CZ2020107A3 - Způsob bezkontaktního měření geometrických vlastností objektů a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

Podstata způsobu bezkontaktního měření geometrických vlastností objektů, zejména surových pneumatik (1) a bubnů (8) pro výrobu pneumatik, spočívá v tom, že že obraz objektu vytvořený na kontranstním pozadí (2) se snímá kamerou (6), čímž se získávají obrysy objektu v definované souřadnicové soustavě, a v řadě řezů objektu a následně se vyhodnocují geometrické vlastnosti objektu. Podstata zařízení k bezkontaktnímu měření geometrických vlastností objektů, zejména surových pneumatik a bubnů pro výrobu pneumatik spočívá v tom, že zahrnuje kontrastní pozadí (2) a nejméně jednu kameru (6), která má ve svém zorném poli (7) obrys měřeného objektu, zejména surové pneumatiky (1) nebo bubnu (8) pro výrobu pneumatik. Kontrastní pozadí (2) se vytvoří buď aktivním plošným osvětlením nebo nepřímým osvětlením světlé plochy, případně použitím reflexního materiálu.

Description

Způsob bezkontaktního měření geometrických vlastností objektů a zařízení k provádění tohoto způsobu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu bezkontaktního měření geometrických vlastností objektů, zejména bezkontaktního měření geometrických vlastností surové pneumatiky na konfekčním stroji a bezkontaktního měření geometrických vlastností bubnu na konfekčním stroji, které umožňuje okamžité posouzení kvalitativních parametrů vyrobené pneumatiky, například odchylky od ideálního kruhového tvaru, měření radiální a axiální házivosti, měření symetrie, kontrolu profilu, detekce bublin, a dále umožňuje nepřímou kontrolu spojů, dodržení správného pracovního postupu operátora a dodržení správného seřízení stroje a dále se týká zařízení k provádění tohoto způsobu.

Dosavadní stav techniky

Pneumatika pro motorová vozidla sestává přibližně z 8 až 15 gumových polotovarů. Jedná se o komplexní proces, v jehož rámci jsou různé gumárenské polotovary skládané, navíjené, centrované, spojované, nafukované, přitlačované a zavalované až do výsledné podoby surové pneumatiky.

Konfekční stroj je zařízení, na kterém probíhá výrobní proces sestávající především ze skládání jednotlivých gumových polotovarů až do stavu výroby surové pneumatiky. Konfekční stroje dělíme na jednostupňové a vícestupňové, v závislosti na počtech konfekčních bubnů, které stroj obsahuje. K jednotlivým bubnům jsou gumové polotovary postupovány obvykle prostřednictvím systému dopravníků, takzvaných podavačů. Do podavačů vstupuje materiál obvykle z kazetových zásobníků, kde jsou polotovary navinuty současně s oddělovacím zábalovým materiálem, nebo nakládané z různých jiných manipulačních zařízení či zásobníků.

Podavače mohou být typu jednoduchých dopravníků s manuálním nastavením navádění polotovaru až po plně automaticky přestavitelné, včetně automatického centrovaní polotovaru společně s odměřováním a řezáním potřebné délky polotovaru. Konfekční stroje vybavené automatickými podavači obvykle v automatickém módu současně pokládají vybrané polotovary na konfekční buben.

Je obecně známé, že kvalita pneumatiky výrazně závisí na přesnosti poskládání jednotlivých polotovarů a správného rozložení spojů gumových polotovarů po obvodě pneumatiky. Odchylky v přípravě polotovarů v kombinaci s odchylkami při skládání anebo výrobě surové pneumatiky na konfekčním stroji se v konečném důsledku promítnou zejména v radiální odchylce od kruhovitosti ke středu a laterální, tedy boční, odchylce, případně i odchylkou od ideálního profilu, které společně obvykle nazýváme „Uniformita surové pneumatiky“ a v tomto smyslu bude nadále tento termín používán v textu této přihlášky.

Existuje vysoká korelace mezi uniformitou surové pneumatiky a pneumatiky po vylisovaní. To znamená, že pneumatika se špatnou uniformitou surové pneumatiky z konfekčního stroje bude vykazovat špatnou uniformitu i po vulkanizaci. Z toho plyne, že je vysoce žádoucí provádění důsledné kontroly a měření geometrických vlastností surových pneumatik a také geometrických vlastností konfekčních bubnů na konfekčním stroji, na kterém jsou surové pneumatiky během výrobního procesu upevněny.

Kontrola a měření geometrických vlastností těchto objektů se v současné době zpravidla provádí ručním měřením jednotlivých geometrických veličin, přičemž proces měření a kontroly představuje neproduktivní časy výrobní linky a je proto často snahou obsluhy těchto strojů úkony

CZ 2020 - 107 A3 měření geometrických vlastností a kontroly dalších nedostatků omezovat na minimum. To i proto, že v současné době není k dispozici měřící systém, který by nezpůsoboval zpomalení výrobního procesu a snížení celkové produktivity práce. Obsluha se proto zaměřuje spíše jen na vizuální kontrolu vnějších vad a nedostatků.

