用于分析和检测物体几何特征的设备和方法与流程

本发明涉及一种用于分析和检测物体的几何特征或参数的设备和方法，该物体比如为轮胎式车轮的轮胎，物体的几何特征或参数比如为轮胎的胎面的磨损状态或轮胎的几何形状、比如说螺尾形(run-out)或渐缩形。

背景技术：

已经提出了用于对轮胎胎面磨损进行测量的许多手段，所述手段基于通常通过机械探头的接触技术或避免与轮胎接触的视觉技术。

所提出的非接触式解决方案主要通过一种或多种三角测量系统获得，所述三角测量系统在可视区域中使用点式激光器和叶片式激光器以及摄像机。在点式三角测量仪的情况下，测量头可移动并作为激光扫描仪工作。使用叶片状激光而不是多个单独的点状激光避免了使各部件机械地运动。

然而，这些解决方案提供了用于激光三角测量仪的特定的位置校准，并且还要求摄像机轴和激光器之间角度随着时间的稳定性。此外，由于摄像机位置与激光照射器位置之间的水平距离，因此可能需要现场校准。

us2012007956a1教示了一种用于检测轮胎的特征的设备，其包括两个摄像机和照亮装置。在该设备中，为了进行合适的检测，必须使轮胎围绕其旋转轴旋转一圈。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提供一种用于分析和检测物体比如轮胎式车轮的轮胎的几何特征或参数的新的设备。

本发明的另一目的是提供一种如上所述的实施起来简单并且同时有效的设备。

本发明的另一目的是提供一种能够获取关于轮胎式车轮的轮胎的多个数据或信息的设备，多个数据或信息比如为轮胎胎面的磨损状况、轮胎的几何形状比如为螺尾形或渐缩形、由于车辆配置或由于车辆在道路上的行驶而导致的不规则性。

本发明的另一目的是提供一种用于分析和检测轮胎式车轮的轮胎的几何特征或参数的新方法。

根据本发明的一方面，提供了一种根据权利要求1所述的设备。

根据本发明的一方面，提供了一种根据权利要求15所述的方法。

从属权利要求涉及本发明的优选和有利的各实施方式。

附图说明

根据通过附图中的指示的方式示出的设备的实施方式的描述，本发明的其他特征和优点将变得明显，在附图中：

-图1和图2分别是根据本发明的设备的俯视图和侧视图；

-图3是根据本发明的设备的截面图；

-图4至图6分别是根据本发明的设备的立体图、侧视图和俯视图，其中，示出有轮胎式车轮；

-图7是根据本发明的设备的截面图，其中，摄像机处于两个位置中；以及

-图8是由根据本发明的设备或方法执行的旋转平移的示意图。

在附图中，相同的零件或部件用相同的附图标记表示。

具体实施方式

参照附图，设备1被示出用于对物体、特别地是轮胎式车轮tw或者确切地是轮胎式车轮tw的轮胎t的几何特征或参数进行分析和检测，设备1限定或识别或限制物体比如轮胎式车轮tw或者确切地是轮胎式车轮tw的轮胎t的前进或滚动路径rp，并且设备1包括：

-至少一个照亮装置2，比如设计成使物体比如在路径rp上滚动或前进的车轮tw的轮胎t的一个部分照亮的激光器；

-至少两个摄像机3，每个摄像机3被设计成对例如在路径rp上滚动或前进的物体t的由照亮装置2照亮的部分的一个图像进行检测，其中，摄像机3优选地相对于滚动或前进路径rp的纵向延伸对称轴线y-y安置成彼此相对。

此外，滚动或前进路径rp具有位于待分析的车轮tw的一侧的入口端部rp1以及待分析的车轮tw的出口端部rp2。

下文将参照检测或获取的特征比如轮胎式车轮tw或者轮胎式车轮tw的轮胎t的几何形状给出本专利申请的发明主题的描述，但是应当理解的是，类似的考虑因素适用于物体，通常特别地适用于在滚动或前进路径上滚动或前进的物体。

