CN108431574B - 用于检查轮胎的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于检查轮胎的装置，包括：包括照相机的检测系统，照相机具有光学平面并限定焦平面；第一、第二和第三光源，适用于分别发射第一、第二和第三光辐射以照射轮胎的在焦平面处或附近的表面部分，第二和第三光源相对于光学平面布置在相对两侧并且适于能够从第一非作用构造移动到作用构造，在非作用构造中它们被控制成不发射第二和第三光辐射并且距焦平面的距离大于第一光源距焦平面的距离，在作用构造中，它们适用于发射第二和所述第三光辐射中的至少一个并且距焦平面的距离等于或小于第一光源距焦平面的距离；以及驱动和控制单元，适用于启动检测系统以分别在非作用构造和作用构造中获取轮胎的第一和第二表面部分的第一图像和至少一个第二图像。

Description

用于检查轮胎的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于检查轮胎的方法和装置，例如用于检查轮胎生产线中的轮胎的方法和装置，特别是涉及用于检查轮胎表面上或者轮胎表面附近可能存在的缺陷的方法和装置，更特别是用于检查轮胎侧壁的内表面和/或外表面上或者内表面和/或外表面附近可能存在的缺陷的方法和装置。
背景技术
通常，轮胎具有在操作期间围绕其旋转轴线的大体环面结构，并且具有正交于该旋转轴线的轴向中间平面，所述轴向中间平面通常是基本几何对称平面，忽略可能的微小不对称性，例如胎面花纹和/或内部结构。
在此限定了轮胎的两个部分：胎冠和侧壁。胎冠包括胎面带、带束和对应的胎体结构部分，所述胎体结构部分位于胎面带和带束的径向内部。
术语“侧壁”指的是轮胎的相互面对的两个部分中的一个，所述两个部分在胎冠的相对两侧上径向地延伸直至胎圈，即延伸直至轮胎的两个径向内端部边缘，所述胎圈具有基本正交于旋转轴线的圆形延伸部；所述胎圈均旨在与相应的安装轮辋联接。因此，每个侧壁均包括：对应的胎体结构部分；和位于胎体结构部分的轴向外部位置中的由适当的弹性体材料制成的部分(通常称作“侧壁”)。
通常，胎体结构包括至少一个胎体帘布层，所述胎体帘布层的相应的相对端部边缘与相应的环形增强结构相接合，所述环形增强结构通常称作“胎圈芯”并且结合在上文称作胎圈的区域中。在“无内胎”轮胎中，胎体帘布层完全覆盖有一层弹性体材料(优选为丁基的弹性体材料)，该层弹性体材料通常称作“衬里”，所述衬里具有不透空气的优越特性并且从一个胎圈延伸到另一个胎圈。
侧壁的结构也意味着完全包括所谓的“胎肩”，即用于连结胎冠和侧壁的径向内部分的轮胎部分(换言之，两个胎肩对应于轮胎的两个径向和轴向外部圆形“边缘”)。胎肩具有基本正交于旋转轴线的圆形延伸部。
术语“轮胎”意思是组合地或可替代地表示成品轮胎和生轮胎两者，所述成品轮胎是在制造步骤之后的模制和硫化步骤结束时的轮胎，所述生轮胎是已经完成、但其部件还没有模制和硫化的轮胎。
术语轮胎的同源部分意思是表示同一部件的具有相同几何结构的部分。例如，侧壁的轴向外部的不同角部分、胎肩表面在其圆周延伸部中的角部分、衬里的位于在模制和硫化期间由膨胀的囊确定的通道或肋内部的对应部分等等是同源部分。
术语轮胎的部件意思是表示执行功能的任何元件或者其一部分。
术语“低”、“高”、“在...下”和“在...之上”表示元件(例如轮胎部件、轮胎、设备、装置等等)在使用期间相对于地面的位置或者所述元件中的一个相对于另一个元件的位置。
术语关于几何元素(诸如线、平面、表面、方向等等)的“基本平行”意思是表示这些元件形成0°+/-10°、优选地0°+/-5°的角度。
术语轮胎的外表面或内表面分别意思是表示在轮胎与其安装轮辋联接之后保持可见的表面和在所述联接之后不再可见的表面。
术语“光学”、“光”和类似术语指的是所使用的电磁辐射，所述电磁辐射的光谱的至少一部分落在光学波段的扩大区域内、但不必严格落在光学波段(即400nm至700nm)内，例如，光学波段的该扩大区域可以从紫外扩展至红外(例如，波长介于约100nm和约1μm之间)。除非另有说明，术语“光”和“光辐射”可互换使用。
在本申请中，采用了光辐射的光线模型，即，假定入射在表面的一点上并由非点源产生的光辐射(在这种情况下将存在单一光线)对应于入射在该点上且具有使光源的每个点与表面的所述点相连接的直线传播方向的一组光线，其中，这些光线中的每条光线均具有入射在该点上的总光功率的相关联部分。
术语入射在表面的一点处的“定向光辐射”意思是表示存在以该点为顶点并且幅度小于或等于π/8球面度的立体角的光辐射，至少75％的总光功率、优选至少90％的总光功率、更优选整个光功率落入该立体角中。
术语“漫射光辐射”意思是表示非定向光辐射。
术语入射在表面的一点处的“掠射光辐射”意思是表示其中入射在表面的该点上的光辐射的总光功率的至少75％与在每个所述点处与该表面相切的平面形成小于或等于60°的入射角的光辐射。
术语“图像”或等同的“数字图像”意思是通常表示典型地包含在计算机文档中的数据集，其中，空间坐标(每个空间坐标对应于一像素)的有限集(典型地，二维的和矩阵类型的，即N行×M列)中的每个坐标(典型地，二维的)与对应的数值集(其可以代表不同类型的幅值)相关联。例如，在单色图像中(诸如，“灰度级”图像)，这种数值集与有限尺度(典型为256水平或色调)中的单个值一致，该值例如代表在显示时相应空间坐标的亮度(或强度)水平，而在彩色图像中，数值集代表多个颜色或通道的亮度水平，典型为原色(例如，在RGB颜色模型中，原色为红色、绿色和蓝色，而在CMYK颜色模型中，原色为青色、品红色、黄色和黑色)。术语“图像”不必意味着图像的真实显示。
对特定“数字图像”(例如，在轮胎上初始获取的二维数字图像)的每次引述更一般地覆盖能够通过对所述特定数字图像的一种或多种数字处理(例如，滤波、均衡、平滑、二值化、阈值化、形态转换(开孔等等)、导数或积分计算等等)获得的任何数字图像。
术语“二维图像”意思是表示这样的数字图像，所述数字图像的每个像素均具有相关联的一条代表表面的反射率/漫射率和/或颜色的信息，例如由普通数字照相机检测到的图像。
术语“线性表面部分”意思是表示具有比与其垂直的另一尺寸大得多的尺寸的表面部分，典型地大至少两个数量级。线性表面部分的小尺寸典型小于或等于0.1mm。
术语“线性图像”意思是表示像素的列数比行数大得多的数字图像，典型地列数比行数大至少两个数量级。典型地，行数介于1和4之间，列数大于1000。术语“行”和“列”按照惯例使用并且可互换。
生产线包括至少一个工作站，优选包括多个工作站，并且所述生产线插置在用于生产轮胎的设备中，术语生产线中的“周期时间”表示在正常操作条件下正在制造的轮胎穿过工作站的最大传输时间，在所述工作站中构建轮胎本身的部件的至少一部分。例如，周期时间可以介于约20秒和约120秒之间。
同一申请人名下的WO 2015/004587示出了用于检查生产线中的轮胎的方法和相关设备，包括：提供待检查的轮胎；通过作用于轮胎的侧壁的一部分的外接触表面上的压缩力使侧壁的该部分弹性变形，所述压缩力具有轴向方向并且朝向中线平面；照射侧壁的该部分的内表面和/或外表面并检测被照射表面的图像；生成代表检测到的图像的控制信号；和分析控制信号以便检测侧壁的该部分上可能存在的缺陷。
EP 2322899描述了一种用于检测接受检查的轮胎表面上的微小不规则的方法。轮胎的侧壁区域中的表面由第一照射部件发射的红光照射，该第一照射部件相对于该表面的法线成45度方向布置。同时，该表面由来自相对于该法线成-45度方向布置的第二照射部件发射的蓝光照射。被照射表面由线性照相机从法线方向捕获。基于亮度分布的波形来检测形成在轮胎表面上的表面不规则。
US 2011/018999示出了一种用于评估轮胎表面的外观的装置，该装置包括线性彩色照相机，该线性彩色照相机包括用于将由所述轮胎表面反射并进入照相机的光束分成至少两种具有一定波长的原色(R、G、B)的部件，以便将光束引导至能够针对每种原色获得灰度级图像的许多传感器。照射部件的数量等于原色的数量，所述照射部件被定向成以不同的角度照射待评估的表面。每个照射部件发射的彩色光(R、G、B)不同于其他照射部件发射的彩色光，彩色光的波长基本上对应于由照相机选择的原色之一的波长。
在用于生产和构建车辆车轮用轮胎的工艺中，存在对所制造的产品进行质量控制的需要，目的在于避免将有缺陷的轮胎或者任何不符合设计规范的轮胎能够投放到市场和/或渐进地调整所采用的设备和机器，以便改进和优化在生产工艺中所执行的操作的性能。