Měření se tak přesouvá do operací, které souvisejí s přestavením strojů, tedy se změnou vyráběných rozměrů pneumatik anebo do doby ukončení případně začátku směny. V takovém případě se mechanicky měří obvod pneumatiky a její šířka a porovnává se s předepsanými údaji rozměrů pneumatiky v receptuře podle výrobní dokumentace, včetně předepsaných tolerancí obvodu a šířky koruny vyráběného pláště. Přesnost takového měření je malá a závisí z podstatné části na obsluze, její pečlivosti a schopnostech.

K měření uniformity surových pneumatik se také někdy používají přenosné měřící systémy, které pracují na principu triangulační metody, kde jako zdroj světlaje použit laser třídy 3R. Všechny tyto systémy zpravidla nejsou součástí výrobního stroje a představují přídavná zařízení, která vyžadují řádné ustavení před zahájením měření, které je prováděno samostatně a omezuje tak produktivitu výrobního stroje jednak v době vlastního měření, ale i v rámci montáže a demontáže celého přídavného měřícího zařízení. Výkonný laser představuje riziko poškození zraku pro operátora.

Podstata vynálezu

Podstata způsobu bezkontaktního měření geometrických vlastností objektů, zejména surových pneumatik a bubnů pro výrobu pneumatik, spočívá v tom, že obraz objektu vytvořený na kontrastním pozadí se snímá kamerou, čímž se získávají obrysy objektu v definované souřadnicové soustavě, a v řadě řezů objektu a následně se vyhodnocují geometrické vlastnosti objektu.

Kontrastní pozadí se vytvoří buď aktivním plošným osvětlením nebo nepřímým osvětlením světlé plochy, případně použitím reflexního materiálu.

Body obrysu objektu se získávají v buď v absolutní souřadnicové soustavě, tedy os x, y a z, které vycházejí z referenční značky nebo souřadnicové soustavě určené osou x, poloměrem r a úhlem alfa, kde osa x je totožná s osou rotace objektu s nulovou hodnotou v geometrickém středu objektu.

Jednotlivé body obrysu objektu se získávají v počtech, které představují dvě na n násobek, přičemž velikost vzdálenosti mezi jednotlivými řezy je poloviční, než je velikost nejmenší hledané chyby měřeného objektu.

Podstata zařízení k bezkontaktnímu měření geometrických vlastností objektu, zejména surových pneumatik a bubnů pro výrobu pneumatik spočívá v tom, že zahrnuje kontrastní pozadí a nejméně jednu kameru, která má ve svém zorném poli obrys měřeného objektu, zejména surové pneumatiky nebo bubnu pro výrobu pneumatik.

Kontrastní pozadí je výhodně opatřeno plošným světelným zdrojem. Kontrastním pozadím může být nepřímo osvětlená světlá plocha nebo plocha reflexního materiálu. V případě nepřímo osvětlené světlé plochy je výhodné, aby kontrastní pozadí bylo tvořeno nejméně dvěma osvětlovacími segmenty, přičemž jednotlivé osvětlovací segmenty jsou uloženy v kontrastním pozadí samostatně a otočně kolem své podélné osy.

Obrys měřeného objektu je uložen v zorném poli kamery mezi kamerou a kontrastním pozadím. Na kontrastním pozadí je umístěna nejméně jedna referenční značka, která se společně s obrysem objektu, zejména surové pneumatiky, nebo bubnu konfekčního stroje nachází vzorném poli

CZ 2020 - 107 A3 nejméně jedné kamery. Více referenčních značek muže vytvořit kalibrační pravítko, které je umístěné na kontrastním pozadí.

Vynález zajišťuje rychlé snímání jednotlivých bodů obrysového tvaru objektu, například surové pneumatiky na bubnu konfekčního stroje, prostřednictvím optimálního umístění bloku kamer, osvětlení pozadí a referenčního pravítka, tak aby obrys pneumatiky i referenční pravítko byly v zorném poli jedné či více kamer současně.

Vynález rozšiřuje možnosti měření uniformity surové pneumatiky přímo na konfekčním stroji v absolutní i relativní souřadnicové soustavě, bez dopadu na čas pracovního cyklu výrobního stroje.

