УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ШИН НА ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ЛИНИИ Российский патент 2019 года по МПК G01B11/245 G01M17/02 

Настоящее изобретение относится к 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, 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 каждая координата (как правило, двумерная) 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) связана с соответствующим множеством 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 дальнейшем упоминание источников света и/или соответствующих вспомогательных источников следует понимать как упоминание соответствующей излучающей поверхности, видимой с осевой линии объектива.

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 в устройствах для контроля шин с оптическим получением двумерных изображений такого типа, как описанные в документе US 2010/0002244 А1, расположение источников 11а,b и 12а,b света, ортогональных друг другу, обуславливает большой общий объем группы источников света. Кроме того, осевая линия объектива всегда освещается одновременно с противоположных сторон, в результате чего получается только двумерное изображение, получаемое при рассеянном свете.

Заявитель также убедился в том, что устройства для контроля с оптическим получением двумерных изображений такого типа, как описанные в документе US 2004/0212795 А1, в которых изображение получают матричной камерой, не приспособлены для эффективного получения изображения на всей протяженности шины по окружности. Кроме того, конструкция источников света и их относительное положение друг относительно друга и относительно камеры делают общий объем группы источников и/или комплекта, состоящего из камеры и группы источников, очень большим.

Заявитель также осознал, что осветительные устройства такого типа, как описанное в документе US 6680471 В2, в которых камеры расположены рядом с источниками света с одной стороны последних, не позволяют обеспечить гибкость освещения поверхности шины. Например, это не дает возможность получения как изображений при свете, падающем под скользящим углом, так и изображений при рассеянном свете. Кроме того, конструкция и схема расположения камер и источников делают конструкцию в целом сложной и не очень гибкой в эксплуатации.

Заявитель также осознал, что осветительные устройства такого типа, как описанное в документе US 2012/0134656 А1, содержащие среди прочего две камеры, имеют сложную конструкцию, которая является громоздкой и не очень гибкой в эксплуатации при получении изображений при рассеянном и/или падающем под скользящим углом свете.

Следовательно, Заявитель поставил задачу реализации устройства для контроля шин, которое способно получать двумерные изображения (в частности, для обнаружения дефектов на поверхности шины) поверхности шины, которое адаптировано для встраивания в одну линию с предназначенной для изготовления шин линией производственной установки, то есть адаптировано для использования с уменьшенными оперативными временами и затратами, и способно обеспечить надежные результаты.

Заявитель осознал, что при размещении линейных камер и, по меньшей мере, трех источников света при соответствующем основном направлении протяженности, по существу параллельном оптической плоскости, в которой лежит осевая линия объектива камеры, и при размещении двух источников света с противоположных сторон от оптической плоскости и размещении третьего источника света между ними обеспечивается возможность получения изображений как при рассеянном свете, так и при свете, падающем под скользящим углом, что особенно полезно для вышеуказанного контроля шин.

Более точно, Заявитель в завершение установил, что устройство, содержащее линейную камеру, имеющую осевую линию объектива, и, по меньшей мере, три источника света, которые проходят по существу параллельно осевой линии объектива и с противоположных сторон от последней, при этом третий источник света расположен между первыми двумя, является особенно компактным и удобным в обращении; оно может быть подведено соответствующим образом близко к поверхности шины и/или оно может быть вставлено внутри самой шины. Кроме того, было доказано, что оно является особенно универсальным при получении изображений при рассеянном свете с высокой силой света и/или с большим объемным углом падения и/или при получении изображений при свете, падающем под скользящим углом с, по меньшей мере, одной или с обеих сторон от осевой линии объектива, при этом также обеспечивается возможность обнаружения трехмерных дефектов исходя из двумерных изображений.

В соответствии с первым аспектом изобретение относится к устройству для контроля шин на линии изготовления шин.

Предпочтительно ,предусмотрена опора для шины.

Предпочтительно, предусмотрена система обнаружения, содержащая линейную камеру, имеющую осевую линию объектива, лежащую в оптической плоскости, проходящей через линейную камеру.

Предпочтительно, предусмотрены первый источник света, второй источник света и третий источник света, выполненные с возможностью излучения соответственно первого, второго и третьего световых излучений для освещения линейного участка поверхности указанной шины, совпадающего с указанной осевой линией объектива или находящегося вблизи указанной осевой линии объектива.

Указанные первый источник света и второй источник света предпочтительно находятся соответственно с противоположных сторон по отношению к указанной оптической плоскости.