这种质量控制例如包括由操作人员执行的那些质量控制，所述操作人员花费预定时间(例如，介于30秒和60秒之间)执行轮胎的视觉和触觉检查；如果根据他/她的经验和敏感性，操作人员怀疑轮胎不符合某些质量标准，则轮胎本身要通过更为详细的人工检查和/或通过适当的设备经受进一步的检查，以便更深入地评估可能存在的结构和/或质量缺陷。
在轮胎检查领域中，申请人已经提出了通过光学获取轮胎的内表面和/或外表面的图像(例如数字图像)并且随后对其进行处理以便检测表面上可见的可能存在的缺陷从而最小化操作人员的检查来分析轮胎的内表面和/或外表面的问题。所寻找的缺陷例如能够是轮胎表面上的不规则(未硫化的化合物、形状改变等等)、结构不均匀、切口、裂纹、表面上存在异物等等。
申请人已经观察到，为了能够在轮胎生产设备内“在线”使用检查，需要在缩短的时间内以低成本执行检查。
因此，通过获取和分析轮胎的图像以突出其可能的缺陷来检查轮胎的方法优选地花费一定时间来完成，该时间保持在前述有限的“周期时间”内并且同时在适当低的成本下确保准确验证轮胎本身中存在的缺陷。
申请人已经观察到，尽管上述文献在一些情况下有效地描述了可用于检测轮胎中的特定缺陷的装置，但为了检测多个缺陷，将不得不使用不同装置用于具有特定特征的每个特定缺陷，以便识别该特定缺陷。实际上，通过分析WO 2015/004587、EP 2322899和US2011/018999中所示类型的装置，申请人进一步观察到，与照相机或不同传感器联接的特定类型的照射对于正确检测可能出现在轮胎中的各种缺陷中的特定缺陷或(有限的)多个特定缺陷是优选的。申请人确实已经理解，使用具有相同照射和照相机的相同装置来分析整个轮胎将导致通过图像处理检测某些缺陷以及尤其是一些二维缺陷(即不涉及表面高度的改变的缺陷，例如匹配边缘处的切口)的不足或者非常难以检测不足或者非常难以检测。
然而，提供各自具有不同特征以识别不同缺陷的大量不同装置增加了轮胎生产线中专用于检查它们的部分的复杂性及其成本。此外，提供不同装置需要在分析步骤中朝向轮胎连续运动，而当不同装置处于分析步骤中时需要离开轮胎连续运动。这延长了周期时间，这是因为未使用的装置的平移所花费的所谓“空闲时间”是相当大的，即使需要避免不同装置之间的碰撞或干涉。
发明内容
因此，申请人提出了设计一种用于检查轮胎的方法和装置的问题，所述方法和装置能够获取轮胎表面的图像，特别是该方法和装置用于检测轮胎表面上的多于一种的缺陷，其适用于在生产设备的轮胎生产线内部在线地应用，换句话说，适用于用来获得缩短的操作时间和降低的成本，并且能够提供可靠的结果。
申请人因此认识到，具有限定光学平面并具有至少三个光源的检测系统使得可以根据希望寻找的缺陷的类型和被照射表面的实际构造或者根据是否使用另外的装置(例如用于轮胎变形的推动元件)改变轮胎表面的一部分的照射，以便使图像的获取适应照射条件，所述照射条件例如尤其是用于上述轮胎检查目的的掠射光和漫射光两方面，其中，两个光源布置在光学平面的相对两侧上并且可以相对于第三光源移动。
申请人最终发现，分别提供轮胎的第一表面部分的第一照射和第二表面部分的第二照射的装置和方法使得可以快速检查轮胎，所述表面部分可以大体具有不同的缺陷，从而通过同一装置但是在不同照射条件下经由检测系统获得第一图像和至少一个第二图像。轮胎的第一表面部分的第一照射是在如下的构造中进行的，在所述构造中，第一辐射源“靠近”焦平面，待照射的第一表面位于所述焦平面上或靠近所述焦平面。在此构造中，存在于装置中的第二辐射源和第三辐射源相对于第一辐射源定位成距离焦平面更远。以这种方式，该装置特别紧凑，原因在于靠近待照射的第一表面部分布置的单个源能够特别靠近第一表面部分本身。第二照射将预见第二源和第三源的运动，使得它们位于同一平面上或更靠近第一源的焦平面，以便能够借助于至少第一源以及来自第二源和第三源中的至少一个照射第二表面。
根据第一方面，本发明涉及一种用于检查轮胎的装置。
优选地，提供检测系统，其包括照相机，所述照相机具有穿过照相机的光学平面并限定焦平面。
优选地，提供第一光源、第二光源和第三光源，所述第一光源、第二光源和第三光源分别适于发射第一光辐射、第二光辐射和第三光辐射，以在所述焦平面处或所述焦平面附近照射所述轮胎的表面部分，所述第二光源和所述第三光源相对于所述光学平面布置在相对两侧。
优选地，所述第一光源相对于所述检测系统固定，并且所述第二光源和第三光源适于从第一非作用构造移动到作用构造，在所述非作用构造中，所述第二光源和所述第三光源被控制成不发射所述第二光辐射和第三光辐射，并且所述第二光源和所述第三光源距所述焦平面的距离大于所述第一光源距所述焦平面的距离，在所述作用构造中，所述第二光源和所述第三光源适用于发射所述第二光辐射和所述第三光辐射中的至少一个，并且所述第二光源和所述第三光源距所述焦平面的距离等于或小于所述第一光源距所述焦平面的距离。
优选地，该装置包括驱动和控制单元，该驱动和控制单元适用于启动所述检测系统以分别在所述非作用构造和所述作用构造中获取所述轮胎的第一部分和第二表面部分的第一图像和至少一个第二图像。
根据第二方面，本发明涉及一种用于检查轮胎的套件。
优选地，提供根据第一方面的装置。
优选地，提供推动元件，该推动元件构造成当所述装置的所述第二光源和第三光源处于所述非作用构造时向所述轮胎的待检查表面施加力。
根据第三方面，本发明涉及一种轮胎检查线。
优选地，提供用于轮胎的支撑件。
优选地，提供机器人臂。
优选地，提供根据第一方面的装置，其与所述机器人臂相联接。
根据第四方面，本发明涉及一种用于检查轮胎的方法。
优选地，可以预见提供待检查的轮胎。
优选地，可以预见利用由第一光源发射的第一光辐射照射布置在检测系统的焦平面处或焦平面附近的所述轮胎的第一表面部分。
优选地，可以预见通过所述检测系统获取由所述第一光辐射照射的所述第一表面部分的第一图像。
优选地，可以预见使第二光源和第三光源从第一非作用构造移动到作用构造，在所述非作用构造中，第二光源和第三光源被控制成不发射光辐射，并且所述第二光源和所述第三光源距所述焦平面的距离大于所述第一光源距所述焦平面的距离，在所述作用构造中，所述第二光源和所述第三光源适用于发射第二光辐射和第三光辐射中的至少一个，并且所述第二光源和所述第三光源距所述焦平面的距离等于或小于所述第一光源距所述焦平面的距离。
优选地，可以预见利用所述第一光辐射、所述第二光辐射和所述第三光辐射中的至少一个照射布置在所述焦平面处或所述焦平面附近的所述轮胎的第二表面部分。
优选地，可以预见通过所述检测系统获取所述第二表面部分的对应的至少一个第二图像。
申请人认为，为了通过获取和处理光学图像来检测轮胎表面的多个部分中的缺陷，特别有利的是，制备一种允许根据所寻找的缺陷类型和/或根据寻找该缺陷的轮胎位置进行可变照射的装置和方法。尤其是，特别有利的是，利用同一个装置能够进行需要特定紧凑装置的照射和图像获取，例如以便能够靠近所关注的表面部分，以及能够进行另外的需要多个光辐射的照射和图像获取，所述多个光辐射为例如具有不同特征(例如掠射和漫射)的光辐射，或者为来自空间中的不同点的光辐射，例如来自由检测系统限定的光学平面的两侧的光辐射。这种通过不同光辐射的照射通过使两个光源从非作用构造移动到作用构造来进行，在所述非作用构造中，所述两个光源“远离”待照射的表面部分，所述表面部分位于检测系统的焦平面上或焦平面附近，并且所述两个光源不发射光辐射，而另一光源发射辐射以照射前述表面部分，在所述作用构造中，所述两个光源接近焦平面，以便能够利用来自空间中的不同位置的两个或更多个光辐射照射预先选择的部分。在非作用构造中，该装置特别紧凑并且这适用于例如特别地接近被照射的部分或适用于进入到这样的位置中，在所述位置中，装置能够进行运动的可用空间受到限制，而在作用构造中，可以改变且优化对轮胎表面部分的照射。
非作用构造在利用包括推动元件的套件进行分析的情况中特别有利，所述推动元件适用于使轮胎的表面部分变形，所述表面部分至少部分地包括待照射并以图像的形式被获取的第一表面部分。所寻找的缺陷例如可以是轮胎表面上的不规则(未硫化的化合物、形状改变等等)、结构不均匀、表面上存在异物。在结构不均匀缺陷中，所谓的“胎体蠕变”特别关键，其是罕见的、但可能非常危险的缺陷，其产生在轮胎的具有不同化学物理特性的两个部分(例如不同的化合物)之间的界面区域中。
这些缺陷呈小切口的形式，所述小切口典型地纵向延伸，即它们遵循轮胎的圆形延伸部，其特征在于完美匹配边缘，在所述边缘之间不存在材料的去除或不足，这是使得它们特别难以被识别的特征。同时还可能涉及轮胎的靠近其外表面布置的结构。