Je výhodné, že v rámci jednoho měření podle vynálezu lze naměřit hodnoty uniformity v absolutní souřadnicové soustavě, tedy vůči středu objektu, například bubnu konfekčního stroje pro výrobu pneumatik či samotné surové pneumatiky, tedy v osách x, y a z, nebo v rámci určení osy x, poloměru r a příslušného úhlu alfa, které vycházejí z referenční značky kalibračního pravítka umístněného na podlaze, a současně i v relativní souřadnicové soustavě, tedy osy x, poloměru r, a úhlu natočení alfa, které jsou odvozeny z automatické detekce středové drážky nebo výstupku ve středu obrysu objektu, například surové pneumatiky, či jiné časti surové pneumatiky.

Zásadní výhoda tohoto způsobu spočívá rychlosti měření bez jakéhokoli prodloužení pracovního cyklu stroje, neboť měření základních geometrických vlastností probíhá současně s výrobním procesem, respektive jeho poslední etapou. Aktuálně v čase ukončení výroby objektu, například surové pneumatiky, po ukončení poslední otáčky zavalovacího cyklu jsou k dispozici veškeré výsledky měření. Při jejího sejmutí z konfekčního stroje jsou k dispozici údaje o uniformitě vyrobené surové pneumatiky, včetně vypočítaných harmonických kmitů, což má za následek podstatné snížení zmetkovitosti výroby surových pneumatik. Dalším přínosem je to, že vynález je schopen poskytovat výsledky měření v reálném čase na „strojové posouzení“ kvality surové pneumatiky, co je nepostradatelnou výhodou při další automatizaci výrobního procesu, směřující k výrobě bez operátora.

Jedná se o velmi jednoduché a spolehlivé měření, snadno aplikovatelné na většinu v současnosti používaných konfekčních strojů. Způsob měření i zařízení k provádění tohoto způsobu využívá geometrického jevu kolmosti tečny na poloměr kruhového objektu, například surové pneumatiky, což má za následek rychlé měření bez nutnosti komplikovaného nastavování a seřizování předmětného zařízení.

Přítomnost obrysu objektu, například surové pneumatiky a referenčního pravítka, které je upevněné na podlaze současně a to na každém snímku kamery, umožňuje automatickou korekci případného chvění kamery a verifikaci její správné polohy. Tím se dosahuje naprosté spolehlivosti výsledků měření.

Výhodou použití osvětleného pozadí na podlaze je necitlivost měření na změny polohy světla řádově v desítkách mm.

Výhodou tohoto způsobu je i závislost přesnosti měření obrysu objektu například surové pneumatiky pouze na poloze kamery, nikoli osvětleného pozadí, přičemž stabilita kamery se dá kontrolovat polohou referenčního pravítka a při změnách polohy nebo nastavení optiky kamery korigovat měřením odchylky polohy a úhlu referenčního pravítka od polohy v čase kalibrace.

Způsob měření podle vynálezu zajišťuje měření a zjištění komplexních geometrických vlastností objektu, včetně radiální a axiální házivosti, kruhovitosti a velikosti obvodu v jednotlivých stopách objektu, například surové pneumatiky. Způsob podle vynálezu zachytí i veškeré povrchové defekty objektu, včetně tvaru spojů a vln na tělese objektu a veškerých nerovnoměrností, pokud jde o rozložení hmoty vyrobeného objektu. Na základě těchto výsledků

CZ 2020 - 107 A3 lze dobře identifikovat kroky, v jejichž rámci došlo k odchylkám od předepsaných geometrických vlastností objektu, například surové pneumatiky.

Z vypočítaných harmonických kmitů je možné posoudit, které vlivy během výroby jsou nahodilé, a které se systematicky opakují. S velmi vysokou mírou korelace systematické chyby souvisejí s nastavením stroje.

Objasnění výkresů

Podstata vynálezu je v příkladném provedení znázorněna na přiložených výkresech, kde obr. 1 znázorňuje schematicky pohled na princip způsobu bezkontaktního měření geometrických vlastností objektu s kontrastním pozadím, obr. 2 znázorňuje schematicky princip způsobu bezkontaktního měření geometrických vlastností objektu s kontrastním pozadím z obr.l v půdorysu, obr. 3 znázorňuje schematicky pohled na princip způsobu bezkontaktního měření geometrických vlastností objektu s pasivním pozadím na podlaze, obr. 4 znázorňuje schematicky princip způsobu bezkontaktního měření geometrických vlastností objektu s pasivním pozadím na podlaze z obr.3 v půdorysu, obr. 5 znázorňuje schematicky pohled na princip způsobu bezkontaktního měření geometrických vlastností objektu s pasivním pozadím na podlaze, s použitím více kamer vedle sebe, obr. 6 znázorňuje schematicky princip způsobu bezkontaktního měření geometrických vlastností objektu s pasivním pozadím na podlaze, s využitím více kamer vedle sebe z obr.5 v půdorysu, obr. 7 znázorňuje schematicky pohled na princip způsobu bezkontaktního měření geometrických vlastností objektu s pasivním pozadím na podlaze, s použitím více kamer za sebou, obr. 8 znázorňuje schematicky princip způsobu bezkontaktního měření geometrických vlastností objektu s pasivním pozadím na podlaze, s využitím více kamer za sebou z obr.7 v půdorysu, obr. 9 znázorňuje schematicky pohled na princip způsobu bezkontaktního měření geometrických vlastností objektu s pasivním pozadím na podlaze, včetně umístění světelného zdroje, obr. 10 znázorňuje schematicky princip způsobu bezkontaktního měření geometrických vlastností objektu s pasivním pozadím na podlaze, včetně umístění světelného zdroje z obr. 9 v půdorysu, obr. 11 znázorňuje kalibrační pravítko a jeho vztah ke středu bubnu a optickým osám kamer, Obr. 12 znázorňuje schematicky zařízení podle vynálezu, kde jsou měřené objekty na výrobním stroji dopravovány shora a kontrastní pozadí je umístěno na podlaze, obr. 13 znázorňuje schematicky zařízení podle vynálezu, kde jsou měřené objekty k výrobnímu stroji dopravovány po podlaze a kontrastní pozadí je umístěno na výrobním stroji a obr. 14 znázorňuje skutečný příklad vyhodnocení naměřených profilů po obvodě pneumatiky.

