CN110291376A - 用于在生产过程结束时检测和检查轮胎上的缺陷的设备 - Google Patents

Abstract

申请一种使用用于在生产过程结束时检测和检查轮胎上的缺陷的设备的方法，设备包括工作站，工作站设置有：‑工作台(19)，该工作台包括转台(17)，用于在上述检查期间支撑待测试轮胎(21)；‑轮廓测定仪装置(1，2，3，4，5)，被配置用于扫描和检测与轮胎的内表面和外表面的轮廓有关的一系列图像；‑高分辨率RGB彩色线性摄像机装置(22，23)，用以扫描待测试轮胎的胎面和胎肩的外表面；‑相应地支撑并操纵所述轮廓测定仪装置(1，2，3，4，5)和所述彩色线性摄像机装置(22，23)的机械装置(7，9，11，12，13，15，20)；‑分别用于机电自动化装置(电机、无刷电机、传感器)和管理并操作所述机电自动化装置的电子装置(PLC、逆变器、驱动无刷电机和受控轴)的装置(6，8，10，14，16，18)；‑处理器装置，被实施为具有软件装置，用于存储并处理由所述轮廓测定仪装置(1，2，3，4，5)和所述彩色线性摄像机装置(22，23)相应地检测到的参数，用于提供待测试轮胎的三维模型作为相关的大小和表面特征的样本，以及用于管理数据库，该数据库包括：与在没有表面缺陷的状况下的、按类别整理的各轮胎类型的表面特征有关的参数；所述电子装置和机电自动化装置的设置参数；以及针对检查上述轮胎表面上的缺陷的参数；‑接口，该接口设置在所述处理器装置上，用于操作员与设备之间的交互。轮廓测定仪装置(1，2，3，4，5)和彩色线性摄像机装置(22，23)被配置成同时地运行并且在使轮胎翻转之前执行对待测试轮胎的内表面和外表面的所有轮廓的全扫描，以检查缺陷，如果存在的话；使轮胎在转台(17)上以受控速度转动，并且软件装置被配置用于通过下述两者之间的算法匹配来对表面缺陷——如果检测到的话——进行后续限定和分类，上述两者中的一者为由所述轮廓测定仪装置(1，2，3，4，5)和所述彩色线性摄像机装置(22，23)相应地检测到的关于待测试轮胎的参数，上述两者中的另一者为与相同类别的但在没有表面缺陷的状况下的轮胎有关的至少一个对应参数。

Description

用于在生产过程结束时检测和检查轮胎上的缺陷的设备

本发明涉及用于轮胎的工业生产过程自动化的系统的领域。

更具体地，本发明涉及一种用于在生产过程结束时检测轮胎的所有表面上可能存在的缺陷的设备和相应方法。

轮胎，或充气轮胎，是安装在车轮上并允许车辆在道路上抓地的元件。

它们是车辆最重要的部件之一，因为它们对于安全至关重要：通过其小的覆盖区，它们允许所有的力的交换，这使得可以在所有天气条件下使车辆加速、制动和转向。

轮胎的生产过程基于下述主要步骤：

-复合：轮胎的橡胶复合物由30种橡胶、填充剂和其他成分组成，其在巨大的混合器中混合，以形成可以进行磨削的黑色橡胶复合物；

-磨削：将冷却的橡胶切割成条带，条带将形成轮胎的基本结构；

-制造：轮胎从里到外制造；将织物元件、钢带、胎圈、钢丝、胎面和其他部件放在特定轮胎制造机器中；结果是未成品，称为“生胎”；

-硫化：然后在被以高温加热的模具中通过硫化压机进行硫化，硫化压机通过轮胎外部的气囊将所有部件朝模具的壁压缩，得到轮胎本身的最终形状，包括胎面图案以及在胎肩上的制造商指示；

-检查：在认为可以交货和销售之前，最后由合格的受训人员通过专门设计用于检测甚至最小的缺陷或瑕疵的机器对每个轮胎进行仔细检查，识别缺陷。

如今，世界上制造轮胎(用于汽车、摩托车、货车、自行车等)的所有工业都实施并安装了精密自动轮胎生产系统，从复合物制备开始，构成轮胎、胎冠、胎面、胎圈、标签等的部分的挤制，但检查步骤，即，生产线结束时的质量控制，仍然由操作员手动进行，操作员触摸并目视检查每个轮胎，内部和外部均是，寻找可以目视或通过触摸发现的缺陷。

轮胎质量控制是最敏感的过程之一，检查产品上没有缺陷——在投入市场之前的生产过程期间已进行检查——是必不可少的，并且必须对所有制造的轮胎进行检查；安装有效检查制造轮胎上没有缺陷的机器肯定会提高轮胎生产线上的质量。

“缺陷”一词指与期望情况的任何偏离，无关于这种偏离是会使轮胎的性能劣化(因此可能被报废或降级)还是可能是不会造成轮胎报废或降级的简单缺陷(如，关于外观的缺陷)。缺陷可以是：

