СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ КОНТРОЛЯ ШИН
METHOD AND APPARATUS FOR MONITORING TIRES

Настоящее изобретение относится к способу и установке для контроля шин, например, на линии по производству шин, в частности, к способу и установке для проверки возможного наличия дефектов на или вблизи поверхности шины, более конкретно, на или вблизи внутренней и/или наружной поверхности боковин шины.
Как правило, шина имеет по существу тороидальную конструкцию относительно ее оси вращения во время эксплуатации и имеет осевую среднюю плоскость, перпендикулярную к оси вращения, при этом указанная плоскость, как правило, представляет собой по существу геометрическую плоскость симметрии, если игнорировать возможные незначительные асимметрии, такие как в рисунке протектора и/или во внутренней структуре.
В данном случае идентифицированы две части шины: коронная зона и боковины. Коронная зона содержит протекторный браслет, брекер и соответствующую часть каркасного конструктивного элемента, расположенную в радиальном направлении внутри них.
Термин «боковина» предназначен для обозначения одной из двух частей шины, которые расположены напротив друг друга и которые проходят в радиальном направлении с противоположных сторон коронной зоны до бортов, то есть до двух радиально внутренних концевых краев шины, и имеют протяженность в направлении вдоль окружности в плоскости, по существу перпендикулярной к оси вращения, при этом каждый из указанных бортов предназначен для соединения с соответствующим монтажным ободом. Таким образом, каждая боковина содержит соответствующую часть каркасного конструктивного элемента и часть, расположенную в аксиальном направлении снаружи от нее и выполненную из соответствующего эластомерного материала, которую обычно называют «боковиной».
Как правило, каркасный конструктивный элемент содержит, по меньшей мере, один слой каркаса, имеющий соответственно противоположные концевые края, введенные в контактное взаимодействие с соответствующими кольцевыми удерживающими конструктивными элементами, как правило, называемыми «бортовыми проволоками», встроенными в зонах, названных выше наименованием «борта». В «бескамерных» шинах слой каркаса полностью покрыт слоем эластомерного материала, предпочтительно на основе бутила, обычно называемым «герметизирующим слоем», обладающим отличными характеристиками непроницаемости по отношению к воздуху и проходящим от одного борта до другого.
Также предусмотрено, что конструкция боковины также полностью включает в себя так называемую «плечевую зону», то есть часть шины, предназначенную для соединения коронной зоны с радиально внутренней частью боковины (другими словами, две плечевые зоны соответствуют двум радиально и аксиально наружным круговым «краям» шины). Плечевая зона имеет протяженность в направлении вдоль окружности в плоскости, по существу перпендикулярной к оси вращения.
Термин «шина» предназначен для обозначения готовой шины, то есть шины после этапов формования в пресс-форме и вулканизации после этапа сборки.
Термин «компонент шины» предназначен для обозначения любого элемента, который выполняет некоторую функцию, или его части.
Термины «наружная или внутренняя поверхность шины» соответственно предназначены для обозначения поверхности, которая остается видимой после соединения шины с соответствующим ей, монтажным ободом, и поверхности, которая больше не является видимой после указанного соединения.
Термины «оптическое», «световое» и аналогичные относятся к используемому электромагнитному излучению, которое имеет, по меньшей мере, одну часть спектра, находящуюся в расширенных пределах оптического диапазона и необязательно находящуюся строго в пределах оптического диапазона (другими словами, 400-700 нм), например, такие расширенные пределы оптического диапазона могут охватывать от ультрафиолетовой до инфракрасной области спектра (например, длины волн, находящиеся в диапазоне от приблизительно 100 нм до приблизительно 1 мкм).
В настоящей заявке принята лучевая модель светового излучения, то есть предполагается, что световое излучение, падающее в точке поверхности и созданное неточечным источником (при этом в случае точечного источника был бы один луч), соответствует совокупности световых лучей, падающих в данной точке и имеющих прямолинейное направление распространения, которое соединяет каждую точку источника с указанной точкой поверхности, при этом каждый из таких лучей имеет соответствующую часть общей силы света, падающего в точке. Термины «свет» и «световое излучение», если не указано иное, используются как взаимозаменяемые.
Термин «направленное световое излучение», падающее в точке поверхности, предназначен для обозначения светового излучения, для которого имеется телесный угол, имеющий данную точку в качестве вершины и величину, которая меньше или равна π/8 стерадиан, в пределах которого «падает», по меньшей мере, 75% от всей силы света, предпочтительно, по меньшей мере, 90%, более предпочтительно вся сила света.
Термин «рассеянное световое излучение» предназначен для обозначения ненаправленного светового излучения.
Термин «световое излучение, падающее под скользящим углом», падающее в точке поверхности, предназначен для обозначения светового излучения, при котором световой пучок, соответствующий, по меньшей мере, 75% от всей силы света светового излучения, падающего в данной точке поверхности, образует с плоскостью, касательной к поверхности в каждой указанной точке, угол падения, который меньше или равен 60°.
Термин «изображение» или синонимично «цифровое изображение» предназначен для обозначения в общем случае набора данных, как правило, содержащихся в компьютерном файле, в котором каждая координата (как правило, двумерная) из конечной совокупности (как правило, двумерной и матричной, то есть N строк × М столбцов) пространственных координат (при этом каждая из них, как правило, соответствует пикселю) связана с соответствующим набором числовых значений (которые могут характеризовать величины разного типа). Например, в монохромных изображениях (подобных изображениям в уровнях серого) такой набор значений совпадает с одним значением на конечной шкале (как правило, с 256 уровнями или тонами), при этом такое значение характеризует, например, уровень светлоты (или интенсивности) соответствующей пространственной координаты при визуализации, в то время как в цветных изображениях набор значений характеризует уровень светлоты множества цветов или каналов, как правило, основных цветов (например, красного, зеленого и синего в цветовом пространстве RGB, при этом голубого, пурпурного, желтого и черного в цветовом пространстве CMYK). Термин «изображение» необязательно означает его реальную визуализацию.
Каждая ссылка на конкретное «цифровое изображение» (например, на двумерное цифровое изображение, первоначально полученное на шине) охватывает в более общем смысле любое цифровое изображение, которое может быть получено посредством одной или более операций цифровой обработки указанного конкретного цифрового изображения (подобных, например, фильтрации, усреднению, сравнению с порогом, морфологическим преобразованиям - «открытию» и т.д., вычислениям градиентов, «сглаживанию» и т.д.).
Термин «линейный участок поверхности» предназначен для обозначения участка поверхности, имеющего один размер, значительно больший, чем другой размер, определяемый в направлении, перпендикулярном к направлению данного одного размера, и, как правило, превышающий другой размер, по меньшей мере, на два порядка величины. Меньший размер линейного участка поверхности, как правило, меньше или равен 0,1 мм.
Термин «линейное изображение» предназначен для обозначения цифрового изображения, имеющего значительно большее число столбцов пикселей, чем число строк, как правило, превышающее число строк, по меньшей мере, на два порядка величины. Как правило, число строк составляет от 1 до 4, и число столбцов составляет более 1000. Термины «строки» и «столбцы» используются традиционно и являются взаимозаменяемыми.
Термин «длительность цикла» на производственной линии, содержащей, по меньшей мере, одну рабочую станцию, предпочтительно множество рабочих станций и включенной в установку для изготовления шин, предназначен для обозначения определяемого при нормальных рабочих условиях, максимального времени прохождения изготавливаемой шины через рабочую станцию, за которое собирают, по меньшей мере, одну часть компонента самой шины. Например, длительность цикла может находиться в диапазоне между приблизительно 20 и приблизительно 120 секундами.
В процессах производства и сборки шин для колес транспортных средств существует потребность в выполнении операций контроля качества изготовленных изделий с целью устранения возможности попадания шин, которые являются дефектными или в любом случае не отвечают техническим требованиям, на рынок и/или с целью последовательного регулирования используемых устройств и оборудования для улучшения и оптимизации характеристик операций, выполняемых в производственном процессе.
Такие операции контроля качества включают, например, те, которые выполняются операторами, которые тратят заданный промежуток времени, составляющий, например, от 30 с до 60 с, выполняя визуальную и тактильную проверку шины; если с учетом его/ее опыта и чувствительности оператор заподозрит, что шина не соответствует определенным стандартам качества, сама шина будет подвергнута дополнительным проверкам посредством более детального контроля человеком и/или посредством соответствующих устройств для более глубокой оценки возможных недостатков с точки зрения конструкции и/или качества. В документе WO 2015/004587 на имя того же Заявителя показаны способ и соответствующее устройство для контроля шин на производственной линии, при этом способ включает: выполнение шины, подлежащей контролю; упругое деформирование части боковины шины посредством сжимающей силы, действующей на наружной поверхности контакта части боковины, при этом сжимающая сила имеет аксиальное направление и направлена к плоскости средней линии; освещение внутренней и/или наружной поверхности данной части боковины и регистрацию изображения освещенной поверхности; генерирование контрольного сигнала, характеризующего зарегистрированное изображение, и анализ контрольного сигнала для обнаружения возможного наличия дефектов на данной части боковины.
