BR112018011038B1 - Aparelho, estação e método para análise de pneus - Google Patents

Abstract

APARELHO, ESTAÇÃO E MÉTODO PARA ANÁLISE DE PNEUS. Trata-se de aparelho (1) para a análise de pneus e método relacionado, sendo que o aparelho compreende: uma armação de suporte (2) e um sistema de aquisição (11) para adquirir imagens tridimensionais de uma superfície de um pneu, em que o dito sistema de aquisição é montado na dita armação de suporte e compreende: uma câmera de matriz (12), que tem um eixo geométrico óptico (16), e uma fonte de laser (20) adaptada para emitir um feixe linear que tem um plano de propagação (21) e um eixo geométrico de propagação (23), em que um ângulo agudo (24) formado entre o dito eixo geométrico óptico e o dito eixo geométrico de propagação é maior ou igual a 5° e menor ou igual a 25°.

Description

[001] A presente invenção refere-se a um aparelho para a análise de pneus em uma linha de produção de pneu, em particular, pela aquisição de imagens da superfície de um pneu e processamento adicional das mesmas, por exemplo, para verificar a possível presença de defeitos detectáveis na superfície de um pneu.

[002] "Pneu" tipicamente significa o pneu finalizado, isto é, após as etapas de elaboração, moldagem e vulcanização, mas também possivelmente o pneu verde após a etapa de elaboração e antes das etapas de moldagem e/ou vulcanização.

[003] Tipicamente, um pneu tem uma estrutura substancialmente toroidal em torno de um eixo geométrico de rotação da mesma operação de duração, e tem um plano de linha intermediária axial ortogonal ao eixo geométrico de rotação, em que o dito plano tipicamente é um plano de simetria (substancial) geométrica (por exemplo, ignorando-se quaisquer assimetrias pequenas, tais como padrão de rosca e/ou a estrutura interna).

[004] A superfície externa ou interna do pneu denota a superfície que permanece visível após o acoplamento do pneu ao aro de montagem do mesmo e aquela não mais visível após o dito acoplamento, respectivamente.

[005] Os termos "baixo", "alto", "abaixo" e "acima" identificam a posição relativa de um elemento, tal como um componente de um pneu, um pneu, um aparelho, um dispositivo, etc., com relação ao solo durante o uso ou de um dentre os ditos elementos com relação a outro elemento.

[006] “Substancialmente ortogonal” com relação a elementos geométricos (tais como, linhas, superfícies, planos retos, etc.) significa que esses elementos formam um ângulo de 90°+/-15°, preferencialmente, 90°+/- 10°.

[007] “Substancialmente paralelo” com relação aos ditos elementos geométricos significa que esses elementos formam um ângulo de 0°+/-15°, preferencialmente, 0°+/-10°.

[008] Os termos “óptico”, “luz” e semelhantes se referem a uma radiação eletromagnética usada que tem pelo menos uma porção do espectro que está em uma vizinhança ampliada da banda óptica, e não necessariamente que está estritamente na banda óptica (isto é, 400 a 700 nm), por exemplo, essa vizinhança ampliada da banda óptica pode estar na faixa de ultravioleta a infravermelho (por exemplo, um comprimento de onda de entre cerca de 100 nm e cerca de 1 μm).

[009] "Imagem digital", ou, de modo equivalente, "imagem", significa, de modo geral, um conjunto de dados, tipicamente contidos em um arquivo de computador, no qual cada tupla de coordenadas (tipicamente, cada par de coordenadas) de um conjunto finito (tipicamente, bidimensional e de matriz, isto é, N fileiras x M colunas) de tuplas de coordenadas espaciais (em que cada tupla corresponde a um pixel) é associado a um conjunto correspondente de valores numéricos (que podem ser representativo de diferentes magnitudes). Por exemplo, em imagens monocromáticas (tais como aquelas em níveis de cinza ou “escala de cinza”), tal conjunto de valores consiste em um valor único em uma escala finita (tipicamente, 256 níveis ou tons), em que esse valor, por exemplo, é representativo do nível de luminosidade (ou intensidade) da respectiva tupla de coordenadas espaciais quando exibida. Um exemplo adicional é representado por imagens coloridas, nas quais o conjunto de valores representa o nível de luminosidade de uma pluralidade de cores ou canais, tipicamente, as cores primárias (por exemplo, vermelho, verde e azul na codificação de RGB e ciano, magenta, amarelo e preto na codificação de CMYK). O termo “imagem” não necessariamente implica a exibição real da mesma.

[0010] Qualquer referência a uma "imagem digital” específica (por exemplo, a imagem digital inicialmente adquirida no pneu) inclui, de modo mais geral, qualquer imagem digital obtenível através de um ou mais processamentos digitais da dita imagem digital específica (tal como, por exemplo, filtragem, equalização, suavização, binarização, limite, transformações morfológicas (abertura, etc.), cálculos de derivada ou integral, etc.).

[0011] O termo "imagem bidimensional" ou "2D" significa uma imagem digital em que cada pixel da mesma está associado a informações representativas da refletividade/difusividade e/ou da cor da superfície, tal como as imagens detectadas a partir das câmeras comuns ou câmeras digitais (por exemplo, CCD).

