СТАНЦИЯ И СПОСОБ КОНТРОЛЯ ШИН
STATION AND METHOD OF MONITORING TIRES

Настоящее изобретение относится к станции и способу контроля поверхности шин, в частности, пригодным для использования на линии по производству шин для обнаружения любых дефектов, состоящих из окружных разрезов на поверхности бортов и/или скрученных кордов, выходящих в канавку шины.
«Шина», как правило, означает готовую шину, то есть шину после этапов сборки, формования в пресс-форме и вулканизации, но, возможно, также невулканизированную шину после этапа сборки и перед формованием в пресс-форме и/или вулканизацией.
Как правило, шина имеет по существу тороидальную конструкцию относительно оси вращения шины во время эксплуатации и имеет осевую среднюю плоскость, ортогональную к оси вращения, при этом указанная плоскость, как правило, представляет собой по существу геометрическую плоскость симметрии, если игнорировать любые незначительные асимметрии, такие как в рисунке протектора и/или внутренней структуре.
Шина для колес транспортных средств, как правило, содержит слой каркаса, имеющий соответственно противоположные концевые клапаны, введенные в контактное взаимодействие с соответствующими кольцевыми удерживающими конструктивными элементами, обычно называемыми «сердечниками бортов», встроенными в концевых круглых частях шины, радиально внутренних и по существу ортогональных к оси вращения, обычно называемых термином «борта» и имеющих внутренний диаметр, по существу соответствующий так называемому «посадочному диаметру» шины на соответствующем монтажном ободе. Слой воздухонепроницаемой эластомерной смеси (так называемый «герметизирующий слой») и/или слой материала с герметизирующими свойствами, как правило, может быть предусмотрен в радиальном направлении внутри по отношению к слою каркаса. Один или более слоев брекера, расположенных с обеспечением их наложения в радиальном направлении друг на друга и на слой каркаса, имеющих текстильные или металлические армирующие корды, могут быть присоединены в радиальном направлении снаружи по отношению к слою каркаса. Протекторный браслет наложен в радиальном направлении снаружи на слои брекера. На боковые поверхности слоя каркаса дополнительно наложены соответствующие боковые вставки из эластомерного материала, каждая из которых проходит от одного из круглых концевых краев протекторного браслета до соответствующего кольцевого удерживающего конструктивного элемента в бортах.
Наружная или внутренняя поверхность шины означает соответственно поверхность, которая остается видимой после соединения шины с соответствующим ей, монтажным ободом, и поверхность, которая больше не является видимой после указанного соединения.
Термины «оптическое», «световое» и тому подобные относятся к используемому электромагнитному излучению, которое имеет, по меньшей мере, часть спектра, находящуюся в расширенной окрестности оптического диапазона и необязательно находящуюся строго в пределах оптического диапазона (то есть 400-700 нм), например, данная расширенная окрестность оптического диапазона может охватывать от ультрафиолетовой до инфракрасной области спектра (например, длину волны от приблизительно 100 нм до приблизительно 1 мкм).
«Телецентрическая осветительная система» означает осветительную систему, выполненную с возможностью излучения пучка параллельных световых лучей.
«Квазителецентрическая осветительная система» означает осветительную систему, выполненную с возможностью излучения пучка световых лучей, которые образуют угол, который меньше или равен 15°.
«Цифровое изображение» или - в качестве эквивалента - «изображение», как правило, означает набор данных, как правило, содержащихся в компьютерном файле, в котором каждый кортеж координат (как правило, каждая пара координат) из конечной совокупности (как правило, двумерной и матричной, то есть N строк × М столбцов) кортежей пространственных координат (при этом каждый кортеж соответствует пикселю) связан с соответствующим набором числовых значений (которые могут характеризовать различные величины). Например, в монохромных изображениях (таких как изображения в уровнях серого или в оттенках серого) такой набор значений состоит из одного значения на конечной шкале (как правило, 256 уровней или тонов), при этом данное значение характеризует, например, уровень светлоты (или интенсивности) соответствующего кортежа пространственных координат при отображении. Дополнительным примером являются цветные изображения, в которых набор значений характеризует уровень светлоты множества цветов или каналов, как правило, основных цветов (например, красного, зеленого и синего в кодировке RGB и голубого, пурпурного, желтого и черного в кодировке CMYK). Термин «изображение» необязательно означает его реальное отображение.
Любая ссылка на конкретное «цифровое изображение» (например, цифровое изображение, первоначально полученное на шине) охватывает в более общем смысле любое цифровое изображение, получаемое посредством одного или более процессов цифровой обработки указанного конкретного цифрового изображения (например, таких как фильтрация, усреднение, сглаживание, бинаризация, сравнение с порогом, морфологические преобразования (открытие и т.д.), вычисления производных или интегралов и т.д.).
Термин «двумерное изображение» или «2D» означает цифровое изображение, каждому пикселю которого соответствуют данные, характеризующие отражательную/рассеивающую способность и/или цвет поверхности, такое как изображения, регистрируемые обычными камерами или цифровыми камерами (например, ПЗС-камерами).
«Цифровая камера» или кратко «камера» означает оптоэлектронное устройство, выполненное с возможностью получения двумерного цифрового изображения и включающее в себя датчик цифровых изображений (или кратко «датчик»), который определяет плоскость изображения, и объектив (который, как предполагается, предусмотрен с цилиндрической симметрией, хотя изобретение не ограничено только данными объективами).
