CN104937389A - 用于监控和校准用于测量轮胎的胎面花纹深度的设备的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
用于测量轮胎(12)的滚动面的胎面花纹的设备具有：行车道平面(16)，该行车道平面设置用于所述轮胎(12)的滚动并且在所述行车道平面中构造至少一个测量缝隙(14)；至少一个照明装置(4)，所述照明装置这样构造和布置，使得其在运行时使多条光线(6)穿过所述测量缝隙(14)投影到待测量的胎面花纹上；和至少一个图像采集装置(18)，所述图像采集装置构造用于拍摄所述待测量的胎面花纹的至少一个区域的至少一个图像。在至少一个测量缝隙(14)上构造至少一个监控和校准装置(22)，所述监控和校准装置(22)具有至少一个纹槽形的凹部(24)，所述凹部朝向所述照明装置(4)。所述至少一个凹部(24)与所述行车道(16)的平面成一个角度地构造，该平面平行于在按规定的状态下由所述照明装置(4)发射出并且入射到所述凹部(24)中的光束的方向。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于监控和校准用于测量轮胎、尤其机动车轮胎的胎面花纹深度的设备的装置和方法。
背景技术
为了测量轮胎的胎面花纹深度，已知不同的用于手动或者自动的胎面花纹深度测量的方法，所述方法包括机械式地或者无接触地测量的方法以及用于在车辆或者说轮胎静止或者转动时测量的方法。
例如在DE 197 05 047 A1和EP 1 394 503 B1中说明了借助于激光扫描仪用于在辊式试验台中测量胎面花纹深度的三角测量方法。
DE 10 2006 062 447 A1也借助于光切面三角测量方法在轮胎在缝隙上滚动期间测量轮胎胎面花纹的区域。该方法设置，借助于以高速转动的棱镜使横向于车轮的滚动方向的照明线在胎面花纹面上扫过。通过平行地移动的照明线可以连续地并且以高的密度扫描轮胎的全部的局部，而位于缝隙上的轮胎表面相对于测量设备处于静止状态。
EP 0 469 948 B1，EP 1 952 092 B1和US 7 578 180 B2说明了用于在驶过时测量胎面花纹的三角测量方法的另外的变型。
DE 10 2012 224 260说明了一种用于测量轮胎的滚动面的胎面花纹的设备，其具有多个测量模块，所述测量模块横向于轮胎的运行方向相互并列地布置并且分别包括一个照明装置和一个图像采集装置。
在一些实施方式中，照明装置这样构造，使得它们将包括多条光线的图案投影在轮胎胎面花纹上。在此，照明装置尤其可以这样构造，使得所述图案的各个光线在空间上被编码，从而它们可以被明确地识别。光线的这样的明确可识别性是必需的，以便与大的数目的光线结合地达到高的测量准确性。例如，空间编码可以通过合适地构造的衍射的光学元件来实现，所述光学元件产生具有变化的线间距的线图案。替代地，也可以改变线的宽度、线图案和/或线形状。
在如例如震动和变化的温度这样的恶劣的环境条件下，这类基于三角测量方法的胎面花纹深度测量仪在例如驶入加油站以及类似处时的使用需要24小时/天的连续使用。
由于环境影响，所使用的照明装置和图像采集装置以及可能的用于射束偏转的、如例如镜子或者棱镜这样的另外的光学元件的机械悬挂强烈地负重，从而工厂方面的校准可能不再被认为是有效的。为了确保用于高度精准的测量任务的光学元件在结构上机械地长时间稳定以抵抗相互倾倒、转动、扭转和移动，对悬挂装置和连接装置的材料、静态和结构布局提出极大的要求。
发明内容
本发明的任务在于，提供用于光学地测量轮胎、尤其机动车轮胎的胎面花纹深度的改进的设备和改进的方法，所述设备和方法实现，在结构花费尽可能小和维修花费尽可能小的情况下在尽可能长的使用时间段上提供高的测量质量可供使用。
该任务通过根据独立权利要求1所述的设备和根据独立权利要求9所述的方法来解决。从属权利要求说明根据本发明的设备及根据本发明的方法的可能的实施方式。