В ЕР 2322899 описан способ обнаружения мельчайших неровностей на поверхности контролируемой шины. Поверхность в зоне боковины шины освещают красным светом, излучаемым первым осветительным средством, расположенным в направлении, образующем угол 45 градусов относительно нормали к данной поверхности. Одновременно поверхность освещают синим светом, выходящим из второго осветительного средства, расположенного в направлении, образующем угол -45 градусов относительно нормали. Освещенная поверхность снимается линейной камерой в направлении нормали. Поверхностную неровность, образованную на поверхности шины, обнаруживают на основе кривой распределения яркости.
В US 2011/018999 показано устройство для оценки внешнего вида поверхности шины, содержащее линейную цветную камеру, включающую в себя средства для разделения светового пучка, отражаемого поверхностью указанной шины и входящего в камеру, по меньшей мере, на два основных цвета (красный (R), зеленый (G), синий (B)) определенных длин волн для направления светового пучка в такое же количество датчиков, выполненных с возможностью получения базового изображения в оттенках серого для каждого из основных цветов, при этом число осветительных средств равно числу основных цветов и указанные осветительные средства ориентированы для освещения поверхности, подлежащей оценке, под разными углами, при этом устройство отличается тем, что каждое осветительное средство излучает цветной свет (красный, зеленый, синий), отличающийся от излучаемых остальными осветительными средствами, длина волны которого по существу соответствует длине волны одного из основных цветов, выбранных камерой.
В области контроля шин Заявитель поставил перед собой задачу анализа внутренней и/или наружной поверхности шины посредством оптического получения их изображений, например, цифровых и их последующей обработки, например, для обнаружения возможного наличия видимых дефектов на поверхности при минимизации контроля операторами. Отыскиваемые дефекты могут представлять собой, например, неровности на поверхности шины (невулканизированную смесь, изменения формы и т.д.), неодинаковость структуры, разрезы, наличие посторонних предметов на поверхности и т.д.
Заявитель отметил, что для обеспечения возможности использования контроля в едином масштабе времени в установке для производства шин необходимо выполнять сам контроль за короткие промежутки времени и с низкими затратами.
Следовательно, способ контроля шины посредством получения и анализа ее изображений для выделения ее возможных дефектов предпочтительно занимает промежуток времени, который сохраняется в пределах вышеупомянутой ограниченной «длительности цикла», и в то же время гарантирует точную проверку наличия дефектов в самой шине при достаточно низких затратах.
Заявитель отметил, что, несмотря на то, что в вышеуказанных документах в некоторых случаях в сущности описаны устройства, которые могут быть полезными для обнаружения определенных дефектов в шине, для обнаружения множества дефектов отличное от других устройство пришлось бы использовать для каждого конкретного дефекта, имеющего определенные характеристики, для идентификации конкретного дефекта. Кроме того, Заявитель действительно установил посредством анализа устройств такого типа, как проиллюстрированные в WO 2015/004587, ЕР 2322899 и US 2011/018999, что определенный тип освещения в сочетании с камерой или датчиком, отличным от других, предпочтителен для правильного обнаружения определенного дефекта или (ограниченного) множества определенных дефектов среди различных дефектов, которые могут возникать в шине. Заявитель действительно понял, что использование одного и того же устройства с одними и теми же освещением и камерой для анализа всей шины привело бы к недостаточному обнаружению или очень трудному обнаружению - посредством обработки изображений - некоторых дефектов и, в частности, некоторых двумерных дефектов, то есть тех, которые не характеризуются изменением высоты поверхности, подобных, например, разрезам с сопрягающимися краями.
Однако наличие большого числа разных устройств, каждое из которых имеет характеристики, отличные от других, для идентификации различных дефектов повышает сложность линии по производству шин в части, предназначенной для их контроля, и увеличивает затраты на нее. Кроме того, наличие различных устройств требует их непрерывного перемещения по направлению к шине на этапе анализа и от нее, когда другое устройство находится на этапе анализа. Это увеличивает длительность цикла, поскольку так называемое «непроизводительное время», в течение которого происходит поступательное перемещение неиспользуемых устройств, является значительным, даже если оно необходимо для устранения столкновений или нежелательного взаимодействия между различными устройствами.
Следовательно, Заявитель поставил перед собой задачу разработки способа и установки, которые предназначены для контроля шин, обеспечивают возможность получения изображений поверхности шины, в частности, для обнаружения дефектов более чем одного типа на поверхности шины и пригодны для применения на линии по производству шин в производственной установке в едином масштабе времени, другими словами, пригодны для использования для обеспечения уменьшенных рабочего времени и затрат и способны обеспечить надежные результаты.
Заявитель осознал, что наличие системы обнаружения с, по меньшей мере, двумя источниками света обеспечивает возможность изменения освещения участка поверхности шины в соответствии с типом дефекта, который желательно идентифицировать, и адаптации получения изображений как при рассеянном свете, так и при свете, падающем под скользящим углом и особенно полезном для вышеупомянутого контроля шины, в соответствии с тем, используются ли дополнительные устройства, такие как нажимной элемент для деформирования самой шины, или нет.
Более точно, Заявитель в завершение установил, что способ и установка, обеспечивающие первый этап освещения и второй этап освещения соответственно первого участка поверхности и второго участка поверхности шины, а именно участков поверхности, которые, как правило, могут иметь разные дефекты, с последующим получением первого изображения и второго изображения посредством одного и того же устройства, соединенного или не соединенного с нажимной системой, позволяют быстро выполнить проверку шины. Первый этап освещения предпочтительно выполняют одновременно с деформированием освещаемого участка поверхности или, по меньшей мере, его части, используя освещение, «выходящее» из первого источника света, в то время как второе освещение выполняют без сжатия. Данные различающиеся этапы освещения и получения изображений выполняют согласно изобретению посредством одной и той же системы обнаружения и посредством, по меньшей мере, двух источников света.
В соответствии с первым аспектом изобретение относится к способу контроля шин.
Предпочтительно предусмотрено обеспечение наличия шины, подлежащей контролю.
Предпочтительно предусмотрено соединение первого источника света и второго источника света, выполненных с возможностью их включения независимо друг от друга, с камерой.
Предпочтительно предусмотрено приложение первого усилия к первому участку поверхности указанной шины для создания деформированного участка поверхности.
Предпочтительно предусмотрено освещение указанного деформированного участка поверхности указанной шины посредством первого светового излучения, излучаемого указанным первым источником света.
Предпочтительно предусмотрено удерживание указанного второго источника света выключенным во время указанного деформирования.
Предпочтительно предусмотрено получение первого изображения указанного деформированного участка поверхности, освещаемого указанным первым световым излучением, посредством указанной камеры.
Предпочтительно предусмотрено снятие указанного первого усилия с указанного первого участка поверхности указанной шины.
Предпочтительно предусмотрен выбор второго участка поверхности, отличающегося, по меньшей мере частично, от указанного первого участка поверхности указанной шины.
Предпочтительно предусмотрено освещение указанного второго недеформированного участка поверхности указанной шины посредством второго светового излучения, излучаемого указанным вторым источником света.
Предпочтительно предусмотрено получение второго изображения указанного второго недеформированного участка поверхности, освещаемого указанным вторым световым излучением, посредством указанной камеры.
Предпочтительно предусмотрена обработка указанного первого изображения и указанного второго изображения для обнаружения возможных дефектов на указанном первом участке поверхности и на указанном втором участке поверхности указанной шины.
Согласно второму аспекту изобретение относится к установке для контроля шины.
Предпочтительно предусмотрена опорная плоскость, выполненная с возможностью приема шины.
Предпочтительно предусмотрен деформирующий элемент, выполненный с возможностью приложения первого усилия к первому участку поверхности указанной шины для создания первого деформированного участка поверхности.
Предпочтительно предусмотрен установочный исполнительный механизм, функционально соединенный с деформирующим элементом и выполненный с возможностью перемещения указанного деформирующего элемента по направлению к и от указанной поверхности указанной шины.
Предпочтительно предусмотрено устройство, включающее в себя камеру.
Устройство предпочтительно включает в себя первый источник света.
Устройство предпочтительно включает в себя второй источник света.
Предпочтительно предусмотрен блок обработки данных, запрограммированный для приведения в действие указанного установочного исполнительного механизма для перемещения указанного деформирующего элемента по направлению к указанной шине для приложения усилия к первому участку поверхности указанной шины для создания первого деформированного участка поверхности.
Предпочтительно предусмотрен блок обработки данных, запрограммированный для приведения в действие указанного установочного исполнительного механизма для снятия указанного первого усилия с указанного первого участка поверхности указанной шины.
Установка предпочтительно содержит блок привода и управления, запрограммированный для включения указанного первого источника света для освещения указанного первого деформированного участка поверхности указанной шины при удерживании указанного второго источника света невключенным во время указанного деформирования указанного первого участка поверхности.
Блок привода и управления предпочтительно запрограммирован для управления указанной камерой для получения первого изображения указанного первого деформированного участка поверхности, освещаемого указанным первым источником света.
Блок привода и управления предпочтительно запрограммирован для включения указанного второго источника света для освещения второго недеформированного участка поверхности указанной шины, отличающегося, по меньшей мере частично, от указанного первого участка поверхности.
Блок привода и управления предпочтительно запрограммирован для управления указанной камерой для получения второго изображения указанного второго недеформированного участка поверхности, освещаемого посредством указанного второго светового излучения.