-结构类的：有非硫化复合物的部分、形状改变、切口、胎体打滑、偏心、沿着轮胎圆周存在坍瘪(flat，瘪胎)、轮胎的部分的厚度、距离超过合格界线、组装步骤期间少层并存在开口接合部，等等，

-表面类的：表面上存在异物、划痕、刮痕、气泡、脱落、裂纹、囊状部、元件缺失、异物、橡胶过多、橡胶不足，等等，

-因颜色引起：轮胎制造商在制造步骤期间出于不同目的使用颜色，特别是：

·在胎面上书写轮胎的商业代码，

·画彩色线条，用于编码制造的轮胎类型；所述彩色线条设置在胎面的整个圆周上；这种编码通过运输机上的色彩传感器读取，用于将轮胎自动分派到不同制造部门，

·突出显示轮胎商标，

·用轮胎黑色阴影的变化表示，还可以突出显示橡胶复合物中存在的污染物以及在硫化步骤期间高压气体从模具内的气囊中的逸出。

在现在的轮胎质量人工控制站，进行下述操作。

-将每个待测试的轮胎运输至工作站，

-轮胎(内部的和外部的)手动测试，用以检查走样、划痕、囊泡、气泡等，

-轮胎(内部的和外部的)目视测试，用以检查肉眼可检查到的结构(或美观)缺陷。

由于操作的重复性，对于待分析的部分的复杂性和工业生产强制的短时快速，这种类型的“人工”目视检查存在临界程度，而且无法提供客观的轮胎测试，因为这与操作员的情况有关，操作员在执行任务时会受到许多因素影响，诸如疲劳、压力、身体状态以及其他偶然因素。

技术进步，诸如轮胎自动化生产过程，可以实现减少所述临界程度和成本，以有益于结果客观性。

轮胎制造商还在寻求缺陷检查活动的自动化方案，目前为止，缺陷检查活动仅由操作员进行，由于工作班次长，操作员会犯错，使许多缺陷产品流入市场，经常发生漏报，最后可能有损于企业形象声誉和客户维系，废弃产品以及原材料和资源环境废物，最终对道路上的驾驶员的安全造成风险。

换言之，研究这些方案背后的理念始于观察到工业产品的目视质量控制是最重复但非常专业的任务之一。

在生产线中插入自动缺陷检查站代替操作员人工站(三个专业操作员轮换三个工作班次)可以获得相当可观的年节省，此外可以获得结果客观、测试时间有保障的明显优点。

在生产过程结束时对轮胎的一些部分进行质量检验测试的自动站是本领域已知的，其可以检测最终产品上的一些缺陷，考虑到技术人力成本的负担和检查的每个步骤中都需要客观，其因此为轮胎制造商提供了主要的竞争优势。

这些是主要通过组装单个部件即3D摄像机和自动装置组成的自动站，其并不提供待按原样插在轮胎生产过程中的完整且完全整合的自动质量控制系统。一些已知的系统(Sick、Cognex、Integro Technogies、Testindo)基于使用设置有对获取的数据进行处理的控制器的简化设备，而不是设置有用于测试轮胎或其部件以及相应结构和表面类型的缺陷的装置和激光轮廓测定仪的成套机器(参见根据本发明的设备)。

本领域是已知有涉及用于测试轮胎的系统和方法的专利，下面列出了其中一些最相关的专利。

专利文件EP1148328说明了一种方法，方法包括：改变轮胎的压力；使轮胎的形状以及结构特征/缺陷随之改变；通过摄像机观察并获取用三角法投射到轮胎的表面上的特定点的光；将图像发送至处理系统，并处理轮胎的模型，重复该过程，比较不同模型的不同轮胎压力。

然而，所述方法在以不同压力对轮胎进行充气并得到不同压力下的不同形状后检测轮胎的结构差异，但并未检测其缺陷；该系统仅可以用于在生产线外测试轮胎的结构部分，而且需要将轮胎耦接到轮辋才能对轮胎进行充气。

专利文件WO2013/045594描述了一种轮胎的内表面上凸出的元件的快速分析方法，包括下述步骤：通过向图像的每个像素分配与该点的地形高程成比例的灰度值，捕捉表面的三维图像，以得到起始图像；将捕捉的图像转换入正交参考系统，在该系统中，横轴表示周向值，并且纵轴表示径向值；通过将表面的每个像素的高程与设置在穿过相应像素并沿周向方向定向的直线上的离散的、减少数量的点的高程进行比较，来向该像素分配高度梯度值。

专利文件IT102015000028956说明了“用于检测轮胎的表面上的缺陷的方法和设备”，包括下述步骤：准备轮胎；获取数字图像，包括下述结构，该结构包括表面部分中网的线性元件的代表性伸展以及代表性的可能的伸长缺陷，结构的所述伸展具有相应定向；提供表面部分中网的模型，其中，每个像素与表示像素是否属于网部分的第一指标以及表示网伸展的至少局部穿过所述像素的第二指标相关联；对结构的每个像素计算表示结构的穿过所述像素的伸展的定向的第三指标；以及基于与网模型中对应像素相关联的第三指标和第二指标的对比，对在网图案中具有属于网的对应像素的结构的每个像素确定结构的所述像素是否属于预定缺陷。