通过使待检查轮胎的第一区域适当变形，可以减小轮胎的与前一表面部分相邻的表面部分的外曲率半径，由此更加突出可能的缺陷，特别是在侧壁处延伸的缺陷，以及胎肩上的其它切口或孔洞，原因在于正常外凸面的突出倾向于“打开”这些缺陷的边缘或周边，从而使得它们在随后的图像处理中更容易被识别。
因此，检测到的该充分压缩的第一表面部分的图像具有高质量和/或包含数量和质量方面的信息，例如以允许后续自动处理所述信息以便检测可能存在的缺陷，从而使得为此目的使用的用于自动检测缺陷的算法非常有效。
为了正确识别这种类型的缺陷，这种类型的缺陷需要相对较高功率并靠近轮胎的变形部分的照射，即需要该装置定位成非常靠近推动元件，否则一旦距发生变形的区域达到一距离，由推动元件打开的切口便“闭合”。处于非作用构造中的装置具有这种闭合所需的紧凑性。
此外，缩短了用于利用本发明的装置和方法检查轮胎的周期时间，原因在于利用同一个装置可以寻找不同的缺陷，无需使一个装置移动离开而使另一个装置移动靠近，从而在一次作用和另一次作用之间产生“空闲时间”。
此外，申请人认为，使用本发明制造轮胎生产线降低了与轮胎检查有关的成本，这是因为由于能够通过同一装置进行不同的分析，与机器人臂相关联的根据第一方面的装置的使用限制了用于检查轮胎中的缺陷的装置的总数量。因此降低了生产线的总成本。
在上述方面中的至少一个方面中，本发明还可以具有下文所述的优选特征中的一个或多个。
优选地，来自所述第一图像和所述至少一个第二图像中的至少一者是二维图像。
申请人已经观察到，在“三维”图像中(即，其每个像素均与关于表面的高度的信息相关联，例如用激光三角测量法获得的图像)，某些二维缺陷(即，不涉及表面的高度改变的缺陷，例如具有匹配边缘的切口)难以通过图像处理检测到或者实际上不可检测到。此外，三维图像的维度分辨率，特别是在高度方向上的维度分辨率有时不足够高以便检测不太明显的缺陷。因此，申请人已经得出，检测和分析“二维”图像(作为三维图像的附加方案或替代方案)是有利的。
优选地，所述照相机是线性照相机。
线性照相机允许获取二维且线性的图像，即具有“有限”数量的像素，从而有助于其处理。
优选地，所述照相机是彩色照相机。
彩色照相机使得可以获取取决于撞击所分析的轮胎的表面部分的光辐射类型的信息，并因而可以允许进行特定处理以识别缺陷。
有利地，在所述作用构造中，所述第二光源和所述第三光源相对于所述第一光源对称地布置。
布置在检测系统的光学平面的两侧处的光源对称性允许容易地比较通过利用第二和/或第三光辐射照射第二表面部分获得的不同类型的照射获得的图像。
优选地，所述第一光源相对于所述光学平面对称地布置。
优选地，所述第一光源包括第一子源和第二子源，所述第一子源和所述第二子源布置在所述光学平面的相对两侧。如上所述，光源相对于光学平面的对称性是优选的，并且优选地还通过包括位于光学平面的两侧的两个子源的第一源的布置来维持这种对称性。
优选地，所述第一光源适用于利用漫射光辐射照射所述第一表面部分或所述第二表面部分。
优选地，所述第二光源和第三光源适用于利用掠射光辐射照射所述第二表面部分。提供在所述第一表面部分或第二表面部分上发射具有不同特征的光辐射的光源能够使得可以针对基本相同的表面获得均由具有不同特征的不同辐射照射而获取的图像，所述不同辐射“突出”了被照射的表面部分的某些不同特征，从而允许利用适当的算法相互比较图像并且更容易地识别缺陷(如果存在的话)。
优选地，所述第二光源或所述第三光源包括单个子源。更优选地，所述第二光源和所述第三光源均包括单个子源。
优选地，所述第一光源或所述第二光源或所述第三光源限定主延伸方向。更优选地，所述第一光源、所述第二光源和所述第三光源均限定主方向。甚至更优选地，第一光源的主方向基本平行于第二光源和第三光源的主方向。以这种方式，优化了透镜线(lensline)的照射和光源组的总体积。
优选地，所述光源和/或子光源的沿主延伸方向的尺寸等于垂直于所述主延伸方向的尺寸的至少两倍，更优选大至少一个数量级。
优选地，所述光源和/或子光源中的每一个沿所述主延伸方向的尺寸小于或等于约20cm，更优选地小于或等于约15cm。
优选地，所述光源和/或子光源中的每一个沿所述主延伸方向的尺寸大于或等于约5cm。
优选地，所述光源和/或子光源中的每一个均具有与所述主延伸方向垂直的尺寸，该尺寸小于或等于约3cm，更优选地小于或等于约2cm。
在线性照相机的情况下，前述尺寸允许光源和/或子光源被有效地构造成透镜线，并且允许体积减小。
优选地，所述相应的光源和/或子光源在结构和/或尺寸上彼此相同。这样，光源组在结构、操作和维护方面得到简化。
优选地，所述相应的光源和/或子光源具有沿主延伸方向的直线延伸部。以这种方式，有助于减小体积，同时仍保持高效照射。
有利的是，所述主延伸方向基本平行于光学平面。以这种方式，获得待检查的表面部分的图像的最佳照射和获取，从而在任何情况下保持装置的总尺寸的紧凑性。
优选地，所述第一光源或所述第二光源或所述第三光源包括一个或多个发光二极管(LED)。更优选地，所述第一光源或所述第二光源或所述第三光源包括数量大于或等于6的多个发光二极管。
LED确保高效率并且因此确保相对于其他光辐射源相对节能，并且这种高效率对于低发热量也是有利的。
有利地，这些LED也具有较高的操作时间：它们与其它光源相比不是那么精细易坏，并且在任何情况下，每个光源都不包括单个二极管，因此光源中包含的LED的一部分出现故障是允许的，这对于不同类型的光辐射源来说是不可能的。LED最终有利地确保快速开启和关掉。
优选地，所述驱动和控制单元构造成在所述非作用构造中以一定频率开启和关掉所述第一光源。
优选地，所述驱动和控制单元构造成在所述非作用构造中启动所述检测系统以便与第一光源的开启同步地获取所述第一图像。
优选地，所述驱动和控制单元构造成在所述作用构造中交替地开启和关掉所述第一光源、所述第二光源和所述第三光源中的至少一个。
优选地，所述驱动和控制单元构造成在所述作用构造中启动所述检测系统以便与上述开启动作同步地获取所述至少一个第二图像。
驱动和控制单元优选地控制一个或多个光源和检测系统两者，以便针对轮胎的每个待检测表面部分(例如第一部分和第二部分)获得该部分本身的一个或多个图像(优选二维图像)。关于第一表面部分，来自第一光源的辐射优选以一定频率发射，以限制由第一光源发射的功率并因此还限制散热量，在所述第一表面部分中通过第一光源进行照射。在照射第一表面部分时，即当第一光源发射辐射时，获取被照射的第一表面部分的图像(称为第一图像)。为此，在开启第一光源和由照相机获取第一图像之间因而获得时间同步。
关于轮胎的第二部分，为了检测其缺陷，针对每个第二部分，优选地通过检测系统获取至少两个图像。这两个不同的图像通过利用第一光源以及来自第二光源与第三光源中的一个交替地照射第二部分获得。这允许在不同的照射条件(例如，掠射和漫射)下比较同一表面部分的不同图像，以便检测其缺陷。因此，获得至少两个不同的图像，即通过利用第一光源照射获取的图像和通过利用第二光源或利用第三光源照射获取的图像，以便具有在不同的照射条件下的至少两个可用图像。
更优选地，在所述作用构造中，所述驱动和控制单元适用于控制所述检测系统以便获取三个不同的图像，每个图像对应于来自所述第一光源、所述第二光源和所述第三光源中的不同光源的开启。
通过在不同照射条件下即中央照射以及从光学平面的相对两侧照射获得三个图像允许对所述三个图像进行优化处理以检测缺陷。
优选地，该装置包括第一支撑件、第二支撑件和第三支撑件，所述第二支撑件和第三支撑件被铰接到所述第一支撑件，所述第二光源和所述第三光源分别被使得固定到所述第二支撑件和第三支撑件。优选地通过致动第一铰链和第二铰链来进行第二光源和第三光源的运动，该第一铰链和第二铰链存在于第一支撑件与第二支撑件和第三支撑件之间，所述第一支撑件固定地连接至检测系统，第一光源也有利地固定至所述检测系统，所述第二支撑件和所述第三支撑件可分别相对于第一支撑件移动。
优选地，所述照相机固定地连接到所述第一支撑件。更优选地，所述照相机安装在第一支撑件上。
优选地，所述驱动和控制单元固定地连接到所述照相机。考虑到光源被交替启动的优选高频率，申请人认为通过将驱动和控制单元定位成基本“靠近”光源和照相机，可以使控制信号的延迟最小化。
更优选地，所述第二光源或所述第三光源通过导热膏分别固定到所述第二支撑件或所述第三支撑件。甚至更优选地，所述第二光源和所述第三光源通过导热膏分别固定到所述第二支撑件和所述第三支撑件。
更优选地，所述第一光源通过导热膏固定到所述第一支撑件。