«Оптическая ось» объектива, оптической линзы или в общем случае оптической линзовой системы представляет собой прямую линию, вдоль которой имеется симметрия вращения объектива или линзы или оптической линзовой системы. Прилагательное «осевой/аксиальный» означает проходящий вдоль направления оптической оси.
«Датчик» означает набор фоточувствительных элементов (называемых «пикселями»), способных преобразовывать падающий свет в электрический сигнал, например, посредством технологии ПЗС или КМОП. Термин «пиксель» используется для обозначения как одного фоточувствительного элемента датчика, так и одного элемента, формирующего цифровое изображение, определенное выше, при этом каждый пиксель датчика, как правило, соответствует пикселю изображения.
«Линейная камера» означает камеру, датчик которой (называемый «линейным датчиком») имеет пиксели, расположенные в виде прямоугольной матрицы, имеющей один размер, значительно превышающий другой, как правило, превышающий на, по меньшей мере, два порядка величины. Как правило, число строк пикселей датчика составляет от 1 до 4, и число столбцов превышает 1000. Термины «строки» и «столбцы» используются традиционно и являются взаимозаменяемыми. Линейная камера отличается линией объектива, лежащей на пересечении между фокальной плоскостью камеры и плоскостью (называемой «оптической плоскостью»), ортогональной к ней и пересекающей (в направлении ее основного размера) линейный датчик, и выполнена с возможностью получения изображений линейных участков поверхности, расположенных на линии объектива (называемых «линейными изображениями» и имеющих размеры в пикселях, равные размерам линейного датчика).
«Линейный участок поверхности» означает участок поверхности, имеющий один размер, значительно больший, чем другой размер, определяемый в направлении, ортогональном к направлению данного одного размера, 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.
«Фокальная плоскость» камеры означает плоскость точек объекта, которые фокусируются посредством объектива на датчик, то есть лучи, выходящие из каждой точки объекта в фокальной плоскости, сходятся в соответствующей точке на плоскости датчика (плоскости изображения).
«Глубина резкости» означает совокупность плоскостей в окрестности фокальной плоскости, каждая точка которых, будучи спроецированной посредством объектива на плоскость датчика, формирует изображение, вписанное в заданный кружок рассеяния (например, имеющий диаметр 5-10 микрон).
«Фокусное расстояние» линзы относится к расстоянию вдоль оптической оси от оптического центра линзы до точки (называемой «фокальной точкой»), в которой сходятся все лучи, падающие на линзу параллельно оптической оси.
«Переднее фокусное расстояние» и «заднее фокусное расстояние» линзы представляет собой расстояние вдоль оптической оси от соответствующей фокальной точки до соответствующей вершины линзы, если рассматривать два полупространства, разделенных плоскостью, ортогональной к оптической оси линзы и проходящей через оптический центр линзы.
Выражение «вблизи линии объектива» означает, что линейный участок поверхности расположен по существу параллельно (то есть в пределах угла±15°) линии объектива и в пределах глубины резкости камеры.
«Вершина» означает точку пересечения преломляющей поверхности линзы с соответствующей оптической осью, даже когда такая поверхность плоская.
«Числовая апертура» линзы представляет собой синус половины апертурного угла, умноженный на показатель преломления среды, в которой работает линза, который, как предполагается в данном документе, равен 1. Апертурный угол означает кажущийся угол апертуры линзы, видимый из фокальной точки, который может быть выражен как удвоенный арктангенс отношения между радиусом линзы (или, более точно, радиусом апертуры линзы) и фокусным расстоянием.
«Апертура» линзы относится к сечению, свободному для световых лучей, проходящих через линзу.
Прилагательное «задний», используемое по отношению к оптическим характеристикам линзы (таким как фокусное расстояние или вершина), означает полупространство, ограниченное плоскостью, ортогональной к оптической оси и проходящей через линзу, в котором расположен источник света, в то время как прилагательное «передний» относится к противоположному полупространству.
В области процессов производства и сборки шин для колес транспортных средств целесообразно выполнение контроля качества готовых изделий с целью предотвращения попадания дефектных шин или шин, не отвечающих техническим требованиям, на рынок и/или для последовательного регулирования используемых устройств и оборудования для улучшения и оптимизации выполнения операций, выполняемых в производственном процессе.
Данные операции контроля качества включают, например, те, которые выполняются операторами, которые тратят фиксированное время на визуальную и тактильную проверку шины; если с учетом его собственного опыта и чувствительности оператор заподозрит, что шина не соответствует определенным стандартам качества, та же шина будет подвергнута дополнительным проверкам посредством более детального осмотра человеком и/или посредством соответствующего оборудования для более глубокой оценки любых недостатков с точки зрения конструкции и/или качества.
Заявитель отметил, что для использования контроля в едином масштабе времени в установке для производства шин, сами операции контроля должны выполняться за уменьшенное время и с уменьшенными затратами и/или габаритными размерами.
В области контроля качества шин на производственной линии Заявитель поставил перед собой задачу анализа поверхности шины посредством оптического получения ее цифровых изображений и их последующей обработки для обнаружения возможного наличия дефектов на или вблизи поверхности.
