CN108474720B - 用于检查轮胎的设备和方法 - Google Patents

Abstract

用于检查轮胎的设备(1)和相关方法，所述设备包括轮胎的表面的数字图像的获取系统(4)，获取系统安装在支撑框架(2)上并且包括：具有焦平面(6)和第一光轴(7)的相机(5)；以及照射系统(8)，其适于至少照射位于焦平面与第一光轴的交点上的焦点(F1)；该设备包括安装在支撑框架上的扫描系统(10)，其适于检测轮胎的至少一个内表面部分的空间构造；其中第一参照平面(11)穿过第一光轴(7)、照射系统(8)和扫描系统(10)，并且其中相对于正交于第一参照平面并穿过第一光轴的第二参照平面(12)，照射系统(8)位于与扫描系统(10)所在的半空间相对的半空间中。

Description

用于检查轮胎的设备和方法

技术领域

本发明涉及用于检查轮胎的设备，尤其是适于插入在轮胎生产线中的用于检查轮胎的设备，尤其是用于通过获取轮胎表面的图像以及对图像进一步处理来检查轮胎的设备，例如用于检查轮胎表面上可能存在的可检测缺陷的设备。

背景技术

“轮胎”通常是指成品轮胎，即在构建、模制和硫化步骤之后的轮胎，但也可能是在构建步骤之后、在模制和/或硫化步骤之前的生轮胎。

典型地，轮胎具有在操作期间围绕其旋转轴线的基本上环面的结构，并且具有正交于旋转轴线的轴向中线平面，所述平面通常是几何基本对称平面(忽略任何小的非对称性，例如胎面花纹和/或内部结构)。

用于车辆车轮的轮胎一般包括胎体帘布层，所述胎体帘布层具有相应相对端部折片，所述端部折片与相应的通常称为“胎圈芯”的环形锚固结构接合，所述环形锚固结构结合在轮胎的位于旋转轴线的径向内部并且基本正交于旋转轴线的端部圆形部分中，所述端部圆形部分通常称作“胎圈”并且具有基本对应于轮胎的位于相应安装轮辋上的所谓“装配直径”的内径。通常可以在胎体帘布层的径向内侧位置设置气密弹性体混合物层(所谓的“衬里”)和/或具有密封性能的材料层。相对于彼此并相对于胎体帘布层径向叠置地布置的具有织物或金属增强帘线的一个或多个带束层可以联接在胎体帘布层的径向外部位置中。胎面带被施加在带束层的径向外部位置中。在胎体帘布层的侧向表面上还施加有由弹性体材料制成的相应侧插入件，每个侧插入件均从胎面带的圆形端部边缘中的一个在相应的环形锚固结构处向上延伸到胎圈。

轮胎的外表面或内表面分别表示在轮胎与其安装轮辋相联接之后保持可见的表面以及在所述联接之后不再可见的表面。

在此确定了四种轮胎部分，每个轮胎部分具有关于旋转轴线的圆柱对称性并考虑到范围从相应内表面到相应外表面的所有厚度：胎冠、胎肩、侧壁和胎圈。胎肩、侧壁和胎圈按类型分为两种并且相对于中间平面对称布置。

“胎冠”是指具有准圆柱形构造的单个轮胎部分，其包括胎面带、带束层和位于其径向内部的对应胎体帘布层部分。

“侧壁”是指两个轮胎部分中的一个，所述两个轮胎部分相互面对并从胎冠的相对两侧基本径向地延展直到胎圈。因此，每个侧壁均包括对应的胎体帘布层部分和位于其轴向外部位置中的所述侧插入件。

“胎肩”是指连结胎冠和相应侧壁的每个轮胎部分(换句话说，两个胎肩位于轮胎的径向和轴向外部的两个圆形“边缘”)。每个胎肩都具有基本上正交于旋转轴线的圆形延展部。

术语“光学”、“光”等等是指所使用的电磁辐射，其具有落入光波带的扩大邻域中、但不一定严格落入光波带(即400nm-700nm)内的至少一部分光谱，例如光波带的该扩大邻域的范围可以为从紫外到红外的范围(例如，介于约100nm到约1μm之间的波长)。

“远心照射系统”是指适于发射平行光线束的照射系统。

“准远心照射系统”是指适于发射形成小于或等于15°的角度的光线束的照射系统。

“基本上位于半空间中的照射系统”是指照射系统的总体有用光功率的至少80％、优选至少90％来自所述半空间。

“数字图像”或等同的“图像”通常指的是典型地包含在计算机文档中的数据集，其中，空间坐标的元组(每个元组对应于一像素)的有限集(典型地，二维和矩阵，即N行×M列)的每元组坐标(典型地，每对坐标)与对应的数值集(其可以代表不同的幅值)相关联。例如，在单色图像中(诸如，灰度水平或“灰度级”图像)，这种数值集由有限尺度(通常为256水平或色调)中的单个值构成，该值例如代表显示时相应元组的空间坐标的亮度(或强度)水平。彩色图像代表另一示例，其中，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编码中，原色为红色、绿色和蓝色，而在CMYK编码中，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数字图像)的任何引述更一般地包括能够通过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”或“2D”是指这样的数字图像，所述数字图像的每个像素均与代表表面的反射率/漫射率和/或颜色的信息相关联，例如由普通相机或数字相机(例如，CCD)检测到的图像。