然而，所述系统存在缺点，原因在于下述事实：为了得到在轮胎生产厂中“在线”使用的质量控制，控制本身必须较快进行，而且成本受限；在该上下文中，处理算法的计算需求很重要，因为当其过多时，控制时间被无法接受地拉长和/或所需的计算量使得控制不可行。

专利文件US2016320265说明了一种在轮胎生产过程中检测轮胎上的缺陷的方法，并包括下述步骤：提供轮胎；获取轮胎的表面部分的三维图像；根据获取的图像生成多个值，这些值指示待测试的轮胎表面部分的轮廓高度的测度；根据多个获取的值并且依照指示待测试轮胎表面部分相对于参考轮廓的估计的多个值的插补进行处理；根据相对于参考轮廓的那些值的所述测得值进行计算，并将得到的值进行比较，以检测轮胎表面部分上可能的缺陷。

所述方法背后的技术使用成矩阵的摄像机检测轮胎的仅表面部分的缺陷，而不检测整个轮胎的缺陷；该方法不通过基于RGB彩色检测的技术检测缺陷。

专利文件WO2016103131说明了用于检测轮胎上的缺陷的方法和设备，该方法和设备基于用侧灯源照射的轮胎的表面的无缺陷部分的参考图像与待测试轮胎的表面的一部分的样本图像之间的比较，以检测可能的缺陷。

根据所述文件的方法使用特定设备，并且不是成套的机器；其测试轮胎的表面的部分，并不测试整个轮胎；为了检测缺陷，其使用下述技术，该技术使用侧灯突出显示待测试轮胎的凸起或缺陷，并通过获取二维图像而不是提供三维模型来提供轮胎的模型。

在专利文件US7805987中，通过以至少两种不同静态压力中的每种压力构造轮胎的高度轮廓来测量轮胎侧壁的差别膨胀(或收缩)，以检测轮胎中的缺陷；光源将多条照射线投射到轮胎上，并使用摄像机记录线的位置，以构造转动固定位置轮胎的高度轮廓。

方法基于肉眼可见缺陷的检测，其通过下述方式进行：以不同压力对轮胎进行充气，随后检查投射到轮胎上的并由摄像机获取的光线的位置的变化；其不进行任何3D检测，且无法检验待测试轮胎的表面上的小变形和缺陷。该方法用于检测轮胎的大结构缺陷，通过以不同压力对轮胎进行充气并根据投射线的位置绘制轮胎的轮廓来突出显示轮胎的大结构缺陷。在所有情况下，由于轮胎必须充气，因此轮胎必须安装在轮辋上，并且设备设计成进行线下测试。此外，所述方法无法应用于轮胎的内区段。

在专利文件WO2011115256所示的方法中，用偏振光照射待分析轮胎的表面，通过摄像机检测轮胎表面反射的偏振光，摄像机测量其强度并识别不规则处；摄像机优选地配备有具有至少三个或更多个不同方向的偏光器。

前述设备采用偏振光和摄像机，摄像机允许检测并突出显示轮胎缺陷，但不允许其的表征。由于将光用作检测缺陷的重要元件，当轮胎未充气也未安装在轮辋上时，因为轮胎的构造不同、随着入射角度变化的光吸收特性、轮胎的曲率以及在硫化步骤结束时轮胎在空间中占用的不同大小而造成反射不同，该专利文件不允许检测较小缺陷。此外，所述方法无法应用于轮胎的内区段。

本发明的主要目的是通过完备的质量控制设备克服用于检测轮胎的缺陷的现有技术的大部分缺点，上述设备被完全集成，并且可以在生产过程结束时按原样自动插入。为此，本发明提供用于通过使用提供高分辨率查看的先进数据检测仪器来在轮胎的生产过程结束时检测轮胎的所有表面的缺陷的存在的方法和相应设备。

通过所述数字检测装置收集的数据量由适合的处理装置处理，处理装置通过复杂的专门开发的算法测试轮胎的每个表面和部分，识别可能的缺陷，并提供限定轮胎应报废或修补的有用数据，和在生产过程上游用以实施适当纠正措施以减少报废的信息。

根据本发明的方法和相关设备的其他目的和优点是：

-其使得能够对所有轮胎表面进行3D重构；

-其使得能够检测改变轮胎表面的3D缺陷(划痕、刮痕、气泡、脱落、裂纹、囊状部、部分缺失、异物、橡胶过多、橡胶不足等)，而且还检测改变轮胎的几何结构的结构缺陷(偏心、沿着轮胎的圆周存在坍瘪部分、轮胎部分的厚度、距离超过合格界线等)；

