CN108603812A - 用于检查轮胎的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于在轮胎生产线中检查轮胎的装置(10),其包括:检测系统(104),其包括具有目标线(106)的照相机(105),所述目标线位于穿过所述照相机(105)的光学平面(107)上;第一光源(110)、第二光源(108)和第三光源(109),所述第二光源(108)和所述第三光源(109)布置在相对于所述光学平面(107)的相对侧并且相对于所述第一光源(110)对称;其中,所述第一光源(110)适于对所述轮胎(200)的与所述目标线(106)重合或接近的表面部分发射漫射的第一光辐射,所述第二光源(108)和所述第三光源(109)适于对所述表面部分发射掠射的第二光辐射和掠射的第三光辐射;和反射元件(150),其限定垂直于所述光学平面(107)布置的反射平面,所述反射元件(150)布置在所述第二光源(108)和所述第三光源(109)之间,所述反射元件(150)适于使所述目标线(106)反射一介于约60°和约120°之间的角度,并且其中,所述反射平面与所述照相机(105)的穿过所反射的目标线的焦平面(121)之间的最小距离小于所述第一光源(110)、所述第二光源(108)和所述第三光源(109)之一与所述焦平面(121)之间的最小距离。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于例如在轮胎生产线中检查轮胎的装置,特别是用于检查在轮胎的表面上或附近,更确切地说在轮胎的外壁的表面上或附近可能存在缺陷的装置。
背景技术
通常,轮胎在操作期间具有围绕其旋转轴线的大体环面结构,并且具有垂直于旋转轴线的轴向中面,所述轴向中面典型地是(基本)几何对称平面,(例如,忽略可能的微小不对称性,例如,胎面花纹和/或内部结构)。
本文识别轮胎的两个部分:胎冠和外壁。胎冠包括胎面带、带束和胎体结构的位于它们径向内部的对应部分。
术语“外壁”是指轮胎的彼此面对的两个部分中的一个,所述两个部分在胎冠的相对侧上径向延伸直抵胎圈,即,直到轮胎的两个径向内端边缘为止,所述外壁具有基本垂直于旋转轴线的圆形延伸部;所述胎圈旨在各自与相应的安装轮辋相联。因此,每个外壁均包括胎体结构的对应部分并且在外壁的轴向外侧的位置中包括由适当弹性体材料制成的部分,通常称为“侧壁”。
通常,胎体结构包括至少一个胎体帘布层,所述至少一个胎体帘布层具有与相应的环形加强结构接合的相应地相对的端部边缘,所述环形加强结构通常称为“胎圈芯”,其集成在上文称为胎圈的区域中。在“无内胎”轮胎中,胎体帘布层完全涂覆有弹性体材料的层,优选地丁基弹性体材料的层,所述弹性体材料的层通常称为“衬里”且具有对空气不可渗透性的卓越性能并且从一个胎圈延伸到另一个胎圈。
外壁的结构也意味着完全包括所谓的“胎肩”,即,轮胎的用于连结在胎冠和外壁的径向内部部分之间的部分(换句话说,两个胎肩对应于轮胎的两个径向和轴向外圆形“边缘”)。胎肩具有基本垂直于旋转轴线的圆形延伸部。
术语“轮胎”是指成品轮胎,即,在构造步骤之后的模制和硫化步骤之后的轮胎。替代地,术语“轮胎”是指生轮胎,即,在其硫化之前的轮胎。
术语轮胎的“部件”旨在表示执行功能的任何元件或其一部分。
术语轮胎的外表面表示在轮胎与其安装轮辋联接之后保持可见的表面,术语轮胎的内表面表示在所述联接之后不再可见的表面。
术语“光学”、“光”等是指所使用的电磁辐射,所述电磁辐射具有落入光波带的扩大范围内但是不一定严格落入该光波带(即,400nm-700nm)内的光谱的至少一部分,例如光波带的这个扩大范围可以从紫外线到红外线范围(例如,介于约100nm和约1μm之间的波长)。
在本申请中,采用光辐射的射线模型,即,假设入射在表面的点上并由非点光源(在点光源的情况下将仅有单条射线)产生的光辐射对应于入射在该点上并具有直线传播方向的一组光射线,该直线传播方向将光源的每个点与表面的所述点相连,其中,这些射线中的每条均具有入射在该点上的总光功率的相关联的一部分。
术语入射在表面的点处的“定向光辐射”是指这样的光辐射,其具有立体角,所述立体角以该点作为顶点并且大小小于或等于π/8球面度,其中,总光功率的至少75%,优选地至少90%,更优选地全部光功率均处于所述立体角内。
术语“漫射光辐射”旨在表示非定向光辐射。
术语入射在表面的点处的“掠射光辐射”意指这样的光辐射,其中,入射在表面的该点上的光辐射的总光功率的至少75%和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。
在光源和/或子光源与属于在它们的外部的元件的点之间表述的测量值是关于所述光源和/或子光源的中心点与前述点之间的距离。
术语“图像”或等同的“数字图像”通常指的是典型地包含在计算机文件中的数据集,其中,空间坐标(每个空间坐标通常对应于一像素)的有限集(典型地,二维和矩阵类型,即N行×M列)的每个坐标(通常二维)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(如在“灰度级”上的那些),例如数值集与有限级(通常为256水平或色调)中的单个值相一致,这种值例如代表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,通常为原色(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”不必意味着图像的实际可视化。
对特定“数字图像”(例如,在轮胎上初始获取的二维数字图像)的任何引用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操作(如例如,滤波、均衡、“阈值化”、形态转换(“开孔”等等)、梯度计算、“平滑化”等等)获得的任何数字图像。
术语“二维图像”旨在表示这样的数字图像,其每个像素均具有表示表面的反射率/漫射率和/或颜色的信息的相关联部分,例如由普通数码照相机检测的图像。
术语“线性表面部分”是指这样的表面部分,其一尺寸远大于垂直于其的另一尺寸,通常大至少两个数量级。线性表面部分的较小尺寸通常小于或等于0.1mm。
术语“线性图像”旨在表示这样的数字图像,其像素的列数大于大于行数,通常大至少两个数量级。通常,行数在1和4之间,列数大于1000。术语“行”和“列”按常规使用并且可互换。
在包括至少一个工作站,优选地多个工作站并插入在用于生产轮胎的装备中的生产线内的术语“循环时间”意味着在正常操作条件下正在制造的轮胎穿过工作站的最大运输时间,在该工作站中构造轮胎本身的部件的至少一部分。例如,循环时间可以介于约20秒和约120秒之间。
在用于生产和构造用于车辆车轮的轮胎的处理中,需要对所制造的产品进行质量控制,目的是避免有缺陷的轮胎或在任何情况下超出设计规格的轮胎能够被投放市场和/或逐步调节所使用的设备和机器以便改进和优化在制造处理中实施的操作的执行。
这些质量检查包括例如由操作人员实施的质量检查,操作人员使用预定时间,例如介于30秒和60秒之间的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符合某些质量标准,则轮胎本身将通过更详细的人工检查和/或通过适当的设备接受进一步的检查,以便更深入地评估可能的结构和/或定性缺陷。
US 2012/0134656示出了轮胎的照射装置和检查装置,其可以容易地检测轮胎形状的异常。照相部分拍摄轮胎的内表面的一部分,而致动器部分使轮胎和检查部分在从沿着轮胎的内表面布置的光源单元朝向轮胎的圆周方向的光照射的状态中以相关的方式围绕轮胎的轴线旋转。
本申请人名下的WO 2015/004587示出了一种用于在生产线中检查轮胎的方法和相关设备,其包括:提供待检查的轮胎;通过作用在外壁的一部分的外接触表面上的压缩力使轮胎的外壁的所述部分弹性变形,该压缩力沿着轴向方向并朝向中线平面;照射外壁的所述部分的内表面和/或外表面并检测被照射的表面的图像;产生代表检测到的图像的控制信号;和分析控制信号以便检测外壁的所述部分上可能存在的缺陷。