根据本发明的、用于测量轮胎的滚动面的胎面花纹的设备具有行车道平面，在执行测量期间轮胎在所述行车道平面上滚动并且在所述行车道中构造至少一个测量缝隙。所述设备也具有至少一个照明装置和至少一个图像采集装置，所述照明装置这样构造和布置，使得其在运行时使多条光线穿过测量缝隙投影到轮胎的待测量的胎面花纹上，所述图像采集装置构造用于拍摄待测量的胎面花纹的至少一个区域的至少一个图像。所述至少一个照明装置和至少一个图像采集装置这样构造和布置，使得所述照明装置的照明方向和由所述图像采集装置进行的图像拍摄的方向既不平行于彼此也不相对于轮胎的滚动面正交地定向。在至少一个测量缝隙上构造至少一个监控和校准元件，所述监控和校准元件具有至少一个纹槽形的凹部，所述凹部的开口朝向照明装置和图像采集装置。
这类根据本发明的监控和校准元件使得能够光学地感测由监控和校准元件预先给定的已知的几何形状，将所述已知的几何形状的被感测的图像与事先存储的数据相比较和以此方式确定测量设备的当前的成像几何形状。因此可以识别并且通过自校准考虑和修正相对于工厂校准的改变。
根据本发明的用于监控和校准用于光学地测量轮胎的胎面花纹深度的设备的方法包括以下步骤：将所限定的光投影在至少一个根据本发明的监控和校准装置上，和采集并且例如通过与提前所存储的数据的比较来评估被所述监控和校准装置所反射的光，以便计算当前的校准参数。
根据本发明的监控和校准元件与测量缝隙共同构成三维的对象空间。照明装置和图像采集装置的测量窗口这样选择，使得不但监控和校准元件而且测量缝隙包括在三维的对象空间中。根据监控和校准元件的已知的几何形状可以校准由于环境影响而可能改变的、测量缝隙的三维对象空间中的照明装置和图像采集装置之间的对应关系。该对应关系也可以包括用于射束偏转的、如例如镜子和棱镜这样的另外的光学元件。
根据本发明的用于测量至少一个轮胎的胎面花纹深度的方法包括，在测量所述胎面花纹深度之前执行根据本发明的用于监控和校准测量设备的方法。
定期地监控和校准测量设备确保在测量设备的整个使用持续时间上不变的测量准确性。
如果在胎面花纹测量中使用空间的线编码，如其在之前所说明的这样，则通过根据本发明的自监控确保，即使当所述测量设备失调并且光线相对于工厂方面的装配位移和/或不再平行于缝隙长度而相对于测量缝隙扭转地投影时，所述光线的编码和解码也还可靠地起作用。在执行用于明确地识别各条线的图像分析(解码)时，考虑在监控时所确定的失调。
较大的失调也可能导致，光线在行驶方向上具有这样大的错位，使得一条或多条光线不再在测量缝隙上成像或者完全从图像采集装置的视场中消失。通过根据本发明的自监控也可以监控，总共多少光线还可见并且可用于评估。如果光线在行驶方向上的错位这样大，使得在测量缝隙上成像的光线的数量低于光线的预先给定的极限值、例如30，则在维修的范围内手动地再调整是必须的并且产生相应的服务信息。如果探测到光线横向于行驶方向的错位，从而测量缝隙在一侧上不再被照明直至其边缘，再调整也是必需的。
对于自监控和自校准来说，测量系统以周期性的间隔被置于相应的校准测量模式中，优选测量间歇中，在所述测量间歇中，在车辆靠近时不发生测量系统的激活。在校准测量模式中，以光线照明测量缝隙并且感测和存储至少一个图像。在测量和评估单元中分析所述至少一个图像。一方面，求取光线的当前的移动和扭转并且提供用于线解码。另一方面，计算当前的校准参数并且在必要时覆盖工厂校准。
优选，当仅存在少量的环境光或者不存在环境光、例如在夜间时，发生用于监控和校准的测量。此外，所述测量可以非常简单地与环境光相匹配，因为监控和校准元件的感测与真正的、在轮胎滚动运动期间被执行的胎面花纹深度测量相比不是动态的过程并且因此存在足够的用于测量的时间。所述测量单元和评估单元分析图像传感器的数据并且提供优化的参数用于照明装置(照明强度)和/或图像采集装置(纳入时间)，所述参数阻止在测量期间曝光不足或者曝光过度。该过程也可以反复地执行，直到存在最优的拍摄比例关系。