Příklady uskutečnění vynálezu

Způsob bezkontaktního měření geometrických vlastností objektu podle vynálezu a také zařízení k provádění tomto způsobu je možné využít pro měření geometrických vlastností řady typů objektů, a to nejen rotačních tvarů. Příkladné provedení vynálezu je dále podrobně popsáno v rámci konkrétního uskutečnění na výrobním zařízení, které produkuje surové pneumatiky.

Způsob bezkontaktního měření geometrických vlastností surové pneumatiky na konfekčním stroji podle vynálezu je založeno na tom, že obrys pneumatiky vytvořený na osvětlovaném pozadí se snímá společně s nejméně jednou referenční značkou, která je umístěna na pravítku, nejméně jednou kamerou, čímž se získají hodnoty geometrických vlastností surové pneumatiky v absolutní souřadnicové soustavě x, y, z nebo x, r, a odpovídající úhel alfa vůči středu pneumatiky, které vycházejí z referenční značky kalibračního pravítka umístěného na pozadí a současně i hodnoty uniformity surové pneumatiky v relativní souřadnicové soustavě x, r, a úhel alfa natočení, které jsou odvozeny s automatické detekce referenční značky, kterou může být například středový výstupek. Referenční značka definuje nulový bod na ose x v obraze kamery.

Za geometrické vlastnosti pneumatiky, které se také někdy označují jako uniformita pneumatiky,

CZ 2020 - 107 A3 se považují zejména radiální odchylky od kruhovitosti ke středu a laterální, tedy boční odchylky, vyrobené surové pneumatiky, zjištěné porovnáním neměřených profilů vyrobené surové pneumatiky s předepsaným vzorovým profilem.

V některých případech se provádí měření vůči středové drážce nebo vůči nosu samotné pneumatiky. Všechna měření se vyhodnocují tak, že střed osy x je totožný s geometrickým středem bubnu, nebo tak, že střed osy x je totožný s polohou drážky nebo nosu na samotné pneumatice. Tento postup se používá obvykle při hodnocení tvaru pneumatiky porovnáním se vzorovým tvarem. Zpracováním nasnímaného obrazu lze současně generovat výsledné soubory v obou zmíněných souřadnicových soustavách.

Měření geometrických vlastností surové pneumatiky je možné provádět v rámci kterékoli produkční operace. Obvykle se k měření přistupuje až v rámci konečných operací, při některé z posledních otáček bubnu, kdy již je tvar surové pneumatiky stálý. Obraz objektu vytvořený na kontrastním pozadí se snímá kamerou, čímž se získávají jednotlivé body obrysu skutečné surové pneumatiky v definované souřadnicové soustavě, a v řadě jejich řezů a následně se vyhodnocují, tedy srovnávají naměřené geometrické vlastnosti surové pneumatiky, tedy zejména průměr, šířka a házivost s výrobním předpisem, který představuje ideální geometrické parametry surové pneumatiky. Rez objektu můžeme definovat jako obrys při jednom konkrétním úhlovém natočení.

Celý proces se zahajuje vytvořením kontrastního pozadí, které může být tvořeno zejména aktivním plošným osvětlením, nepřímým osvětlením světlé plochy nebo použitím reflexního materiálu. Výrobní předpis zpravidla určuje sekvence, ve kterých má být surová pneumatika měřena. Po naměření jednotlivých bodů obrysu se naměřené informace zpracovávají, vytvoří se z jednotlivých bodů naměřené kontury ve zvolených stopách a ty se porovnávají s ideálním tvarem surové pneumatiky a povolenými geometrickými tolerancemi.