Указанный блок обработки данных предпочтительно запрограммирован для обработки указанного первого изображения и указанного второго изображения для обнаружения возможных дефектов на указанном первом участке поверхности и на указанном втором участке поверхности указанной шины.
Заявитель считает, что создание способа и установки, в которых одно устройство обеспечивает возможность выполнения различных типов анализа для обнаружения дефектов разных типов, делает более универсальный способ контроля шины более быстрым и более надежным при низких затратах. Заявитель действительно исследовал и предложил способ и установку, при которых можно минимизировать число устройств, необходимых для выполнения многих различных измерений, используя первый оптимизированный источник для освещения дефектов, видимых при сжатии в первой части шины, в сочетании со вторым источником для освещения второй части шины оптимизированным образом для обнаружения дефекта другого типа.
Настоящее изобретение, по меньшей мере, в одном из вышеупомянутых аспектов также может иметь один или более из предпочтительных отличительных признаков, описанных в дальнейшем.
Указанный первый источник света предпочтительно подходит для излучения рассеянного светового излучения, и указанный второй источник света подходит для излучения светового излучения, падающего под скользящим углом.
Указанный второй источник света предпочтительно содержит первый подысточник света, излучающий первое световое субизлучение, и второй подысточник света, излучающий второе световое субизлучение, при этом для каждой точки указанной второй поверхности указанное первое световое субизлучение и указанное второе световое субизлучение выходят соответственно из двух полупространств, противоположных относительно оптической плоскости указанной камеры.
Данное конкретное расположение источников света предпочтительно обеспечивает возможность как их подвода особенно близко к шине при выполнении ее сжатия для обнаружения дефектов первого типа на первом участке поверхности, так и освещения надлежащим образом и с необходимой силой для идентификации дефектов, которые могут присутствовать на втором участке поверхности.
Более предпочтительно, если предусмотрено симметричное размещение указанного первого подысточника света и указанного второго подысточника света относительно указанного первого источника света.
Симметрия источников, в данном случае второго источника, который содержит первый подысточник и второй подысточник, которые расположены с двух сторон оптической плоскости системы обнаружения, обеспечивает возможность более легкого сравнения изображений, регистрируемых камерой, когда второй участок поверхности освещается посредством первого светового субизлучения или посредством второго светового субизлучения. Данные типы освещения различаются по их различным источникам отражения.
Освещение посредством первого светового излучения предпочтительно включает освещение указанного первого участка поверхности или указанного второго участка поверхности посредством первого рассеянного светового излучения.
Освещение посредством второго светового излучения предпочтительно включает освещение указанного второго участка поверхности посредством первого светового субизлучения, падающего под скользящим углом, или второго светового субизлучения, падающего под скользящим углом.
Первый источник света предпочтительно излучает излучение на первый участок поверхности или на второй участок поверхности, которое на уровне первого участка поверхности или второго участка поверхности является рассеянным, в то время как первый подысточник света или второй подысточник света излучает излучение на второй участок поверхности, которое на уровне второго участка поверхности падает под скользящим углом. Первый участок поверхности, деформированный посредством сжатия, предпочтительно требует только рассеянного света для идентификации дефектов, в то время как второй участок поверхности предпочтительно требует освещения светом, падающим под скользящим углом, и более предпочтительно - двумя разными типами излучения, а именно падающим под скользящим углом и рассеянным, для обеспечения получения, по меньшей мере, двух изображений для одного и того же второго участка поверхности, каждое из которых получено при другом освещении и которые можно сравнить друг с другом для идентификации дефектов на втором участке поверхности.
Для каждой точки указанного второго участка поверхности предпочтительно, по меньшей мере, 90% от соответствующей суммарной силы света указанных первого светового субизлучения и второго светового субизлучения, падающих в данной точке, поступает соответственно из указанных двух противоположных полупространств, задаваемых указанной оптической плоскостью.
Более предпочтительно, если для каждой точки указанного второго участка поверхности вся соответствующая суммарная сила света указанных первого светового субизлучения и второго светового субизлучения, падающих в данной точке, поступает соответственно из указанных двух противоположных полупространств. Таким образом, усиливается контраст между двумя освещениями.
Предпочтительно, по меньшей мере, 75% от соответствующей суммарной силы света указанного второго светового излучения, падающего в каждой точке указанного второго участка поверхности, образует с плоскостью, касательной к поверхности указанной шины в указанной каждой точке, первый угол падения с величиной, которая меньше или равна 55°.
Предпочтительно, по меньшей мере, 75%, более предпочтительно, по меньшей мере, 90% от соответствующей суммарной силы света указанных первого светового субизлучения и второго светового субизлучения, падающих в каждой точке указанного второго участка поверхности, образует с плоскостью, касательной к поверхности указанной шины в указанной каждой точке, первый угол падения с величиной, которая меньше или равна 55°, более предпочтительно меньше или равна 50°. Таким образом, усиливается эффект от света, падающего под скользящим углом.
Предпочтительно, по меньшей мере, 75%, более предпочтительно, по меньшей мере, 90% от соответствующей суммарной силы света указанных первого светового субизлучения и второго светового субизлучения, падающих в каждой точке указанного второго участка поверхности, образует с плоскостью, касательной к поверхности указанной шины в указанной каждой точке, первый угол падения с величиной, которая больше или равна 10°, более предпочтительно больше или равна 20°, еще более предпочтительно больше или равна 30°. Таким образом, также возможно освещение посредством источников света, расположенных в непосредственной близости от поверхности шины.
Предпочтительно, по меньшей мере, 75%, более предпочтительно, по меньшей мере, 90% от соответствующей суммарной силы света указанных первого светового субизлучения и второго светового субизлучения, падающих в каждой точке указанного второго участка поверхности, образует с базовой плоскостью, перпендикулярной к указанной оптической плоскости в указанной каждой точке и проходящей через нормаль к поверхности в указанной каждой точке, второй угол падения, который меньше или равен 45°, более предпочтительно меньше или равен 30° по абсолютной величине. Таким образом, усиливается различие в освещении между первым световым излучением и вторым световым излучением.
Обеспечение наличия шины предпочтительно включает размещение указанной шины на опорной плоскости при осевой средней плоскости, по существу параллельной опорной плоскости, при образовании опирающейся боковой части и свободной боковой части, расположенной на определенной высоте относительно указанной опорной плоскости.
Приложение первого усилия предпочтительно включает приложение указанного первого усилия к участку поверхности, представляющей собой указанную свободную боковую поверхность.
Для обеспечения надлежащего опирания шины во время контроля предпочтительно, чтобы она опиралась на плоскость так, чтобы ось вращения шины была по существу перпендикулярна к опорной плоскости. Таким образом, шина будет особенно стабильной, и обеспечивается возможность легкого контроля, по меньшей мере, половины указанной шины.
Указанное первое усилие предпочтительно включает в себя составляющую, действующую в направлении оси вращения указанной шины. Таким образом, шина «сдавливается» вдоль ее оси вращения для выделения дефектов, подобных, например, разрезам, которые могут образоваться вдоль ее боковины или плечевой зоны.
Более предпочтительно, если указанная составляющая указанного первого усилия действует в направлении к указанной средней плоскости. Шина предпочтительно сдавливается в направлении снаружи внутрь, то есть она сдавливается при приложении усилия на участке ее наружной поверхности, направленного внутрь шины.
Предпочтительно предусмотрен подвод указанного первого источника света к указанному первому деформированному участку поверхности в место, находящееся на расстоянии в диапазоне между приблизительно 25 мм и приблизительно 55 мм, более предпочтительно между приблизительно 35 мм и приблизительно 45 мм. Отыскиваемые дефекты могут представлять собой, например, неровности на поверхности шины (невулканизированную смесь, изменения формы и т.д.), неодинаковость структуры, наличие посторонних предметов на поверхности. Из дефектов, связанных с неодинаковостью структуры, так называемая «ползучесть каркаса» является особенно критичной, при этом данные дефекты являются редкими, но потенциально очень опасными дефектами, возникающими в зоне сопряжения между двумя частями шины, имеющими разные физико-химические свойства, подобные, например, разным смесям.
Подобные дефекты имеют форму небольших разрезов, как правило, проходящих в продольном направлении, то есть они «следуют» вдоль направления протяженности шины по окружности и отличаются идеально сопрягающимися краями, между которыми нет удаленного материала или недостатка материала, что является характерным признаком, который делает их особенно трудно идентифицируемыми. «Натекание/перемещение» смеси может охватывать зоны шины, расположенные как внутри, так и снаружи самой шины, например, рядом с внутренней поверхностью, под герметизирующим слоем, при этом с наружной стороны отсутствие адгезионного сцепления двух соседних смесей может привести к образованию разрезов, как правило, в зоне боковой части протектора или боковины.
При соответствующем деформировании первой части боковины шины, подлежащей контролю, можно уменьшить наружный радиус кривизны деформированного участка поверхности шины, в результате чего будут выделены возможные дефекты, в частности, перемещение смеси и другие разрезы или отверстия, поскольку «усиление» нормальной наружной выпуклости обуславливает тенденцию к «открытию» краев или периферии таких дефектов, что делает их легче идентифицируемыми при последующей обработке изображений.