替代性地，物体还可以静止或者以固定的步数前进、即以非连续的方式前进。

特别地，使用根据本发明的设备或方法可分析的物体为下述物体：所述物体安装在相应的框架上且在相应的使用期间被设计成前进或滚动，例如，所述物体为安装在车辆的轴上的轮胎式车轮。

更特别地，根据本发明的设备被设计成或适于对安装在相应车辆比如摩托车、汽车或卡车的轴上的轮胎式车轮tw或轮胎式车轮tw的轮胎t的几何特征或参数进行分析和检测，因而在对轮胎分析之前无需将车轮从车辆拆卸下来。

根据较不优选的变型，物体安装在设备本身的框架上并且借助于所述框架在前进或滚动路径上前进或滚动。

设备还包括电子控制单元或中央处理单元eu，该电子控制单元或中央处理单元eu设计成对从摄像机3接收的轮胎t的图像oi进行插补，以便估算轮胎t本身的几何特征或参数。电子单元eu实质上处理和显示由图像采集系统收集的数据。

电子单元eu还设计为使从每个摄像机3或更好地从摄像机3的立体系统接收的每个图像oi旋转平移到穿过在路径rp上滚动的车轮tw的轴线x-x的平面pp上。关于旋转平移，当一个人想要在已知的另一系统(称为全局)中构建凸起(在被称为局部系统中计算)的顶点时，则局部坐标应当被旋转平移以将局部坐标带回全局系统。例如，该操作可以使用最小二乘法(methodofleastsquares)来进行。

更特别地，摄像机3被设计成对在路径rp上静止或滚动的车轮tw的轮胎t的由一个或多个照亮装置2照亮的多个部分的图像进行检测；在相应的时刻期间获得每个摄像机3的每次检测，因此能够在两个或更多个不同时刻使用摄像机3来检测图像，在所述两个或更多个不同时刻，车轮tw相对于摄像机3和照亮装置2布置在不同的前进或滚动位置中，或者在所述两个或更多个不同时刻，至少两个不同的照亮装置2打开，或者照亮装置2由于其的移位而布置在不同的位置中。

实际上，摄像机根据立体视觉的原理操作，以便于借助于电子单元eu在空间中重建从一个或更多个照亮装置2获得的轮廓曲线。

摄像机3可以布置成彼此相距一适当的距离，使得摄像机3构建可用于对视野进行限定的共用空间。此外，摄像机3可以具有光轴oa1、oa2，光轴oa1、oa2相对于滚动路径rp的延伸轴线y-y的方向倾斜一合适的角度(用以构建可用于对视野的进行限定的共用空间)，其中，一个光轴在一个方向上而另一个光轴在相反的方向上，使得相应采集端部3a的对称轴线或光轴oa1、oa2沿着朝向入口端部rp1靠拢的方向会聚。根据较不优选的变型，光轴oa1、oa2沿朝向出口端部rp2靠拢的方向会聚，在这种情况下，摄像机3设计成在物体t已经经过摄像机本身之后测出物体t的数据。

关于照亮装置2，照亮装置2优选地布置在摄像机3之间的中间或中央位置中，即，布置成大致跨置在滚动路径rp的延伸轴线y-y上。此外，照亮装置2有利地安置在相对于摄像机3的关于滚动路径rp的延伸轴线y-y的偏移位置中，在需要的情况下，照亮装置2布置在更靠近入口端部rp1的位置处或者替代性地布置在更靠近出口端部rp2的位置处。

有利地，照亮装置2设计成将具有在可见光与红外光之间的波长的相干光或非相干光投射在轮胎t上，以便使轮胎t的沿着相对于待分析的车轮tw的旋转轴线x-x倾斜或者不经过待分析的车轮tw的旋转轴线x-x的平面lp的部分被加亮(highlight)。

