用于在轮胎生产工艺中检测轮胎上的缺陷的方法和设备的制造方法
【专利摘要】描述了一种在轮胎生产工艺中检测轮胎上的缺陷的方法。所述方法包括提供轮胎，包括获取(202)所述轮胎的表面部分的三维图像，包括根据所获取的图像产生(204)指示所述轮胎的所述表面部分的高度轮廓(S_pa)的测量值的多个值，包括根据所述高度轮廓的多个测量值并根据一致性插值计算(205)指示所述轮胎的所述表面部分的基准高度轮廓(<Spar>)的估计值的多个值，包括根据所述高度轮廓的所述多个测量值和所述基准高度轮廓的多个估计值来计算(206)所述轮胎的所述表面部分中的可能存在缺陷的高度轮廓(S_papd)，并且包括比较(207，208)所述可能存在缺陷的高度轮廓的值与阈值(S_th)，以检测所述轮胎的所述表面部分中的可能存在的缺陷。
【专利说明】
用于在轮胎生产工艺中检测轮胎上的缺陷的方法和设备
技术领域
[0001]本发明涉及用于检测轮胎上的缺陷的方法和设备，特别地涉及用于检测导致轮胎的表面的高度轮廓的发生变化的缺陷的方法和设备。
【背景技术】
[0002]在轮胎生产工艺的范围内，已经认识到需要对轮胎自身实施质量控制，以防止将有缺陷的轮胎投放市场，并且由此逐渐地调节所使用的机器，从而优化在生产工艺中所实施的操作。
[0003]已知的质量控制包括例如由专业操作人员所实施的质量控制，所述专业操作人员使用预定时间(例如，介于30秒和60秒之间)对轮胎实施视觉和触觉分析。如果操作人员根据其经验和敏感性怀疑轮胎不符合具体质量标准，则从生产线丢弃轮胎自身，并且对轮胎自身进一步进行彻底的控制，这种彻底的控制由操作人员和/或经由适当的设备实施。
[0004]公开号为WO 2012-143197的国际专利申请描述了一种用于处理轮胎表面的三维数字图像的方法。获取轮胎表面的三维图像，在所述三维图像中，图像的每个像素的灰度值与相对应的点相对于待分析的表面的高度成比例。该方法包括识别待分析的表面的包括灰度值小于一阈值的像素的区域的步骤;该方法包括确定包括灰度值小于一阈值的像素的一个或更多个区域的选定矩形的边界的步骤;该方法包括在该选定矩形内部，为灰度值小于所述阈值的每个像素分配等于一组基准像素(其位于紧邻所考虑像素的区域中)的平均灰度值的灰度值。
【发明内容】
[0005]在轮胎控制的范围内，本
【申请人】提出了通过光学获取数字图像以及随后对这些图像进行处理来检测可能存在的导致轮胎表面的高度轮廓发生变化的缺陷的问题。本
【申请人】发现，为了能够在轮胎生产设备内“在线地”实施控制，需要控制自身是精确的，而且同时能够以有限的时间和有限的成本来实施。在这种背景下，处理算法的计算需求是关键因素，原因在于当处理算法的计算需求过大时，控制时间被不可接受地延长和/或所需的计算能力导致控制无法实施。
[0006]能够通过比较待控制的轮胎和无缺陷基准模型来实施上述缺陷检测。
[0007]然而，本
【申请人】发现，由于轮胎尺寸的不可忽略的变化，这种比较是复杂的并且/或者不是非常可靠，造成轮胎尺寸的不可忽略的变化的原因如下:
[0008]-轮胎的可变形性，尤其是轮胎被放气时；
[0009]-轮胎的圆形形状相对于正圆形的径向变化(在英语中为“radi a I runou t (径向跳动)，，);
[0010]-轮胎的侧壁的点的侧向变化(在英语中称作“lateralrunout(侧向跳动)”)。
[0011 ]本
【申请人】还已经检测到，在很多情况下，待检测的缺陷的规格与轮胎的上述变化具有相同的数量级，并且因此可能会检测到虚假的缺陷。