-可以测试和检测轮胎的每个内表面或外表面及其任何区段上可能的缺陷；

-其使得能够检测由于彩色字符打印错误造成的未预期颜色的存在；使用颜色可能由于以下原因产生缺陷：

o彩色线的位置错误，

o商业代码的位置错误，

o线上和商业代码上有颜色污迹，

o由于在轮胎上的书写步骤造成颜色强度差异，

o相对于轮胎模型的颜色差异，

o部分的突出显示轮胎商标印字；

-其使得能够识别轮胎的黑色阴影的变化，这指示来自橡胶复合物的污染、硫化步骤期间蒸汽的逸出或组装步骤缺失一些层(可以看见轮胎的内钢丝区段)的缺陷；

-其可以应用于任何类型的轮胎：根据商业代码，轮胎具有不同轮辋、胎面和胎肩大小；

-其可以集成到任何生产线的末端，无论是新的生产线还是改造已在行业中运行的生产线：设备使用标准协议(Profibus、Ethernet TCP/IP、Modbus等)与生产线联接；

-其使得能够在现场测试制造的所有轮胎，而不是在实验室测试；

-其使得能够自动一体化管理以随机顺序到达生产线末端的不同类型的轮胎。

出于所述目的和优点，本发明提供了用于三维查看和颜色分析的方法和设备，方法和设备在生产循环结束时自动检测轮胎上存在的任何缺陷。

设备使用“激光轮廓测定”技术来识别和辨识轮胎的表面上存在的缺陷。

该创新技术应用于检查表面的各种行业，并且存在标准产品，2D和3D智能传感器，其将激光器和摄像机连同光学装置集成在同一容器内。

所述产品，使用机载软件算法，使得可以对小对象进行三维分析、测量关于各个表面的高度、长度、宽度、倾斜度和体积。

所述技术(激光轮廓测定)通过对整个轮胎进行重构并对其三维模型进行连续处理，允许以高效且相当节省时间和成本的方式检测缺陷的存在、自动辨识所有类型的结构缺陷或表面缺陷并对其进行分类。此外，通过使用RGB彩色摄像机，设备辨识任何轮胎的外表面、胎面和胎肩上的颜色缺陷，不论制造商和大小如何。设备使用：五个激光器-摄像机组件，其使得可以对任何轮胎的内区段和外区段进行测试，不论轮胎的制造商和大小如何；三个高分辨率RGB摄像机-照明器组件，其使得可以测试外区段、胎面和胎肩。

安装在具有轴的自动化导件上的激光器-摄像机组件和RGB摄像机-照明器组件根据待测试轮胎的大小自动定位在编程位置，以扫描其每一毫米。

为了测试轮胎的内表面和外表面上的缺陷，必须扫描其所有部分。

然后其所有区段的三维图像以及胎面和外胎肩的彩色图像由缺陷分析软件处理，已识别特定部分，在相对于被测试轮胎的模型存在不同的情况下将对其进行处理；如果识别到缺陷，则将刮擦或修补轮胎。

根据用于在生产过程结束时检查轮胎的缺陷的方法和设备的优选但不排斥的实施方式的详细描述将明了本发明的其他特征和优点，实施方式以非限制性实施例的方式结合附图示出，附图中：