测量系统的自监控和自校准使得能够长时间稳定地以高度可靠性测量。可以避免所述设备由于不再可能解码光线而失灵或者避免由于失调引起胎面花纹深度的测量有缺陷，并且可以将必需的维修工作降低到最小。具有自监控和自校准的测量设备可以构造有光学元件的节省成本的、简单地实施的机械的悬挂装置，因为光学元件的可能的失调通过自监控被识别并且通过自校准被补偿。
在一种实施方式中，照明装置将光线投影到轮胎上的方向和所对应的图像采集装置的图像拍摄方向之间的角度大于10°并且小于90°、优选在20°到45°之间、尤其为40°。20°到45°的范围内的角度意味着在尽可能高的测量准确性和尽可能小的遮暗部之间的好的折衷，这两者随着照明装置的投影方向和所对应的图像采集装置的图像拍摄方向之间的角度变大而增大。
在一种实施方式中，监控和校准元件的纹槽形的凹部基本上平行于轮胎的滚动方向构造。平行于轮胎的滚动方向构造的、纹槽形的凹部特别好地适合于模拟典型的轮胎胎面花纹并且因此能够实现特别有效的监控和校准。
在一种实施方式中，纹槽形的凹部的宽度和/或深度相应于典型的车辆轮胎的宽度和深度。这类凹部特别良好地适合于模拟典型的轮胎胎面花纹并且因此实现测量系统的特别有效的监控和校准。
在一种实施方式中，纹槽形的凹部如同典型的轮胎胎面花纹的纹槽一样垂直于行车道平面构成，从而特别好地模拟典型的轮胎胎面花纹。
在一种实施方式中，纹槽形的凹部与行车道平面成锐角地构造。纹槽形的凹部尤其可以在朝向行车道平面的方向上构造，该方向平行于在按规定的状态下由照明装置发射出并且入射到纹槽形的凹部中的光的方向。通过这类倾斜地构造的纹槽形的凹部减少或者完全避免在光倾斜地入射时所述凹部的底部的遮暗部。因此阻止测量信息的丢失，并且可以提高监控和校准的品质。
在一种实施方式中，测量缝隙和监控和校准元件一件式地构造为共同的元件。通过构造为共同的元件，测量缝隙和监控和校准元件持久地具有被固定地限定的、相对于彼此的空间关系，从而可以持久地确保监控和校准的高的品质。
在一种实施方式中，至少一个照明装置和至少一个图像采集装置布置在驶过沟槽中，并且测量缝隙和监控和校准元件构造在所述行驶沟槽的盖中或者说盖上。
在一种实施方式中，所述设备具有多个横向于滚动方向相互并列地布置的测量模块，其中，所述测量模块中每个分别具有至少一个照明装置、至少一个图像采集装置、至少一个测量缝隙和至少一个校准装置。测量设备的这种模块式结构能够实现测量设备与最大待测量的轮胎宽度优化地匹配。
在一种实施方式中，测量模块的测量缝隙在轮胎的滚动方向上相互错开地布置，以便阻止测量模块的相互干扰。尤其可以以此方式阻止，由一个测量模块的照明装置所发射出的光被另一个测量模块的图像采集装置感测到。
附图说明
以下根据附图详细解释本发明：
图1示出用于胎面花纹深度测量的测量站的示意性立体视图。
图2示出布置在驶过沟槽中的用于胎面花纹深度测量的设备的侧面剖视图。
图3a示出与车辆的行驶方向正交地穿过轮胎的中心的、垂直于行车道的平面的截面。
图3b示出图3a的被照明的轮胎胎面花纹的放大的局部。
图4示出测量设备的局部，该测量设备配备有根据本发明的监控和校准装置的实施例。
图5以平面图示出具有多个根据本发明的监控和校准装置的盖的实施例的下侧。
具体实施方式
图1示出用于胎面花纹深度测量的、具有行车道16的测量站，在该行车道中在沿行驶方向F靠近的车辆10的车道中构造两个测量缝隙14。在车辆10以其车轮或者说轮胎12驶过两个长形的测量缝隙14中的至少一个测量缝隙期间进行测量，所述测量缝隙构造在行车道16中并且在其纵长延伸中横向于机动车10的轮胎12的运行方向定向。