术语“三维图像”或“3D”是指其每个像素均与表面高度信息相关联的数字图像，例如通过由激光线照射的表面的二维矩阵图像的三角测量处理的表面的高度轮廓重建技术获得的图像。

“数字摄像机”或简称“摄像机”表示光电装置，其适于获取二维数字图像并且包括定义图像平面的数字图像传感器(或简称'传感器')和物镜(其假定为具有圆柱对称性，尽管本发明不是仅限于这些物镜)。

“传感器”是指能够将入射光转换成电信号的一组光敏元件(称为“像素”)，例如通过CCD或CMOS技术。术语“像素”既用于表示传感器的单个光敏元件，引申开来，又用于表示形成如上定义的数字图像的单个元素，所述传感器的每个像素典型对应于图像的像素。

物镜或光学透镜或光学透镜系统的“光轴”是物镜或透镜或光学透镜系统的旋转对称性所沿的直线。形容词'轴向'是指沿着光轴的方向。

相机部件的“焦平面”是由物镜在传感器上聚焦的物点的平面，即，源自焦平面的每个物点的光线汇聚在传感器平面(图像平面)上的相应点上。

“景深”是指邻近焦平面的一组平面，当物镜投影在传感器平面上时，该组平面的每个点形成内接在预定弥散圆(例如具有5微米至10微米的直径)中的图像。

“矩阵相机”是指其传感器具有按照具有可比长度的两个尺寸(例如，两个尺寸相差小于一个数量级，如4×3或3×2格式)的矩形矩阵排列的像素的相机。典型地，传感器矩阵的对角线长达几十毫米。

“线性相机”是指其传感器(称为“线性传感器”)具有以矩形矩阵排列的像素的相机，所述矩形矩阵的一个尺寸远大于另一个尺寸，典型地大至少两个数量级。典型地，传感器的像素的行数介于1到4之间，列数大于1000。术语“行”和“列”按常规使用并且二者可互换。线性相机的特征在于物镜线，该物镜线位于相机的焦平面和与其正交并正割线性传感器(沿着其主尺寸方向)的平面(称为“光学平面”)之间的相交部上，并且线性相机适于获取布置在物镜线处的线性表面部分的图像(称为“线性图像”并且在像素上具有与线性传感器的尺寸相等的尺寸)。

“分辨率”是指与用于获取的相机的像素相对应的表面子部分的线性尺寸。

“线性表面部分”是指具有比与其正交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“在物镜线附近”是指线性表面部分基本平行于(即，在+/-15°的角度内)物镜线并且位于获取系统的相机的景深内。

“具有线性光束的激光源”或简称“线性激光源”是指适于发射具有直线形式(典型为直线段形式)的横截面的光束(被称为“线性光束”)的激光源。

线性激光源的“传播平面”是指线性光束传播所在的平面(所述直线位于该传播平面上)。

“传播轴线”是指线性光束的传播方向。

“构建/生产周期时间”是指已构建/成品轮胎从构建/生产设备出来到下一个轮胎出来之间所经历的时间。

在用于车辆车轮的轮胎的生产和构建过程的背景中，适合的是对成品执行质量检查，其旨在防止有缺陷的轮胎或不满足设计规范的轮胎投放市场和/或逐步调节所使用的设备和机器以便改进和优化在制造过程中进行的操作的执行。

这些质量检查包括例如由操作人员执行的质量检查，操作人员花费固定时间对轮胎实施视觉和触觉检查；如果操作人员根据自己的经验和敏感性怀疑轮胎不满足某些质量标准，则该轮胎将通过更详细的人工检查和/或通过适当的设备受到进一步的检查，以便深化任何结构和/或定性缺陷的评估。

WO2015/044196 A1描述了一种用于获取轮胎内表面的图像的装置，该装置包括照射部件、图像获取部件和光学插置在照射部件与轮胎表面的被照射区域之间的反射器。

WO2014/020485描述了一种用于检测缺陷的方法和设备，所述缺陷包括在轮胎表面上露出的扭绞帘线。

在轮胎质量控制领域中，申请人自己已经提出了通过光学获取轮胎的数字图像并随后对数字图像进行处理来分析轮胎内和/或外表面以便例如检测在该表面上或该表面附近可能存在的缺陷的问题。所查找的缺陷例如可能是轮胎表面上的不规则部(未硫化的化合物、形状交替等等)、结构不均匀、切口、表面上存在异物等等。

