CN113167743A - 用于检查轮胎的方法和站 - Google Patents

Abstract

用于借助于轮胎表面的三维图像的获取系统(4)检查轮胎的方法和相关站，其中，获取系统(4)包括相机(5)、线性激光源(7)和具有反射面(12)的反射元件(11)，其中，在反射元件(11)处于第一操作位置的情况下获取轮胎的内表面的一部分的第一三维图像，在第一操作位置中，反射面(12)与激光束的传播轴线(9)和相机的光轴(6)都相交，并且其中，在反射元件(11)处于第二操作位置的情况下获取轮胎的外表面一部分的第二三维图像，在第二操作位置中，反射面(12)既不与传播轴线(9)也不与光轴(6)相交。

Description

用于检查轮胎的方法和站

技术领域

本发明涉及用于检查轮胎生产线中的轮胎的方法和站，特别是通过获取轮胎的内表面和外表面的三维图像并对其进行进一步处理来进行，例如用于检测在轮胎的表面上的可检测缺陷的可能存在。

背景技术

定义

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

“胎冠部分”是指放置在轮胎的两个侧壁之间，即在胎面带的位置处的轮胎部分。

“侧壁”是指两个轮胎部分中的一个，所述两个轮胎部分彼此面对并且从胎冠部分的相对侧基本径向发展直至胎圈。

“胎肩”是指胎冠部分和相应侧壁之间连接的每个轮胎部分(换句话说，两个胎肩位于轮胎的两个径向和轴向外圆形“边缘”处)。

轮胎的“外表面”和“内表面”分别是指在轮胎与其安装轮辋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。

“内腔”是指在安装时由轮胎的内表面和轮辋的面向轮胎的内表面的表面所界定的空间。

生产线内的“循环时间”是指全速下正在处理的轮胎通过在其中构造轮胎自身的部件的至少一部分的工作站的最大运输时间，所述生产线包括至少一个工作站(优选地多个工作站)并插入用于轮胎生产的装备中。例如，循环时间可以包括在大约20秒和大约120秒之间。

关于几何元件(例如，直线、平面、表面等)“垂直”是指这些元件(或与之平行并彼此相关(incident)的元件)形成90°+/-15°，优选地90°+/-10°的角度。

关于前述几何元件“平行”是指这些元件(或与之平行并彼此相关的元件)形成0°+/-15°，优选地0°+/-10°的角度。

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邻域内，但不必严格落在光学波段(即400nm至700nm)内，例如，光学波段的该扩大邻域可以是从紫外至红外的范围(例如，波长介于约100nm和约1μm之间)。

“数字图像”或等效地“图像”通常表示典型地包含在计算机文件中的数据集，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，二维和矩阵的，即N行x M列)中的坐标的每个元组(典型地，每对坐标)与对应的数值集(其可以代表不同幅值)相关联。例如，在单色图像中(诸如，灰度级或者“灰度等级”图像)，这种数值集由有限尺度(典型地，256水平或色调)中的单个值构成，该值例如代表在显示时空间坐标的相应元组的亮度(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)的任何提及更一般地包括能够通过对所述特定数字图像实施的一种或多种数字处理(诸如，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。

“高清晰度图像”是指分辨率小于或等于10微米的图像。

术语表面的“二维图像”或“2D”意思是表示这样的数字图像，所述数字图像的每个像素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。

术语表面的“三维图像”或“3D”是指这样的数字图像，所述数字图像的每个像素与表面高度信息相关联。

“数码相机”或简称“相机”表示这样的光电装置，其适于获取数字图像并包括：数字图像传感器(或简称“传感器”)，所述数字图像传感器定义图像平面；和相机镜头(所述相机镜头被认为具有圆柱对称性，尽管本发明不局限于仅仅这些相机镜头)。

“传感器”是指一组光敏元件(称为“像素”)，所述一组光敏元件能够例如通过CCD或CMOS技术将入射光转换为电信号。术语像素用于表示传感器的单个光敏元件和形成如上定义的数字图像的单个元件两者。

“矩阵相机”是指这样的相机，其传感器具有按照具有可比长度的两个维度(例如，两个维度相差小于一个数量级，诸如16x9、4x3或3x2规格)的矩形矩阵排列的像素。典型地，传感器的矩阵对角线长达几十毫米。“矩阵图像”是由矩阵相机获取的数字图像。

相机镜头的“光轴”是指沿着其存在相机镜头的旋转对称性的线。

“线性激光源”是指能够发射线性激光束的激光源，即，位于“传播平面”上并且具有作为传播方向的“传播轴线”的激光束，所述传播轴线属于传播平面并且穿过激光源。线性激光束与具有反射/漫射特性的物理表面(例如，轮胎的表面)相交会产生“激光线”。

“反射的激光线”被定义为所述激光线在由矩阵相机获取的图像中的表面上的图像。

“表面的线性部分”是指表面的这样一部分，所述部分的一个尺寸远大于与其垂直的其他尺寸，通常大于至少两个数量级。表面的线性部分的较小尺寸通常小于或等于0.1mm。

反射元件的“反射面”既指如在镜子的情况下的真实反射面，也指在反射棱镜或折射棱镜的情况下的等效反射面，所述反射棱镜使用至少一个内部反射(通过全反射或通过至少一个内面的镜面处理)，所述折射棱镜通过折射使光转向。实际上，可以使用等效反射面对棱镜进行建模，所述反射面的反射行为类似于棱镜(对于给定的激光波长)。