EP 1120640描述了用于检查物体的外观和形状的方法和设备。用于拍照的第一装置拍摄由第一裂隙灯照射的物体的线性部分的照片以获得关于外观的数据,用于拍摄照片的第二装置拍摄由第二裂隙灯照射的相同线性部分的照片以获得关于形状的数据,并且基于外观数据和形状数据来判断物体的外观和形状的质量。
在轮胎检查领域中,本申请人自己已经确立了通过光学获取轮胎的数字图像以及后续对数字图像进行处理来分析轮胎的内和/或外表面,例如以为了检测表面上可见的可能存在的缺陷的问题。所寻找的缺陷例如可以是轮胎的表面上的不规则部(未硫化复合物、形状变化等)、结构不均匀性、切口、表面上存在异物等。
本申请人已经发现,为了能够在轮胎生产装备内“在线地”使用检查,需要在短时间内并且在降低成本的条件下实施检查自身。
本申请人已经观察到,在“三维”图像(即,其每个像素均与表面高度的信息相关,例如通过激光三角测量获得的图像)中,难以通过图像处理检测或实际上检测不到一些二维缺陷(即,不涉及表面高度变化的缺陷,如例如具有匹配边缘的切口)。
此外,三维图像的尺寸分辨率,特别是在高度方向上的尺寸分辨率有时不足够高以检测不是非常明显的缺陷。
因此,本申请人已经研究出,检测和分析“二维”图像(作为3D图像的附加方案或替代方案)是有利的。此外,本申请人已经研究出,为了获得轮胎的内表面的部分的数字图像,提供反射目标线的反射表面是有利的,原因在于它还使得可以可视化内表面的部分,否则由于可用于移动照相机的空间有限而因此使得照相机无法根据需要定位,所述内表面的部分难以或不可能在照相机中可视化。因此,至少一个反射表面在需要的地方引导光的光路,使得它在任何情况下都可以到达照相机以及例如定位在照相机中的传感器。
本申请人已经认识到,在US 2012/0134656中描述类型的用于利用光学获取轮胎的二维图像来检查轮胎的设备中,固定到大尺寸镜子的一端的光源的布置转化为装置的高整体体积,这导致还在使装置最大可能接近轮胎的内表面的情况中光源和轮胎的表面之间的最小距离相对较大。
本申请人还已经认识到,在EP 1120640中描述类型的利用光学获取二维图像的检查设备包括光源的结构和布置(参见光源的弧6),所述结构和布置使得光源组的总体积非常高并且阻止比与轮胎的表面相距的一定距离靠得更近,在所述检查设备中,利用矩阵图像投影照相机和线性照相机获取轮胎的内部部分的两个图像。由光源发射的光具有光路,其包括在镜子8上的反射,所述光路在到达线性照相机之前相对较长。此外,提供照射相同部分的两个照相机使得该设备非常复杂、笨重并且在以漫射和/或掠射光获取图像方面不是非常通用。
本申请人还认识到,在WO 2015/004587中描述类型的利用光学获取轮胎的二维图像进行检查的方法和设备就在轮胎的内表面处所需的照射而言非优化,即,它们没有描述能够产生这样的掠射和/或漫射照射的光源,本申请人认为所述掠射和/或漫射照射对于照射轮胎的表面部分以便检查其缺陷是最佳的。
因此,本申请人已经确立了设计用于检查轮胎的装置的问题,该装置能够获取轮胎的表面的二维图像(特别是用于检测轮胎的表面上的缺陷),该装置适于在线地插入生产装备的轮胎生产线中,换句话说,适于在缩短的操作时间和减少的成本条件下使用并且能够提供可靠的结果。特别地,本申请人已经确立了设计能够获取二维图像的装置的问题,特别是用于检测轮胎的内表面上的缺陷,其中,装置可以在其中移动的“操纵空间”由于轮胎本身的内表面中存在底切部和凸起部而非常小并且一些表面部分的照射特别复杂。轮胎的内表面的这种构造加上其大致为黑色也需要对待检查的表面部分进行高照射。这可以通过高功率光源或通过使得光源尽可能接近轮胎本身来获得。
本申请人已经认识到能够将照相机、反射元件和至少三个光源相联,从而利用这些元件的几何布置可以在更接近的距离处以漫射光和掠射光获取图像,这对于上述检查轮胎的目的尤为有用。
更确切地说,本申请人最终已经发现包括照相机(其具有目标线)、至少三个光源和反射元件的装置特别紧凑且易于操作并且可以充分靠近轮胎的表面和/或可以插入轮胎本身内,第一光源和反射元件布置在第二光源与第三光源之间。
此外,证明在利用高功率漫射光和/或宽立体入射角获取图像和/或利用来自目标线的至少一侧或两侧的掠射光获取图像方面特别通用,还允许通过二维图像检测三维缺陷。此外,该装置能够接近到与轮胎的内表面相距相对较短的距离,以便以足够的光强度照射轮胎以正确地照射轮胎。
发明内容
根据第一方面,本发明涉及一种用于在轮胎生产线中检查轮胎的装置。
优选地,提供检测系统,其包括照相机,该照相机具有位于穿过照相机的光学平面上的目标线。
优选地,提供第一光源、第二光源和第三光源,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侧并且相对于所述第一光源对称。
优选地,所述第一光源适于对所述轮胎的与所述目标线重合或靠近的表面部分发射第一漫射光辐射,所述第二光源和第三光源适于对所述表面部分发射第二掠射光辐射和第三掠射光辐射。
优选地,提供反射元件,其限定垂直于所述光学平面布置的反射平面,所述反射元件布置在所述第二光源和第三光源之间,所述反射元件适于将所述目标线反射一介于约60°和约120°之间的角度并且其中所述反射平面和所述照相机的穿过所反射的目标线的焦平面之间的最小距离小于所述第一光源、第二光源和第三光源之一与所述焦平面之间的最小距离。
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,该套件包括根据第一方面的装置。
优选地,该套件包括变形元件,所述变形元件构造成通过物理接触在所述轮胎上形成弹性变形部分。
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。
本申请人认为,为了检查轮胎的表面,特别是其内表面的目的,通过照相机获取二维数字光学图像并对其进行处理以便检测所述表面上的可能缺陷,至少三个光源的布置使得可以用两种类型的辐射(掠射和漫射)照射待检查的部分,其中,第一光源适于对待检查的轮胎部分发射漫射光,第二光源和第三光源适于发射掠射光辐射并分别位于由照相机限定的光学平面的相对侧上,第一光源布置在第二光源和第三光源之间。以这种方式,可以在对所获得的图像的后续分析中突出显示例如可能存在于轮胎的内表面的一部分中的缺陷。此外,由于以下原因,在光源之间插入反射元件使得可以使轮胎的部分,特别是轮胎的内表面的部分可视化,否则该部分不能可视化。轮胎的直径通常远大于其宽度,因此适于至少部分地进入轮胎中并检测其缺陷的装置必须优选地保持紧凑,特别是在对应于轮胎宽度的延伸部中保持紧凑。因此,将照相机定位在光源“后面”以便直接检测由被照射表面反射的光将使得该装置不适于检查轮胎的内表面的某些部分,特别是关于与侧壁轴向相对的内表面以及胎肩的内表面,这是由于前后放置的照相机和光源所给出的延伸部通常太高。反射元件的存在允许光源和照相机之间的不同定位,以便获得非常紧凑的装置,特别是沿着一个方向非常紧凑的装置,这使得由被照射表面反射的光可以通过反射表面沿着相对于“直接”方向的不同方向被发送到照相机。此外,将目标线的反射角度固定在60°至120°的范围内是有利的,原因在于它允许光源、反射元件和照相机之间的使得装置的紧凑性最大化的相对布置。
本申请人还认为,优选的是能够接近到距轮胎的内表面相对短的距离,以便以高光强度照射内表面,而同时又不会使用例如引起高散热的功率的光源。本申请人还认为,由于希望存在不同的光源以具有最适于检测缺陷的不同类型的照射(掠射和漫射)以及在待照射的表面部分中具有高光强度,因此这方面还涉及装置的在所有光源沿着其定位在光学平面的侧部上的方向上的尺寸的相对“加宽”。因此,本申请人认为,通过提供作为装置中最接近待检查表面的“最接近”元件的反射元件以及使光源保持更远允许最小化由光源发出、由轮胎的表面部分反射并由照相机检测到的光的光路距离,因此利用光源产生的整个光强度,同时最小化装置和轮胎之间发生接触的风险,从而将损坏降至最低。
在前述方面中的一个或多个中,本发明还可以具有下文描述的优选特征中的一个或多个。
优选地,所述照相机是线性照相机,并且所述表面部分是线性表面部分。
优选地,所述反射平面和所述照相机的穿过所反射的目标线的所述焦平面之间的所述最小距离小于所述第一光源、第二光源和第三光源与所述焦平面之间的每个最小距离。