更优选地，所述第一支撑件或所述第二支撑件或所述第三支撑件至少部分地由铝制成。甚至更优选地，第一支撑件、第二支撑件和第三支撑件至少部分地由铝制成。
更优选地，所述第一支撑件或所述第二支撑件或所述第三支撑件包括散热翅片配置。考虑到在轮胎中为了检测表面上的缺陷，通常需要照射阴影或底切表面部分并且在任何情况下阴影或底切表面部分的颜色通常是黑色的，光源需要产生大量的光，这带来负面影响，即产生相对高温的热量。由于这个原因，优选地至少一个光源并且优选所有光源包括支撑件。有利地，由于铝的轻质和导热性，每个支撑件由铝制成，并且优选地包括用于冷却的翅片配置。此外，为了使传热最大化，还使用导热膏(典型用于芯片中)来在装置中任何两个接触表面之间获得具有大的热交换的区域。
优选地，由所述焦平面与连接所述光学平面和所述焦平面之间的相交线以及所述第二光源或所述第三光源的点的平面形成的角度大于或等于约55°。以这种方式，照射第二表面部分的每个点的辐射基本上是掠射。
优选地，所述第一光源或所述第二光源或所述第三光源包括会聚透镜，所述会聚透镜适用于使所述第一光辐射或所述第二光辐射或所述第三光辐射的发射场角度变窄至介于约10°和约50°之间的值。更优选地，所述第一光源、所述第二光源和所述第三光源中的每一个均包括会聚透镜，所述会聚透镜适用于使所述第一光辐射、所述第二光辐射和所述第三光辐射的发射场角度变窄至介于约20°与约30°之间的值。
对光源的光发射角的选择影响最终光强度的结果。对于LED的相同有效强度，发射角越大，所发射的辐射在表面部分上分布得越好，但另一方面，光强度越差。由于光源相对靠近待检查和照射的表面部分，因此申请人认为使用一个(或多个)透镜是有利的，所述透镜为了集中光辐射束而被适当地设计，以便显著增加其在待照射的表面部分中的光强度。介于约20°和约30°之间的发射角允许在待照射的轮胎的表面部分中获得在均匀辐射和足够强度之间的最佳折衷。
有利地，所述第二光源和所述第三光源在所述作用构造中共面并且限定基本平行于焦平面的平面。
更优选地，在所述作用构造中，平行于所述焦平面并且穿过所述第一光源的平面与平行于所述焦平面并且穿过所述第二光源和所述第三光源的平面之间的距离介于约0mm和约50mm之间。
以这种方式，获得了待照射的表面部分的最佳照射，优选利用漫射光和掠射光。
优选地，所述推动元件适用于根据待检查的轮胎的选定类型对所述轮胎施加变形。
并非所有轮胎都具有相同的尺寸和柔性特征。因此，由推动元件施加的变形优选地与待检查的轮胎的类型并因此与轮胎的特征相关。当知道轮胎的类型时，设定待施加的推力。
优选地，待检查的所述表面至少部分地包括所述第一表面部分。
轮胎表面部分的变形突出了诸如切口的缺陷，否则这样的缺陷通常是不可见的。因此优选的是对也变形的第一表面部分进行照射，即对形成待检查的表面的一部分的第一表面部分进行照射。
优选地，所述第一光源与所述推动元件之间的距离介于约20mm和约60mm之间。
为了使变形表面中的缺陷可视化，由于缺陷在变形越大的地方越可见，因此优选地尽可能地靠近变形表面和推动元件。优选地，优化距离介于约25mm和约45mm之间。
优选地，所述推动元件适用于在待检查的所述表面上施加基本恒定的力。
优选地，所述推动元件适用于在待检查的所述表面上施加基本恒定的变形。
优选地，生产线包括旋转系统，该旋转系统适用于将所述轮胎和所述机器人臂设置成相对于彼此相对旋转，以便修改所述轮胎的所述第一表面部分和所述第二表面部分相对于所述机器人臂的角位置。更优选地，所述轮胎被设置成相对于所述机器人臂旋转。
轮胎和机器人臂之间的相对旋转允许对轮胎本身进行360°检查。
有利地，为了简单起见，使轮胎旋转而不是使检测系统旋转：检测系统的旋转确实可能会损坏检测系统，或者可能由于由连续运动引起的振动而导致不准确的图像获取。
优选地，可以预见推动元件构造成当所述装置的所述第二光源和第三光源处于所述非作用构造时向所述轮胎的待检查表面施加力。
优选地，所述驱动和控制单元构造成控制所述检测系统以在由所述旋转系统执行所述轮胎的360°旋转期间以预定时间间隔获取多个所述第一图像或所述第二图像。
以这种方式，轮胎整体上被控制。
有利的是，所述推动元件适用于向形成所述轮胎的胎肩或侧壁的一部分的表面施加力。
申请人已经发现，通过压缩最突出的缺陷一般存在于轮胎的胎肩或侧壁处，并且因此有利地，推动元件的压力或推力施加在这两个区域中的一个或两个中。
优选地，可以预见处理所述第一图像或所述至少一个第二图像，以便检测所述轮胎的所述第一表面部分或第二表面部分中的可能缺陷。
优选地，可以预见将所述第二光源和所述第三光源布置在由所述检测系统限定的光学平面的相对两侧。
优选地，所述第一表面部分是所述轮胎的侧壁或胎肩的外表面部分。
该侧壁或胎肩区域中的缺陷需要“近景”照射，并且因此处于非作用构造中的装置、即紧凑的装置是优选的。
优选地，所述第二表面部分是所述轮胎的胎圈的表面部分。
胎圈中的缺陷的检测特别复杂。因此，通过使用处于作用构造中的装置来使用多个不同照射，在所述作用构造中第一光源、第二光源和第三光源适用于照射第二表面部分。
优选地，可以预见在照射所述轮胎的所述第一部分与照射所述轮胎的所述第二部分之间，使所述检测系统从第一操作位置平移或旋转到第二操作位置。
轮胎的第一表面部分和第二表面部分至少部分地彼此不同，并且因此该装置的运动是优选的，以便在照射第一表面部分之后进入轮胎的第二表面部分的最佳照射位置。
优选地，可以预见通过以预定间隔开启和关掉所述第一光源来利用所述第一光辐射照射所述第一表面部分；并且同步所述检测系统以便与所述第一光源的开启同步地获取所述第一图像。
优选地，可以预见通过对应地以预定间隔开启和关掉所述第一光源、所述第二光源和所述第三光源中的至少一个来利用所述第一光辐射、所述第二光辐射和所述第三光辐射中的至少一个照射所述第二表面部分；并且同步所述检测系统以便与所述第一光源、所述第二光源和所述第三光源中的至少一个的所述开启同步地获取所述至少一个第二图像。
优选地，照射所述第二表面部分包括：利用所述第一光辐射照射所述第二表面部分；在与所述第一光辐射照射所述第二表面部分不同的时间利用所述第二光辐射照射所述第二表面部分；以及在与所述第一光辐射照射所述第二表面部分和所述第二光辐射照射所述第二表面部分不同的时间利用所述第三光辐射照射所述第二表面部分。
优选地，利用来自第一光源、第二光源和第三光源的至少两种不同类型的光辐射、甚至更优选地三种不同类型的光辐射照射第二表面部分。这允许比较三个不同的图像并且用适当的算法对其进行处理，以便突出第二表面部分中的可能缺陷。
更优选地，获取所述第二图像包括：当所述第一光辐射照射所述第二部分时获取待处理的第一图像；当所述第二光辐射照射所述第二部分时获取待处理的第二图像；以及当所述第三光辐射照射所述第二部分时获取待处理的第三图像。
因此获取第二部分的所述至少一个第二图像有利地包括获取该第二部分的三个不同的待处理图像。因此有利地处理这三个待处理的图像，以识别缺陷，其中两个图像优选地处于掠射光中，另一个图像处于漫射光中。优选地，每个图像在开启不同的光源时获取。
甚至更优选地，待处理的所述第一图像、待处理的所述第二图像和待处理的所述第三图像由彼此毗连或部分重叠的一系列线性表面部分的相应多个第一线性图像、第二线性图像和第三线性图像组成，所述第一线性图像、第二线性图像和第三线性图像分别在由所述第一光辐射、第二光辐射和第三光辐射以交替顺序照射的所述一系列线性部分的每个线性部分上获取。
有利地，待处理的所述第一图像、所述第二图像或所述第三图像是数字图像。更优选地，它们是由像素矩阵形成的图像。甚至更优选地，它们是线性图像。
优选地，所述第一图像由彼此毗连或部分重叠的一系列线性表面部分的相应多个第四线性图像组成，所述第四线性图像分别在由第一光辐射照射的所述一系列线性部分的每个线性部分上获取。
一种用于获取图像的检测系统例如是线性照相机，所述线性照相机限定透镜线，透镜平面在焦平面上相交，在照射时所述第一表面部分或第二表面部分优选布置在所述焦平面中或所述焦平面附近。因此，线性部分优选地是能够在时间上连续地靠近所述透镜线获得的表面部分。例如，可以通过使轮胎绕其旋转轴线旋转或者通过使检测系统和光源围绕轮胎旋转来获得这样的一系列线性部分。优选地，完成至少一圈360°完整旋转。
优选地，通过比较在诸如通过第一光辐射、第二光辐射和第三光辐射的不同照射条件下通过检测系统获取的图像来识别在轮胎的第二表面部分中查找到的缺陷类型，使得缺陷可以例如通过在一个图像中相对于另一个图像可检测的特征“相减”来检测。
