激光测厚仪的技术

关于BYTEWISE

美国BYTEWISE 公司，从1989年开始致力于橡胶及轮胎行业高精度、非接触式的激光测量技术的应用开发。公司拥有在线型和离线型的轮廓（断面）扫描系统，成品胎外表面轮廓扫描系统，胎面花纹块磨耗图象分析系统等一系列激光测量系统。在生产质量检测以及新产品研发中能起到积极的作用。

BYTEWISE 公司的离线测量技术主要利用于胎面挤出线的部件检测，经过多年的广泛应用，已经证实该技术在模具制作以及产品质量周期性检查工作中具有较高的使用价值。

近来，胎面断面在线实时扫描渐渐引起了多方的关注。通过在线的激光扫描，我们可以更直观地了解胎面生产线的工作状态以及产品的生产中的相关参数。

这篇报告将比较离线和在线测量技术在实际生产应用及其特性。

离线型测厚仪（off-line profilometer ）

1995年，BYTEWISE 开发了一套用于模具制作中的辅助激光测量系统，即Bytewise 截面轮廓仪（Profilometer ）-通常称为测厚仪(OFLP) 该测厚仪的精度可达0.0125mm, 操作人员可以利用设备来测量模具的厚度（Z ）以及扫描胎肩的位置（X ）， 口型的线条或者是复合材料的结合点等等人眼可识别的几何特性。经过扫描获得的实际数值可以和标准数值进行比较，从而更加准确地修改口型。这样既可以提高模具的精度，也可以减少模具试验的次数，而精确的口型也就有利于保证挤出过程的稳定。离线型测厚仪的应用在模具制作中带来的利益包括：

1. 减少模具制作时间，降低劳力成本以及

原料浪费。

2. 比手动卡钳测量拥有更高的精度，使得模具可以精刻到尽可能小的合格尺寸，从而

可以节省原料。 3. 减少模具试验次数，缩短生产线口型试验占用的时间，提高生产线的产量。 4. 在模具设计自动化的开发和研究中起到积极的辅助作用。

经过使用，轮胎产商最终会意识到测厚仪在生产过程中是一种有效的工具。操作人员可以简单地，有周期性地对部件各个点的厚度进行实际测量与设计标准值比对。通过这种比对操作，可以确定部件在公差范围内的尺寸变化情况，从而尽可能减少在合格的基础上原料的使用量。测量软件还可以将扫描的截面形状从中心折叠进行左右对称性分析。在这个过程中激光测量系统带来的实际利益包括：

1. 节省部件尺寸测量的人工和劳力。

2. 挤出件尺寸最大化的满足公差范围以节省原料（减少超大型产品）

.

离 线 型 测 厚 仪

3. 减少废料以及生产线的重复工作。

在挤出线的末端对部件进行检查还可以有效防止成品废料以及确保成品的均匀性。

仅仅使用离线设备带来的问题：

即便模具再精确，在实际挤出过程中，胎面的尺寸也仍然会产生波动，其主要由以下原因造成的：

1. 加热变化引起的流速变化。

2. 模具局部堵塞造成挤出不对称。

3. 不同批次原料膨胀率

4. 混合不均匀影响流率和硫化率

5. 传送马达的同步性可能引起挤出件自身拉力变化

6. 硫化引起的收缩

7. 原料化学反应造成的密度不均

8. 喂料中断造成模压改变，从而改变流率

这些原因最终可能造成尺寸变化如下:

?横向变化–即胎面左右不对称或者完全不符合标准形状。.

?纵向变化–沿着生产线方向上的尺寸变化

在这种情况下，许多轮胎产商就提出需要进行在线测量，因为进行在线测量能够及时发现胎面的各个尺寸变化，并且对生产线快速作出相应调整。这样，既可以俭省挤出的原料浪费，也能从在一定程度上提高成品均匀性。

在线型测厚仪（on-line profilometer）

从产商们对在线激光测量的需求出发， Bytewise 开发出独特的

在线型截面轮廓仪（在线测厚仪）。

在线测厚仪（OLP）能向胎面表面投射出“面形激光”（sheet-

of-light），即使胎面是移动的，仪器也能捕获到完整的截面信息并与

系统中的标准（理想）截面进行比较。比较中，仪器能够根据胎面个

部位的公差要求以及是否超标作出相应反馈。同时，软件也能实时显

示测量数据结果，包括胎面总宽，肩宽，中心位置以及各个关键点的

厚度等。

在线型测厚仪

厚度量程

宽度量程

“面形激光”传感器

由于采用的是“面形激光”（sheet-of-light ），系统的激光传感器就无需从一边到另一边做来回扫描的动作，设备本身也并无移动部。这样避免了扫描得到的是“Z”型截面，也保证了系统的机械稳定性。因此，这种同步、实时的测量具有更高的精确度。系统的测量频率也能够保证每条胎面上有10-20次的完整截面扫描。