[0012] O termo "imagem tridimensional" ou "3D" denota uma imagem digital em que cada pixel dessa é associado a informações de altura de superfície.

[0013] "Câmera digital" ou, abreviadamente, "câmera” denota um dispositivo optoeletrônico adaptado para adquirir uma imagem bidimensional digital e que inclui um sensor de imagem digital (ou, abreviadamente, “sensor”), que define um plano de imagem, e uma objetiva (que é presumido com simetria cilíndrica, embora a invenção não seja limita apenas a essas objetivas).

[0014] “Sensor” significa um conjunto de elementos fotossensíveis (chamados “pixels”) com a capacidade para transformar a luz incidente em um sinal elétrico, por exemplo, por tecnologia de CCD ou CMOS. O termo pixel é usado para denotar tanto o único elemento fotossensível do sensor, quanto o único elemento que forma a imagem digital como definido acima, em que cada pixel do sensor tipicamente corresponde a um pixel da imagem.

[0015] “Câmera de matriz" significa uma câmera cujo sensor tem os pixels dispostos de acordo com uma matriz retangular que tem as duas dimensões de tamanho comparável (por exemplo, as duas dimensões diferem em menos de uma ordem de magnitude, como nos formatos de 4x3 ou 3x2). Tipicamente, a diagonal do sensor matriz tem comprimento de algumas dezenas de milímetros. Por extensão uma imagem de "matriz" é uma imagem digital adquirida por uma câmera de matriz.

[0016] "Eixo geométrico óptico" de uma objetiva denota a linha ao longo da qual uma simetria de rotação da objetiva existe.

[0017] "Plano focal" de uma câmera significa que é o plano de pontos de objeto que são focados pela objetiva no sensor, isto é, os raios que se originam a partir de cada ponto de objeto da convergência de plano focal em um respectivo ponto no plano de sensor (plano de imagem).

[0018] “Profundidade de campo” significa o conjunto de planos em uma vizinhança do plano focal que cada ponto desse, quando projetado pela objetiva no plano de sensor, forma uma imagem inscrita em um círculo predeterminado de confusão (por exemplo, que tem um diâmetro de 5 a 10 mícrons).

[0019] "Fonte de laser que tem um feixe linear" ou, abreviadamente, "fonte de laser linear" significa uma fonte de laser adaptada para emitir um feixe que tem um corte transversal na forma de linha, tipicamente, um segmento reto.

[0020] "Plano propagação" de uma fonte de laser de linear significa o plano no qual o feixe linear se propaga (em que a dita linha está localizada no plano de propagação).

[0021] "Eixo geométrico de propagação" significa o eixo geométrico, que pertence ao plano de propagação e que passa através da fonte de laser, que define a direção de propagação do feixe laser.

[0022] "Porção linear de superfície" significa uma porção de superfície que tem um tamanho de dimensão muito maior que a outra dimensão ortogonal da mesma, tipicamente, maior em pelo menos duas ordens de magnitude. A dimensão menor da porção de superfície linear é, tipicamente, menor ou igual a 0,1 mm.

[0023] No contexto dos processos de produção e elaboração de pneus para rodas de veículo, sentiu-se necessidade de realizar inspeções de qualidade em produtos fabricados, com a finalidade de impedir que pneus defeituosos ou pneus que não cumprem as especificações de projeto sejam colocados no mercado, e/ou progressivamente ajustar os aparelhos e o maquinário usado, de modo a aprimorar e otimizar a execução das operações realizadas no processo de produção.

[0024] Essas inspeções de qualidade incluem, por exemplo, aquelas realizadas por operadores humanos que dedicam um tempo fixo a uma inspeção visual e tátil do pneu; se, em vista de sua própria experiência e sensibilidade, o operador suspeitar que o pneu não cumpre determinadas normas de qualidade, o mesmo pneu é submetido a inspeções adicionais, através de uma inspeção humana mais detalhada e/ou equipamento adequado a fim de aprofundar a avaliação de quaisquer deficiências estruturais e/ou qualitativas.

[0025] O documento no WO 2015/044196 A1 descreve um dispositivo para a aquisição de imagens tridimensionais da superfície interna de um pneu que compreende meios de iluminação a laser, meios de aquisição de imagem e um refletor opticamente interposto entre os meios de iluminação e a área iluminada da superfície de pneu. Os meios de iluminação a laser têm a capacidade para projetar uma linha luminosa na superfície do pneu e os meios de aquisição compreendem uma câmera de matriz orientada de acordo com um ângulo de triangulação formado entre o eixo geométrico óptico do laser e o eixo geométrico óptico da câmera.

[0026] No campo de controle de qualidade de pneu, a Requerente estabeleceu por si só o problema de analisar a superfície interna e/ou externa do pneu pela aquisição óptica de imagens digitais da mesma e o processamento subsequente da mesma, por exemplo, a fim de detectar a possível presença de defeitos na, ou na vizinhança da, superfície. Os defeitos buscados podem, por exemplo, ser irregularidades na superfície de um pneu (composto não vulcanizado, alterações em formato, etc.) desnivelamento estrutural, cortes, presença de corpos estranhos na superfície, etc.

