用于监控和校准用于测量轮胎的胎面花纹深度的设备的装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于监控和校准用于测量轮胎、尤其机动车轮胎的胎面花纹深度 的设备的装置和方法。
【背景技术】
[0002] 为了测量轮胎的胎面花纹深度，已知不同的用于手动或者自动的胎面花纹深度测 量的方法，所述方法包括机械式地或者无接触地测量的方法以及用于在车辆或者说轮胎静 止或者转动时测量的方法。
[0003] 例如在DE 197 05 047 A1和EP 1 394 503 B1中说明了借助于激光扫描仪用于 在辊式试验台中测量胎面花纹深度的三角测量方法。
[0004] DE 10 2006 062 447 A1也借助于光切面三角测量方法在轮胎在缝隙上滚动期间 测量轮胎胎面花纹的区域。该方法设置，借助于以高速转动的棱镜使横向于车轮的滚动方 向的照明线在胎面花纹面上扫过。通过平行地移动的照明线可以连续地并且以高的密度扫 描轮胎的全部的局部，而位于缝隙上的轮胎表面相对于测量设备处于静止状态。
[0005] EP 0 469 948 B1，EP 1 952 092 B1 和 US 7 578 180 B2 说明了用于在驶过时测 量胎面花纹的三角测量方法的另外的变型。
[0006] DE 10 2012 224 260说明了一种用于测量轮胎的滚动面的胎面花纹的设备，其具 有多个测量模块，所述测量模块横向于轮胎的运行方向相互并列地布置并且分别包括一个 照明装置和一个图像采集装置。
[0007] 在一些实施方式中，照明装置这样构造，使得它们将包括多条光线的图案投影在 轮胎胎面花纹上。在此，照明装置尤其可以这样构造，使得所述图案的各个光线在空间上被 编码，从而它们可以被明确地识别。光线的这样的明确可识别性是必需的，以便与大的数目 的光线结合地达到高的测量准确性。例如，空间编码可以通过合适地构造的衍射的光学元 件来实现，所述光学元件产生具有变化的线间距的线图案。替代地，也可以改变线的宽度、 线图案和/或线形状。
[0008] 在如例如震动和变化的温度这样的恶劣的环境条件下，这类基于三角测量方法的 胎面花纹深度测量仪在例如驶入加油站以及类似处时的使用需要24小时/天的连续使用。
[0009] 由于环境影响，所使用的照明装置和图像采集装置以及可能的用于射束偏转的、 如例如镜子或者棱镜这样的另外的光学元件的机械悬挂强烈地负重，从而工厂方面的校准 可能不再被认为是有效的。为了确保用于高度精准的测量任务的光学元件在结构上机械地 长时间稳定以抵抗相互倾倒、转动、扭转和移动，对悬挂装置和连接装置的材料、静态和结 构布局提出极大的要求。
【发明内容】
[0010] 本发明的任务在于，提供用于光学地测量轮胎、尤其机动车轮胎的胎面花纹深度 的改进的设备和改进的方法，所述设备和方法实现，在结构花费尽可能小和维修花费尽可 能小的情况下在尽可能长的使用时间段上提供高的测量质量可供使用。
[0011] 该任务通过根据独立权利要求1所述的设备和根据独立权利要求9所述的方法来 解决。从属权利要求说明根据本发明的设备及根据本发明的方法的可能的实施方式。
[0012] 根据本发明的、用于测量轮胎的滚动面的胎面花纹的设备具有行车道平面，在执 行测量期间轮胎在所述行车道平面上滚动并且在所述行车道中构造至少一个测量缝隙。所 述设备也具有至少一个照明装置和至少一个图像采集装置，所述照明装置这样构造和布 置，使得其在运行时使多条光线穿过测量缝隙投影到轮胎的待测量的胎面花纹上，所述图 像采集装置构造用于拍摄待测量的胎面花纹的至少一个区域的至少一个图像。所述至少一 个照明装置和至少一个图像采集装置这样构造和布置，使得所述照明装置的照明方向和由 所述图像采集装置进行的图像拍摄的方向既不平行于彼此也不相对于轮胎的滚动面正交 地定向。在至少一个测量缝隙上构造至少一个监控和校准元件，所述监控和校准元件具有 至少一个纹槽形的凹部，所述凹部的开口朝向照明装置和图像采集装置。