[0012]因此，以相同方式测量并且类型相同的两个无缺陷轮胎的高度轮廓彼此差异很大:因此，实施与基准模型的比较是非常复杂的(甚至是不可能的)。
[0013]在本说明书中，“数字图像”指的是典型地包含在计算文档中的一组数据，其中，空间坐标的有限集(通常是二维的或者通用矩阵，例如，N列XM行)的每个坐标均与对应的数值集相关。例如，在单色图像(灰阶图像)中，该数值集与有限数值范围中的单个值一致，这个值代表相应的空间坐标的亮度(或强度)级，而在彩色图像中，该数值集代表原色(例如，在RGB颜色模型中，原色为红色、绿色和蓝色，而在CMYK编码中，原色为蓝绿色、品红色、黄色和黑色)的亮度级。
[0014]另外，在本说明书中，三维图像指的是这样的数字图像，在所述数字图像中，每个像素均与例如由激光三角法获得的表面高度信息相关联。
[0015]本
【申请人】发现，通过使用一致性插值来计算待分析的轮胎的表面部分的基准高度轮廓，能够以精确且处理简化的方式检测轮胎的该表面部分中是否存在上述缺陷，而不需要使用针对特定轮胎类型事先限定的理想基准模型。所述一致性插值用于识别测量到的高度轮廓的哪个点有助于产生基准高度轮廓而哪个点无法用于产生基准高度轮廓。
[0016]特别地，通过一致性插值，在待分析的轮胎的局部水平上实施分析:本
【申请人】发现，这些局部分析不受轮胎整体所承受的变化(例如跳动)的影响，即，这些局部分析能够过滤掉所述变化的影响。结果，通过所述局部分析，能够计算多个部分的正确的高度轮廓，并且因此能够构造整个轮胎的正确的基准高度轮廓，并且能够将正确的基准高度轮廓与测量到的高度轮廓相比较。
[0017]基于第一方面，本发明涉及一种用于在轮胎生产工艺中检测轮胎上的缺陷的方法。所述方法包括:
[0018]a)提供轮胎；
[0019]b)获取轮胎的表面部分的三维图像；
[0020]c)根据所获取的图像产生多个值，所述多个值指示轮胎的所述表面部分的高度轮廓的测量值；
[0021]d)根据高度轮廓的多个测量值并根据一致性插值来计算指示轮胎的所述表面部分的基准高度轮廓的估计值的多个值；
[0022]e)根据高度轮廓的多个测量值和基准高度轮廓的估计值来计算轮胎的所述表面部分中的可能存在缺陷的高度轮廓；
[0023]f)比较可能存在缺陷的高度轮廓的值与一阈值，以检测轮胎的表面部分中可能存在的缺陷。
[0024]基于第二方面，本发明涉及一种用于在轮胎生产线中检测轮胎上的缺陷的设备。所述设备包括:
[0025]-支撑和运动构件，其具有支撑件，所述支撑件适于支撑轮胎并且使轮胎围绕轮胎的旋转轴线旋转；
[0026]-光源，所述光源构造成在轮胎旋转期间发射光辐射，以照亮轮胎的表面的一部分；
[0027]-至少一个摄像机，所述摄像机构造成在轮胎旋转期间获取轮胎的表面部分的三维图像；
[0028]-处理单元，所述处理单元构造成:
[0029]?根据获取到的图像产生表示轮胎的所述表面部分的高度轮廓的测量值的多个值；
[0030]?根据高度轮廓的多个测量值并根据一致性插值来计算指示轮胎的所述表面部分的基准高度轮廓的估计值的多个值；
[0031]?根据高度轮廓的多个测量值和基准高度轮廓的估计值来计算轮胎的所述表面部分中的可能存在缺陷的高度轮廓；
[0032]?比较可能存在缺陷的高度轮廓的值与一阈值，以检测轮胎的所述表面部分中可能存在的缺陷。
[0033]更特别地，一致性插值产生了经过大部分值(其与所考虑部分的无缺陷的点相对应)的线(不必是直线)，即，与所考虑部分的有缺陷的点相对应的大部分值被丢弃。优选地，该线是抛物线或样条曲线。
