СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ШИН НА ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ЛИНИИ
METHOD AND DEVICE FOR MONITORING TIRES ON PRODUCTION LINE

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для контроля шин на линии изготовления шин, в частности, посредством получения изображений поверхности шины и их последующей обработки, например, для контроля возможного наличия дефектов, видимых на поверхности шины.
Под «шиной», как правило, подразумевается готовая шина, то есть шина после этапов формования в пресс-форме и вулканизации, следующих за этапом сборки, но также, возможно, невулканизированная шина после этапа сборки и перед этапом формования в пресс-форме и вулканизации.
Как правило, шина имеет по существу тороидальную конструкцию относительно ее оси вращения во время эксплуатации и имеет плоскость, среднюю в аксиальном направлении и ортогональную к оси вращения, при этом указанная плоскость, как правило, представляет собой плоскость (по существу) геометрической симметрии (например, при игнорировании возможных незначительных асимметрий, таких как связанные с конструкцией протектора и/или с внутренней структурой).
Под наружной или внутренней поверхностью шины подразумеваются соответственно поверхность, которая остается видимой после соединения шины с предназначенным для нее, монтажным ободом, и поверхность, которая больше не видна после указанного соединения.
Термины «оптический», «световой» и тому подобные относятся к электромагнитному излучению, которое имеет, по меньшей мере, одну часть спектра, находящуюся в расширенных пределах оптического диапазона и необязательно находящуюся строго в пределах оптического диапазона (то есть 400-700 нм); например, подобные расширенные пределы оптического диапазона могут охватывать излучение от ультрафиолетового до инфракрасного (например, длину волны, находящуюся в диапазоне между приблизительно 100 нм и приблизительно 1 мкм).
В настоящей заявке используется лучевая модель светового излучения, то есть предполагается, что световое излучение, падающее на точку поверхности и создаваемое неточечным источником (в таком случае будет только один луч), соответствует совокупности световых лучей, падающих на данную точку и имеющих прямолинейное направление распространения, которое соединяет каждую точку источника с указанной точкой поверхности, при этом каждый из подобных лучей имеет соответствующую ему часть общей силы света, падающего на данную точку.
Под «направленным световым излучением», падающим на точку поверхности, подразумевается световое излучение, для которого имеется телесный угол, имеющий данную точку в качестве вершины и амплитуду, которая меньше или равна π/8 стерадиан, в пределах которой находится, по меньшей мере, 75% от всей силы света, предпочтительно, по меньшей мере, 90%, более предпочтительно вся сила света.
Под «рассеянным световым излучением» подразумевается ненаправленное световое излучение.
Под «световым излучением, падающим под скользящим углом» на точку поверхности, подразумевается световое излучение, в котором, по меньшей мере, 75% от всей силы света того же самого излучения, падающего на данную точку поверхности, образует с плоскостью, касательной к поверхности в указанной каждой точке, угол падения, который меньше или равен 60°.
Под «изображением» или синонимично «цифровым изображением», как правило, подразумевается набор данных, как правило, содержащихся в компьютерном файле, в котором каждой координате (как правило, двумерной) из конечного массива (как правило, двумерного и соответствующего матрице, то есть N строк x М столбцов) пространственных координат (каждая из которых, как правило, соответствует одному пикселю) поставлено в соответствие соответствующее множество числовых величин (которые могут характеризовать размеры различного типа). Например, в монохромных изображениях (таких как изображения с градациями серого) подобное множество величин совпадает с одним значением в законченной шкале (как правило, с 256 уровнями или тонами), при этом подобная величина характеризует, например, уровень яркости (или интенсивности) соответствующей пространственной координаты при отображении, в то время как в цветных изображениях множество величин характеризует уровень яркости множества цветов или каналов, как правило, основных цветов (например, в коде RGB - красный, зеленый и синий, в то время как в коде CMYK - голубой, пурпурный, желтый и черный). Термин «изображение» необязательно подразумевает реальное отображение изображения.
В настоящем описании и формуле изобретения каждое упоминание конкретного «цифрового изображения» (например, двумерного цифрового изображения, исходно получаемого на шине) в более общем случае «охватывает» любое цифровое изображение, получаемое посредством одной или более из цифровых обработок указанного конкретного цифрового изображения (таких как фильтрация, выравнивание, пороговая обработка, морфологические преобразования - открытие и т.д., - вычисления градиентов, сглаживание и т.д.).
Под «линейным участком поверхности» подразумевается участок поверхности, имеющий размер, который значительно превышает другой размер, определяемый ортогонально к нему, как правило, превышает, по меньшей мере, на два порядка величин. Меньший размер линейного участка поверхности, как правило, меньше или равен 0,1 мм.
Под «линейным изображением» подразумевается цифровое изображение, имеющее число столбцов пикселей, значительно превышающее число строк, как правило, превышающее на, по меньшей мере, два порядка величин. Как правило, число строк находится в диапазоне между 1 и 4, и число столбцов превышает 1000. Термины «строки» и «столбцы» используются обычным образом и являются взаимозаменяемыми.
