CN104541145A - 用于将轮胎的表面分段的方法和根据所述方法操作的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将包括至少一个沟槽(4)的轮胎(P)的表面(5a、5b)分段的方法。该方法包括：借助于具有在可见光谱中的波长的电磁辐射来照射所述轮胎(P)的所述表面(5a、5b)的一部分(100)；获取所述表面的被照射部分(100)的图像(100a)；以及处理所述图像(100a)以便将其分段成与属于或不属于所述至少一个沟槽(4)的轮胎的区域相对应的区域(101、102)。另外，处理所述图像(100a)以便将其分段包括：针对所述图像(100a)的每个区域(101、102)计算与由所述电磁辐射进行的照射相关联的统计量；以及根据所述统计量的值来确定所述图像的所述区域(101、102)属于或不属于所述至少一个沟槽(4)。本发明还涉及一种用于将包括至少一个沟槽(4)的轮胎(P)的表面(5a、5b)分段的设备(1)。

Description

用于将轮胎的表面分段的方法和根据所述方法操作的设备

技术领域

本发明涉及一种用于将轮胎的表面分段的方法和根据所述方法操作的设备。根据本发明的方法和设备可以用来以精确且准确的方式检测具有不同特性的轮胎表面上的区域，并且因此将轮胎的表面分段成具有类似性质的各组区域或像素。

背景技术

轮胎、特别是顶级型号的、而且还有未被评价为高性能的那些通常在构建之后和/或硫化之后被仔细地检查，以便测量或发现轮胎的多个特性，其值可例如导致对轮胎的拒绝或接受。例如，仔细地检查轮胎表面以便发现任何缺陷、不均匀或其他故障，并且如果这些测量参数落在可接受值的某些范围内或者如果其被发现不存在或存在，则认为轮胎是可接受的。这些值范围随轮胎的类型、型号、尺寸以及预定用途而变。

轮胎一般地包括胎体结构，采取环形圈的形状，包括一个或多个胎体帘布层，用在径向平面中(在称为子午轮胎的情况下)、换言之在包含轮胎的旋转轴的平面中的加强帘线加强。每个胎体帘布层的末端被固定于至少一个金属环状结构，通常称为胎圈芯，其加强胎圈，换言之所述轮胎的径向内端，其用于使轮胎配合在相应的安装轮辋上。称为胎面带的弹性体材料带被放置在所述胎体结构的冠部上，并且在固化和成型阶段结束时在此胎面带中形成用于地面接触的离隙结构。通常称为带束层结构的加强结构被放置在胎体结构与胎面带之间。在用于汽车的轮胎的情况下，此带束层结构通常包括至少两个径向叠加胶布条带(strip)，其提供有加强帘线，通常为金属，在每个条带中相互平行且与相邻条带的帘线交叉，该帘线优选地关于轮胎的赤道平面对称地定位。优选地，所述带束层结构还包括在径向外位置上、至少在底层条带的末端上周向地(以0度)放置的第三层纺织布或金属帘线。

弹性体材料的侧壁还被施加于胎体结构的相应横向表面，每个从胎面带的侧边缘中的一个延伸至到胎圈的相应固定环状结构的位置。

术语“沟槽”(在轮胎中)表示在轮胎的表面中的一个上形成的凹槽，不一定在胎面的表面中，而且例如在轮胎的径向内表面中。在胎面表面的特定情况下，将沟槽定义为形成上面定义的胎面花纹设计的一部分的凹槽，其优选地将两块胎面分离。由于沟槽是凹槽，所以可以识别底面和顶面，其中，顶面本质上与被沟槽分离的块的径向外表面重合，并且底面被定义为从顶面径向地间隔开且相对于后者处于径向内位置上的轮胎表面的一部分。底面和顶面优选地被侧壁连续地互连，其可以本质上垂直于与顶面局部地相切的平面，或者相对于该平面倾斜。底面和侧壁被认为属于沟槽，而顶面被认为不属于沟槽。在轮胎表面中，可以定义属于沟槽的表面部分，换言之属于底面或侧壁的表面部分，以及不属于沟槽的表面部分，换言之形成顶面的一部分的那些。

一般地，沟槽在称为纵向方向的方向上延伸，并且特别地，其具有大于其横向尺寸的纵向延伸部分，虽然可遇到其他几何结构。

轮胎中的“缺陷”是非期望的轮胎特性，但其不一定导致对轮胎的拒绝。缺陷类型的示例是覆盖物中的外来主体、硫化不足、开缝接头、沟槽内的缺陷，诸如在胎面块下面的气泡、胎面上的缝脊和台阶以及胎面上的暴露帘线。

术语“暴露帘线”表示其中织物或金属帘线、例如(但不一定)以0度放置的一个被弹性体材料“暴露”，或者至少在材料下面、在轮胎的沟槽中可见，因为弹性体材料太薄。在帘线上面的弹性体材料具有特别难以识别的“起线”(corded)外观(因此得名)。

术语“电磁辐射源”表示多种辐射源中的一个或多个，包括但不限于基于LED的源(使用如下面定义的一个或多个LED)、白炽光源(例如，灯丝灯或卤素灯)、荧光源、磷光源、放电源、激光器等。

可将辐射源配置成在可见光谱内、在可见光谱之外或在这两者中产生电磁辐射。措辞“在可见光谱中发射辐射的光辐射源”因此表示仅在可见光谱中或在可见光谱中且还在其他光谱中发射辐射的源。由于在本文中我们具体地关心可见光谱中的辐射源，所以可互换地使用术语“辐射”和“光”。此外，辐射源可包括一个或多个滤光器、透镜或其他光学部件。

措辞“远心”辐射表示以本质上相互平行的多个射线的形式发射电磁辐射的辐射源。

措辞“几乎远心”辐射表示以相互形成小于约±10°的角度的多个射线的形式发射电磁辐射的辐射源。因此，“几乎远心”源包括远心源。当构成辐射的射线与表面形成不超过约±15°或者更优选地约±5°的角时，还将辐射描述为相对于表面是本质上掠过(grazing)的。