此外，照亮装置2设计成将光平面lp投射在轮胎t上，该光平面lp与摄像机的光轴所在的立体系统的平面相比以不同的角度与轮胎t的胎面相交。

设备1还可以设置有用于使摄像机3和/或照亮装置2倾斜的装置。

此外，该设备可以设置有下述装置：所述装置用于使摄像机3在相对于滚动路径rp的延伸轴线y-y的横向或正交方向上和/或在平行于延伸轴线y-y的方向上远离/靠近。

该设备可以进一步设置有用于使照亮装置2移动的装置。

在需要的情况下，照亮装置2和摄像机3分别具有面朝滚动路径rp的同一方向的照亮端部2a(在照亮装置2的情况下)和采集端部3a(在摄像机3的情况下)，也就是说，照亮装置2和摄像机3均有利地面朝滚动路径rp的入口端部rp1并且远离滚动路径rp的出口端部rp2，或者替代性地，照亮装置2和摄像机3均面朝滚动路径rp的出口端部rp2并且远离滚动路径rp的入口端部rp1。

在该方面，在每一时刻，两个摄像机3均采集图像，并且这两个图像被电子控制单元eu插补且可选地旋转平移，以便获得旋转平移的图像rti，该图像rti随后与在不同时刻处采集和插补的图像进行插补。因此，由摄像机3在第一时刻采集的图像被相互插补且可选地旋转平移，并且由摄像机3在第一时刻之后的第二时刻采集的图像被相互插补且可选地旋转平移，并且随后与在第一时刻采集的且先前互相插补的图像进行插补。

实际上，在根据本发明的设备已经在摄像机参考系统中获得了曲线或图像oi(并且因此不是激光器lp的曲线或图像)的情况下，该曲线或图像oi被旋转平移到穿过车轮轴线x-x的平面pp上以便获得轮胎rti的部段或部段的图像。

实际上，轮胎的沟槽或凸起的显著点和/或边缘通过边缘检测或类似技术来识别。这些点允许通过最佳配合或等同过程在分割轮胎t的空间中建立平面。在与轮胎t的相同胎面相关的两个或更多个图像的帮助下，能够将轮廓的图像旋转平移到穿过车轮tw的旋转轴线x-x的平面上并确定沟槽的深度，或者在任何情况下确定轮胎t的胎面的凸出部(花纹)。

在需要的情况下，设备1包括对滚动路径rp进行限定的基部或平台4，基部或平台4将是大致水平的并且可能具有相对于水平位置稍倾斜的部段。基部或平台4的宽度可以大致对应于或稍大于待分析的车轮tw的宽度。替代性地，基部4宽度还可以大致对应于其中一个或更多个车轮必须被分析的车辆的宽度或者至少大致对应于车辆本身的两个相邻车轮之间的宽度。

在这种情况下，摄像机3可以安装在基部4中，并且设备1可以包括用于使摄像机3在第一下部静置位置与第二上部位置之间移动的装置5，在第一下部静置位置中，摄像机3容置或隐藏在基部4内，并且在第二上部位置中，例如，摄像机3相对于基部4向上露出并且具有采集端部3a，采集端部3a面朝路径rp的一侧以对在路径rp上滚动或前进或静止的轮胎t的由照亮装置2照亮的部分的图像进行检测。移动装置5设计成使摄像机3相对于前进或滚动路径rp成角度地和/或横向地、例如成角度地和/或竖向地移动。

此外，在第一位置中，摄像机3不妨碍车轮tw在滚动路径rp上的通过，而优选地，在第二位置中，摄像机3截断物体在路径rp上的前进或滚动区域。

更特别地，移动装置5可以包括杆组，该杆组在一侧可操作性地连接至摄像机3并且在另一侧具有从移动路径rp突出或与移动路径rp齐平的可移动端部，使得杆组能够与在路径rp上滚动或前进的车轮tw接合，以使得随着车轮tw在杆组的可移动端部上通过，摄像机3能够在第一位置与第二位置之间移动。

在该方面，移动装置5可以包括在需要的情况下为带状件5a的推动装置，该带状件5a各自安装在基部4的相应凹槽4a中，并且移动装置5还包括借助于螺钉、螺栓等连接至或更好地固定至推动装置5a的一个或多个第一杆5b以及连接至摄像机3或与摄像机3成一体的一个或多个第二杆5c。