Měření se provádí v absolutní souřadnicové soustavě os x, y, z, které vycházejí z referenční značky anebo v souřadnicové soustavě určené osou x, poloměrem r a úhlem alfa, kde osa x je totožná s osou rotace objektu s nulovou hodnotou v geometrickém středu objektu.

Počet bodů, ve kterých se měří obrys při jednom konkrétním úhlovém natočení objektu závisí zejména na rozlišení použitých kamer, a gumárenském prostředí to je obvykle s krokem 0,1 mm ve směru osy x.

Na počátku měření se kontroluje poloha referenční značky, kterou může být výstupek, otvor, vrub nebo jiný útvar, v obrazu kamery. Referenční značka je umístěna na podlaze, na kontrastním pozadí nebo části výrobního stroje tak, aby byla v pevně definované poloze ve vztahu ke středu osy rotace x. Ideálně tak, aby bylo minimalizováno riziko, že se z jakéhokoli důvodu změní její poloha vůči středu osy rotace bubnu. Součástí kalibrace, kam je uložení polohy této referenční značky anebo více referenčních značek v obraze, to znamená, že pokud by došlo k nežádoucí změně polohy, tedy ať již posunu nebo natočení kamery nebo optických parametrů, například změně zaostření objektivu, budou referenční značky na jiných, tedy posunutých místech v obraze kamery, co se dá jednoznačně detekovat při zpracování obrazu kamery. Tato kontrola se musí provést před začátkem každého měření.

Kamery jsou připojené k vyhodnocovací elektronice, která digitálním způsobem zpracuje obrazové snímky z kamery a výsledkem je soubor měřených hodnot. Je výhodné, pokud tato elektronika dostává i informace o konkrétní poloze natočení konfekčního bubnu, při které byly jednotlivé obrazové snímky získané, buď přímo ze stroje, nebo je třeba doplněného nezávislého inkrementálního senzoru na ose konfekčního bubnu.

V případě pneumatik je na ní v nulové pozici nalepen identifikační čárový kód, který na ní zůstává během celého životního cyklu pneumatiky. Na výrobních strojích, kde je informace o

CZ 2020 - 107 A3 úhlové poloze, je první měření prováděno v tomto bodě, další měření je posunuté o definované úhlové pootočení ve směru rotace hodinových ručiček tak, abychom dosáhli předem zvolený počet měření rovnoměrně rozdělený po celém obvodu pneumatiky. Přiřazení konkrétního měření ke konkrétní poloze je mimořádně důležité při analýze možných příčin neshody uniformity, tedy geometrických vlastností pneumatiky. Běžné posouzení kvality je možné i bez znalosti polohy natočení, pokud ovšem objekt rotuje známou rychlostí. Nicméně v takovém případě je určení skutečné polohy zjištěných defektů na povrchu pneumatiky obtížnější.

Počet měření po obvodu pneumatiky je volitelný v násobcích 2% takže počet měření po obvodu může například představovat 64, 128,256 nebo 512 měření, jak je potřebné pro výpočet jednotlivých harmonických z naměřených signálů pomocí FFT „Fast Fourier Transformation“. Obvykle se používá výpočet po 16. harmonickou. Popis významu jednotlivých harmonických kmitočtů a jeho vazby, tedy korelace s vlastnostmi pneumatiky není předmětem tohoto vynálezu. Velikost vzdálenosti mezi jednotlivými řezy je poloviční, než je velikost nejmenší hledané chyby měřeného objektu.

To znamená, že pokud velikost hledaného defektu na povrchu pneumatiky je například 10 mm, potom počet měření je třeba zvolit tak, aby bylo alespoň jedno měření na každým 5 mm kontrolovaného povrchu, kterým je v tomto konkrétním případě obvod pneumatiky. Lze postupovat i tak, že se vypočte obvod pneumatiky v milimetrech, vydělí pěti a následně se vybere nejbližší vyšší číslo 2n. Například při obvodu pneumatiky 1 800 mm, po vydělení pěti dostáváme číslo 360 a k němu nejbližší číslo 2n je 512, takže bude prováděno 512 měření.

Jakmile je nalezena odchylka, která překračuje povolenou toleranci, zobrazí se její hodnota a přesné místo této odchylky na obrazovce obsluhy, která se rozhodne, jak bude s konkrétní geometrickou odchylkou naloženo. To je samozřejmě možné pouze v případě, kdy je prováděno i měření úhlové polohy defektu. Pokud by tomu tak nebylo, tak se zobrazí pouze hodnota odchylky bez vazby na konkrétní místo na pneumatice. V případě, že odchylka překračuje dovolenou toleranci musí být přerušen automatický cyklus výrobního stroje a obsluha musí posoudit, zdaje vada opravitelná nebo nikoli a učinit opatření, aby se výskyt vady neopakoval.

