纏繞鼓軸心線的橫向移動，移動的范圍限于被加工輪胎的兩個側(cè)端面之間，使其測量范圍能夠覆蓋整個輪胎胎面3。參見圖3、圖4和圖5，上位機(jī)的作用在于1)向控制器下載控制程序；2)存儲各種型號輪胎纏繞輪廓曲線(如圖4所示)，將這些數(shù)據(jù)發(fā)送給控制器，為纏繞過程提供控制依據(jù)；控制器的作用在于1)控制纏繞鼓驅(qū)動機(jī)構(gòu)，在纏繞過程中使纏繞鼓及安裝在纏繞鼓上的被加工輪胎繞主軸勻速轉(zhuǎn)動；2)控制纏繞頭驅(qū)動機(jī)構(gòu)運(yùn)動，通過控制纏繞頭支架轉(zhuǎn)動、以及橫向移動平臺和橫向?qū)к壍鬃囊苿?，使其在纏繞過程中始終處于正確的位置；
3)控制纏繞頭纏繞操作，使其轉(zhuǎn)動并帶動膠條進(jìn)給及纏繞；4)控制激光位移傳感器伺服機(jī)構(gòu)，使激光位移傳感器在纏繞過程中的測量位置始終與纏繞頭的橫向坐標(biāo)保持一致；5)接收激光位移傳感器的測量信號，與圖4所示的被加工輪胎的輪廓曲線中的對應(yīng)位置的胎面厚度值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果為纏繞頭驅(qū)動機(jī)構(gòu)和激光位移傳感器伺服機(jī)構(gòu)的實時控制提供依據(jù)。胎面纏繞閉環(huán)測控過程如下I.上位機(jī)將被加工輪胎纏繞輪廓曲線等技術(shù)參數(shù)發(fā)送給控制器，并且向控制器下載控制程序。設(shè)定的輪胎胎面輪廓曲線的函數(shù)Iitl(X)如圖4所示；2.控制纏繞鼓驅(qū)動機(jī)構(gòu)，使纏繞鼓及固定在纏繞鼓上的被加工輪胎胎坯繞主軸做勻速轉(zhuǎn)動；3.以圖4中纏繞曲線的起點Xtl為坐標(biāo)原點，為纏繞頭在X軸上起始位置。控制傳感器伺服機(jī)構(gòu)和纏繞驅(qū)動服機(jī)構(gòu)，將激光位移傳感器的測量位置和纏繞頭的工作點移動至Xtl，使激光位移傳感器發(fā)出的激光束照射到X軸的坐標(biāo)值為Xtl的位置；3.控制傳感器伺服機(jī)構(gòu)，使激光位移傳感器在胎面纏繞過程中的測量位置始終與纏繞頭在X軸上的坐標(biāo)保持一致，根據(jù)激光位移傳感器的測量值可計算出纏繞頭對應(yīng)位置的實時胎面厚度h (Xi)；4.將實時測量得到的胎面厚度h(Xi)傳輸?shù)娇刂破髦?，根?jù)度h (Xi)和設(shè)定胎面輪廓曲線對應(yīng)位置的厚度Iitl(Xi)進(jìn)行對比，如實測纏繞厚度小于輪廓曲線中對應(yīng)位置的胎面厚度值，則控制纏繞頭在該坐標(biāo)位置繼續(xù)纏繞膠條，如實測纏繞厚度等于輪廓曲線中對應(yīng)位置的胎面厚度值，則在該坐標(biāo)位置無需進(jìn)一步纏繞。同時參考當(dāng)時的纏繞速度，得出應(yīng)調(diào)節(jié)的纏繞速度，發(fā)出相應(yīng)的控制指令傳輸給控制器執(zhí)行，控制纏繞頭驅(qū)動機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)纏繞頭的纏繞速度，形成輪胎胎面纏繞的閉環(huán)控制系統(tǒng)。當(dāng)該位置纏繞的輪胎胎面的實時胎面厚度達(dá)到設(shè)定胎面厚度后，立即移動到下一個纏繞點；
5)重復(fù)步驟2) — 4)，直至輪胎各坐標(biāo)位置的胎面實測厚度都與輪廓曲線的對應(yīng) 位置的胎面厚度值相符合。
權(quán)利要求