Таким образом, регистрируемые изображения данного сдавленного соответствующим образом, первого участка поверхности имеют высокое качество и/или содержат информацию в таком количестве и с таким качеством, чтобы обеспечить возможность последующей автоматической обработки изображений для обнаружения возможных существующих дефектов, что делает алгоритмы автоматического обнаружения дефектов, используемые для этого, высокоэффективными.
Дефект данного типа для обеспечения его надлежащей идентификации требует освещения с относительно высокой мощностью и в зоне рядом с деформированной частью шины, то есть размещения устройства очень близко к нажимному элементу, при этом в противном случае разрез, открытый посредством нажимного элемента, «закрывается», как только будет достигнуто некоторое расстояние от зоны, в которой происходит деформирование.
Предпочтительно предусмотрен подвод указанного первого источника света к указанному второму участку поверхности в место, находящееся на расстоянии в диапазоне между приблизительно 25 мм и приблизительно 55 мм, более предпочтительно между приблизительно 35 мм и приблизительно 45 мм. Было обнаружено, что данный диапазон расстояний является оптимальным для корректной визуализации дефектов: расстояние, на котором расположен первый источник света, представляет собой оптимальное компромиссное сочетание для минимального расстояния, необходимого, чтобы не ударить шину или элемент, который обеспечивает приложение сжимающего усилия к ней.
Предпочтительно предусмотрено приложение второго усилия к третьему участку поверхности указанной шины для создания второго деформированного участка поверхности, при этом указанный третий участок поверхности отличается, по меньшей мере частично, от указанного первого участка поверхности и от указанного второго участка поверхности указанной шины.
Предпочтительно предусмотрено освещение указанного второго деформированного участка поверхности указанной шины посредством указанного первого светового излучения, излучаемого указанным первым источником света.
Еще более предпочтительно предусмотрено получение третьего изображения указанного дополнительного деформированного участка поверхности, освещаемого указанным первым световым излучением, посредством системы обнаружения. Предпочтительно осуществляется проверка более одного участка поверхности шины посредством устройства при приложении усилия в разных частях шины. Таким образом, могут быть обнаружены дефекты в разных местах поверхности.
Указанный первый участок поверхности или указанный третий участок поверхности предпочтительно принадлежит указанной свободной боковой поверхности. Шину предпочтительно проверяют со стороны свободной боковой поверхности, то есть поверхности, не находящейся в контакте с опорой. Для проверки боковой поверхности, находящейся в контакте с шиной и по существу симметричной относительно свободной боковой поверхности, шину предпочтительно поворачивают на 180° перпендикулярно ее оси вращения так, чтобы боковая поверхность, ранее находившаяся в контакте с опорой, стала свободной боковой поверхностью и могла быть проверена.
Освещение указанного второго участка поверхности предпочтительно включает освещение указанного второго участка поверхности посредством указанного первого светового излучения.
Освещение указанного второго участка поверхности предпочтительно включает освещение указанного второго участка поверхности посредством указанного второго светового излучения в другое время по отношению к времени, в которое указанное первое световое излучение освещает указанный второй участок поверхности.
Тип дефектов, отыскиваемых на втором участке поверхности шины, предпочтительно идентифицируют путем сравнения изображений, полученных посредством системы обнаружения при различных условиях освещения, подобных условиям при первом световом излучении и втором световом излучении, так что дефект может быть обнаружен, например, посредством «вычитания» характеристик, обнаруживаемых на одном изображении, из характеристик другого.
Освещение указанного третьего участка поверхности посредством первого светового излучения предпочтительно включает освещение указанного третьего участка поверхности посредством первого рассеянного светового излучения. Тип освещения третьего участка предпочтительно по существу аналогичен типу освещения первого участка поверхности.
Освещение указанного второго участка поверхности предпочтительно включает освещение указанного второго участка поверхности посредством указанного первого светового излучения.
Освещение указанного второго участка поверхности предпочтительно включает освещение указанного второго участка поверхности посредством указанного первого светового субизлучения в другое время по отношению к времени, в которое указанное первое световое излучение освещает указанный второй участок поверхности.
Еще более предпочтительно, если освещение указанного второго участка поверхности включает освещение указанного второго участка поверхности посредством указанного второго светового субизлучения в другое время по отношению к времени, в которое указанное первое световое излучение освещает указанный второй участок поверхности и указанное первое световое субизлучение освещает указанный второй участок поверхности.
Каждое из трех различных изображений, подлежащих обработке, получено при типе освещения, отличающемся от других. Это создает возможность сравнения трех различных изображений и их обработки посредством соответствующих алгоритмов для выделения возможных дефектов на втором участке поверхности.
Более предпочтительно, если получение указанного второго изображения включает получение первого изображения, подлежащего обработке, при освещении указанного второго участка посредством указанного первого светового излучения.
Еще более предпочтительно, если получение указанного второго изображения включает получение второго изображения, подлежащего обработке, при освещении указанного второго участка посредством указанного первого светового субизлучения.
Еще более предпочтительно, если получение указанного второго изображения включает получение третьего изображения, подлежащего обработке, при освещении указанного второго участка посредством указанного второго светового субизлучения.
Таким образом, предпочтительно осуществляется обработка трех изображений, подлежащих обработке, а именно двух, предпочтительно полученных при свете, падающем под скользящим углом, и одного, полученного при рассеянном свете, для идентификации дефектов.
Еще более предпочтительно, если указанные первое изображение, подлежащее обработке, второе изображение, подлежащее обработке, или третье изображение, подлежащее обработке, формируют из соответствующего множества первых линейных изображений, вторых линейных изображений или третьих линейных изображений последовательности линейных участков поверхности, смежных друг с другом или частично перекрывающихся, при этом указанные первые линейные изображения, вторые линейные изображения или третьи линейные изображения получают на каждом линейном участке из указанной последовательности линейных участков, освещаемом соответственно посредством указанных первого светового излучения, первого светового субизлучения и второго светового субизлучения в последовательности с чередованием.
Указанное первое изображение, указанное второе изображение, указанное третье изображение или указанные изображения, подлежащие обработке, предпочтительно представляют собой цифровые изображения. Более предпочтительно, если они являются изображениями, сформированными из матриц пикселей.
Указанное первое изображение или указанное третье изображение предпочтительно формируют из соответствующего множества четвертых линейных изображений последовательности линейных участков поверхности, смежных друг с другом или частично перекрывающихся, при этом указанные четвертые линейные изображения получают на каждом линейном участке из указанной последовательности линейных участков, соответственно освещаемом посредством указанного первого светового излучения.
Тип системы обнаружения для получения изображений представляет собой, например, линейную камеру, которая определяет линию объектива, а именно пересечение плоскости объектива с фокальной плоскостью, в которой или вблизи которой предпочтительно размещается первый участок поверхности или второй участок поверхности или третий участок поверхности при его освещении. Следовательно, линейные участки предпочтительно представляют собой участки поверхности, которые могут быть получены вблизи указанной линии объектива во временной последовательности. Например, такая последовательность линейных участков может быть получена посредством поворота шины вокруг ее оси вращения или посредством поворота системы обнаружения и источников света вокруг шины. Предпочтительно обеспечивают, по меньшей мере, один полный поворот на 360°. Более предпочтительно, если выполняют поворот более чем на 360° для обеспечения надлежащего перекрытия между начальной и концевой частями (которые должны соответствовать друг другу) шины, в которых соответственно начинают и заканчивают получение изображений.
Предпочтительно предусмотрены поворот указанной шины вокруг ее оси вращения и освещение указанной шины в множестве угловых положений указанной шины для получения множества первых изображений или вторых изображений или третьих изображений в разных угловых положениях, а именно первого изображения или второго изображения или третьего изображения для каждого углового положения указанной шины.
Предпочтительно поворачивают шину вместо системы обнаружения, поскольку первая операция является более простой: поворот системы обнаружения мог бы привести к ее повреждению или к неточному получению изображений вследствие вибраций, вызванных непрерывным перемещением.
Указанный первый участок поверхности или указанный третий участок поверхности предпочтительно представляет собой участок наружной поверхности боковины или плечевой зоны указанной шины.
Указанный второй участок поверхности предпочтительно представляет собой участок поверхности борта указанной шины.
Упомянутые дефекты первого типа, для обнаружения которых необходимы предпочтительно сильное освещение и сдавливание проверяемого участка поверхности, предпочтительно представляют собой дефект, который может быть обнаружен на боковине или в плечевой зоне шины. Дефект второго типа, требующий множества разных типов освещения, наиболее часто имеется на уровне борта шины.
Приложение первого усилия или второго усилия предпочтительно включает приложение постоянного давления к указанной первой деформируемой поверхности или указанной второй деформируемой поверхности указанной шины во время указанного поворота.
Еще более предпочтительно, если величина указанного постоянного давления зависит от типа указанной шины, подлежащей контролю.
Приложение первого усилия или второго усилия к первому участку поверхности указанной шины или к третьему участку поверхности указанной шины для создания первого деформированного участка поверхности или второго деформированного участка поверхности предпочтительно включает удерживание указанного первого деформированного участка или второго деформированного участка на заданной высоте относительно опоры для указанной шины.
Деформация может быть создана или при постоянном усилии, или при постоянной высоте. Могут быть применены оба условия, и наиболее предпочтительное выбирают в соответствии с конкретным применением или типом шины, подлежащей контролю.
