CN108956300B - 轮胎胎面橡胶材料接触印迹内全域变形在线测试装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种轮胎胎面橡胶材料接触印迹内全域变形在线测试装置及测试方法，由支撑平台、直线加载调节机构、旋转加载调节机构、自适应夹紧机构和视觉检测系统组成，直线加载调节机构和视觉检测系统按照一定地位置关系固定连接在支撑平台上；直线加载调节机构与旋转加载调节机构固定连接，自适应夹紧机构与压力传感器固定连接，压力传感器与扭矩传感器固定连接，该装置能够完全模拟轮胎各种工况下胎面橡胶材料在接触印迹内受力变形，通过非接触视觉测量方法，解决了现有轮胎胎面橡胶材料接触印迹内单点接触测量方式难于实现和测试结果误差大及不能获取接触印迹内胎面橡胶材料全域变形特性的问题，具有结构简洁、易于控制及调节的特点。
Description
技术领域
本发明属于轮胎胎面橡胶材料力学特性测试领域，具体涉及一种轮胎在实际运行工况下在接触印迹内胎面橡胶材料全域变形在线测试装置及基于该装置的视觉全域变形测试方法。
背景技术
轮胎是汽车重要部件之一，是车辆上受力的支撑体和各种力的传递部件，其性能的优劣直接影响着车辆的使用性能。轮胎的刚性是轮胎重要的使用性能之一，直接直接影响整车的动力性、经济性、操纵稳定性、乘坐舒适性和安全性。轮胎胎面橡胶材料是轮胎重要组成部分，也是唯一同地面直接接触的部分，它对轮胎刚性有直接重要影响。车辆在日常使用中，轮胎接触印迹内胎面橡胶的变形主要包括：挤压变形、剪切变形和压剪耦合变形，通过调整轮胎的侧偏角和垂直载荷，体现不同工况下的轮胎胎面橡胶接触印迹内变形特征。
目前，轮胎胎面橡胶材料接触印迹内变形测试装置主要分为轮胎面内检测装置和轮胎面外检测装置。轮胎面内检测装置：是通过在轮胎胎体面内固定电阻应变片或光学检测轮胎胎面内表面变化的方法，实现轮胎接触印迹内胎面和胎体总体变形的获取，轮胎面内检测装置存在的问题是：在接触印迹内的胎面橡胶材料变形等于测试获取的总体变形减去轮胎胎体变形，由于轮胎胎体变形具有非线性特征，导致获取的接触印迹内的胎面橡胶变形存在很大误差，同时测试装置搭建难度大，测试数据易受外界干扰，后期数据处理困难，获取的胎面橡胶材料变形结构误差大；轮胎面外检测装置：是通过在轮胎胎面材料表面布置应变片通过无线传输装置获取电信号经后期处理后获取轮胎胎面橡胶接触印迹内变形数据，轮胎面外检测装置存在的问题是：测试轮胎胎面橡胶变形受轮胎工况限制，只能在给定的特定转速或载荷下完成，同时受应变片自身限制检测只能获取单点轮胎胎面橡胶接触印迹内的变形特性，不能表达在接触印迹内胎面橡胶总体的变形特性。
因此，亟需一种轮胎胎面橡胶材料接触印迹内全域变形在线测试装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种轮胎胎面橡胶材料接触印迹内全域变形在线测试装置及其测试方法，完全模拟了轮胎实际使用工况下的轮胎胎面橡胶材料接触印迹内的全域变形，通过视觉检测方法实现轮胎接触印迹内全域变形非接触检测，综合分析已获取轮胎胎面橡胶全域变形数据和各类传感器获取的角位移、压力和扭矩数据，获取轮胎实际运行工况下胎面橡胶在接触印迹内力学特征的分布，该装置具有稳定性强、测试方法简便和胎面橡胶接触印迹内全域在线检测的特点，解决了现有轮胎胎面橡胶材料接触印迹内变形测试装置存在的问题。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