用术语“下”、“上”、“下方”和“上方”来识别元件(诸如，例如轮胎的部件、轮胎、设备、装置等)在使用期间相对于地面的相对位置或所述元件中的一个相对于另一元件的位置。

现有技术

典型地，轮胎具有在操作期间绕其旋转轴线的大体环面结构，并且所述轮胎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部，例如，胎面花纹和/或内部结构)。

在用于车辆车轮的轮胎的生产和构造过程的背景中，认识到需要对所生产的产品实施质量检查，以为了防止有缺陷的轮胎或无论如何不符合设计规格的轮胎可能投放市场和/或为了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实施的操作的执行。

WO 2017/175099 A1公开了一种用于轮胎检查的设备，所述设备包括轮胎的表面的三维图像的获取系统，所述获取系统包括矩阵相机、线性激光源以及与线性激光束的传播轴线和矩阵相机的光轴相交的反射面。

WO2016/088040A1描述了用于检查轮胎的设备和方法。所述设备包括：第一控制单元，其包括多个控制工具；第二控制单元，其包括多个控制工具；以及倾斜和运输装置，其可操作地介于第一控制单元和第二控制单元之间。第一控制单元、第二控制单元以及倾斜和运输装置限定了由每个轮胎逐步地经过的控制路径。第一控制单元和第二控制单元包括构造成对轮胎的相应轴向半体执行相同检查的相同控制工具。倾斜和运输装置构造成使轮胎绕垂直于轮胎的主旋转轴线并且属于轮胎的轴向中面的倾斜轴线倾斜。

发明内容

在轮胎质量检查的领域中，本申请人已经面临着通过光学获取表面的2D和3D数字图像以及对其进行后续处理来检查轮胎的整个表面(内表面和外表面)的问题，例如用于检测在表面上或表面附近的缺陷的可能存在。所寻找的缺陷可以例如是轮胎表面的不规则部或轮胎表面上的不规则部(未硫化的化合物、形状改变等)、结构不平整、切口、表面上存在异物等等。

特别地，本申请人认为有利的是获取和分析轮胎的整个表面(内表面和外表面)的三维图像，特别地高清晰度3D图像，优选地利用激光三角测量技术获得。例如，3D图像的分析对于检测三维形状与所需形状的偏差、表面上材料的不足或突出、典型地缺乏或气泡、甚至例如压花文字和滚花的一些特征是有用的。

本申请人已经观察到，为了要在轮胎生产装备内“在线”使用检查，有利的是检查本身在低于或对应于循环时间的缩短时间中、在低成本和/或负担下进行。

本申请人还已经观察到，除了所需时间之外，在工业环境中对轮胎进行检查的根本重要性的另一方面是检查站所占用的总体物理空间，尤其是装备中的负担区域(称为站的“占地面积”)。

因此，本申请人已经面临这样的问题：在低成本(尤其是减少的时间和物理空间)并且与轮胎生产线的循环时间以及与轮胎生产的工业环境的空间(如WO 2016/088040所示)兼容的情况下，利用通过激光三角测量技术光学获取轮胎的内表面和外表面(包括难以接近的内表面部分，例如内侧壁或内胎圈或内胎肩)的3D图像来实施轮胎的质量检查。

最后，本申请人已经观察到，尽管WO 2017/175099 A1中描述的设备(其中反射元件相对于设备的其余部分固定)可以用于获取内表面和外表面两者的部分的3D图像，然而这种用法将涉及在从一次获取通向另一次获取中的移动的某些复杂性，诸如，例如设备自身的完全翻转。这进而可能会导致整体获取时间的后续延长，和/或鉴于其结构和/或设备移动可用的空间的物理限制，导致移动构件(例如，机器人臂)实施必要移动的难度或者在某些情况下的实际不可能性。

因此，本申请人已经认识到，通过为3D图像的获取系统留出更多的自由度，前述问题可以通过考虑了空间限制和时间循环约束的同一图像获取系统来解决。

最终，本申请人已经发现，通过使3D图像的获取系统的反射元件可移动，可以利用同一获取设备获取轮胎的内表面和外表面的部分的3D图像，与此同时保持检查设备紧凑并且在空间中易于操纵。

根据第一方面，本发明涉及一种用于检查轮胎的方法。

优选地，提供待检查的轮胎。

优选地，提供用于获取所述轮胎的表面的三维图像的获取系统。

优选地，所述获取系统包括具有光轴的相机、能够发射具有传播轴线的线性激光束的线性激光源以及具有反射面的反射元件。

优选地，借助于所述获取系统在所述反射元件处于第一操作位置的情况下获取所述轮胎的内表面的一部分的第一三维图像，在所述第一操作位置中，所述反射面与所述传播轴线和所述光轴都相交。

优选地，借助于所述获取系统在所述反射元件处于第二操作位置的情况下获取所述轮胎的外表面的一部分的第二三维图像，在所述第二操作位置中，所述反射面不与所述传播轴线相交并且不与所述光轴相交。