В области технологических процессов изготовления и сборки шин для колес транспортных средств существует потребность в выполнении операций контроля качества на изготовленных изделиях с целью предотвращения поставки на рынок дефектных шин или в любом случае шин с характеристиками вне допустимых пределов технических требований и/или с целью постепенного регулирования используемых устройств и машин для улучшения и оптимизации выполнения операций, выполняемых в производственном процессе.
Подобные операции контроля качества включают, например, те, которые выполняются людьми-операторами, которые уделяют заранее установленное время визуальному осмотру и тактильному исследованию шины; если с учетом собственного опыта и чувствительности оператора он/она заподозрит, что шина не соответствует определенным стандартам качества, сама шина подвергнется дополнительным проверкам посредством более детального контроля человеком и/или соответствующим оборудованием для обеспечения углубленной оценки возможных недостатков конструкции и/или недостаточного качества.
В документе US 2010/0002244 А1 описан способ осмотра поверхности шины, который обеспечивает возможность распознавания с уверенностью небольших кусков резины разного качества, имеющихся на поверхности шины. Первый осветительный модуль включает в себя два первых устройства для проецирования света, которые проецируют свет к осевой линии объектива соответственно с противоположных сторон. Второй осветительный модуль включает в себя два вторых устройства для проецирования света, которые проецируют свет к осевой линии объектива в направлении, отличном от направления проецирования света первым осветительным модулем, и соответственно с противоположных сторон. Первый и второй осветительные модули попеременно обеспечивают освещение. Линейная камера формирует изображение участка поверхности шины, соответствующего осевой линии объектива, синхронно с соответствующими операциями освещения, выполняемыми первым и вторым осветительными модулями.
В документе US 2004/0212795 А1 описан способ определения границы и/или деформации объекта. Для повышения качества изображения первое изображение создают посредством первой конфигурации камеры и/или источника излучения, которая адаптирована для первой зоны изображения. Кроме того, второе изображение создают посредством второй конфигурации камеры и/или источника излучения, которая адаптирована для второй зоны изображения. Два изображения комбинируют.
В документе US 6680471 В2 описано устройство, выполненное с возможностью равномерного освещения криволинейной внутренней поверхности шины посредством светодиодов и прибора с зарядовой связью (ПЗС).
В документе US 2012/0134656 А1 описано осветительное устройство и контрольно-измерительное устройство для шины, которое может легко обнаружить аномалии формы в изготовленной шине.
В области проверок шин Заявитель поставил задачу анализа внутренней и/или наружной поверхностей шины посредством оптического получения цифровых изображений шины и их последующей обработки, например, для обнаружения возможного наличия дефектов, видимых на поверхности. Дефекты, подлежащие обнаружению, могут представлять собой, например, неровности/неоднородности на поверхности шины (невулканизированную смесь, изменения формы и т.д.), конструктивные неоднородности, надрезы, наличие инородных предметов на поверхности и т.д.
Заявитель установил, что для того, чтобы операция контроля использовалась «на одной линии» в установке для изготовления шин, необходимо, чтобы сама операция контроля выполнялась за ограниченное время и с уменьшенными затратами.
Заявитель также установил в результате наблюдений, что на «трехмерных изображениях» (то есть изображениях, в которых каждому пикселю поставлена в соответствие информация об абсолютной высоте поверхности, например, изображениях, получаемых лазерной триангуляцией) некоторые двумерные дефекты (то есть те, которые не включают изменение высоты поверхности, такие как разрезы с сопрягающимися краями) трудно обнаружить, или они совсем не могут быть обнаружены посредством обработки изображений.
Кроме того, разрешающая способность при определении размеров трехмерных изображений, в частности, в направлении высоты временами не является достаточно высокой для обнаружения дефектов, которые не очень заметны.
Следовательно, Заявитель осознал, что предпочтительно обнаруживать и анализировать «двумерные» изображения (в качестве дополнения или альтернативы по отношению к трехмерным изображениям).
В целях настоящего описания и формулы изобретения термин «двумерное изображение» означает цифровое изображение, каждому пикселю которого поставлена в соответствие информация, характеризующая отражательную/рассеивающую способность и/или цвет поверхности, такое как изображения, получаемые обычными цифровыми камерами.
Заявитель осознал, что способ контроля шин посредством оптического получения двумерных изображений, описанный в документе US 2010/0002244 А1, в котором осевую линию объектива одновременно освещают с противоположных сторон, не обеспечивает возможность эффективного установления различия между трехмерными элементами (то есть рельефами и/или углублениями на поверхности) и двумерными элементами (таких как цветные пятна и/или яркие пятна вследствие изменения отражающей/рассеивающей способности). Действительно, получаемое двумерное изображение представляет собой набор изображений, полученных при рассеянном свете.
Заявитель также убедился в том, что способ контроля посредством оптического получения двумерных изображений, описанный в документе US 2004/0212795 А1, в котором изображение, получаемое при освещении с левой стороны, и изображение, получаемое при освещении с правой стороны, комбинируют вместе в законченном оптимизированном изображении по отношению к соответственно переэкспонированным и недоэкспонированным зонам, не пригодно для эффективного установления различий между трехмерными элементами и двумерными элементами. Действительно, комбинирование изображений выполняют поэлементно посредством выбора отдельного сигнала с наивысшим качеством или посредством вычисления средневзвешенного значения показателя качества.