术语“光谱”将被解释为指的是由辐射源产生的一个或多个辐射频率。术语“可见光谱”一般地表示具有在从约380nm至约760nm范围内的波长的光辐射。

在这里与术语“光谱”可互换地使用辐射的术语“色彩”。然而，术语“色彩”主要用来指示可以被观察者感知的辐射的性质。

在下文中，术语“LED”指的是被配置成在指定光谱中发射辐射的任何类型的发光二极管。LED因此包括但不限于响应于电流而发射辐射的半导体结构。有机半导体结构(例如OLED)也包括在本定义中。术语“不同色彩LED”因此表示发射具有单独光谱、换言之具有不同带宽和/或谱分量的光谱的辐射的LED。术语“色彩”一般地指的是可见光谱中的辐射，但是由LED发射的辐射(或者“光”，解释为具有相同意义)也可在红外范围、紫外范围或其与可见光的组合内。

应将例如LED之类的辐射源作为“白色”、“红色”等的描述解释为意指发射被突出地感知为“白色”、“红色”等的辐射的源，但该源还可发射其他辐射。

US 2010/0002244描述了一种用于检查轮胎表面的方法，其能够可靠地区别具有不同于轮胎的质量的橡胶片，这些片由于轮胎的硫化而被结合在轮胎表面中。第一照明单元包括两个光投射器，其从两个相对侧朝着轮胎上的目标线投射光。第二照明单元包括一对第二投射器，其在与其中第一照明单元投射光的方向不同的方向从相对侧朝着目标线投射光。第一和第二单元交替地操作。线性视频照相机与第一和第二照明单元的照明过程同步地形成对应于目标线的轮胎表面的一部分的图像。针对轮胎表面的检查来分析该图像。

US 2011/0018999描述了一种用于评估轮胎表面的外观的设备，包括彩色线性视频照相机，其包括用于将被所述轮胎的表面反射且以具有给定波长的至少两个原色进入视频照相机的光束分离、使得光束指向许多传感器、使得针对每个原色获得基本灰阶图像的装置。该设备还包括等于原色的数目的许多照明装置，所述照明装置被定向成从而以不同角度照亮要评估的表面。该设备的特征在于这样的事实，即每个照明装置发射与其他照明装置发射的光不同色彩的光，并且其波长本质上对应于视频照相机所选择的原色中的一个的波长。

WO 2012/052301描述了一种检查具有胎面花纹设计的轮胎胎面的方法，该胎面花纹设计由被具有已知相同形状的边界分离的一组周向并列元素和以预定方式按序列放置的数目减少的基本图案形成。

申请人已观察到在现场使用的用于处理轮胎表面的图像的系统一般地对于检测所有缺陷和/或感兴趣特性而言一般地并不是足够准确的。

如已知的，由于炭黑的存在，轮胎的最终色彩一般地是黑色的。胎面带上的设计通过形成多个沟槽而产生，所述多个沟槽本质上是胎面中的凹槽。特别地，在典型结构构造中，轮胎包括胎面带，在其上面限定周向地且横向地延伸、界定相应的多个块的多个沟槽。在冬季用轮胎的情况下，还在每个块中形成多个小的横向切口，称为“刀槽花纹”(sipe)。本申请人已注意到根据上述文献，通过用电磁辐射照射来检查轮胎表面，产生被轮胎反射的光的图像，诸如数字图像。然而，在色彩强度方面具有不可避免的“褪色”和差异的黑色、轮胎表面中的具有不同尺寸和取向的多个凹槽的存在(其产生“阴影”及其他现象)、胎面表面的弯曲和多个定位标记的存在以及可污染胎面表面的灰尘、油及其他物质组合而使得所获取图像的分析处理是极其复杂且困难的，并且特别地使得难以避免误差、失败的缺陷识别、不正确的测量结果或“误报”。

本申请人因此希望提供一种能够在轮胎检查的准确度方面改善效率、从而使得能够在减少误差的同时检测其表面的必需缺陷和参数的方法和设备。

然而，本申请人已检测到为了实现这一点，改善照亮轮胎表面的方法是不够的，因为即使用可能的最佳照明，由于上述原因，也难以处理要检查的轮胎表面的图像。

事实上，本申请人已发觉不仅必须改善照明，而且要在可以以要求的可靠程度来执行检查之前提供所获取图像的“预处理”。

最后，本申请人已发现此预处理必须包括所获取图像分段成具有类似特性的区域；换言之，其包括图像分段成“沟槽”和“非沟槽”区域，从而将所获取图像划分成对应于沟槽(或其一部分)存在的轮胎表面的区域和在沟槽之外的轮胎表面的区域。

此分段优选地借助于形成所获取图像的各种区域(例如像素区域)的特性的适当统计分析来进行。

发明内容

特别地，在第一方面，本发明涉及一种用于将包括至少一个沟槽的轮胎表面分段的方法。

优选地，所述方法包括用具有在可见光谱中的波长的电磁辐射来照射所述轮胎的所述表面的一部分。

优选地，该方法包括获取被照射表面的所述部分的图像。优选地，提供处理所述图像从而将其分段成对应于属于或不属于所述至少一个沟槽的轮胎区域的区域。

优选地，所述处理包括针对所述图像的每个区域计算与用所述电磁辐射的照射相关联的统计量。

优选地，所述处理包括根据所述统计量的值来确定所述图像的所述区域属于或不属于所述至少一个沟槽。

本申请人相信图像到单独区域的划分使得能够以简化的方式在其后继续图像处理。当被划分成区域时，图像允许使检查局限于例如对应于沟槽的图像区域或对应于在沟槽外面的区域的那些。非相关区域的排除消除了处理错误的许多原因。

例如，通过将轮胎表面的所获取图像划分成“沟槽区”和“非沟槽区”并对这两个群组中的一个或另一个应用已知算法以便检查缺陷、不均匀或其他特性，申请人已注意到通过与在没有此上游分段的情况下的这些算法的应用相比较准确度被改善，并且特别地，可以以这种方式来识别用其他解决方案不能检测到的缺陷。