检测起来特别复杂的轮胎缺陷的示例为所谓的“露出扭绞帘线”，其是这样的表面区域(典型在胎面沟槽的底部区域处)，在所述表面区域中，例如0度的织物或金属帘线从弹性体材料“露出”，从而由于在帘线顶部总体缺乏弹性体材料或者(更典型地)存在于弹性体材料下方的帘线是可见的(因为弹性体材料厚度与期望厚度相比太薄)而暴露于空气中。在这种情况下，帘线上的弹性体材料具有“扭绞”图案(因此得名)。

申请人还发现，为了在用于生产轮胎的设备中“在线(in line)地”进行检查，应该在小于或对应于所述循环时间的减少的时间内以及在降低的成本和/或总体尺寸下执行检查。

作为通过获取和处理生产线中内和/或外轮胎表面的数字图像(所述数字图像可以是2D和/或3D的)来检查轮胎的一部分，申请人已经认识到，有利的是，使轮胎时间相继地进行表面的不同圆周部分(例如胎冠、胎肩、侧壁、胎圈的内表面和/或外表面的一个或多个圆周部分)的图像的一系列获取。

为此，有利的是使用一个或优选多个图像获取设备，所述图像获取设备定位成非常靠近轮胎表面并且由于轮胎和设备之间的相对运动(典型地通过轮胎围绕其轴线与固定设备一起旋转)而通过组合顺序获取的一系列图像来构造所期望的整个圆周表面部分的图像。

为了轮胎的完整检查所需的多个设备可以分布在多个检查工作站上。

为了检查内表面，典型地，至少一个这样的获取装置的至少一部分被插入轮胎的内部环形腔中，并且距离内表面很近。

由于内表面对于操作人员而言并非一直可见和/或由于整个检查操作可以在没有操作人员的任何视觉检查的情况下执行，因此存在检查非常不规则内表面的风险。

在这种情况下，同样考虑到所实现的相对运动速度，存在对应设备/多个设备插入到内腔中可能导致其被严重损坏的风险，导致设备/多个设备被损坏和/或检查操作中断。

因此，申请人构想了内表面(优选至少在胎冠处的内表面)的空间构造的初步检查操作，即使在低分辨率(例如，1mm分辨率)下，以便检测形状中的任何宏观缺陷并由此允许或拒绝允许随后插入图像获取设备。

然而，申请人已经认识到内表面的这种初步3D扫描操作需要专用设备，随之带来的是由于提供内表面扫描操作所需的(例如，分配给设备以便操作和在空闲期间存储的空间，用于设备的专用操持系统，专用于设备的检查工作站，用于移动专用于这种设备的轮胎的时间等等)而引起轮胎检查成本的增加。

在获取轮胎表面的数字图像以便检查生产线中的轮胎的过程中(其中至少在内表面上获取数字图像)，申请人因此提出了进行内表面的构造的初步扫描操作、同时保持在专门用于初步扫描内表面构造的设备的空间和/或时间和/或部件方面受限的资源消耗的问题。

申请人已经认识到，集成在一起的图像获取系统和扫描系统的适当几何分布可以允许在受限的时间间隔内使用有限的资源来检查轮胎，从而解决上述问题。

最后，申请人发现，通过在具有单个支撑框架的设备上组合具有相应相机和相应照射系统的(2D和/或3D)图像获取系统和内表面的空间构造的激光三角测量扫描系统，可以用该设备利用专用获取系统获取(内和/或外)表面的(2D和/或3D)图像以及(典型在不同的时间)检测轮胎的(至少胎冠的)内表面的三维形状，因为图像获取系统不干扰扫描系统的操作，反之亦然，因此简化了轮胎检查系统，所述图像获取系统和所述激光三角测量扫描系统布置成使得扫描系统和照射系统相对于穿过相机的光轴的平面位于相对的半空间中。