1.一種用于輪胎胎面纏繞的胎面厚度在線測量裝置，包括控制器和胎面厚度測量傳感器，其特征在于，所述的胎面厚度測量傳感器為激光位移傳感器，所述的在線測量裝置還包括激光位移傳感器伺服機(jī)構(gòu)，所述的激光位移傳感器伺服機(jī)構(gòu)包括傳感器支架、導(dǎo)軌及傳感器伺服電機(jī)，激光位移傳感器和傳感器伺服電機(jī)固定在傳感器支架上，控制器分別與傳感器伺服電機(jī)的控制輸入端和激光位移傳感器的信號輸出端連接，傳感器支架安裝在與纏繞頭相對的被加工輪胎的另一側(cè)，傳感器伺服電機(jī)在控制器的控制下可帶動激光位移傳感器沿導(dǎo)軌做平行于纏繞鼓軸心線的橫向移動，其測量范圍能夠覆蓋整個輪胎胎面。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于輪胎胎面纏繞的胎面厚度在線測量裝置，其特征在于所述的激光位移傳感器伺服機(jī)構(gòu)的導(dǎo)軌的安裝位置應(yīng)保證激光位移傳感器所產(chǎn)生的激光束與纏繞鼓的中心線等高,處于纏繞鼓中心的橫切面上,并與纏繞鼓的軸心線垂直。
3.一種利用權(quán)利要求I所述的在線測量裝置實現(xiàn)的用于輪胎胎面纏繞的胎面厚度測控方法，其特征在于所述的控制器內(nèi)存儲有被加工輪胎的輪廓曲線，所述的控制器可控制纏繞頭驅(qū)動機(jī)構(gòu)和纏繞鼓驅(qū)動機(jī)構(gòu)，從而在輪胎纏繞過程中使纏繞鼓及被加工輪胎做勻速轉(zhuǎn)動，并且使纏繞頭能夠做橫向、縱向移動并能夠轉(zhuǎn)動，在纏繞過程中所實施的胎面厚度閉環(huán)測控的步驟為 1)控制纏繞鼓驅(qū)動機(jī)構(gòu)，使纏繞鼓及固定在纏繞鼓上的被加工輪胎繞主軸勻速轉(zhuǎn)動； 2)控制激光位移傳感器伺服機(jī)構(gòu)，使激光位移傳感器在纏繞過程中的測量位置始終與纏繞頭的橫向坐標(biāo)保持一致； 3)實時接收激光位移傳感器的測量信號，并將其與被加工輪胎輪廓曲線對應(yīng)位置的胎面厚度值進(jìn)行比較； 4)根據(jù)步驟3的比較結(jié)果來控制纏繞頭驅(qū)動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動以及纏繞頭的纏繞操作，如實測纏繞厚度小于輪廓曲線中對應(yīng)位置的胎面厚度值，則控制纏繞頭在該坐標(biāo)位置繼續(xù)纏繞膠條，如實測纏繞厚度等于輪廓曲線中對應(yīng)位置的胎面厚度值，則在該坐標(biāo)位置無需進(jìn)一步纏繞； 5)重復(fù)步驟2-4，直至輪胎各坐標(biāo)位置的胎面實測厚度都與輪廓曲線的對應(yīng)位置的胎面厚度值相符合。
全文摘要
本發(fā)明屬于輪胎制造裝備領(lǐng)域，涉及一種用于輪胎胎面纏繞的胎面厚度在線測量裝置，包括控制器和激光位移傳感器及其激光位移傳感器伺服機(jī)構(gòu)，該伺服機(jī)構(gòu)包括傳感器支架、導(dǎo)軌及傳感器伺服電機(jī)，激光位移傳感器和傳感器伺服電機(jī)固定在傳感器支架上，控制器分別與傳感器伺服電機(jī)的控制輸入端和激光位移傳感器的信號輸出端連接，傳感器支架安裝在與纏繞頭相對的被加工輪胎的另一側(cè)，傳感器伺服電機(jī)在控制器的控制下可帶動激光位移傳感器沿導(dǎo)軌做平行于纏繞鼓軸心線的橫向移動，其測量范圍能夠覆蓋整個輪胎胎面。本發(fā)明同時提供一種利用上述在測量裝置實現(xiàn)的胎面厚度測控方法。本發(fā)明具有無需接觸、測量精度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點，能夠大幅度提高胎面纏繞的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
文檔編號G01B11/06GK102778203SQ20121023416
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月6日
發(fā)明者劉迎澍, 熊瑞輝 申請人:天津大學(xué)