根据第二方面，本发明涉及一种用于检测轮胎表面上的缺陷的方法，包括用于根据第一方面将轮胎的表面分段的方法，包括：

处理属于所述至少一个沟槽的所述图像的所述区域中的至少一个，以用于检查其内部的缺陷。

本申请人因此相信在上述分段之后，可以以更好的精度和准确度来执行在本领域中已知的多个分析，从而减少错误率并使得能够完成轮胎的特别详细的检查。

根据第三方面，本发明涉及用于将包括至少一个沟槽的轮胎表面分段的设备。

优选地，所述设备包括电磁辐射源，其能够用具有在可见光谱中的波长的电磁辐射来照射所述轮胎的所述表面的一部分。

优选地，提供了一种能够获取所述轮胎的被照射表面的所述部分的图像的光传感器。

优选地，提供了一种处理器，此处理器能够通过将所述图像划分成对应于属于或不属于所述至少一个沟槽的轮胎区域的区域来处理所述图像。

优选地，所述处理器包括计算器，其能够针对所述图像的每个区域计算与用所述电磁辐射的照射相关联的统计量。优选地，所述处理器包括选择器，其能够根据所述统计量的值来确定所述图像的所述区域属于或不属于所述至少一个沟槽。

本申请人相信上述设备可以允许自动地检查轮胎表面，其克服了现有技术的上述缺点。

在上述方面中的至少一个中，本发明可以具有以下优选特性中的至少一个。

在优选示例中，照射所述表面的一部分包括：

o 使用所述电磁辐射的几乎远心源以便照射所述部分。

事实上，申请人已观察到，根据轮胎表面上的要观察的特性和/或缺陷的类型，要在轮胎上提供的照明的类型是显著的。例如，已经观察到为了检测某些类型的缺陷，用一束本质上平行射线、换言之用几乎远心设备进行的照明是提供最大准确度的解决方案。

另外或替换地，此外，照射所述表面的一部分包括这样的事实，即所述电磁辐射相对于所述至少一个沟槽的底面而言本质上是掠射的(grazing)。

根据搜索的缺陷或特性的类型，可改变入射辐射与轮胎表面之间的角度，因此使得在所获取的图像中缺陷或特性的识别尽可能简单。对于位于沟槽内的某些缺陷或特性而言，最佳照射是本质上相对于沟槽的底面而言为掠射的一个。

优选地，本发明包括：

o 检测所述轮胎的识别代码；

o 根据所述识别代码对所述轮胎进行定位以用于所述照射操作。

如已知的，轮胎具有变化尺寸和胎面花纹设计。沟槽的布置和深度因此可在轮胎的一个型号与另一个之间显著地改变。为了简化所获取图像的处理，因此优选的是知道在其上面执行分段的轮胎的类型，例如通过读取轮胎的识别代码，诸如条形码，以便发现轮胎的特性并相对于要照射的轮胎表面以最方便的方式对光辐射源和/或光传感器进行定位。

在优选实施例中，用电磁辐射来照射所述轮胎的所述表面的一部分包括：

o 借助于具有多个主照射方向中的一个的辐射来照射所述部分，以及

o 在此多个之中选择具有不同主方向的辐射。

如上所述，根据入射在轮胎表面上的辐射类型，轮胎表面的特性或缺陷在所获取的轮胎表面的图像中或多或少地明显。更详细地，根据电磁辐射的主传播方向，可在表面的被照射部分的所获取图像中可或多或少地强调缺陷或特性。根据本发明，在优选实施例中提供用以引入多个辐射源，其中的每个发射入射在轮胎表面上的电磁辐射，入射角度对于不同的源而言不同。因此，通过“开启”或“关断”用于相关特性或缺陷类型的最佳源，可以在有限的时间内执行多个处理操作以进行轮胎表面的全面检查。

另外，对所述轮胎进行定位包括将所述轮胎旋转和/或平移从而在预定方向上照射所述部分。

优选地，该辐射源包括LED。

更优选地，该辐射源包括LED线性阵列。

本申请人已观察到LED的使用使得能够以灵活且相对经济的方式在所需的方向上提供照明。

优选地，电磁辐射的所述源几乎是远心的。

优选地，提供多个电磁辐射源，这些源能够用电磁辐射进行照射，并且每个源具有不同于所述多个中的其他源的主照射方向。

优选地，所述光传感器包括线性扫描视频照相机。

优选地，根据本发明的设备包括移动设备，其能够引起轮胎的所述表面相对于所述电磁辐射源的移动。

优选地，所述设备包括用于提供所述源、所述光传感器和所述轮胎之中的至少两个的相对移动的移动设备。

在优选示例中，用机器臂来移动所述光传感器与所述源之中的至少一个。

更优选地，所述光传感器和所述源被固定在一起并被同一机器臂移动。

因此，以最佳方式对轮胎进行定位以用于上述处理。

优选地，提供了将所述轮胎平移和/或旋转的设备以用于使所述表面的所述部分被所述源照射。

在示例性实施例中，所述电磁辐射包括具有在从495nm至570nm范围内的波长的辐射。

本申请人已观察到当要检测轮胎的某些缺陷或特性且目标是使得其在沟槽的图像中更加显而易见时，产生较少错误的光是绿光。

有利地，当在所述沟槽中定义主纵向方向时，将所述图像分段成所述区域的所述操作包括将所述图像分段成本质上平行于主纵向方向的区域。

一般地，沟槽具有其沿着延伸的主方向和也称为宽度的横向维度。本申请已发现将图像分段成平行于沟槽主方向的区域简化了将表面分段的过程。本质上，在关心由像素形成的数字图像的情况下，通过将图像划分成像素区域来执行检查，该像素区域本质上是平行于沟槽的延伸方向的像素“列”，使得该区域在沟槽的“完全内部”或“完全外部”，除在边缘区域的情况下之外。

优选地，所述沟槽的尺寸不小于约2mm。

优选地，确定所述图像的所述区域是属于还是不属于所述沟槽包括

o 将所述图像划分成多个区域；

o 针对所述多个区域之中的每个区域计算所述统计量的值；

o 计算所述多个区域中的两个单独区域的所述统计量的两个值之间的比；

o 其中，当所述比具有在预定范围之外的值时，所述多个区域中的两个区域中的一个属于所述沟槽，并且一个不属于沟槽。

另外或替换地，当所述比具有在预定范围内的值时，所述多个区域中的两个区域两者都属于所述沟槽，或者两者都不属于所述沟槽。本申请已验证将图像分段成沟槽区域和在沟槽外面的区域可通过分析关于图像的单独区域的统计量而以相对简单的方式来执行。换言之，本申请人已验证存在根据其被计算是在“沟槽”区域中还是在“非沟槽”区域中而明显相互不同的统计量。因此，当这两个量之间的比充分地不同于一时，这意味着在检查中的图像的两个区域属于不同群组，一个属于沟槽区且一个属于非沟槽区。然而，如果该比接近于一，则调查的区域两者都属于同一群组。