图1-设置有单个控制站的设备的布局图；

图2-设置有两个站的设备中的控制站的布局图；

图3-图2中的设备的另一控制站的布局图；

图4a)构成轮胎的并可能存在缺陷的内区段和外区段，图4b)轮胎部分，各轮廓测定仪与其相关联以能扫描整个轮胎，图4c)被RGB彩色摄像机扫描的轮胎部分；

图5-扫描后轮胎的外肩部的3D重构；

图6-扫描后轮胎的胎面的外表面的3D重构，其中存在磨损缺陷；

图7-扫描后图6的轮胎表面以及构成其的单个点的位置的3D重构；

图8-扫描后参考轮胎样本的外胎肩的区段的3D重构；

图9-扫描后与图8中待测试轮胎的样本的外胎肩的区段对应的外胎肩的区段的3D重构，其在突出显示部分具有缺陷；

图10，图11，图12，图13-轮胎上可能出现的一些结构和表面缺陷；

图14，图15，图16-轮胎的胎面上可能出现的与条形码、印字和参考商业代码相关的一些颜色缺陷。

为清楚起见，下面给出了使用的附图标记的略语表：

1用于扫描胎面的外表面的轮廓测定仪

2用于对一胎肩的外表面和在使轮胎翻转后的另一胎肩的外表面进行扫描的轮廓测定仪，

3用于对胎面的内表面进行扫描的轮廓测定仪

4用于对一胎肩的内表面和在使轮胎翻转后的另一胎肩的内表面进行扫描的轮廓测定仪，

5用于对轮辋-轮胎耦接胎圈部分进行扫描的轮廓测定仪

6Z轴上的胎面轮廓测定仪比率电机

7Z轴上的胎面轮廓测定仪

8Z轴上的外胎肩轮廓测定仪比率电机

9Z轴上的外胎肩轮廓测定仪

10X轴上的外轮廓测定仪比率电机

11X轴上的外轮廓测定仪

12Z轴上的内胎肩轮廓测定仪

13Z轴上的内轮廓测定仪

14Z轴上的内轮廓测定仪比率电机

15X轴上的内轮廓测定仪

16X轴上的内轮廓测定仪比率电机

17转台

18转台比率电机

19工作台

20X-Z轴上的内轮廓测定仪漂移

21轮胎

1.胎肩的外表面

2.胎肩的内表面

3.胎面的外表面

4.胎面的内表面

5.轮胎-轮辋耦接胎圈部分

22用于检测胎面的外表面的RGB彩色摄像机

23用于对外侧胎肩的外表面和在使轮胎翻转后的另一胎肩的外表面进行检测的RGB彩色摄像机

具体实施方式

参照所述附图，下面提供了对用于在生产过程结束时检测轮胎21的缺陷的设备的一些示例实施方式的描述，该设备设置有下述主要元件：

-工作台19，包括转台17，用于支撑并移动待测试轮胎21，

-用于扫描轮胎的各区段的表面以及用于检测轮廓的轮廓测定仪装置1、2、3、4、5，设置有适于在待测量表面上投射激光线并且通过线性摄像机持续获取从光绘制的轮廓的装置，

-用于扫描轮胎的外部分、胎面和胎肩并创建彩色图像的高分辨率RGB彩色线性摄像机装置22、23，

-用于支撑并移动所述扫描组件(轮廓测定仪和RGB彩色摄像机)的机械装置7、9、11、12、13、15、20，

-装置6、8、10、14、16、18，分别用于机电自动化装置(电机、无刷电机、传感器)和用于管理并操作所述机电自动化装置的电子器件装置(PLC、逆变器、驱动无刷电机和受控轴)，

-计算机装置，设置有适合的软件，以用于处理来自轮廓测定仪和RGB彩色摄像机的数据、创建被测试轮胎的3D模型和彩色模型、并管理数据库，该数据库与制造的轮胎的所有特征相关，而且既与自动化设置的那些又与模型的用于分析3D和颜色缺陷的那些相关，

-操作员接口，安装在计算机上，用于生产操作员与设备之间的交互。

通过使其上放置有轮胎21的转台17以受控速度转动来获得由轮廓测定仪和RGB摄像机同时执行的扫描，而一个或多个缺陷的检测、表征和分类则单一地由软件通过待测试轮胎样本的被扫描的检测区与无缺陷参考轮胎样本的对应检测区之间的算法匹配来执行。

根据本发明的设备——在一些布局图中被示出为相应具有单个测试站(图1)，具有两个站(图2和图3)——使得能够通过用于获取待测试表面的各个轮廓的激光轮廓测定技术检查和检测轮胎的缺陷。

激光轮廓测定仪1、2、3、4、5使用三角法，以检测表面的轮廓并对表面本身进行测量。

该技术是在待测试表面上投射激光线并通过相对于激光器以25-45°的角度定位的线性摄像机持续获取通过光绘制的轮廓从而记录沿着X和Z两条轴线的尺寸的技术。

为了获得3D图像，激光器装置还沿着Y轴进行相对移动，由此持续获取摄像机展示的轮廓；通过使其上放置有轮胎的台17以受控速度转动来获得所述移动。

专门为应用开发的软件将沿着Y轴获取的单个轮廓进行组合，并且因此允许对扫描表面进行3D重构。

每个轮廓测定仪均设置有线性摄像机和独立的激光器，具有用于待分析轮胎的区段的技术特征(摄像机的获取速度、分辨率、光学器件、滤光器、激光器功率、激光器与摄像机之间的距离、画面(frame，框架、镜头)部分等)。

设备需要使用高科技产品，在市场上根据所需特征及其应用和系统中的集成来选择。

单个表面的三维图像的重构的获得从通过摄像机获得的软件数据形式或单个轮廓的空间中的点云形式的原函数(primitive function，基元功能)开始；所述原函数集成在高级软件中，高级软件创建整个扫描表面(胎面、胎肩、胎圈部分)的3D模型。

如图4所示，针对形成轮胎的下述总计五个表面中的每个表面安装尺寸适当设计的激光器单元-摄像机，其中每个均提供与之相关联的表面的3D图像，上述五个表面为胎面的内表面21.4和外表面21.3、胎肩的内表面21.2和外表面21.1、轮辋-轮胎耦接胎圈部分表面21.5。

通过创建轮胎与激光器-摄像机系统之间的相对移动获得的所有获取图像均被处理，以得到完整轮胎的3D模型，该3D模型将由安装在设备上的缺陷处理软件进行处理。

对于分析轮胎的特定和小型部分的缺陷或分析小型轮胎，诸如例如用于摩托车的轮胎，这些轮胎需要的技术特征相比于市售的标准产品的技术特征没有那么严格，根据本发明的设备对于轮胎的一些区段使用标准轮廓测定仪，而不使用激光器单元-摄像机，将轮廓测定仪集成在设备中作为智能传感器。