有利地，可以预见相对于所述第二光源和所述第三光源的开启，在不同的时间开启所述第一光源。
以这种方式，所获取的第二表面部分的待处理的每个图像均与单个预定照射相关。
优选地，可以预见比较轮胎的基本同一第二表面部分的待处理的所述第一图像、待处理的第二图像和待处理的第三图像，以便检测所述第二表面部分中的缺陷。
所获取的待处理的三个不同图像均带有不同类型的照射。这允许比较三个不同图像和用适当的算法对其进行处理，以突出第二表面部分中的可能缺陷。
优选地，可以预见使所述轮胎围绕其旋转轴线旋转，并且在所述轮胎的多个角位置中照射所述轮胎的表面部分，以便获得处于不同角位置中的多个第一图像和第二图像，针对所述轮胎的每个角位置获得第一图像和至少一个第二图像。
优选地，利用第一光辐射照射包括利用第一漫射光辐射照射所述第一表面部分。
优选地，利用第二光辐射或第三光辐射照射包括利用第二光辐射或第三掠射光辐射照射所述第二表面部分。
第一光源优选地发射辐射到第一表面部分或第二表面部分上，该辐射在第一表面部分或第二表面部分的水平处是漫射的，而第二光源或第三光源发射辐射到第二表面部分上，该辐射在第二表面部分的水平处是掠射的。通过压缩变形的第一表面部分优选地仅需要漫射光来识别缺陷，而第二部分优选地需要具有两种不同类型的辐射(即掠射和漫射)的照射，以便针对同一第二表面部分获得至少两个图像，每个图像都具有不同的照射，所述两个图像可以相互比较以识别第二表面部分上的缺陷。
优选地，可以预见在照射所述轮胎的所述第一表面部分之前，通过压缩力使所述轮胎的待检查表面弹性变形，所述待检查表面至少部分地包括所述第一表面部分。
附图说明
从根据本发明的用于检查轮胎的方法和装置的一些示例性但非排他的实施例的详细描述中，其他特征和优点将变得更加清楚。这样的描述将在下文中参照附图陈述，这些附图的提供仅用于指示，因此并非限制目的，其中：
图1a示出了根据本发明的处于作用构造中的用于检查轮胎的装置的透视图；
图1b示出了处于非作用构造中的图1a的用于检查轮胎的装置的透视图；
图2示出了处于作用构造中的图1a的装置的俯视图；
图3示出了处于作用构造中的图1a的装置的正视图；
图4示出了处于作用构造中的图1a的装置的细节的示意性局部透视图；
图5示出了处于作用构造中的图1a的装置的细节的示意性局部侧视图；
图6示出了处于非作用构造中的图1b的装置的细节的示意性局部侧视图；
图7示出了图1a或图1b的装置的细节的示意性侧视截面图；
图8示出了用于检查轮胎生产线中的轮胎的设备的部分截面和部分功能块形式的示意性局部透视图；
图9示出了根据本发明的用于检查轮胎的套件的示意性局部透视图；
图10示出了处于不同操作步骤中的图9的套件；
图11示出了图8的设备，其中根据本发明的装置处于图1a的作用构造中；和
图12示出了图11的装置的俯视图。
具体实施方式
参考附图，附图标记10整体上表示根据本发明的用于检查轮胎200的装置。
优选地，首先参照图1a、图1b和图4，装置10包括检测系统104，该检测系统包括照相机105。优选地，照相机105是线性照相机，其具有位于穿过线性照相机的光学平面107上的透镜线106(在图4中可见)。本发明还考虑替代例子，其中照相机为不同类型，例如区域照相机。在这种例子中，所照射和获取的表面部分也是区域类型。此外，照相机105限定焦平面121，在所述焦平面中，轮胎表面的待照射部分被聚焦在该焦平面上。优选地，光学平面107和焦平面121彼此垂直(在图4、图5和图6中可见)。
装置10还包括适于分别发射第一光辐射、第二光辐射和第三光辐射的第一光源110、第二光源108和第三光源109，以照射所述轮胎200的与透镜线106重合(例如当表面部分是平面的时)或靠近透镜线(由于轮胎表面的曲线形状)的线性表面部分202(在图4中可见)，如图4和图8所示。
检测系统通过照相机105适用于获取由第一光辐射、第二光辐射和第三光辐射中的至少一个照射的线性表面部分202的相应二维数字图像。
优选地，第二光源108和第三光源109分别由单个相应的子源111和112构成，这两个子源相对于光学平面107对称地定位。优选地，两个子源111和112分别位于相对于光学平面的相对两侧上并与该光学平面相距相等的距离。
优选地，第一光源110由分布在光学平面107的两侧并相对于该平面对称的两个相应的子源113构成。
每个子源111-113均具有相应的主延伸方向(作为例子，在图4中以虚线114示出)，所述主延伸方向优选地基本平行于光学平面107并因此平行于透镜线106延伸。
作为示例，子源沿主延伸方向114的尺寸等于约6cm，并且子源具有等于约2.5cm的垂直于前述主延伸方向114的直径。
每个子源典型包括沿主延伸方向114排列布置的多个LED源169。作为示例，如图7中可见，每个子源111-113均包括位于每个LED灯169上方的会聚透镜170，所述会聚透镜适用于将由LED灯发射的光束会聚约30°。因此，由每个LED灯169发射的光束优选地被限制在等于约20°的角度内。
每个光源108、109、110还包括优选由铝制成的支撑件，LED 169固定在该支撑件上。附图中的支撑件全部用168表示(参见图1a、图1b、图2和图3)。优选地，LED 169通过导热膏(在图中不可见)固定至相应的支撑件168。有利的是，每个支撑件168还包括位于不与LED接触的外表面中的用于散热的翅片配置167，在图1a中可见。
第一光源110的第一和第二子源113位于基本垂直于第一光源110的主延伸方向114并且彼此基本平行布置的两个板11、12之间。在沿着光的发射方向在第一光源的上游延伸的两个板11、12之间还设置有线性照相机105。
第三板13和第四板14铰接到这两个板11、12，使得由此限定的相应旋转轴线基本平行于第一光源110或第二光源108或第三光源109的主方向。第二光源108固定地连接到第三板13，而第三光源109固定地连接到第四板14。
第三板13和第四板14分别通过第一气动活塞15和第二气动活塞16旋转运动。每个气动活塞15、16的一端连接到待移动的板，而另一端连接到第一光源110和照相机105，即连接到第一板11或第二板12。
板13、14通过活塞的运动意味着装置10可以被带入诸如图1a、图2和图3所示的作用构造或者诸如图1b所示的非作用构造，在所述作用构造中，第二光源108和第三光源109被“向前”带，即它们相对于第一光源110更远离照相机105并且更靠近待照射的轮胎表面200，即相对于第一光源110更靠近焦平面121(如下文详细描述的那样)；在所述非作用构造中，第二光源108和第三光源109定位成更远离焦平面121并且被基本平行于光学平面107折叠以使装置10在垂直于光学平面107的方向上给定的体积最小化。
优选地，在作用构造中，如从图3可以更清楚地看到的那样，第一光源110、第二光源108和第三光源109的子源111-113布置成使得对于它们在垂直于光学平面107的视图中的整个延伸，它们位于垂直于透镜线106的两个平面之间。换句话说，光源108、109和110的关于主延伸方向114的所有第一端和第二端都位于垂直于透镜线106的相应平面上。
优选地，装置10包括驱动和控制单元140，该驱动和控制单元140构造成选择性地启动所述第一光源110、第二光源108和第三光源109中的一个或多个，并且启动线性照相机105以获取线性表面部分的相应二维数字图像(彩色或单色)，优选与所述第一光源110、第二光源108和第三光源109中的一个或多个的启动同步。
优选地，驱动和控制单元140被固定到第一光源110和照相机105的支撑板11、12，以便在没有等待时间的情况下发送关于光源108、109、110的控制的信号。此外，优选地，驱动和控制单元140适用于控制第二光源108和第三光源109在处于非作用构造时不发射任何辐射而在处于作用构造时发射光辐射。
优选地，处理单元180(在图8中作为功能块示意性可见)适用于控制活塞15、16以便移动第二光源108和第三光源109。
此外，为了更大地散热，驱动和控制单元140还包括翅片配置166(在图1a和图1b中可见)。
现在参照图4、图5和图6，子光源111-113参照它们各自的发射表面示意性地示出(作为示例，在图中具有半圆柱形形状并因此具有半圆形截面)，发射表面例如可以与透明保护玻璃片和/或漫射器一致。
在图4和图5中，装置10示出为处于作用构造中。
在该构造中，优选地，第一光源110的每个子源113距光学平面107的距离小于所述第二光源108和第三光源109的每个子源111、112与光学平面107之间的距离。