优选地，所述统计量是标准偏差，所述预定范围从约0.8延伸至约1.25。

本申请人已验证如果将标准偏差选择为统计量，则适合于允许图像分段的预定范围是上文给出的。

优选地，针对所述图像的每个区域计算所述统计量包括计算数据相对于与所获取的被照射表面的所述部分的图像的每个区域的光强度有关的变量的离差的值。

本申请已验证沟槽和非沟槽区之间的此差异在计算与沟槽和非沟槽区的光强度相关的数据的离差时特别明显。可以看到数据的离差在非沟槽区域的情况下更大，使得能够基于观察值与用于其中离差较小的沟槽区的那些之间的差来识别这些区域。

更优选地，针对所述图像的每个区域计算所述统计量包括计算数据相对于与所获取的被照射表面的所述部分的图像的每个区域的光强度有关的变量的标准偏差。

更优选地，针对所述图像的每个区域计算所述统计量包括计算所获取的被照射表面的所述部分的图像的每个区域的亮度的标准偏差。

在示例性实施例中，针对所述图像的每个区域计算与照射相关联的统计量包括：

o 针对包括具有至少一个像素的宽度的像素列的所述图像的区域计算所述统计量。

如上所述，所获取图像、一般地为数字图像是由多个像素形成的图像。因此通过处理“连续像素区域”来对其进行处理，该连续像素区域优选地为具有至少一个像素的基础宽度的像素列。

优选地，针对至少三个像素列计算所述统计量的平均值。换言之，例如，图像的区域可以由具有3像素的宽度和取决于沟槽的平均尺寸的高度的列组成，针对其参考统计量被计算。当期望统计量针对第一区域被计算时，针对相对于第一区域而言相同尺寸、“移位一个像素”的另一区域等重复该计算。因此，针对具有一个像素宽度的每个像素列，存在所考虑的统计量的三个值，并且取这些的平均值。然而，可以计算不同数目的数据的其他平均值且包括在本发明中。

存在于轮胎表面中的沟槽可以在任何位置上，并且可以是任何类型的，在轮胎的径向内表面或径向外表面中。

优选地，所述至少一个沟槽存在于所述轮胎的胎面带上。

更优选地，所述至少一个沟槽存在于所述轮胎的台肩区域上。

本申请人已指出所执行的预处理、换言之图像划分成沟槽区域和非沟槽区域简化了任何后续处理，诸如用于识别轮胎沟槽中的缺陷的处理。

优选地，所述设备包括另一处理器，其能够处理属于所述至少一个沟槽的所述区域中的至少一个以用于其内部的缺陷检测。

所述另一处理器还可与主处理器一致；换言之，单个处理器可进行关于本发明的方法的所有计算。

更优选地，所述另一处理器能够处理具有不少于约0.5mm的尺寸的缺陷。

更优选地，所述另一处理器能够处理包括暴露的帘线的缺陷。

优选地，处理属于所述沟槽的所述区域包括使用子波变换好/或形态学(morphological)算子。

为了识别该缺陷，使用已知方法和算法，例如子波变换、形态学学算子等。在2008年Prentice Hall在Gonzalez,R.Woods中的“DigitalImage Processing(数字图像处理)”中可以找到可以用于本发明的目的的方法和算法的示例。

附图说明

通过出于指导的目的且以非限制性方式参考附图而举例说明的实施例的某些优选示例的详细描述，将使得本发明的特性和优点更加明显，在所述附图中：

—图1是用于将轮胎分段的设备的示例性实施例的三向投影视图；

—图2是图1的设备的部件的从上方看的放大透视图；

—图3是图1的设备的另一部件的放大透视图；

—图4是对其应用根据本发明的方法的轮胎的一部分的从上方看的透视图；

—图5是属于轮胎的沟槽的部分透视图；

—图6a和6b分别地是图4的图像的一部分的放大图和在图6a中的虚线中所示的区域所包围的区域上计算的亮度的直方图，其在这种情况下位于沟槽外面；

—图7a和7b分别地是图4的图像的一部分的放大图和在图7a中的虚线中所示的区域所包围的区域上计算的亮度的直方图，其在这种情况下位于沟槽内部；

—图8a和8b分别地是图4的图像的一部分的放大图和在图8a中的虚线中所示的区域所包围的区域上计算的亮度的直方图，其在这种情况下位于沟槽的极左边界处；

—图9是示出了作为像素数目(纵向坐标)的函数的亮度的标准偏差的变化的图表；

—图10a、10b和10c示出了对应于根据本发明的方法的三个步骤来处理图4的图像区域的三个连续操作的三个图像；以及

—图11是图1中所示的本发明的设备的细节的图。

具体实施方式

开始参考图1和2，附图标记1指示用于将轮胎P的表面分段的整个设备。

详细地，在图1和2中示意性地示出的轮胎P限定与其自己的旋转轴基本上重合的轴Z和平面X，在图2中可以看到其轨迹，其为轮胎的赤道平面，换言之垂直于旋转轴Z的中平面。该轮胎包括包含为了操作而与一对环状固定结构(其中的一个在图1中可见且用1a来指示)相关联的至少一个胎体帘布层(图中未示出)的胎体结构2、在所述胎体结构的径向外部位置上的胎面带3以及插入胎体结构和胎面带3之间的带束层结构(未示出)。包含轮胎的旋转轴的平面被指示为径向平面。

在下文中，将参考其赤道平面X及其径向平面来描述轮胎P，并且因此将分别地参考赤道平面X和旋转轴Z来解释对“轴向内/外”或“径向内/外”的参考。因此在轮胎中限定界定轮胎的表面，例如径向内表面5b，其例如可与称为衬里的气密部件重合，以及径向外表面5a，通常为胎面带3的外表面。