一个或多个第一杆5b借助于第一销或相应的第一销5d枢转至基部4，而一个或多个第二杆5c借助于第二销或相应的第二销5e枢转至基部4。

一个或多个第一杆5b操作性地连接至一个或多个第二杆5c，使得特别地借助于在滚动路径rp上传送的车轮tw按压推动装置5a而致使一个或多个第一杆5b运动，在需要的情况下，一个或多个第一杆5b围绕第一销5d枢转致使一个或多个第二杆5c运动，在需要的情况下，一个或多个第二杆5c围绕第二销5e枢转，由此使摄像机3从第一位置移动至第二位置。根据附图中图示的非限制性实施方式，一个或多个第一杆5b借助于与相应成形部段的接触或抵接而操作性地连接至一个或多个第二杆5c。

在需要的情况下，还可以设置有弹性装置5f，比如一个或更多个弹簧，弹性装置5f设计成弹性地抵抗杆、特别是一个或多个第一杆5b的运动，以及设计成一旦作用在推动装置5a上的压力例如由于在滚动路径rp上传送的车轮tw超出推动装置5a的表面区域而被中断则使一个或多个第一杆5b回到初始位置。如应当理解的是，当一个或多个第一杆5b回到初始位置时，一个或多个第二杆5c由于一个或多个第一杆5b所施加的压力或者根据摄像机3的重量或集成在摄像机3上的部件组的重量而与摄像机3一起返回或回到初始位置。

替代性地，摄像机3还能够借助于电子控制致动器等移动，例如，电子控制致动器等与传感器进行电连接，该传感器设计成检测车轮tw在滚动路径rp中或在检测/采集区域处的到达或进入，或者电子控制致动器等由操作者远程控制。

此外，摄像机3可以与顶板6a和支承摄像机3的可移动组件6成一体，或者摄像机3可以与顶板6a和支承摄像机3的可移动组件6一起可移动，当摄像机3处于静置位置时，顶板6a限定滚动路径rp的相应部段。实际上，当摄像机3处于静置位置时，顶板6a限定表面4b的部段，表面4b的部段在使用中位于基部4的上方且与该表面4b的其他部段大致对准。

根据一种变型，移动装置设计成使板或罩(mask)在第一静置位置与第二位置之间移动，在第一静置位置中，这种板隐藏摄像机或者在任何情况下均置于摄像机与物体之间，并且在第二位置中，所述板或罩不隐藏摄像机或者在任何情况下物体从摄像机3的采集端部是可见的。

基部或平台4可以在从入口端部rp1至出口端部rp2的方向上具有第一进入斜坡区域4c、平坦部段4d以及随后的第二出口斜坡区域4e，第一进入斜坡区域4c相对于水平位置以如下方式倾斜：该方式使得第一进入斜坡区域4c的相对于入口端部rp1的远端部比入口端部(入口端部rp1)处于更高的高度处，第二出口斜坡区域4e通往出口端部rp2中且以如下方式相对于水平位置倾斜：该方式为使得第二出口斜坡区域4e的相对于出口端部rp2的远端部比出口端部(出口端部rp2)处于更高的高度处。

在这种情况下，推动装置5a可以以跨置于第一斜坡区域4c和平坦部段4d方式延伸，同时，照亮装置2和摄像机3以及有的情况下提供的顶板6a可以布置在第二出口斜坡区域4e的末端部分(考虑滚动路径pr的行进方向)处。显然，推动装置5a还可以设置在第二斜坡区域4e处或设置成跨置于第二斜坡区域4e和平坦部段4d，在这种情况下，照亮装置2和摄像机3可以设置在推动装置之后、出口端部rp2处或在推动装置5a之前即设置在第一斜坡区域4c处，或者照亮装置2和摄像机3可以设置在第一斜坡区域4c与平坦部段4d之间的通过区域处的区域中。

实际上，设备1包括固定部(平台)，待检测的轮胎t在该固定部上滚动。固定部容置用于获得立体视觉的摄像机、照亮源比如激光器2以及使摄像机3面朝待检测的轮胎t的部分移动的机械和/或电子构件。