换句话说,反射平面是相对于所有光源最靠近焦平面的元件。
优选地,所述第一光源包括第一子光源和第二子光源,所述第一子光源和所述第二子光源相对于所述光学平面对称布置。更优选地,所述第一光源包括第三子光源和第四子光源,所述第三子光源和所述第四子光源相对于所述光学平面对称布置。甚至更优选地,第一子光源和第二子光源对称地布置在所述反射元件的侧部。甚至更优选地,第三子光源和第四子光源对称地布置在所述反射元件的侧部。
第一光源负责表面部分的漫射照射。理论上,期望最大可能数量的这种漫射光源以获得最佳照射。然而,这将与装置紧凑性的要求相冲突,紧凑性是期望的,因为例如优选的是装置能够插入轮胎内部。根据本申请人,提供两个并且更优选地四个子光源是漫射光源的数量与装置的最终尺寸之间的最佳折衷。
此外,光源相对于光学平面的对称性是优选的,并且优选地还通过第一光源的布置来保持这种对称性,所述第一光源优选地包括位于光学平面的两侧的两个或四个子光源。光源的对称性允许轮胎的表面部分的照射基本上对称,因此利用不同照射的图像更容易相互比较,从而简化了由照相机检测的图像的处理算法。
优选地,所述第二光源和所述第三光源各自包括单个子光源。以这种方式,它们产生相应的优选地掠射定向辐射。
优选地,所述第一光源的所述第一子光源和所述第二子光源共面并且限定基本上平行于焦平面的平面。更优选地,所述焦平面与穿过所述第一子光源和所述第二子光源的平面之间的距离介于约85mm和约95mm之间。
优选地,所述第三子光源和所述第四子光源共面并且限定基本上平行于焦平面的平面。更优选地,所述焦平面与穿过所述第三子光源和所述第四子光源的平面之间的距离介于约75mm和约85mm之间。
优选地,所述第二光源和所述第三光源共面并且限定基本上平行于焦平面的平面。更优选地,平行于所述焦平面并穿过所述第一光源的子光源的平面和平行于所述焦平面并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10mm和约40mm之间。
由于为了反射光辐射的光路,反射元件相对于光源成一定角度,因此装置由于上述角度在彼此垂直并且与光学平面共面的两个方向上具有最小尺寸。因此,将光源布置在彼此偏移的不同平面中并且在所指示的优选距离处不会增加装置的尺寸,因为它们“包含在”由反射元件的角度给出的两个垂直方向上的尺寸内。本申请人认为,偏移平面中的布置是用于利用掠射和漫射光正确地照射轮胎的表面部分的最佳布置。
优选地,所述第一光源和所述焦平面之间的距离大于所述第二光源和所述焦平面之间或所述第三光源和所述焦平面之间的距离。
第一光源优选地基本上更远离待被精确照射的表面,以便以最佳方式获得具有高强度的漫射光,而产生掠射光的第二光源和第三光源定位得更靠近并且成正确角度。
优选地,所述第一光源的或所述第二光源的或所述第三光源的所述子光源中的至少一个限定基本上平行于所述光学平面的主延伸方向。
更优选地,所述第一光源的、所述第二光源的和所述第三光源的所有子光源限定基本上平行于所述光学平面的主延伸方向。
该主延伸方向优选地与光源在其最大延伸方向上的轴线重合。
“基本上平行”指的是两个光源,特别是它们各自的主延伸方向的布置包括所有这样的构造,在所述构造中,两个不同的光源的相应主方向形成的角度的大小基本上与其正弦及正切值相符。对于具有小于5°的值的角度会发生这种情况。
本申请人认为,为了在生产线中检查轮胎的表面,特别是为了通过获取和处理二维数字光学图像来检测所述表面上的可能缺陷,至少三个光源的布置赋予设备特别的紧凑性和可操纵性和/或允许以宽的立体角漫射照射目标线和/或允许以漫射光和以来自目标线的一侧或两侧的掠射光获取图像,其中,所述光源具有相应的主延伸方向,所述相应的主延伸方向基本上平行于照相机的目标线所在的光学平面,其中,第二光源和第三光源分别位于光学平面的相对侧并且第一光源布置在第二光源和第三光源之间。
优选地,所述反射平面限定基本上平行于所述光学平面的主延伸方向。
该主延伸方向优选地与反射平面在其最大延伸方向上的轴线重合。
这种构造增加了装置的紧凑性。有利地,反射平面可以是基本上矩形的,并且主延伸方向是由矩形的较长边限定的方向。
优选地,所述反射平面的所述主方向与所述第一光源或所述第二光源或所述第三光源的所述主方向形成的角度介于约30°和约60°之间。
该角度优选使得既可以使用反射平面以期望的方式反射目标线,又可以保持装置的紧凑性。
优选地,沿所述主延伸方向,所述第一光源的所述第一子光源、所述第二子光源、所述第三子光源或所述第四子光源或所述第二光源或所述第三光源或所述反射平面具有基本上直线的构造。
以这种方式,使所述光源或反射平面具有这种线性或直线的延伸部是简化的并增加了紧凑性。
优选地,沿所述反射平面的主延伸方向的长度大于沿所述第一光源的所述第一子光源、所述第二子光源、所述第三子光源或所述第四子光源或所述第二光源或所述第三光源的所述主延伸方向的长度。
所述反射元件相对于光源成角度的事实使得可以具有反射平面的更大长度而同时又不会使装置的最大尺寸无效,这是因为该角度补偿了大的长度。
优选地,所述第一光源的所述第一子光源、第二子光源、第三子光源和第四子光源中的一个的长度和所述第二光源的长度基本相同,或者所述第一光源的所述第一子光源、第二子光源、第三子光源和第四子光源中的一个的长度和所述第三光源的长度基本相同。
以这种方式,该系统非常紧凑,并且在一个方向上的最大尺寸由光源的主方向上的最大尺寸给出。
优选地,所述第二光源和所述第三光源相对于所述光学平面对称布置。
布置在检测系统的光学平面的两侧处的光源中的对称性允许更容易地比较利用不同类型的照射获得的图像,所述不同类型的照射通过用第二光辐射或第三光辐射照射第二表面部分获得。
优选地,相应的所述光源或子光源沿主延伸方向的尺寸至少为垂直于所述主延伸方向的尺寸的两倍,更优选地至少大一个数量级。
优选地,每个所述光源或子光源沿所述主延伸方向的尺寸小于或等于15cm。
优选地,每个所述光源或子光源沿所述主延伸方向的尺寸大于或等于5cm。
优选地,每个所述光源或子光源的垂直于所述主延伸方向的尺寸小于或等于3cm,更优选地大于或等于2cm。上述尺寸允许子光源有效地成形为目标线并减小体积。
优选地,相应的所述光源或子光源在结构上和/或在尺寸上彼此相同。以这种方式,简化了光源组的结构、操作和维护。
优选地,沿所述第二光源的所述主方向的第一轴向端、沿所述第三光源的所述主方向的第一轴向端和所述第一光源的所述第一子光源、第二子光源、第三子光源和第四子光源中的一个的第一轴向端共面。
更优选地,沿所述第二光源的所述主方向的第二轴向端、沿所述第三光源的所述主方向的第二轴向端和所述第一光源的所述第一子光源、第二子光源、第三子光源和第四子光源中的一个的第二轴向端共面。
因此,沿主方向,装置的尺寸基本上由光源的尺寸给出,所述光源的尺寸被限制在两个基本上平行的平面之间,光源的相对轴向端搁置在所述两个基本上平行的平面上。反射平面可以从光源被限制在其间的这两个平行平面突出,这是因为它代表与焦平面最接近的元件。
优选地,提供驱动和控制单元,所述驱动和控制单元被构造成选择性地激活所述第一光源、第二光源和第三光源中的至少一个。
优选地,提供驱动和控制单元,所述驱动和控制单元被构造成与所述第一光源、第二光源和第三光源中的所述至少一个的激活同步地激活所述照相机以获取所述表面部分的相应二维图像。
所述驱动和控制单元优选地驱动一个或多个光源和照相机两者,以便对于轮胎的待检查的表面部分,优选地对于内表面部分获得该部分本身的一个或多个图像,优选地是二维图像。对于每个表面部分,当通过第一光源进行照射时,优选地以特定频率从所述第一光源发射辐射,以限制由上述第一光源发射的功率,从而也限制散热量。被照射部分的图像在其照射时,即,当第一光源发射辐射时获得。为此,因此在接通第一光源和获取第一图像之间获得时间同步。这同样优选地在激活第二光源或第三光源时发生,所述第二光源或第三光源对表面部分发射掠射辐射。
因此,优选地在与接通其他光源的时间不同的时间接通每个光源。换句话说,在每个时间间隔中,仅接通第一光源、第二光源或第三光源中的一个。在第一光源的子光源的情况下,它们被一致地接通和断开,即,它们在接通和断开方面彼此同步。
