本發(fā)明涉及輪胎動平衡測量領(lǐng)域，尤其涉及一種輪胎動平衡機不平衡量測量裝置。

背景技術(shù)：

輪胎作為汽車使用中僅次于燃料的第二大消費品，其動平衡性能直接關(guān)系到汽車的性能好壞，如汽車行駛過程中的上下跳動和左右搖擺、乘坐的舒適性、油耗大小、汽車其他零部件的使用壽命，甚至關(guān)系到乘車人的生命安全。動平衡性能檢測是輪胎在出廠前的必檢項目，輪胎動平衡機是集機械、電子、自動化、計算機軟件開發(fā)、數(shù)字信號處理、理論力學(xué)、信號采集與測量、數(shù)據(jù)庫、嵌入式系統(tǒng)等多學(xué)科于一身、精確測量輪胎不平衡量的輪胎質(zhì)量專用檢測設(shè)備。

我國自身的輪胎檢測行業(yè)起步較晚，目前和發(fā)達國家的同類設(shè)備產(chǎn)品具有一定的差距，發(fā)達國家對其理論算法嚴(yán)格保密，因此，研究一款能生產(chǎn)出高精度、具有世界先進水平的輪胎動平衡機具有很大的理論和實踐意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明設(shè)計的動平衡機是一種全自動充氣式輪胎動平衡測量設(shè)備，在進行輪胎動平衡量測試時，輪胎首先進入潤滑工位，潤滑之后被輸送至輪胎規(guī)格識別工位。進行規(guī)格識別后便進入最為關(guān)鍵的工位——動平衡測量工位，在測量工位要完成多個重要的操作步驟，包括輪胎定位、上輪輞下落、氣缸鎖緊、輪胎充氣、輪胎轉(zhuǎn)動，在工作轉(zhuǎn)速下測量輪胎偏心量，測量完成之后，解除輪胎裝夾，將輪胎輸送至打標(biāo)工位，根據(jù)測量結(jié)果，對輪胎質(zhì)量級別進行標(biāo)記，然后進入分級工位對輪胎進行分級。

一種輪胎動平衡機不平衡量測量裝置，待測量的輪胎位于動平衡測量工位處，該測量裝置包括機械結(jié)構(gòu)和測試系統(tǒng)兩部分，機械結(jié)構(gòu)和測試系統(tǒng)均安裝在測量裝置的外殼內(nèi)，機械結(jié)構(gòu)包括定中機構(gòu)、鎖緊機構(gòu)、主軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、伺服電機、輪輞升降機構(gòu)、自動更換輪輞裝置、輪胎規(guī)格識別裝置以及輸送機構(gòu)；測試系統(tǒng)包括壓電傳感器、光電開關(guān)、信號放大器、數(shù)據(jù)采集卡、工控機。待測量的輪胎安裝在主軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)上，伺服電機通過皮帶與輪胎主軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)連接；鎖緊機構(gòu)安裝在主軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)上，輪胎規(guī)格識別裝置安裝在主軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)上且正對待測量的輪胎；定中機構(gòu)安裝在主軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的頂部，用以調(diào)整待測量的輪胎位置。

自動更換輪輞裝置安裝在輪輞升降機構(gòu)上，輪輞升降機構(gòu)固定在外殼裝置的頂部。

壓電傳感器設(shè)置在機械結(jié)構(gòu)底部的承壓處，壓電傳感器、光電開關(guān)、信號放大器、數(shù)據(jù)采集卡、工控機依次相連組成。

當(dāng)待測量的輪胎被輸送到測量工位之前，輪胎規(guī)格識別裝置識別待測量的輪胎規(guī)格，根據(jù)輪胎數(shù)據(jù)庫中存有的系列規(guī)格數(shù)據(jù)，輪輞升降機構(gòu)下降到預(yù)設(shè)位置，自動更換輪輞裝置根據(jù)輪胎規(guī)格選擇對應(yīng)的輪輞，在待測量的輪胎到達測量工位后，首先定中機構(gòu)會對待測量的輪胎進行定中操作，啟動主軸鎖緊機構(gòu)，將輪胎固定在主軸鎖緊機構(gòu)主軸上的上下輪輞上，將待測量的輪胎充氣至標(biāo)準(zhǔn)氣壓，在以上各個既定動作完成后，伺服電機通過皮帶帶動主軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的主軸轉(zhuǎn)動，由不平衡量引起的振動輸入到測試系統(tǒng)中，動平衡測量完成后通過輸送機構(gòu)將輪胎輸送到打標(biāo)工位。