[0027] A Requerente observou que para a inspeção ser usada "em linha" em uma usina para a produção de pneus, as próprias inspeções devem ser realizadas em um tempo reduzido, menor que ou correspondente ao dito tempo de ciclo, e com custos e/ou dimensões gerais reduzidos.

[0028] Nesse contexto, a Requerente considera vantajoso adquirir e analisar imagens tridimensionais da superfície de pneu.

[0029] Por exemplo, a tecnologia 3D (em particular, a alta definição, isto é, com resolução menor ou igual a 10 mícrons) pode ser usada para detectar ausências ou projeções de material na superfície dos pneus, tipicamente, ausências ou bolhas, ou também alguns recursos, tais como palavras e saliências elevadas.

[0030] A Requerente percebeu que os métodos de controle de qualidade dos pneus com aquisição óptica de imagens 3D do tipo descrito no documento no WO 2015/044196 A1 podem ser onerosos em termos de consumo de tempo e/ou espaço, desse modo, fornecendo substancialmente os mesmos a uma execução desses fora da linha de produção ou, se estiver em linha, causando um alongamento dos tempos de ciclo e/ou custos de produção (diretos e/ou indiretos).

[0031] A Requerente, então, observou que o ângulo agudo formado entre o eixo geométrico de propagação do feixe laser e o eixo geométrico óptico da câmera de matriz (também conhecido como “ângulo de triangulação”) é, frequentemente, grande, por exemplo, entre 30° e 45°, para amplificar suficientemente, na imagem bidimensional adquirida pela câmera de matriz, a excursão espacial da linha de laser refletida mediante a variação da altura do ponto de reflexão na superfície, em que tal excursão é proporcional ao seno do ângulo.

[0032] A Requerente percebeu que, no presente contexto, quando a excursão máxima da altura da superfície de pneu (isto é, a diferença máxima na altura entre as áreas de depressão e zonas de alívio) que deve ser detectada é de alguns milímetros, e em que o processamento da imagem de matriz adquirida (por exemplo, a determinação dos pontos centrais da linha de laser e/ou triangulação cálculos para derivar a altura) é realizado na borda da câmera, tal faixa de valores do dito típico ângulo produz na imagem detectada uma excursão espacial correspondente da linha de laser refletida (na direção ortogonal à linha de laser na superfície) que exige a aquisição e processamento subsequente de imagens bidimensionais que têm uma largura (ao longo da excursão direção), de modo a desacelerar a taxa de aquisição da própria câmera. Em outras palavras, a frequência máxima com a qual a câmera tem a capacidade para capturar e processar imagens bidimensionais é limitada pelo tamanho das imagens bidimensionais adquiridas, conforme determinado pela faixa acima de valores típicos para o ângulo de incidência para uma excursão máxima predeterminada em altura.

[0033] A Requerente também percebeu que tal um valor do ângulo de triangulação torna o aparelho de aquisição relativamente volumoso e/ou pesado, o que é percebido com relevância particular no presente contexto, em que a aquisição de imagem aparelho deve ser rapidamente movida nos espaços estreitos (tal como no espaço interno do pneu) e/ou em espaços congestionados por outros dispositivos ou membros.

[0034] Na aquisição de imagens digitais de uma superfície de pneu para a análise dessas em uma linha de produção, em que as imagens digitais adquiridas são tridimensionais (3D) com o uso de técnica de triangulação a laser, a Requerente entendeu que é muito importante obter as ditas imagens tridimensionais em um tempo limitado e/ou com custos baixos.

[0035] A Requerente percebeu que a solução para o problema mencionado acima pode ser implementada com um gerenciamento diferente do ângulo de triangulação.

[0036] Finalmente, a Requerente constatou que reduzindo-se o ângulo de triangulação, é obtida uma redução da excursão espacial da linha de laser refletida nas imagens de matriz 2D adquiridas, que, por sua vez, causa uma redução no tamanho de tais imagens 2D para reproduzir tal excursão. Dessa forma, a câmera pode processar imagens “mais leves” em uma frequência superior. A redução do ângulo de triangulação também reduz as dimensões gerais do aparelho, que deve ser movido rapidamente em torno e no pneu, e, possivelmente, de modo simultâneo com outro aparelho que se move no espaço em torno do próprio pneu.

[0037] De acordo com um primeiro aspecto dessa, a invenção se refere a um aparelho para analisar pneus.

[0038] Preferencialmente, uma armação de suporte e um sistema de aquisição para adquirir imagens tridimensionais de uma superfície de um pneu são fornecidos, em que o dito sistema de aquisição é montado na dita armação de suporte.

[0039] Preferencialmente, o dito sistema de aquisição compreende adicionalmente uma câmera de matriz, que tem um eixo geométrico óptico e uma fonte de laser adaptada para emitir um feixe linear que tem um plano de propagação e um eixo geométrico de propagação.

