大約在2000年，百特威斯測量系統公司（現在的施泰力-百特威斯公司）和其它幾個志同道合的公司，開始開發線激光傳感器。線激光器有許多其它的名字，如“片光”、“激光條紋”和“光切”。這些傳感器項目以精細激光線橫穿輪廓外形，以一定角度拍一張照片，并轉換圖像數據為可用于測量的幾何值。這在輪胎工業中的應用得以立即顯現，標志著新檢測產品的誕生。
圖1、根據幾個幾何參數設計的線激光傳感器
回顧過去的15年，我們可以看到，線激光傳感器的應用已迅速取代了現有技術成為全球范圍所接受的方法。本文是線激光傳感器在輪胎工業中應用旅程的15 年回顧，并把重點放在高速傳感器的應用上。
圖2、超過3,300個線激光傳感器正在應用于輪胎鼓包和凹陷測量系統
基本的傳感器設計參數
傳感器是圍繞幾何參數和元件參數設計的。幾何參數包括靶距、景深、線寬、扇形角度、三角測量角度和傳感器自身尺寸。當激光線變寬，扇形角度變大，傳感器更傾向吸收極度寬度。同樣，當三角測量角度變大，三角測量吸收增加，傳感器則很少能夠看到凹進的輪廓特征。隨著靶距的增加，反射回探測器的光量會以距離的平方降低，隨之功率就需要量增加。但額定功率等級是重要的，依照眼安全法規要求會需要增加防護級別，同時還要遵守安全標簽和操作實務。
元件參數包括那些有關激光二極管、照相機檢測器和光學器件。激光二極管依據波長、功率、線寬和散度來選擇。探測器最流行的兩種類型包括電荷耦合器件 (CCD)和互補金屬氧化物半導體(CMOS)。CCD探測器最適合應用低頻的連續二維輪廓（通常限于50 Hz）。CMOS探測器最適合于3D表面掃描，最大頻率在800到8,000Hz范圍內，然而這一性能以更高成本為代價。在這兩種情況下，像素陣列數確定原始數據的分辨率。通過應用程序的各種方法，子像素處理增強了分辨率。子像素閾值轉換法可兩倍地提高分辨率，重心算法可以提高分辨率，甚至超過基本像素數的10倍。
數據變換和多傳感器陣列
線激光傳感器的基本價值是它能夠將圖像數據轉換成幾何數據。此種轉換，從灰度級像素數到標刻度的x，y，z坐標空間，使用數字集合數學工具使復雜的測量變為可能。使用微米級校準裝置做此校準轉換，增加跨越傳感器視野 (FoV) 的實驗室認證目標，以繪制到探測器像素的空間坐標。一旦校準，傳感器表達的每個像素當作傳感器坐標系統的坐標值。
圖3、輪胎成型機可以裝備線激光傳感器對帶束層、胎面中心和拼接處進行檢測
許多產品利用多傳感器組合成復雜的陣列，如c幀或o幀。使用我們稱之為“注冊”的處理方法，將每個傳感器的數據集整合在一起。采用實驗室認證測量塊規陣列來設置傳感器之間的偏移量以完成注冊。使用專利方法將偏移量放在三軸上，包括寬度和高度偏移，再加上一個旋轉偏移。
側壁凸起和凹陷測量
截至2000年，輪胎均勻性機和專用的幾何測量站使用需要非常靠近輪胎來進行測量的電容探針來測試凸起（鼓包）、凹陷和徑向跳動，但時常會撞到輪胎，造成生產中斷。定點激光器獲得市場份額，因為它們能在與輪胎更大的距離，并可改變位置測量多個軌道，盡管在額外周期時間需更的高成本。高速線激光傳感器提供一個大靶距、胎側壁覆蓋面寬廣和周向分辨率高的強大功能集。整個側壁外形可以捕獲并以一個更完整的評估呈現出來。整個行業全線采用這種技術只花了幾年的時間。此應用的技術競爭優勢得益于傳感器分辨率和線性度、系統周期時間和可靠性，以及軟件分析功能。
3D輪胎數字化
通過將多個傳感器組合成一個c幀，我們可以高速度數字化捕獲輪胎外表面輪廓（從左胎唇到右胎唇的胎面形狀），并在少于10秒獲得完全充氣輪胎的1億點數據集。這使輪胎試驗中心實現為輪胎的截面寬度、截面高度、冠半徑、肩半徑、刻紋周長和位置以及磨耗指標高度等參數進行簡化的日常測試。這個數字化的平臺也可以用于模具更改后做的首件檢查。完整的輪胎數字化提供具保存價值的檔案記錄，即使輪胎已離開工廠很久后也可以追蹤索查。
輪胎成型機械測量
綠色輪胎可以與硫化輪胎使用高速傳感器完全相同的方式進行掃描和測量。可以為成形綠色輪胎的徑向跳動、橫向跳動、周長和胎面接口鼓包進行評估。這些都與成型效果一起，是硫化輪胎均勻性和平衡性的影響因素。傳感器可用于每個成型鼓檢查每層寬度位置和接口。系統也被工業化應用于胎體鼓檢查內襯層和胎體重疊拼接層，在帶束上的胎面鼓檢查帶束寬度、軸心和拼接對齊方式。
離線胎面擠出測量
高速度傳感器也用于掃描胎面樣本，用于測量模具優化和質量記錄的斷點。相對于單定點激光掃描，3D輪廓曲線儀獲取500條數據并壓縮它們以提供更具代表性的樣本。
大趨勢
很難看到輪胎行業每年的很大變化，然而，當我們回頭看著超過15年的變化時，整個輪胎材料、施工、設備、工藝、測試和性能的進步無疑是顯著的。許多輪胎制造商通過投資于新工廠和研發中心，正在向十大巨頭挑戰。橫跨所有這些，還有日益成長的數據倉儲和開發測量技術的工業4.0方案。
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