测量缝隙14横向于车辆10的行驶方向F具有延伸(长度)L，该延伸至少相应于待测量的轮胎12的最大支承面的宽度。然而，附加地，可考虑待测量的车辆10的轮距的变化，以便使得能够自动测量尽可能大数量的不同车辆类型。如果测量设备也要适合用于营运车辆，则尤其也可考虑具有或者没有双胎的运输车和载重车的轮距和轮胎宽度的变化。
一方面，可将测量缝隙14的平行于行驶方向F的宽度B选择得显著小于典型的轮胎12的最小支承面，另一方面，也可这样选择测量缝隙14的宽度B，使得不由于驶过而让人不快地损害行驶舒适度。
测量缝隙14使得能够在待检验的轮胎12的滚动面的不受负载的部分区域中执行胎面花纹深度的测量。这具有优点：避免了测量误差，该测量误差会由于轮胎12的支承面中的轮胎材料通过车辆10的车轮负荷而不可避免地引起的挤压而出现。
此外，在轮胎12支承面的区域中测量在一定程度上相应于在静止位置中测量，因为轮胎12的滚动面的每个点在行车道16上滚动期间沿着具有这样的物理特性的摆线运动，所述物理特性为，所述点在支承点上的速度为零。这具有优点：不存在由于运动不精确引起的附加测量不确定性。
从下方穿过测量缝隙14来测量支承着的轮胎胎面花纹的另一优点在于，环境光线大部分被车辆10的车身和轮胎12自身遮挡，并且所述测量因此在很大程度上与变化的环境条件(例如白天、夜晚、日光、多云……)无关。
对于具有1200mm到1800mm之间的轮距的客车在驶入工场、加油站或者停车场以及类似处时的测量，在假设15km/h的最大速度的情况下，例如在每个车辆侧上，具有500mm到700mm之间的长度L和具有30mm到50mm之间的宽度B的测量缝隙14被证明是良好地适用的。
图2以示意性横截面示出用于测量胎面花纹深度的示例性布置。根据本发明的测量系统可以按目的地集成到驶过沟槽38中，如所述驶过沟槽从道路建设已知和保持的这样。
照明装置4和图像采集装置18这样布置在驶过沟槽38中，使得图像采集装置18的测量区域相应于行车道16中的测量缝隙14。
为了优化可用的安装空间，图像拍摄线和照明线通过镜子42，44被转向。通过光学元件4，18，42，44的对称布置实现，照明装置4和图像采集装置18的射束长度相等进而照明装置4的光平面5的扇形角度与图像采集装置18的视角(Oeffnungswinkel)同样大。
光学元件4，18，42，44以及测量和评估装置30在驶过沟槽38的侧壁39上的装配保护光学元件4，18，42，44和测量和评估装置30例如免受积聚在驶过沟槽38的底上的积水。测量系统的全部部件4，18，42，44，32在驶过沟槽38的盖37上的装配使得能够简单地维护和/或更换部件4，18，42，44，32。
照明装置4和图像采集装置18在图2中所示出的布置附加地具有优点：良好地保护装置4，18以免受可能穿过测量缝隙14落下的污物。
照明装置4和所对应的光学部件44这样定向，使得由照明装置4所产生的光线6平行或者几乎平行于测量缝隙14的纵侧、横向于车辆10的行驶方向F或者说轮胎12的运行方向地投影在轮胎的滚动面上。
角度δ表明平面5和对象点P上的成像平面7之间的角度，在所述平面5中，光从照明装置4发射到轮胎胎面花纹上。
所说明的测量原理要求对象、照明装置4和图像采集装置18之间的固定的、不变的对应关系。通过穿过行车道16中的测量缝隙14对轮胎支承面的不受负载的部分区域的拍摄确保，轮胎胎面花纹的深度延伸或者换言之轮胎12的法向量n对于每个轮胎12在测量的时间点时具有相同的定向。在该布置中也可以校准所述测量系统。
图3a以示意性的图示示出与车辆10的行驶方向F正交地穿过轮胎12的中心的、垂直于行车道16的平面的截面。轮胎12的胎面花纹以简化的、具有五个纵长纹槽R1，R2，R3，R4，R5的形式示例性地示出。从(在图3a中未示出的)照明装置4投影到轮胎12的胎面花纹上的光线6被投影到图像采集装置18的平面图像传感器8上并且被该传感器采集。