[0040] Preferencialmente, um ângulo agudo formado entre o dito eixo geométrico óptico e o dito eixo geométrico de propagação é maior ou igual a 5°.

[0041] Preferencialmente, um ângulo agudo formado entre o dito eixo geométrico óptico e o dito eixo geométrico de propagação é menor ou igual a 25°.

[0042] A Requerente acredita que as imagens 3D possam ser adquiridas com a solução acima, reduzindo o tempo gasto e, dessa forma, o uso do próprio aparelho, enquanto contém as dimensões exigidas pelo aparelho e/ou pela respectiva estação de análise, tanto na operação quanto no tempo ocioso.

[0043] De acordo com um aspecto adicional dessa, a invenção se refere a um método para analisar pneus.

[0044] Preferencialmente, contempla-se dispor um pneu a ser analisado.

[0045] Preferencialmente, contempla-se irradiar uma porção linear de uma superfície do dito pneu com um feixe laser linear que tem um plano de propagação e um eixo geométrico de propagação incidente na dita porção de superfície linear.

[0046] Preferencialmente, contempla-se para adquirir uma imagem de matriz bidimensional de uma porção de superfície que contém a dita porção de superfície linear.

[0047] Preferencialmente, a dita imagem contém uma linha de laser refletida que representa o dito feixe linear refletido pela dita superfície.

[0048] Preferencialmente, a dita aquisição é realizada ao longo de um eixo geométrico óptico.

[0049] Preferencialmente, contempla-se identificar, na dita imagem bidimensional e de matriz, a dita linha de laser refletida.

[0050] Preferencialmente, contempla-se processar a dita linha de laser refletida por meio de triangulação a fim de obter uma imagem tridimensional da dita porção de superfície linear que contém informações relativas a um perfil altimétrico da dita porção de superfície linear.

[0051] Preferencialmente, um ângulo agudo formado entre o dito eixo geométrico óptico e o dito eixo geométrico de propagação é maior ou igual a 5°.

[0052] Preferencialmente, um ângulo agudo formado entre o dito eixo geométrico óptico e o dito eixo geométrico de propagação é menor ou igual a 25°.

[0053] De acordo com um terceiro aspecto dessa, a invenção se refere a uma estação para analisar pneus em uma linha de produção de pneu.

[0054] Preferencialmente, um suporte é fornecido, adaptado para sustentar o pneu colocado em uma parede lateral e girar o pneu em torno de um eixo geométrico de rotação desse.

[0055] Preferencialmente, é fornecido o aparelho de acordo com a invenção.

[0056] Preferencialmente, o aparelho se destina a ser montado em um membro de movimento desse.

[0057] A Requerente acredita que visto que o ângulo agudo (isto é, o ângulo de triangulação) formado entre o eixo geométrico óptico e o eixo geométrico de propagação é de entre 5° e 25°, é permitida a aquisição de imagens 3D de regiões de superfície grandes com tempos relativamente reduzidos, enquanto mantém o aparelho compacto e com dimensões gerais pequenas como um todo (e, desse modo, facilmente movidas em espaço, mesmo em espaços confinados).

[0058] De fato, as imagens bidimensionais adquiridas e processadas pela câmera de matriz são contidas (em termos de pixels) em suas dimensões ortogonais à linha de laser refletida, para uma determinada excursão máxima da altura a ser detectada, e, portanto, mais rápida para processar. Apenas para fornecer um exemplo numérico, para um ângulo de triangulação igual a 15°, a presente invenção permite processar imagens de matriz de apenas 2.048x60 pixels para detectar uma excursão máxima da superfície altura de cerca de 25 mm com uma resolução de 1 pixel por 0,1 mm.

[0059] Observa-se que a linha de laser refletida pode ser descontínua na imagem de matriz, por exemplo, superfícies que têm protrusões. “Dimensão ortogonal à linha de laser refletida”, portanto, denota a dimensão ortogonal à direção ao longo da qual a linha de laser refletida se desenvolve no caso de uma superfície plana e lisa.

[0060] A presente invenção, em um ou mais dentre os aspectos acima da mesma, pode ter, adicionalmente, um ou mais recursos preferidos descritos doravante no presente documento.

[0061] Preferencialmente, o dito ângulo agudo formado entre o eixo geométrico óptico e o eixo geométrico de propagação é menor ou igual a 20°.

[0062] Preferencialmente, o dito ângulo agudo é maior ou igual a 10°. Vantajosamente, dessa forma, o “esmagamento” da excursão espacial da linha de laser refletida na imagem bidimensional é adicionalmente acentuado e o número de pixels exigido ao longo da direção ortogonal à linha de laser refletida é, consequentemente, ainda mais reduzida.

[0063] Preferencialmente, o sistema de aquisição é rigidamente montado na dita armação de suporte.

[0064] Tipicamente, a câmera compreende um sensor, que define um plano de imagem, uma objetiva que tem o dito eixo geométrico óptico, um plano focal e uma profundidade de campo.