一种轮胎胎面橡胶材料接触印迹内全域变形在线测试装置，包括支撑平台1、直线加载调节机构2、旋转加载调节机构3、视觉检测系统4、自适应夹紧机构6、压力传感器7、扭矩传感器8和计算机，所述的直线加载调节机构2通过支撑件213固定在支撑平台1上，所述的视觉检测系统4通过支撑座410固定在支撑平台1上，所述的旋转加载调节机构3通过固定支架31与直线加载调节机构2的连接板210固定连接，所述的扭矩传感器8固定在支撑平台上，所述的压力传感器7固定连接才扭矩传感器8上方，所述的自适应夹紧机构6固定连接在压力传感器7上方，视觉检测系统4的相机41和光源48的光轴线、旋转加载调节机构3的涡轮蜗杆转台32的轴线和轮胎胎面橡胶试样5的中心线为同一条直线，所述的角度编码器21、磁尺转角传感器39、压力传感器7与扭矩传感器8分别通过数据采集卡与计算机通讯连接，所述的电机23和旋转电机36分别通过驱动器与计算机控制连接，所述的相机41和光源48与计算机控制连接。所述的旋转加载调节机构3由与连接板210固定连接的固定支架31、涡轮蜗杆转台32、磁尺33、支撑盘34、高强度耐压透明玻璃板35、旋转电机36、传感器支架38和磁尺转角传感器39组成；固定支架31与涡轮蜗杆转台32的定子固定连接，磁尺33与支撑盘34固定连接，圆环形支撑盘34和高强度耐压透明玻璃板35依次与涡轮蜗杆转台32的转子固定连接，高强度耐压透明玻璃板35的直径大于支撑盘34内环直径，旋转电机36通过联轴器37与涡轮蜗杆转台32的蜗杆转轴固定连接，传感器支架38与涡轮蜗杆转台32的定子固定连接，传感器支架38与磁尺转角传感器39固定连接，磁尺转角传感器39与磁尺33间隙保持在0.5mm~2mm的范围内。透过高强度耐压透明玻璃板35在计算机屏幕上获取清晰轮胎胎面橡胶5的接触表面散斑图像。
作为本发明进一步的技术方案，所述的直线加载调节机构2包括角度编码器21、电机23、主动同步带轮24、被动同步带轮26、丝杠轴承座27、丝杠28、滑块29、连接板210、丝母211、梯形直线滑轨212和支撑件213；所述的角度编码器21和电机23通过支架22固定连接在支撑件213的一侧，角度编码器21上对应的孔位与电机23的转轴固定连接，主动同步带轮24与电机23的转轴固定连接，主动同步带轮24通过穿过支撑件213上的通孔的同步齿形带25与支撑板另一侧的被动同步带轮26连接，被动同步带轮26与丝杠28固定连接，上下两个丝杠轴承座27与丝杠28组成旋转副，丝杠轴承座27与支撑件213固定连接，丝杠28与丝母211螺纹连接，丝母211与连接板210固定连接，滑块29与连接板210固定连接，梯形直线滑轨212与滑块29组成移动副，梯形直线滑轨212与支撑件213固定连接。
作为本发明进一步的技术方案，所述的视觉检测系统4由相机41、相机支架42、调节螺栓43、调节螺母44、接触垫片45、光源支架46、光源支撑杆47、光源48、支撑杆49、支撑座410、支撑杆定位螺栓413组成；所述的相机41上固定连接有镜头414，相机41与左右布置的接触垫片45接触连接，调节螺栓43穿过相机支架42两侧的长条通孔与接触垫片45螺纹连接，调节螺母44与调节螺栓43螺纹连接，相机支架42与支撑杆49组成移动副，相机支架42通过相机定位螺栓411固定在支撑杆49上，光源支架46与支撑杆49组成移动副，光源支架46通过光源定位螺栓412螺纹与支撑杆49连接，对称布置的光源支撑杆47与光源支架46通过光源支撑杆定位螺栓415固定连接，支撑杆49与支撑座410组成移动副，支撑座410与支撑平台1固定连接，支撑杆定位螺栓413与支撑座410螺纹连接。
作为本发明进一步的技术方案，所述的自适应夹紧机构6由梯形导块61、弹簧62、支撑板63、预紧螺栓64、锁紧螺母65和夹紧支架66组成，对称布置的梯形导块61与夹紧支架66组成直线移动副，夹紧支架66与对称布置的支撑板63固定连接，弹簧62套置在预紧螺栓64上中心线重合，弹簧62一侧端面与梯形导块61接触，弹簧62另一侧端面与支撑板63接触，预紧螺栓64与支撑板63螺纹连接，预紧螺栓64的圆柱面与梯形导块61对应的孔位组成旋转副，锁紧螺母65端面与支撑板63外侧端面接触，锁紧螺母65与预紧螺栓64螺纹连接。
本发明的另一个目的是提供基于所述的轮胎胎面橡胶材料接触印迹内全域变形在线测试方法，包括以下步骤：