通过用第一光源、第二光源或第三光源交替照射每个部分而获得针对该部分的优选地至少两个不同图像的可能性允许比较在不同照射条件下(漫射和掠射)下相同表面部分的不同图像以检测其缺陷。
优选地,所述驱动和控制单元适于驱动所述检测系统,以便获取三个不同图像,每个所述图像均对应于所述第一光源、所述第二光源和所述第三光源中的不同光源的接通。
在不同的照射条件下获得三个图像允许三个图像的对于检测缺陷而言最佳的处理,所述不同的照射条件为:漫射的中心照射以及从两个相对的半空间至光学平面的掠射。
优选地,可以预见处理所述第一图像或第二图像或第三图像,以便检测所述轮胎的所述第一表面部分或第二表面部分或第三表面部分中的可能缺陷。
优选地,所述反射元件适于将所述目标线反射大约90°的角度。在该解决方案中,再次关于紧凑性,达到装置的最佳几何布置,从而还优选地使反射元件相对于焦平面成45°的角度。
优选地,反射元件包括限定所述反射平面的反射层,所述反射层是所述反射元件的最外层,在所述最外层上反射指向所述照相机的光辐射的光路。有利地,如果反射层是来自轮胎的辐射直接撞击在其上的第一最外层,则没有进一步的反射并因此没有延长入射在反射平面上的辐射的光路。
优选地,提供第一支撑件,所述照相机固定到第一支撑件。
优选地,所述驱动和控制单元固定到所述第一支撑件。
在给定光源交替激活的优选高频率的条件下,本申请人认为通过将驱动和控制单元定位成基本上“靠近”光源和照相机可以最小化控制信号中的延迟。
优选地,提供第二支撑件,所述第一光源、所述第二光源和所述第三光源以及所述反射元件固定到所述第二支撑件。
更优选地,所述第一支撑件和所述第二支撑件通过连接臂连接并形成一体。该装置基本上是单个元件,所述单个元件优选地插入轮胎内。因此,该装置的各种元件,即,光源、照相机和反射元件彼此形成一体。
更优选地,所述第二支撑件包括两块等距板,所述第一光源、所述第二光源和所述第三光源布置在所述两块等距板之间。以这种方式,光源形成单体。
优选地,所述第一光源或所述第二光源或所述第三光源通过导热膏固定到所述第二支撑件。
优选地,所述第一支撑件或所述第二支撑件至少部分地由铝制成。
优选地,所述第一支撑件或所述第二支撑件包括散热片结构。
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通常是黑色的表面部分,光源需要产生大量的光,这带来负面影响,即,产生热量以及相对高温。为此,优选地至少一个光源并且优选地所有光源均包括支撑件。有利地,每个支撑件均因铝的轻质和导热性而由铝制成并且优选地包括用于冷却的散热片结构。此外,为了使热传递最大化,通常在芯片中使用的导热膏也用于获得在装置中的任何两个接触表面之间具有大换热表面的区域。
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大于或等于6个的多个二极管。
LED确保高效并因此较之其他光辐射源相对节能,并且由于低发热,因此这种高效也是有利的。
有利地,LED还具有长操作时间:所述LED不易损并且在任何情况下所使用的光源皆优选地不包括单个LED而是包括多个LED,因此允许LED中的一个或多个出现故障,这在使用不同类型的光辐射源的情况下是不可能的。LED最终有利地确保快速接通和断开。
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,所述会聚透镜适于将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缩窄到介于约15°和约45°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,所述会聚透镜适于将所述第一光辐射、所述第二光辐射和所述第三光辐射的发射场角缩窄到介于约15°和约25°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,对表面部分发射的辐射分布越好,但另一方面光强度却越差。
由于光源相对靠近待检查和照射的表面部分,因此本申请人认为使用一个(或多个)适当设计的透镜是有利的,其目的是集中光辐射束以便显著增加光辐射在待照射的表面部分中的光强度。介于约15°和约25°之间的发射角允许待照射的轮胎的表面部分中的均匀辐射和足够强度之间的最佳折衷。
优选地,在所述焦平面与穿过所述目标线以及所述第二光源或第三光源的任何相应点的任何平面之间形成的相应角度小于或等于60°。以这种方式,获得了漫射光的宽立体角。
优选地,所述表面部分属于所述轮胎的胎肩的表面部分。
优选地,所述表面部分在轮胎内部对应于所述轮胎的侧壁的表面部分。
优选地,所述表面部分属于所述轮胎的胎圈表面部分。
由于紧凑和照射的特性,本发明的装置有利地应用在轮胎内部以检测其内表面中的缺陷。
优选地,所述变形元件适于根据待检查的轮胎的类型向所述轮胎施加变形。
并非所有轮胎都具有相同特性的尺寸和柔性。因此,由变形元件施加的力优选地与待检查轮胎的类型相关并因此与特性相关。
有利地,所变形的表面至少部分地包括所述表面部分。
轮胎的表面部分的变形突出了否则通常不可见的缺陷,如例如切口。因此,优选地对也变形的表面部分,即,形成待检查的表面的一部分进行照射。
优选地,所述第一光源和由所述变形元件变形的所述表面之间的距离介于约85mm和约95mm之间。
优选地,生产线包括旋转系统,所述旋转系统适于使所述轮胎和所述机器人臂相对于彼此相对旋转,以便改变所述轮胎的所述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360°检查轮胎本身。有利地,轮胎旋转而非检测系统旋转,原因在于前一操作更简单:检测系统的旋转可能导致由于连续运动引起的振动而损坏检测系统或使得所获取的图像不准确。
有利地,生产线包括变形元件,所述变形元件构造成将力施加到所述轮胎的待检查的表面。
优选地,所述驱动和控制单元被构造成在由所述旋转系统执行的所述轮胎的360°旋转期间以预定时间间隔驱动所述检测系统以获取所述表面部分的多个图像。
以这种方式,检查整个轮胎。
有利地,所述变形元件适于在所述轮胎的外胎肩或侧壁的表面形成部分上产生弹性变形。
本申请人已经发现,通过压缩最突出的缺陷通常存在于轮胎的外胎肩或侧壁处并且在对应的变形的内表面部分中并且因此有利地由变形元件施加的挤压或推动被施加在这两个区域中的一个或两个中。
附图说明
从根据本发明的用于在轮胎生产线中检查轮胎的装置和套件的若干示例性而非排他性实施例的详细描述,其他特征和优点将变得更加清楚。在下文中将参考附图阐述所述描述,所述附图仅用于指示而非限制,其中:
-图1示出了根据本发明的用于检查轮胎的装置的前透视图;
-图2示出了图1的用于检查轮胎的装置的后透视图;
-图3示出了图1的装置的正视图;
-图4示出了图1的装置的俯视图;
-图5示出了根据本发明第一实施例的用于检查轮胎的装置的局部和示意性透视图;
-图6以简化形式示出了图1的装置的细节的局部和示意性透视图;
-图7以简化形式示出了图1的装置的细节的局部和示意性侧视图;
-图8示出了图1的装置的细节的截面和示意性侧视图;和
-图9至12示出了用于检查轮胎的套件在不同操作步骤中的局部和示意性透视图。
具体实施方式
参照附图,附图标记10总体上表示根据本发明的用于检查轮胎200的装置。
特别参照图5,支撑件102适于以侧壁支撑轮胎200并使其绕其旋转轴线201旋转,所述旋转轴线通常根据竖直方向布置。支撑件102通常由未进一步描述和示出的移动构件致动,这是因为所述移动构件例如可以是已知类型。用于轮胎的支撑件102可以可能地被构造成锁定轮胎,例如锁定相应的被支撑的胎圈。
轮胎200具有围绕旋转轴线201的基本上环面结构并且具有垂直于旋转轴线201的轴向中面202(在图9、10、11和12中以虚线表示的截面)。轮胎由胎冠203和外壁204组成。进而,外壁各自由胎肩区域205、胎圈区域206和布置在胎肩和胎圈之间的径向中央区域或侧壁207构成,如可以在图9和11中观察的那样。