利用本解决方案，例如，同一移动系统(例如机器人臂)可以移动两个系统，并且减少了分配给两个系统的空间。

发明内容

根据本发明的第一方面，本发明涉及一种用于检查轮胎的设备。

优选地，提供支撑框架和用于将所述支撑框架附接到用于移动所述设备的移动构件的凸缘。

优选地，提供轮胎表面的数字图像的获取系统。

优选地，所述获取系统安装在所述支撑框架上并且包括相机和照射系统。

优选地，所述相机具有焦平面和第一光轴。

优选地，所述照射系统适于至少照射位于所述焦平面与所述第一光轴的交点上的焦点。

优选地，提供扫描系统，该扫描系统安装在所述支撑框架上并且适于检测所述轮胎的至少一个内表面部分的空间构造。

优选地，第一参照平面穿过所述第一光轴、所述照射系统和所述扫描系统。

优选地，相对于正交于所述第一参照平面并且穿过所述第一光轴的第二参照平面，所述照射系统基本上位于与所述扫描系统所在的半空间相对的半空间中。

根据本发明的第二方面，本发明涉及一种用于检查轮胎生产线中的轮胎的工作站。

优选地，提供支撑件，所述支撑件适于支撑设置在侧壁上的轮胎并且适于使轮胎围绕其旋转轴线旋转。

优选地，提供根据本发明的设备，所述设备通过所述凸缘安装在所述移动构件上。

根据本发明的另一方面，本发明涉及一种借助根据本发明的设备检查轮胎的方法。

优选地设置，布置要检查的轮胎并使所述设备移动靠近所述轮胎，所述轮胎具有内表面和外表面。

优选地设置，使所述轮胎相对于所述设备旋转并且通过所述获取系统相继地获取轮胎的不同表面部分的一系列图像，以便通过组合所述一系列图像来获得第一圆周表面区域的图像。

优选地设置，使所述轮胎相对于所述设备旋转并且通过所述扫描系统检测所述内表面的第二圆周区域的空间形状。

申请人认为，具有上述照射系统的获取系统理想地被联接在具有上述扫描系统的单个设备上，两个系统之间不存在任何有害的干涉(就空间和/或特征而言)，所述两个系统可以同时操作，或者典型在不同的时间对同一轮胎操作，每个系统具有完整功能。

而且，该设备作为整体具有通过移动系统(例如机器人臂)容易地允许其在空间中移动的尺寸和重量。

因此申请人认为，以这种方式，单个设备的移动系统的使用和相关检查工作站的使用得到优化，不必实施仅专用于扫描系统的设备，所述专用于扫描系统的设备将需要专用移动系统(存在空间和经济资源的相对消耗)，或者如果构想为在同一移动系统上顺序拆卸和重新组装多个不同的设备，则不需要组装专用设备(相对浪费用于在设备不工作期间存储的时间和空间)。

本发明在本发明的上述方面中的至少一个方面可以展示下文所述的优选特征中的一个或多个。

优选地，所述获取系统刚性地安装在所述支撑框架上和/或所述扫描系统刚性地安装在所述支撑框架上。以这种方式，有利地，设备作为整体在结构上简单、可靠、紧凑、易于使用并且具有成本效益。

优选地，所述照射系统完全位于与所述扫描系统完全所在的半空间相对的所述半空间中。以这种方式，照射系统没有部件至少部分地围绕第一光轴布置和/或在物镜线的两侧布置，并且因此在与照射系统相对的那侧上留出空间，其中，扫描系统可以在所述空间中操作。例如，可以使扫描系统靠近轮胎胎圈，以扫描内表面的至少一部分，不会使设备与轮胎发生干涉。例如，照射系统可以在胎圈或侧壁处(例如上方)保持在轮胎轴向外部。

优选地，所述获取系统具有高表面分辨率，即适于获取图像，所述图像的每个像素均对应于线性尺寸小于或等于0.2mm、更优选小于或等于0.1mm的表面区域。

在一个实施例中，所述获取系统是所述表面的三维图像获取系统。

优选地，所述相机是具有景深的矩阵相机。

优选地，所述照射系统包括适于发射具有传播平面和传播轴线的线性光束的激光源。

优选地，所述第一光轴相对于所述传播轴线倾斜。以这种方式，有利地，获取系统典型地以高分辨率获取表面的3D图像。

在替代的优选实施例中，所述获取系统是二维图像获取系统。优选地，所述相机是线性相机，其具有光学平面和属于所述焦平面与所述光学平面的相交部的物镜线，所述物镜线包括所述焦点并且具有预定长度。以这种方式，可以通过相继地获取和组合通过在物镜线处(或物镜线附近)逐渐滑动表面区域获得的一系列线性图像来获取轮胎的延伸弯曲表面区域的图像(防止出现聚焦和/或照射均匀性的问题)。

优选地，所述光学平面位于所述第一参照平面上。这样，也处于光学平面上的照射系统相对于物镜线(在使用中，轮胎的线性表面部分位于该物镜线上)居中。

优选地，所述照射系统是准远心照射系统。以这种方式，有利地，可以用具有预定照射方向和低发散度的光照射表面。

优选地，所述照射系统包括光源和具有第二光轴的光学透镜系统。

优选地，所述第二光轴与所述第一光轴和/或所述物镜线相交。

更优选地，所述第二光轴经过所述焦点。以这种方式，具有沿第二光轴的传播方向的光束以最佳方式至少部分地照射物镜线或焦点。

优选地，所述第二光轴与所述焦平面形成锐角，所述锐角大于或等于7°、更优选大于或等于9°和/或小于或等于20°、更优选小于或等于15°。以这种方式，有利地，当在使用中线性表面部分位于物镜线上或物镜线附近时，投射光非常靠近由相机取景(framed)的表面线，这是因为它与之形成介于7°和20°之间的锐角，从而在获得的图像中增强了表面上的浮突和凹陷处的阴影。

优选地，所述第二光轴与所述光学平面形成其绝对值小于或等于15°的锐角，更优选地，所述第二光轴位于所述光学平面上。有利地，投射光因此相对于物镜线居中。而且，当后一特征与前段的特征组合时，光束几乎平行于所取景的表面线，从而允许检测表面上的横向于物镜线布置的浮凸。例如，当线性表面部分基本轴向布置时，具有基本周向图案的扭绞线横向于物镜线和光入射方向。