[0013] 这类根据本发明的监控和校准元件使得能够光学地感测由监控和校准元件预先 给定的已知的几何形状，将所述已知的几何形状的被感测的图像与事先存储的数据相比较 和以此方式确定测量设备的当前的成像几何形状。因此可以识别并且通过自校准考虑和修 正相对于工厂校准的改变。
[0014] 根据本发明的用于监控和校准用于光学地测量轮胎的胎面花纹深度的设备的方 法包括以下步骤：将所限定的光投影在至少一个根据本发明的监控和校准装置上，和采集 并且例如通过与提前所存储的数据的比较来评估被所述监控和校准装置所反射的光，以便 计算当前的校准参数。
[0015] 根据本发明的监控和校准元件与测量缝隙共同构成三维的对象空间。照明装置和 图像采集装置的测量窗口这样选择，使得不但监控和校准元件而且测量缝隙包括在三维的 对象空间中。根据监控和校准元件的已知的几何形状可以校准由于环境影响而可能改变 的、测量缝隙的三维对象空间中的照明装置和图像采集装置之间的对应关系。该对应关系 也可以包括用于射束偏转的、如例如镜子和棱镜这样的另外的光学元件。
[0016] 根据本发明的用于测量至少一个轮胎的胎面花纹深度的方法包括，在测量所述胎 面花纹深度之前执行根据本发明的用于监控和校准测量设备的方法。
[0017] 定期地监控和校准测量设备确保在测量设备的整个使用持续时间上不变的测量 准确性。
[0018] 如果在胎面花纹测量中使用空间的线编码，如其在之前所说明的这样，则通过根 据本发明的自监控确保，即使当所述测量设备失调并且光线相对于工厂方面的装配位移和 /或不再平行于缝隙长度而相对于测量缝隙扭转地投影时，所述光线的编码和解码也还可 靠地起作用。在执行用于明确地识别各条线的图像分析（解码）时，考虑在监控时所确定 的失调。
[0019] 较大的失调也可能导致，光线在行驶方向上具有这样大的错位，使得一条或多条 光线不再在测量缝隙上成像或者完全从图像采集装置的视场中消失。通过根据本发明的自 监控也可以监控，总共多少光线还可见并且可用于评估。如果光线在行驶方向上的错位这 样大，使得在测量缝隙上成像的光线的数量低于光线的预先给定的极限值、例如30,则在维 修的范围内手动地再调整是必须的并且产生相应的服务信息。如果探测到光线横向于行驶 方向的错位，从而测量缝隙在一侧上不再被照明直至其边缘，再调整也是必需的。
[0020] 对于自监控和自校准来说，测量系统以周期性的间隔被置于相应的校准测量模式 中，优选测量间歇中，在所述测量间歇中，在车辆靠近时不发生测量系统的激活。在校准测 量模式中，以光线照明测量缝隙并且感测和存储至少一个图像。在测量和评估单元中分析 所述至少一个图像。一方面，求取光线的当前的移动和扭转并且提供用于线解码。另一方 面，计算当前的校准参数并且在必要时覆盖工厂校准。
[0021] 优选，当仅存在少量的环境光或者不存在环境光、例如在夜间时，发生用于监控和 校准的测量。此外，所述测量可以非常简单地与环境光相匹配，因为监控和校准元件的感测 与真正的、在轮胎滚动运动期间被执行的胎面花纹深度测量相比不是动态的过程并且因此 存在足够的用于测量的时间。所述测量单元和评估单元分析图像传感器的数据并且提供优 化的参数用于照明装置（照明强度）和/或图像采集装置（纳入时间），所述参数阻止在测 量期间曝光不足或者曝光过度。该过程也可以反复地执行，直到存在最优的拍摄比例关系。
[0022] 测量系统的自监控和自校准使得能够长时间稳定地以高度可靠性测量。可以避免 所述设备由于不再可能解码光线而失灵或者避免由于失调引起胎面花纹深度的测量有缺 陷，并且可以将必需的维修工作降低到最小。具有自监控和自校准的测量设备可以构造有 光学元件的节省成本的、简单地实施的机械的悬挂装置，因为光学元件的可能的失调通过 自监控被识别并且通过自校准被补偿。
[0023] 在一种实施方式中，照明装置将光线投影到轮胎上的方向和所对应的图像采集装 置的图像拍摄方向之间的角度大于10°并且小于90°、优选在20°到45°之间、尤其为 40°。20°到45°的范围内的角度意味着在尽可能高的测量准确性和尽可能小的遮暗部之 间的好的折衷，这两者随着照明装