在胎面带3上形成多个沟槽，一般地用4来指示所有这些沟槽，界定多个块5(仅在图4中可见，其中示出了轮胎的放大部分)，并且沿着胎面带2的周向方向连续地布置。

沟槽4可以是周向的，换言之，沿着轮胎P的圆周的整个长度延伸，或者可仅在圆周的一部分上延伸。另外，其可沿着所述周向方向、沿着本质上垂直于周向方向的方向(在横向沟槽的情况下)或者沿着相对于这两者倾斜的方向延伸。例如，图4示出了周向沟槽和本质上垂直于多个周向沟槽的多个横向沟槽。

此外，沟槽可具有本质上直线形状，或者换言之可本质上仅沿着主纵向方向延伸，或者弯曲、起伏或之字形状，意味着垂直于主延伸方向的轴上的投影将是非零的。

在冬季用轮胎的情况下，可在每个块5中形成一个或多个刀槽花纹6，如同4中所示，这些刀槽花纹在本文所述的优选示例中沿着相对于轮胎P的周向方向的垂直方向延伸。然而，刀槽花纹(如果存在的话)的布置和构造对于本发明的目的而言并不是重要的。

应理解的是本领域的技术人员可容易地产生替换实施例，其中在胎面带3上不同地规划块5的形状及沟槽4和任何刀槽花纹6的布置以便满足特定的功能要求。

每个沟槽4可以是隐蔽的，换言之完全与胎面带3的其他沟槽分离，或者可以在其相对纵向末端6a、6b中的一者或两者处打开，成为附加沟槽4或一对附加沟槽，界定块5，如在图4中，从而从一侧到另一侧通过块。

参考图5，其为沟槽4的放大示意性表示，沟槽4在向胎面表面3上开放的沟槽的顶面17和相对于顶面17在胎面带3中的径向内位置上的沟槽的底面18之间延伸。沟槽4将第一和第二块相互分离，其再次地用附图标记5来识别，并且其间隔开优选地沿着沟槽4的纵向延伸部分本质上保持恒定且等于后者的宽度的距离。此宽度优选地大于约2mm。然而，沿着其纵向延伸部分具有可变宽度的沟槽4也包括在本发明中。

沟槽4限定第一块的壁9和第二块的壁10，这些壁彼此相对并从顶面17延伸至底面18。壁9和10被识别为沟槽4的侧壁。

两个壁9和10本质上是平坦的，并且因此具有带有本质上直线延伸部分的轮廓。然而，在具有非直线纵向延伸部分的沟槽4的情况下，也可能有曲壁且被本发明覆盖。

沟槽4的典型深度、换言之底壁18与顶壁17之间的径向距离例如在从约4mm至约12mm范围内，取决于轮胎P的用途(赛车轮胎、冬季用轮胎等)。

可以认为底壁18以及顶壁17本质上是局部平坦的，意义在于虽然由于轮胎的环形几何结构而引起的弯曲促使整个轮胎表面凸起，但可以认为足够小的区域内的点落在与轮胎表面正切的平面上。

在以上描述中，对在胎面带3的表面中形成的沟槽4进行参考。在轮胎P的径向内部5b中可存在具有以相同方式限定的底壁18和顶壁17的类似沟槽。根据本发明，使用设备1来将轮胎P的内或外表面5a、5b的一部分分段，优选地但不一定出于检测表面的此被检查部分中的轮胎的缺陷和/或特性的目的。无论其类型如何，下面用附图标记70来识别优选地应检测的缺陷或特性。

上述轮胎P被放置在其上面的在图1中示意性地示出的设备1包括例如轮胎停靠在其上面的底座40。如图1中所示，轮胎P可平放在底座40上，换言之，其赤道平面X平行于底座，或者替换地，底座可垂直于赤道平面，并且可用未示出的一个或多个固定元件将轮胎P保持在垂直位置。

设备1还包括在图3中以放大比例示出的电磁辐射元50以及光传感器51。该设备还包括用于将源50、光传感器51和轮胎P置于相对运动从而相对于轮胎P的径向内或外表面5a、5b中的一个将光传感器和源定位于期望位置和距离的移动设备。

优选地，该移动设备是将光传感器和源作为一个单元移动。在图1的示例中，移动设备包括机器臂41，光传感器和源被耦合到该机器臂41，并且其可以远离和/或朝向轮胎P移动，该轮胎P在底座40上保持固定。优选地，机器臂41是具有至少三个轴的拟人机器臂。在另一典型示例中，在光传感器和/或源被固定的同时，轮胎被其他旋转和/或平移设备(未示出)在底座40上旋转和/或平移。此外，轮胎P和源和/或光传感器两者都是可移动的；例如，还可以移动轮胎P，从而简化机器臂41的移动，或者以可以将机器臂41定位于轮胎的表面上的任何点附近的方式。

在图1的优选示例中，光传感器51和源50作为一个单元移动。

源50被移动装置移动从而以预定角度照亮轮胎P的表面的一部分。在优选示例中，将源定位成从而以本质上掠过光照亮轮胎表面。

辐射源50在可见光谱中、并且更精确地在从约380至约760nm范围内发射电磁辐射。优选地，源50包括发光二极管(LED)58，并且甚至更优选地其包括多个LED 58。在优选实施例中，如图3中所示，以线性阵列一个接一个地布置LED。优选地，LED位于与光传感器51的最小可能距离处，例如在距离光传感器51约5cm处。例如，其可以是被供应电能的具有15度的半角照射的高发光度LED。另外，源50优选地是几乎远心的。

在示例性实施例中，由源50发射的电磁辐射是绿色的。优选地，辐射源沿着可以选择的主方向发射电磁辐射。替换地，可存在多个辐射源，每个被用于沿着不同的主方向照射轮胎的一部分。

光传感器51包括例如视频照相机、更优选地彩色线性扫描视频照相机，用于获取轮胎P的表面部分的图像，特别是被源50照亮的那部分轮胎。优选地，视频照相机能够以本质上恒定的视角且以电磁辐射的本质上恒定的入射角来获取图像。

参考图11，光传感器51为了操作而与存储器52相关联，其可以在光传感器本身内部或外面，用于存储关于轮胎的所获取图像的数据的目的。以这种方式获取的图像、换言之数据还被处理器53，例如，诸如个人计算机或在本领域中已知的其他设备的外部单元的一部分处理。