优选地，所述照射系统包括所述单个光源，更优选地，所述单个光源具有直径大于或等于3mm且小于或等于10mm的圆形发射表面。

优选地，该光源是LED源。

优选地，该设备包括用于所述获取系统和所述扫描系统的驱动和控制单元，所述驱动和控制单元(刚性地)安装在所述支撑框架上，所述驱动和控制单元适于接通和/或调节所述照射系统的供电并且适于在接通照射系统的同时启动所述相机。这样，缩短了命令发送时间和要移动的线缆的数量(重量和数量两者)；只有一般电源供应以及工作开始和结束信号从设备外部发出，而所有高级逻辑都在本地生成，而非远程生成，特别是图像获取脉冲分割、照射系统的LED随着时间的发光间隔。

优选地，所述扫描系统包括具有另一光轴的矩阵相机以及适于发射具有传播平面和传播轴线的线性光束的激光源，其中，矩阵相机的所述另一光轴相对于所述传播轴线倾斜。

优选地，所述传播轴线平行于获取系统的相机的所述第一光轴，更优选地，所述传播平面平行于获取系统的相机的所述光学平面。以这种方式，有利地，扫描系统适于以可靠、简单和成本有效的方式获取至少内表面部分(典型为胎冠)的3D图像(即关于空间构造的信息)，同时保持整个系统紧凑。

优选地，穿过所述另一光轴和所述传播轴线的平面基本垂直于所述第一参照平面。以这种方式，实现了设备系统的最佳空间构造，从而导致最小的总体尺寸和最大的功能。

优选地，所述扫描系统具有大于或等于0.3mm('低分辨率')和/或小于或等于2mm的分辨率。以这种方式，可以快速地扫描胎冠的内表面的整个圆周部分。实际上，根据申请人，扫描系统必须能够区分允许引入内表面的高分辨率检查设备(即，具有小于0.3mm的分辨率)的轮胎与由于内表面和设备之间因为内表面的宏观变形引起的碰撞风险而允许该操作的轮胎。为此，申请人已经证实上述低分辨率足以。最后，低分辨率还可以促进获得以下特征。

优选地，所述矩阵相机具有另一景深，该另一景深沿着所述另一光轴的长度大于或等于150mm且小于或等于450mm。以这种方式，可以在内环形空间外部用扫描系统执行扫描，同时能够对各种轮胎尺寸进行扫描，保持相同的(相机)传感器表面距离。

优选地，所述设备的所述移动构件是机器人臂。

更优选地，所述机器人臂是拟人化机器人臂。甚至更优选地，所述拟人化机器人臂具有至少5个轴/自由度。

优选地设置，根据所检测到的空间形状，允许或拒绝通过插入在所述轮胎的内部空间中的另外的图像获取设备来进一步获取内表面的图像。

优选地，所述内表面的所述第二圆周区域是所述轮胎的胎冠的内表面的圆周部分。

更优选地，内表面的所述第二圆周区域沿着所述旋转轴线的长度至少等于所述胎冠的总体轴向长度。

优选地，所述第一圆周表面区域是外表面的圆周区域，更优选地，是所述轮胎的胎肩和/或胎面的外表面的圆周区域。

优选地，所述第一光轴相对于轮胎基本上径向布置。这样，获取系统能够检测到扭绞帘线缺陷。

优选地，所述不同表面部分是线性表面部分。

更优选地，所述线性表面部分在获取相关图像的瞬间基本上垂直于光轴。

甚至更优选地，所述线性表面部分在获取相关图像的瞬间位于物镜线处或物镜线附近。

附图说明

从根据本发明的用于检查轮胎生产线中的轮胎的设备和工作站的一些示例性但非限制性的实施例的详细描述中，其他特征和优点将变得更加明显。将参照附图在下文给出这样的描述，所述附图仅被提供用于说明性并且因此用于非限制性目的，其中：

图1示出了根据本发明的用于检查轮胎的设备的局部示意性透视图；

图2从不同的视角示出了图1中的设备的另一局部示意性透视图；

图3示出了图1中的设备的局部示意性部分分解图；

图4示出了图1中的设备的细节的局部示意性部分分解图；

图5示出了图1中的设备沿着平面11的局部示意性截面图；

图6示出了图5的细节；

图7示意性地示出了根据本发明的照射系统的可能的光学构造；

图8示出了根据本发明的用于检查轮胎的工作站的示意性局部视图。

具体实施方式

参照图8，附图标记100表示用于检查轮胎生产线中的轮胎的工作站。

优选地，工作站包括适于支撑设置在侧壁上的轮胎101并且适于使轮胎围绕其旋转轴线140(优选竖直地布置)旋转的支撑件120(例如第五轮)。该轮胎通常由四种轮胎部分构成：胎冠103、胎肩104、侧壁105和胎圈106。