因此，每个轮廓测定仪依次获取与其相关联的转动轮胎的区段的轮廓(胎面、胎肩等)，轮廓由空间中的点云构成。

这些轮廓——每个轮胎8,000-12,000个轮廓——由处理计算机存储。参见图5，通过使用设备的软件从摄像机的软件原函数开始获得的待测试轮胎的表面的三维图像包含针对轮胎本身的空间中的每个点的X-Y-Z坐标；例如，图6所示的包含磨损缺陷的胎面示出了同一区段的3D重构中每个点的X-Y-Z坐标，参见图7。

对于工厂中制造的轮胎的每个商业代码，从无缺陷参考轮胎样本开始创建模型：所有轮胎表面均被扫描，以创建模型。

在该步骤期间，模型创建软件需要有生产工程师的存在，生产工程师通过设备配备的用户友好的接口与系统交互，以在轮胎的所有部分中选择用于限定轮胎的合格参数的以及用于设置每个缺陷的参数的部分。

在3D模型的创建步骤结束时，其存储在数据库中，将其与轮胎的商业代码匹配。

在生产步骤期间，通过自动扫描、重构3D图像并将轮胎的区域和部分与对应的默认3D模型进行对比来测试轮胎。

对发现与默认模型的部分存在差异的部分进行连续分析以识别缺陷：根据模型创建步骤期间设置的参数，具体地针对其中存在缺陷的每个分类部分进行该处理。

图8和图9示出了扫描轮胎的外胎肩的区段后得到的两个3D图像：第一个图像是与参考轮胎样本的模型的胎肩的区段相关的图像，第二个图像是待测试轮胎的同一区段，其在轮辋的内侧上的突出显示部分具有缺陷；如图所示，除了突出显示圆圈里存在的缺陷以外，这两个图像相同。

根据本发明的设备还允许分析颜色缺陷，这是非常重要的，因为轮胎制造商在生产步骤期间出于不同目的会使用颜色。

通过使用设备中存在的高分辨率线性RGB彩色摄像机识别这些缺陷，该高分辨率线性RGB彩色摄像机对轮胎胎面和胎肩的外部分进行扫描，并创建这些部分的彩色图像。通过根据之前存储的同一轮胎模型的彩色图像对这些图像进行分析，可以对比参考样本检验待测试轮胎的不同，并可以确定轮胎表面上因颜色差异产生的缺陷。

例示了设备在整个缺陷检验时间期间自动进行的步骤：

a.从生产线中拾取待测试轮胎，并将该轮胎定位在设备的转台上；通过机器人或特定机器拾取轮胎，机器人或特定机器确保轮胎在设备的转台上居中；

b.根据轮胎类型开始对安装在受控轴上的轮廓测定仪和RGB彩色摄像机的可移动装备进行自动定位；

c.开始使其上放置有轮胎的转台转动，以进行360°全扫描，并且同时获取沿整个轮胎的内外圆周(胎面外表面、胎肩外表面、胎面内表面、其他胎肩内表面、轮辋-轮胎耦接轮圈部分)的轮廓和颜色缺陷；

d.处理获取的轮廓，表面的3D重构和RGB摄像机获取的图像的重构；

e.通过将已扫描的待测试轮胎样本与对应的无缺陷参考轮胎样本(型号/类型相同)进行匹配来检测一个或多个缺陷；通过待测试轮胎的检测部分与参考样本的对应检测部分之间的算法匹配来检测缺陷；复杂的算法使得可以单一地识别、表征和分类任何缺陷(类型、形状、大小、颜色等)；

f.停止所述轮廓测定仪装置和所述RGB摄像机并将其重新定位在起始条件；

g.自动翻转轮胎并将其定位在同一转台上，以允许设备扫描轮胎先前不可及(available，可用的)的其余表面；

h.重复步骤b，c，d，e，f；

i.最后在测试操作结束时拾取轮胎并取决于测试缺陷的结果将轮胎重新定位在生产线上；轮胎的拾取由机器人或特定机器进行。

上述循环涉及单个测试站设备(图1中示出)，该单个测试站设备设置有单个转台，在单个转台上对胎面的内表面和外表面进行扫描，对一外胎肩以及在使轮胎翻转后还对另一外胎肩进行扫描，对一内胎肩以及在使轮胎翻转后还对另一内胎肩进行扫描，以及对轮辋-轮胎耦接轮圈部分进行扫描。

根据所述过程分析轮胎所需的循环时间为约60秒。

当需要短循环时间缺陷分析时，设备配备有两个站(图2和图3)，它们在机械上完全相同，并且均配备有扫描指定表面所需的轮廓测定仪和RGB摄像机。操作和缺陷扫描及分析软件与单站设备上安装的软件完全一样，设置两个站仅是为了允许同时扫描两个轮胎，显著缩短循环时间，使得能够在完整测试期间获得每个轮胎约40秒的循环时间。图10、图11、图12、图13作为示例示出了轮胎上可能出现的一些结构和表面缺陷；三个图像与每种缺陷相关联：