可以借助于本发明来检测的缺陷的最小尺寸取决于光传感器51的分辨率。特别地，在线性扫描视频照相机的情况下，其主要取决于所使用传感器的像素数目。在上述图的情况下，举例来说，比例等于每个像素1/10mm。在优选示例中，可以检测的缺陷和/或特性70的最小尺寸为约0.5mm。另一方面，扫描频率优选地与轮胎的旋转速度有关，并且其被规定为从而实现该分辨率，例如1/10mm的上述分辨率。

设备1可包括其他设备及其他辐射源和/或光传感器，从而替换地用不同的辐射光谱或与这些光谱相组合地照亮轮胎P的表面的一部分，以便执行不同类型的检查和分析。此外，借助于光传感器51获取的图像可被单独处理器或被同一处理器53使用单独的算法处理，以便识别轮胎P的不同相关特性，每个特性优选地可用单独的方法来检测。

设备1还优选地包括被电连接到处理器53的输入设备54，操作员可以通过其向处理器发送命令，例如用于选择要识别的特性或缺陷的类型，以用于获得关于放置在设备1中的轮胎的类型的信息以及用于其他目的。输入设备54还可在没有操作员的任何动作的情况下自动地操作；例如，该设备可包括用于诸如条形码(图中未示出)之类的识别代码的读取器，此读取器能够读取被印在轮胎P中的代码，其承载关于轮胎的结构特性的信息。此代码读取器可被操作员致动。

下面描述本发明的设备1的操作和方法。

根据在轮胎P的径向外和/或径向内表面5a、5b中要检测的特性或缺陷的类型，可能优选的不是使用本发明的方法或设备来检查整个内和/或外表面，而是表面的仅一部分。因此，可选第一动作是识别要分段的轮胎P的径向内和/或外表面5b、5a的区域。

可选地，因此，根据本发明的方法，将可为连续的、换言之轮胎的内和/或外表面的单个区域或者被分离成未被相互连接的区域的此部分被划分成部分100，其中的每一个被如下所述地照亮。部分100的尺寸取决于源50、光传感器51和要检查的特性或缺陷的类型的特性：例如，如果期望获得其中电磁辐射相对于被检查部分本质上是掠过的条件，则该部分必须足够“小”以确保轮胎的曲率不过度地影响分析。很明显，此部分尺寸因此取决于轮胎的半径，并且更一般地取决于其类型、台肩宽度等。

在图4中，借助于矩形来识别轮胎P的外表面5a的部分100以使得其可见。部分100包括沟槽4和顶面17的一部分。示出了单个部分100，但是在轮胎P的表面中可存在许多部分100。

优选地，此部分100位于轮胎的胎面3上，并且更优选地在轮胎P的台肩上。

因此，当轮胎P已位于设备1的底座40上时，本发明的方法可选地提供适当的自动命令或操作员命令以发送到处理器53，以便将光传感器和/或源和/或轮胎相对于彼此进行移动，从而以最适宜的方式相对于源和光传感器对轮胎进行定向，以便获得具有部分100的期望照明的图像。很明显，优选地针对每个部分100而再次地移动轮胎和/或光传感器和/或源，以使得光传感器、源和轮胎相对于新部分以最佳方式重新定位。机器臂41和在光传感器51与源50之间使用例如U形支架42的固定耦合件的使用确保本质上可进行到轮胎P的任何部分的接近，其中源和光传感器被固定在所述U形支架42的臂42a、42b上。

参考图4中所示的部分100，在本优选示例中，轮胎被定位成使得源50以本质上掠射的方式照亮沟槽4的底壁18，使得在部分100内仅存在一个沟槽，并且使得沟槽的主纵向部分本质上平行于线性视频照相机的扫描轴。

所有这些数据可存在于轮胎的识别代码中，其将轮胎P的结构数据“告知”处理器53，使得自动地计算正确的定位和正确的倾斜度。

在根据轮胎P的识别代码读数的可选定位之后，借助于辐射源50来照亮要分析区域的预定部分100。借助于光传感器51来获取被照亮部分100的图像100a。在图6a、7a和8a中示出了所获取图像100a的示例。然后将图像100a保存到存储器52，并且然后由处理器53来处理。该处理可与图像的获取同时地进行；换言之，在例如线性视频照相机的情况下，图像像素行的每次获取与该像素行的处理同时地进行。替换地，其可连续地进行；换言之，最初获取并存储整个图像，并且随后进行处理。

处理图像100a从而将其分段成属于沟槽的区域101和不属于沟槽的区域102。换言之，将图像100a分段成其中存在沟槽的区域或区和其中除可存在的沟槽4之外不存在沟槽(无论任何其他元素如何)的区域。

在下面描述的图像100a的分段操作结束时，将整体沟槽区10限定为所有沟槽区的组合，并且还存在总体非沟槽区102'。再次参考图6a、7a和8b，图示出整体沟槽区10和非沟槽区102'。

图像100a的区域101或102可以是例如像素列：如图6a、7a、8a中所示，被示为虚线的列表示对于其而言目标是确定其是属于沟槽区101还是非沟槽区102(换言之，该像素列是位于沟槽4的内部还是外面)的区域。该像素列表示线性视频照相机的扫描行。然而，在本发明中还可考虑具有不同尺寸和几何结构的区域。

为了确定区域101、102是还是不是沟槽区，以下列方式对其进行处理。最初，针对每个区域计算变量，换言之物理量，此变量与此区域的照射有关。例如，其可与表面区的光强度有关。例如，针对每个区域101、102逐个像素地计算每个像素的亮度。例如，图6b示出了其中针对在图6a中用102识别的像素列的每个像素从图像100a检测的像素亮度的直方图，该像素列具有3像素的基础和600像素的高度(对应于0.3cm乘6cm的面积)。因此，图6b中的图表是沿着整个像素列(其构成区域102)的每个像素的亮度的直观表示，其在这种情况下包括1800个像素。优选地，该列具有超过一、例如三的基础，如上文所示：视频照相机50以一个像素的振幅遵循行，并通过将单位宽度的当前像素列以及前面和随后列考虑在内来计算统计参数(该计算事实上可晚一个列执行)。

同样地，图7b和8b的图表用直方图来表示分别地在图7a和8a中用虚线示出的像素列的逐个像素的亮度值。根据此多个值，例如针对整个区域101、102借助于形成处理器53的一部分的计算器55来计算单个统计量，此量是与该区域相关联的单个量，借助于该量，可以确定被检查的区域属于还是不属于沟槽。优选地，区域的此统计量是识别数据与关于照射的变量的离差的统计量。甚至更优选地，此统计量是所计算物理量的数据的标准偏差σ；特别地，获得用于像素列的亮度值的标准偏差，换言之：