Следовательно, Заявитель поставил задачу реализации таких способа и устройства для контроля шин на основе оптического получения двумерных изображений (в частности, для обнаружения дефектов на поверхности шин), которые пригодны для «встраивания» в одну линию с предназначенной для изготовления шин линией производственной установки, то есть обеспечивают уменьшенные оперативные времена и затраты, надежность получаемого результата и, кроме того, высокий уровень чувствительности при установлении различий между рельефами и/или углублениями на поверхности и двумерными поверхностными элементами или пятнами.
Заявитель осознал, что сравнение между двумерными изображениями, полученными посредством освещения лучами, падающими под скользящим углом, может привести к желательному решению проблемы установления различий между рельефами и/или углублениями на поверхности (то есть трехмерными элементами) и пятнами или двумерными элементами, то есть к получению качественного профиля высот поверхности шины, подвергаемой контролю.
Более точно, Заявитель в завершение установил, что при сравнении изображения, полученного при освещении под скользящим углом с одного направления, с изображением, полученным при освещении под скользящим углом с другого направления, по существу противоположного первому, можно эффективно обнаружить возможное наличие структурных элементов, рельефных или заглубленных относительно поверхности, при использовании двумерных изображений (а не трехмерных изображений).
Более точно, в соответствии с первым аспектом изобретение относится к способу контроля шин на линии изготовления шин.
Предпочтительно, предусмотрено выполнение шины, подлежащей контролю.
Предпочтительно, предусмотрено освещение участка поверхности указанной шины посредством первого светового излучения, падающего под скользящим углом, и получение первого изображения указанного участка поверхности, освещенного посредством указанного первого светового излучения, при этом указанное первое изображение является двумерным.
Предпочтительно, предусмотрено освещение в основном указанного участка поверхности в момент времени, отличающийся от момента времени освещения данного участка поверхности посредством первого излучения, посредством второго светового излучения, падающего под скользящим углом, и получение второго изображения в основном указанного участка поверхности, освещенного посредством указанного второго светового излучения, при этом указанное второе изображение является двумерным.
Выражение «в основном указанный участок поверхности» или в дальнейшем «в основном тот же участок поверхности» означает, что первое и второе изображения показывают два соответствующих участка поверхности, которые могут быть пространственно отдельными друг от друга, но являются сравнимыми в соответствии с настоящим изобретением, то есть они показывают одни и те же элементы по существу в одном и том же положении. Например, данные два изображения могут быть разделены в плоскости самой поверхности расстоянием, составляющим менее 0,2 мм, предпочтительно меньшим или равным 0,1 мм. Указанное расстояние предпочтительно меньше или равно линейному размеру поверхности, поставленному в соответствие пикселю (последний в качестве примера равен 0,1 мм). Другими словами, каждый пиксель первого изображения показывает микроучасток поверхности, который находится на расстоянии менее 0,2 мм от микроучастка поверхности, показываемого пикселем второго изображения, соответствующим указанному каждому пикселю.
Для каждой точки указанного участка поверхности, по меньшей мере, 75% от соответствующей суммарной силы света указанных первого и второго световых излучений, падающих в данной точке, предпочтительно соответственно поступает из двух полупространств, которые противоположны по отношению к оптической плоскости, проходящей через перпендикуляр к поверхности шины в указанной каждой точке.
Предпочтительно, предусмотрена обработка указанных первого и второго изображений, при этом указанные первое и второе изображения сравнивают друг с другом для получения информации о профиле высот указанного участка поверхности.
В соответствии со вторым аспектом изобретение относится к устройству для контроля шин на линии изготовления шин.
Предпочтительно, предусмотрена опора для шины.
Предпочтительно, предусмотрены первый источник света и второй источник света, выполненные с возможностью излучения соответственно первого и второго световых излучений для освещения по существу одного и того же участка поверхности указанной шины, и предусмотрена система обнаружения, которая выполнена с возможностью получения первого и второго изображений в основном указанного участка поверхности, освещенного соответственно посредством указанных первого и второго световых излучений, при этом указанные первое и второе изображения представляют собой двумерные изображения.
Предпочтительно, предусмотрен блок управления и контроля, выполненный с возможностью:
- попеременного включения указанных первого источника света и второго источника света и
- включения указанной системы обнаружения для получения указанных первого и второго изображений синхронно с включением соответственно первого и второго источников.
Предпочтительно, предусмотрен блок обработки данных, конфигурированный для следующих функций:
- получения указанных первого и второго изображений от системы обнаружения;
- обработки указанных первого и второго изображений, при этом указанные первое и второе изображения сравнивают друг с другом для получения информации о профиле высот указанного участка поверхности.
Указанное первое световое излучение предпочтительно падает под скользящим углом.
Указанное второе световое излучение предпочтительно падает под скользящим углом.
Для каждой точки указанного участка поверхности, по меньшей мере, 75% от соответствующей суммарной силы света указанных первого и второго световых излучений, падающих в данной точке, предпочтительно соответственно поступает из двух полупространств, которые противоположны по отношению к оптической плоскости, проходящей через перпендикуляр к поверхности шины в указанной каждой точке.