有利的是，在作用构造中，第一光源110的子源113与焦平面121之间的距离d1大于第二或第三光源距焦平面121的距离d2或d3。更优选地，d1比d2和d3都大。优选地，d2＝d3。
更优选地，第一光源110的两个子源113共面并且限定基本平行于焦平面121的平面P1，该平面距焦平面的距离为d1。平面P1可以被限定为穿过两个子源113的距焦平面121最小距离的点的平面(如图5所示)或者被限定为穿过两个子源113的中线的平面。
优选地，第二和第三光源108、109的子源111和112也共面，从而限定基本平行于焦平面121的平面P2，该平面距焦平面的距离为d2。如平面P1一样，平面P2可以被限定为穿过两个子源111和112的距焦平面121最小距离的点的平面(如图5所示)或者被限定为穿过两个子源111-112的中线的平面。
例如，在作用构造中，距离d1等于约77mm。
作为示例，距离d1-d2＝d1-d3等于约32mm(77mm-45mm)。
作为示例，对于透镜线106的每个点P(作为示例，在图5的末端处指示)，以点P为顶点(在图5中参照子源113示出)且位于垂直于透镜线的平面中并且由每个子源对向的相应角度126等于约50°。
作为示例，取焦平面121垂直于光学平面107并穿过透镜线106，在焦平面与穿过透镜线以及第二光源108和第三光源109(分别是子源111和112)各自的所有点的平面之间形成的所有角度中的相应最大角度122和123大于或等于约55°。
优选地，第一光源110适用于利用漫射光照射透镜线106。
作为示例，以透镜线106的每个点P为顶点且位于垂直于透镜线的平面中并且由第一光源对向的相应角度126等于约50°。以这种方式，获得漫射光的立体广角。
优选地，第二和第三光源108、109适用于利用掠射光照射透镜线106。
在图6的非作用构造中，第二和第三光源108、109定位成使得它们中的一个(更优选这两个源都)距焦平面121的距离d2和d3大于第一光源110的子源113与焦平面121之间的距离d1。优选地，两个子源113与焦平面121之间的距离d1相等，换句话说，在该构造中子源113优选地形成基本平行于焦平面121的平面P1。
优选地，在非作用构造中，距离d1等于约77mm。
装置10的操作如下。在轮胎的径向外表面中选择待检查的第一表面部分(总是用202表示)。优选地但非排他地，该部分属于轮胎200的胎肩或侧壁。在图1b和图6的非作用构造中，驱动和控制单元140控制第二和第三光源108、109以不发射任何辐射。装置10特别紧凑以便将光源108和109定位成基本平行于光学平面107。此外，驱动和控制单元140控制第一光源110在轮胎200的第一表面部分202上发射漫射辐射，例如以预定频率发射。这种频闪频率例如等于0.1ms。此外，驱动和控制单元140控制照相机105以与第一光源的照射同步地获取由第一光源照射的第一表面部分的图像。因此，每当开启利用漫射光照射该部分的第一光源110时，由照相机105获取被照射的轮胎200的第一表面部分的图像。
此外，选择待检查的轮胎200的外表面的第二部分。优选地但非必须地，该第二部分属于轮胎200的胎圈。处理单元180控制活塞15、16以便使第二光源108和第三光源109处于图1a、图4和图5的作用构造中。此外，驱动和控制单元140控制第一光源110、第二光源108和第三光源109在轮胎200的第二表面部分202上发射辐射。优选地，第一源110在第二表面部分上发射漫射辐射，而第二光源108和第三光源109二者发射掠射辐射，但是该掠射辐射来自相对于光学平面107的相对两个半空间。优选地，所有三个光源发射光辐射以照射轮胎的第二表面部分，例如以预定频率发射。这种频闪频率例如等于0.1ms。优选地，交替地开启这三个光源，即在给定的时间段内仅第一或第二或第三光源照射轮胎的第二表面部分。驱动和控制单元140优选地还控制照相机105以便与第一或第二或第三光源的照射同步地获取由第一或第二或第三光源照射的第二表面部分的图像。因此，有利的是，每当利用漫射光照射第二部分的第一光源110开启时，照相机105获取被照射的轮胎200的第二表面部分的图像，每当从光学平面107的一侧利用掠射光照射第二部分的第二光源108开启时，照相机获取被照射的轮胎200的第二表面部分的图像，以及每当从光学平面107的另一侧利用掠射光照射第二部分的第三光源109开启时，照相机获取被照射的轮胎200的第二表面部分的图像。以这种方式，有利地，对于每个第二表面部分，获取三个不同的待处理图像，其中利用具有不同特征的辐射照射同一部分。
优选地，前述处理单元180(例如远离装置10)还构造成接收由线性照相机105获取的图像并且处理它们以便检查不同的表面部分。
优选地，处理单元180适用于处理利用掠射光获得的第二图像和第三图像，对它们进行相互比较以便获得关于表面部分的高度轮廓的信息。优选地，待处理的第二图像与第三图像之间的比较包括计算差值图像，在所述差值图像中，每个像素均与代表与待处理的第二图像和第三图像中的对应像素相关联的值之间的差的值相关联。
优选地，在对待处理的第二图像和第三图像进行相互比较之前，可以预见对其相互均衡化，例如均衡化其全局或局部的平均亮度。
优选地，处理单元180通过使用从待处理的第二和第三图像之间的前述比较中获得的信息来处理用漫射光获得的待处理的第一图像，以检测第二表面部分上可能存在的缺陷。
优选地，如现在图9和图10所示，装置10与推动元件310相关联以形成用于检查轮胎200的套件300。套件300包括推动元件310，该推动元件构造成通过物理接触将压缩力施加在属于轮胎200的侧壁204的一部分的外接触表面上，以便使侧壁的一部分弹性变形。在优选构造中，作为示例，如图9和图10所示，压缩力F(由图9和图10中的竖直箭头表示)沿着轮胎200的旋转轴线201指向。然而，根据申请人，本发明涵盖其中压缩力F具有至少一个平行于旋转轴线的分量的例子。
优选地，推动元件310包括压缩构件311和适用于沿着压缩力的方向移动压缩构件的致动器构件312。作为示例，致动器构件312可以是气动缸或可替代地可以是电动马达。更优选地，压缩构件311包括压缩辊。
优选地，压缩辊的轴线117总是坐落在穿过轮胎的轴线并且沿着经受变形的侧壁的部分的径向方向的平面(例如图9和图10的平面)上。优选地，压缩辊的轴线117在没有力的情况下(换句话说在休止位置中)垂直于轮胎的轴线。在操作中，压缩辊的轴线可以从与轮胎的轴线垂直的这种状态(例如如图9所示)偏移例如0°至30°的范围。
优选地，推动元件310包括径向移动构件(未示出，例如另一气动活塞和包括引导件和滑块的用以引导径向移动的系统)，所述径向移动构件适用于使压缩构件和致动器构件作为一个单元沿着轮胎的径向方向移动。
优选地，推动元件310适用于使轮胎200的侧壁204的一部分弹性变形，从而将压缩力F施加在属于侧壁的部分的外接触表面上，从而将上述压缩辊按压在外接触表面上。沿着轮胎的旋转轴线施加在外接触表面上的力或运动被预先确定并且取决于待检查的轮胎的类型。根据类型和型号，轮胎200可以具有不同的弹性和可变形性，并且因此由推动元件310施加的力或变形优选地取决于待检查的轮胎200的类型。
优选地，当与推动元件310一起操作时，装置10处于图1b的非作用构造中，以便能够靠近推动元件310以照射和获取由推动元件310而变形的轮胎200的第一表面部分的图像。优选地，推动元件310与装置10之间、特别是压缩辊111与装置之间的距离介于约20mm和约60mm之间。
优选地，轮胎200的侧壁的整个剩余部分保持不变形。作为示例，压缩力使得侧壁的部分变形，使得在不存在力的位置和变形位置之间的最大偏移量(取在侧壁的所述部分的所有点中最大的)等于约20mm，所述偏移量沿着压缩力的方向取。
装置10或套件300一般使用在根据本发明的用于检查轮胎生产线中的轮胎的设备内，所述设备整体用1表示并在图8中示出。
设备1包括适用于将轮胎200支撑在侧壁上并且适用于使轮胎绕其自身的旋转轴线201旋转的支撑件102，所述支撑件典型地根据竖线Z布置。支撑件102典型地由移动构件致动，由于移动构件可以例如为已知类型，所以未进一步描述和示出。
典型地，该设备包括机器人臂220，装置10安装在所述机器人臂上，并且特别地，装置10包括用于与机器人臂220联接的附接构件19(参见图1a、图1b)。
连接到装置10的处理单元180典型构造成还控制支撑件102的移动构件。以这种方式，在线性照相机105的透镜线处存在一系列线性表面部分，所述照相机可以保持固定。