现在参照图6和7,以简化形式表示装置10,以为了清楚地表示其功能部件。优选地,装置10包括检测系统104,该检测系统包括优选为线性类型的照相机105,所述照相机具有位于穿过前述照相机105的光学平面107上的目标线106。此外,照相机105限定焦平面121,轮胎表面的待被照射的一部分聚焦在所述焦平面上。优选地,光学平面107和焦平面121彼此垂直(参见例如图6或7)。装置10还包括第一光源110、第二光源108和第三光源109,所述第一光源、第二光源和第三光源适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200的与目标线106重合(例如当表面部分是平面时)或靠近目标线106(由于轮胎表面的曲线形状)的表面部分212,所述表面部分还优选地是线性表面部分(在图5中可见)。
检测系统104适于获取由第一光源、第二光源和第三光源中的至少一个照射的线性表面部分212的相应二维数字图像。
由第一光源110发射的第一光辐射漫射在轮胎200的线性表面部分212上,而分别由第二光源108和第三光源109发射的第二光辐射和第三光辐射掠射在轮胎200的表面部分212上。
检测系统通过照相机105适于获取由第一光源110、第二光源108和第三光源109中的至少一个照射的线性表面部分212的相应二维数字图像。
优选地,第二光源108和第三光源109各自包括至少一个相应的子光源。甚至更优选地,第二光源108和第三光源109各自包括单个相应的子光源111、112,这两个子光源相对于光学平面107对称地定位。优选地,两个子光源111和112分别位于相对于光学平面107的相对侧处并且与光学平面等距。
优选地,第二光源108和第三光源109的子光源111、112分别与焦平面121相距的距离d2和d3相同(即,d2=d3)。因此,连结两个子光源111和112的平面P3基本上平行于线性照相机105的焦平面121,并且优选地与其相距介于约55mm和约65mm之间的值。在图7中示意性地表示了平面P3及其与焦平面121相距的距离d2(如上所述等于d3)。
优选地,第一光源110由四个子光源组成,分别为第一子光源113a、第二子光源113b、第三子光源113c和第四子光源113d,所述子光源成对地分布在光学平面107的两侧并且相对于所述光学平面对称。更具体地,第一光源110的第一子光源113a和第二子光源113b相对于光学平面107对称布置并且更优选地与光学平面等距,并且第三子光源111c和第四子光源111d相对于光学平面107对称布置并且更优选地与光学平面等距。
优选地,第一光源110的第一子光源113a和第二子光源113b与焦平面121相距的距离d1a和d1b相同(即,d1b=d1a)。因此,两个子光源通过称为P1的平面(再次参见图7)连结,该平面基本上平行于线性照相机105的焦平面121并且与其相距介于约85mm和约95mm之间的值d1a。类似地,第一光源110的第三子光源113c和第四子光源113d与焦平面121相距的距离d1c和d1d相同(即,d1c=d1d)。因此,两个子光源113c和113d由平面P2连结,该平面基本上平行于线性照相机105的焦平面121并且与其相距介于约75mm和约85mm之间的值。
优选地,第一子光源113a与焦平面121之间以及第二子光源113b与线性照相机105的焦平面121之间的距离d1a=d1b大于第二光源108与焦平面121之间的距离d2或者大于第三光源与焦平面121之间的距离d3。更优选地,第三子光源113c与焦平面121之间或第四子光源113d与焦平面121之间的距离d1c=d1d介于第一子光源113a、第二子光源113b与焦平面121的距离和第二光源108、第三光源109与焦平面121的距离之间。结果,漫射的第一光源110相对于第二光源108和第三光源109更加远离轮胎200的待被照射的线性表面部分212,因此产生掠射光的第二光源108和第三光源109定位成更靠近上述线性表面部分212。以这种方式,可以利用装置10的正确几何结构获得掠射光。
每个子光源111、112、113a-d均具有相应的主延伸方向(图6中的虚线114),其优选地基本上平行于光学平面107并因此平行于目标线106延伸。因此,所有光源或子光源均优选地沿着它们的较大延伸部彼此平行,即,对准。
优选地,子光源111、112、113a-d具有:沿着主延伸方向114的尺寸,该尺寸介于约5cm和约15cm之间;和沿着与主延伸方向114垂直的方向的尺寸,该尺寸介于约2cm和约3cm之间。
作为示例,子光源111、112、113a-d的沿主延伸方向114的尺寸等于约6cm并且沿垂直于主延伸方向114的方向的尺寸等于约2.5cm。
每个子光源111、112、113a-d通常均包括沿着主延伸方向114布置的多个LED源169。优选地,每个子光源111、112、113a-d均包括位于每个LED光源169上方的会聚透镜170,所述会聚透镜适于将由LED光源169发射的光束会聚约30°,如图8所示。由每个LED源169发射的光束因此被限制到优选地介于约20°和约40°之间的角度。
在图1至4中给出了在图6至8中以简化方式表示的装置的示例性实施例的表示。
特别参照图1和2,每个光源110、108、109还包括优选地由铝制成的支撑件168,LED源169固定在所述支撑件上。优选地,LED源169通过导热膏(在图中不可见)固定到相应的支撑件168。有利地,每个支撑件168均还在不与LED源169接触的外表面中包括用于散热的散热片结构167。
通常,装置10包括机器人臂160(仅在图1中示意性地示出),第一光源110、第二光源108和第三光源109以及检测系统104安装在所述机器人臂上。装置10包括用于固定到机器人臂160的附接件19。
优选地,机器人臂160是拟人类型。甚至更优选地,机器人臂160是具有至少五根轴的拟人类型。
更具体地,装置10包括第一支撑件161和第二支撑件162,线性照相机105固定到所述第一支撑件,第一光源110、第二光源108和第三光源109固定到所述第二支撑件。第一支撑件161和第二支撑件162通过连接臂164形成一体。
第二支撑件162包括两块等距板11和12,第一光源110、第二光源108和第三光源109布置在该两块等距板之间。因此,每个光源或子光源的第一轴向端均连接到第一板11而其第二轴向端连接到第二板12。以这种方式,沿着主延伸方向114,光源和/或子光源优选地具有相同的长度,所述长度基本上限制在两个相互平行的平面之间。
因此,优选地,照相机105和光源110、108和109彼此形成一体,并且在装置10的安装步骤中限定它们的相对距离并且保持该相对距离固定。
优选地,装置10包括驱动和控制单元140,其被构造为选择性地激活所述第一光源110、第二光源108和第三光源109中的一个或多个,并且优选地与所述第一光源110、第二光源108和第三光源109中的一个或多个的激活同步地激活线性照相机105以便获取线性表面部分的相应二维数字图像(彩色或单色)。
优选地,驱动和控制单元140安装成与照相机105和光源110、108和109形成一体,特别是它固定到装置10的第一支撑件161。此外,优选地,驱动和控制单元140包括散热片结构142,以为了更大程度地散热。
装置10还包括反射元件,例如镜子150,其限定垂直于光学平面107布置的反射平面。镜子150也布置在第二光源108和第三光源109之间,以便将目标线反射一介于约60°和约120°之间的角度。
优选地,镜子150由穿过其中线的光学平面107分成两个半部。因此,优选地,镜子150不仅布置在第二光源和第三光源之间,而且以空间位置顺序布置在位于光学平面107的一侧上的第二光源108、第三子光源113c、第一子光源113a与位于光学平面107的另一侧上的第二子光源113b、第四子光源113d和第三光源109之间。
镜子150还限定在图6中用118表示的主延伸方向。主延伸方向是属于光学平面107的直线。镜子150的该主延伸方向118相对于光源和/或子光源的主延伸方向114倾斜。如上所述,优选地,光源和子光源具有基本它们共有的彼此平行的主延伸方向。光源和子光源的该共有的主延伸方向114优选地与镜子150的主延伸方向118形成介于30°和60°之间的角度。更优选地,它形成大约45°的角度。