Более предпочтительно, если указанная высота зависит от модели шины, подлежащей контролю.
Действительно, не все шины имеют одинаковый размер или имеют одинаковую жесткость, и, следовательно, высоту, на которой должна быть размещена деформируемая поверхность шины, предпочтительно выбирают в зависимости от характеристик самой шины.
Предпочтительно предусмотрено перед освещением указанного второго участка поверхности перемещение указанного второго источника света из первой неактивной конфигурации, в которой управление им осуществляется так, чтобы он не излучал светового излучения, и в которой расстояние от указанного второго источника до фокальной плоскости указанной камеры больше расстояния от указанного первого источника до указанной фокальной плоскости, в активную конфигурацию, в которой он адаптирован для излучения второго светового излучения и в которое расстояние от указанного второго источника до указанной фокальной плоскости равно расстоянию или меньше расстояния от указанного первого источника до указанной фокальной плоскости.
Таким образом, могут быть получены два освещения посредством перемещения первого подысточника света и второго подысточника света в соответствии с тем, необходимы ли один или оба из них. В неактивной конфигурации устройство является особенно компактным и адаптировано для перемещения по существу близко к первому или третьему участку поверхности шины, который деформируется. Во второй конфигурации при «открытых» первом подысточнике и втором подысточнике можно обеспечить множество разных типов освещения второго участка поверхности посредством разных источников. Действительно, во второй конфигурации компактность необходима в меньшей степени, поскольку отсутствуют как средство сжатия, так и поверхность, деформированная в результате его воздействия, поскольку они больше не нужны для обнаружения отыскиваемого дефекта, например, разреза в зоне борта.
Предпочтительно предусмотрена роботизированная рука, соединенная одним концом с указанным устройством. Посредством роботизированной руки устройство для освещения участков поверхности шины легко перемещается, чтобы дойти до места расположения участка, подлежащего проверке.
Блок обработки данных предпочтительно запрограммирован для перемещения указанной роботизированной руки по направлению к указанной первой деформируемой поверхности так, чтобы указанный первый источник света указанного устройства был подведен в место, находящееся на расстоянии от указанной деформируемой поверхности, находящемся в диапазоне между приблизительно 25 мм и приблизительно 55 мм, более предпочтительно между приблизительно 35 мм и приблизительно 45 мм.
Указанный деформирующий элемент предпочтительно включает в себя нажимной ролик.
Более предпочтительно, если нажимной ролик установлен с возможностью свободного вращения вокруг его собственной оси. Сдавливание предпочтительно происходит посредством ролика, опирающегося на участок поверхности шины. Ролик, выполненный с возможностью вращения, удерживает данный участок сдавленным при повороте шины вокруг ее оси вращения, так что одна и та же поверхность может быть проверена в любом угловом положении.
Предпочтительно обеспечивают поворот шины, и положение ролика остается одним и тем же, при этом он вращается вокруг его оси вследствие поворота поверхности шины, с которой он находится в контакте.
Более предпочтительно, если ось нажимного ролика лежит в плоскости, проходящей через ось вращения шины и через радиальное направление деформированного участка поверхности. Таким образом выполняется оптимальное сдавливание поверхности шины.
Указанная ось вращения указанного нажимного ролика предпочтительно может быть расположена под заданным углом относительно оси вращения указанной шины. Таким образом, можно «следовать» за геометрической формой поверхности шины оптимальным образом при соответствующем наклоне оси вращения ролика для приложения надлежащего давления, которое не изменяется под влиянием геометрической формы шины.
Нажимной ролик предпочтительно может быть установлен в двух разных положениях. В первом положении ось вращения ролика по существу перпендикулярна к оси вращения шины. Во втором положении ось вращения ролика и ось вращения шины образуют угол, составляющий приблизительно 120°.
Указанный ролик предпочтительно включает в себя часть с увеличенным сечением в части, центральной относительно указанной оси вращения, и часть с уменьшенным сечением на его конце относительно указанной оси вращения. Центральную часть с увеличенным сечением предпочтительно размещают у той зоны плечевой зоны или боковины, в которой желателен поиск дефектов. Однако большая центральная часть в определенных ситуациях может вызвать вибрации, которым будут подвергаться блоки шины. По этой причине предпочтительно сужение концов самого ролика, определяемых в аксиальном направлении, чтобы зона поверхности, подвергаемая сдавливанию со стороны ролика, была ограниченной и регулируемой.
Дополнительные отличительные признаки и преимущества станут яснее из подробного описания некоторых иллюстративных, но не единственных вариантов осуществления способа и устройства для контроля шин согласно настоящему изобретению. Такое описание будет приведено в дальнейшем со ссылкой на приложенные фигуры, представленные только для показа и, следовательно, не для ограничения, на которых:
- фиг.1 показывает частичный и схематический, выполненный частично в сечении и частично в виде функциональных блоков вид в перспективе установки для контроля шин на линии по производству шин;
- фиг.2 показывает частичный и схематический вид в перспективе установки для контроля шин с фиг.1 согласно настоящему изобретению на рабочем этапе;
- фиг.3 показывает установку с фиг.2 на другом рабочем этапе;
- фиг.3а показывает фрагмент установки с фиг.3 в увеличенном масштабе;
- фиг.4 показывает установку с фиг.2-3 на дополнительном рабочем этапе;
- фиг.4а показывает вид сверху установки в рабочей конфигурации с фиг.4;
- фиг.5 показывает частичный и схематический вид сбоку фрагмента установки с фиг.2 или 3;
- фиг.6 показывает частичный и схематический вид сбоку фрагмента установки с фиг.4;
- фиг.7 показывает схематическое боковое сечение фрагмента с фиг.5 или 6;
- фиг.8 показывает частичный и схематический вид в перспективе фрагмента установки с фиг.2 или 3;
- фиг.9а показывает вид в перспективе устройства для контроля шин в рабочей конфигурации согласно настоящему изобретению;
- фиг.9b показывает вид в перспективе устройства для контроля шин с фиг.9а в другой рабочей конфигурации;
- фиг.10 показывает вид сверху устройства с фиг.9а;
- фиг.11 показывает вид спереди устройства с фиг.9а;
- фиг.12 показывает вид сверху устройства с фиг.9b; и
- фиг.13 показывает вид спереди устройства с фиг.9b.
Установка для контроля шин на линии по производству шин согласно настоящему изобретению обозначена в целом ссылочной позицией 1 и показана на фиг.1. В общем случае одна и та же ссылочная позиция будет использована для возможных вариантов осуществления аналогичных элементов.
Установка 1 содержит опору 102 (видимую только на фиг.1), выполненную с возможностью обеспечения опоры для шины 200, установленной на боковине, и с возможностью поворота данной шины вокруг ее оси 201 вращения, как правило, расположенной в соответствии с вертикалью. Опора 102, как правило, приводится в движение элементом для обеспечения перемещения, не описанным и не проиллюстрированным дополнительно, поскольку он в качестве примера может представлять собой элемент известного типа. Опора для шины в возможном варианте может быть выполнена с возможностью ее фиксации, например, на соответствующем опирающемся борту. Следовательно, шина 200, опирающаяся на опору, образует свободную боковую поверхность или свободную боковину, представляющую собой ту часть поверхности, которая не опирается на опору, и в системе осей координат с осью Z, перпендикулярной к плоскости опоры, обращена вверх.
Шина 200 имеет по существу тороидальную конструкцию относительно оси 201 вращения и имеет осевую среднюю плоскость 242 (показанную в сечении пунктирной линией на фиг.2, 3 и 4), перпендикулярную к оси 201 вращения. Шина образована из коронной зоны 203 и боковин 204. В свою очередь, каждая из боковин 204 образована из плечевой зоны 205, бортовой зоны 206 и радиально центральной зоны 207 боковины, расположенной между плечевой зоной и бортом.
Как правило, как показано на фиг.2 и 3, установка 1 содержит роботизированную руку 220, на которой смонтировано устройство 10, и, в частности, устройство 10 содержит элемент 19 для прикрепления, предназначенный для соединения с концом роботизированной руки 220. Роботизированная рока 220, показанная очень схематически на фиг.2, предпочтительно представляет собой антропоморфную роботизированную руку. Еще более предпочтительно, если она представляет собой антропоморфную роботизированную руку с, по меньшей мере, 5 степенями подвижности.
Установка 1 также предпочтительно включает в себя деформирующий элемент 130. Деформирующий элемент 130 выполнен с возможностью приложения - посредством физического контакта - сжимающего усилия к наружной поверхности контакта, принадлежащей к части боковины шины 200, для упругого деформирования части боковины, предпочтительно части свободной боковой поверхности. В предпочтительной конфигурации, показанной в качестве примера на фиг.2 и 3, сжимающее усилие (показанное вертикальной стрелкой F на фиг.2 и 3) направлено подобно оси 201 вращения шины 200. Однако, по мнению Заявителя, настоящее изобретение охватывает случаи, в которых сжимающее усилие имеет, по меньшей мере, одну составляющую, параллельную оси 201 вращения.