根据不同方面，本发明涉及一种用于检查轮胎生产线中的轮胎的站。

优选地，所述站包括构造成使轮胎绕其旋转轴线旋转的支撑件。

优选地，所述站包括用于检查轮胎的设备。

优选地，所述站包括移动构件，所述设备安装到所述移动构件上以在所述空间中移动。

优选地，所述设备包括框架、固定到框架的法兰，所述法兰用于将所述框架连接至所述移动构件。

优选地，所述设备包括用于获取所述轮胎的表面的三维图像的获取系统，所述获取系统安装到所述框架上。

优选地，获取系统包括具有光轴的相机、能够发射具有传播轴线的线性激光束的线性激光源以及具有反射面的反射元件。

优选地，所述设备包括致动器，所述致动器用于使所述反射元件在第一操作位置和第二操作位置之间移动，在所述第一操作位置中，所述反射面与所述传播轴线和所述光轴都相交，在所述第二操作位置中，所述反射面不与所述传播轴线相交并且不与所述光轴相交。

根据不同方面，本发明涉及一种如上所述的用于检查轮胎的设备。

本申请人认为，将反射面定位在两个不同的操作位置(其中，反射面分别不与传播轴线和光轴相交和与传播轴线和光轴相交)的可能性允许一方面在反射元件处于第一位置的情况下将设备插入轮胎内，用于获取难以检测的内表面部分(诸如，例如内胎肩、内侧壁或内胎圈)的图像，并且在另一方面在反射元件处于第二位置的情况下利用同一设备获取在没有反射元件的介入的情况下由激光源直接照射并由相机直接捕获的外表面部分的图像。

同一设备的使用代替了两个分别专用于获取内表面和外表面的图像的不同设备的使用，所述不同设备将分别需要两个不同的移动构件，从而增加了检查站的总体占地面积(或者需要替换同一移动构件上的两个设备，从而增加了获取时间)。

此外，移动反射面的可能性大大简化了设备自身在内表面和外表面的各个获取步骤中的移动操作，特别是设备从内表面部分的获取位置到外表面部分的获取位置的定位操作(反之亦然)。

在一个或多个前述方面中，本发明可进一步具有本文所述的一个或多个优选特征。

优选地，所述设备包括所述获取系统作为仅有的数字图像获取系统。换句话说，设备仅专用于借助于所述获取系统来获取三维图像。以这种方式，设备保持整体轻便和紧凑，以有利于获取内表面和外表面两者的部分的双重用途。

优选地，所述框架包括：第一部分，所述法兰、所述相机和所述线性激光源刚性地固定到所述第一部分；第二部分，所述第二部分能够相对于框架的第一部分移动，所述反射元件刚性地固定到所述第二部分。

优选地，所述移动构件具有穿过所述法兰(优选垂直于所述法兰的联接表面)的末端移动轴线，优选地是设备的旋转移动轴线。

优选地，框架的所述第一部分具有沿着第一方向的主发展部。

优选地，所述第一方向垂直于所述移动轴线。以这种方式，设备的移动是容易的。

优选地，当反射元件处于第一操作位置时，框架的所述第二部分具有垂直于所述第一方向的主发展方向，甚至更优选地垂直于所述移动轴线的主发展方向。以这种方式，设备的构造有利地适合于获取，特别是内表面的获取，以及相对移动的需要。

优选地，通过绕旋转轴线旋转而使所述反射元件在第一位置和第二位置之间移动。

优选地，框架的所述第二部分铰接到框架的所述第一部分，以能够绕相应的旋转轴线旋转。根据本申请人，已经证明通过反射元件的旋转进行的移动在结构上是简单且快速的。

优选地，所述旋转轴线垂直于所述第一方向和/或垂直于框架的第二部分的主发展方向。优选地，当反射元件处于第二操作位置时，框架的第二部分的所述主发展方向平行于所述第一方向，甚至更优选地垂直于所述移动轴线。

优选地，所述旋转轴线穿过框架的所述第一部分，更优选地，位于框架的第一部分的相对于所述第一方向在所述法兰远侧的端部处。以这种方式，框架的第二部分与反射元件一起以简单的旋转在最大负担的第一位置和最小负担的第二位置之间移动，在第二位置中，反射元件与框架的第一部分相邻。以这种方式，限制了在反射元件的第二位置中框架的第二部分的整体负担。

优选地，所述旋转轴线垂直于线性激光束的所述传播轴线和/或垂直于所述光轴。以这种方式，框架的第二部分的旋转对应于反射元件进/出(inside/outside)激光束(和光轴)的快速移位。

优选地，所述反射元件相对于框架的第二部分的主发展方向固定到框架的第二部分的自由端。以这种方式，设备细长和轻便，并且减少了负担。

优选地，反射元件的所述第一位置在框架的所述第一部分的远侧。

优选地，反射元件的所述第一位置在所述相机和/或所述线性激光源的远侧。

优选地，反射元件的所述第二位置在框架的所述第一部分的近侧，甚至更优选地，其邻近框架的所述第一部分。

优选地，框架的所述第二部分包括：从所述旋转轴线发展到框架的第二部分的自由端的第一部段(例如，直至所述反射元件)；以及相对于第一部段在旋转轴线的基本相对部分处发展的第二部段。以这种方式，形成了第一类杠杆。