工作站100包括用于检查轮胎的设备1。

优选地，工作站包括移动构件102(仅示意性地示出)，设备1安装在该移动构件上以便在空间中移动。优选地，移动构件102是机器人臂，更优选地，其是拟人化机器人臂，甚至更优选地，其是具有至少五个轴/自由度的拟人化机器人臂。应该指出，有利地，本发明的设备1可以从顶部插入到轮胎内，而不是通过支撑件120从底部插入。

设备1包括支撑框架2和用于将支撑框架附接至移动构件102的凸缘3。

优选地，设备1包括所安装的轮胎表面的数字图像的获取系统4，所述获取系统刚性地安装在支撑框架2上。

优选地，获取系统4包括：具有焦平面6和第一光轴7的相机5；以及照射系统8，该照射系统适于照射位于焦平面6与第一光轴7的交点上的至少一个焦点F1。图5示意性示出了相机5的景深的端平面的轨迹6a和6b。

优选地，该设备包括刚性地安装在支撑框架上并适于检测轮胎的至少一个内表面部分的空间构造的扫描系统(10)。

优选地，第一参照平面11穿过第一光轴7、照射系统8和扫描系统10。

优选地，相对于正交于第一参照平面并且穿过第一光轴7的第二参照平面12，照射系统8完全位于与半空间14相对的半空间13中，扫描系统10完全位于所述半空间14中。参见例如图5，其示出了沿第一参照平面11截取的示意性截面，并且示出了与第一光轴7重合的第二参照平面12的截面。

在一个实施例中，获取系统可以是(未示出)高分辨率三维表面图像获取系统(例如每个像素0.1mm/0.2mm)。在这种情况下(未示出)，相机是矩阵相机，照射系统包括光轴和适于发射具有相对于第一光轴7倾斜的传播轴线和传播平面的线性光束的激光源。

在替代的优选实施例中(如图中示例性所示)，获取系统4是高分辨率二维图像获取系统。优选地，在这种情况下，相机5是具有光学平面15(在本示例中位于第一参照平面11上)和属于焦平面6与光学平面15的相交部的物镜线16的线性相机，所述物镜线包括焦点F1并具有预定长度。例如，实际上对应于由相机取景的区域的物镜线16的长度范围可以为从30mm到200mm。

优选地，照射系统8是准远心照射系统。

优选地，照射系统8包括光源20和具有第二光轴22的光学透镜系统21。

例如，第二光轴22在焦点F1与物镜线16相交。

例如，第二光轴22与焦平面6形成等于11°的锐角23。

例如，第二光轴22位于光学平面15上。

优选地，光学透镜系统21包括靠近光源的第一会聚透镜30和相对于第一透镜布置在光源对面的第二会聚透镜31，其中，光源、第一透镜和第二透镜与第二光轴22同轴。例如，第一透镜和第二透镜具有以下特征。

第一透镜：

非球面透镜

物理直径(mm)25.0

自由光圈直径(mm)23.0

后焦距(mm)11.2

数值光圈0.71

中部最大厚度(mm)10.8

边缘厚度(mm)1.0

第二透镜：

平凸透镜

物理直径(mm)40.0

自由光圈(mm)39.0

前焦距(mm)95.5

球形凸面的半径(mm)52.3

中部最大厚度(mm)7.0

边缘厚度(mm)3.0

数值光圈0.20

例如，第一透镜是66-013透镜，第二透镜是48-240透镜，二者均由Edmund OpticsInc.销售。

优选地，第一和第二透镜定位成使得各自的凸面相互面对。

优选地，两个透镜都具有抗反射处理表面以免损失部分光输出(例如，每个表面损失功率的约4％)。

优选地，光源20是具有圆形发射表面的LED源，所述圆形发射表面具有例如等于6mm的直径d和例如等于0.3W/mm²的光学功率密度。

例如，光源与第一透镜的后顶点VP1之间的轴向距离L1等于约10.4mm。

例如，第一透镜的后顶点VP1与第二透镜的后顶点VP2之间的轴向距离L2等于约14mm(图6)。

仅仅为了说明性目的，图7示意性地示出了照射系统的可能的光学构造。

为了清楚起见，认为透镜的光学折射作用犹如全部发生在第一透镜的后表面上和第二透镜的前表面上一样。

F2表示第一透镜的后焦点，F3表示第二透镜的前焦点。

实线32绘制从位于第一透镜的后焦点上的假想点状光源开始并且由第一透镜在相应光圈的边缘上收集的两条边缘光线。根据定义，这些边缘光线平行于第二光轴从第一透镜发出，然后由第二透镜聚焦在第二透镜的前焦点F3上。这是当光源(未示出)(即使非点状光源)位于焦平面F2上时发生的情况。在这种情况下，图像平面形成在通过F3的平面上。