Skutečná ukázka vyhodnocení naměřených profilů po obvodě pneumatiky je znázorněna na obr. 14. Vykresluje veškeré naměřené profily konkrétní pneumatiky v jediném vyobrazení vzájemně přes sebe. V případě ideální pneumatiky by měly být všechny profily stejné a vyhodnocení by tedy představovalo jediný profil. Odchylka jen jediného profilu znamená lokální deformaci povrchu, například bublinu.

Zařízení pro bezkontaktní měření geometrických vlastností surové pneumatiky či bubnu na konfekčním stroji pro výrobu surových pneumatik je výhodně součástí konfekčního stroje 9 pro výrobu surových pneumatik. Princip zařízení je znázorněn na obr. 1 a 2. Na konfekčním stroji 9, je uložen buben 8, na kterém je uchycena vyráběná surová pneumatika L Na konfekčním stroji 9, je také uloženo kontrastní pozadí 2, a pokud to není možné nebo to není výhodné může být kontrastní pozadí 2 umístěno na podlaze 10. na které je umístěn konfekční stroj 9. V rámci vynálezu není vyloučené, aby kontrastní pozadí 2 bylo umístěno nad výrobním strojem. V dosahu konfekčního stroje 9 je dále samostatně, tedy odděleně od konfekčního stroje 9 uložena nejméně jedna kamera 6, která je umístěna tak, aby ve svém zorném poli 7, měla obrys surové pneumatiky 1, nebo obrys bubnu 8, proti kontrastnímu pozadí 2.

Z toho plyne, že popisované zařízení lze využít nejen pro měření geometrických vlastností surových pneumatik 1 ale i pro měření geometrických vlastností samotných bubnů 8 konfekčního stroje 9, na kterém jsou během výrobního procesu surové pneumatiky 1 upevněny. K využití měření geometrických vlastností bubnu 8 konfekčního stroje 9 dochází především před první pracovní operací při zahájení cyklu výroby další pneumatiky, které umožňuje okamžitě odměřit jeho průměr, posoudit odchylky od ideálního kruhového tvaru a tak kontrolovat návrat jednotlivých segmentů konfekčního bubnu 8 do správné polohy po ukončení výroby

CZ 2020 - 107 A3 předcházejícího typu surové pneumatiky.

Kontrastní pozadí 2 může být provedeno jako aktivní prostředek, tedy opatřené plošným osvětlením, nebo jako pasivní prostředek, tedy s nepřímým osvětlením plochy na podlaze 10, vytvořené čárovým, nebo bodovým zdrojem světla 3. Další variantou je vytvoření kontrastního pozadí 2 s použitím reflexního materiálu, kterému zpravidla postačuje běžné okolní osvětlení pro získání dostatečného kontrastního pozadí.

Je důležité, aby kontrastní pozadí 2 bylo osvětleno rovnoměrně, takže je výhodné, aby bylo vytvořeno ze řady liniových světelných zdrojů. Jednotlivé liniové světelné zdroje mohou být uspořádány pod různými úhly vůči referenční ploše, aby bylo dosaženo homogenní osvětlení z pohledu kamery 6. Jednotlivé liniové světelné zdroje umožňují segmentaci osvětlení postupným zapínáním jednotlivých liniových segmentů podle konkrétního průměru vyráběné pneumatiky a požadovaného stupně kontrastu. Lze použít i infračervené osvětlení, výhodně 850 mikrometrů vlnové délky, aby operátor nebyl při zapínání a vypínání osvětlení obtěžován.

Kontrastní pozadí 2 zahrnuje nejméně jednu referenční značku 5, nebo zahrnuje kalibrované pravítko 4 se řadou referenčních značek 5.

Kamera 6 pro snímání obrysu surové pneumatiky 1 je výhodně uložena nad bubnem 8 konfekčního stroje 9 tak, aby ve svém zorném poli 7 měla obrys surové pneumatiky i proti osvětlenému kontrastnímu pozadí 2, které může být vytvořeno i na podlaze 10 před konfekčním strojem 9, jak je znázorněno například na obr.3. Kamera 6 je nesena výhodně vlastní konstrukcí, takže lze předpokládat určité pohyby kamery 6 vzhledem k obrysu měřené surové pneumatiky 1. V rámci vynálezu, zpravidla s ohledem na nedostatek místa, může být kamera 6 uložena i přímo na výrobním stroji. Proto se před každým měřením kontroluje poloha kamery 6 ve vztahu k souřadnicové soustavě odměřením polohy referenční značky 5 a porovnáním této polohy s nastavenými tolerancemi. Souřadnicová soustava kamery 6 musí být v odpovídající poloze ve vztahu k referenční značce 5. Pokud je zde odchylka je třeba kameru 6 znovu kalibrovat pro verifikaci systému.