轮胎胎面花纹的在图3b中的放大的图示表明，与纹槽R1，R2，R3，R4，R5的宽度和深度有关地，在光线6投影时随着图像采集装置18的视角增大而出现遮暗部20，所述遮暗部从确定的视角起使得胎面花纹深度测量不可能，因为纹槽R1，R2，R3，R4，R5的底部不被照明或者仅还不充分地被照明。
图4示出测量设备的截面图示，该测量设备配备有根据本发明的监控和校准装置的实施例。
监控和校准装置包括两个监控和校准元件22，所述两个监控和校准元件在所示出的实施例中在测量缝隙14右边和左边安装在(在图4中未示出的)驶过沟槽38的盖37上并且分别具有三个纹槽形的凹部24，所述凹部类似于典型的车辆轮胎12的纵长纹槽R1，R2，R3，R4，R5地基本上平行于车辆10的行驶方向F垂直于图示平面延伸。纹槽形的凹部24的宽度和深度几乎相应于车辆轮胎12的典型的胎面花纹的宽度和深度。
与图像采集装置18电连接或者无线连接并且配备有计算器单元31、存储器单元33和评估软件的测量和评估单元30执行对由图像采集装置18提供使用的图像数据的分析、对调整的监控、自校准、车辆10行驶速度的计算和用于区分轮胎类型、用于计算胎面花纹深度的图像分析。测量和评估单元30也可以计算每个轮胎胎面花纹深度偏差和面式的胎面花纹结构、每个车桥上的车轮的胎面花纹深度偏差和胎面花纹深度的相对偏差，根据所限定的极限值评估每个轮胎的胎面花纹深度、胎面花纹深度偏差和胎面花纹结构，根据所限定的极限值评估一个车桥的车轮的胎面花纹深度偏差的相对偏差和差异，以及执行轮胎状态的概括的评估。测量和评估单元30也控制用于输出检验结果的显示单元32以及在需要时控制测量和检验结果传递给上级服务器34。
如已经与图3a和3b相关联地提到的，与纹槽形的凹部24的宽度和深度以及照明装置和图像采集装置4，18的视角有关，出现纹槽形的凹部24的底部的遮暗部20，所述遮暗部导致可供使用的测量信息的减少并且因此导致测量准确性的损失。这尤其适用于布置在测量缝隙14左侧和右侧的监控和校准元件22，因为在这里视角最大。
为了将遮暗部20的尺寸保持得小并且因此增大可供监控和校准使用的测量信息，可以减小测量缝隙14的宽度，增大纹槽形的凹部24的宽度和/或减小纹槽形的凹部24的深度。
在图4中所示出的实施例中，监控和校准元件22的纹槽形的凹部24不像典型的轮胎胎面花纹的纹槽R1，R2，R3，R4，R5这样垂直于行车道16的平面、即平行于轮胎12的法向量n构成，而是构造为倾斜地切入的、纹槽形的凹部24。由此可以减小遮暗部20的尺寸。优选，纹槽形的凹部24相对于行车道16的平面的倾斜度与照明装置和图像采集装置4，18的视角相协调。以此方式可以实现，监控和校准元件22的每个纹槽形的凹部24的底部完全被照明并且在图像采集装置18的平面图像传感器8上成像。减少或者甚至完全避免遮暗部20，并且可以使用尽可能好的测量信息用于监控和校准。轮胎12的支承面与监控和校准元件22的表面之间的深度的差异dK是已知的并且在评估时被考虑。
为了能够持久地实现可靠的监控和校准，这是有利的：测量缝隙14和至少一个监控和校准元件22构成长时间稳定的单元，从而监控和校准元件22相对于测量缝隙14的位置不可改变。因此，在所示出的实施例中，监控和校准元件22与盖37共同由一件制造，测量缝隙14构造在所述盖中，从而排除了监控和校准元件22相对于测量缝隙14的位置的改变。
图5以平面图示出这样的盖37的实施例的下侧。盖37包括四个横向于行驶方向F相互并列地布置并且相同地构造的元件26，其中相互邻近的元件26分别以相对彼此旋转180°的方向定向。元件26这样构造，使得测量缝隙14在行驶方向F上相对彼此错开地布置。在测量缝隙14中的每一个的左边和右边的边缘上分别布置一监控和校准元件22，如之前所说明的这样。
通过将测量缝隙14这样错开布置，可以阻止测量的相互干扰，因为可以排除，由对应于第一测量缝隙14的照明装置4发射出的光被对应于第二测量缝隙14的图像采集装置18检测并且妨碍或者甚至阻止用于监控和校准的评估。