В этой связи Заявитель осознал, что особенно существенные дефекты, которые в то же время трудно идентифицировать, представляют собой окружные разрезы на борте и/или скрученные корды, выступающие в протекторе.
«Выходящий/выступающий скрученный корд» представляет собой дефект (как правило, в зоне дна канавок протектора), при котором текстильный или металлический корд, проходящий, например, под углом 0 градусов, «выходит» из эластомерного материала и в результате этого подвергается воздействию воздуха из-за полного отсутствия эластомерного материала поверх него, или (в более типичном случае) наличие корда видно под эластомерным материалом, поскольку толщина материала очень мала по сравнению с заданной. В этом случае эластомерный материал на корде имеет «закрученный» рисунок (отсюда и название).
В документе WO2014/020485 описаны способ и устройство обнаружения дефектов, включая скрученный корд, выходящий на поверхность шины.
В этой связи Заявитель осознал, что также вследствие низкой отражательной способности черной эластомерной композиции целесообразно иметь очень высокую плотность оптической энергии на поверхности, а также максимально возможную концентрацию в окрестности участка поверхности, изображение которого должно быть получено, (как правило, линейного участка поверхности) для предотвращения нежелательного рассеяния света от окружающих участков поверхности, что ухудшает контрастность полученного изображения. Кроме того, освещение должно быть достаточно равномерным на всем линейном участке, изображение которого должно быть получено, для предотвращения передержки и/или недодержки.
Все это усложняется тем, что свет, падающий на линейный участок поверхности для обнаружения вышеуказанных дефектов, предпочтительно падает под скользящим углом.
В связи с вышеизложенным Заявитель поставил задачу создания станции, способной обнаруживать вышеуказанные дефекты с высокой надежностью и/или чувствительностью при сохранении простоты ее конструкции и/или функционирования и/или ее экономичности в целом.
Заявитель осознал, что устройство, содержащее источник света и оптическую линзовую систему, содержащую несколько линз, может посредством собирания по существу всего света, излучаемого источником, надлежащим образом освещать участки поверхности, подлежащие контролю, в результате чего устраняются вышеуказанные недостатки.
В завершение, Заявитель обнаружил, что при использовании источника света (предпочтительно некогерентного, то есть нелазерного), соединенного с «асимметричным» оптическим конденсатором, то есть оптической линзовой системой собирания света, излучаемого источником света, которая содержит две разные линзы, имеется простое и реализуемое на практике решение для намеченного применения. Действительно, наличие первой собирающей линзы, проксимальной по отношению к источнику, и имеющую большую числовую апертуру, и второй собирающей линзы, дистальной по отношению к источнику и имеющей диаметр, превышающий диаметр первой линзы, при осевом расстоянии между источником света и первой линзой, которое меньше или равно фокусному расстоянию первой линзы, обеспечивает собирание первой линзой, имеющей большую числовую апертуру, по существу всего света, излучаемого источником света (который, как правило, например, в случае светодиодов не является точечным и излучает с очень большим конусом излучения), в то время как вторая линза большего диаметра способна собирать весь световой пучок, который выходит из первой линзы, несмотря на то, что такой пучок выходит из первой линзы слегка расходящимся.
Согласно его первому аспекту изобретение относится к станции контроля шин на линии по производству шин.
Предпочтительно предусмотрена опора, выполненная с возможностью обеспечения опоры для шины, установленной на боковине, и поворота шины вокруг ее оси вращения.
Предпочтительно предусмотрены устройство и элемент для обеспечения перемещения указанного устройства.
Указанное устройство предпочтительно содержит опорную раму.
Указанное устройство предпочтительно содержит фланец для крепления указанной опорной рамы к указанному элементу для обеспечения перемещения.
Указанное устройство предпочтительно содержит систему получения изображений для получения цифровых изображений поверхности указанной шины, при этом система получения изображений смонтирована на указанной опорной раме.
Указанная система получения цифровых изображений предпочтительно содержит линейную камеру, имеющую первую оптическую ось, оптическую плоскость, фокальную плоскость и линию объектива, принадлежащую фокальной плоскости и оптической плоскости.
Указанная система получения цифровых изображений предпочтительно содержит осветительную систему, выполненную с возможностью освещения, по меньшей мере, указанной линии объектива.
Осветительная система предпочтительно содержит источник света и оптическую линзовую систему, имеющую вторую оптическую ось.
Оптическая линзовая система предпочтительно содержит первую собирающую линзу, проксимальную по отношению к источнику света, и вторую собирающую линзу, расположенную со стороны, противоположной источнику света по отношению к первой линзе.
Источник света, первая линза и вторая линза предпочтительно являются коаксиальными относительно указанной второй оптической оси.
Первая линза предпочтительно имеет числовую апертуру, которая больше или равна 0,5.
Апертура указанной второй линзы предпочтительно больше апертуры указанной первой линзы.
Согласно его второму аспекту изобретение относится к способу контроля шин посредством системы получения цифровых изображений поверхности указанной шины.
Указанная система получения изображений предпочтительно содержит линейную камеру, имеющую первую оптическую ось, оптическую плоскость, фокальную плоскость и линию объектива, принадлежащую фокальной плоскости и оптической плоскости.
Указанная система получения изображений предпочтительно содержит осветительную систему, выполненную с возможностью освещения, по меньшей мере, указанной линии объектива.