Деформирующий элемент 130 предпочтительно содержит сжимающий элемент 131 и установочный исполнительный механизм 132, выполненный с возможностью обеспечения перемещения сжимающего элемента вдоль направления сжимающего усилия. В качестве примера установочный исполнительный механизм 132 может представлять собой пневматический цилиндр. Следовательно, сжимающий элемент может быть введен в контакт или выведен из контакта с шиной 200. Сжимающий элемент 131 предпочтительно содержит нажимной ролик.
Нажимной ролик предпочтительно выполнен с возможностью вращения вокруг его оси вращения, обозначенной 117 на фигурах. Ось 117 нажимного ролика всегда находится в плоскости, проходящей через ось шины и через радиальное направление части боковины, подвергаемой деформированию (например, в плоскости фиг.2 и 3). Ось 117 нажимного ролика при отсутствии усилий, другими словами, в исходном положении предпочтительно перпендикулярна к оси шины. При эксплуатации ось ролика может отклоняться от такого положения, в котором она перпендикулярна к оси шины (подобного показанному, например, на фиг.2), например, в диапазоне до +30° от перпендикулярного положения.
Кроме того, нажимной ролик, видимый в деталях на фиг.3а, имеет сечение, выполненное в плоскости, перпендикулярной к оси 177 вращения, которое является по существу круглым. Диаметр сечения предпочтительно изменяется от минимального диаметра, имеющегося на первом конце 118а и втором конце 118b указанного ролика, противоположном в аксиальном направлении относительно оси 117 вращения, до максимального диаметра, имеющегося в центральной зоне ролика.
Деформирующий элемент 130 предпочтительно содержит элемент для обеспечения радиального перемещения (непоказанный, например дополнительный электродвигатель и систему направляющих и ползунов для направления радиального перемещения), выполненный с возможностью перемещения сжимающего элемента 131 и установочного исполнительного механизма 132 как единого целого вдоль радиального направления шины. Следовательно, деформирующий элемент 130 может быть отведен от шины, когда он не используется.
Деформирующий элемент 130 предпочтительно выполнен с возможностью упругого деформирования части боковины шины 200 при приложении сжимающего усилия к наружной поверхности контакта, принадлежащей части боковины, при поджиме вышеупомянутого нажимного ролика к наружной поверхности контакта. Усилие, приложенное к наружной поверхности контакта, или перемещение, сообщенное наружной поверхности контакта вдоль оси вращения шины, задано и зависит от типа шины, подлежащей контролю. Шины 200 могут иметь разную упругость и деформируемость в соответствии с типом и моделью, и поэтому усилие, приложенное деформирующим элементом 130, или деформация, созданная им, предпочтительно зависит от типа шины 200, подлежащей контролю.
Устройство 10, рассматриваемое сначала со ссылкой на фиг.5-8, содержит систему 104 обнаружения, включающую в себя камеру 105. Камера 105 предпочтительно представляет собой линейную камеру, имеющую линию 106 объектива, лежащую в оптической плоскости 107, проходящей через саму камеру (видна на фиг.5, 6 и 8). Настоящее изобретение также рассматривает альтернативный случай, в котором камера 105 представляет собой камеру другого типа, подобную, например, матричной камере. В этом случае участок поверхности, который освещают и изображение которого получают, также представляет собой участок «матричного» типа. Кроме того, камера 105 определяет фокальную плоскость 121, в которой фокусируется участок поверхности шины, который должен быть освещен. Оптическая плоскость 107 и фокальная плоскость 121 предпочтительно перпендикулярны друг другу (видно на фиг.5, 6 и 8).
Устройство 10 также содержит первый источник 110 света и второй источник 108 света, выполненные с возможностью излучения соответственно первого и второго световых излучений для освещения участка 202 поверхности указанной шины 200, предпочтительно линейного (видимого на фиг.8), совпадающего с линией 106 объектива (например, когда участок поверхности является плоским) или близкого к линии 106 объектива (вследствие криволинейной формы поверхности шины).
Система обнаружения выполнена с возможностью получения - посредством камеры 105 - соответствующего двумерного цифрового изображения участка 202 поверхности (линейного), освещаемого, по меньшей мере, одним из первого и второго световых излучений.
Второй источник 108 света предпочтительно содержит первый подысточник 109а света и второй подысточник 109b света. Каждый подысточник 109а и 109b света может содержать один или более элементов источников. Каждый подысточник 109а и 109b света предпочтительно соответственно содержит один соответствующий элемент 111 и 112 источника. Два элемента 111, 112 источников расположены симметрично относительно оптической плоскости 107. Два элемента 111 и 112 источников предпочтительно соответственно расположены с противоположных сторон относительно оптической плоскости и на одинаковом расстоянии от нее.
Первый источник 110 света предпочтительно содержит два соответствующих элемента 113 источника, распределенных с обеих сторон оптической плоскости 107 и симметрично относительно такой плоскости.
Каждый элемент 111, 112, 113 источников имеет соответствующее основное направление протяженности (показанное в качестве примера штрихпунктирной линией 114 на фиг.8), которое предпочтительно по существу параллельно оптической плоскости 107 и, следовательно, параллельно линии 106 объектива.
В качестве примера элементы 111, 112, 113 источников имеют размер вдоль основного направления 114 протяженности, равный приблизительно 60 мм, и диаметр в плоскости, перпендикулярной к вышеупомянутому основному направлению 114 протяженности, который равен приблизительно 25 мм. Каждый элемент 111, 112, 113 источников, как правило, содержит множество светодиодных источников 169, расположенных с выравниванием вдоль основного направления 114 протяженности. Как можно видеть на фиг.7, каждый элемент 111, 112, 113 источников предпочтительно содержит расположенную над каждой светодиодной лампой 169, собирающую линзу 170, выполненную с возможностью сужения светового пучка, излучаемого светодиодной лампой, приблизительно на 30°. Следовательно, световой пучок, излучаемый каждой светодиодной лампой, предпочтительно ограничен в пределах угла, находящегося в диапазоне между приблизительно 20° и приблизительно 40°.
На фиг.5, 6 и 8 элементы 111, 112, 113 источников света схематически показаны на основе их соответствующей излучающей поверхности (имеющей на фигурах полукруглую форму в качестве примера, однако она может иметь любую форму), которая может, например, совпадать с прозрачным защитным стеклом и/или диффузором.
Как можно видеть на фиг.5 и 6, устройство и, в частности, его источники света могут быть перемещены из первой рабочей конфигурации во вторую рабочую конфигурацию и наоборот.
1
2
3
В первой рабочей конфигурации по фиг.5 расстояние d от каждого из элементов 113 первого источника 110 света до оптической плоскости 107 предпочтительно превышает расстояние d, d между каждым элементом 111, 112 указанного второго источника 108 света и оптической плоскостью 107.
1
2
3
1
2
3
2
3
1
Во второй конфигурации по фиг.6 расстояние d между элементами 113 первого источника 110 и фокальной плоскостью 121 меньше расстояния d или d от первого подысточника 109а света или второго подысточника 109b света до фокальной плоскости 121. Более предпочтительно, если d меньше как d, так и d. Еще более предпочтительно, если d=d. В обеих конфигурациях два элемента 113 первого источника 110 света предпочтительно являются копланарными и определяют плоскость Р1, по существу параллельную фокальной плоскости 121 и находящуюся на расстоянии d от нее, то есть элементы 113 первого источника света находятся на одинаковом расстоянии от фокальной плоскости 121. Плоскость Р1 может быть определена как плоскость, проходящая через точки обоих элементов 113 первого источника 110 света на минимальном расстоянии от фокальной плоскости 121 (как показано на фиг.5 и 6), или как плоскость, проходящая через среднюю линию обоих элементов 113 источника.
2
2
3
Подысточники 109а и 109b света предпочтительно как в первой, так и во второй рабочих конфигурациях предпочтительно также являются копланарными и определяют плоскость Р2, по существу параллельную фокальной плоскости 121. Расстояние от данной плоскости Р2 до фокальной плоскости 121 предпочтительно равно d (d=d). Аналогично Р1, плоскость Р2 может быть определена как плоскость, проходящая через точки обоих подысточников 109а и 109b света на минимальном расстоянии от фокальной плоскости 121 (как показано на фиг.5 и 6), или плоскость, проходящая через среднюю линию обоих подысточников 109а-109b света.
1
В первой и/или во второй конфигурации расстояние d предпочтительно равно приблизительно 77 мм.
1
2
1
3
Более предпочтительно, если в первой конфигурации расстояние d-d=d-d равно приблизительно 32 мм (77 мм - 45 мм).
Вариант осуществления данного устройства показан на фиг.9а, 9b и 10-13.
Каждый источник 108, 110 света включает в себя опору, предпочтительно изготовленную из алюминия, на которой закреплены светодиоды 169. Все опоры обозначены ссылочной позицией 168 на приложенных фигурах (см. фиг.9а, 9b и 13). Светодиоды 169 предпочтительно прикреплены к соответствующей опоре 168 посредством теплопроводящей пасты (не видимой на фигурах). Каждая опора 168 предпочтительно также включает в себя на наружной поверхности, не контактирующей со светодиодами, оребрение 167 для рассеяния тепла (видимое на фиг.9а и 13).
Первый и второй элементы 113 первого источника 110 света расположены между двумя пластинами 11, 12, расположенными по существу перпендикулярно к основному направлению 114 протяженности первого источника 110 света и по существу параллельными друг другу. Между двумя пластинами 11, 12, которые проходят за первым источником света в направлении излучения света, также расположена линейная камера 105.