优选地，框架的第二部分的所述第一部段沿着框架的第二部分的主发展方向延伸框架的第二部分的总体延伸部的主要部分(更优选地整个部分)。以这种方式，框架的第二部分的第二部段的短偏移对应于第一部段的宽偏移，其中在移位快速性和/或设备紧凑性方面这具有优势。

优选地，所述致动器插置在框架的所述第一部分和第二部分之间。

优选地，所述致动器具有与框架的所述第一部分成一体的第一部分和能够相对于致动器的第一部分可移动的第二部分，所述第二部分与框架的所述第二部分成一体，更优选地与框架的第二部分的所述第二部段成一体。

优选地，所述致动器具有平行于所述第一方向的主发展部。以这种方式，限制了致动器对设备的整体负担的贡献。

优选地，所述致动器是沿着致动方向起作用的线性致动器。

优选地，所述致动方向垂直于所述旋转轴线。

优选地，所述致动方向在所述旋转轴线旁边(但不相交)。以这种方式，根据第一类杠杆的原理实现设备的第二部分的旋转，其中，驱动力由致动器施加，并且阻力对应于反射元件和框架的第二部分的重量。

优选地，所述致动器是缸体，其具有与框架的第一部分和第二部分中的一个成一体的腔室以及与框架的第一部分和第二部分(例如，第二框架部分的第二部段)中的另一个成一体的活塞。优选地，所述致动器是电动的、气动的、液压的或油动的，更优选地是气动的。以这种方式，反射元件的移动以结构简单、轻便、便宜且几乎没有负担的方式实现。电动致动器的使用允许例如更好地管理不同的接近构造。

优选地，所述线性激光源和所述相机彼此并排放置。这有助于设备的整体紧凑性。

优选地，设备包括所述反射元件作为仅有的反射元件。以这种方式，设备是紧凑且可靠的。

优选地，所述相机是矩阵相机。

优选地，所述矩阵相机能够获取表面的矩阵部分的矩阵图像，并且其包括处理单元，所述处理单元构造成在所述矩阵图像中识别反射的激光线，所述反射的激光线表示通过用所述线性激光束照射表面的相应所述矩阵部分的线性部分产生的激光线。

优选地，所述处理单元构造成通过三角测量法处理所述反射的激光线来获得三维图像，所述三维图像包含与表面的所述矩阵部分的所述线性部分的高度轮廓有关的信息。

优选地，提供用于检查轮胎的所述设备和设备的所述移动构件。

优选地，设备安装到所述移动构件上以在空间中移动。

优选地，设备包括框架、固定到框架的法兰，所述法兰用于将所述框架连接到所述移动构件。

优选地，所述获取系统安装到所述框架上。

优选地，设备包括用于在第一和第二操作位置之间移动所述反射元件的致动器。

优选地，借助于设备的所述移动构件在所述第一三维图像的所述获取与所述第二三维图像的所述获取之间移动所述设备，或者反之亦然。

优选地，获取所述第一三维图像包括将至少所述反射元件插入所述轮胎的内腔中。

优选地，获取所述第一三维图像包括使所述轮胎绕其旋转轴线旋转。

优选地，获取所述第一三维图像包括获取内表面的相应矩阵部分序列的矩阵图像序列，内表面的每个矩阵部分均属于内表面的所述部分，并且包含由所述线性激光束照射以产生相应激光线的内表面的相应线性部分，其中每个矩阵图像均包含代表所述相应激光线的相应的反射的激光线。

优选地，获取所述第一三维图像包括在每个矩阵图像中识别所述相应的反射的激光线。

优选地，获取所述第一三维图像包括通过三角测量法处理所述相应的反射的激光线，以计算内表面的所述相应线性部分的相应的三维线性图像(所述三维线性图像包含与内表面的所述相应线性部分的高度轮廓有关的信息)，并且获得第一三维线性图像序列。

优选地，获取所述第一三维图像包括合并所述第一三维线性图像以形成所述第一三维图像。

优选地，获取所述第二三维图像包括将所述获取系统定位在所述轮胎之外。

优选地，获取所述第二三维图像包括使所述轮胎绕其旋转轴线旋转。

优选地，获取所述第二三维图像包括获取外表面的相应矩阵部分序列的矩阵图像序列，外表面的每个矩阵部分均属于外表面的所述部分，并且包含由所述线性激光束照射以产生相应激光线的外表面的相应线性部分，其中每个矩阵图像均包含代表所述相应激光线的相应的反射的激光线。

优选地，获取所述第二三维图像包括在每个矩阵图像中识别所述相应的反射的激光线。

优选地，获取所述第二三维图像包括通过三角测量法处理所述相应的反射的激光线，以计算外表面的所述相应线性部分的相应的三维线性图像(所述三维线性图像包含与外表面的所述相应线性部分的高度轮廓有关的信息)，并且获得第二三维线性图像序列。

