輪胎作為車輛與路面接觸的唯一部件，其質量直接關系到道路交通安全。在輪胎生產過程中，由于材料不均勻、工藝控制偏差等原因，可能產生氣泡、脫層、簾線斷裂等內部缺陷。這些缺陷若不及時發現，將嚴重影響輪胎的使用性能和壽命，甚至引發交通事故。

一、輪胎無損檢測應用介紹

目前，輪胎無損檢測方法主要包括X射線法、激光散斑法、超聲波法等。其中，激光剪切散斑干涉技術因其非接觸、高靈敏度、全場測量等優勢，已成為輪胎內部缺陷檢測的重要手段。該技術通過檢測輪胎在加載條件下表面產生的微小形變，反演內部缺陷的位置和尺寸，具有檢測速度快、結果直觀等特點。

進入2026年，激光剪切散斑干涉儀已成為輪胎制造廠質量控制的常規設備，光學系統作為儀器的核心，下面我們將從光學鏡片的角度去為大家介紹輪胎無損檢測的背景與激光剪切散斑干涉技術，為大家展示光學元件在提升檢測性能方面的核心價值。

二、激光剪切散斑干涉檢測原理

2.1 技術原理概述

激光剪切散斑干涉技術是基于激光散斑現象和干涉測量原理發展而來的光學檢測方法。當激光照射在具有光學粗糙表面的輪胎上時，由于表面的隨機微觀結構，會在空間形成隨機分布的亮暗斑點，即“散斑”。這些散斑攜帶了物體表面的信息。

在輪胎檢測中，通過對輪胎施加真空或壓力載荷，內部存在缺陷的區域（如氣泡、脫層）會產生與正常區域不同的微小形變（離面位移）。利用剪切光學元件將物體表面某一點的散射光與相鄰點的散射光在像面上產生干涉，形成剪切散斑干涉圖。通過比較加載前后兩幅干涉圖的相位變化，經圖像處理后即可得到反映缺陷信息的條紋圖案，進而精確定位缺陷的位置和尺寸。

2.2 關于光路結構的說明

現階段，主流方案多采用在邁克爾遜干涉光路的基礎上，通過引入剪切功能實現的改進型干涉系統，這是目前工業領域最主流的技術方案，約占60-70%的市場份額。

邁克爾遜干涉儀：將一束光分成兩束，經過不同路徑后重新干涉，測量絕對位移或形變

剪切散斑干涉儀：必須包含剪切元件，使物光分成兩束錯位的像，測量形變的空間梯度

（基于邁克爾遜干涉原理的激光剪切散斑干涉儀-圖源復合材料學報）

2.3 系統基本構成

典型的激光剪切散斑干涉檢測系統主要包括以下部分：

激光光源：半導體激光器，常用波長532 nm（綠光）或635 nm（紅光）

光學成像與干涉模塊：包括擴束透鏡、反射鏡、剪切鏡等，用于構建干涉光路

圖像采集系統：工業CMOS相機，分辨率500萬-1200萬像素

加載裝置：對輪胎施加真空或壓力載荷，通常采用真空艙

圖像處理系統：工業計算機配合專用軟件進行相位提取和缺陷識別

（聚焦透鏡）

三、核心光學鏡片應用分析

在激光剪切散斑干涉儀中，光學元件的質量和參數直接決定了系統的檢測精度和穩定性。

3.1 透鏡

透鏡在剪切散斑干涉儀中承擔著光束整形和成像的雙重功能。一方面，激光器發出的細光束需要通過擴束透鏡擴展為準直的平行光，以均勻照明輪胎表面；另一方面，從輪胎表面散射的光需要經過成像透鏡會聚到相機傳感器上，形成清晰的散斑圖像。工業設備絕大多數采用標準C接口定焦鏡頭，極少使用復雜的變焦或液體透鏡。