Осветительная система предпочтительно содержит источник света и оптическую линзовую систему, имеющую вторую оптическую ось.
Оптическая линзовая система предпочтительно содержит первую собирающую линзу, проксимальную по отношению к источнику света, и вторую собирающую линзу, расположенную со стороны, противоположной источнику света по отношению к первой линзе.
Источник света, первая линза и вторая линза предпочтительно являются коаксиальными относительно указанной второй оптической оси.
Первая линза предпочтительно имеет числовую апертуру, которая больше или равна 0,5.
Апертура указанной второй линзы предпочтительно больше апертуры указанной первой линзы.
Предпочтительно предусмотрены размещение шины, подлежащей контролю и имеющей поверхность, и перемещение указанной системы получения изображений рядом с указанной шиной.
Предпочтительно предусмотрен поворот указанной шины относительно указанной системы получения изображений так, чтобы различные линейные участки поверхности шины последовательно располагались вблизи линии объектива.
Предпочтительно предусмотрено последовательное получение -посредством указанной системы получения изображений - последовательности соответствующих линейных изображений указанных различных линейных участков поверхности для получения изображения окружной зоны поверхности посредством комбинирования указанной последовательности линейных изображений.
Согласно его дополнительному аспекту изобретение относится к системе получения цифровых изображений поверхности шины.
Предпочтительно предусмотрена линейная камера, имеющая первую оптическую ось, оптическую плоскость, фокальную плоскость и линию объектива, принадлежащую фокальной плоскости и оптической плоскости.
Предпочтительно предусмотрена осветительная система, выполненная с возможностью освещения, по меньшей мере, указанной линии объектива.
Осветительная система предпочтительно содержит источник света и оптическую линзовую систему, имеющую вторую оптическую ось.
Оптическая линзовая система предпочтительно содержит первую собирающую линзу, проксимальную по отношению к источнику света, и вторую собирающую линзу, расположенную со стороны, противоположной источнику света по отношению к первой линзе.
Источник света, первая линза и вторая линза предпочтительно являются коаксиальными относительно указанной второй оптической оси.
Первая линза предпочтительно имеет числовую апертуру, которая больше или равна 0,5.
Апертура указанной второй линзы предпочтительно больше апертуры указанной первой линзы.
Заявитель полагает, что даже при наличии неточечного источника света с большим конусом излучения большая числовая апертура первой линзы обеспечивает способность последней значительно уменьшать расхождение пучка лучей, излучаемых источником света (которое, например, в случае светодиода составляет, по меньшей мере, 120°), несмотря на то, что не все лучи выходят параллельно второй оптической оси. Следовательно, световой пучок, выходящий из первой линзы, содержит значительную часть оптической мощности источника света и расходится в незначительной степени. Вторая собирающая линза, которая имеет апертуру (например, диаметр), превышающую апертуру первой линзы, воздействует на данный пучок и может собирать по существу весь расходящийся пучок, выходящий из первой линзы. Следовательно, вторая линза рефокусирует лучи в плоскости (которая представляет собой плоскость изображения по отношению к излучающей поверхности источника света), осевое расстояние от которой до передней вершины второй линзы зависит от положения источника света относительно первой линзы. Следовательно, световой пучок с высокой плотностью светового потока и малым расхождением (квазителецентрический) создается в аксиальной зоне перед и/или за такой плоскостью изображения, при этом он, в частности, адаптирован для равномерного и локализованного освещения линии объектива.
Настоящее изобретение, по меньшей мере, в одном из его вышеуказанных аспектов может иметь один или более из предпочтительных признаков, описанных в дальнейшем.
Источник света предпочтительно имеет общую излучающую поверхность, вписанную в окружность с диаметром, который меньше или равен 10 мм. Таким образом, источник света достаточно мал, так что первая линза может быть выполнена с возможностью собирания и конденсации светового пучка.
Максимальная окружность, вписанная в общую излучающую поверхность, предпочтительно имеет диаметр, который больше или равен 3 мм. Таким образом, источник света является достаточно мощным. Если действительно с точки зрения работы оптического конденсора может быть предпочтительным наличие точечного источника, на практике предпочтительно выбрать вышеуказанный минимальный размер для обеспечения достаточной оптической мощности.
2
Указанный источник света предпочтительно имеет излучающую поверхность с плотностью оптической мощности, которая больше или равна 0,3 Вт/мм. Таким образом, получают достаточную силу света пучка даже при вышеуказанных малых размерах источника света.
Источник света предпочтительно выполнен с возможностью излучения некогерентного света. Другими словами, он не является лазерным источником, который, по мнению Заявителя, может вызывать явления «пятнистости» на поверхности шины и/или проблемы безопасности, связанные с требуемой оптической мощностью.
Источник света предпочтительно представляет собой светодиодный источник (на основе светоизлучающего диода). Такой некогерентный источник действительно имеет высокую плотность мощности, несмотря на то, что он излучает сильно расходящийся пучок (120° и более). Как разъяснено выше, настоящее изобретение, тем не менее, позволяет конденсировать/собирать по существу всю оптическую мощность источника данного типа.
Источник света предпочтительно имеет круглую излучающую поверхность. Таким образом, лучше используется цилиндрическая симметрия оптической линзовой системы.
Первая линза предпочтительно имеет числовую апертуру, которая больше или равна 0,6. Таким образом, дополнительно увеличивается часть излученного света, собираемая оптической линзовой системой.