[0065] Preferencialmente, o dito plano de imagem forma, com um plano de referência ortogonal ao eixo geométrico óptico e que passa através do dito objetiva, um ângulo agudo que tem um vértice em que a dita fonte de laser é disposta, de maneira que o dito plano focal forma com o dito eixo geométrico de propagação um ângulo agudo menor que 45° (isto é, o plano de imagem não é ortogonal ao eixo geométrico óptico conforme o mesmo normalmente ocorre).

[0066] Preferencialmente, o dito ângulo agudo entre plano focal e o eixo geométrico de propagação é menor ou igual a 30°, ainda mais preferencialmente, é menor ou igual a 10°. Dessa forma, vantajosamente, o plano focal é reclinado em direção ao plano de propagação do feixe laser e a profundidade de campo se desenvolve em torno do plano de propagação, que é o plano de objeto (isto é, o plano dos pontos dos quais a imagem deve ser adquirida, ou em outras palavras, o plano no qual a linha de laser refletida pela superfície de pneu em várias alturas está localizada), dessa forma, permitindo um foco melhor da linha de laser refletida, em que o orifício é igual. Observa-se que a redução do orifício resulta em um aumento na profundidade de campo, mas isso resulta em um aumento na potência de iluminação a laser, com desvantagens de complexidade/custo e/ou segurança a laser.

[0067] Preferencialmente, o dito ângulo agudo entre plano de imagem e plano de referência é menor ou igual a 20°.

[0068] Preferencialmente, o dito ângulo agudo entre plano de imagem e plano de referência é menor ou igual a 15°.

[0069] Preferencialmente, o dito ângulo agudo entre plano de imagem e plano de referência é maior ou igual a 5°. Dessa forma, vantajosamente, o aparelho permanece muito compacto visto que o corpo da câmera (que se desenvolve ao longo do normal ao plano de imagem) é quase alinha ao laser e ao plano de propagação desse, resultando em dimensões laterais menores.

[0070] Preferencialmente, a dita câmera é adaptada para adquirir uma imagem bidimensional de uma porção da dita superfície e compreende a unidade de processamento configurada para identificar na dita imagem bidimensional uma linha de laser refletida que representa o dito feixe linear refletido pela dita superfície.

[0071] Preferencialmente, a unidade de processamento é configurada para processar, por meio de triangulação, a dita linha de laser refletida a fim de obter a imagem tridimensional que contém informações relativas a um perfil altimétrico de parte da dita porção de superfície.

[0072] Preferencialmente, a câmera compreende um sensor retangular que tem um tamanho maior substancialmente paralelo ao dito plano de propagação, em que o dito tamanho maior é menor que o tamanho ortogonal desse em pelo menos uma ordem de magnitude. Dessa forma, o sensor é estruturalmente otimizado para detectar as imagens bidimensionais com as dimensões ajustadas para a porção de superfície que é necessária para adquirir a imagem bidimensional para a triangulação a laser.

[0073] Preferencialmente, a unidade de processamento é configurada para selecionar uma subporção da imagem bidimensional adquirida, ao longo de uma direção substancialmente ortogonal à linha de laser refletida na própria imagem bidimensional. Dessa forma, sem a necessidade por um sensor de tamanho dedicado, imagens menores podem ser processadas.

[0074] Preferencialmente, após a dita operação de seleção da subporção da imagem adquirida, o número de pixels ao longo da dita direção substancialmente ortogonal à linha de laser refletida é menor ou igual a 200 pixels.

[0075] Preferencialmente, o dito número de pixels é menor ou igual a 100 pixels. Dessa forma, vantajosamente, é obtida uma alta taxa de aquisição de imagem 3D.

[0076] Preferencialmente, o dito eixo geométrico óptico e o dito eixo geométrico de propagação estão localizados em um plano substancialmente ortogonal ao dito plano de propagação. Dessa forma, as dimensões gerais são otimizadas e/ou a qualidade de imagem é aprimorada.

[0077] Preferencialmente, a dita porção de superfície é situada na dita profundidade de campo.

[0078] Preferencialmente, a dita porção de superfície está localizada em um plano de localização substancialmente ortogonal ao dito plano de propagação (e o eixo geométrico óptico é reclinado com relação ao normal para a porção de superfície). Nessa situação, vantajosamente, a profundidade de campo para focar a excursão máxima de altura desejada da porção de superfície é menor que a configuração na qual a porção de superfície é substancialmente perpendicular ao eixo geométrico óptico.

[0079] Preferencialmente, contempla-se que uma região da dita superfície do pneu é transladada com relação ao aparelho, de maneira que uma série de porções lineares distintas da dita região de superfície seja situada em sucessão na dita profundidade de campo da dita câmera pelo menos no dito plano de propagação, e em que o dito sistema de aquisição é ativado durante a dita translação para adquirir uma respectiva série de imagens tridimensionais da dita série de porções lineares distintas da dita região de superfície, e em que uma imagem completa tridimensional da região de superfície é obtida combinando-se a série de imagens tridimensionais obtidas na série de porções de superfície linear.

[0080] Preferencialmente, a dita região de superfície é uma região de superfície circunferencial.

[0081] Mais preferencialmente, a dita região de superfície circunferencial tem uma largura ao longo de um eixo geométrico do dito pneu de cerca de 5 mm a cerca de 20 mm.