Claims (10)
1.用于测量轮胎(12)的滚动面的胎面花纹的设备，其具有
用于所述轮胎(12)的滚动的行车道平面，在所述行车道平面中构造至少一个测量缝隙(14)，
至少一个照明装置(4)，所述照明装置构造和布置为，使得照明装置在运行时使多条光线(6)穿过所述测量缝隙(14)投影到待测量的胎面花纹上，和
至少一个图像采集装置(18)，所述图像采集装置构造用于拍摄所述待测量的胎面花纹的至少一个区域的至少一个图像，
其中，所述至少一个照明装置(4)和所述至少一个图像采集装置(18)构造和布置为，使得所述照明装置(4)的照明方向和所述图像采集装置(18)的图像拍摄方向以既不相互平行也不正交于所述轮胎(12)的所述滚动面的方式取向，
其特征在于，
在至少一个测量缝隙(14)上构造至少一个监控和校准装置(22)，其中，所述监控和校准装置(22)具有至少一个凹部(24)，所述凹部的敞开侧朝向所述照明装置(4)和所述图像采集装置(18)。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个凹部(24)构造为纹槽形的凹部(24)，该凹部平行于所述轮胎(12)的滚动方向延伸。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述至少一个凹部(24)的宽度和/或深度相应于典型的车辆轮胎(12)的胎面花纹的宽度或深度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其中，所述至少一个凹部(24)垂直于所述行车道(16)的平面地构成。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其中，所述至少一个凹部(24)与所述行车道(16)的平面成锐角地构成，其中，所述至少一个凹部(24)尤其构造为与所述行车道(16)的平面成一角度，使得所述至少一个凹部平行于在按规定的状态下由所述照明装置(4)发射出并且入射到所述凹部(24)中的光束的方向。
6.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其中，所述测量缝隙(14)和所述监控和校准装置(22)一件式地构造为一个共同的元件(37)的组成部分。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述至少一个照明装置(4)和所述至少一个图像采集装置(18)布置在驶过沟槽(38)中，并且所述测量缝隙(14)和所述监控和校准装置(22)尤其构造在所述驶过沟槽(38)的盖(37)中。
8.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其中，所述设备具有多个横向于所述滚动方向相互并列地布置的测量模块，其中，所述测量模块中的每个测量模块分别具有至少一个照明装置(4)、至少一个图像采集装置(18)、至少一个测量缝隙(14)和至少一个监控和校准装置(22)，其中，所述测量模块的所述测量缝隙(14)尤其在所述轮胎(12)的滚动方向上相互错开地布置。
9.用于监控和校准根据以上权利要求中任一项所述的设备的方法，其中，该方法包括以下步骤：
将确定的光图案投影到所述至少一个校准装置(22)上；
用所述图像采集装置(18)采集并且评估由所述监控和校准装置(22)所反射的光，以便计算当前的校准参数。
10.用于借助于根据以上权利要求中任一项所述的设备测量至少一个轮胎(12)的胎面花纹深度的方法，其中，该方法包括周期性地执行根据权利要求9所述的用于监控和校准所述设备的方法。
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