优选地，获取所述第二三维图像包括合并所述第二三维线性图像以形成所述第二三维图像。

前述激光三角测量技术已被证明是特别可靠、精确和快速的。

优选地，借助于所述获取系统在所述反射元件处于第一操作位置的情况下获取所述轮胎的内表面的相应的一个或更多个另外部分的一个或更多个另外第一三维图像。

优选地，借助于所述获取系统在所述反射元件处于第二操作位置的情况下获取所述轮胎的外表面的相应的一个或更多个另外部分的一个或更多个另外第二三维图像。

优选地，内表面的所述部分是内表面的圆周部分。

优选地，内表面的所述一个或多个另外部分中的每一个是内表面的圆周部分。

优选地，外表面的所述部分是外表面的圆周部分。

优选地，外表面的所述一个或多个另外部分中的每一个是外表面的圆周部分。

以这种方式，检查表面和整个圆周发展部。

优选地，内表面的所述部分和/或内表面的所述一个或多个另外部分被放置在以下中的一个或多个处：所述轮胎的胎肩、侧壁、胎圈和胎冠。在反射元件处于第一位置的情况下的设备允许获取内表面的这些部分，这些部分在照明和/或图像获取方面具有较高的接近困难。

优选地，外表面的所述部分和/或外表面的所述一个或多个另外部分被放置在以下中的一个或多个处：所述轮胎的胎肩、侧壁、胎圈和胎冠。在反射元件处于第一位置的情况下的设备允许以有限的设备移动宽度来获取外表面的这些部分。

优选地，待检查的所述轮胎布置成水平地以侧壁放置。

优选地，所述支撑件构造成支撑以侧壁放置的轮胎。

优选地，将至少所述反射元件插入所述轮胎的内腔中的动作从上方发生。

优选地，内表面的所述部分以及可能的内表面的所述一个或多个另外部分，和外表面的所述部分以及可能的外表面的所述一个或多个另外部分相对于轴向中面而言属于所述轮胎的上半部分。

优选地，设备的所述移动构件是机器人臂。

优选地，设备的所述移动构件是拟人化机器人臂。

优选地，设备的所述移动构件是具有至少五个轴的拟人化机器人臂。

附图说明

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，其中反射元件处于第一操作位置；

图2示出了图1的设备的局部示意性侧视图，其中反射元件处于第二操作位置；

图3示出了从另一角度观察的图1的设备的局部示意性侧视图；

图4示出了图1的设备的上游视图；

图5a-5e示意性并且未按比例地示出了在使用期间图1的设备的五个可能的位置；

图6示出了用于检查轮胎的站的局部视图。

具体实施方式

通过本发明的一些示例性但非排他性实施例的详细描述，将极大地了解其他特征和优点。该描述将在下面参考附图进行阐述，这些附图仅是出于指示性目的，因此不是限制性的目的。

参考图6，用附图标记100表示用于检查轮胎生产线中的轮胎的站。

优选地，站包括支撑件120(例如，转环)，所述支撑件构造成支撑水平侧放的轮胎101，并使轮胎101绕其旋转轴线140旋转(优选竖直布置)。

用附图标记106表示轮胎的上胎圈，用附图标记105表示上侧壁，用附图标记104表示上胎肩，用附图标记103表示胎冠部分。

站100包括用于轮胎检查的设备1。

优选地，站包括移动构件102(仅示意性地示出)，设备1安装在所述移动构件上以用于其在空间中的移动。优选地，设备的移动构件是机器人臂。优选地，所述移动构件是拟人化机器人臂。优选地，所述移动构件是具有至少五个轴的拟人化机器人臂。

设备1包括框架2和一体固定到框架的法兰3，所述法兰用于将框架本身连接到移动构件。

设备1包括轮胎表面的三维图像的获取系统4，其包括具有光轴6的相机5(优选地为矩阵相机)以及能够发射具有传播平面8和传播轴线9的线性激光束的线性激光源7。

优选地，获取系统包括安装在所述框架上并具有反射面12的反射元件11。

优选地，设备包括致动器50，其用于使反射元件11在第一操作位置(在图1、3、4和5a-5c中示出)和第二操作位置(在图2、5d-5e和6中示出)之间移动，在所述第一操作位置中，反射面12与传播轴线9和光轴6都相交，在所述第二操作位置中，反射面12既不与传播轴线9也不与光轴6相交。

优选地，设备1除了获取系统4之外不包括另外的数字图像获取系统。

优选地，框架包括：第一部分20，法兰3、相机5和线性激光源7刚性地固定到所述第一部分；第二部分24，所述第二部分能够相对于框架的第一部分移动，反射元件刚性地固定到所述第一部分。

在图中附图标记10表示机器人臂102的末端移动轴线的方向，其示例性地是设备1的穿过法兰3，优选垂直于法兰3的联接表面3'的旋转移动轴线。

优选地，框架的第一部分具有沿着第一方向21，优选地垂直于移动轴线10的主发展部。

优选地，框架的第二部分24具有主发展方向25，当反射元件处于第一操作位置时，所述主发展方向垂直于第一方向21并且垂直于移动轴线10。

优选地，框架的第二部分24铰接到框架的第一部分，以能够绕相应的旋转轴线26旋转。

示例性地，旋转轴线26垂直于第一方向21并且垂直于方向25。优选地，当反射元件处于第二操作位置(图2)时，方向25平行于第一方向21并且垂直于移动轴线10。优选地，旋转轴线26在框架的第一部分20的相对于第一方向21位于法兰3远侧的端部处穿过框架的第一部分20。