Kalibrace se zpravidla provádí tak, že se na buben 8 konfekčního stroje 9 umístí zvláštní kalibrační přípravek, jehož rozměry jsou známé a jsou přesně odměřené a uvedené v měřícím protokolu kalibračního přípravku. Buben 8 s kalibračním přípravkem se natočí tak, aby kalibrační přípravek byl v obraze kamery 6, následně se ověří poloha kamery, abychom viděli v obraze kamery 6 referenční značku 5 a celý profil kalibračního přípravku. Následně se ověří nastavení optických parametrů snímání obrazu, především clona a zaostření. Poté se vytvoří kalibrační snímky, z nichž se vytvoří kalibrační soubory tak, aby výsledné naměření hodnoty odpovídaly známým hodnotám kalibračního přípravku.

V případě, kdy je pro měření využito více kamer 6, potom minimálně jedna z kamer 6 je uložena nad bubnem 8 konfekčního stroje 9 tak, aby ve svém zorném poli 7 měla současně obrys surové pneumatiky 1 a referenční značku 5 výhodně v provedení rastru, který je umístěn přímo na kalibračním pravítku 4. Kalibrační pravítko 4 má významnou roh pro definování absolutní souřadnicové soustavy výsledků měření.

V případě pneumatik se nejčastěji požívá jako střed absolutní souřadnicové soustavy geometrický střed bubnu 8. Tento střed během měření nevidíme, ani není přístupný, takže jako pomůcku používáme kalibrační pravítko 4, na kterém je minimálně jedna referenční značka 5. Kalibrační pravítko 4 je umístěno tak, že ho vidíme v obraze měřící kamery 6, a současně je jeho poloha známá a konstantní, tedy neměnná vůči zvolenému středu absolutní souřadnicové soustavy. Toto uspořádání umožňuje do naměřeného obrysu na obvodu pneumatiky zobrazit i střed absolutní souřadnicové soustavy společně s dělící středovou rovinou. Kalibrační pravítko 4 může mít různé tvary a obvykle více než jednu referenční značku 5. Více referenčních značek 5 zvyšuje robustnost systému, tvar kalibračního pravítka 4 může být ovlivněn počtem použitých kamer 6 a

CZ 2020 - 107 A3 konstrukčními omezeními na stroji. Pro případ pneumatik je typické umístění kalibračního pravítka 4 tak, že jedna jeho referenční značka 5 leží v rovině, která prochází geometrickým středem bubnu 8 a je kolmá na osu rotace tohoto bubnu 8, přičemž vzdálenost referenční značky 5 od středu bubnu 8 je ovlivněna maximálním průměrem pneumatiky tak, aby byla v obraze kamery 6, ale pneumatiky ji v obraze kamery 6 nezastiňovala. Tvarem kalibračních pravítek 4 a počtem referenčních značek 5 je možné pokrýt i rozsahy pro více kamer 6.

Pro měření v rámci vynálezu se využívá více kamer 6 v případech, kdy je třeba přistoupit k podstatně přesnějšímu měření, nebo v případech, kdy se měří geometrické vlastnosti mimořádně rozměrných surových pneumatik L

Na obr.5 a 6 je znázorněno použití více kamer 6 z důvodu potřeby přesnějšího měření surové pneumatiky 1, nebo bubnu 8, jejichž šířka je mimořádná.

Podobně na obr.7 a 8 použití více kamer 6 z důvodu potřeby přesnějšího měření surové pneumatiky 1, nebo bubnu 8, jejichž průměr je mimořádný, takže přestavování kamer 6 by bylo náročné a zdlouhavé.

Průmyslová využitelnost

Vynález lze využít zejména pro bezkontaktní měření geometrických vlastností objektů, zejména rotačního tvaru, například při bezkontaktním měření geometrických vlastností surové pneumatiky na konfekčním stroji a bezkontaktním měření geometrických vlastností bubnu na konfekčním stroji, pro okamžité posouzení kvalitativních parametrů vyrobené surové pneumatiky, například odchylky od ideálního kruhového tvaru, měření radiální a axiální házivosti, měření symetrie, detekce bublin, kontrolu obrysového tvaru, tedy profilu, kontrolu spojů, dodržení správného pracovního postupu operátora a dodržení správného seřízení stroje a lze jej využít i v automobilovém, nebo leteckém průmyslu.