Заявитель полагает, что было доказано, что для анализа поверхности во время контроля шин на производственной линии, в частности, для определения качественного профиля высот указанной поверхности посредством получения и обработки двумерных цифровых оптических изображений особенно предпочтительно попеременное освещение поверхности светом, падающим под скользящим углом с противоположных сторон, и сравнение цифровых изображений, полученных таким образом, поскольку таким образом можно, например, различить двумерные пятна/метки и/или обнаружить трехмерные элементы, которые являются даже довольно малыми (например, с высотой менее 0,1 мм), и/или выделить трехмерные элементы.
Заявитель полагает, что предлагаемые способ и устройство могут обеспечить возможность установления различий между структурными элементами в виде рельефов или углублений на поверхности и двумерными поверхностными элементами (не имеющими изменений по высоте), такими как цветные пятна и/или пятна, связанные с изменением рассеивающей/отражающей способности. Таким образом, можно, например, ограничить обработку изображений (даже полученных при рассеянном свете) посредством удаления двумерных поверхностных элементов (например, простых пятен) из поиска поверхностных дефектов, которые включают изменение высот, или можно точно идентифицировать трехмерные элементы, такие как углубления и/или рельефная «штриховка» влево на внутренней поверхности шины, вызываемые расширяющейся диафрагмой, используемой в вулканизационных пресс-формах, для их цифровой обработки.
Заявитель полагает, что предлагаемые способ и устройство могут обеспечить обнаружение трехмерных элементов с разрешающей способностью вдоль высоты элементов, даже большей, чем достигаемая посредством трехмерных изображений.
Более точно, Заявитель отмечает, что изображения, полученные посредством освещения с левой стороны и с правой стороны, не комбинируются вместе для оптимизации оптического экспонирования всего участка поверхности согласно способам такого типа, как описанные в документе US 2004/0212795 А1. В завершение, Заявитель отмечает, что комбинирование изображений не выполняют поэлементно посредством выбора отдельного сигнала с самым высоким качеством или посредством вычисления средневзвешенного значения показателя качества согласно способам такого типа, как описанные в документе US 2004/0212795 А1; скорее, два изображения сравнивают друг с другом, то есть особое внимание при анализе уделяется различиям между двумя изображениями, а не оценке качества, соответствующего каждому пикселю.
Настоящее изобретение, по меньшей мере, в одном из вышеуказанных аспектов также может иметь один или более из предпочтительных признаков, описанных ниже.
Задержка времени при получении двух пикселей, принадлежащих каждой паре соответствующих пикселей первого и второго изображений, предпочтительно составляет менее 0,5 миллисекунды, более предпочтительно меньше или равна 0,2 миллисекунды. Таким образом, предпочтительно можно получить двумерное изображение всей протяженности шины по окружности за менее чем 10 с, например, за 5 с.
Указанное сравнение первого и второго изображений предпочтительно включает вычисление разности указанных первого и второго изображений.
Более предпочтительно, если указанное сравнение первого и второго изображений включает вычисление разностного изображения, в котором каждый пиксель соответствует величине, характеризующей разность значений, поставленных в соответствие соответствующим пикселям на указанных первом и втором изображениях. Таким образом, посредством простого математического вычисления показывают различие в отражающей/рассеивающей способности каждого пикселя при первом и втором излучениях, падающих под скользящим углом.
Перед сравнением первого и второго изображений друг с другом предпочтительно предусмотрено выравнивание указанных первого и второго изображений друг относительно друга. Таким образом, результат сравнения является более точным при индикации качественного профиля высот.
Указанная обработка указанных первого и второго изображений предпочтительно включает обнаружение возможного наличия дефектов на участке поверхности.
Для каждой точки указанного участка поверхности, по меньшей мере, 90% от соответствующей суммарной силы света указанных первого и второго световых излучений, падающих в данной точке, предпочтительно соответственно поступает из указанных двух противоположных полупространств.
Более предпочтительно, для каждой точки указанного участка поверхности вся соответствующая суммарная сила света указанных первого и второго световых излучений, падающих в данной точке, соответственно поступает из указанных двух противоположных полупространств. Таким образом, усиливается контраст между двумя освещенными состояниями.
Предпочтительно, по меньшей мере, 75%, более предпочтительно, по меньшей мере, 90% от соответствующей суммарной силы света указанных первого и второго световых излучений, падающих в каждой точке указанного участка поверхности, образует с плоскостью, касательной к поверхности указанной шины в указанной каждой точке, первый угол падения с амплитудой, которая меньше или равна 55°, более предпочтительно - меньше или равна 50°. Таким образом, усиливается эффект падения света под скользящим углом.
Предпочтительно, по меньшей мере, 75%, более предпочтительно, по меньшей мере, 90% от соответствующей суммарной силы света указанных первого и второго световых излучений, падающих в каждой точке указанного участка поверхности, образует с плоскостью, касательной к поверхности указанной шины в указанной каждой точке, первый угол падения, имеющий амплитуду, которая больше или равна 10°, более предпочтительно - больше или равна 20°, еще более предпочтительно - больше или равна 30°. Таким образом, обеспечивается возможность освещения даже 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 и второго световых излучений, падающих в каждой точке указанного участка поверхности, образует с базовой плоскостью, ортогональной к указанной оптической плоскости в указанной каждой точке и проходящей через перпендикуляр к поверхности в указанной каждой точке, второй угол падения, который по абсолютной величине меньше или равен 45°, более предпочтительно - меньше или равен 30°. Таким образом, акцентируется разница в освещении между первым и вторым излучениями.
