浅谈激光传感器在轮胎工业中的应用

近二十年来psd（位敏检测器）激光测量传感器已经成功地接受轮胎制造业的挑战，在应用中要求传感器迅速而灵敏，产量高，采样率多和使用距离长。
随着轮胎规格变得更严格，对于供应商来说轮胎的生产形成一种新的挑战，它需要更快，更尖端发展，以及无论是在线还是离线应用时都有着更准确的测量和检测系统。
制造商需要的是无须以牺牲准确度为代价就能可靠的检测轮胎的装置和更高的产量，以及高的采样率和更长的距离。
对于轮胎工业来说生产和产量就意味着一切。他们只能允许很少甚至没有停工时间，后备库存必须保持最低量。同时次品的手工复查也必须减到最小。
在这些应用中，非接触式激光测量传感器要优于传统接触/机械随动机，更甚于更早的那种每次测量时可重复性和产量都会变化的电容传感器。
接触式或机械随动机的最大缺点是这类传感器需要在轮胎上清洁的通道进行持续的测量。
当轮胎转速为60转/分钟（rpm）时轮胎上的刻字或花纹会破坏接触探针。而这些刻字和花纹也会由于不必要的反弹而严重降低其可重复性。与之相反，设计适当的激光测量传感器不受表面纹理，颜色，速度或者不同环境的光的条件的影响。与接触式传感器相比，激光传感器与探针磨损或反弹无关，可在较高的速率下收集数据。
在橡胶应用中的性能要求
由于橡胶是黑色，它吸收表面上几乎所有的光，这样为了获得高质量的激光点像以及迅速对表面反射率做出调整，测量装置需要足够的光功率。
通常即便激光器具有最好的传感器性能也要求激光的光斑比较小，频率响应要很快，以便从具有刻字和各种复杂形状的胎面或侧壁之类的断面中获得可靠的数据。
橡胶的待加工原料，典型的如从挤出机，压延机或在轮胎成型过程中的未加工或未硫化的材料，通常还是热而且粘的，具有黑色光泽表面，同时释放出烟雾。测量得到的数据必须反映真实形状尺度和轮廓。
它不应受热的，烟的环境或表面的影响，也不应受测量角度或材料的纹理，亮度，斜面，速度或温度的影响。
当在高速的tuo（轮胎均一性）机器上测量旋转的轮胎时，非接触式传感器必须迅速提供样本以确保没有漏过检测任何缺损。
由于无接触激光测量能迅速对过程变化做出反应，因此对于这类应用是理想的，它可以在整个生产过程中进行高速不间断的测量。
如何进行三角测量
在橡胶和轮胎工业中大多的非接触式传感器用光学激光三角测量法来准确测量物体或表面。
在这种技术中一束光从传感器发射到被测表面。它相当于一个自动光断面显微镜，有时作为一种结构化的光会被提及。在表面，激光发射光斑在一点上。在与激光形成的某个角度上，用透镜形成影像或在这个影像平面的光斑照片，位置传感的检测器就置于这个影像平面。如果表面进一步远离传感器，检测器的光斑变换到不同的点上。通过确定光斑的位置和测量相关的角度，传感器到表面的距离可被确定。
有两种主要的检测器类型用于非接触式三角测量传感器。它们都是固态的，与具有粗糙结构的电路芯片集成，只要适当地组装传感器外壳，即使在恶劣的环境中，其仍具有可靠的性能。
第一种传感器类型是psd或者称为位置敏感检测器；第二种是ccd也称为带电的耦合设备。
psd是一种简单的元素检测器，它把入射光转换成连续的位置数据。本质上说它是一种模拟装置。psd传感器应用于很高的数据要求时，譬如普遍应用于橡胶和轮胎工业中。psd传感器是为高频率响应，迅速控制光的功率和小的光斑而设计的。它们对光的等级的变化提供一个非常迅速的补偿，这个特征在橡胶的应用中是重要的。
ccd检测器实质上是一种数码照相机的形式，通过一维和二维来完成。通常一维的ccd排列用于单点测量。二维的样式与激光线性传感器同时使用，这种传感器可以在一个简单的图象框架中测量二维的外形。ccd检测器的首要缺点是与操作速度有关，这个速度一般要比从psd获得的小。
以psd为基础的激光传感器对于轮胎和橡胶应用是理想的，它正逐步替代刻度盘指示器，线性变量微分变压器，电容，感应和超声的传感器。