輪胎動平衡機的測量方法是通過伺服電機帶動主軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的主軸旋轉(zhuǎn)，由于待測量的輪胎固定在主軸上的上下輪輞上，待測量的輪胎本身不平衡量的存在會出現(xiàn)離心力，離心力引起整個旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的振動，振動又會帶來支承處壓電傳感器負載的不斷變化，這種變化經(jīng)壓電傳感器轉(zhuǎn)換為電壓信號，經(jīng)信號放大器對電壓信號進行放大，利用數(shù)據(jù)采集卡將放大后電壓信號采集進工控機，利用光電開關(guān)進行整周期截斷，通過自編軟件對電壓數(shù)據(jù)進行處理計算最終得出輪胎動平衡各項參數(shù)，得到上下校正面的不平衡量大小和角度，最終也可求得輪胎的靜不平衡量和力偶不平衡量。

動平衡測量是整個測試系統(tǒng)的主體，標(biāo)定影響系數(shù)、偏心補償以及零模式校正是測量輪胎動平衡性能的基礎(chǔ)。動平衡測量包括測前準(zhǔn)備階段和測量階段，測前準(zhǔn)備階段包括系統(tǒng)的初始化、配置屬性和參數(shù)、標(biāo)定影響系數(shù)、偏心補償以及零模式校正；測量階段包括光電開關(guān)測初始速度、光電開關(guān)測平均轉(zhuǎn)速、數(shù)據(jù)采集與處理，輪胎判級等部分。

該測量裝置的測量步驟如下：

(1)系統(tǒng)初始化。初始化界面上的各個控件類型及屬性；初始化所需參數(shù)及變量；引用所需類庫，如采集卡驅(qū)動類庫、I/O驅(qū)動類庫、數(shù)學(xué)函數(shù)類庫等。

(2)配置屬性和參數(shù)。通過人機交互界面將用戶定義的屬性和參數(shù)裝載到程序中。定義虛擬采集通道與硬件接線相對應(yīng)，定義通道的采樣率和采樣時間；定義數(shù)據(jù)存儲路徑并賦給路徑變量等。

(3)選擇輪胎規(guī)格。選擇輪胎規(guī)格參數(shù)，包括充氣壓力、相對應(yīng)的輪輞直徑和寬度、額定工作轉(zhuǎn)速等賦值給后臺程序變量，還有需要在數(shù)據(jù)庫中調(diào)用該種輪胎規(guī)格對應(yīng)的影響系數(shù)和偏心補償量，如果數(shù)據(jù)庫中沒有這些參數(shù)，需要進行標(biāo)定影響系數(shù)、偏心補償量獲取以及零模式校正操作。

(4)光電開關(guān)測量初始速度。光電開關(guān)在該測量程序中具有在測量過程中具有重要作用，通過其數(shù)據(jù)尋找到零點位置，在伺服電機開始加速工作時，不斷循環(huán)計算兩個零點之間的點數(shù)差，當(dāng)達到額定工作轉(zhuǎn)速附近對應(yīng)的點數(shù)時，開始進行數(shù)據(jù)采集操作。