參數規格：

（BP532窄帶濾光片）

3.2 窄帶濾光片

窄帶濾光片是提高干涉條紋對比度的關鍵元件。激光剪切散斑檢測通常在普通車間環境下進行，環境光中的雜散光會降低干涉信號的信噪比。窄帶濾光片只允許激光工作波長附近窄波段的光通過，有效抑制環境光干擾。工業應用中，不需要追求極致窄帶，而是在抑制效果和系統容差之間取平衡。

參數規格：

（介質反射鏡）

3.3 反射鏡

在剪切散斑干涉儀中，通常需要使用兩片反射鏡來構建剪切干涉光路。在基于改進型邁克爾遜結構的系統中，兩片反射鏡分別反射來自物體表面兩個相鄰點的散射光，通過調節其中一片反射鏡的傾斜角度，實現精確的“剪切”量控制。工業設備中，反射鏡調節多為手動，極少使用電動壓電驅動。

參數規格：

（透紅反綠二向色鏡）

3.4 二向色鏡

二向色鏡根據波長分離或合并光路。在輪胎剪切散斑干涉儀中，二向色鏡最常見的用途是將可見光指示光（如紅光）與檢測激光（如綠光）合束，方便操作人員觀察檢測位置。工業設備中，二向色鏡通常是標準品，按常用波長分界采購，很少定制。

參數規格：

選型說明：如果設備不需要合束功能，這部分可以省略。工業設備講究“能不用就不用”，每增加一個元件就多一個故障點。

（防水窗口）

3.5 光學窗口

光學窗口在剪切散斑干涉儀中承擔著環境隔離的功能。輪胎檢測車間存在粉塵、油污、水汽等污染物，窗口安裝在儀器外殼的開孔處，保護內部精密光學系統，同時保證激光能夠穿透。

參數規格：

選型說明：很多工業設備甚至用普通浮法玻璃（需檢驗無氣泡條紋），只要透光率夠、不漏氣就行。藍寶石、熔融石英等高端材料僅在特殊環境下使用。

（偏振片）

3.6 其他光學元件（僅當需要時）

以下元件不是輪胎剪切散斑干涉儀的標配，僅在特定設備或特殊功能需求時才會出現。為保持文章完整性，簡要列出其常規參數，但需說明：多數工業設備并不包含這些元件。

偏振元件（少數設備用于相位調制）：

分光元件（少數同軸照明設備需要）：

（分光棱鏡）

4.3 溫度和環境適應性的工程實現

工業設備解決溫度和環境問題，不靠光學元件堆指標，而是靠工程手段：

溫度漂移：選擇10 nm帶寬濾光片，讓激光波長在-10℃到50℃范圍內始終在通帶內

環境光干擾：OD4截止深度配合遮光罩，車間日光燈不影響測量

振動影響：光學元件用螺紋壓圈鎖緊，整機減震設計

清潔維護：窗口可拆卸擦拭，反射鏡鍍硬膜可無塵布清潔

激光剪切散斑干涉儀作為輪胎內部缺陷無損檢測的核心設備，其性能高度依賴于光學系統的設計質量。六類光學元件在系統中分別各自承擔著功能：

透鏡：構成照明和成像光路，采用標準C接口定焦鏡頭

窄帶濾光片：抑制環境光干擾，采用10 nm帶寬、OD4截止深度的工業標準品

反射鏡：搭建剪切干涉核心光路，采用BK7基板、λ/4面型、手動調節的常規配置

二向色鏡：用于多光路合束，采用標準分光波長的常規元件

光學窗口：保護內部光學系統，采用BK7材料、λ/2面型的“玻璃板”

其他元件：僅當特定功能需要時才配置，非設備標配

激光剪切散斑干涉技術的發展，不僅提高了輪胎內部缺陷的檢測精度和效率，也為保障道路交通安全提供了有力技術支撐。而支撐這一技術落地應用的，正是那些看似“普通”卻經過長期驗證的常規光學元件——它們才是工業檢測的基石。