Claims (15)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob bezkontaktního měření geometrických vlastností objektů, zejména surových pneumatik a bubnů pro výrobu pneumatik, vyznačující se tím, že obraz objektu vytvořený na kontrastním pozadí se snímá kamerou, čímž se získávají obrysy objektu v definované souřadnicové soustavě, a v řadě řezů objektu a následně se vyhodnocují geometrické vlastnosti objektu.
2. 2. Způsob bezkontaktního měření geometrických vlastností objektů, zejména surových pneumatik a bubnů pro výrobu pneumatik, podle nároku 1, vyznačující se tím, že kontrastní pozadí se vytvoří aktivním plošným osvětlením.
3. 3. Způsob bezkontaktního měření geometrických vlastností objektů, zejména surových pneumatik a bubnů pro výrobu pneumatik, podle nároku 1, vyznačující se tím, že kontrastní pozadí se vytvoří nepřímým osvětlením světlé plochy.
4. 4. Způsob bezkontaktního měření geometrických vlastností objektů, zejména surových pneumatik a bubnů pro výrobu pneumatik, podle nároku 1, vyznačující se tím, že kontrastní pozadí se vytvoří použitím reflexního materiálu.
5. 5. Způsob bezkontaktního měření geometrických vlastností objektů, zejména surových pneumatik a bubnů pro výrobu pneumatik, podle nároku 1, vyznačující se tím, že definovaná souřadnicová soustava je buď absolutní souřadnicová soustava x, y, z, které vycházejí z referenční značky a nebo cylindrická souřadnicová soustava x, poloměr r a úhel natočení alfa vůči středu objektu, který je v obraze kamery nepřímo určený nejméně jednou referenční značkou, přičemž osa x je totožná s osou rotace objektu s nulovou hodnotou v geometrickém středu objektu.
6. 6. Způsob bezkontaktního měření geometrických vlastností objektů, zejména surových pneumatik a bubnů pro výrobu pneumatik, podle nároku 1, vyznačuj ící se tím, že j ednotlivé obrysy objektu se získávají v počtech, které představují násobek dvě na n, přičemž velikost vzdálenosti mezi jednotlivými řezy je poloviční, než je velikost nejmenší hledané chyby měřeného objektu.
7. 7. Zařízení k bezkontaktnímu měření geometrických vlastností objektů, zejména surových pneumatik a bubnů pro výrobu pneumatik k provádění způsobu podle předchozích nároků, vyznačující se tím, že zahrnuje kontrastní pozadí (2) a nejméně jednu kameru (6), která má ve svém zorném poli (7) obrys měřeného objektu, zejména surové pneumatiky (1) nebo bubnu (8) pro výrobu pneumatik.
8. 8. Zařízení k bezkontaktnímu měření geometrických vlastností objektu, zejména surových pneumatik a bubnů pro výrobu pneumatik, podle nároku 7, vyznačující se tím, že kontrastní pozadí (2) je opatřeno plošným světelným zdrojem (3).
9. 9. Zařízení k bezkontaktnímu měření geometrických vlastností objektů, zejména surových pneumatik a bubnů pro výrobu pneumatik, podle nároku 7, vyznačující se tím, že kontrastním pozadím (2) je nepřímo osvětlená světlá plocha.
10. 10. Zařízení k bezkontaktnímu měření geometrických vlastností objektů, zejména surových pneumatik a bubnů pro výrobu pneumatik, podle nároku 9, vyznačující se tím, že kontrastní pozadí (2) je tvořeno nejméně dvěma osvětlovacími segmenty.
11. 11. Zařízení k bezkontaktnímu měření geometrických vlastností objektů, zejména surových pneumatik a bubnů pro výrobu pneumatik, podle nároku 10, vyznačující se tím, že jednotlivé osvětlovací segmenty jsou uloženy v kontrastním pozadí samostatně a otočně kolem podélné osy.
12. 12. Zařízení k bezkontaktnímu měření geometrických vlastností objektů, zejména surových

    CZ 2020 - 107 A3 pneumatik a bubnů pro výrobu pneumatik, podle nároku 7, vyznačující se tím, že kontrastním pozadím (2) je plocha reflexního materiálu.
13. 13. Zařízení k bezkontaktnímu měření geometrických vlastností objektů, zejména surových pneumatik a bubnů pro výrobu pneumatik, podle nároku 7, vyznačující se tím, že obrys měřeného objektu je uložen v zorném poli (7) kamery (6) mezi kamerou (6) a kontrastním pozadím (2).
14. 14. Zařízení k bezkontaktnímu měření geometrických vlastností objektů, zejména surových pneumatik a bubnů pro výrobu pneumatik, podle nároku 7, vyznačující se tím, že na kontrastním pozadí (2) je umístěna nejméně jedna referenční značka (5), která se společně s obrysem objektu, zejména surové pneumatiky (1), nebo bubnu (8) konfekčního stroje nachází v zorném poli (7) nejméně jedné kamery (6).
15. 15. Zařízení k bezkontaktnímu měření geometrických vlastností objektů, zejména surových pneumatik a bubnů pro výrobu pneumatik, podle nároku 14, vyznačující se tím, že více referenčních značek (5) vytváří kalibrační pravítko (4), které je umístěné na kontrastním pozadí (2).