Предпочтительно предусмотрены освещение указанного участка поверхности в момент времени, отличающийся от моментов времени освещения данного участка поверхности посредством первого и посредством второго излучений, посредством третьего светового излучения, отличающегося от первого и второго излучений, и получение третьего изображения указанного участка поверхности, освещенного посредством указанного третьего светового излучения, при этом указанное третье изображение является двумерным.
Предпочтительно предусмотрен третий источник света, который выполнен с возможностью излучения третьего светового излучения для освещения указанного участка поверхности, при этом указанная система обнаружения выполнена с возможностью получения указанного третьего изображения, и при этом указанный блок управления и контроля выполнен с возможностью включения указанного третьего источника света в момент времени, отличающийся от тех моментов времени, когда участок поверхности освещается посредством первого и посредством второго излучений, и приведения в действие указанной системы обнаружения для получения указанного третьего изображения синхронно с включением третьего источника.
Третье световое излучение предпочтительно является рассеянным.
Предпочтительно предусмотрена обработка указанного третьего изображения для обнаружения возможного наличия дефектов участка поверхности, при этом при указанной обработке используется информация, полученная из вышеуказанного сравнения между первым и вторым изображениями.
Таким образом, при обработке третьего изображения, полученного при рассеянном свете, используется информация, полученная из сравнения двух изображений, полученных при свете, падающем под скользящим углом. Например, таким образом можно исключить двумерные пятна из возможных дефектов на третьем изображении. С другой стороны, поиск дефектов выполняется не только на изображениях, полученных при свете, падающем под скользящим углом, но и на третьем изображении, полученном при рассеянном свете, которое более пригодно для полного воспроизведения участка поверхности.
Указанные первое и второе цифровые изображения предпочтительно состоят из соответствующего множества первых и вторых линейных изображений последовательности линейных участков поверхности, смежных или частично наложенных друг на друга, при этом указанные первые и вторые линейные изображения получают на каждом линейном участке из указанной последовательности линейных участков, освещаемых соответственно посредством указанных первого и второго световых излучений последовательно и с чередованием.
Указанное третье цифровое изображение предпочтительно состоит из множества третьих линейных изображений указанной последовательности линейных участков поверхности, при этом указанные третьи линейные изображения получают на каждом линейном участке из указанной последовательности линейных участков, освещаемых посредством указанного третьего светового излучения, последовательно с чередованием с указанным получением указанных соответствующих первых и вторых линейных изображений.
Таким образом, существует возможность получения соответствующих изображений вдоль всей протяженности шины по окружности посредством линейной камеры.
Система обнаружения предпочтительно содержит линейную камеру, имеющую осевую линию объектива.
Указанные линейные участки поверхности предпочтительно размещают вблизи указанной осевой линии объектива с некоторой временной последовательностью.
Указанную последовательность линейных участков предпочтительно получают посредством вращения шины вокруг ее оси.
Устройство предпочтительно содержит элемент для обеспечения перемещения, выполненный с возможностью приведения во вращение указанной опоры и, следовательно, шины, вокруг ее оси вращения, при этом блок управления и контроля выполнен с возможностью приведения в действие указанного элемента для обеспечения перемещения.
Таким образом, имеется последовательность линейных участков поверхности рядом с осевой линией объектива линейной камеры, которая может оставаться неподвижной.
Устройство предпочтительно содержит систему для определения углового положения указанной опоры (например, кодовый датчик положения), при этом блок управления и контроля выполнен с возможностью включения указанных первого источника света, второго источника света и третьего источника света и приведения в действие указанной системы обнаружения в зависимости от сигнала углового положения опоры, передаваемого указанной системой определения углового положения. Таким образом, последовательность линейных участков поверхности получают корректно независимо от скорости вращения шины.
Дополнительные характеристики и преимущества станут более очевидными из подробного описания нескольких приведенных в качестве примера, но неисключительных вариантов осуществления способа и устройства для контроля шин на линии изготовления шин в соответствии с настоящим изобретением. Подобное описание будет приведено ниже со ссылкой на приложенные чертежи, представленные только в качестве неограничивающего примера, на которых:
- фиг.1 показывает частичный и схематический, выполненный частично в разрезе и частично на основе функциональных блоков вид в перспективе устройства для контроля шин в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения;
- фиг.2 показывает частичный и схематический вид в перспективе фрагмента фиг.1;
- фиг.2а показывает увеличенный фрагмент фиг.2;
- фиг.3 показывает частичный и схематический вид в перспективе устройства для контроля шин в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения;
- фиг.4а и 4b схематически показывают изображение участка поверхности шины, освещенного соответственно правым и левым световым излучением, падающим под скользящим углом;
- фиг.4с схематически показывает изображение, полученное посредством сравнения изображений 4а и 4b.