（1）、根据轮胎胎面橡胶试样5的形状，在接触表面喷涂油漆散斑纹理，自然干燥；
（2）、调整自适应夹紧机构6完成对包含散斑纹理特征的轮胎胎面橡胶试样5的定位夹紧；
（3）、调整视觉检测系统4的相机41和光源48的光轴线、旋转加载调节机构3的涡轮蜗杆转台32的轴线和轮胎胎面橡胶试样5的几何中心线，使三条轴线共线，直线加载调节机构2的支撑件213、扭矩传感器8和视觉检测系统4的支撑座410分别与支撑平台1固定连接；
（4）、依次调整视觉检测系统4的相机支架42和光源支架46的成像距离，整镜头414的成像焦距和光源48的光强，在相机41的作用下，透过高强度耐压透明玻璃板35在计算机屏幕上获取清晰轮胎胎面橡胶5的接触表面散斑图像；
（5）、通过相机41在计算机上获取轮胎胎面橡胶试样5的散斑图像后进行图像标定；
（6）、通过控制直线加载调节机构2的电机23和旋转加载调节机构3的旋转电机36，实现轮胎实际使用工况下胎面橡胶试样5的所有变形，即：挤压变形、剪切变形和压剪耦合变形。
（7）、依据测试轮胎工况下的轮胎胎面橡胶试样5的变形特性，调整相机41的分辨率和帧率。在步骤6的工况实现过程中，通过相机41和计算机每隔一个预设的时间间隔，同步完成按照时间序列轮胎胎面橡胶5全域变形数字图像获取。与此同时，通过角度编码器21、磁尺转角传感器39、压力传感器7和扭矩传感器8获取轮胎胎面试样5变形过程中，角位移、压力和扭矩数据的获取。
（8）、通过数字图像模板匹配技术，对当前时刻的轮胎胎面橡胶5全域变形数字图像与上一时刻的轮胎胎面橡胶5全域变形图像进行对比对比分析，获取轮胎胎面橡胶5相邻时刻全域应变信息，结合前面的标定图像获取轮胎胎面橡胶5的变形。
（9）、综合分析获取的角位移、压力、扭矩数据和轮胎胎面橡胶5的变形数据，获取轮胎实际运行工况下胎面橡胶在接触印迹内力学特征的分布。
本发明的有益效果如下：
本发明可获取轮胎实际运行工况下胎面橡胶在接触印迹内变形特征的分布，解决了现有技术中轮胎面内测试装置搭建难度大、轮胎测试工况受限和只能获取单点轮胎胎面橡胶接触印迹内的变形特征、测试数据易受外界干扰和后期数据处理困难和获取的胎面橡胶材料变形结构误差大的技术问题，实现了轮胎胎面橡胶接触印迹内，封闭区域的全域变形特征的在线检测。具有控制简单、结构易于实现和机构调节简便的优点，完整的模拟了轮胎实际使用工况下的轮胎胎面橡胶变形特征和全域变形特征分布的非接触检测。
本发明的测试装置可适用于各种轮胎胎面橡胶材料，包括乘用车、商用车、工程车、摩托车等车辆轮胎和飞机轮胎，只需根据被测轮胎胎面橡胶实际使用工况调整测试装置。
附图说明
图1是本发明轮胎胎面橡胶材料接触印迹内全域变形在线测试装置的结构主视图；
图2是本发明轮胎胎面橡胶材料接触印迹内全域变形在线测试装置的结构俯视图；
图3是本发明测试装置的直线加载调节机构的主视图；
图4是本发明测试装置的直线加载调节机构的左视图；
图5是本发明测试装置的旋转加载调节机构的主视图；
图6是本发明测试装置的旋转加载调节机构的主视图的A-A剖视图；
图7是本发明测试装置的视觉检测系统的主视图；
图8是本发明测试装置的视觉检测系统的主视图的B-B剖视图；
图9是本发明测试装置的自适应夹紧机构的俯视图；
图10是本发明测试装置的自适应夹紧机构的俯视图的C-C剖视图；
图11是本发明测试装置的挤压变形测试结构示意图；
图12是本发明测试装置的剪切变形测试结构示意图；
图13是本发明测试装置的压剪耦合变形测试三维结构示意图；
图14是本发明测试装置获取的在t=0时刻的轮胎接触印迹内胎面橡胶试样5的接触表面散斑图像；
图15是本发明测试装置获取的在t=t0时刻的轮胎接触印迹内胎面橡胶试样5的接触表面散斑图像；
图16是通过在胎面橡胶试样5固定电阻应变片检测方法获取的单点轮胎胎面变形数据；
图17是本发明测试装置获取的在时刻t0的轮胎接触印迹内胎面橡胶试样5的接触表面全域变形分布；
