线性激光法测试轮胎

光学测量是用于分析不同材料性质以及产品自身的很有意思的工具。它们在橡胶工业中发挥非常重要的作用，在产品测试中频繁使用。

J．Degrieck在《实验技巧》中提出了一种相对简单的记录位移历史的光学技术。光学技术测定驱动力的演变。这是基于两个光栅的相对位移。在测量速度高达200m/s的情况下也能使用这种方法。而T.H.Tsai则在《测量科学与技术》杂志中发表论文，建议采用基于三角法技术的测量系统。分析仪器由两台CCD（电荷耦合组件）相机和一个线性激光器组成。这套系统能够测量与相近外形连用的空间物体的外形。

橡胶工业上一个有趣的问题就是测量在高温、高压和高的湿度条件影响下的待测物体的表面变形。非接触式的测量使用两台CCD相机来测定物体在变形前后的成像。有人建议将光学技术与电子干涉测量法结合起来。

也有研究并比较了动态区域中轮胎侧壁变形的结果。用表面光度仪测定局部变形。第二种方法是采用使用两台CCD相机的商业化系统，测定动态区域中轮胎侧壁的变形情况。测量的结果是全彩色的图像，能与有限元的结果相比较。还有人提出了在动态区域工作的系统的独有特色，对数据和测试条件进行评估。

在本文中，我们介绍一种非接触式的光学系统，该系统有一台CCD相机，用于记录被测变形物体所引起的激光波前的扭曲。我们还提出在橡胶工业中使用这一系统的可能性。

实验与讨论

测量装置由激光器、CCD相机、计算机和计算机软件组成。提出的系统通过激光器的线性模块来测定外形的变化和轮胎的宽度。线性激光的形状复制物体的外形。激光轨迹的长度等于物体的宽度。图1表示利用线性激光法进行的基本测量。线性激光的轨迹正入射到被测物体上，直接按激光轨迹将CCD相机聚焦。物体变形的测量基于对激光前波形状变化的检测。

测量之前对系统进行校正是必要的。相机必须要垂直与被测量的物体。按这种方法，它决定物体的宽度和厚度。这一系统提供对测试物体进行三种可能的校正。依靠激光线来测量位移取代了基线校正，位移是由连接两个端点而产生。

首先，我们在静态区域测试装置的精确性。并用当前方法测量得到的值，与由手工测量得到的值对照，测量装置的精确度是0.01mm。同时还测试测量的可重复能力。测试物体为玻璃纤维层压板。将装置完全拆解后再进行测量。测量的精确值是170.13±0.03mm。在被测样品给定设置的情况下测量十次的装置重复能力。这种情况下得到的精确度与前面的类似，结果等于170.10±0.02mm。

图1：采用线性激光器的实验安排

对装置的精确度有了初步的了解以后，接下来介绍这种方法在静态测量中的应用。当前提出的这一方法最简单的应用是对轮胎的尺寸进行非接触式的估算。用激光水平仪将测试轮胎固定在支架上，安装相机和线性激光器，并校正整套仪器后，我们得到数码形式的轮胎电子照片，软件能进行逐点测量（见图2和3）。

图2：轮胎静态负载的液压工具 图3：进行动态测量的Hasbach台

图5表示了如图4所示真胎的电子图像。用同样的方法有可能测试胎面的磨损情况。于是我们可测试轮胎的静态性能。使用图2所示的液压台进行测量。在靠近轮胎接触面的地方照射轮胎。图6表示轮胎在施加静态负载后的变形情况。

图4：LLT照射的轮胎图像 图5：表示了如图4所示真胎的电子图像

图5、如图4所示轮胎的电子照片下一步我们测试轮胎以100km/h的速度急停后的松弛。测量在图3所示的试验机上实现。然后，我们开始对轮胎进行动态测量。首先，测试在100km/h的恒定速度下轮胎尺寸平衡状态的产生。实验结果表明，轮胎在转动将近10分钟后达到平衡尺寸。稳态条件不同速度情况下胎踏面的变形情况示于图7。实验根据图3装置实现。以接触面和试验机为背景，照亮轮胎。

图6：施加静态负载后轮胎的变形情况 图7：不同速度下胎踏面的变化情况

结论：目前提出的方法给出了用激光轨迹测量轮胎侧壁以及确定位置下轮胎踏面尺寸平均值的可能性。装置具有非常好的灵敏度，可靠度±0.03mm。在静态或动态区域实现测量是可能的。得到的所有结果都是数字化的，并为在有限元分析中的使用做好了准备。与商业化的系统Aramis相比，不必将模具放在测试样品的表面上。另一方面，我们的系统有一个缺点，就是在准平衡条件下对位移的平均值进行局部测量（由激光轨迹的位置而定）。这一方法快速，低价，而且易匹配，具有很好的可重复性。