案例分享 |高速视觉测量系统在新型非充气轮胎研发中的应用

       新型非充气轮胎（见图1）的正向研发中，科学优化材料（树脂、橡胶等）配比，提升轮胎力学性能，提高车辆高速行驶中的可靠性、舒适性、燃油经济性是提升产品竞争力的关键。因此，针对“不同转速下及冲击载荷下轮胎形变量化分析”的研究成为新兴热点课题。

图1 非充气轮胎示意图

       传统应变片（见图2）接触式测量法，客观存在无法采集速度太快的对象，无法安装布线（轮胎条幅过细,仅1~3mm），无法实现高精度测量等痛点。

图2 常见电阻应变片

       千眼狼专为应变场领域研发的非接触高速视觉测量系统（见图3）具有无需布线、高速采集，多点测量，支持单目二维、双目三维测量等优势，通过追踪物体表面的散斑图像或特征标记点，实现形变过程中物体表面的三维坐标、位移及应变的动态测量，亦可计算标记点的位移、分析距离夹角、弹性模具、泊松比等专业数据，同时支持与载荷仪通信，直观显示载荷与应变形态的对应关系。

图3 千眼狼应变场测量系统

       近期在国内某知名轮胎厂商进行的一项实验研究中，科研人员采用千眼狼应变场测量系统研究了非充气轮胎在不同转速下，其内部支撑结构具体的形变量。

图4 实验现场

实验装置

       1. 里程机

       2.千眼狼高速摄像机5KF20

       3. 90mm定焦镜头、50mm变焦镜头

       4. 100W双头LED补光灯

       5. DIC专业分析软件

       6. 笔记本电脑1台

实验过程

       1. 架设相机，使相机与轮胎被拍摄部位正交拍摄，保持水平，在拍摄部位粘贴标记点，并利用标记笔绘制散斑；

       2. 快速标定，画面放置钢尺，拍摄静态图片进行二维标定；

       3. 里程机启动，模拟不同转速(Z大转速180KM/h)；

       4. 采用千眼狼图像采集软件抓取图像（见图5）,采集速度3000 fps，支持180KM/h转速下Z大4度/帧的抓取频率；

图5 整体转动下的非转动轮胎

       5. 将不同时间戳对应的采集图像导至DIC分析软件中进行处理，拟合出整体转动标记点分析与局部散斑分析曲线（见图6、图7）。

图6 整体标记点分析曲线 

图7 局部散斑分析 

       取得各实验条件（不同转速）下分析曲线、散斑图后，科研人员会建立既有轮胎材料配比模式下的位移、形变量数据库，再调整配比，进行若干次同类型实验。同时结合其他重要的撞击实验、滚阻实验的形变量数据，运用专业数理模型，找出理论Z优曲线，继而反向推出Z佳的树脂、橡胶材料配比，助力新型轮胎的研发定型。