Предпочтительно, предусмотрен блок управления и контроля, выполненный с возможностью:

- избирательного включения одного или более из указанных первого источника света, второго источника света и третьего источника света и

- включения указанной линейной камеры для получения соответствующего двумерного изображения указанного линейного участка поверхности синхронно с включением указанного, по меньшей мере, одного из указанных первого источника света, второго источника света и третьего источника света.

Каждый из указанных первого источника света, второго источника света и третьего источника света предпочтительно содержит один или более соответствующих субисточников, каждый из которых имеет соответствующее основное направление протяженности, которое образует с указанной оптической плоскостью угол, который меньше или равен 45°.

Расстояние от указанных субисточников третьего источника света до указанной оптической плоскости предпочтительно меньше расстояния между каждым из указанных первого источника света и второго источника света и указанной оптической плоскостью.

Заявитель полагает, что для контроля поверхности шин на производственной линии, в частности, для обнаружения возможных дефектов на указанной поверхности посредством получения и обработки двумерных цифровых оптических изображений размещение, по меньшей мере, трех источников света с соответствующим основным направлением протяженности, по существу параллельным (то есть при менее 45°) относительно оптической плоскости, в которой лежит осевая линия объектива камеры, при этом первый источник света и второй источник света расположены соответственно с противоположных сторон от оптической плоскости и третий источник света расположен между первым и вторым источниками света, придает особую компактность и управляемость устройству и/или обеспечивает возможность рассеянного освещения осевой линии объектива при широком телесном угле и/или позволяет получать изображения как при рассеянном свете, так и при свете, падающем под скользящим углом с одной или обеих сторон от осевой линии объектива.

Настоящее изобретение также может иметь один или более из предпочтительных признаков, описанных ниже.

При фокальной плоскости, ортогональной к указанной оптической плоскости и проходящей через осевую линию объектива, соответствующий угол, образованный между указанной фокальной плоскостью и любой плоскостью, проходящей через указанную осевую линию объектива и любую точку соответственно указанных первого источника света и второго источника света, предпочтительно меньше или равен 60°, более предпочтительно - меньше или равен 55°. Таким образом, на участке поверхности получают первое и второе излучения света, падающего под скользящим углом.

Соответствующий угол, образованный между указанной фокальной плоскостью и любой плоскостью, проходящей через указанную осевую линию объектива и любую точку соответственно указанных первого источника света и второго источника света, предпочтительно больше или равен 10°, более предпочтительно - больше или равен 20°, еще более предпочтительно - больше или равен 30°. Таким образом, обеспечивается возможность размещения группы источников вблизи осевой линии объектива.

Указанный третий источник света предпочтительно выполнен с возможностью освещения указанной осевой линии объектива рассеянным светом.

Для каждой точки осевой линии объектива соответствующий угол, имеющий вершину в данной точке и лежащий в базовой плоскости, ортогональной к осевой линии объектива, и стягиваемый указанным третьим источником света, предпочтительно больше или равен 60°, более предпочтительно - больше или равен 70°. Таким образом, получают широкий телесный угол рассеянного света.

Соответствующий угол в базовой плоскости, ортогональной к указанной осевой линии объектива, имеющий вершину в каждой точке осевой линии объектива и стягиваемый группой из указанных первого источника света, второго источника света и третьего источника света, предпочтительно больше или равен 70°, более предпочтительно - больше или равен 80°. Таким образом, получают еще более широкий телесный угол рассеянного света также при использовании первого источника света и второго источника света одновременно с третьим источником света для получения изображения при рассеянном свете.

Указанный третий источник света предпочтительно содержит множество соответствующих субисточников, более предпочтительно, по меньшей мере, четыре соответствующих субисточника, распределенных с обеих сторон указанной оптической плоскости, более предпочтительно - распределенных симметрично относительно указанной оптической плоскости. Таким образом, получают равномерное освещение осевой линии объектива рассеянным светом, и, кроме того, группа источников будет выполнена особенно компактной.

Каждый из указанных первого источника света, второго источника света и третьего источника света предпочтительно содержит указанные один или более соответствующих субисточников.

Каждый из первого источника света и второго источника света предпочтительно содержит только один субисточник. Таким образом, получают соответствующее направленное излучение, предпочтительно падающее под скользящим углом.

Указанное соответствующее основное направление протяженности каждого из указанных одного или более соответствующих субисточников предпочтительно образует с указанной оптической плоскостью угол, который меньше или равен 30°.

Указанное соответствующее основное направление протяженности каждого из указанных одного или более соответствующих субисточников предпочтительно образует с указанной оптической плоскостью угол, который меньше или равен 15°.

Еще более предпочтительно, если указанное соответствующее основное направление протяженности каждого из указанных одного или более соответствующих субисточников параллельно указанной оптической плоскости.