图18是本发明测试装置获取的在时刻t的轮胎接触印迹内胎面橡胶试样5的接触表面全域变形分布。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1和2所示，本发明提供一种轮胎胎面橡胶材料接触印迹内全域变形在线测试装置，包括支撑平台1、直线加载调节机构2、旋转加载调节机构3、视觉检测系统4、自适应夹紧机构6、压力传感器7、扭矩传感器8和计算机，所述的直线加载调节机构2通过支撑件213固定在支撑平台1上，所述的视觉检测系统4通过支撑座410固定在支撑平台1上，所述的旋转加载调节机构3通过固定支架31与直线加载调节机构2的连接板210固定连接，所述的扭矩传感器8固定在支撑平台上，所述的压力传感器7固定连接才扭矩传感器8上方，所述的自适应夹紧机构6固定连接在压力传感器7上方，视觉检测系统4的相机41和光源48的光轴线、旋转加载调节机构3的涡轮蜗杆转台32的轴线和轮胎胎面橡胶试样5的中心线为同一条直线，所述的角度编码器21、磁尺转角传感器39、压力传感器7与扭矩传感器8分别通过数据采集卡与计算机通讯连接，所述的电机23和旋转电机36分别通过驱动器与计算机控制连接，所述的相机41和光源48通过程序与计算机连接。
如图3和图4所示，所述的直线加载调节机构2包括角度编码器21、电机23、主动同步带轮24、被动同步带轮26、丝杠轴承座27、丝杠28、滑块29、连接板210、丝母211、梯形直线滑轨212和支撑件213；所述的角度编码器21和电机23通过支架22固定连接在支撑件213的一侧，角度编码器21上对应的孔位与电机23的转轴固定连接，主动同步带轮24与电机23的转轴固定连接，主动同步带轮24通过穿过支撑件213上的通孔的同步齿形带25与支撑板另一侧的被动同步带轮26连接，被动同步带轮26与丝杠28固定连接，上下两个丝杠轴承座27与丝杠28组成旋转副，丝杠轴承座27与支撑件213固定连接，丝杠28与丝母211螺纹连接，丝母211与连接板210固定连接，滑块29与连接板210固定连接，梯形直线滑轨212与滑块29组成移动副，梯形直线滑轨212与支撑件213固定连接。
如图5和图6所示，所述的旋转加载调节机构3由与连接板210固定连接的固定支架31、涡轮蜗杆转台32、磁尺33、支撑盘34、高强度耐压透明玻璃板35、旋转电机36、传感器支架38和磁尺转角传感器39组成；固定支架31与涡轮蜗杆转台32的定子固定连接，磁尺33与支撑盘34固定连接，圆环形支撑盘34和高强度耐压透明玻璃板35依次与涡轮蜗杆转台32的转子固定连接，高强度耐压透明玻璃板35的直径大于支撑盘34内环直径，旋转电机36通过联轴器37与涡轮蜗杆转台32的蜗杆转轴固定连接，传感器支架38与涡轮蜗杆转台32的定子固定连接，传感器支架38与磁尺转角传感器39固定连接，磁尺转角传感器39与磁尺33间隙保持在0.5mm~2mm的范围内。
如图7和图8所示，所述的视觉检测系统4由相机41、相机支架42、调节螺栓43、调节螺母44、接触垫片45、光源支架46、光源支撑杆47、光源48、支撑杆49、支撑座410、支撑杆定位螺栓413组成；所述的相机41上固定连接有镜头414，相机41与左右布置的接触垫片45接触连接，调节螺栓43穿过相机支架42两侧的长条通孔与接触垫片45螺纹连接，调节螺母44与调节螺栓43螺纹连接，相机支架42与支撑杆49组成移动副，相机支架42通过相机定位螺栓411固定在支撑杆49上，光源支架46与支撑杆49组成移动副，光源支架46通过光源定位螺栓412螺纹与支撑杆49连接，对称布置的光源支撑杆47与光源支架46通过光源支撑杆定位螺栓415固定连接，支撑杆49与支撑座410组成移动副，支撑座410与支撑平台1固定连接，支撑杆定位螺栓413与支撑座410螺纹连接。