[0082] Preferencialmente, contempla-se selecionar uma subporção da imagem bidimensional adquirida, ao longo de uma direção substancialmente ortogonal à linha de laser refletida na própria imagem bidimensional.

[0083] Preferencialmente, contempla-se girar o dito pneu em torno de um eixo geométrico de rotação, repetir em sequência as ditas operações de irradiação com um feixe laser, adquirir uma imagem bidimensional, identificar a dita linha de laser refletida, processar a dita linha de laser refletida e obter uma imagem tridimensional, com referência a uma série de porções lineares de uma região de superfície circunferencial do dito pneu, e obter uma imagem completa tridimensional da região de superfície combinando-se a série de imagens tridimensionais obtidas em sucessão à série de porções de superfície linear.

[0084] Preferencialmente, o dito membro de movimento do aparelho é um braço robótico.

[0085] Preferencialmente, o dito membro de movimento do aparelho é um braço robótico antropomórfico.

[0086] Preferencialmente, o dito membro de movimento do aparelho é um braço robótico antropomórfico com pelo menos cinco eixos geométricos.

[0087] Recursos e vantagens adicionais se tornarão mais evidentes a partir da descrição detalhada de algumas modalidades exemplificativas, mas não limitantes, de um aparelho, um método e uma estação para analisar pneus em uma linha de produção de pneu, de acordo com a presente invenção. Tal descrição será fornecida doravante no presente documento com referência às Figuras anexas, fornecidas apenas para fins ilustrativos e, portanto, não limitantes, nas quais: - a Figura 1 mostra a vista em perspectiva parcial e esquemática de um aparelho para analisar pneus de acordo com a presente invenção; - a Figura 2 mostra uma vista em perspectiva adicional do aparelho na Figura 1 a partir de uma vista diferente; - a Figura 3 mostra uma vista de topo do aparelho na Figura 1; - as Figuras 4A e 4B mostram esquematicamente duas configurações ópticas possíveis do sistema de aquisição, de acordo com a presente invenção, respectivamente; - a Figura 5 mostra uma estação para analisar pneus de acordo com a presente invenção.

[0088] Referindo-se à Figura 5, o número de referência 100 indica uma estação para analisar pneus em uma linha de produção de pneu.

[0089] Preferencialmente, a estação compreende um suporte 120 (por exemplo, uma quinta roda) adaptado para sustentar o pneu 101 colocado em uma parede lateral e para girar o pneu em torno de um eixo geométrico de rotação 140 do mesmo (preferencialmente, disposto de modo vertical).

[0090] A estação 100 compreende um aparelho 1 para analisar pneus.

[0091] Preferencialmente, a estação compreende um membro de movimento 102 (mostrado apenas esquematicamente) no qual o aparelho 1 é montado para o movimento do mesmo no espaço. Preferencialmente, o membro de movimento do aparelho é um braço robótico. Preferencialmente, o dito membro de movimento é um braço robótico antropomórfico. Preferencialmente, o dito membro de movimento é um braço robótico antropomórfico com pelo menos cinco eixos geométricos. Observa-se que, vantajosamente, o aparelho 1 é inserido no pneu a partir da parte de topo e não a partir da parte de fundo através do suporte 120.

[0092] O aparelho 1 compreende uma armação de suporte 2 destinada a ser montada no membro de movimento do aparelho.

[0093] Preferencialmente, o aparelho compreende um sistema de aquisição 11 de imagens bidimensionais da superfície montada, preferencialmente, de modo rígido na armação de suporte.

[0094] O sistema de aquisição 11 compreende uma câmera de matriz 12 e uma fonte de laser 20. Tipicamente, a câmera compreende um corpo de câmera 14 que aloja um sensor de matriz retangular (não mostrado, tal como 2.048 x 1.088) que define um plano de imagem 29 e uma unidade de processamento (não mostrado) configurada para identificar, nas imagens bidimensionais adquiridas, uma linha de laser refletida que representa o feixe linear refletido pela superfície, e para processar, por meio de triangulação, a linha de laser refletida a fim de obter uma imagem tridimensional que contém informações relativas a um perfil altimétrico de uma porção de superfície.

[0095] Preferencialmente, a câmera tem uma objetiva 15 e é caracterizada por um eixo geométrico óptico 16, um plano focal 17 e uma profundidade de campo (Figura 4A e Figura 4B mostram os planos de extremidade 18, 19 da profundidade de campo).

[0096] Preferencialmente, a fonte de laser 20 é adaptada para emitir um feixe linear que tem um plano de propagação 21 e um eixo geométrico de propagação 23.

[0097] As Figuras 4A e 4B esquematicamente mostram uma vista de topo do sistema de aquisição 11 em duas respectivas modalidades da presente invenção.

[0098] Em ambas as Figuras, o eixo geométrico óptico 16 forma um ângulo agudo 24 com o eixo geométrico de propagação 23 exemplificativamente igual a 15°.

[0099] Além disso, o eixo geométrico óptico e o eixo geométrico de propagação estão localizados em um plano ortogonal ao plano de propagação (o plano de localização nas Figuras 4A e 4B).