优选地，反射元件11固定到框架的第二部分24的自由端28。

优选地，旋转轴线26垂直于线性激光束的传播轴线9和/或垂直于光轴6。

优选地，反射元件12的第一位置在框架的第一部分20、相机5和线性激光源7的远侧。

优选地，反射元件12的第二位置在框架的第一部分20的近侧，更优选地，其邻近框架的第一部分20。

优选地，框架的第二部分24包括从旋转轴线26发展到框架的第二部分24的自由端28，即发展到反射元件11的第一部段31(例如，伸长臂)和相对于第一部段31从旋转轴线26的相对侧延伸的第二部段21(例如，短杠杆元件)。

优选地，致动器50插置在框架的第一部分20和第二部分24之间。优选地，致动器50具有与框架的第一部分20成一体的第一部分51和可相对于第一部分51移动的与框架的第二部分24的第二部段32成一体的第二部分52。优选地，致动器50具有平行于第一方向21的主发展部53。

优选地，致动器50是线性致动器，其沿着与框架的第二部分24的旋转轴线26垂直的致动方向53起作用。优选地，致动方向53在旋转轴线26旁边但不与其相交。

示例性地，如示例中所示，致动器50是气缸，其包括与框架的第一部分20成一体的室(属于致动器的第一部分51)和与框架的第二部分24(例如，与框架的第二部分32的第二部段32)成一体的活塞(属于致动器的第二部分52)。

优选地，线性激光源7和相机5相互并排放置，并且光轴6和传播轴线9针对分别位于相机和激光源近侧的初始迹线(first tract)位于共同平面上，所述共同平面示例性地垂直于传播平面8。

在诸如图示的优选实施例中，除了所述反射元件11之外，在所述反射元件11分别与矩阵相机5和与线性激光源7之间以及在反射元件11的沿着线性激光束的传播方向的下游都没有能够使光轴6或传播轴线9的光路偏离的另外(反射或折射)元件。

站100的其他构造和/或操作细节，特别是与获取系统4有关的其他构造和/或操作细节可以是已知的类型，例如，如WO 2017/175099 A1中所述。

可以使用站100示例性地实施本发明的用于检查轮胎的方法。

随后的图像获取的数量和顺序纯粹是示例性的。因此，表述“第一”、“第二”等不一定暗示对应的时间或空间顺序。

待检查的轮胎101布置成以侧壁水平地放置在支撑件120上方，所述支撑件旋转以使轮胎绕其旋转轴线140旋转。

用于轮胎检查的设备1通过移动构件102接近轮胎。

最初，在反射元件11处于第一操作位置的情况下借助于获取系统获取轮胎的内表面的一部分的第一三维图像。示例性地(图5a)，内表面的所述部分是位于胎肩104处的内表面的圆周部分并且相对于轴向中面150属于轮胎的上半部分。

为此目的，至少将反射元件11从上方降低而插入到轮胎的内腔中(图5a)。

这时候，获取内表面的相应矩阵部分序列的矩阵图像序列，内表面的每个矩阵部分(仅出于说明目的用图3中的平面35的一部分指示)属于内表面的所述部分并包含由线性激光束照射以产生相应激光线(仅出于说明目的用图3中的段34指示)的内表面的相应线性部分，其中每个矩阵图像均包含相应的反射的激光线，所述相应的反射的激光线表示所述相应激光线。

因此，在每个矩阵图像中识别所述相应的反射的激光线并通过三角测量法解读(elaborate)所述反射的相应的激光线，用于计算内表面的所述相应线性部分的包含有关内表面的所述相应线性部分的高度轮廓的信息的相应三维线性图像，以便获得第一三维线性图像序列。

通过合并第一三维线性图像来形成前述第一三维图像。

优选地，通过设备的移动构件102来移动设备1，并且通过同一设备1在反射元件11处于第一操作位置的情况下重复前述操作并获得放置在上侧壁105处的内表面的另一圆周部分的另一第一三维图像(图5b)。

优选地，通过设备的移动构件102来移动设备1，并且通过同一设备1在反射元件11处于第一操作位置的情况下重复前述操作并获得放置在上胎圈106处的内表面的又一圆周部分的又一第一三维图像(图5c)。未示出，还可以获得放置在胎冠103处的内表面的另一圆周部分的另一第一三维图像。

优选地，在反射元件11处于第二操作位置的情况下借助于获取系统获取轮胎的外表面的一部分的第二三维图像(图5d)。示例性地(图5d)，外表面的所述部分是放置在胎圈106处并且属于轮胎的上半部分的外表面的圆周部分。

为此目的，设备1通过移动构件102在轮胎之外的适当位置移动，并且反射元件11通过致动器50缩回(图5d)。

这时候，随着轮胎旋转，执行以上参考第一三维图像描述的操作以形成第二三维图像。

优选地，通过设备的移动构件102来移动设备1，并且通过同一设备1在反射元件11处于第二操作位置的情况下重复前述操作并获得放置在上侧壁105(图5e)处的外表面的另一圆周部分的另一第二三维图像。未示出，还可以获得放置在胎冠103处的外表面的另一圆周部分的另一第二三维图像。