Таким образом, оптимизируются освещение осевой линии объектива и общий объем группы источников.

Указанные первый источник света и второй источник света предпочтительно находятся на одинаковом расстоянии от указанной оптической плоскости.

Указанные соответствующие субисточники предпочтительно имеют один размер вдоль основного направления протяженности, по меньшей мере, в два раза, более предпочтительно, на, по меньшей мере, один порядок величин превышающий размер, определяемый ортогонально к указанному основному направлению протяженности.

Каждый из указанных субисточников предпочтительно имеет размер вдоль указанного основного направления протяженности, который меньше или равен 20 см, более предпочтительно - меньше или равен 15 см.

Каждый из указанных субисточников предпочтительно имеет размер вдоль указанного основного направления протяженности, который больше или равен 5 см.

Каждый из указанных субисточников предпочтительно имеет размер, определяемый ортогонально к указанному основному направлению протяженности, который меньше или равен 3 см, более предпочтительно - меньше или равен 2 см. Вышеуказанные размеры позволяют выполнить субисточники с формой, эффективной по отношению к основной оси объектива, и уменьшить объем.

Указанные соответствующие субисточники по конструкции и/или размерам предпочтительно идентичны друг другу. Таким образом, упрощаются конструкция, эксплуатация и техническое обслуживание группы источников.

Указанные соответствующие субисточники предпочтительно имеют протяженность по прямой линии вдоль основного направления протяженности. Таким образом, уменьшается объем при одновременном сохранении высокой эффективности освещения.

Субисточники первого источника света, второго источника света и третьего источника света предпочтительно расположены так, что на, по меньшей мере, половине их протяженности они расположены друг над другом на виде, ортогональном к осевой линии объектива.

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. Таким образом, уменьшается объем группы источников.

Субисточники первого источника света, второго источника света и третьего источника света предпочтительно расположены вдоль линии в базовой плоскости, ортогональной к осевой линии объектива, с вогнутостью, направленной к осевой линии объектива. В одном варианте осуществления указанные субисточники расположены на одинаковом расстоянии от указанной осевой линии объектива (то есть они распределены по дуге окружности). В альтернативном варианте осуществления указанные субисточники расположены в виде треугольника, более предпочтительно с вершиной в оптической плоскости.

Все субисточники, расположенные с одной стороны указанной оптической плоскости, предпочтительно распределены на одинаковом расстоянии друг от друга. Таким образом, упрощается регулирование интенсивности света, падающего на осевую линию объектива.

Для каждой точки осевой линии объектива соответствующий угол, имеющий вершину в указанной каждой точке и лежащий в базовой плоскости, ортогональной к осевой линии объектива, и стягиваемый каждым из указанных субисточников, предпочтительно меньше или равен 10°. Таким образом, каждый субисточник предпочтительно создает направленный свет, падающий на осевую линию объектива, и существует возможность включения группы источников для генерирования светового излучения гибким образом, с заданной направленностью (например, первого и второго светового излучения) или с соответствующими характеристиками рассеянного света (например, третьего светового излучения).

В одном варианте осуществления система обнаружения содержит зеркало, имеющее отражающую поверхность, расположенную у третьего источника света перпендикулярно к оптической плоскости и пересекающую оптическую плоскость (как правило, по средней линии зеркала) так, чтобы отражать указанную осевую линию объектива в оптической плоскости под углом, который больше или равен 30°, предпочтительно больше или равен 45°, и/или меньше или равен 135°, предпочтительно меньше или равен 120°. Таким образом, предпочтительно во время контроля внутренней поверхности шины линейная камера остается расположенной в центральной зоне шины, в то время как группа источников функционирует вблизи внутренней поверхности шины.

Блок 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 указанной линейной камеры для получения соответственно первого, второго и третьего изображений синхронно с включением соответственно указанных 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, конфигурированный для следующих функций:

- получения указанного соответствующего изображения или указанных первого, второго и третьего изображений от линейной камеры;

- обработки указанного соответствующего изображения или указанных первого, второго и третьего изображений для контроля указанного участка поверхности.

Блок обработки данных предпочтительно выполнен с возможностью вычисления разности указанных первого и второго изображений для получения информации о профиле высот (то есть возможном наличии или отсутствии рельефов и/или углублений) указанного линейного участка поверхности.

Вычисление разности указанных 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 или надпись на рельефе) и учета подобной информации при обработке изображения, полученного при рассеянном свете, для поиска дефектов.

Устройство предпочтительно содержит роботизированную руку, на которой смонтированы указанные первый источник света, второй источник света и третий источник света и/или указанная система обнаружения.