Указанная апертура первой линзы предпочтительно имеет диаметр, который больше или равен 15 мм, более предпочтительно больше или равен 20 мм.
Указанная апертура первой линзы предпочтительно имеет диаметр, который меньше или равен 35 мм, более предпочтительно меньше или равен 30 мм. Таким образом, линза является достаточно большой для собирания по существу всей мощности светового излучения и в то же время достаточно малой для обеспечения компактности и малого веса системы получения изображений в целом. Это особенно важно, когда система смонтирована на устройстве, которое перемещается в пространстве.
Указанная первая линза, как правило, имеет немного больший физический диаметр, например, больший на 2-3 мм по сравнению с указанным диаметром апертуры.
Заднее фокусное расстояние указанной первой линзы предпочтительно меньше или равно 20 мм, более предпочтительно меньше или равно 15 мм.
Заднее фокусное расстояние указанной первой линзы предпочтительно больше или равно 7 мм, более предпочтительно больше или равно 9 мм. Таким образом, система получения изображений всегда является компактной и легкой.
Указанная первая линза предпочтительно является асферической (то есть ее выпуклая поверхность не является сферической). Таким образом, ослабляется сферическая аберрация, которая связана с большой числовой апертурой линзы и которая в ином случае была бы сильной.
Вторая линза предпочтительно имеет переднее фокусное расстояние, которое больше или равно 80 мм, более предпочтительно больше или равно 90 мм.
Вторая линза предпочтительно имеет переднее фокусное расстояние, которое меньше или равно 200 мм, более предпочтительно меньше или равно 150 мм. Таким образом, указанная плоскость изображения для источника света находится на расстоянии от передней вершины второй линзы, составляющем приблизительно 10-20 см, при сохранении хорошей равномерности освещения вокруг данной зоны, поскольку пучок является квазителецентрическим. Кроме того, осветительная система не находится слишком далеко от линии объектива, чтобы не создавать проблем, связанных с громоздкостью и/или вибрацией, а также чтобы получить освещение с высокой интенсивностью.
Вторая линза предпочтительно имеет числовую апертуру, которая меньше или равна 0,4, более предпочтительно меньше или равна 0,3.
Указанная апертура второй линзы предпочтительно имеет диаметр, который больше или равен 30 мм, более предпочтительно больше или равен 35 мм.
Указанная апертура второй линзы предпочтительно имеет диаметр, который меньше или равен 60 мм, более предпочтительно меньше или равен 50 мм.
В соответствии с двумя вышеприведенными абзацами линза является достаточно большой для собирания по существу всей мощности светового излучения и в то же время достаточно малой для обеспечения компактности и малого веса системы получения изображений в целом.
Указанная вторая линза, как правило, имеет немного больший физический диаметр, например, больший на 1-2 мм по сравнению с указанным диаметром апертуры.
Вторая линза предпочтительно имеет, по меньшей мере, одну сферическую поверхность.
Сферическая поверхность второй линзы предпочтительно имеет радиус кривизны, который больше или равен 40 мм.
Вторая линза предпочтительно имеет радиус кривизны, который меньше или равен 60 мм.
Вторая линза предпочтительно представляет собой плоско-выпуклую линзу, более предпочтительно с одной выпуклой поверхностью, обращенной к указанной первой линзе.
Первая и вторая линзы предпочтительно расположены так, что соответствующие выпуклые поверхности обращены друг к другу. Таким образом, уменьшаются оптические аберрации.
Разность диаметра указанной апертуры второй линзы и диаметра указанной апертуры первой линзы предпочтительно больше или равна 40% от диаметра апертуры первой линзы, более предпочтительно больше или равна 50% от диаметра апертуры первой линзы.
Разность диаметра указанной апертуры второй линзы и диаметра указанной апертуры первой линзы предпочтительно меньше или равна 100% от диаметра апертуры первой линзы.
Разность диаметра указанной апертуры второй линзы и диаметра указанной апертуры первой линзы предпочтительно больше или равна 70%, более предпочтительно больше или равна 80% от расстояния между задней вершиной первой линзы и задней вершиной второй линзы.
Разность диаметра указанной апертуры второй линзы и диаметра указанной апертуры первой линзы предпочтительно меньше или равна 130%, более предпочтительно меньше или равна 120% от расстояния между задней вершиной первой линзы и задней вершиной второй линзы.
В соответствии с четырьмя вышеприведенными абзацами максимально увеличивается доля светового пучка, выходящего из первой линзы и собираемого второй линзой.
Расстояние между задней вершиной первой линзы и задней вершиной второй линзы предпочтительно больше или равно 10 мм, более предпочтительно больше или равно 12 мм.
Расстояние между задней вершиной первой линзы и задней вершиной второй линзы предпочтительно меньше или равно 20 мм, более предпочтительно меньше или равно 16 мм. Это предусмотрено для уменьшения габаритных размеров и массы конденсора.
Указанное расстояние между данными двумя вершинами предпочтительно является фиксированным.
Осветительная система предпочтительно содержит систему регулирования осевого расстояния между указанным источником света и указанной первой линзой. Таким образом, можно регулировать положение плоскости изображения и/или регулировать количество света, собираемого линзовой системой.