此外,镜子150与线性照相机105的焦平面121(穿过所反射的目标线)之间的最小距离d(再次参见图7)小于第一光源110、第二光源108或第三光源109中的任何一个与焦平面121之间的最小距离。在图7中,光源和子光源的最小距离等于穿过光源的平面与焦平面121的距离,这是由于光源或子光源基本上平行于焦平面121布置。
优选地,镜子沿其主延伸方向118的长度L大于任何光源或子光源沿其主延伸方向114的长度ls。更优选地,两个方向114和118之间形成的角度为α,给出Lcosα>ls。
以这种方式,从图6和7可以更清楚地看出,镜子是至少相对于光源最靠近焦平面121延伸的元件,特别地其端部150a至少相对于光源最靠近焦平面延伸,该端部沿着镜子的主延伸方向118。换句话说,镜子的端部150a相对于光源的轴向端和子光源的轴向端在焦平面121的方向上突出。
优选地,镜子150包括限定所述反射平面的反射层,所述反射层是所述镜子150的最外层,在所述最外层上反射指向所述照相机105的光辐射的光路。
参考图9至12,现在将详细描述装置10的操作。
在轮胎200的内表面中选择要检查的第一表面部分(用212表示)。优选地但不排外地,该部分属于胎肩205、胎圈206或者在内部对应于轮胎200的侧壁207。例如,在图9中,装置10部分地插入轮胎200内部并且通过未示出的机器人臂更靠近胎圈206的第一内表面部分。
第一光源110、第二光源108和第三光源109由驱动和控制单元140驱动,以对轮胎200的第一内表面部分212发射辐射。第一光源110对所述第一表面部分发射漫射辐射,而第二光源108和第三光源109对所述第一表面部分发射来自相对于光学平面107的相对半空间的掠射辐射。优选地,所有三个光源例如在预定频率下发射光辐射以照射轮胎的第一内表面部分。然而,由每个光源实施的照射交替发生:换句话说,对于每个时间段,仅仅接通第一光源110、第二光源108或第三光源109中的一个,而另外两个保持断开。优选地,一起接通第一光源110的四个子光源113a-d,即,在给定时间段内四个全部接通或全部断开。这种频闪频率例如等于0.064ms。
来自第一光源110、来自第二光源108或来自第三光源109的光被轮胎的胎圈206的已经被照射的第一内表面反射并且通过镜子150重定向而朝向照相机105。镜子150使光束的轨迹偏转一介于约60°和约120°之间的角度,更优选地偏转约90°。
优选地,驱动和控制单元140还控制照相机105,以与由第一光源110或第二光源108或第三光源109照射第一内表面部分同步地获取被照射的第一内表面部分的图像。因此,有利地,照相机105:每次接通用漫射光照射轮胎200的内表面部分的第一光源时,获取被照射的该部分的图像;每次接通用来自光学平面107的一侧的掠射光照射轮胎200的内表面部分的第二光源108时,获取被照射的该部分的图像;以及每次接通用来自光学平面107的另一侧的掠射光照射轮胎200的内表面部分的第三光源109时,获取被照射的该部分的图像。以这种方式,有利地,对于每个内表面部分,获取待处理的三个不同图像,其中,利用具有不同特征的辐射照射相同部分。以这种方式,可以获得相同表面部分的漫射光中的一张图像和掠射光中的两张图像。这三个图像还可以形成单个二维图像的不同部分,其中,用掠射光获得第一部分,用来自光学平面的第一方向(例如来自右边)的掠射光获得第二部分,用来自光学平面的第二相反方向(例如来自左边)的掠射光获得第三部分。
在使用包括适于使轮胎的表面部分变形的变形元件的套件进行测量的情况下,装置10尤为有利,所述表面部分至少部分地包括待照射和待获取的线性表面部分。所寻找的缺陷例如可以是轮胎表面上的不规则部(未硫化化合物,形状改变等)、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”尤为重要,其罕见但可能是非常危险的缺陷并且在具有不同化学-物理特征的轮胎的两个部分,如例如不同的化合物之间的界面区域中产生。
这种缺陷是小切口的形式,该小切口通常纵向延伸,即,它们遵循轮胎的圆形延伸部,其特征在于完美匹配的边缘,在所述边缘之间不存在材料的去除或缺失,这是使它们特别难以识别的特征。胎体蠕变还可以涉及靠近轮胎表面,例如靠近内表面布置并且位于通常存在的衬里层下方的胎体结构。在这种情况下,通常衬里本身涉及其中,所述衬里在胎体蠕变处也存在撕裂,因此可以通过光学检查对其加以识别。
通过使待检查的轮胎的外壁的一部分适当地变形,可以减小轮胎的变形表面部分的外曲率半径和内曲率半径,从而突出可能的缺陷,特别是胎体蠕变和其他切口或孔,这是因为正常外部凸度的加重往往“打开”这些缺陷的边缘或周边,使得它们在随后的图像处理中更容易被识别。
因此,该充分压缩的表面部分的被检测到的图像具有高质量和/或包含数量和质量的信息,以允许后续对该信息进行自动处理以为了检测存在的可能缺陷,从而使得用于此目的的用于自动检测缺陷的算法非常有效。
为了正确识别,这种类型的缺陷需要相对高功率并且靠近轮胎的变形部分的照射,即,检查装置定位成非常靠近变形元件,否则由变形元件打开的切口在从发生变形的区域到达一定距离后就发生“闭合”。
为了正确识别,这种类型的缺陷需要相对高功率并且靠近轮胎的变形部分的照射,即,检查装置定位成非常靠近变形元件,否则一旦其从发生变形的区域移开由变形元件打开的切口就发生“闭合”。
在这种情况下,因此提供变形元件130,例如由处理单元(未示出)移动该变形元件,该变形元件与轮胎接触,优选地在轮胎的外壁204处接触,以便优选地对其施加力并且使上述外壁204的一部分变形。
优选地,变形元件130包括压缩构件131和定位致动器132,该定位致动器适于沿着压缩力的方向移动压缩构件。作为示例,定位致动器132可以是气动缸。因此,压缩构件可以与轮胎200接触或远离轮胎。优选地,压缩构件131包括推力辊。
优选地,推力辊可以绕在图10、11和12中用119表示的旋转轴线旋转。推力辊的轴线119一直位于穿过轮胎200的轴线201并且穿过承受变形的外壁部分的径向方向的平面上。优选地,在没有力的情况下,换句话说在休止位置中,压缩辊的轴线119垂直于轮胎的轴线。在操作中,辊的轴线可以不同于与轮胎的轴线垂直的状态(如例如图10中所示),例如在与垂直状态相差30°的测量范围内。
优选地,变形元件130包括径向移动构件(未示出,例如用于引导径向移动的另外的电动马达以及引导件和滑动块的系统),其适于使变形构件和定位致动器作为一体沿着轮胎的径向方向移动。因此,变形元件可以在不使用时移动离开轮胎。
优选地,变形元件130适于通过将上述推力辊压抵在属于外壁部分的外接触表面上,在该外接触表面上施加压缩力,从而使轮胎200的外壁204的一部分发生弹性变形。辊位置、沿着轮胎的旋转轴线施加在外接触表面上的力或施予在所述外接触表面上的运动是预定的并且取决于待检查的轮胎的类型。轮胎200根据类型和型号可以具有不同的弹性和可变形性,并且因此由变形元件130施加的力或变形优选地取决于待检查的轮胎200的类型。变形涉及轮胎200的内表面和外表面两者。
因此,根据本发明,在选择要变形的轮胎的表面部分之后,如图10可见,将装置10带向内表面的随后变形部分。优选地,如图10所示,待检查的内部变形部分是轮胎200的胎肩205的一部分。优选地,轮胎200的外壁204的整个剩余部分,即,胎肩205的剩余部分保持不变形。作为示例,压缩力使得外壁204的部分变形,使得关于外壁的所述部分的所有点取得的在没有力的位置和变形位置之间的最大偏移等于介于大约20mm和大约-20mm之间的值,所述偏移沿着压缩力的方向取得。
处理单元驱动机器人臂160以使光源110、108、109朝向轮胎200的表面,使得第一变形部分内部的内部线性表面部分至少部分地与焦平面121中的目标线重合或接近。
以与上文参照胎圈描述的方式类似的方式通过光源和照相机检测胎肩205的内表面部分的图像,因此三个光源110、108、109被交替接通,并且对于每种不同的照射,通过线性照相机105获取线性图像。