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.

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, во время вращения шины можно корректно получить последовательность изображений линейных участков независимо от скорости вращения шины.

Дополнительные характеристики и преимущества станут более очевидными из подробного описания нескольких неисключительных приведенных в качестве примера 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.

Устройство содержит систему 104 обнаружения, содержащую линейную камеру 105, имеющую осевую линию 106 объектива, лежащую в оптической плоскости 107, проходящей через линейную камеру.

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, в котором используется вышеуказанное устройство.

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).

В качестве примера для каждой точки каждого линейного участка поверхности и, следовательно, для каждой точки исследуемого участка поверхности вся 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.

Для каждой точки каждого линейного участка поверхности 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.

Изобретение относится к устройству для контроля возможного наличия дефектов шин на линии изготовления шин. Устройство для контроля шин содержит линейную камеру, имеющую осевую линию объектива, лежащую в оптической плоскости, первый, второй и третий источники света, предназначенные для излучения соответственно первого, второго и третьего световых излучений. При этом устройство содержит блок управления и контроля, выполненный с возможностью избирательного включения, по меньшей мере, одного из первого, второго и третьего источников света и включения линейной камеры для получения двумерного изображения линейного участка поверхности шины синхронно с включением первого, второго и третьего источников света. Причем первый и второй источники света находятся с противоположных сторон оптической плоскости, при этом каждый из первого, второго и третьего источников света содержит один или более субисточников, каждый из которых имеет соответствующее основное направление протяженности, параллельное оптической плоскости, и при этом расстояние от субисточников третьего источника света до оптической плоскости меньше расстояния от первого и второго источников света до оптической плоскости. Технический результат – получение двумерных изображений на поверхности шины, которое адаптировано для встраивания в одну линию с предназначенной для изготовления шин линией производственной установки. 29 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство (1) для контроля шин на линии изготовления шин, содержащее:

опору (102) для шины (200);

систему (104) обнаружения, содержащую линейную камеру (105), имеющую осевую линию (106) объектива, лежащую в оптической плоскости (107), проходящей через линейную камеру;

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 шины, совпадающего с осевой линией объектива или находящегося вблизи нее;

блок (140) управления и контроля, выполненный с возможностью:

- избирательного включения, по меньшей мере, одного из первого источника света, второго источника света и третьего источника света и

- включения линейной камеры для получения соответствующего двумерного изображения указанного линейного участка поверхности синхронно с включением указанного, по меньшей мере, одного из первого источника света, второго источника света и третьего источника света,

при этом первый источник света и второй источник света находятся соответственно с противоположных сторон по отношению к оптической плоскости;

причем каждый из первого источника света, второго источника света и третьего источника света содержит один или более соответствующих субисточников (111, 112, 113), каждый из которых имеет соответствующее основное направление (114) протяженности, которое образует с оптической плоскостью угол, который меньше или равен 45°, при этом расстояние от субисточников третьего источника света до оптической плоскости меньше расстояния между каждым из первого источника света и второго источника света и оптической плоскостью.

2. Устройство (1) по п.1, в котором при фокальной плоскости (121), ортогональной к оптической плоскости и проходящей через осевую линию объектива, соответствующий угол (122, 123), образованный между фокальной плоскостью и любой плоскостью, проходящей через осевую линию объектива и любую точку соответственно первого источника света и второго источника света, меньше или равен 60°.

3. Устройство (1) по п.1 или 2, в котором соответствующий угол (124, 125), образованный между фокальной плоскостью и любой плоскостью, проходящей через осевую линию объектива и любую точку соответственно первого источника света и второго источника света, больше или равен 10°.

4. Устройство (1) по любому из пп.1-3, в котором третий источник света выполнен с возможностью освещения осевой линии объектива рассеянным светом.

5. Устройство (1) по любому из пп.1-4, в котором для каждой точки осевой линии объектива соответствующий угол (126), имеющий вершину в данной точке и лежащий в базовой плоскости (116), ортогональной к осевой линии объектива, и стягиваемый третьим источником света, больше или равен 60°.

6. Устройство (1) по любому из пп.1-5, в котором соответствующий угол в базовой плоскости, ортогональной к осевой линии объектива, имеющий вершину в каждой точке осевой линии объектива и стягиваемый комплектом из первого источника света, второго источника света и третьего источника света, больше или равен 70°.

7. Устройство (1) по любому из пп.1-6, в котором третий источник света содержит множество соответствующих субисточников (113), распределенных с обеих сторон оптической плоскости.

8. Устройство (1) по п.7, в котором субисточники (113) третьего источника света распределены симметрично относительно оптической плоскости (107).