Данные две пластины 11, 12 шарнирно присоединены к третьей и четвертой пластинам 13, 14 так, что ось поворота третьей и четвертой пластин, заданная таким образом, по существу параллельна основному направлению первого источника 110 света или второго источника 108 света. Третья пластина 13 прочно присоединена к первому подысточнику 109а второго источника 108 света, при этом четвертая пластина 14 прочно присоединена ко второму подысточнику 109b второго источника 108 света.
Поворот третьей и четвертой пластин 13, 14 обеспечивается посредством первого и второго поршней 15, 16 пневматических цилиндров, видимых в выдвинутом положении на фиг.9а и 10. Каждый поршень 15, 16 соединен на одном конце с пластиной, подлежащей перемещению, и на другом конце с первой пластиной 11.
Перемещение пластин 13, 14 посредством поршней означает, что устройство 10 может быть переведено в первую рабочую конфигурацию, такую как конфигурация по фиг.9а, 10 и 11, в которой второй источник 108 света, то есть подысточники 109а и 109b, переведен (-ы) «вперед», то есть они находятся дальше от камеры 105 по отношению к первому источнику 110 света и ближе к поверхности шины, которая должна быть освещена, то есть ближе к фокальной плоскости 121 по отношению к первому источнику 110 света, или во вторую конфигурацию, такую как показанная на фиг.9b, в которой второй источник 108 света расположен дальше по отношению к фокальной плоскости 121 и первый подысточник 109а и второй подысточник 109b по существу загнуты параллельно оптической плоскости 107 для минимизации объема, создаваемого устройством 10 в направлении, перпендикулярном к оптической плоскости 107.
Как в первой рабочей конфигурации, так и во второй рабочей конфигурации, как можно видеть более четко на соответствующих фиг.11 и 13, элементы первого источника 110 света и второго источника 108 света предпочтительно расположены так, что при рассмотрении их общей протяженности на виде, перпендикулярном к оптической плоскости 107, они находятся между двумя плоскостями, перпендикулярными к линии объектива. Другими словами, все из первых и вторых концов источников 108 и 110 относительно основного направления 114 протяженности находятся в соответствующей плоскости, перпендикулярной к линии объектива.
Устройство 10 предпочтительно содержит блок 140 привода и управления, выполненный с возможностью избирательного включения одного или более из указанного первого источника 110 света и указанного второго источника 108 света и с возможностью приведения в действие линейной камеры 105 для получения соответствующего двумерного цифрового изображения (цветного или монохромного) линейного участка поверхности предпочтительно синхронно с включением одного или более из указанных первого источника 110 света и второго источника 108 света.
Блок 140 привода и управления предпочтительно прикреплен к указанной опорной пластине 11 первого источника 110 света и камеры 105 для передачи сигналов, связанных с управлением источниками 108, 110 света, без времени ожидания. Кроме того, блок 140 привода и управления предпочтительно выполнен с возможностью управления вторым источником 108 света так, чтобы он не излучал никакого излучения, когда он находится во второй конфигурации, и чтобы он излучал световое излучение, когда он находится в первой конфигурации.
Кроме того, для большего рассеяния тепла блок 140 также содержит оребрение 166 (видимое на фиг.9а).
С другой стороны, блок 180 обработки данных (проиллюстрированный на фиг.1) предпочтительно выполнен с возможностью управления поршнями 15, 16 для перемещения подысточников 109а и 109b второго источника 108 света. Блок 180 обработки данных предпочтительно также выполнен с возможностью управления деформирующим элементом 130 и роботизированной рукой 220 для подвода деформирующего элемента 130 к шине 200 или его отвода от шины 200 для деформирования или отсутствия деформирования участка поверхности, когда роботизированная рука 220 удерживает устройство 10 на заданном расстоянии от поверхности шины, которая должна быть освещена и проверена.
Второй источник 108 света предпочтительно подходит для освещения линии 106 объектива светом, падающим под скользящим углом. Первый источник 110 света предпочтительно адаптирован для освещения линии 106 объектива рассеянным светом.
Предпочтительно обеспечивают функционирование установки 1 в соответствии со способом по изобретению.
Первый участок поверхности, подлежащий контролю (всегда обозначенный 202), выбирают на наружной поверхности шины 200. Предпочтительно, но не исключительно, данный участок принадлежит плечевой зоне или боковине шины 200. Блок 180 обработки данных обеспечивает перевод устройства 10 во вторую конфигурацию по фиг.9b, 12, 13 и 6, при этом блок 140 привода и управления управляет вторым источником 108 света так, чтобы он не излучал никакого излучения. Устройство 10 является особенно компактным вследствие размещения подысточников 109а и 109b света по существу параллельно оптической плоскости 107.
Блок 180 обработки данных управляет деформирующим элементом 130 для обеспечения его ввода в контакт с шиной, предпочтительно на ее боковине 204, для приложения усилия к ней и деформирования первой части ее поверхности, включающей в себя выбранный первый участок, как можно видеть на фиг.2. Как показано на фиг.2, первый участок поверхности предпочтительно представляет собой часть плечевой зоны 205 шины 200. Вся остальная часть боковины 204 шины 200 предпочтительно остается недеформированной. В качестве примера сжимающее усилие таково, чтобы деформировать часть боковины 204 так, чтобы максимальное смещение, рассматриваемое для всех точек указанной части боковины между положением при отсутствии усилий и деформированным положением и измеряемое вдоль направления сжимающего усилия, было равно величине в диапазоне между приблизительно 10 и приблизительно 20 мм.
Устройство 10 в компактной конфигурации по фиг.9b может «подходить» по существу близко к деформирующему элементу 130 (см. также на фиг.2) для освещения и получения изображений первого участка поверхности шины 200, деформированного деформирующим элементом 130. Блок 180 обработки данных управляет роботизированной рукой 220 для подвода первого источника 110 света по направлению к поверхности шины 200 и деформирующему элементу 130 так, чтобы линейный участок поверхности внутри первого деформированного участка совпал, по меньшей мере частично, с линией 106 объектива или находился рядом с ней в фокальной плоскости 121. Линейный участок также принадлежит, по меньшей мере частично, первому деформированному участку поверхности со стороны деформирующего элемента 130. Расстояние между деформирующим элементом 130 и, в частности, нажимным роликом, и устройством 10 предпочтительно находится в диапазоне между приблизительно 30 мм и приблизительно 50 мм.
Следовательно, блок 180 обработки данных управляет элементом для обеспечения перемещения опоры 102 для поворота шины 200.
В зависимости от сигнала углового положения, принятого кодовым датчиком положения, при продолжении поворота шины блок 140 привода и управления циклически приводит в действие в быстро меняющейся последовательности первый источник 110 света и линейную камеру 105 для получения соответствующего двумерного цифрового изображения (цветного или монохромного) соответствующего линейного участка поверхности синхронно с включением первого источника 110 света. Блок 140 управления будет параллельно управлять включением элементов 113 первого источника 110 света, которые функционируют синхронно с линейной камерой 105. Следовательно, два элемента 113 источника включаются одновременно.
Более предпочтительно, если блок 140 привода и управления управляет первым источником 110 света для излучения рассеянного излучения на первый участок 202 поверхности шины 200, например, с заданной частотой. Такая частота при стробоскопии равна, например, 0,1 мс. Кроме того, блок 140 привода и управления управляет камерой 105 для получения изображения первого участка поверхности, освещаемого первым источником света, синхронно с его освещением. Следовательно, изображение первого освещенного участка поверхности шины 200 получают посредством камеры 105 каждый раз при включении первого источника 110 света, который освещает данный участок рассеянным светом.
Как только заданный поворот шины 200 будет выполнен для проверки заданного участка поверхности и предпочтительно будет выполнен, по меньшей мере, один полный оборот для получения изображения поверхности шины на всей ее протяженности вдоль окружности, получают цифровое изображение «кольца» шины, сформированное посредством всех цифровых изображений последовательности линейных участков, каждый из которых освещается первым источником света. Для полного изображения, соответствующего 360°, используют, например, 25000 отдельных линейных изображений.
При необходимости выбирают третий участок поверхности шины, предпочтительно, но необязательно, также принадлежащий наружной поверхности ее боковины 204, но отличающийся - по меньшей мере частично - от первого участка. Таким образом, деформирующий элемент 130 может быть установлен - предпочтительно снова посредством блока 180 обработки данных, предусмотренного в установке, - у отличающегося участка поверхности шины 200 для деформирования второй части поверхности шины, включающей в себя выбранный третий участок. Таким образом, может быть выполнен новый анализ при подводе устройства 10 в новое положение для обеспечения освещения дополнительной деформируемой части наружной поверхности шины. См., например, разницу между положениями деформирующего элемента 130 на фиг.2 и на фиг.3 и соответствующими разными положениями устройства 10 на данных двух фигурах: на фиг.2 участок наружной поверхности плечевой зоны 205 шины 200 освещается первым источником 110 света, в то время как на фиг.3 участок наружной поверхности центральной зоны 207 боковины 204 шины 200 освещается первым источником 110 света. Кроме того, на фиг.2 ось 117 вращения нажимного ролика, размещенного рядом с плечевой зоной 205, наклонена относительно плоскости, задаваемой опорой для шины 200, в то время как на фиг.3 ось 117 вращения нажимного ролика по существу перпендикулярна оси 201 вращения и, следовательно, параллельна вышеупомянутой плоскости, задаваемой опорой 102 для шины 200.