(5)實際測量。實際測量時，先按設(shè)置好的采樣時間和采樣頻率完成數(shù)據(jù)采樣，對于光電開關(guān)對應(yīng)的通道采集的數(shù)據(jù)通過零點位置對應(yīng)的點數(shù)值求取數(shù)據(jù)采集過程中伺服電機的平均轉(zhuǎn)速，判斷轉(zhuǎn)速是否在允許的轉(zhuǎn)速誤差范圍內(nèi)，如果平均轉(zhuǎn)速誤差過大，則將剛采集的數(shù)據(jù)拋棄，進行下一輪采樣；如果轉(zhuǎn)速達到允許誤差范圍內(nèi)，則對采集到的原始數(shù)據(jù)進行預(yù)處理去除高強度低頻干擾、通過編寫低通數(shù)字數(shù)字濾波程序濾除數(shù)據(jù)中的高頻干擾成分、通過光電開關(guān)獲取零點信號對數(shù)據(jù)進行整周期截斷并進行FFT(快速傅里葉變換)運算獲得高精度頻域信號，最后求得動平衡性能參數(shù)，根據(jù)求得參數(shù)值與數(shù)據(jù)中對應(yīng)規(guī)格輪胎的各項判級標(biāo)準(zhǔn)進行判級，并找到不平衡量所在位置，將輪胎輸送到打標(biāo)工位進行打標(biāo)操作。各項操作完成后繼續(xù)測量下一條輪胎，如果輪胎規(guī)格沒有發(fā)生變化，則按實際測量步驟進行操作；若規(guī)格發(fā)生變化，則需回到選擇輪胎規(guī)格的步驟。

本裝置技術(shù)內(nèi)容如下：

鑒于本發(fā)明的上述內(nèi)容，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

1、按硬支撐平衡機設(shè)計，具有一次校正永久使用的優(yōu)良特性；

2、測量過程中的所有動作流程均為按設(shè)定程序自動進行，無需人工干預(yù)；

3、采用帶胎的方式進行偏心補償操作，保證了與后期的實際輪胎動平衡檢測的實際情況相一致；

附圖說明

圖1為機械結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為測試系統(tǒng)的硬件組成圖；

具體實施方式

下面結(jié)合圖1～圖2對本發(fā)明具體實施例做進一步說明：

所設(shè)計的不平衡量測量裝置位于動平衡測量工位，其包括機械結(jié)構(gòu)和測試系統(tǒng)兩部分。所述機械結(jié)構(gòu)包括定中機構(gòu)、鎖緊機構(gòu)、主軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、伺服電機、輪輞升降機構(gòu)、自動更換輪輞裝置、輪胎規(guī)格識別裝置以及輸送機構(gòu)等；如圖1所示，所述的測試系統(tǒng)包括壓電傳感器、光電開關(guān)、信號放大器、數(shù)據(jù)采集卡、工控機等。

當(dāng)輪胎被輸送到測量工位之前，輪胎規(guī)格識別裝置識別到輪胎的規(guī)格，根據(jù)數(shù)據(jù)庫中存有的一系列規(guī)格數(shù)據(jù)，輪輞升降機構(gòu)下降到正確的位置，自動更換輪輞裝置根據(jù)輪胎規(guī)格選擇合適的輪輞，在輪胎到達測量工位后，首先定中機構(gòu)會對輪胎進行定中操作，啟動主軸鎖緊機構(gòu)，將輪胎固定在主軸上的上下輪輞上，將輪胎充氣至標(biāo)準(zhǔn)氣壓，在以上各個既定動作完成后，伺服電機通過皮帶帶動主軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)轉(zhuǎn)動，由不平衡量引起的振動輸入到測試系統(tǒng)中，動平衡測量完成后通過輸送機構(gòu)將輪胎輸送到打標(biāo)工位。

如圖1所示，輪胎動平衡機的測量方法是通過伺服電機帶動主軸旋轉(zhuǎn)，由于輪胎固定在主軸上的上下輪輞上，輪胎本身不平衡量的存在會出現(xiàn)離心力，離心力引起整個旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的振動，振動又會帶來支承處壓電傳感器負載的不斷變化，這種變化經(jīng)壓電傳感器轉(zhuǎn)換為電壓信號，經(jīng)信號放大器對電壓信號進行放大，利用數(shù)據(jù)采集卡將放大后電壓信號采集進工控機，利用光電開關(guān)進行整周期截斷，通過自編軟件對電壓數(shù)據(jù)進行處理計算最終得出輪胎動平衡各項參數(shù)，得到上下校正面的不平衡量大小和角度，最終也可求得輪胎的靜不平衡量和力偶不平衡量。