车轮tw在固定部分或推动装置5a上经过时，摄像机3被激活，并且在需要的情况下被移动并保持激活直到测量完成，例如因为车轮tw已经退出滚动或检测路径rp或者因为已经经过了推动装置5a或响应于由操作者施加的命令或根据由合适的传感器发射的信号则完成测量。

此外，摄像机3还可以是固定的和不可移动的，例如由特殊的立柱支承或布置在平台中，并且摄像机3能够借助于专门的缝或穿过平台4的顶壁或平台4的顶壁的一部分的至少部分透明的材料采集车轮的图像。

优选地，在摄像机3是可移动的情况下当摄像机3处于静置位置时，或者在摄像机3始终固定的情况下，摄像机3借助于适当的密封装置比如垫圈密封地容纳在部件中，使得摄像机3免受大气污染物(水分，水等)以及免受与可能损坏摄像机3或降低其功能的各元件接触。

在这方面，平台4限定了用于摄像机3的容纳区域，当摄像机3处于静置位置时，容纳区域被关闭，并且参照该方面，密封装置可以设置在顶板6a与平台4的在板6a周围安置的其他部段之间，从而使顶板6a与平台4的其他部段限定了基部4的在使用中的上部表面4b。

在需要的情况下，照亮装置2布置在基部4内，例如布置在摄像机3之间的中间位置中。此外，基部4可以限定缝2b，缝2b设计成允许由照亮装置2发射的光朝向车轮tw穿过。

所述设备可以在单机模式下操作，或者所述设备可以在接受的车间中与用于诊断其他车辆参数的其他设备进行接口，在需要的情况下，所述设备在接受的车间中可能落在具有对调准和/或车辆的其他参数进行验证的更通用的“快速诊断”软件的范围内。

根据本发明，还提供了一种用于分析和检测车辆的车轮的几何特征或参数的组，所述组包括如上文所述的两个、四个或更多个设备，每个设备设计成对相应车轮的一个或更多个轮胎的几何特征进行分析和检测。这些设备可以安置在大致固定位置中，或者所述组可以设置有用于使设备移位的装置，以便使设备彼此移动了与待分析车辆的车轮之间的距离对应的相互距离。

根据本发明，还提供了一种用于对物体比如轮胎式车轮的几何特征或参数进行分析和检测的方法，所述方法包括以下步骤：

-使物体比如安装在车辆轴上的轮胎式车轮tw前进，以便将物体带到滚动路径rp上；

-借助于至少一个照亮装置2使物体比如在路径rp上静止或滚动的车轮tw的轮胎t的部分照亮；

-借助于至少两个摄像机3对在路径rp上静止或滚动的物体t的相应图像进行检测，所述至少两个相机可选地相对于滚动路径rp的纵向延伸对称轴线y-y安置成彼此相对，物体的一部分由所述至少一个照亮装置2照亮；以及

-借助于电子单元eu对摄像机3从静止或滚动的物体t接收的图像进行插补，以估算物体t的几何特征。

根据本发明的方法优选地使用根据本发明的设备或组来实施。

更特别地，根据本发明提供了一种使车辆前进的方法，以便将车辆中的一个、两个或所有的轮胎式车轮tw带到相应设备的滚动路径rp上，并且然后执行对所述组的所有设备进行照亮及检测的步骤，以便检测车辆的两个或更多个车轮的几何特征。

所述方法可以提供对在路径rp上静止或滚动的车轮tw的轮胎t的多个部分的图像进行检测，该车轮tw由照亮装置2照亮。

有利地，所述方法包括使由每个摄像机3接收的每个图像旋转平移到穿过在rp上滚动或静止的车轮tw的轴线的平面pp上的步骤。

优选地，所述方法包括使摄像机3在第一下部静置位置与第二上部位置之间移动的步骤，在第一下部位置中，摄像机3被容置或隐藏在基部4内，在第二上部位置中，摄像机3例如相对于基部4向上露出并且具有相应的采集端部3a，采集端部3a面朝路径rp的一侧以对路径rp上滚动或前进或静止的轮胎t的由照亮装置2照亮的部分的图像进行检测。上述步骤在检测步骤之前以及前进步骤之后执行，并且在需要的情况下，上述步骤在照亮步骤之后例如在车轮tw通过基部的一部分之后执行，并且至少在检测完成之前，摄像机3保持激活。