其中，是变量的值的平均值。

再次地参考图表6b、7b、8b，如已叙述的，其分别地对应于用于图6a中所示的像素列的每个像素的亮度值。如可以看到的，图6a中的第一像素列完全在沟槽外面，以并且因此应分类为“不属于沟槽的区域”，亦即区域102。另一方面，图7a中的第二像素列完全在沟槽4内部，并且因此应分类为“属于沟槽的区域”，亦即区域101。在图8a中，第三像素列在沟槽与外面之间的“过渡区中”，并且因此可将其定义为沟槽区也可不这样，取决于预定初始化设置。在正在讨论的情况下，将其视为非沟槽区。

如从图6b和7b的直方图之间的比较可以清楚地看到的，在沟槽外面的区域中的数据的离差比在沟槽内部的区域中的数据的离差大得多，并且由标准偏差的两个值来举例说明此事实，其特别地等于沟槽外面的101.31和其内部的58.26。其中，被检查区域位于过渡区中(如在图8a中所示的三个像素列的情况下)，标准偏差的值在上述两个值之间的“半途中”，等于99.01。

通过重复标准偏差或者另一统计量的计算，针对构成图像100a的所有区域，我们获得类似于图9的图表：横轴示出了图像100a中的像素列中的每个位置的像素号，并且竖轴示出了此位置处的像素列的亮度的标准偏差的相应值。如图表所示，在沟槽区与非沟槽区之间存在明显差异，属于沟槽的区域提供比用于非沟槽区的相应值小得多的标准偏差值。

特别地，例如，为了确定两个区域(诸如图6a和7a的第一和第二像素列)是两者都属于沟槽4还是两者都不属于沟槽4或者一个列是沟槽区而另一列不是沟槽区，可以计算针对那两个区计算的统计量的两个值之间的比。在这种情况下，第一列的亮度的标准偏差与第二列的标准偏差之间的比的计算提供1.73的值。优选地，如果该比的值大于1.25或小于0.8，则两个区属于两个单独群组；换言之，一个是沟槽区且另一个是非沟槽区，如在本情况下一样。然而，如果此比在从0.8至1.25范围内，则两个区域都属于同一群组，其可以是沟槽或非沟槽群组。

在这种情况下，针对被认为属于沟槽的区域，将标准偏差的阈值值取为80。

从上文可得出可以使用诸如标准偏差之类的统计量的计算针对图像100a的每个区域确定其是否属于沟槽4，并且因此将图像100a分段成区域101和102，换言之借助于选择器56来选择每个区域，将其定位于其所属的群组中，并且从而形成整体沟槽区10和非沟槽区102'。

针对轮胎P的所有相关区域100重复上述操作，形成将被分段的区域，如上所述。

在分段之后，根据本发明的方法，可选地提供用以检测已被分段成沟槽区101和非沟槽区102的轮胎P的部分100中的缺陷70。此检测包括处理两组区域中的仅一个，换言之处理仅沟槽区101或仅非沟槽区102。优选地，仅考虑沟槽区101

图10a示出了从图6a、7a、8a的图像100a的分段导出的整体沟槽区101'的细节。

在整体沟槽区101'的细节中可检测的可能缺陷70是例如存在于沟槽4内部的暴露帘线，其在图5a至8a中用虚线的椭圆形来识别。

因此借助于处理器53或另一附加处理器(未示出)用在图像处理技术领域中已知的适当算法来处理此整体沟槽区101'。在所示示例中，借助于四阶子波变换来处理图10a的整体沟槽区101'，因此获得图10b的已处理整体区域101"。使用另一可选处理操作，例如通过对图像的灰度值确立阈值，获得图10c的经双重处理的整体区域101"'，其中，作为暴露帘线70的存在的符号的“涟漪”是清楚可见的。

很明显，所使用的算法的类型取决于要识别或显示的缺陷的类型，并且因此可以借助于本发明的方法和设备来执行许多其他处理操作。此外，可以同时地或连续地执行多个处理操作以便识别同一区域中的不同类型的缺陷。

Claims (38)

1.一种用于将包括至少一个沟槽(4)的轮胎(P)的表面(5a、5b)分段的方法，所述方法包括：

—用具有在可见光谱中的波长的电磁辐射来照射所述轮胎(P)的所述表面(5a、5b)的一部分(100)；

—获取被照射表面的所述部分(100)的图像(100a)；

—处理所述图像(100a)从而将其分段成与属于或不属于所述至少一个沟槽(4)的轮胎的区域相对应的区域(101、102)；

—其中，处理所述图像(100a)从而将其分段包括：

o针对所述图像(100a)的每个区域(101、102)计算与由所述电磁辐射进行的照射相关联的统计量；

o根据所述统计量的值来确定所述图像的所述区域(101、102)属于或不属于所述至少一个沟槽(4)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，照射所述表面(5a、5b)的一部分(100)包括：

利用所述电磁辐射的几乎远心源(50)来照射所述部分(100)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，照射所述表面(5a、5b)的一部分(100)包括这样的事实：所述电磁辐射相对于所述至少一个沟槽(4)的底面(18)而言本质上是掠射的。

4.根据前述权利要求中的任一项或多项所述的方法，包括：

检测所述轮胎(P)的识别代码；

根据所述识别代码对所述轮胎(P)进行定位以供所述照射操作。

5.根据前述权利要求中的任一项或多项所述的方法，其中，在所述至少一个沟槽(4)中定义主纵向方向，并且其中将所述图像(100a)分段成所述区域(101、102)的所述操作包括将所述图像分段成本质上平行于所述主纵向方向的区域。