在作为示例示出的实施例中，在LED 20相对于焦点F2被定位成更靠近第一透镜的情况下，这些光线遵循不同的路线。

虚线33绘制了从光源20的边缘上的光点开始并且由第一透镜在光圈边缘上收集的两条边缘光线。这些光线从第一透镜发射并通过第二透镜收集和重新聚焦在图像平面35中，例如所述图像平面位于距第二透镜的前顶点VA2一轴向距离处，该轴向距离大于或等于第二透镜的前焦距。

类似地，点划线34示出了与虚线33的光线直径上相对的边缘光线。

因此，光源的图像36形成在图像平面35上。

可见，对于图像平面35周围的宽轴向区域而言，光束具有高光学密度(因为几乎收集到了所有发射的光)和低发散度。

例如，F1相机焦点可以如图7所示那样定位，即定位成距第二透镜的距离小于第二透镜的前焦距。以这种方式，至少物镜线的大部分被均匀的光照射。

照射系统例如包括刚性地附接到支撑框架2的支撑体40(带有适当的散热片，以促进由LED产生的热量的消散)。

照射系统例如包括第一壳体41、第二壳体42和介于这两个壳体43之间的中间本体43。

第一壳体41包括面朝光源的第一圆柱部分41a，该第一圆柱部分使得第一透镜与光源间隔开。该第一部分41a的外表面带螺纹并且接合支撑体40的内螺纹座。以这种方式实现了用于调节光源和第一透镜之间的轴向距离的系统。在通过螺纹联接调节透镜光学系统21相对于光源20的位置之后，接合支撑体40中的相应螺纹孔的适合的螺纹销46被拉靠第一壳体以便稳定组件。

光源20例如被固定(例如粘合)到支撑体40的所述内螺纹座的底部。

壳体41包括第二部分41b，该第二部分在外部形成凸缘并且在内部形成用于第一透镜30的容置座。应注意，第一壳体的最小自由横截面(在安放座的底部)是第一透镜的光学光圈。

基本上圆柱形的第二壳体42在内部包括用于第二透镜31的容置座。适合的螺钉44和定心销45将第二壳体固定到第一壳体41的第二凸缘部分41b上。

在插置于第二透镜31和第一壳体41之间的位置中，具有圆柱形外表面的中间体43被容置在第二壳体42的容置座中以便将第二透镜31保持在距第一壳体一预定距离处。中间体43的内表面具有围绕第二光轴的圆锥形延展部，该圆锥形延展部与两个透镜光圈的差一致。

适合的O形环47放置在透镜和相应的容置座之间。

优选地，该设备包括用于获取系统4和扫描系统10的驱动和控制单元50，所述驱动和控制单元刚性地安装在支撑框架2上，其用于接通和/或调节照射系统的供电，以与照射系统的接通同时地启动相机。

优选地，扫描系统10包括(未示出)具有另一光轴51的矩阵相机以及适于发射具有传播平面52和传播轴线53的线性光束的激光源，矩阵相机的该另一光轴51相对于传播轴线53倾斜。优选地，传播轴线53平行于获取系统4的相机5的第一光轴7。例如，传播平面52平行于获取系统的相机的光学平面15。

优选地，穿过另一光轴51和传播轴线53的平面(未示出)垂直于第一参照平面11。

例如，扫描系统具有等于0.375mm的分辨率。

在使用中，例如为了检测在胎面沟槽的底部上露出的扭绞帘线，设置成，将轮胎放置在一侧并且布置获取系统，使得第一光轴7基本上是径向的并且物镜线基本上是轴向的，而且使得焦点F1位于在胎面上靠近布置在上方的胎肩。照射系统8位于轮胎上方，其第二光轴22非常靠近胎面表面(例如79°)并且与物镜线共面。这样，照射系统能够照射胎面沟槽的底部。

然后设置成，相对于设备旋转轮胎，并且通过获取系统4相继地获取轮胎表面的不同线性部分的一系列图像，这些不同线性部分相继地位于物镜线处。例如，两个相继的线性部分之间的线性距离等于0.1mm。通过组合所获取的一系列图像，获得胎面的圆周表面区域的完整图像。通过在已经使获取系统轴向位移之后重复上述方法，可以获得胎面的整个上半部。

然后，对获得的图像进行处理以便检测例如纵向切口和/或露出的扭绞帘线。

此外，典型地在全面圆周区域图像获取之前或之后，可以构想，使轮胎相对于设备旋转，并且通过所述扫描系统检测胎冠的内表面的至少一个圆周部分的空间构造。

根据检测到的空间形状，设置成，允许或拒绝通过插入在轮胎的内部空间中的另外的高分辨率图像获取设备来进一步获取内表面的图像。

Claims (23)