从以上内容可以理解，本发明的设备在设备由机器人臂102适当移动(平移和/或倾斜)以及反射元件11适当移动之后在获取特别是在胎肩、侧壁、胎圈和胎冠处的内表面和外表面两者的图像方面特别通用。

Claims (29)

1.一种用于检查轮胎的方法，方法包括：

提供待检查的轮胎(101)；

提供用于获取所述轮胎的表面的三维图像的获取系统(4)，其中，所述获取系统(4)包括具有光轴(6)的相机(5)、能够发射具有传播轴线(9)的线性激光束的线性激光源(7)以及具有反射面(12)的反射元件(11)；

借助于所述获取系统(4)在所述反射元件(11)处于第一操作位置的情况下获取所述轮胎的内表面的一部分的第一三维图像，在所述第一操作位置中，所述反射面(12)与所述传播轴线(9)和所述光轴(6)都相交；

借助于所述获取系统(4)在所述反射元件(11)处于第二操作位置的情况下获取所述轮胎的外表面的一部分的第二三维图像，在所述第二操作位置中，所述反射面(12)不与所述传播轴线(9)相交并且反射面不与所述光轴(6)相交。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，获取所述第一三维图像包括：

将至少所述反射元件(11)插入所述轮胎(101)的内腔中；

使所述轮胎绕其旋转轴线(140)旋转；

获取内表面的相应矩阵部分序列的矩阵图像序列，内表面的每个矩阵部分均属于内表面的所述部分，并且包含由所述线性激光束照射以产生相应激光线(34)的内表面的相应线性部分，其中，每个矩阵图像包含代表所述相应激光线的相应的反射的激光线；

在每个矩阵图像中识别所述相应的反射的激光线；

通过三角测量法处理所述相应的反射的激光线，以计算内表面的所述相应线性部分的包含与内表面的所述相应线性部分的高度轮廓有关的信息的相应三维线性图像，并且获得第一三维线性图像序列；

合并所述第一三维线性图像以形成所述第一三维图像。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，获取所述第二三维图像包括：

将所述获取系统定位在所述轮胎之外；

使所述轮胎(101)绕其旋转轴线(140)旋转；

获取外表面的相应矩阵部分序列的矩阵图像序列，外表面的每个矩阵部分均属于外表面的所述部分，并且包含由所述线性激光束照射以产生相应激光线的外表面的相应线性部分，其中，每个矩阵图像包含代表所述相应激光线的相应的反射的激光线；

在每个矩阵图像中识别所述相应的反射的激光线；

通过三角测量法处理所述相应的反射的激光线，以计算外表面的所述相应线性部分的包含与外表面的所述相应线性部分的高度轮廓有关的信息的相应三维线性图像，并且获得第二三维线性图像序列；

合并所述第二三维线性图像以形成所述第二三维图像。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，方法还包括：

借助于所述获取系统(4)在所述反射元件(11)处于第一操作位置的情况下获取所述轮胎的内表面的相应一个或多个另外部分的一个或多个另外第一三维图像。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，方法还包括：

借助于所述获取系统(4)在所述反射元件(11)处于第二操作位置的情况下获取所述轮胎的外表面的相应一个或多个另外部分的一个或多个另外第二三维图像。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，内表面的所述部分是内表面的圆周部分和/或外表面的所述部分是外表面的圆周部分。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，内表面的所述部分和/或内表面的所述一个或多个另外部分放置在以下中的一个或多个处：所述轮胎的胎肩、侧壁、胎圈和胎冠。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，外表面的所述部分和/或外表面的所述一个或多个另外部分放置在以下中的一个或多个处：所述轮胎的胎肩、侧壁、胎圈和胎冠。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，方法包括：

提供用于检查轮胎的设备(1)和设备(1)的移动构件(102)，设备(1)安装到所述移动构件(102)上，以便在空间中移动，其中，设备(1)包括：框架(2)；法兰(3)，其固定到框架，用于将所述框架连接到所述移动构件；所述获取系统(4)，其安装到所述框架(2)上，并且其中，设备(1)包括致动器(50)，用于使所述反射元件(11)在第一操作位置和第二操作位置之间移动；

借助于所述移动构件(102)在所述第一三维图像的所述获取与所述第二三维图像的所述获取之间移动所述设备(1)，或者在所述第二三维图像的所述获取与所述第一三维图像的所述获取之间移动所述设备。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，方法包括：

通过绕旋转轴线(26)旋转而使所述反射元件(11)在第一位置和第二位置之间移动。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述旋转轴线(26)垂直于线性激光束的所述传播轴线(9)和/或垂直于所述光轴(6)。

12.一种用于检查轮胎生产线中的轮胎的站(100)，站包括：

支撑件(120)，支撑件构造成使轮胎(101)绕其旋转轴线(140)旋转；

用于检查轮胎的设备(1)；

移动构件(102)，设备(1)安装到所述移动构件(102)上，以便在空间中移动，

其中，设备(1)包括：框架(2)；法兰(3)，其固定到框架，用于将所述框架连接到所述移动构件；获取系统(4)，其用于获取所述轮胎的表面的三维图像，所述获取系统安装到所述框架(2)上，并且包括具有光轴(6)的相机(5)、能够发射具有传播轴线(9)的线性激光束的线性激光源(7)以及具有反射面(12)的反射元件(11)，