可以使用根据本发明的设备及方法来验证例如：

-轮胎胎面的磨损状态，

-轮胎的几何形状，例如，螺尾形或渐缩形，

-由车辆的配置或其在道路上的驾驶导致的例如基于轮胎的胎面上的不规则磨损可检测到的不规则性，

-不同类型路面的例如利用胎面的厚度可检测到的制动距离，原因在于，该厚度越小，则制动距离越长，

-轮胎类型的识别(季节性或非季节性)，例如通过将检测到的胎面花纹与由轮胎制造商提供的存储在设备的存储器或数据库中的胎面花纹相比较可获得对轮胎类型的识别，

-由于轮胎制造过程导致的缺陷(例如，突起、不均匀性)，

-可选外来物质的存在，

-轮胎的功能参数比如温度、压力等。

在这方面，压力可以通过对平面上的胎面印迹(footprint)进行检测并通过对进入设备的车辆进行称重来估算，同时温度可以根据压力来测出(p*v＝nrt)。

通常，根据本发明的设备及方法可以用于验证并且获得物体，——通常，例如为移动或滚动物体——的信息或几何特征或参数。

上述描述适用于静止车轮以及不从车辆移除的移动车轮两种。车轮的旋转速度仅与所使用的摄像机的速度相关，摄像机能够提供轮胎的照亮部分的图像。

关于用户界面，与根据本发明的设备相关联的程序可以包括多个主屏幕或选项，比如：

-第一欢迎屏幕，其中，测量操作不被激活；

-第二动画屏幕，该第二动画屏幕提示在滚动路径rp上驱动汽车；该屏幕可以由键或借助于合适的光电池(photocell)激活，该合适的光电池也将致动任何机械保护部件；

-第三屏幕，该第三屏幕从对第一轴线的采集可获得，并且第三屏幕以图形形式显示单个轮胎的轮廓和具有可以表示胎面的磨损的彩色渐变(例如红色、橙色/绿色)的等级；轮胎槽道的最大值和最小值还可以以数字形式显示；

-使用箭头以及透镜的图形使用能够选择特定的轮胎，例如，前左或右轮胎、后左或右轮胎，以具有表示轮胎的一部分或部分以及更详细地表示图形的第二部分的成像图像(photographicimage)；

-收集/获取的数据可以被打印。

还能够：

-例如，借助于同时校准摄像机、计算失真并确定立体视觉系统的参考系统的程序来校准立体摄像机；

-将车辆的按日期所做的测试、车牌及商标/车型存储并回收/重印在适当的数据库中；

-验证构成装置的各个电动机械组件的功能性，以便检测任何故障并验证修理之后的轮胎。

显而易见，与先前提出的解决方案不同，本发明使用立体视觉技术，该立体视觉技术使用不需要根据现有技术的解决方案所需的测量值，例如摄像机与照亮器之间的角度。

所提供的用于检测轮胎轮廓并因此检测轮胎的轮廓的磨损的设备由两个或更多个摄像机的系统构成，两个或更多个摄像机通过根据立体视觉原理来操作而在空间中重建从一个或更多个照亮装置获得的轮廓曲线。

多个照亮装置或所述照亮装置的可能运动允许使用立体视觉系统在空间中重建胎面的形状。

应当注意的是，由于根据从如上文所述的立体视觉获得的点不时地确定入射平面，则测量系统不会与照亮区域的位置或形状相关。

就us2012007956a1而言，其涉及一种具有安装在轴线上并既不在前进或滚动路径上滚动也不安装在相应车辆上的轮胎的解决方案。因而，由这种现有技术文献教示的设备与根据本发明的设备没有任何共同之处。

在由权利要求限定的保护范围内，本发明的改变和变型是可能的。