На чертежах ссылочная позиция 1 обозначает в целом устройство для контроля шин на линии изготовления шин в соответствии с настоящим изобретением. Как правило, одна и та же ссылочная позиция будет использована для возможных вариантов осуществления аналогичных элементов.
Устройство 1 содержит опору 102, выполненную с возможностью обеспечения опоры для шины 200, лежащей на одной боковине, и вращения данной шины вокруг ее оси 201 вращения, как правило, расположенной согласно вертикали. Опора 102, как правило, приводится в действие элементом для обеспечения перемещения, который не описан и не проиллюстрирован дополнительно, поскольку он в качестве примера может представлять собой элемент известного типа. Опора для шины в возможном варианте может быть выполнена с возможностью блокирования шины, например, соответствующего прилегающего борта.
Предпочтительно предусмотрена система 104 обнаружения, содержащая линейную камеру 105, имеющую осевую линию 106 объектива, лежащую в оптической плоскости 107, проходящей через линейную камеру. Настоящее изобретение также предусматривает альтернативный случай, в котором камера представляет собой матричную камеру («камеру со сканированием по вертикали и горизонтали»). В таком случае получаемое изображение освещаемого участка поверхности также представляет собой матрицу.
Устройство содержит первый источник 108 света, второй источник 109 света и третий источник 110 света, выполненные с возможностью излучения соответственно первого, второго и третьего световых излучений для освещения линейного участка 202 поверхности указанной шины, совпадающего с осевой линией объектива (например, когда участок поверхности является плоским) или находящегося вблизи осевой линии объектива (вследствие криволинейного контура поверхности шины), как показано на фиг.1 и 2, 2а.
Система обнаружения выполнена с возможностью получения соответствующего двумерного цифрового изображения линейного участка поверхности, освещенного посредством, по меньшей мере, одного из первого, второго и третьего световых излучений.
Как правило, устройство содержит роботизированную руку (непоказанную), на которой смонтированы указанные первый источник света, второй источник света и третий источник света и система обнаружения.
Каждый из первого источника 108 света и второго источника 109 света предпочтительно образован одним соответствующим субисточником 111 и 112.
Третий источник 110 света предпочтительно образован четырьмя соответствующими субисточниками 113, распределенными с обеих сторон оптической плоскости 107 и симметрично относительно подобной плоскости.
Каждый субисточник 111-113 имеет соответствующее основное направление протяженности (показанное в качестве примера пунктирными линиями 114 на фиг.2а), которое проходит параллельно к оптической плоскости 107 и, следовательно, к осевой линии 106 объектива.
Каждый субисточник, как правило, содержит множество светодиодных источников, расположенных с выравниванием вдоль основного направления протяженности.
На приложенных фигурах субисточники света схематически показаны на основе их соответствующей излучающей поверхности (показанной на фигурах с прямоугольной формой в качестве примера), которая, например, может совпадать с прозрачным защитным стеклом и/или рассеивателем.
В качестве примера субисточники имеют размер вдоль основного направления 114 протяженности, равный 10 см для варианта осуществления, показанного на фиг.2, и 6 см для варианта осуществления, показанного на фиг.3, и размер вдоль направления, ортогонального к основному направлению протяженности, который равен приблизительно 1 см.
Субисточники 111 и 112 предпочтительно расположены соответственно с противоположных сторон относительно оптической плоскости и на одинаковом расстоянии от нее.
Расстояние от субисточников 113 третьего источника света до оптической плоскости 107 предпочтительно меньше расстояния между каждым субисточником указанных первого источника света и второго источника света и оптической плоскостью.
Субисточники первого источника света, второго источника света и третьего источника света предпочтительно расположены так, что на всей их протяженности они расположены друг над другом на виде, ортогональном к осевой линии объектива. В качестве примера все первые и вторые концы относительно основного направления протяженности расположены в соответствующей плоскости, ортогональной к осевой линии объектива.
В одном варианте осуществления, показанном в качестве примера на фиг.1 и 2, 2а, субисточники первого источника света, второго источника света и третьего источника света расположены вдоль линии (обозначенной позицией 115 на фиг.2) в базовой плоскости 116, ортогональной к осевой линии объектива, при этом линия 115 имеет форму дуги окружности с центром на осевой линии объектива (то есть субисточники расположены на одинаковом расстоянии от осевой линии объектива).
В альтернативном варианте осуществления, показанном на фиг.3, субисточники расположены вдоль наклонной линии (обозначенной позицией 116 на фиг.3) в базовой плоскости 116, с вершиной в оптической плоскости 107.
В качестве примера для каждой точки Р (в качестве примера показанной на одном конце на фиг.2 и 2а) осевой линии объектива соответствующий угол 120 (на фиг.2а показанный относительно субисточника 113), имеющий вершину в точке Р и лежащий в плоскости, ортогональной к осевой линии объектива, и стягиваемый каждым из субисточников, равен 6°.
В качестве примера при фокальной плоскости 121, ортогональной к оптической плоскости и проходящей через осевую линию 106 объектива, соответствующий максимальный угол 122 и 123 из всех углов, образованных между фокальной плоскостью и плоскостями, проходящими через осевую линию объектива и все точки соответственно первого источника 108 света и второго источника 109 света (соответственно субисточников 111 и 112), равен 48°.