如图9和图10所示，所述的自适应夹紧机构6由梯形导块61、弹簧62、支撑板63、预紧螺栓64、锁紧螺母65和夹紧支架66组成，对称布置的梯形导块61与夹紧支架66组成直线移动副，夹紧支架66与对称布置的支撑板63固定连接，弹簧62套置在预紧螺栓64上中心线重合，弹簧62一侧端面与梯形导块61接触，弹簧62另一侧端面与支撑板63接触，预紧螺栓64与支撑板63螺纹连接，预紧螺栓64的圆柱面与梯形导块61对应的孔位组成旋转副，锁紧螺母65端面与支撑板63外侧端面接触，锁紧螺母65与预紧螺栓64螺纹连接。所述的角度编码器21、磁尺转角传感器39、压力传感器7与扭矩传感器8分别通过数据采集卡与计算机通讯连接，所述的电机23和旋转电机36分别通过驱动器与计算机控制连接，所述的相机41和光源48通过程序与计算机连接。
应用本发明所述的轮胎胎面橡胶材料接触印迹内全域变形在线测试装置，可实现轮胎胎面橡胶材料接触印迹内挤压变形、剪切变形和压剪耦合变形的测试。
实施例1：
如图11和14所示，轮胎胎面橡胶材料接触印迹内全域挤压变形在线测试方法，其步骤如下：
（1）、根据轮胎胎面橡胶试样5的形状，在接触表面喷涂油漆散斑纹理，自然干燥；
（2）、调整自适应夹紧机构6完成对包含散斑纹理特征的胎面橡胶试样5的定位夹紧；
（3）、调整视觉检测系统4的相机41和光源48的光轴线、旋转加载调节机构3的涡轮蜗杆转台32的轴线和轮胎胎面橡胶试样5的几何中心线，使三条轴线共线后，使直线加载调节机构2的支撑件213、扭矩传感器8和视觉检测系统4的支撑座410分别与支撑平台1固定连接；
（4）、依次调整视觉检测系统4的相机支架42和光源支架46的成像距离，整镜头414的成像焦距和光源48的光强，在相机41的作用下，透过高强度耐压透明玻璃板35在计算机屏幕上获取清晰轮胎胎面橡胶5的接触表面散斑图像；
（5）、通过相机41在计算机上获取轮胎胎面橡胶试样5的散斑图像后进行图像标定；
（6）、通过控制直线加载调节机构2的电机23，使透过高强度耐压透明玻璃板35的下表面与有散斑纹理特征的轮胎胎面橡胶试样5的表面接触后，在通过控制电机23的转速和旋转方向，实现与轮胎胎面橡胶5接触的透过高强度耐压透明玻璃板35的变速率的直线位移运动，从而模拟轮胎实际使用工况等同的胎面橡胶材料挤压变形；
（7）、调整相机41的分辨率和帧率。在步骤6的工况实现过程中，通过相机41和计算机每隔一个预设的时间间隔，同步完成按照时间序列轮胎胎面橡胶5全域变形数字图像获取。与此同时，通过角度编码器21和压力传感器7获取轮胎胎面试样5变形过程中，获取压力和扭矩的数据；
（8）、通过数字图像模板匹配技术，对当前时刻的轮胎胎面橡胶5全域变形数字图像与上一时刻的轮胎胎面橡胶5全域变形图像进行对比分析，获取轮胎胎面橡胶5相邻时刻全域应变信息，结合前面的标定图像获取轮胎胎面橡胶5的变形；
（9）、综合分析获取的角位移数据、压力数据和轮胎胎面橡胶5的变形数据，获取轮胎挤压运行工况下胎面橡胶在接触印迹内力学特征的分布。
实施例2：
如图12、13和15所示，轮胎胎面橡胶材料接触印迹内全域剪切变形在线测试方法，其步骤如下：
（1）、根据轮胎胎面橡胶试样5的形状，在接触表面喷涂油漆散斑纹理，自然干燥；
（2）、调整自适应夹紧机构6完成对包含散斑纹理特征的胎面橡胶试样5的定位夹紧；
（3）、调整视觉检测系统4的相机41和光源48的光轴线、旋转加载调节机构3的涡轮蜗杆转台32的轴线和轮胎胎面橡胶试样5的几何中心线，使三条轴线共线后，使直线加载调节机构2的支撑件213、扭矩传感器8和视觉检测系统4的支撑座410分别与支撑平台1固定连接；
（4）、依次调整视觉检测系统4的相机支架42和光源支架46的成像距离，整镜头414的成像焦距和光源48的光强，在相机41的作用下，透过高强度耐压透明玻璃板35在计算机屏幕上获取清晰轮胎胎面橡胶5的接触表面散斑图像；
（5）、通过相机41在计算机上获取轮胎胎面橡胶试样5的散斑图像后进行图像标定；