Осевое расстояние между указанным источником света и задней вершиной указанной первой линзы предпочтительно меньше или равно заднему фокусному расстоянию указанной первой линзы. То обстоятельство, что источник света находится на линии фокуса первой линзы или на расстоянии от первой линзы, которое меньше ее заднего фокусного расстояния, обеспечивает высокую процентную долю лучей, излучаемых источником, которые падают на первую линзу. Вторая линза рефокусирует лучи в плоскости изображения, расположенной на осевом расстоянии от передней вершины второй линзы, которое больше или равно переднему фокусному расстоянию второй линзы.
Разность указанного заднего фокусного расстояния и указанного осевого расстояния между источником света и задней вершиной первой линзы предпочтительно больше или равна 5% от указанного заднего фокусного расстояния, более предпочтительно больше или равна 8% от указанного заднего фокусного расстояния.
Разность указанного заднего фокусного расстояния и указанного осевого расстояния между источником света и задней вершиной первой линзы предпочтительно меньше или равна 30% от указанного заднего фокусного расстояния, более предпочтительно меньше или равна 20% от указанного заднего фокусного расстояния. Таким образом, помимо обеспечения компактности осветительной системы оптимизируется собирание светового излучения первой линзой.
Осевое расстояние между передней вершиной второй линзы и точкой пересечения между указанной второй оптической осью и указанной фокальной плоскостью (как правило, фокальной точкой камеры, которая расположена на пересечении указанной первой оптической оси с указанной фокальной плоскостью и в окрестности которой проходит линия объектива) предпочтительно меньше переднего фокусного расстояния указанной второй линзы.
Осветительная система предпочтительно определяет плоскость изображения для источника света, расположенную на осевом расстоянии от передней вершины указанной второй линзы, которое больше или равно переднему фокусному расстоянию второй линзы.
Точка пересечения между указанной плоскостью изображения и указанной второй оптической осью и точка пересечения между указанной второй оптической осью и указанной фокальной плоскостью предпочтительно расположены на расстоянии друг от друга, составляющем, по меньшей мере, 20 мм, более предпочтительно, по меньшей мере, 30 мм.
Таким образом, плоскость изображения, которая находится за пределами переднего фокусного расстояния, также находится за фокальной плоскостью камеры, вблизи которой расположен линейный участок поверхности. Таким образом, предотвращается фокусирование изображения источника света на освещенной поверхности, которое привело бы к воспроизведению тонкой структуры светодиодного источника, которая является сильно неоднородной в отношении силы света, поскольку сам светодиод имеет более светлые точки и более темные точки. Напротив, участок поверхности освещается квазителецентрическим и «несфокусированным» пучком, в котором неоднородности «сглаживаются», в результате чего повышается равномерность освещения.
Указанная линия объектива (которая, как правило, является симметричной относительно фокальной точки) и/или каждый из указанный линейных участков поверхности предпочтительно имеет длину, составляющую, по меньшей мере, 40 мм, более предпочтительно, по меньшей мере, 50 мм.
Указанная вторая оптическая ось предпочтительно пересекает указанную первую оптическую ось и/или указанную линию объектива, более предпочтительно, если она проходит через указанную фокальную точку.
Указанная вторая оптическая ось предпочтительно образует острый угол с указанной оптической плоскостью, который меньше или равен 15° по абсолютной величине, более предпочтительно, если она лежит в указанной оптической плоскости. Таким образом, проецируемый свет предпочтительно центрируется относительно линии объектива.
Указанная вторая оптическая ось предпочтительно образует острый угол с указанной фокальной плоскостью, который больше или равен 7°, более предпочтительно больше или равен 9°.
Указанная вторая оптическая ось предпочтительно образует острый угол с указанной фокальной плоскостью, который меньше или равен 20°, более предпочтительно меньше или равен 15°.
Таким образом, предпочтительно, когда при использовании линейный участок поверхности расположен на или вблизи линии объектива и проецируемый свет очень «близок» к линии поверхности, заключенной в кадр камерой, в результате чего на получаемом изображении усиливаются тени в зоне рельефов и углублений на поверхности, имеющих место в случае наличия выходящих скрученных кордов или окружных разрезов. Кроме того, когда последний признак сочетается с признаком из предыдущего третьего абзаца, световой пучок почти параллелен линии поверхности, заключенной в кадр, в результате чего обеспечивается возможность обнаружения рельефов на поверхности, которые расположены поперек к линии объектива. Например, когда линейный участок поверхности расположен по существу аксиально, скрученные корды, которые имеют по существу окружную конфигурацию, или окружные разрезы являются поперечными к линии объектива.
Указанная ось вращения шины предпочтительно расположена вертикально.
Указанный элемент для обеспечения перемещения устройства предпочтительно представляет собой роботизированную руку.
Указанный элемент для обеспечения перемещения устройства предпочтительно представляет собой антропоморфную роботизированную руку.
Более предпочтительно, если указанная антропоморфная роботизированная рука имеет, по меньшей мере, 5 степеней подвижности.
Указанная окружная зона поверхности предпочтительно представляет собой окружную зону наружной поверхности, более предпочтительно, если она представляет собой окружную зону наружной поверхности плечевой зоны и/или протектора указанной шины.
Указанная первая оптическая ось предпочтительно расположена по существу радиально по отношению к шине.
Таким образом, система получения изображений обеспечивает возможность обнаружения выходящих скрученных кордов.