在线测厚仪软件实例胎侧扫描

在线测量系统的软件实时测量可以让现场人员对不良的挤出情况做及时的反馈。而使用离线型的测量设备可能需要30分钟进行一次检测，然后才能作出反馈和调整，相比之下，在线设备能够更加快速直观的反映挤出问题，也能够节省更多的原料浪费。

有些产商会认为生产线上自带的称重装置足以用来监视挤出的质量，实际上，即使重量相等，也不能保证其挤出的截面形状符合要求。截面的几何形状可能受到口型，拉力，不同批次原料性能等等其他原因的影响，而这些因素往往不会直接影响挤出的重量。但是如果在线测厚仪和称重装置联合使用，效果就很好。操作人员通过对生产线的适当调整，让挤出件的形状在合格范围内，而尽量消耗更轻（少）的原料，这样也就可以节省部分原料。另外，在线设备的操作软件还集成了横截面面积计算功能，结合称重装置还可以对挤出的原料进行孔性分析。

正如前面谈到的，即使利用离线型设备来辅助制作出了最精准的模具，也会在使用中磨损。硅复合材料比其他混炼胶更加容易把模具磨坏。因此，实时的测量方法可以用来诊断该类情况。通过利用软件中的历史测量趋势及图形记录，技术人员便可以预测模具可以正常使用多久。更换磨坏的模具要迅速并且及时，这样可以尽量减少停机时间和废料的产生。

图片为卡车胎胎面的测量实例，软件正在测量总宽以及几个局部厚度。可以清楚的看到，右边的厚度比左边

的小 0.32mm。

另外，在线测厚仪（OLP）能够生成生产线工作报告，比如历史测量趋势及图形记录和统计数据，以及Cp 和 Cpk的计算,。这些数据对工厂的质量部门来说具有相当重要的意义。软件产生的数据也能输出保存到电子表格中，便于将来的进一步研究使用。生产趋势图可用于诊断测量过程中由螺杆或拉紧引起的周期性变化情况

趋势图：展示的是由于拉紧控制不良产生的周期性变化

一般地，技术人员可以选择在挤出线的开头上安装在线测厚仪，这样可以更加减少废料，因为在这个位置对原料进行检测，能够尽早发现挤出的不对称问题，通过及时的调整来阻止进一步的浪费。但是，开头的原料比较热，在测量尺寸上与挤出线末端经过冷却后的胎面会有所差异，因此，这就要求技术人员对于原料在开头端和末尾端的大致变化情况有所了解，尤其是了解整个过程的原料收缩率。这时，离线型测量设备可以用来检测冷却后的胶料，而在线型的设备则可以对生产情况进行实时的监测。

通过这些介绍，我们可以发现在线型测厚仪和离线型测厚仪可以在使用上可以很好的起到互补作用。

成本节约

以下的内容将介绍在线型和离线型测厚仪的联合使用能够带来的成本节约。

减少口型板（模具）试验次数

利用离线型设备能够准确的检测口型的尺寸，从而能够有效减少口型板在投入使用前进行挤出试验的次数。另外，利用离线型测厚仪也能够快速准确的检查出原料挤出后的膨胀情况：

通过减少口型试验次数来节约成本的典型事例：

每天口型试验次数—10次

每次口型制作花费-- $100

口型试验的缩减—20%

每天可以节省--$200

每年即可节省--$70,000

减少原料过量挤出

高精度的BYTEWISE测厚设备能够帮助员工把口型（模具）控制在尽可能紧凑的合格尺寸中，这样可以降低同样数量的成品在原料上的用量。

原料成本节约的典型事例：

每天生产的轮胎—10,000条

每条胎面平均成本--$8

可节省过量挤出比率—0.5%

每天可节省金额——$400

每年节省的总金额——$140,000

减少废料

利用在线型测厚仪对胎面挤出进行不间断的实时监测，能够即时反馈胎面挤出的不合格形状，这样就可以尽量避免由于不合格的胎面挤出造成的废料： 通过减少废料来节约成本的典型事例：

每天生产的轮胎——10.000条

每条胎面平均成本——$8

废品率(可节省的部分)——0.5%

每天可节省的金额——$200

每年可节省总金额——$70,000

总结

BYTEWISE的离线型测厚仪使用高精度的激光传感器，能在（口型）模具设计以及产品检测方面起到积极有效的作用。

在线测厚仪能够将实际测量与理想截面进行直观的图形比较，其不间断的实时测量使得用户能够对挤出的情况做及时反馈，同时，提醒用户及时作出反应来保证挤出合格的产品。

以下表格是在线和离线测厚仪的简单比较：