（6）、通过控制直线加载调节机构2的电机23和旋转加载调节机构3的旋转电机36，使透过高强度耐压透明玻璃板35的下表面与有散斑纹理特征的轮胎胎面橡胶试样5的表面接触后，在通过控制旋转电机36和电机23的转速和旋转方向，实现与轮胎胎面橡胶5接触的在一定的垂向位移载荷下，使透过高强度耐压透明玻璃板35输出变速率的旋转运动，从而模拟轮胎实际使用工况等同的胎面橡胶材料剪切变形；
（7）、调整相机41的分辨率和帧率。在步骤6的工况实现过程中，通过相机41和计算机每隔一个预设的时间间隔，同步完成按照时间序列轮胎胎面橡胶5全域变形数字图像获取。与此同时，通过角度编码器21、压力传感器7和扭矩传感器8获取轮胎胎面试样5变形过程中，获取角位移、压力和扭矩的数据；
（8）、通过数字图像模板匹配技术，对当前时刻的轮胎胎面橡胶5全域变形数字图像与上一时刻的轮胎胎面橡胶5全域变形图像进行对比分析，获取轮胎胎面橡胶5相邻时刻全域应变信息，结合前面的标定图像获取轮胎胎面橡胶5的变形；
（9）、综合分析获取的角位移、压力、扭矩数据和轮胎胎面橡胶5的变形数据，获取轮胎剪切运行工况下胎面橡胶在接触印迹内力学特征的分布。
实施例3：
如图13、14、15、17和18所示，轮胎胎面橡胶材料接触印迹内全域压剪耦合变形在线测试方法，其步骤如下：
（1）、根据轮胎胎面橡胶试样5的形状，在接触表面喷涂油漆散斑纹理，自然干燥；
（2）、调整自适应夹紧机构6完成对包含散斑纹理特征的胎面橡胶试样5的定位夹紧；
（3）、调整视觉检测系统4的相机41和光源48的光轴线、旋转加载调节机构3的涡轮蜗杆转台32的轴线和轮胎胎面橡胶试样5的几何中心线，使三条轴线共线后，使直线加载调节机构2的支撑件213、扭矩传感器8和视觉检测系统4的支撑座410分别与支撑平台1固定连接；
（4）、依次调整视觉检测系统4的相机支架42和光源支架46的成像距离，整镜头414的成像焦距和光源48的光强，在相机41的作用下，透过高强度耐压透明玻璃板35在计算机屏幕上获取清晰轮胎胎面橡胶5的接触表面散斑图像；
（5）、通过相机41在计算机上获取轮胎胎面橡胶试样5的散斑图像后进行图像标定；
（6）、通过控制直线加载调节机构2的电机23和旋转加载调节机构3的旋转电机36，使透过高强度耐压透明玻璃板35的下表面与有散斑纹理特征的轮胎胎面橡胶试样5的表面接触后，在通过控制旋转电机36和电机23的转速和旋转方向，使透过高强度耐压透明玻璃板35输出变速率的旋转运动和变数率的垂直移动的复合运动，从而模拟轮胎实际使用工况等同的胎面橡胶材料压剪耦合变形；
（7）、调整相机41的分辨率和帧率。在步骤6的工况实现过程中，通过相机41和计算机每隔一个预设的时间间隔，同步完成按照时间序列轮胎胎面橡胶5全域变形数字图像获取。与此同时，通过角度编码器21、压力传感器7和扭矩传感器8获取轮胎胎面试样5变形过程中，获取角位移、压力和扭矩的数据；
（8）、通过数字图像模板匹配技术，对当前时刻的轮胎胎面橡胶5全域变形数字图像与上一时刻的轮胎胎面橡胶5全域变形图像进行对比分析，获取轮胎胎面橡胶5相邻时刻全域应变信息，结合前面的标定图像获取轮胎胎面橡胶5的变形；
（9）、综合分析获取的角位移、压力、扭矩数据和轮胎胎面橡胶5的变形数据，获取轮胎压剪耦合运行工况下胎面橡胶在接触印迹内力学特征的分布。
如图14和图15所示，是本发明的测试装置获取的在t=0时刻和t=t0的轮胎接触印迹内胎面橡胶试样5的接触表面散斑图像，图14是通过相机41在计算机上获取轮胎胎面橡胶试样5的散斑图像进行图像标定，图15是通过本发明的测试装置模拟实际轮胎接触印迹内的胎面橡胶使用工况，轮胎胎面橡胶试样5在挤压变形、剪切变形和压剪耦合变形的不同工况下获取的接触表面散斑图像，用于轮胎胎面橡胶试样5的全域变形图像处理。
如图16所示，是通过在胎面橡胶试样5固定电阻应变片检测方法获取的单点轮胎胎面变形数据，该检测点已在图17和图18中标出，并且该结果能够同图17和图18对应的时刻的变形数据相一致，验证了本发明的检测方法的正确性。