動平衡測量是整個測試系統(tǒng)的主體，標(biāo)定影響系數(shù)、偏心補償以及零模式校正是測量輪胎動平衡性能的基礎(chǔ)。圖2為輪胎動平衡測試程序流程圖，如圖2所示，動平衡測量包括測前準(zhǔn)備階段和測量階段，測前準(zhǔn)備階段包括系統(tǒng)的初始化、配置屬性和參數(shù)、標(biāo)定影響系數(shù)、偏心補償以及零模式校正；測量階段包括光電開關(guān)測初始速度、光電開關(guān)測平均轉(zhuǎn)速、數(shù)據(jù)采集與處理，輪胎判級等部分。

(1)系統(tǒng)初始化。初始化界面上的各個控件類型及屬性；初始化所需參數(shù)及變量；引用所需類庫，如采集卡驅(qū)動類庫、I/O驅(qū)動類庫、數(shù)學(xué)函數(shù)類庫等。

(2)配置屬性和參數(shù)。通過人機交互界面將用戶定義的屬性和參數(shù)裝載到程序中。定義虛擬采集通道與硬件接線相對應(yīng)，定義通道的采樣率和采樣時間；定義數(shù)據(jù)存儲路徑并賦給路徑變量等。

(3)選擇輪胎規(guī)格。選擇輪胎規(guī)格參數(shù)，包括充氣壓力、相對應(yīng)的輪輞直徑和寬度、額定工作轉(zhuǎn)速等賦值給后臺程序變量，還有需要在數(shù)據(jù)庫中調(diào)用該種輪胎規(guī)格對應(yīng)的影響系數(shù)和偏心補償量，如果數(shù)據(jù)庫中沒有這些參數(shù)，需要進行標(biāo)定影響系數(shù)、偏心補償量獲取以及零模式校正操作。

(4)光電開關(guān)測量初始速度。光電開關(guān)在該測量程序中具有在測量過程中具有重要作用，通過其數(shù)據(jù)尋找到零點位置，在伺服電機開始加速工作時，不斷循環(huán)計算兩個零點之間的點數(shù)差，當(dāng)達到額定工作轉(zhuǎn)速附近對應(yīng)的點數(shù)時，開始進行數(shù)據(jù)采集操作。

(5)實際測量。實際測量時，先按設(shè)置好的采樣時間和采樣頻率完成數(shù)據(jù)采樣，對于光電開關(guān)對應(yīng)的通道采集的數(shù)據(jù)通過零點位置對應(yīng)的點數(shù)值求取數(shù)據(jù)采集過程中伺服電機的平均轉(zhuǎn)速，判斷轉(zhuǎn)速是否在允許的轉(zhuǎn)速誤差范圍內(nèi)，如果平均轉(zhuǎn)速誤差過大，則將剛采集的數(shù)據(jù)拋棄，進行下一輪采樣；如果轉(zhuǎn)速達到允許誤差范圍內(nèi)，則對采集到的原始數(shù)據(jù)進行預(yù)處理去除高強度低頻干擾、通過編寫低通數(shù)字數(shù)字濾波程序濾除數(shù)據(jù)中的高頻干擾成分、通過光電開關(guān)獲取零點信號對數(shù)據(jù)進行整周期截斷并進行FFT(快速傅里葉變換)運算獲得高精度頻域信號，最后求得動平衡性能參數(shù)，根據(jù)求得參數(shù)值與數(shù)據(jù)中對應(yīng)規(guī)格輪胎的各項判級標(biāo)準(zhǔn)進行判級，并找到不平衡量所在位置，將輪胎輸送到打標(biāo)工位進行打標(biāo)操作。各項操作完成后繼續(xù)測量下一條輪胎，如果輪胎規(guī)格沒有發(fā)生變化，則按實際測量步驟進行操作；若規(guī)格發(fā)生變化，則需回到選擇輪胎規(guī)格的步驟。

本發(fā)明的應(yīng)用途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進，這些改進也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。