-轮胎的照片：具有缺陷的轮胎区段的照片，

-3D重构：缺陷所在的轮胎区段的3D图像重构，

-处理结果：指示了位置和大小的经识别缺陷。

图14、图15、图16作为示例示出了轮胎的胎面上关于条形码、印字和商业参考代码可能出现的一些缺陷：线定位错误(图14)、印字扭曲(图15)、印字定位错误(图16)。

根据本发明的设备和方法相比于当前技术允许下述改进：

-通过使用激光轮廓测定仪和RGB摄像机进行扫描对轮胎的内区段和外区段进行全面分析(扫描轮胎的每个部分，甚至最隐蔽的部分)；

-根据轮胎类型自动定位轮廓扫描仪及内部和外部RBG摄像机的可移动装备；

-通过激光器和RGB摄像机与双光检测技术进行匹配；

-通过匹配所述技术检测每个表面和颜色缺陷的3D建模和分类。

在生产线中插入自动缺陷检验站，替换用操作员的人工操作站(三个专业操作员轮换三个班次)，还使得可以：

-获得相当可观的年节省，另外获得结果客观且分析时间有保障的明显优点，

-在生产线的末端自动化轮胎的质量检验过程，现今这是特别昂贵且关键的，尤其是在操作员不是特别熟练或训练有素的某些地理区域，

-通过降低将具有操作员人工无法检测到的缺陷的产品投入市场的概率来解决质量问题。

该方法对待测试的每个轮胎的循环时间为40-60秒；所述时间完全媲美目前合格操作员所花费的时间，但确保了更高的效率，因为其是全自动的设备，结果重复性高得多，而且比单个操作员更有保障。

在一些优选实施方式中示出的根据本发明的缺陷检测设备是模块化的，容易根据制造需求进行各种改动和变型，操作原理保持不变。在一些制造过程中，可能需要例如改变检测装置(轮廓测定仪和RGB摄像机)的数量和位置，或在其他情况下其中一些装置存在与否。

实际上，可能产生下述需求：不需要检测轮胎的颜色缺陷，或者需要安装RGB摄像机用于检测轮胎内的颜色缺陷(由于橡胶污染或硫化压机的气囊中蒸汽逸出产生的缺陷)。

还可能需要提供具有特定外部轮廓测定仪的设备，其用于检测需要更细致的缺陷分析的特殊轮胎的表面，例如用于制造胎肩的大小小得多的低扁平比轮胎或者具有特殊轮廓的其他轮胎，还受到新型设计的限制。

对于具体制造商的轮胎的生产，可能需要在设备中插入轮廓测定仪和/或附加轴，以能够扫描轮胎的特定部分。

设备对轮胎的所有表面进行3D重构，还对其上印刷有参考字母和商业代码的胎肩的表面进行3D重构；在设置设备前生产线不提供所述代码的情况下需要如此。

为了辨识所述印字和代码，设备配备有专门软件，该软件使用OCR(光学字符辨识)算法。

通过设备，可以检测形状、颜色、大小各异的轮胎上存在的任何类型的缺陷。

根据本发明的设备还应用于在生产过程外对轮胎的状态进行保养检查和检验。

本发明的目的容易有许多更改和变型，均落入所附权利要求表达的发明理念。

在不脱离本发明的保护范围的情况下，所有部分都可以用其他技术相当的元件替换，并且根据需要，材料可以不同。

虽然特别参照附图描述了目的，但说明书和权利要求中的附图标记是用于更好地理解本发明，并不构成对所公开的保护范围的限制。

Claims (7)

1.用于在生产过程结束时检测和检查轮胎上的缺陷的设备，所述设备包括工作站，所述工作站设置有：

-工作台(19)，所述工作台包括转台(17)，用于在所述检查期间支撑待测试轮胎(21)，

-轮廓测定仪装置(1，2，3，4，5)，被配置用于扫描和检测与所述轮胎的内表面和外表面的轮廓有关的一系列图像，

-高分辨率RGB彩色线性摄像机装置(22，23)，用以扫描所述待测试轮胎的胎面和胎肩的外表面，

-相应地支撑并操纵所述轮廓测定仪装置(1，2，3，4，5)和所述彩色线性摄像机装置(22，23)的机械装置(7，9，11，12，13，15，20)，

-分别用于机电自动化装置(电机、无刷电机、传感器)和管理并操作所述机电自动化装置的电子装置(PLC、逆变器、驱动无刷电机和受控轴)的装置(6，8，10，14，16，18)，

-处理器装置，被实施为具有软件装置，用于存储并处理由所述轮廓测定仪装置(1，2，3，4，5)和所述彩色线性摄像机装置(22，23)相应地检测到的参数，用于提供所述待测试轮胎的三维模型作为相关的大小和表面特征的样本，并且所述处理器装置用于管理数据库，所述数据库包括：与在没有表面缺陷的状况下的、按类别整理的各轮胎类型的所述表面特征有关的参数；所述电子装置和机电自动化装置的设置参数；以及针对检测所述轮胎的表面上的缺陷的参数；