优选地，该设备包括：用于检测支撑件的角位置的编码器(未示出)；驱动和控制单元140，其构造成启动所述第一光源110、第二光源108以及优选地第三光源109并且根据由编码器发送的支撑件的角位置的信号控制检测系统。
装置10、套件300和设备1的操作如下。
轮胎200被搁置在支撑件102上。然后选择希望检查的轮胎200的外表面的第一部分。根据轮胎200的选定表面部分的位置，装置10与推动元件310(图9和图10)一起被致动或独立于推动元件自主地致动(图11和图12)。在径向外表面部分属于轮胎200的侧壁或胎肩的情况下，优选地，装置10定位在非作用构造中并且与推动元件310一起被带向轮胎200(图9和图10)。可替代地，在选定表面属于轮胎200的胎圈的情况下，装置被定位在作用构造中并且在没有推动元件310的情况下被带向轮胎200(图11和图12)。
如参照套件300所述的那样，推动元件310使轮胎200的外表面部分变形。
在与推动元件310一起操作的情况下，处理单元180控制机器人臂220以使得第一光源110朝向轮胎200的表面和推动元件310移动，使得线性表面部分至少部分地与焦平面121中的透镜线重合或靠近。线性部分也至少部分地属于通过推动元件310变形的表面部分。
然后，处理单元180控制支撑件102的移动构件以使轮胎200旋转。
根据由编码器接收的角位置信号，随着轮胎旋转的进行，驱动和控制单元140以快速顺序循环地启动第一光源110并启动线性照相机105以与第一光源的启动同步地获取相应线性表面部分的相应二维数字图像(彩色或单色)。驱动和控制单元140将并行控制子源113的开启，这些子源将彼此同步地工作并且与线性照相机105协调工作。作为示例，线性部分的每一单个数字图像均包括1024个像素。
一旦已经执行轮胎200的期望旋转来检查期望的表面部分，优选地一旦已经执行至少一圈完整的旋转来获取整个圆形延伸部，便获得了轮胎“环”的数字图像，该数字图像由均利用第一光源照射的一系列线性表面部分的全部数字图像制成。
推动元件310因此可以定位在轮胎200的不同表面部分处，使得通过在新位置中再次接近装置10以便获得轮胎的不同外表面部分的照射，来执行新的分析。参见例如图9中和图10中的推动元件310的位置之间的差异，以及由此引起的装置10在两个图中的不同位置：在图9中，第一光源110照射轮胎200的侧壁的外表面部分，而在图10中，第一光源110照射轮胎200的胎肩的外表面部分。
在无推动装置310的操作的情况下，如图11和图12所示，其中胎圈部分被检查，设备1的操作如下。选择待照射的轮胎的第二外表面部分，例如形成胎圈的一部分的表面。优选地，装置10被定位在作用构造中并且通过由控制机器人臂220的处理单元180控制而被带向轮胎200。因此装置10被带向待照射的第二表面部分，使得线性表面部分至少部分地与焦平面121中的透镜线重合或靠近(参见图11和图12)。
然后，处理单元180控制支撑件102的移动构件以使轮胎200旋转。
根据由编码器接收的角位置信号，随着轮胎旋转的进行，驱动和控制单元以快速交替的顺序循环地启动所述第一光源110、第二光源108和第三光源109，并且启动线性照相机105以分别与第一光源110、第二光源108和第三光源109的启动同步地获取相应线性表面部分的相应二维数字图像(彩色或单色)。
作为示例，在第一线性图像的获取和第二线性图像的获取之间的时间以及在第二线性图像的获取和第三线性图像的获取之间的时间以及接着循环地在第一线性图像的获取和第三线性图像的获取之间的时间少于约0.1ms。
一旦已经执行轮胎200的期望旋转来检查期望的表面部分，优选地一旦已经执行至少一圈完整的旋转来获取整个圆形延伸部，便获得了单个数字图像，该数字图像由均利用相应光源照射的一系列线性部分的所有数字图像制成。处理单元180从检测系统104接收这样的图像，并且从中提取整个期望表面部分的对应的第一图像、第二图像和第三图像。
尽管由于在此期间发生了轮胎的旋转而导致与单个线性图像相关联的实际线性表面部分对于三个图像而言并非完全一致，但是这样的图像可以被基本逐个像素地并置。然而，图像获取频率和旋转速度的选择使得三个图像交错并且因此可逐个像素地比较。有利地，除了与像素相关联的线性表面尺寸不同之外，第一(或第二或第三)图像的每个像素示出的表面微观部分与第二(或相应第三或第一)图像的对应于前述每个像素的像素所示的表面微观部分也不同，作为示例空间发散度等于像素的约三分之一。以这种方式，三个图像彼此交错并且在轮胎已经旋转了等于一个像素的部分(作为示例，等于约0.1mm)的时间段内进行这三个线性图像的获取。
通过这种方式，既可以用漫射光获取一图像，又可以用掠射光获取两个图像。
优选地，处理单元180构造成计算第二图像和第三图像之间的差，以便获得关于线性表面部分的高度轮廓(例如可能存在或不存在突出和/或凹陷)的信息。
优选地，计算第二图像和第三图像之间的差包括计算差值图像，其中，每个像素均与代表与第二图像和第三图像中的对应像素相关联的值之间的差的值相关联。以这种方式，可以使用通过第二图像和第三图像之间的差获得的图像来突出轮胎外表面上的三维元件(例如，凸起的文字)并且在处理用漫射光获得的图像的过程中考虑该信息以寻找缺陷。

Claims (40)

1.一种用于检查轮胎(200)的装置(10)，所述装置(10)包括：
检测系统(104)，所述检测系统包括照相机(105)，所述照相机具有穿过所述照相机(105)的光学平面(107)并限定焦平面(121)；
第一光源(110)、第二光源(108)和第三光源(109)，所述第一光源、所述第二光源、所述第三光源适用于分别发射第一光辐射、第二光辐射和第三光辐射，以照射所述轮胎的位于所述焦平面(121)处或所述焦平面附近的表面部分，所述第二光源(108)和所述第三光源(109)相对于所述光学平面(107)布置在相对两侧；
其中，所述第一光源(110)相对于所述检测系统(104)固定，而所述第二光源(108)和所述第三光源(109)适于能够从第一非作用构造移动到作用构造，在所述第一非作用构造中，所述第二光源和所述第三光源被控制成不发射所述第二光辐射和所述第三光辐射，并且所述第二光源(108)和所述第三光源(109)距所述焦平面(121)的距离(d2，d3)大于所述第一光源(110)距所述焦平面(121)的距离(d1)，在所述作用构造中，所述第二光源和所述第三光源适于发射所述第二光辐射和所述第三光辐射中的至少一个，并且所述第二光源(108)和所述第三光源(109)距所述焦平面(121)的距离(d2，d3)等于或小于所述第一光源(110)距所述焦平面(121)的距离(d1)；和
驱动和控制单元(140)，所述驱动和控制单元适用于启动所述检测系统(104)以在所述第一非作用构造中获取所述轮胎(200)的第一表面部分的第一表面部分图像以及在所述作用构造中获取所述轮胎(200)的第二表面部分的至少一个第二表面部分图像，其中所述驱动和控制单元(140)构造成在所述作用构造中：
交替地开启和关掉所述第一光源(110)、所述第二光源(108)和所述第三光源(109)中的至少一个；和
启动所述检测系统(104)，以便与上述开启动作同步地获取所述至少一个第二表面部分图像。
2.根据权利要求1所述的装置(10)，其中，所述照相机(105)是线性照相机。
3.根据权利要求1或2所述的装置(10)，其中，所述照相机(105)是彩色照相机。
4.根据权利要求1或2所述的装置(10)，其中，来自所述第一表面部分图像和所述至少一个第二表面部分图像中的至少一者是二维图像。
5.根据权利要求1所述的装置(10)，其中，在所述作用构造中，所述第二光源(108)和所述第三光源(109)相对于所述第一光源(110)对称地布置。
6.根据权利要求1所述的装置(10)，其中，所述第一光源(110)包括第一子源和第二子源，所述第一子源和所述第二子源布置在所述光学平面(107)的相对两侧。
7.根据权利要求1所述的装置(10)，其中，所述第一光源(110)适用于利用漫射光辐射照射所述第一表面部分或所述第二表面部分。
8.根据权利要求1所述的装置(10)，其中，所述第二光源(108)和所述第三光源(109)适用于利用掠射光辐射照射所述第二表面部分。
9.根据权利要求1所述的装置(10)，其中，所述第一光源(110)或所述第二光源(108)或所述第三光源(109)限定主延伸方向(114)。
10.根据权利要求9所述的装置(10)，其中，所述主延伸方向(114)基本平行于所述光学平面(107)。