如图17和图18所示，是通过数字图像模板匹配技术，对t0时刻的轮胎胎面橡胶5全域变形数字图像与t时刻的轮胎胎面橡胶5全域变形图像进行对比分析，获取轮胎胎面橡胶5相邻时刻全域应变信息，结合获取的t=0时刻的标定图像获取轮胎胎面橡胶5的全域变形。
Claims (5)
1.一种轮胎胎面橡胶材料接触印迹内全域变形在线测试装置，其特征在于：包括支撑平台（1）、直线加载调节机构（2）、旋转加载调节机构（3）、视觉检测系统（4）、自适应夹紧机构（6）、压力传感器（7）、扭矩传感器（8）和计算机，所述的直线加载调节机构（2）通过支撑件（213）固定在支撑平台（1）上，所述的视觉检测系统（4）通过支撑座（410）固定在支撑平台（1）上，所述的旋转加载调节机构（3）通过固定支架（31）与直线加载调节机构（2）的连接板（210）固定连接，所述的扭矩传感器（8）固定在支撑平台上，所述的压力传感器（7）固定连接才扭矩传感器（8）上方，所述的自适应夹紧机构（6）固定连接在压力传感器（7）上方，视觉检测系统（4）的相机（41）和光源（48）的光轴线、旋转加载调节机构（3）的涡轮蜗杆转台（32）的轴线和轮胎胎面橡胶试样（5）的中心线为同一条直线，角度编码器（21）、磁尺转角传感器（39）、压力传感器（7）与扭矩传感器（8）分别通过数据采集卡与计算机通讯连接，电机（23）和旋转电机（36）分别通过驱动器与计算机控制连接，所述的相机（41）和光源（48）与计算机控制连接；
所述的旋转加载调节机构（3）由与连接板（210）固定连接的固定支架（31）、涡轮蜗杆转台（32）、磁尺（33）、支撑盘（34）、高强度耐压透明玻璃板（35）、旋转电机（36）、传感器支架（38）和磁尺转角传感器（39）组成；固定支架（31）与涡轮蜗杆转台（32）的定子固定连接，磁尺（33）与支撑盘（34）固定连接，圆环形支撑盘（34）和高强度耐压透明玻璃板（35）依次与涡轮蜗杆转台（32）的转子固定连接，高强度耐压透明玻璃板（35）的直径大于支撑盘（34）内环直径，旋转电机（36）通过联轴器（37）与涡轮蜗杆转台（32）的蜗杆转轴固定连接，传感器支架（38）与涡轮蜗杆转台（32）的定子固定连接，传感器支架（38）与磁尺转角传感器（39）固定连接，磁尺转角传感器（39）与磁尺（33）间隙保持在0.5mm~2mm的范围内；
透过高强度耐压透明玻璃板（35）在计算机屏幕上获取清晰轮胎胎面橡胶（5）的接触表面散斑图像。
2.如权利要求1所述的一种轮胎胎面橡胶材料接触印迹内全域变形在线测试装置，其特征在于：所述的直线加载调节机构（2）包括角度编码器（21）、电机（23）、主动同步带轮（24）、被动同步带轮（26）、丝杠轴承座（27）、丝杠（28）、滑块（29）、连接板（210）、丝母（211）、梯形直线滑轨（212）和支撑件（213）；所述的角度编码器（21）和电机（23）通过支架（22）固定连接在支撑件（213）的一侧，角度编码器（21）上对应的孔位与电机（23）的转轴固定连接，主动同步带轮（24）与电机（23）的转轴固定连接，主动同步带轮（24）通过穿过支撑件（213）上的通孔的同步齿形带（25）与支撑板另一侧的被动同步带轮（26）连接，被动同步带轮（26）与丝杠（28）固定连接，上下两个丝杠轴承座（27）与丝杠（28）组成旋转副，丝杠轴承座（27）与支撑件（213）固定连接，丝杠（28）与丝母（211）螺纹连接，丝母（211）与连接板（210）固定连接，滑块（29）与连接板（210）固定连接，梯形直线滑轨（212）与滑块（29）组成移动副，梯形直线滑轨（212）与支撑件（213）固定连接。