9. Устройство (1) по любому из пп.1-8, в котором каждый из первого источника света, второго источника света и третьего источника света состоит из указанных одного или более соответствующих субисточников.

10. Устройство (1) по любому из пп.1-9, в котором каждый из первого источника света и второго источника света состоит из только одного субисточника (111, 112).

11. Устройство (1) по любому из пп.1-10, в котором соответствующее основное направление (114) протяженности каждого из указанных одного или более соответствующих субисточников образует с оптической плоскостью угол, который меньше или равен 30°.

12. Устройство (1) по любому из пп.1-11, в котором соответствующее основное направление (114) протяженности каждого из указанных одного или более соответствующих субисточников образует с оптической плоскостью угол, который меньше или равен 15°.

13. Устройство (1) по любому из пп.1-12, в котором соответствующее основное направление (114) протяженности каждого из указанных одного или более соответствующих субисточников параллельно оптической плоскости.

14. Устройство (1) по любому из пп.1-13, в котором первый источник света и второй источник света находятся на одинаковом расстоянии от оптической плоскости (107).

15. Устройство (1) по любому из пп.1-14, в котором соответствующие субисточники имеют один размер вдоль основного направления (114) протяженности, который, по меньшей мере, в два раза превышает размер, определяемый ортогонально к основному направлению протяженности.

16. Устройство (1) по любому из пп.1-15, в котором каждый из субисточников имеет размер вдоль основного направления протяженности, который меньше или равен 20 см.

17. Устройство (1) по любому из пп.1-16, в котором каждый из субисточников имеет размер, определяемый ортогонально к основному направлению протяженности, который меньше или равен 3 см.

18. Устройство (1) по любому из пп.1-17, в котором соответствующие субисточники по конструкции и/или размерам идентичны друг другу.

19. Устройство (1) по любому из пп.1-18, в котором соответствующие субисточники имеют протяженность по прямой линии вдоль основного направления протяженности.

20. Устройство (1) по любому из пп.1-19, в котором субисточники (111, 112, 113) первого источника света, второго источника света и третьего источника света расположены так, что на, по меньшей мере, половине их протяженности они расположены друг над другом на виде, ортогональном к осевой линии объектива.

21. Устройство (1) по любому из пп.1-20, в котором субисточники первого источника света, второго источника света и третьего источника света расположены вдоль линии (115, 116) в базовой плоскости (116), ортогональной к осевой линии объектива, с вогнутостью, направленной к осевой линии объектива.

22. Устройство (1) по любому из пп.1-21, в котором субисточники расположены на одинаковом расстоянии от осевой линии объектива.

23. Устройство (1) по любому из пп.1-22, в котором субисточники расположены в виде треугольника.

24. Устройство (1) по любому из пп.1-23, в котором для каждой точки осевой линии объектива соответствующий угол (120), имеющий вершину в указанной каждой точке и лежащий в базовой плоскости (116), ортогональной к осевой линии объектива, и стягиваемый каждым из субисточников, меньше или равен 10°.

25. Устройство (1) по любому из пп.1-24, в котором система обнаружения содержит зеркало (150), имеющее отражающую поверхность, расположенную у третьего источника света перпендикулярно к оптической плоскости и пересекающую оптическую плоскость так, чтобы отражать осевую линию объектива в оптической плоскости под углом, который больше или равен 30° и меньше или равен 135°.

26. Устройство (1) по любому из пп.1-25, в котором блок управления и контроля выполнен с возможностью:

- включения 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.

27. Устройство (1) по любому из пп.1-26, в котором содержится блок обработки данных, выполненный с возможностью:

- получения соответствующего изображения или первого, второго и третьего изображений от линейной камеры;

- обработки соответствующего изображения или первого, второго и третьего изображений для контроля участка поверхности.

28. Устройство (1) по любому из пп.1-27, дополнительно содержащее роботизированную руку, на которой смонтированы первый источник света, второй источник света и третий источник света и система обнаружения.

29. Устройство (1) по любому из пп.1-28, дополнительно содержащее элемент для обеспечения перемещения, выполненный с возможностью приведения во вращение опоры (102) и, следовательно, шины вокруг ее оси вращения, при этом блок управления и контроля выполнен с возможностью приведения в действие элемента для обеспечения перемещения.

30. Устройство (1) по любому из пп.1-29, дополнительно содержащее систему для определения углового положения опоры, при этом блок управления и контроля выполнен с возможностью избирательного включения первого источника света, второго источника света и третьего источника света и приведения в действие системы обнаружения в зависимости от сигнала углового положения опоры, передаваемого системой определения углового положения.