1.一种用于检查轮胎的设备(1)，包括：

﹣支撑框架(2)；

﹣凸缘(3)，所述凸缘用于将所述支撑框架附接至用于移动所述设备的移动构件；

﹣用于获取轮胎的表面的数字图像的获取系统(4)，所述获取系统安装在所述支撑框架上并且包括：

﹣相机(5)，所述相机具有焦平面(6)和第一光轴(7)；和

﹣照射系统(8)，所述照射系统适于至少照射位于所述焦平面与所述第一光轴的交点上的焦点(F1)，

其中，所述设备包括扫描系统(10)，所述扫描系统安装在所述支撑框架上并且适于检测所述轮胎的至少一个内表面部分的空间构造；

其中，第一参照平面(11)穿过所述第一光轴(7)、所述照射系统(8)和所述扫描系统(10)，并且

其中，相对于正交于所述第一参照平面并且穿过所述第一光轴的第二参照平面(12)，所述照射系统(8)基本上位于与所述扫描系统(10)所在的半空间相对的半空间中。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述获取系统(4)刚性地安装在所述支撑框架上和/或所述扫描系统(10)刚性地安装在所述支撑框架上。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述照射系统(8)完全位于与所述扫描系统(10)完全所在的所述半空间相对的所述半空间中。

4.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述获取系统适于获取图像，所述图像的每个像素对应于线性尺寸小于或等于0.2mm的表面区域。

5.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述获取系统(4)是二维图像获取系统。

6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述相机(5)是线性相机，所述线性相机具有光学平面(15)和属于所述焦平面(6)与所述光学平面的相交部的物镜线(16)，所述物镜线(16)包括所述焦点(F1)并且具有预定长度。

7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述光学平面(15)位于所述第一参照平面(11)上。

8.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述照射系统(8)是准远心照射系统。

9.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述照射系统(8)包括光源(20)和具有第二光轴(22)的光学透镜系统(21)。

10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述第二光轴(22)与所述第一光轴(7)和/或所述相机(5)的物镜线(16)相交。

11.根据权利要求9所述的设备，其中，所述第二光轴(22)与所述光学平面(15)形成绝对值小于或等于15°的锐角。

12.根据权利要求9所述的设备，其中，所述光源是LED源。

13.根据权利要求1或2所述的设备，还包括用于所述获取系统和用于所述扫描系统的驱动和控制单元(50)，所述驱动和控制单元刚性地安装在所述支撑框架上，其中，所述驱动和控制单元适于接通和/或调节所述照射系统的供电并且适于在接通所述照射系统的同时启动所述相机。

14.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述扫描系统(10)包括具有另一光轴(51)的矩阵相机以及适于发射具有传播平面(52)和传播轴线(53)的线性光束的激光源，其中，所述矩阵相机的所述另一光轴相对于所述传播轴线倾斜。

15.根据权利要求14所述的设备，其中，穿过所述另一光轴(51)和所述传播轴线(53)的平面基本垂直于所述第一参照平面(11)。

16.根据权利要求14所述的设备，其中，所述传播轴线(53)平行于所述相机(5)的所述第一光轴(7)。

17.根据权利要求14所述的设备，其中，所述矩阵相机具有另一景深，所述另一景深沿所述另一光轴(51)的长度介于150mm和450mm之间。

18.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述扫描系统(10)具有大于或等于0.3mm且小于或等于2mm的分辨率。

19.一种用于检查轮胎生产线中的轮胎的工作站(100)，所述工作站包括：

﹣支撑件(120)，所述支撑件适于支撑设置在侧壁上的轮胎(101)并且适于使所述轮胎围绕其旋转轴线(140)旋转；

﹣根据权利要求1-18中任一项所述的设备(1)，所述设备(1)通过所述凸缘(3)安装在所述移动构件(102)上。

20.一种用于检查轮胎的方法，包括：

﹣布置根据权利要求1至18中任一项所述的设备(1)；

﹣布置待检查的轮胎(101)并且使所述设备移动靠近所述轮胎，所述轮胎具有内表面和外表面；

﹣使所述轮胎相对于所述设备旋转并且通过所述获取系统相继地获取所述轮胎的不同表面部分的一系列图像，以便通过组合所述一系列图像获得第一圆周表面区域的图像；

﹣使所述轮胎相对于所述设备旋转并且通过所述扫描系统检测所述内表面的第二圆周区域的空间形状。

21.根据权利要求20所述的方法，包括：根据所检测到的空间形状，允许或拒绝通过插入在所述轮胎的内部空间中的另外的图像获取设备进一步获取所述内表面的图像。

22.根据权利要求20或21所述的方法，其中，所述内表面的第二圆周区域是所述轮胎的胎冠的圆周内表面区域，所述圆周内表面区域沿着所述旋转轴线的长度至少等于所述胎冠的总体轴向长度，和/或其中，所述第一圆周表面区域是所述轮胎的胎肩和/或胎面的圆周外表面区域并且所述第一光轴(7)相对于所述轮胎基本上径向地布置。

23.根据权利要求20或21所述的方法，其中，所述不同表面部分是线性表面部分，在获取相关图像的瞬间，所述线性表面部分基本上垂直于所述光轴地位于所述相机(5)的物镜线(16)处或所述相机(5)的物镜线附近。

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