[00100] O ponto focal F indica o ponto de interseção entre o eixo geométrico óptico 16 e o plano focal 17.

[00101] De modo exemplificativo, a distância L1 ao longo do segundo eixo geométrico óptico entre uma superfície óptica externa da câmera de matriz e o ponto focal F é igual a 210 mm e a distância L2 ao longo do eixo geométrico de propagação entre uma superfície óptica externa da fonte de laser e o ponto focal F é igual a 285 mm.

[00102] Presume-se que uma superfície de pneu (mais precisamente, um plano dessa em uma determinada altura), durante a análise, esteja substancialmente localizada no plano de localização 22.

[00103] Preferencialmente, o plano de localização 22 é ortogonal ao eixo geométrico de propagação 23. "Plano de localização" de uma porção de superfície é qualquer plano que passa por uma determinada altura da porção de superfície do pneu, preferencialmente, o plano que passa pela altura intermediária da excursão máxima da superfície altura.

[00104] Na Figura 4A, o eixo geométrico óptico da objetiva é, conforme tipicamente ocorre, ortogonal ao plano de imagem 29 do sensor. Nessa situação, o plano focal 17 também é ortogonal ao eixo geométrico óptico, como são os extremos 18 e 19 da profundidade de campo. Presumindo-se que a excursão altimétrica máxima a ser detectada na superfície de pneu seja igual a h (por exemplo, da ordem de algumas dezenas de mm), segue que o tamanho d da profundidade de campo deve ser tal de modo a pelo menos incluir tal uma excursão h no plano de propagação. Na configuração na Figura 4A, em que o plano de propagação 21 (do qual o traço é visível na dita Figura 4A) é ortogonal ao plano de localização do eixo geométrico óptico 22 e em que o eixo geométrico óptico é reclinado com relação ao normal para o plano 22, o plano focal 17 é reclinado com relação ao plano de localização 22. Nessa situação, o tamanho d da profundidade de campo ao longo do eixo geométrico óptico deve ser maior ou igual a dmnimo=h*cosα, em que a é a largura do ângulo agudo 24. Portanto, tal tamanho mínimo dmínimo é menor que uma configuração comparativa em que o plano focal está localizado paralelo à superfície 22, em que dmínimo=h.

[00105] Preferencialmente, conforme mostrado na Figura 4B, o plano de imagem 29 do sensor de câmera forma, com um plano de referência 30 (mostrado apenas esquematicamente) ortogonal ao eixo geométrico óptico e que passa pela objetiva 15, um ângulo agudo 31 com vértice no lado em que a fonte de laser está, e exemplificativamente igual a 10°. Dessa forma, o plano focal 17 forma um ângulo agudo muito pequeno com o plano de propagação 21, e a profundidade de campo, na região de interesse em torno do plano de localização 22 da superfície, se desenvolve em torno do plano de propagação 21, permitindo a focalização fácil da linha de laser refletida ao longo da excursão h, mesmo com orifício aberto.

[00106] No uso, uma região de superfície do pneu é transladada com relação ao aparelho, por exemplo, ao longo da direção 28 ortogonal ao plano de propagação 21, de modo que um número de porções distintas (lineares) da região de superfície seja localizada em sucessão na profundidade de campo no plano de propagação 21 (por exemplo, na linha 27 mostrada na Figura 1). O sistema de aquisição é ativado durante essa translação para adquirir uma respectiva série de imagens tridimensionais do conjunto de porções lineares da região de superfície, e uma imagem completa tridimensional da região de superfície é obtida combinando-se a série de imagens tridimensionais obtidas na série de porções de superfície linear.

Claims (15)

1. Aparelho (1) para análise de pneus, compreendendo: - uma armação de suporte (2) e - um sistema de aquisição (11) para adquirir imagens tridimensionais de uma superfície de um pneu, sendo que o dito sistema de aquisição é montado na dita armação de suporte e compreende: - uma câmera de matriz (12), que tem um eixo geométrico óptico (16), e - uma fonte de laser (20) adaptada para emitir um feixe linear que tem um plano de propagação (21) e um eixo geométrico de propagação (23), caracterizado pelo fato de que um ângulo agudo (24) formado entre o dito eixo geométrico óptico (16) e o dito eixo geométrico de propagação (23) é maior ou igual a 5° e menor ou igual a 25°.

2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito ângulo agudo (24) é maior ou igual a 10° e menor ou igual a 20°.

3. Aparelho de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a câmera compreende um sensor, que define um plano de imagem (29), uma objetiva (15) que tem o dito eixo geométrico óptico, um plano focal (17) e uma profundidade de campo, e em que o dito plano de imagem (29) forma, com um plano de referência (30) ortogonal ao eixo geométrico óptico (16) e que passa através da dita objetiva, um ângulo agudo (31) que tem vértice em um lado em que a dita fonte de laser é disposta, de maneira que o dito plano focal (17) forme com o dito eixo geométrico de propagação (23) um ângulo agudo de menor que 45°, em que o dito ângulo agudo (31) entre o plano de imagem (29) e o plano de referência (30) é menor ou igual a 20° e maior ou igual a 5°.

4. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a câmera (12) é adaptada para adquirir uma imagem bidimensional de uma porção da dita superfície e compreende uma unidade de processamento configurada para identificar, na dita imagem bidimensional, uma linha de laser refletida que representa o dito feixe linear refletido pela dita superfície, e para processar, por meio de triangulação, a dita linha de laser refletida a fim de obter uma imagem tridimensional que contém informações relativas a um perfil altimétrico de parte da dita porção de superfície.

5. Aparelho de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a câmera (12) compreende um sensor retangular que tem um tamanho maior paralelo ao dito plano de propagação (21), em que o dito tamanho maior é menor que o tamanho ortogonal desse em pelo menos uma ordem de magnitude.

6. Aparelho de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a unidade de processamento é configurada para selecionar uma subporção da imagem bidimensional adquirida, ao longo de uma direção ortogonal à linha de laser refletida na própria imagem bidimensional, e em que, após a dita operação de seleção da subporção da imagem adquirida, o número de pixels ao longo da dita direção ortogonal à linha de laser refletida é menor ou igual a 200 pixels.

7. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o dito eixo geométrico óptico (16) e o dito eixo geométrico de propagação (23) estão localizados em um plano ortogonal ao dito plano de propagação (21).

8. Estação (100) para análise de pneus em uma linha de produção de pneu, sendo que a estação é caracterizada pelo fato de que compreende um suporte (120) adaptado para sustentar o pneu (101) colocado em uma parede lateral e girar o pneu em torno de um eixo geométrico de rotação (140) da mesma, e o aparelho, como definido em qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o aparelho é destinado a ser montado em um membro de movimento (102) desse.

9. Método realizado pelo aparelho para análise de pneus como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7, compreendendo: - dispor um pneu (101) a ser analisado; - irradiar uma porção linear de uma superfície do dito pneu com um feixe laser linear que tem um plano de propagação (21) e um eixo geométrico de propagação (23) incidente na dita porção de superfície linear; - adquirir uma imagem bidimensional e de matriz de uma porção de superfície que contém a dita porção de superfície linear, em que a dita imagem contém a linha de laser refletida que representa o dito feixe linear refletido pela dita superfície, em que a dita aquisição é realizada ao longo de um eixo geométrico óptico (16); - identificar, na dita imagem bidimensional e de matriz, a dita linha de laser refletida; - processar a dita linha de laser refletida por meio de triangulação a fim de obter uma imagem tridimensional da dita porção de superfície linear que contém informações relativas a um perfil altimétrico da dita porção de superfície linear, caracterizado pelo fato de que um ângulo agudo (24) formado entre o dito eixo geométrico óptico (16) e o dito eixo geométrico de propagação (23) é maior ou igual a 5° e menor ou igual a 25°.

10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o dito ângulo agudo (24) é maior ou igual a 10° e menor ou igual a 20°.

11. Método de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que a dita porção de superfície está situada em uma profundidade de campo da câmera, e em que a dita porção de superfície está localizada em um plano de localização ortogonal ao dito plano de propagação (21).

12. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 11, caracterizado pelo fato de que também compreende selecionar uma subporção da imagem bidimensional adquirida, ao longo de uma direção ortogonal à linha de laser refletida na própria imagem bidimensional, em que, após a dita operação de seleção da subporção da imagem bidimensional adquirida, o número de pixels ao longo da dita direção ortogonal à linha de laser refletida é menor ou igual a 200 pixels.

13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 12, caracterizado pelo fato de que o dito eixo geométrico óptico (16) e o dito eixo geométrico de propagação (23) estão localizados em um plano ortogonal ao dito plano de propagação (21).

14. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 13, caracterizado pelo fato de que uma região da dita superfície do pneu é transladada com relação ao aparelho (1), como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7, de maneira que tal série de porções lineares distintas da dita região de superfície seja situada em sucessão em uma profundidade de campo da dita câmera (12) pelo menos no dito plano de propagação (21), e em que o dito sistema de aquisição (11) é ativado durante a dita translação para adquirir uma respectiva série de imagens tridimensionais da dita série de porções lineares distintas da dita região de superfície, e em que uma imagem completa tridimensional da região de superfície é obtida combinando-se a série de imagens tridimensionais obtidas nas séries de porções de superfície linear, e em que uma dita região de superfície é uma região de superfície circunferencial que tem uma largura ao longo de um eixo geométrico (140) do dito pneu compreendida entre 5 mm e 20 mm, com as extremidades incluídas.

15. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 13, caracterizado pelo fato de que compreende girar o dito pneu em torno de um eixo geométrico de rotação (140), repetir em sequência as ditas operações de irradiação com um feixe laser, adquirir uma imagem bidimensional, identificar a dita linha de laser refletida, processar a dita linha de laser refletida e obter uma imagem tridimensional, com referência a uma série de porções lineares de uma região de superfície circunferencial do dito pneu, e obter uma imagem completa tridimensional da região de superfície combinando-se a série de imagens tridimensionais obtidas em sucessão à série de porções de superfície linear.

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