-接口，所述接口设置在所述处理器装置上，用于操作员与所述设备之间的交互，

其特征在于，所述轮廓测定仪装置(1，2，3，4，5)和所述彩色线性摄像机装置(22，23)相应地被配置成同时地运行并且在使所述轮胎翻转之前执行对所述待测试轮胎的内表面和外表面的所有轮廓的全扫描，以检查缺陷，如果存在的话；所述轮胎在所述转台(17)上以受控速度转动，并且所述软件装置被配置用于通过下述两者之间的算法匹配来对所述表面缺陷——如果检测到的话——进行后续限定和分类，所述两者中的一者为由所述轮廓测定仪装置(1，2，3，4，5)和所述彩色线性摄像机装置(22，23)相应地检测到的关于所述待测试轮胎的参数，所述两者中的另一者为与相同类别的但在没有表面缺陷的状况下的轮胎有关的至少一个对应参数。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述轮廓测定仪装置包括五个轮廓测定仪(1，2，3，4，5)，并且所述彩色线性摄像机装置包括两个高清晰度彩色线性摄像机(22，23)。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述设备被配置成：在使所述轮胎翻转之前、在60秒内完成对所述轮胎的所述扫描。

4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，

所述轮廓测定仪装置包括分别为下述的轮廓测定仪：用于对所述胎面的外表面进行扫描的至少一个轮廓测定仪(1)；用于对所述轮胎的一胎肩的外表面和在使所述轮胎翻转之前的相反胎肩的外表面进行扫描的至少一个轮廓测定仪(2)；用于对所述胎面的内表面进行扫描的至少一个轮廓测定仪(3)；用于对所述轮胎的一胎肩的内表面和在使所述轮胎翻转之前的相反胎肩的内表面进行扫描的至少一个轮廓测定仪(4)；以及用于对所述轮胎的胎圈的表面进行扫描的至少一个轮廓测定仪(5)；以及

所述彩色线性摄像机装置包括：用于对所述胎面的外表面进行扫描的至少一个彩色摄像机(22)；以及用于对所述轮胎的一胎肩的外表面和在使所述轮胎翻转之前的相反胎肩的表面进行扫描的至少一个彩色摄像机(23)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，每个轮廓测定仪(1，2，3，4，5)均包括：

激光器装置，所述激光器装置被设置用于检测所述轮胎的轮廓，以及

在该轮廓测定仪上的线性摄像机，所述线性摄像机被定向为相对于所述激光器装置以25°至45°之间的角度倾斜，并且被设置用于连续获取由所述激光器装置检测到的参数。

6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，在与所述待测试轮胎的各个相关区段有关的各个轮廓测定仪(1，2，3，4，5)中，基于下述的不同预定参数来对所述轮廓测定仪上的所述线性摄像机和所述激光器装置进行设置，上述参数诸如分别为：与所述轮廓测定仪上的所述线性摄像机有关的获取速度、分辨率、光学器件和滤光器；与所述激光器装置有关的功率、距轮廓测定仪线性摄像机的距离、以及检测到的区域。

7.在生产过程结束时通过根据权利要求1所述的设备对轮胎的表面缺陷进行检查和检测的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

a.将待测试轮胎从生产线移除并将所述待测试轮胎定位在工作台(19)的转台(17)上；

b.通过用于相应地支撑并移动轮廓测定仪装置(1，2，3，4，5)和彩色线性摄像机装置(22，23)的机械装置来相应地操作所述轮廓测定仪装置和所述彩色摄像机装置，以用于关于所述待测试轮胎的特征来设置它们的位置，以便启动扫描操作；

c.确定其上放置有所述轮胎的所述转台(17)的转速，以便执行所述轮胎的完整的360°扫描；

d.对由所述轮廓测定仪装置(1，2，3，4，5)和所述线性彩色摄像机装置(22，23)相应地检测到的参数进行处理，并基于由所述轮廓测定仪装置(1，2，3，4，5)和所述线性彩色摄像机装置(22，23)相应地检测到的信息提供所述待测试轮胎的三维模型；

e.通过下述两者之间的算法匹配来对表面缺陷——如果检测到的话——进行表征和分类，所述两者中的一者为所检测到的关于所述待测试轮胎的参数，所述两者中的另一者为与相同类别的但在没有表面缺陷的状况下的轮胎有关的至少一个对应参数；

f.分别使所述轮廓测定仪装置(1，2，3，4，5)和彩色视频摄像机装置(22，23)停止，并分别将所述轮廓测定仪装置和彩色视频摄像机装置重新定位处于起始条件；

g.对该转台(17)上的所述轮胎执行自动翻转，以允许对所述轮胎的先前不可及的其余表面进行扫描；

h.重复步骤b，c，d，e，f；

i.在检查操作结束时移除所述轮胎，并且取决于所执行的检查和检测表面缺陷操作的结果，将所述轮胎重新定位在所述生产线中的对应位置。