Указанная окружная зона поверхности предпочтительно представляет собой окружную зону наружной поверхности, более предпочтительно, если она представляет собой окружную зону наружной поверхности борта указанной шины.
Таким образом, система получения изображений обеспечивает возможность обнаружения окружных разрезов.
Дополнительные признаки и преимущества станут более очевидными из подробного описания некоторых иллюстративных, но неограничивающих вариантов осуществления станции, способа и устройства для контроля шин на линии по производству шин согласно настоящему изобретению. Такое описание будет приведено в дальнейшем со ссылкой на сопровождающие фигуры, представленные только в целях иллюстрации и, следовательно, не для ограничения, на которых:
фиг.1 - частичный и схематический вид в перспективе устройства для контроля шин согласно настоящему изобретению;
фиг.2 - частичный и схематический выполненный с пространственным разделением элементов вид в перспективе осветительной системы устройства с фиг.1;
фиг.3 - частичное и схематическое сечение устройства с фиг.1, выполненное по плоскости 11 сечения;
фиг.4 - фрагмент фиг.3;
фиг.5 - схематический вид возможной оптической конфигурации осветительной системы согласно настоящему изобретению; и
фиг.6 - схематический и частичный вид станции контроля шин согласно настоящему изобретению.
На фиг.6 ссылочная позиция 100 обозначает станцию контроля шин на линии по производству шин.
Станция предпочтительно содержит опору 120 (например, пятое колесо), выполненную с возможностью обеспечения опоры для шины 101, установленной на боковине, и с возможностью поворота шины вокруг ее оси 140 вращения (предпочтительно расположенной вертикально). Шина содержит протектор 103, плечевые зоны 104 и борта 106.
Станция 100 содержит устройство 1 для контроля шин.
Станция предпочтительно содержит элемент 102 для обеспечения перемещения (показанный только схематически), на котором устройство 1 смонтировано для обеспечения его перемещения в пространстве. Элемент для обеспечения перемещения устройства предпочтительно представляет собой роботизированную руку, предпочтительно антропоморфную. Еще более предпочтительно, если указанная антропоморфная роботизированная рука имеет, по меньшей мере, 5 степеней подвижности.
Устройство 1 содержит опорную раму 2 и фланец 3 для крепления опорной рамы 2 к элементу 102 для обеспечения перемещения.
Устройство 1 предпочтительно содержит смонтированную систему 4 получения цифровых изображений поверхности шины, при этом система получения изображений жестко смонтирована на опорной раме 2.
Система 4 получения изображений предпочтительно содержит камеру 5, имеющую фокальную плоскость 6 и первую оптическую ось 7, и осветительную систему 8, выполненную с возможностью освещения, по меньшей мере, одной фокальной точки F1, расположенной на пересечении фокальной плоскости 6 с первой оптической осью 7. Фиг.3 показывает следы 6а и 6b концевых плоскостей, соответствующих глубине резкости камеры 5.
Система 4 получения изображений представляет собой систему получения двумерных изображений с высоким разрешением. Камера 5 предпочтительно представляет собой линейную камеру, имеющую оптическую плоскость 15 (лежащую в плоскости 11 сечения на фиг.1) и линию 16 объектива, принадлежащую зоне пересечения фокальной плоскости 6 с оптической плоскостью 15, содержащую фокальную точку F1 и имеющую заданную длину. Например, длина линии 16 объектива, которая на практике соответствует области, заключенной в кадр камерой, может находиться в пределах от 30 мм до 200 мм.
Осветительная система 8 предпочтительно представляет собой квазителецентрическую осветительную систему.
Осветительная система 8 предпочтительно содержит источник 20 света и оптическую линзовую систему 21, имеющую вторую оптическую ось 22.
В качестве примера вторая оптическая ось 22 образует острый угол 23 с фокальной плоскостью 6, равный 11°.
В качестве примера вторая оптическая ось 22 пересекает линию 16 объектива в фокальной точке F1.
В качестве примера вторая оптическая ось 22 лежит в фокальной плоскости 15.
Оптическая линзовая система 21 предпочтительно содержит первую собирающую линзу 30, проксимальную по отношению к источнику света, и вторую собирающую линзу 31, расположенную со стороны, противоположной источнику света по отношению к первой линзе, при этом источник света, первая линза и вторая линза являются коаксиальными по отношению ко второй оптической оси.
В качестве примера первая линза и вторая линза имеют следующие характеристики.
Первая линза:
Асферическая линза
Физический диаметр (мм) 25,0
Световой диаметр (мм) 23,0
Заднее фокусное расстояние (мм) 11,2
Числовая апертура 0,71
Максимальная толщина в середине (мм) 10,8
Толщина на крае (мм) 1,0
Вторая линза
Плоско-выпуклая линза
Физический диаметр (мм) 40,0
Световой диаметр (мм) 39,0
Переднее фокусное расстояние (мм) 95,5
Радиус сферической выпуклой поверхности (мм) 52,3
Максимальная толщина в середине (мм) 7,0
Толщина на крае (мм) 3,0
Числовая апертура 0,20
В качестве примера первая линза представляет собой линзу 66-013 и вторая линза представляет собой линзу 48-240, которые обе поставляются на рынок компанией Edmund Optics Inc.
Первая линза и вторая линза предпочтительно расположены так, что соответствующие выпуклые поверхности обращены друг к другу.