可选地,选择轮胎表面的另外两个部分,优选地但不一定再次属于其外表面的外壁204,其中,进行相应的变形内表面的变形和随后的检查。在图11和12中示出用于检查这两个另外部分的装置10的定位。图11和12中被检查的内表面的两个部分都轴向对应于轮胎200的侧壁207。特别是对于大尺寸轮胎,检查这些表面部分在这种情况下可能需要将装置移动到两个不同的位置,以便能够照射轴向对应于侧壁的整个内表面,否则通过在单个位置中照射和获取图像不能检测整个内表面。因此,变形元件130可以优选地再次通过设备的处理单元定位在轮胎200的两个不同的表面部分处,以使轮胎的第二表面部分和第三表面部分变形。以这种方式,通过使装置10更靠近新的位置,以便获得轮胎的另外的变形内表面部分的照射,可以进行两次新的测量。参见例如图10、11和12中的变形元件130的位置与三个图中的装置10的随后的不同位置之间的差异。此外,在图10中,定位在胎肩205处的推力辊的旋转轴线119相对于由轮胎200的支撑件限定的平面倾斜,而在图11和12中,推力辊的旋转轴线119基本垂直于轮胎200的旋转轴线201。
根据参考图9和10描述的内容通过光源110、108和109以及线性照相机105照射以及获取图像。
有利地,在图9-12中所示的每个位置中,轮胎所在的支撑件102(参见图5)在轮胎自身检查期间被设定为旋转。如上所述,驱动和控制单元140优选地控制照相机105,以便与光源的激活同步地获取由第一光源110或第二光源108或第三光源109照射的内表面部分的图像。
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),所述驱动和控制单元被构造成根据由编码器发送的支撑件的角位置信号激活所述第一光源、第二光源和优选地第三光源并驱动检测系统。
然而,由于轮胎优选地在获得这三个不同图像的同时旋转,因此它们不完全是轮胎的相同内部线性表面部分的图像,这是因为该轮胎在光源的接通和断开期间旋转。
作为示例,第一线性图像和第二线性图像的获取之间以及第二线性图像和第三线性图像的获取之间然后循环地第一线性图像和第三线性图像的获取之间的时间差小于0.2毫秒。因此,在这个非常有限的时间段内,运动“相对较小”,因此仍然可以说,对于基本上相同的表面部分,获得三个线性图像,利用不同的照射获得每个线性图像。
表述“基本上相同的表面部分”意味着第一光源,第二光源和第三光源照射三个相应的表面部分,这三个表面部分可以在空间上彼此偏移但是根据本发明是可比较的,即,它们显示基本上处于相同的位置的相同的元件。例如,三个表面可以在表面本身的平面上偏移小于0.2mm,优选地小于或等于0.1mm的距离。有利地,在检测系统包括照相机(例如矩阵或线性照相机)的情况下,所述距离小于或等于与像素相关联(作为示例其等于0.1mm)的线性表面尺寸。换句话说,第一图像的每个像素示出的微表面部分与第二图像的对应于每个所述像素的像素所示的微表面部分相距小于0.2mm的距离。
换句话说,三个图像可以逐像素地基本并置,但是由于在此期间发生的轮胎的旋转,因此对于三个图像而言与单个线性图像相关联的真实线性表面部分并不完全一致。然而,选择图像的获取频率和旋转速度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以外,第一(或第二或第三)图像的每个像素示出的表面微部分不同于第二(或相应的第三或第一)图像的对应于所述每个像素的像素所示的表面微部分,作为示例,空间偏离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(例如等于约0.1mm)的时间段中获取三个线性图像。
一旦执行了轮胎的期望旋转以检查期望的表面部分,优选地至少一整圈旋转以获得整个圆形延伸部,就获得单个数字图像,该数字图像由一系列线性部分的所有数字图像组成,用相应的光源照射每个所述线性部分。处理单元从检测系统接收这样的图像并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。
在如上所述获取由利用漫射光[A]的部分、利用掠射光dx[B]的部分和利用掠射光sx[C]的部分形成的单个图像的情况中,获取了重复直到整个轮胎的系列,获得了通过序列ABCABCABCABCABCABCABCABCABC…..形成的整体图像。在处理中,此图像分为三个有效图像,从而获得AAAAAAAA...、BBBBBBBB...、CCCCCCCC...。
优选地,处理单元还被构造成用于以下功能:接收从线性照相机获取的图像;并处理图像以检查表面部分。处理单元包括例如PC或服务器。优选地,处理单元适于通过比较利用掠射光获得的待处理的第二图像和第三图像来处理它们,以便获得关于表面部分的高度轮廓的信息。优选地,待处理的第二图像和第三图像之间的比较包括计算差异图像,其中,每个像素与表示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异的值相关联。
优选地,在比较要处理的第二图像和第三图像之前,可以预见使得要处理的第二图像和第三图像变均衡,例如全局或局部使其平均亮度变均衡。
优选地,处理单元使用通过待处理的第二图像和第三图像之间的上述比较获得的信息处理漫射光中的要处理的第一图像,以检测表面部分上可能存在的缺陷。
优选地,处理单元被构造为计算第二图像和第三图像之间的差异,以便获得关于线性表面部分的高度轮廓(例如,可能存在或不存在凸起部和/或凹陷部)的信息。
优选地,计算第二图像和第三图像之间的差异包括计算差异图像,其中每个像素均与表示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异的值相关联。通过这种方式,可以使用通过第二图像和第三图像之间的差异获得的图像来突出显示三维元素(例如轮胎外表面上凸起的斑蚀或凸起的书写)并且在处理漫射光中的图像中考虑这些信息以寻找缺陷。
Claims (38)
1.一种用于在轮胎生产线中检查轮胎(200)的装置(10),其包括:
○检测系统(104),其包括具有目标线(106)的照相机(105),所述目标线位于穿过所述照相机(105)的光学平面(107)上;
○第一光源(110)、第二光源(108)和第三光源(109),所述第二光源(108)和所述第三光源(109)布置在相对于所述光学平面(107)的相对侧并且相对于所述第一光源(110)对称;
○其中,所述第一光源(110)适于对所述轮胎(200)的与所述目标线(106)重合或接近的表面部分发射漫射的第一光辐射,所述第二光源(108)和所述第三光源(109)适于对所述表面部分发射掠射的第二光辐射和掠射的第三光辐射;和
○反射元件(150),其限定垂直于所述光学平面(107)布置的反射平面,所述反射元件(150)布置在所述第二光源(108)和所述第三光源(109)之间,所述反射元件(150)适于使所述目标线(106)反射一介于约60°和约120°之间的角度,并且其中,所述反射平面与所述照相机(105)的穿过所反射的目标线的焦平面(121)之间的最小距离小于所述第一光源(110)、所述第二光源(108)和所述第三光源(109)之一与所述焦平面(121)之间的最小距离。
2.根据权利要求1所述的装置(10),其中,所述反射平面与所述照相机(105)的穿过所反射的目标线的所述焦平面(121)之间的所述最小距离小于所述第一光源(110)、所述第二光源(108)和所述第三光源(109)与所述焦平面之间的每个最小距离。
3.根据权利要求1或2所述的装置(10),其中,所述第一光源(110)包括第一子光源(113a)和第二子光源(113b),所述第一子光源和所述第二子光源相对于所述光学平面(107)对称布置。
4.根据从属权利要求中的一个或多个所述的装置(10),其中,所述第二光源(108)和所述第三光源(109)各自包括单个子光源(111;112)。
5.根据权利要求3所述的装置(10),其中,所述第一光源(110)的所述第一子光源(113a)和所述第二子光源(113b)共面并且限定基本上平行于所述焦平面(121)的平面(P1)。
