全钢子午线轮胎缺陷识别系统的研制

　　0 引 言

　　全钢子午线轮胎[1]具有高速、节能、耐用、安全、舒适等方面的优点，使得它在交通运输和工业生产中得到广泛应用。但是全钢子午线轮胎在制造过程中，受生产设备及工艺流程等因素的影响，其内部时常会出现异物，钢丝帘线交叉、搭接、排列不均、弯曲和带束层顺线等问题[2]，严重影响产品质量，缩短轮胎使用寿命，所以必须对每一条成品子午线轮胎内部的钢丝帘线进行检验，以确保人车安全。目前常用 X 光透射成像的方法对子午线轮胎内部钢丝帘线进行检测。当 X 光透过轮胎时，由于轮胎内部各部分材料的密度和厚度不同，对 X 光的吸收量也不同，这样在探测器上接收到的透过轮胎的辐射量也就不同;通过测定探测器上接收到的 X 光辐射量，便能够得到由不同灰度等级表示的轮胎 X 光数字图像。

　　X 光轮胎检测技术国外开展的比较早，目前国内市场基本上被国外厂家所垄断，并已经有少数厂家开发出具有轮胎缺陷自动识别功能的检测系统[3]，但是由于国内外对子午线轮胎缺陷的定义有所不同，导致国外的缺陷自动检测设备不适合国内的检测要求，并且存在价格昂贵，维护困难等问题。国内生产的 X 射线轮胎检测设备还是人工目视的方法进行缺陷检测[4-6]，容易由于视觉疲劳、人工检测标准不统一等因素导致缺陷的错检和漏检。

　　为了改善我国子午线轮胎 X 射线检测现状，提高轮胎检测设备的水平，本文研制了用于全钢子午线轮胎质量检测的缺陷检测识别系统。该系统利用高度准直的扇形 X 射线作为光源，用 CMOS 探测器接收透过轮胎的 X 光辐射量，并把采集到图像实时地显示在电脑屏幕上;文中分析了全钢子午线轮胎常见缺陷的本质特征，设计相应的识别算法，并将缺陷识别算法与图像采集软件进行集成，使得图像采集和缺陷识别能够同步进行。实际检测结果表明，本系统能够完成内径尺寸从 23 inch 到 35 inch 的全钢子午线轮胎 X 光图像的采集显示和轮胎内部异物和钢丝帘线交叉搭接、排列不均、弯曲、断裂和带束层顺线等缺陷的检测工作。

　　1 检测系统的设计要求和实现方案

　　1.1 检测系统的设计要求

　　被检测对象为内径从 23 inch 到 35 inch 的全钢子午线轮胎，要求能够提供连续无盲区、清晰的轮胎 X射线全景图像，能够在线自动检测出轮胎内部异物，钢丝连线交叉搭接、排列不均、弯曲、断裂和带束层顺线等缺陷，检测完毕后把存在缺陷的位置标记在轮胎 X 光图像上，并根据缺陷类型自动保存图像。

　　1.2 检测原理

　　X 光轮胎检测光路如图 1 所示，图中轮胎断面、U 型线阵探测器和 X 光发射窗口位于同一平面内。在采集图像时，X 射线管和探测器的位置保持固定，轮胎围绕其中心旋转，射线管发射扇形 X 光照射轮胎内表面，同时用 U 型 CMOS 线阵探测器采集透射轮胎后的 X 射线。由于轮胎内部各部分材料的密度和厚度不同，对 X 光的吸收量也不同，这样在 U 型 CMOS 探测器上接收到的轮胎断面各单位面积上透过的 X 光辐射量也就不同;通过测定探测器上接收的辐射量，将其数字化后再经过图像软件处理，就可以把轮胎断面结构转换成用不同灰度等级表示的数字图像，并实时地显示在显示器上;在采集图像的同时，利用缺陷识别算法检测图像上的轮胎钢丝帘线缺陷。待轮胎旋转一周后便能得到整幅轮胎 X 光全景图像，完成缺陷识别并把存在缺陷的位置标记在图像上。