Обе линзы предпочтительно имеют обработанные поверхности с противоотражающим покрытием для избежания потери части светового выхода (например, приблизительно 4% мощности для каждой поверхности).
2
Источник 20 света предпочтительно представляет собой светодиодный источник, имеющий круглую излучающую поверхность с диаметром d, равным, например, 6 мм, и с плотностью оптической мощности, равной в качестве примера 0,44 Вт/мм.
В качестве примера осевое расстояние L1 между источником света и задней вершиной VP1 первой линзы равно 10,4 мм.
В качестве примера осевое расстояние L2 между задней вершиной VP1 первой линзы и задней вершиной VP2 второй линзы равно приблизительно 14 мм.
Фиг.5 схематически показывает только в целях иллюстрации возможную оптическую конфигурацию осветительной системы.
Для ясности оптическое преломляющее воздействие линз рассматривается так, как будто оно все имеет место на задней поверхности первой линзы и на передней поверхности второй линзы.
F2 обозначает задний фокус первой линзы, и F3 обозначает передний фокус второй линзы.
Непрерывная линия 32 показывает два краевых пучка, которые начинаются из гипотетического точечного источника света, расположенного в месте, соответствующем заднему фокусу первой линзы, и которые собираются первой линзой на крае соответствующей апертуры. По определению данные краевые пучки выходят из первой линзы параллельно второй оптической оси и затем фокусируются второй линзой в переднем фокусе F3 последней. Это то, что происходит, когда (непоказанный) источник света, даже неточечный, расположен в фокальной плоскости F2. В этом случае плоскость изображения формируется в плоскости, проходящей через F3.
В варианте осуществления, показанном в качестве примера, в котором светодиод 20 расположен ближе к первой линзе по отношению к фокусу F2, пучки следуют по другому пути.
Пунктирная линия 33 показывает два краевых пучка, которые начинаются из световой точки на крае источника 20 света и которые собираются первой линзой на крае апертуры. Эти пучки выходят из первой линзы и собираются и рефокусируются второй линзой в плоскости 35 изображения, которая в качестве примера расположена на осевом расстоянии от передней вершины VA2 второй линзы, которое больше или равно переднему фокусному расстоянию второй линзы.
Аналогичным образом, штрихпунктирная линия 34 показывает краевые пучки, диаметрально противоположные пучкам, показанным пунктирными линиями 33.
Следовательно, изображение 36, создаваемое источником света, формируется в плоскости 35 изображения.
Как можно видеть, для широкой осевой зоны в окрестности плоскости 35 изображения световой пучок имеет высокую оптическую плотность (поскольку почти весь излучаемый свет собирается) и низкую степень расхождения.
Например, фокальная точка F1 камеры может быть расположена так, как показано на фиг.5, а именно на расстоянии от второй линзы, которое меньше переднего фокусного расстояния второй линзы. Таким образом, по меньшей мере, существенная часть линии объектива освещается при равномерном освещении.
Осветительная система в качестве примера содержит опорный элемент 40 (соответственно снабженный ребрами для содействия рассеянию тепла, выделяемого светодиодом), жестко прикрепленный к опорной раме 2.
Осветительная система в качестве примера содержит первый корпусной элемент 41, второй корпусной элемент 42 и промежуточный элемент 43, расположенный между двумя корпусными элементами 41, 42.
Первый корпусной элемент 41 содержит первую цилиндрическую часть 41а, обращенную к источнику света, которая обеспечивает дистанционирование первой линзы от источника света.
Наружная поверхность данной первой части 41а выполнена с резьбой и соединяется с гнездом опорного элемента 40, выполненным с внутренней резьбой. Таким образом, обеспечивается система регулирования осевого расстояния между источником света и первой линзой. После регулирования положения линзовой оптической системы 21 относительно источника 20 света посредством резьбового соединения соответствующие резьбовые штифты 46, которые входят в соответствующие резьбовые отверстия в опорном элементе 40, затягивают относительно первого корпусного элемента для придания устойчивости узлу.
Источник 20 света в качестве примера прикреплен, например, приклеен к нижней части указанного гнезда опорного элемента 40, выполненного с внутренней резьбой.
Корпусной элемент 41 содержит вторую часть 41b, в которой с наружной стороны образован фланец и с внутренней стороны образовано гнездо для размещения первой линзы 30. Следует отметить, что минимальное свободное сечение первого корпусного элемента (в нижней части гнезда для размещения) представляет собой оптическую апертуру первой линзы.
Второй корпусной элемент 42, по существу цилиндрический, содержит внутри гнездо для размещения второй линзы 31. Соответствующие винты 44 и центрирующие штифты 45 обеспечивают фиксацию второго корпусного элемента относительно второй фланцевой части 41b первого корпусного элемента 41.
Промежуточный элемент 43, имеющий цилиндрическую наружную поверхность, размещен в предназначенном для размещения гнезде второго корпусного элемента 42 в месте, находящемся между второй линзой 31 и первым корпусным элементом 41, для удерживания второй линзы 31 на заданном расстоянии от последнего. Внутренняя поверхность промежуточного элемента 43 проходит конусообразно вокруг второй оптической оси в соответствии с разностью апертур двух линз. Соответствующие уплотнительные кольца 47 размещены между линзами и соответствующими гнездами для размещения.