6.根据权利要求5所述的装置(10),其中,所述焦平面(121)与穿过所述第一子光源(113a)和所述第二子光源(113b)的平面(P1)之间的距离(d1a,d1b)介于约85mm和约95mm之间。
7.根据权利要求4、5或6所述的装置(10),其中,所述第一光源(110)包括第三子光源(113c)和第四子光源(113d),所述第三子光源和所述第四子光源相对于所述光学平面(107)对称布置。
8.根据权利要求7所述的装置(10),其中,所述第三子光源(113c)和所述第四子光源(113d)共面并且限定基本上平行于所述焦平面(121)的平面(P2)。
9.根据权利要求8所述的装置(10),其中所述焦平面(121)与穿过所述第三子光源(113c)和所述第四子光源(113d)的平面(P2)之间的距离(d1c,d1d)介于约75mm和约85mm之间。
10.根据前述权利要求中的一项或多项所述的装置(10),其中,所述第一光源(110)与所述焦平面(121)之间的距离大于所述第二光源(108)与所述焦平面之间的距离或所述第三光源(109)与所述焦平面之间的距离。
11.根据前述权利要求中的一项或多项所述的装置(10),其中,所述第二光源(108)和所述第三光源(109)共面并且限定基本上平行于所述焦平面(121)的平面(P3)。
12.根据权利要求11所述的装置(10),其中,平行于所述焦平面(121)并且穿过所述第一光源(110)的子光源(113a,113b,113c,113d)的平面(P1,P2)与平行于所述焦平面(121)并且穿过所述第二光源(108)和所述第三光源(109)的平面(P3)之间的距离介于约10mm和约40mm之间。
13.根据权利要求3至12中的一项或多项所述的装置(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)的所述子光源(113a,113b,113c,113d;111;112)中的至少一个限定基本上平行于所述光学平面(107)的主延伸方向(114)。
14.根据权利要求13所述的装置(10),其中,所述第一光源(110)、所述第二光源(108)和所述第三光源(109)的所有子光源(113a,113b,113c,113d;111;112)限定基本上平行于所述光学平面(107)的主延伸方向(114)。
15.根据前述权利要求中的一项或多项所述的装置(10),其中,所述反射平面(150)限定基本上平行于所述光学平面(107)的主延伸方向(119)。
16.根据权利要求13至15中的一项或多项所述的装置(10),其中,沿所述主延伸方向(114),所述第一光源(110)的所述第一子光源(113a)、所述第二子光源(113b)、所述第三子光源(113c)或所述第四子光源(113d)或所述第二光源(108)或所述第三光源(109)或所述反射平面具有基本上直线的构造。
17.根据权利要求15或16所述的装置(10),其中,沿所述反射平面的所述主延伸方向(119)的长度(L)大于沿所述第一光源(110)的所述第一子光源(113a)、所述第二子光源(113b)、所述第三子光源(113c)或所述第四子光源(113d)或所述第二光源(108)或所述第三光源(109)的主延伸方向(114)的长度(ls)。
18.根据权利要求15至17中的一项或多项所述的装置(10),其中,所述第一光源(110)的所述第一子光源(113a)、所述第二子光源(113b)、所述第三子光源(113c)和所述第四子光源(113d)之一的长度(ls)与所述第二光源(108)的长度基本相同,或者所述第一光源(110)的所述第一子光源(113a)、所述第二子光源(113b)、所述第三子光源(113c)和所述第四子光源(113d)之一的长度与所述第三光源(109)的长度基本相同。
19.根据前述权利要求中的一项或多项所述的装置(10),其中,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)对称布置。
20.根据前述权利要求中的一项或多项所述的装置(10),其包括驱动和控制单元(140),所述驱动和控制单元构造成:
○选择性地激活所述第一光源(110)、所述第二光源(108)和所述第三光源(109)中的至少一个,以及
○与所述第一光源(110)、所述第二光源(108)和所述第三光源(109)中的所述至少一个的激活同步地激活所述照相机(105)以获取所述表面部分(212)的相应二维图像。
21.根据权利要求20所述的装置(10),其中,所述驱动和控制单元(140)适于控制所述检测系统(104)以便获取三个不同的图像,每个所述图像均对应于接通所述第一光源(110)、所述第二光源(108)和所述第三光源(109)中的不同光源。
22.根据前述权利要求中的一项或多项所述的装置(10),其中,所述反射元件(150)适于将所述目标线反射大约90°的角度。
23.根据前述权利要求中的一项或多项所述的装置(10),其中,所述反射元件(150)包括限定所述反射平面的反射层,所述反射层是所述反射元件的最外层,在所述最外层上反射指向所述照相机(105)的光辐射的光路。
24.根据前述权利要求中的一项或多项所述的装置(10),其包括第一支撑件(161),所述照相机(105)固定到所述第一支撑件。
25.根据权利要求20和24所述的装置(10),其中,所述驱动和控制单元(140)固定到所述第一支撑件(161)。
26.根据前述权利要求中的一项或多项所述的装置(10),其包括第二支撑件(162),所述第一光源(110)、所述第二光源(108)和所述第三光源(109)以及所述反射元件(150)固定到所述第二支撑件。
27.根据权利要求24和26所述的装置(10),其中,所述第一支撑件(161)和所述第二支撑件(162)通过连接臂(164)彼此连接并且成为一体。
28.根据权利要求26至27中的一项或多项所述的装置(10),其中,所述第二支撑件(162)包括两块等距板(11,12),所述第一光源(110)、所述第二光源(108)和所述第三光源(109)布置在所述两块等距板之间。
29.根据前述权利要求中的一项或多项所述的装置(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),所述会聚透镜适于将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限制到介于约15°和约45°之间的值。
30.根据前述权利要求中的一项或多项所述的装置(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(LEDs)(169)。
31.根据前述权利要求中的一项或多项所述的装置(10),其中,在所述焦平面(121)与穿过所述目标线(106)和所述第二光源(108)或所述第三光源(109)的任何相应点的任何平面之间形成的相应角度小于或等于60°。
32.根据前述权利要求中的一项或多项所述的装置(10),其中,所述表面部分(212)属于所述轮胎(200)的胎肩(205)的表面部分。
33.根据前述权利要求中的一项或多项所述的装置(10),其中,所述表面部分(212)在所述轮胎内部对应于所述轮胎(200)的侧壁(207)的表面部分。
34.根据前述权利要求中的一项或多项所述的装置(10),其中,所述表面部分(212)属于所述轮胎(200)的胎圈表面部分(206)。
35.根据前述权利要求中的一项或多项所述的装置(10),其中,所述照相机(105)是线性照相机,并且所述表面部分(212)是线性表面部分。
36.一种用于检查轮胎的套件(200),其包括:
○根据权利要求1至35中的一项或多项所述的装置(10);和
○变形元件(130),其构造成通过物理接触在所述轮胎(200)上形成弹性变形部分。
37.根据权利要求36所述的套件,其中,所变形的表面至少部分地包括所述表面部分(212)。
38.根据权利要求37所述的套件,其中,所述第一光源(110)与由所述变形元件(130)变形的所述表面之间的距离介于约85mm和约95mm之间。
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