11.根据权利要求1所述的装置(10)，其中，所述第一光源(110)或所述第二光源(108)或所述第三光源(109)包括一个或多个发光二极管(LED)(169)。
12.根据权利要求1所述的装置(10)，其中，所述驱动和控制单元(140)构造成在所述第一非作用构造中：
以一定频率开启和关掉所述第一光源(110)；和
启动所述检测系统(104)，以便与所述第一光源(110)的开启同步地获取所述第一表面部分图像。
13.根据权利要求1所述的装置(10)，其中，在所述作用构造中，所述驱动和控制单元(140)适用于控制所述检测系统(104)以便获取三个不同的图像，每个图像均对应于所述第一光源(110)、所述第二光源(108)和所述第三光源(109)中的不同光源的开启。
14.根据权利要求1所述的装置(10)，包括第一支撑件(11，12)、第二支撑件(13)和第三支撑件(14)，所述第二支撑件(13)和所述第三支撑件(14)铰接至所述第一支撑件(11，12)，所述第二光源(108)和所述第三光源(109)分别固定至所述第二支撑件(13)和所述第三支撑件(14)。
15.根据权利要求1所述的装置(10)，其中，由所述焦平面(121)和连结所述光学平面(107)与所述焦平面(121)之间的相交线及所述第二光源(108)或所述第三光源(109)的点的平面形成的角度(122，123)大于或等于55°。
16.根据权利要求1所述的装置(10)，其中，所述第一光源(110)或所述第二光源(108)或所述第三光源(109)包括会聚透镜(170)，所述会聚透镜适用于使所述第一光辐射或所述第二光辐射或所述第三光辐射的发射场角度变窄至介于10°和50°之间的值。
17.根据权利要求1所述的装置(10)，其中，在所述作用构造中，所述第二光源(108)和所述第三光源(109)共面并且限定基本平行于所述焦平面(121)的平面(P2)。
18.根据权利要求17所述的装置(10)，其中，在所述作用构造中，平行于所述焦平面(121)并穿过所述第一光源(110)的平面(P1)与平行于所述焦平面(121)并穿过所述第二光源(108)和所述第三光源(109)的平面(P2)之间的距离(d2-d1)介于0mm和50mm之间。
19.一种用于检查轮胎的套件(300)，所述套件包括：
根据权利要求1至18中的任一项所述的装置(10)；和
推动元件(310)，所述推动元件构造成当所述装置(10)的所述第二光源(108)和所述第三光源(109)处于所述第一非作用构造中时向所述轮胎(200)的待检查表面施加力(F)。
20.根据权利要求19所述的套件(300)，其中，所述推动元件(310)适用于根据待检查的选定类型的轮胎向所述轮胎(200)施加变形。
21.根据权利要求19或20所述的套件(300)，其中，所述待检查表面至少部分地包括所述第一表面部分。
22.根据权利要求19所述的套件(300)，其中，所述第一光源(110)与所述推动元件(310)之间的距离介于20mm和60mm之间。
23.根据权利要求19所述的套件(300)，其中，所述推动元件(310)适用于在所述待检查表面上施加基本恒定的力(F)。
24.根据权利要求19所述的套件(300)，其中，所述推动元件(310)适用于在所述待检查表面上施加基本恒定的变形。
25.一种用于检查轮胎(200)的方法，所述方法包括：
提供待检查的轮胎(200)；
利用由第一光源(110)发射的第一光辐射照射所述轮胎(200)的布置在检测系统(104)的焦平面(121)处或该焦平面附近的第一表面部分；
通过所述检测系统(104)获取由所述第一光辐射照射的所述第一表面部分的第一表面部分图像；
将第二光源(108)和第三光源(109)从第一非作用构造移动到作用构造，在所述第一非作用构造中，所述第二光源和所述第三光源被控制成不发射光辐射，并且所述第二光源(108)和所述第三光源(109)距所述焦平面(121)的距离(d2，d3)大于所述第一光源(110)距所述焦平面(121)的距离(d1)，在所述作用构造中，所述第二光源和所述第三光源适用于发射第二光辐射和第三光辐射中的至少一个，并且所述第二光源(108)和所述第三光源(109)距所述焦平面(121)的距离(d2，d3)等于或小于所述第一光源(110)距所述焦平面(121)的距离(d1)；
利用所述第一光辐射、所述第二光辐射和所述第三光辐射中的至少一个照射所述轮胎(200)的布置在所述焦平面(121)处或所述焦平面附近的第二表面部分；和
通过所述检测系统(104)获取所述第二表面部分的对应的至少一个第二表面部分图像，
其中，通过以预定间隔开启和关掉所述第一光源(110)、所述第二光源(108)和所述第三光源(109)中的至少一个而对应地利用所述第一光辐射、所述第二光辐射和所述第三光辐射中的至少一个照射所述第二表面部分，以及
同步所述检测系统(104)以便与所述第一光源(110)、所述第二光源(108)和所述第三光源(109)中的至少一个的所述开启同步地获取所述至少一个第二表面部分图像。
26.根据权利要求25所述的方法，包括：
处理所述第一表面部分图像或所述至少一个第二表面部分图像，以便检测所述轮胎(200)的所述第一表面部分或所述第二表面部分中的可能缺陷。
27.根据权利要求25或26所述的方法，其包括：
将所述第二光源(108)和所述第三光源(109)布置在由所述检测系统(104)限定的光学平面(107)的相对两侧。
28.根据权利要求25所述的方法，其中，所述第一表面部分是所述轮胎(200)的侧壁或胎肩的外表面部分。
29.根据权利要求25所述的方法，其中，所述第二表面部分是所述轮胎(200)的胎圈的表面部分。
30.根据权利要求25所述的方法，其中，在照射所述轮胎的所述第一表面部分和照射所述轮胎的所述第二表面部分之间，所述方法包括将所述检测系统(104)从第一操作位置平移或旋转到第二操作位置的动作。
31.根据权利要求25所述的方法，包括：
通过以预定间隔开启和关掉所述第一光源(110)而利用所述第一光辐射照射所述第一表面部分；和
同步所述检测系统以便与所述第一光源(110)的所述开启同步地获取所述第一表面部分图像。
32.根据权利要求25所述的方法，其中，获取所述至少一个第二表面部分图像包括：
当所述第二表面部分被所述第一光辐射照射时获取待处理的第一图像；
当所述第二表面部分被所述第二光辐射照射时获取待处理的第二图像；和
当所述第二表面部分被所述第三光辐射照射时获取待处理的第三图像。
33.根据权利要求25或26所述的方法，包括相对于所述第二光源(108)或所述第三光源(109)的开启，在不同的时间开启所述第一光源(110)。
34.根据权利要求32所述的方法，包括：
比较所述轮胎的基本同一第二表面部分的待处理的所述第一图像、待处理的所述第二图像和待处理的所述第三图像，以便检测所述第二表面部分中的缺陷。
35.根据权利要求25所述的方法，包括：
使所述轮胎(200)绕其旋转轴线(201)旋转；和
在所述轮胎的多个角位置照射所述轮胎的表面部分，以便获得不同角位置处的多个第一表面部分图像或第二表面部分图像，针对所述轮胎(200)的每个角位置获得所述第一表面部分图像和所述至少一个第二表面部分图像中的至少一者。
36.根据权利要求32所述的方法，其中，待处理的所述第一图像、待处理的所述第二图像和待处理的所述第三图像由彼此毗连或部分重叠的一系列线性表面部分的相应多个第一线性图像、第二线性图像和第三线性图像构成，所述第一线性图像、第二线性图像和第三线性图像分别在由所述第一光辐射、所述第二光辐射和所述第三光辐射以交替顺序照射的所述一系列线性表面部分的每个线性表面部分上获取。
37.根据权利要求25所述的方法，其中，所述第一表面部分图像由彼此毗连或部分重叠的一系列线性表面部分的相应多个第四线性图像构成，所述第四线性图像分别在由所述第一光辐射照射的所述一系列线性表面部分的每个线性表面部分上获取。
38.根据权利要求25所述的方法，其中，利用第一光辐射照射包括利用第一漫射光辐射照射所述第一表面部分。
39.根据权利要求25所述的方法，其中，利用第二光辐射或利用第三光辐射照射包括利用第二掠射光辐射或第三掠射光辐射照射所述第二表面部分。
40.根据权利要求25所述的方法，包括：在照射所述轮胎(200)的所述第一表面部分之前，通过压缩力(F)使所述轮胎的待检查表面弹性变形，所述待检查表面至少部分地包括所述第一表面部分。
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