其中，设备(1)包括致动器(50)，用于在第一操作位置和第二操作位置之间移动所述反射元件(11)，在第一操作位置中，所述反射面(12)与所述传播轴线(9)和所述光轴(6)都相交，在第二操作位置中，所述反射面(12)不与所述传播轴线(9)相交并且所述反射面不与所述光轴(6)相交。

13.根据权利要求12所述的站，其中，所述设备(1)包括所述获取系统(4)作为仅有的数字图像获取系统。

14.根据权利要求12或13所述的站，其中，所述框架(2)包括：第一部分(20)，所述法兰(3)、所述相机(5)和所述线性激光源(7)刚性地固定到所述第一部分；第二部分(24)，第二部分能够相对于框架(2)的第一部分(20)移动，所述反射元件(11)刚性地固定到所述第二部分(24)，其中，框架(2)的所述第一部分(20)具有沿着第一方向(21)的主发展部。

15.根据权利要求14所述的站，其中，所述移动构件(102)具有穿过所述法兰(3)的末端移动轴线(10)，其中，所述第一方向(21)垂直于所述末端移动轴线(10)，其中，当反射元件(11)处于第一操作位置时，框架(2)的所述第二部分(24)具有垂直于所述第一方向并且垂直于所述末端移动轴线(10)的主发展方向(25)，并且其中，当反射元件(11)处于第二操作位置时，框架(2)的第二部分(24)的所述主发展方向(25)平行于所述第一方向(21)并且垂直所述于末端移动轴线(10)。

16.根据权利要求14或15所述的站，其中，框架(2)的所述第二部分(24)铰接到框架的所述第一部分(20)，以便能够绕相应的旋转轴线(26)旋转。

17.根据权利要求16所述的站，其中，框架(2)的第二部分(24)的所述旋转轴线(26)垂直于所述第一方向(21)和/或垂直于框架(2)的第二部分(24)的主发展方向(25)。

18.根据权利要求16或17所述的站，其中，所述旋转轴线(26)在框架的第一部分(20)的相对于所述第一方向(21)位于所述法兰(3)远侧的端部(23)处穿过框架的所述第一部分(20)。

19.根据权利要求16至18中的任一项所述的站，其中，所述旋转轴线(26)垂直于线性激光束的所述传播轴线(9)和/或垂直于所述光轴(6)。

20.根据权利要求16至19中的任一项所述的站，其中，框架的所述第二部分(24)包括从所述旋转轴线(26)发展到框架的第二部分的自由端(28)的第一部段(31)和相对于第一部段(31)在旋转轴线(26)的基本相对部分处发展的第二部段(32)。

21.根据权利要求20所述的站，其中，框架的第二部分(24)的所述第一部段(31)沿着框架的第二部分(24)的主发展方向(25)延伸框架的第二部分(24)的整个延伸部的主要部分。

22.根据权利要求16至21中的任一项所述的站，其中，所述致动器(50)是沿着致动方向(53)起作用的线性致动器，其中，所述致动方向(53)垂直于所述旋转轴线(26)，并且其中，所述致动方向(53)在所述旋转轴线(26)旁边且不与所述旋转轴线相交。

23.根据权利要求14至22中的任一项所述的站，其中，所述反射元件(11)固定到框架的第二部分(24)的自由端(28)。

24.根据权利要求14至23中的任一项所述的站，其中，反射元件(11)的所述第一位置在框架的所述第一部分(20)、所述相机(5)和/或所述线性激光源(7)的远侧，其中，反射元件(11)的所述第二位置在框架的所述第一部分(20)近侧并与之相邻。

25.根据权利要求14至24中的任一项所述的站，其中，所述致动器(50)插置在框架的所述第一部分(20)和第二部分(24)之间，其中，所述致动器(50)具有与框架的所述第一部分(20)成一体的第一部分(51)和相对于致动器的第一部分(51)能够移动的与框架的所述第二部分(24)成一体的第二部分(52)。

26.根据权利要求14至25中的任一项所述的站，其中，所述致动器(50)具有平行于所述第一方向(21)的主发展部。

27.根据权利要求12至26中的任一项所述的站，其中，所述致动器(50)是气动、液压或油动缸。

28.根据权利要求12至27中的任一项所述的站，其中，设备(1)包括所述反射元件(11)作为仅有的反射元件，并且其中，所述相机(5)是能够获取表面的矩阵部分的矩阵图像的矩阵相机，并且所述相机包括处理单元，所述处理单元构造成在矩阵图像中识别反射的激光线，所述反射的激光线表示通过用所述线性激光束照射表面的相应所述矩阵部分的线性部分而产生的激光线，并且所述处理单元构造成通过三角测量法处理反射的激光线以获得包含与表面的所述矩阵部分的所述线性部分的高度轮廓有关的信息的三维图像。

29.根据权利要求12至28中的任一项所述的站，其中，设备的所述移动构件(102)是具有至少五个轴的拟人化机器人臂。

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