3.如权利要求1所述的一种轮胎胎面橡胶材料接触印迹内全域变形在线测试装置，其特征在于：所述的视觉检测系统（4）由相机（41）、相机支架（42）、调节螺栓（43）、调节螺母（44）、接触垫片（45）、光源支架（46）、光源支撑杆（47）、光源（48）、支撑杆（49）、支撑座（410）、支撑杆定位螺栓（413）组成；所述的相机（41）上固定连接有镜头（414），相机（41）与左右布置的接触垫片（45）接触连接，调节螺栓（43）穿过相机支架（42）两侧的长条通孔与接触垫片（45）螺纹连接，调节螺母（44）与调节螺栓（43）螺纹连接，相机支架（42）与支撑杆（49）组成移动副，相机支架（42）通过相机定位螺栓（411）固定在支撑杆（49）上，光源支架（46）与支撑杆（49）组成移动副，光源支架（46）通过光源定位螺栓（412）螺纹与支撑杆（49）连接，对称布置的光源支撑杆（47）与光源支架（46）通过光源支撑杆定位螺栓（415）固定连接，支撑杆（49）与支撑座（410）组成移动副，支撑座（410）与支撑平台（1）固定连接，支撑杆定位螺栓（413）与支撑座（410）螺纹连接。
4.如权利要求1所述的一种轮胎胎面橡胶材料接触印迹内全域变形在线测试装置，其特征在于：所述的自适应夹紧机构（6）由梯形导块（61）、弹簧（62）、支撑板（63）、预紧螺栓（64）、锁紧螺母（65）和夹紧支架（66）组成，对称布置的梯形导块（61）与夹紧支架（66）组成直线移动副，夹紧支架（66）与对称布置的支撑板（63）固定连接，弹簧（62）套置在预紧螺栓（64）上中心线重合，弹簧（62）一侧端面与梯形导块（61）接触，弹簧（62）另一侧端面与支撑板（63）接触，预紧螺栓（64）与支撑板（63）螺纹连接，预紧螺栓（64）的圆柱面与梯形导块（61）对应的孔位组成旋转副，锁紧螺母（65）端面与支撑板（63）外侧端面接触，锁紧螺母（65）与预紧螺栓（64）螺纹连接。
5.一种轮胎胎面橡胶材料接触印迹内全域变形在线测试方法，其特征在于，基于如权利要求1至4任意一项所述的轮胎胎面橡胶材料接触印迹内全域变形在线测试装置实现，包括以下步骤：
一、根据轮胎胎面橡胶试样（5）的形状，在接触表面喷涂油漆散斑纹理，自然干燥；
二、调整自适应夹紧机构（6）完成对包含散斑纹理特征的轮胎胎面橡胶试样（5）的定位夹紧；
三、调整视觉检测系统（4）的相机（41）和光源（48）的光轴线、旋转加载调节机构（3）的涡轮蜗杆转台（32）的轴线和轮胎胎面橡胶试样（5）的几何中心线，使三条轴线共线，直线加载调节机构（2）的支撑件（213）、扭矩传感器（8）和视觉检测系统（4）的支撑座（410）分别与支撑平台（1）固定连接；
四、依次调整视觉检测系统（4）的相机支架（42）和光源支架（46）的成像距离，整镜头（414）的成像焦距和光源（48）的光强，在相机（41）的作用下，透过高强度耐压透明玻璃板（35）在计算机屏幕上获取清晰轮胎胎面橡胶（5）的接触表面散斑图像；
五、通过相机（41）在计算机上获取轮胎胎面橡胶试样（5）的散斑图像后进行图像标定；
六、通过控制直线加载调节机构（2）的电机（23）和旋转加载调节机构（3）的旋转电机（36），实现轮胎实际使用工况下胎面橡胶试样（5）的所有变形，即：挤压变形、剪切变形和压剪耦合变形；
七、依据测试轮胎工况下的轮胎胎面橡胶试样（5）的变形特性，调整相机（41）的分辨率和帧率；在步骤（六）的工况实现过程中，通过相机（41）和计算机每隔一个预设的时间间隔，同步完成按照时间序列轮胎胎面橡胶（5）全域变形数字图像获取；与此同时，通过角度编码器（21）、磁尺转角传感器（39）、压力传感器（7）和扭矩传感器（8）获取轮胎胎面试样（5）变形过程中，角位移、压力和扭矩数据的获取；
八、通过数字图像模板匹配技术，对当前时刻的轮胎胎面橡胶（5）全域变形数字图像与上一时刻的轮胎胎面橡胶（5）全域变形图像进行对比对比分析，获取轮胎胎面橡胶（5）相邻时刻全域应变信息，结合前面的标定图像获取轮胎胎面橡胶（5）的变形；
九、综合分析获取的角位移、压力、扭矩数据和轮胎胎面橡胶（5）的变形数据，获取轮胎实际运行工况下胎面橡胶在接触印迹内力学特征的分布。
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