Кроме того, выбирают второй участок наружной поверхности шины 200, подлежащей контролю. Данный второй участок предпочтительно, но необязательно, принадлежит борту 206 шины 200.
Блок 180 обработки данных управляет деформирующим элементом 130 для его удаления от поверхности шины, чтобы никакое деформирующее усилие не было приложено к ней. Кроме того, блок 180 управляет поршнями 15, 16 для перевода второго источника 108 света в рабочую конфигурацию по фиг.9а, 10, 11 и 5. Кроме того, блок 180 обработки данных управляет роботизированной рукой 220 для подвода устройства 10 ко второму участку поверхности, а именно к части борта шины, и управляет элементом для обеспечения перемещения опоры 102 для поворота шины 200. Достигнутая конфигурация показана на фиг.4 и 4а.
Блок 140 привода и управления также управляет первым источником 110 света и вторым источником 108 света для испускания излучения на второй участок 202 поверхности шины 200. Первый источник 110 света предпочтительно излучает рассеянное излучение на второй участок поверхности, в то время как второй источник 108 света излучает излучение, падающее под скользящим углом, выходящее из противоположных полупространств относительно оптической плоскости 107 вследствие наличия двух подысточников 109а и 109b. Предпочтительно все источники света излучают световое излучение для освещения второго участка поверхности шины, например, с заданной частотой. Такая частота при стробоскопии равна, например, 0,064 мс. Источники света, то есть первый источник 110 света, первый подысточник 109а света и второй подысточник 109b света, предпочтительно включаются попеременно, то есть в отдельно взятый промежуток времени только первый источник 110 или первый подысточник 109а или второй подысточник 109b второго источника 108 света освещает второй участок поверхности шины. Кроме того, блок 140 привода и управления предпочтительно управляет камерой 105 для получения изображения второго участка поверхности, освещаемого первым источником или первым подысточником или вторым подысточником света, синхронно с его освещением. Следовательно, камера 105 предпочтительно получает изображение второго участка поверхности шины 200, освещаемого каждый раз при включении первого источника 110 света, который освещает данный участок рассеянным светом, изображение второго участка поверхности шины 200, освещаемого каждый раз при включении первого подысточника 109а света, который освещает второй участок светом, падающим под скользящим углом с одной стороны оптической плоскости 107, и изображение второго участка поверхности шины 200, освещаемого каждый раз при включении второго подысточника 109b света, который освещает второй участок светом, падающим под скользящим углом с другой стороны оптической плоскости 107. Таким образом, для каждого второго участка поверхности предпочтительно получают три разных изображения, подлежащих обработке, при этом один и тот же участок освещается посредством излучения, имеющего характеристики, отличные от других. Таким образом, можно получить как изображение, получаемое при рассеянном свете, так и два изображения, получаемые при свете, падающем под скользящим углом, для одного и того же участка поверхности. Данные три изображения также могут формировать отдельные части одного двумерного изображения, в котором первая часть получена при свете, падающем под скользящим углом, вторая часть - при свете, падающем под скользящим углом в первом направлении относительно оптической плоскости (например, справа), и третья часть - при свете, падающем под скользящим углом во втором противоположном направлении относительно оптической плоскости (например, слева).
Каждое изображение предпочтительно представляет собой линейное изображение.
Установка предпочтительно содержит кодовый датчик положения (непоказанный) для определения углового положения опоры, при этом блок привода и управления выполнен с возможностью включения указанных первого источника 110 света и второго источника 108 света и с возможностью управления системой обнаружения в зависимости от сигнала углового положения опоры, передаваемого кодовым датчиком положения.
В качестве примера временной интервал между получением первого и получением второго линейных изображений, а также между получением второго и получением третьего линейных изображений и затем циклически между получением первого и получением третьего линейных изображений составляет менее приблизительно 0,2 миллисекунды.
Следовательно, для по существу одного и того же участка поверхности получают три линейных изображения, каждое из которых получено при освещении, отличном от других.
Выражения «по существу указанный участок поверхности» или, далее, «по существу такой же участок поверхности» означают, что первый и второй или третий источники света освещают два (или три) соответствующих участка поверхности, которые могут быть смещены в пространстве друг от друга, но являются сопоставимыми согласно настоящему изобретению, то есть демонстрируют одни и те же элементы в одинаковом положении. Например, две (или три) поверхности могут быть смещены в плоскости самой поверхности на расстояние, которое меньше 0,2 мм, предпочтительно меньше или равно 0,1 мм. Указанное расстояние предпочтительно меньше линейного размера или равно линейному размеру поверхности, который соответствует пикселю (при этом последний в качестве примера равен 0,1 мм), при этом в данном случае система обнаружения включает в себя камеру, например, матричную или линейную. Другими словами, каждый пиксель первого изображения показывает микроучасток поверхности, который находится на расстоянии менее 0,2 мм от микроучастка поверхности, показанного пикселем второго изображения, соответствующим каждому указанному пикселю.
Другими словами, три изображения могут быть по существу наложены друг на друга пиксель за пикселем, несмотря на то, что реальный линейный участок поверхности, которому соответствует одно линейное изображение, не имеет точного совпадения для трех изображений вследствие поворота шины, который произошел при этом. Однако выбор частоты получения изображений и скорости поворота таков, что три изображения «перемежаются» и, следовательно, могут быть сопоставлены попиксельно. Каждый пиксель первого (или второго или третьего) изображения предпочтительно показывает микроучасток поверхности, который отличается от микроучастка поверхности, показанного пикселем второго (или соответственно третьего или первого) изображения, соответствующего указанному каждому пикселю, за исключением линейного размера поверхности, соответствующего пикселю, при этом в качестве примера пространственное расхождение равно приблизительно одной трети пикселя. Таким образом, три изображения «перемежаются» друг с другом, и получение трех линейных изображений происходит за промежуток времени, в течение которого шина повернулась на часть, равную одному пикселю (например, равную приблизительно 0,1 мм).
Как только заданный поворот шины будет выполнен для проверки заданного участка поверхности и предпочтительно будет выполнен, по меньшей мере, один полный оборот для получения изображения поверхности шины на всей ее протяженности вдоль окружности, получают одно цифровое изображение, сформированное посредством всех цифровых изображений последовательности линейных участков, каждый из которых освещается соответствующим источником света. Блок 180 обработки данных получает такое изображение из системы 104 обнаружения и «извлекает» из него соответствующие первое, второе и третье изображения всего заданного участка поверхности.
В случае, когда получают одно изображение, сформированное, как описано выше, из части [A], полученной при рассеянном свете, части [B], полученной при свете, падающем справа под скользящим углом, и части [C], полученной при свете, падающем слева под скользящим углом, получают последовательность, повторяющуюся для всей шины, при этом получают общее изображение, сформированное последовательностью АВСАВСАВСАВСАВСАВСАВСАВСАВС…. При обработке данное изображение разделяют на три действительных изображения, получая АААААААА… ВВВВВВВВ… СССССССС….
Блок 180 обработки данных также предпочтительно конфигурирован для выполнения следующих функций: приема изображений, получаемых от линейной камеры 105, и обработки изображений для контроля участка поверхности. Блок 180 обработки данных содержит, например, персональный компьютер (РС) или сервер. Блок 180 обработки данных предпочтительно выполнен с возможностью обработки второго и третьего изображений, подлежащих обработке и полученных при свете, падающем под скользящим углом, путем их сравнения для получения информации об альтиметрическом профиле участка поверхности. Сравнение между вторым и третьим изображениями, подлежащими обработке, предпочтительно включает вычисление разностного изображения, в котором каждому пикселю поставлена в соответствие величина, характеризующая разность значений, поставленных в соответствие соответствующим пикселям на втором и третьем изображениях.
Перед сравнением второго и третьего изображений, подлежащих обработке, предпочтительно предусмотрена их коррекция, например, выравнивание их средней яркости глобально или локально.
Блок 180 обработки данных предпочтительно обрабатывает первое изображение, подлежащее обработке и полученное при рассеянном свете, для обнаружения возможного наличия дефектов на участке поверхности, используя информацию, полученную из вышеупомянутого сравнения между вторым и третьим изображениями, подлежащими обработке.
Блок 180 обработки данных предпочтительно выполнен с возможностью вычисления разности между вторым и третьим изображениями для получения информации об альтиметрическом профиле (например, возможном наличии или отсутствии выступов и/или углублений) линейного участка поверхности.
Вычисление разности второго и третьего изображений предпочтительно включает вычисление разностного изображения, в котором каждому пикселю поставлена в соответствие величина, характеризующая разность значений, поставленных в соответствие соответствующим пикселям на втором и третьем изображениях. Таким образом, можно использовать изображение, полученное посредством разности второго и третьего изображений, для выделения трехмерных элементов (таких как рельефные углубления на внутренней поверхности шины или выступающая надпись) и для учета такой информации при обработке изображения, полученного при рассеянном свете, для поиска дефектов.