В качестве примера соответствующий минимальный угол 124 и 125 из всех углов, образованных между фокальной плоскостью и плоскостями, проходящими через осевую линию объектива и все точки соответственно первого источника света и второго источника света, равен 42°.
Третий источник 110 света предпочтительно выполнен с возможностью освещения осевой линии объектива рассеянным светом.
В качестве примера соответствующий угол 126 с вершиной в каждой точке Р осевой линии объектива, лежащий в плоскости, ортогональной к осевой линии объектива, и стягиваемый третьим источником света, равен приблизительно 80°. Таким образом, получают широкий телесный угол падения рассеянного света.
В качестве примера соответствующий угол, имеющий вершину в каждой точке Р осевой линии объектива и лежащий в вышеуказанной ортогональной плоскости, и стягиваемый комплектом из первого источника света, второго источника света и третьего источника света, равен 96°.
В одном варианте осуществления устройства, особенно подходящем для контроля внутренней поверхности шины и показанном в качестве примера на фиг.3, система обнаружения содержит зеркало 150 (также установленное, как правило, на роботизированной руке), имеющее плоскую отражающую поверхность, которая расположена у третьего источника света перпендикулярно к оптической плоскости и пересекает последнюю (как правило, по средней линии зеркала) так, чтобы отражать осевую линию объектива в оптической плоскости под углом, в качестве примера равным 90°.
Предпочтительно предусмотрен блок 140 управления и контроля, который выполнен с возможностью:
- избирательного включения одного или более из указанных первого источника света, второго источника света и третьего источника света и
- включения линейной камеры для получения соответствующего двумерного цифрового изображения (цветного или монохромного) линейного участка поверхности синхронно с включением одного или более из указанных первого источника света, второго источника света и третьего источника света.
Блок управления и контроля, как правило, выполнен с конфигурацией, также обеспечивающей возможность приведения в действие элемента, предназначенного для обеспечения перемещения опоры 102. Таким образом, имеется последовательность линейных участков поверхности у осевой линии объектива линейной камеры, которая может оставаться неподвижной.
Устройство предпочтительно содержит кодовый датчик положения (непоказанный) для определения углового положения опоры, при этом блок управления и контроля выполнен с возможностью включения указанных первого источника света, второго источника света и предпочтительно третьего источника света и приведения в действие системы обнаружения в зависимости от сигнала углового положения опоры, передаваемого кодовым датчиком положения.
Блок 140 управления и контроля предпочтительно выполнен с возможностью:
- включения указанных первого источника света, второго источника света и третьего источника света последовательно и с чередованием;
- приведения в действие линейной камеры для получения соответственно первого, второго и третьего изображений синхронно с включением соответственно первого источника света, второго источника света и третьего источника света. Таким образом, существует возможность получения как изображения при рассеянном свете, так и двух изображений при свете, падающем под скользящим углом.
Предпочтительно, предусмотрен блок обработки данных (например, встроенный в блок 140 управления и контроля), конфигурированный для следующих функций:
- приема полученных изображений от линейной камеры;
- обработки изображений для контроля участка поверхности.
Блок обработки данных предпочтительно выполнен с возможностью вычисления разности первого и второго изображений для получения информации о профиле высот (то есть возможном наличии или отсутствии рельефов и/или углублений) линейного участка поверхности.
Вычисление разности первого и второго изображений предпочтительно включает вычисление разностного изображения, в котором каждый пиксель соответствует величине, характеризующей разность значений, поставленных в соответствие соответствующим пикселям на указанных первом и втором изображениях. Таким образом, существует возможность использования изображения, полученного из разности первого и второго изображений, для индикации трехмерных элементов (таких как углубления в рельефе на внутренней поверхности шины или надпись на рельефе) и учета подобной информации при обработке изображения, полученного при рассеянном свете, для поиска дефектов.
Ниже описан способ контроля поверхности шин на линии изготовления шин, реализованный в качестве примера посредством вышеуказанного устройства.
Прежде всего шину 200, подлежащую контролю, размещают, например, над опорой 102 с прилеганием ее боковины к опоре 102.
Блок 140 управления и контроля приводит в действие роботизированную руку для перемещения источников света ближе к (наружной или внутренней) поверхности шины так, чтобы линейный участок поверхности по меньшей мере частично совпадал с осевой линией объектива или находился вблизи осевой линии объектива.
После этого блок управления и контроля приводит в действие элемент, предназначенный для обеспечения перемещения опоры 102, для вращения шины.
В зависимости от сигнала углового положения, получаемого кодовым датчиком положения в процессе вращения шины, блок управления и контроля обеспечивает циклическое включение указанных первого источника света, второго источника света и третьего источника света последовательно и с быстрым чередованием и включение линейной камеры для получения соответствующего двумерного цифрового изображения (цветного или монохромного) соответствующего линейного участка поверхности синхронно с включением соответственно первого источника света, второго источника света и третьего источника света. В качестве примера каждое отдельно взятое цифровое изображение линейного участка содержит 1×2048 пикселей в случае монохромной камеры или 2×2048 пикселей в случае камеры с билинейной интерполяцией или камеры для цветной съемки с цветовой моделью RGB.