6.根据前述权利要求中的任一项或多项所述的方法，其中，对所述轮胎(P)进行定位包括使所述轮胎旋转和/或平移以便在预定方向上照射所述部分(100)。

7.根据前述权利要求中的任一项或多项所述的方法，其中，借助于电磁辐射来照射所述轮胎(P)的所述表面(5a、5b)的一部分(100)包括

借助于具有多个主照射方向中的一个的辐射来照射所述部分(100)，以及

在所述多个主照射方向中选择具有不同主方向的辐射。

8.根据前述权利要求中的任一项或多项所述的方法，其中，确定所述图像(100a)的所述区域(101、102)属于还是不属于所述至少一个沟槽(4)包括

将所述图像(100a)划分成多个区域(101、102)；

针对所述多个区域中的每个区域(101、102)计算所述统计量的值；

计算所述多个区域中的两个单独区域(101、102)的所述统计量的两个值之间的比；

其中，当该比具有在预定范围之外的值时，所述多个区域中的所述两个区域中的一个属于所述沟槽且一个不属于所述沟槽。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，当所述比具有在所述预定范围内的值时，所述多个区域中的所述两个区域(101、102)二者都属于所述沟槽(4)或者二者都不属于所述沟槽。

10.根据前述权利要求中的任一项或多项所述的方法，其中，针对所述图像(100a)的每个区域(101、102)计算所述统计量包括计算数据相对于与所获取的被照射表面(5a、5b)的所述部分(100)的图像(100a)的每个区域(101、102)的光强有关的变量的离差的值。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，针对所述图像(100a)的每个区域(101、102)计算所述统计量包括计算数据相对于与所获取的被照射表面的所述部分的所述图像的每个区域的光强有关的变量的标准偏差(σ)。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，针对所述图像(100a)的每个区域计算所述统计量包括计算所获取被照射表面的所述部分(100)的所述图像的每个区域的亮度的标准偏差(σ)。

13.根据权利要求8至12中的任一项所述的方法，其中，所述统计量是标准偏差(σ)，所述预定范围从约0.8延伸至约1.25。

14.根据前述权利要求中的任一项或多项所述的方法，其中针对所述图像(100a)的每个区域(101、102)计算与所述照射相关联的统计量包括：

针对包括具有至少一个像素的宽度的像素列的所述图像(100a)的区域(101、102)计算所述统计量。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，针对至少三个像素列计算所述统计量的平均值。

16.根据前述权利要求中的任一项或多项所述的方法，其中，所述至少一个沟槽(4)存在于所述轮胎(P)的胎面带(3)上。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述至少一个沟槽(4)存在于所述轮胎(P)的台肩区域上。

18.一种用于检测轮胎(P)的表面(5a、5b)上的缺陷(70)的方法，包括根据权利要求1至17中的一个或多个用于将轮胎(P)的表面分段的方法，所述方法包括：

o处理属于所述至少一个沟槽的所述图像(100a)的所述区域(101)中的至少一个，以用于检测其内部的缺陷(70)。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述缺陷(70)大于约0.5mm。

20.根据权利要求18或19所述的方法，其中，所述缺陷(70)包括暴露的帘线。

21.根据权利要求18至20中的任一项或多项所述的方法，其中，处理属于所述沟槽的所述区域(101)包括使用子波变换和/或形态学算子。

22.一种用于将包括至少一个沟槽(4)的轮胎(P)的表面(5a、5b)分段的设备(1)，所述设备(1)包括：

—电磁辐射源(50)，能够用具有在可见光谱中的波长的电磁辐射来照射所述轮胎的所述表面的一部分(100)；

—光传感器(51)，能够获取所述轮胎的被照射表面的所述部分(100)的图像(100a)；

—处理器(53)，能够通过将所述图像划分成属于或不属于所述至少一个沟槽(4)的区域(101、102)来处理所述图像，所述处理器(53)包括：

o计算器(55)，能够针对所述图像(100a)的每个区域(101、102)计算与由所述电磁辐射进行的照射相关联的统计量；

o选择器(56)，能够根据所述统计量的值来确定所述图像(100a)的所述区域(101、102)属于或不属于所述至少一个沟槽(4)。

23.根据权利要求22所述的设备(1)，其中，所述电磁辐射源(50)是几乎远心的。

24.根据权利要求22或23所述的设备(1)，其中，所述电磁辐射相对于所述至少一个沟槽(4)的底面(18)本质上是掠射的。

25.根据权利要求22至24中的任一项或多项所述的设备(1)，其中，所述沟槽(4)的尺寸不小于约2mm。

26.根据权利要求22至25中的任一项或多项所述的设备(1)，其中，所述光传感器(51)包括线性扫描视频照相机。

27.根据权利要求22至26中的任一项或多项所述的设备(1)，其中，所述辐射源(50)包括LED(58)。

28.根据权利要求27所述的设备(1)，其中，所述电磁辐射源(50)包括LED线性阵列(58)。

29.根据权利要求22至28中的任一项或多项所述的设备(1)，包括能够用电磁辐射进行照射的多个电磁辐射源(50)，每个电磁辐射源具有不同于所述多个电磁辐射源中的其他电磁辐射源的主照射方向。

30.根据权利要求22至29中的任一项或多项所述的设备(1)，其中，所述电磁辐射包括具有在从495nm至570nm范围内的波长的辐射。

31.根据权利要求22至30中的任一项或多项所述的设备(1)，包括能够使得所述轮胎(P)的所述表面(5a、5b)相对于所述电磁辐射源(50)移动的移动设备(41)。

32.根据权利要求22至31中的任一项或多项所述的设备(1)，包括能够处理属于所述沟槽(4)的所述区域(101、102)中的至少一个的另一处理器，以用于检测其内部的缺陷(70)。

33.根据权利要求32所述的设备(1)，其中，所述另一处理器(53)能够处理具有不小于约0.5mm的尺寸的缺陷(70)。

34.根据权利要求32或33所述的设备(1)，其中，所述另一处理器(53)能够处理包括暴露的帘线的缺陷(70)。

35.根据权利要求22至34中的任一项或多项所述的设备(1)，包括用于提供所述源(50)、所述光传感器(51)和所述轮胎(P)中的至少两个的相对移动的移动设备(41)。

36.根据权利要求22至35中的任一项或多项所述的设备(1)，其中，所述光传感器(51)与所述源(50)之中的至少一个被机器臂(41)移动。

37.根据权利要求36所述的设备(1)，其中，所述光传感器(51)和所述源(50)被固定在一起并被同一机器臂(41)移动。

38.根据权利要求22至37中的任一项或多项所述的设备(1)，包括用于平移和/或旋转所述轮胎(P)以使得所述表面的所述部分被所述源(50)照射的设备。