В качестве примера задержка времени между получением первого и второго линейных изображений, а также между вторым и третьим линейными изображениями и затем циклически между первым и третьим линейными изображениями составляет менее 0,2 миллисекунды.
После выполнения заданного вращения шины для исследования заданного участка поверхности, предпочтительно, по меньшей мере, одного полного поворота для получения полной протяженности по окружности, получают одно цифровое изображение, которое обеспечивается посредством всех цифровых изображений последовательности линейных участков, каждый из которых освещается соответствующим источником света. Блок обработки данных получает подобное изображение от системы обнаружения и разделяет соответствующие первое, второе и третье изображения всего заданного участка поверхности.
Подобные изображения по существу могут быть наложены друг на друга поэлементно, даже если фактический линейный участок поверхности, соответствующий одному линейному изображению, не будет точно совпадать для трех изображений вследствие вращения шины, которое при этом происходило. Тем не менее, выбор частоты получения изображений и скорости вращения таков, что три изображения перемежаются друг с другом и, следовательно, их можно сравнить поэлементно. Каждый пиксель первого (или второго, или третьего) изображения показывает микроучасток поверхности, который является отдельным от микроучастка поверхности, показываемого пикселем второго (или соответственно третьего или первого) изображения, соответствующего указанному каждому пикселю, за исключением линейного размера поверхности, связанного с пикселем, в качестве примера - пространственного зазора, равного приблизительно одной трети пикселя. Таким образом, три изображения перемежаются друг с другом, и получение трех линейных изображений происходит за интервал времени, в течение которого шина поворачивается на величину, равную одному пикселю (в качестве примера равную 0,1 мм).
Как указано, для каждой точки каждого линейного участка поверхности и, следовательно, для каждой точки исследуемого участка поверхности, по меньшей мере, 75% от соответствующей суммарной силы света, в качестве примера все соответствующая суммарная сила света первого и второго световых излучений, падающих в данной точке, соответственно поступает из двух полупространств, которые противоположны по отношению к оптической плоскости 107.
Кроме того, для каждой точки каждого линейного участка поверхности, по меньшей мере, 75% от соответствующей суммарной силы света, в качестве примера вся соответствующая суммарная сила света первого и второго световых излучений, падающих в данной точке, образует с плоскостью, касательной к поверхности в данной точке (то есть фокальной плоскостью 121), максимальный угол 122 и 123 падения, равный приблизительно 48° (свет, падающий под скользящим углом).
Вся соответствующая суммарная сила света первого, второго и третьего световых излучений, падающих в каждой точке участка поверхности (или осевой линии объектива), предпочтительно образует с базовой плоскостью 116, ортогональной к оптической плоскости и проходящей через перпендикуляр к поверхности в данной точке, угол падения, который по абсолютной величине меньше или равен 45°. Например, угол 127, имеющий вершину в любой точке (обозначенной в качестве примера P' на фиг.2а) осевой линии объектива, лежащий в любой плоскости, проходящей через осевую линию объектива и через первый источник света и второй источник света или третий источник света, и стягиваемый соответственно первым источником света, вторым источником света или третьим источником света, равен 60°. Таким образом, каждый субисточник предпочтительно излучает направленное световое излучение, падающее на осевую линию объектива.
Блок обработки данных предпочтительно обрабатывает первое и второе изображения, сравнивая их друг с другом, для получения информации о профиле высот участка поверхности. Сравнение между первым и вторым изображениями предпочтительно включает вычисление разностного изображения, в котором каждый пиксель соответствует величине, характеризующей разность значений, поставленных в соответствие соответствующим пикселям на указанных первом и втором изображениях.
Перед сравнением первого и второго изображений друг с другом предпочтительно предусмотрено выравнивание первого и второго изображений друг относительно друга, например, посредством выравнивания их средней яркости везде или локально.
Блок обработки данных предпочтительно обрабатывает третье изображение, полученное при рассеянном свете, для обнаружения возможного наличия дефектов на участке поверхности, используя информацию, полученную из вышеуказанного сравнения между первым и вторым изображениями.
Фиг.4а и 4b схематически показывают вариант выполнения соответственно первого и второго изображений участка поверхности шины 200, содержащей рельефный элемент 203 и элемент без рельефов, или двумерный элемент 204 (такой как пятно антиадгезива).
На фиг.4а, где изображение получено посредством света, падающего под скользящим углом справа на фигуре, изображение содержит затененную зону 205, «спроецированную» влево элементом 203; на фиг.4b, где изображение получено посредством света, падающего под скользящим углом слева на фигуре, изображение содержит затененную зону 206, «спроецированную» вправо тем же элементом 203. Отмечается, что элемент 204 вместо этого получен по существу идентичным образом на двух изображениях, поскольку он одинаково «встречает» свет, падающий справа и слева под скользящим углом.
Фиг.4с схематически показывает разностное изображение, полученное посредством того, что каждому пикселю ставят в соответствие разницу по абсолютной величине между значениями двух изображений по фиг.4а и 4b. Как можно видеть, в двумерном пятне 204 разностное изображение не имеет никакого изменения яркости, в то время как в зоне рельефного элемента 203 (отмеченного штриховкой на фиг.4с) имеется значительное изменение яркости, указывающее на наличие самого элемента 203.