[0034]优选地，利用高度轮廓的测量值和基准高度轮廓的相应估计值之间的差来计算可能存在缺陷的高度轮廓(方法的步骤(e))。
[0035]本
【申请人】发现，使用随机抽样一致性型(RANdom SAmple Consensus，在下文中将简写为RANSAC)的一致性插值是特别有利的。RANSAC算法对代表轮胎的表面部分的获取图像的多个值进行局部插值。特别地，所述插值产生经过与所考虑部分的无缺陷的点相对应的大部分值的直线，这将在下文更加详细地解释;换言之，与所考虑部分的有缺陷的点相对应的大部分值被丢弃。RANSAC算法是迭代式的，并且是特别有效的，原因在于RANSAC算法需要有限次数的迭代。
[0036]有限次数的迭代允许在有限的时间内分析轮胎的一部分，并且因此允许在连续的轮胎生产线(即不停止轮胎生产工艺)中对轮胎的表面部分进行完整的分析。
[0037]所述方法和设备可以用于检测成品轮胎的胎体的表面部分上的缺陷，S卩，用于检测成品轮胎的内表面的一部分上的缺陷；换言之，成品轮胎的内表面是当成品轮胎安装在安装轮辋上时与安装轮辋相对的内部表面。因此，在这种情况下，成品轮胎的所述一部分是成品轮胎的胎体的一部分，并且所述阈值选择成使得大于胎体的表面上的突出部或者凹陷部的高度的最大值，以防止这些突出部和凹陷部被认作是缺陷。
[0038]在另一个示例中，所分析的成品轮胎的所述一部分是成品轮胎的胎圈的一部分。
[0039]在又一个示例中，所述方法和设备用于检测成品轮胎的胎面的表面的多个部分，因此，轮胎的部分是成品轮胎的胎面的表面的一部分，例如:
[0040]-槽的围绕轮胎的旋转轴线沿着由成品轮胎的胎面限定的圆周表面的一部分延伸的表面；
[0041]-槽的围绕轮胎的旋转轴线沿着由成品轮胎的胎面限定的整个圆周表面延伸的表面；
[0042]-块体的表面，所述表面围绕轮胎的旋转轴线沿着由成品轮胎的胎面限定的圆周表面的一部分延伸，并且不具有凹痕；
[0043]-块体的表面，所述表面围绕轮胎的旋转轴线沿着由成品轮胎的胎面限定的整个圆周表面延伸，并且不具有凹痕。
[0044]还能够在成品轮胎的胎面是基本光滑的情况下(例如，在运动/竞赛领域中使用的光面轮胎的情况下)实施上述分析，并且因此，所述方法和设备用于检测成品轮胎的光滑胎面的表面的多个部分上的缺陷。
[0045]在另一个变形方案中，待分析的轮胎可以是生轮胎，S卩，在生产工艺中还没有被固化的轮胎。例如，可以分析生轮胎的外部胎冠表面(即，胎面区域中)，该表面不具有胎面花纹并且因此基本光滑的。
[0046]对于轮胎的围绕轮胎的旋转轴线沿着由成品轮胎(例如，胎体的表面、胎面的槽的表面或者块体的表面)或生轮胎(例如其外表面)限定的圆周表面的一部分或者整个圆周表面延伸的一部分，本
【申请人】发现，有利的是将所述一部分的圆周表面分成多个弧状部分，其中，多个相邻的弧状部分至少部分地沿着圆周方向(即，围绕轮胎的旋转轴线)两两相互重叠:以这种方式，降低了估计基准高度轮廓出现错误的可能性(例如，在缺陷在两个相邻的弧状部分之间延伸的情况下)，原因在于，在连续的估计中，所获得的数据的一部分被使用了两次或更多次。
[0047]在所有弧上迭代地重复上述检测缺陷的方法。例如，在两条弧的情况下，缺陷检测方法包括以下特征中一个或更多个:
[0048]-在步骤b)中，产生第一弧状部分的第一三维图像和第二弧状部分的第二三维图像，其中，第二弧状部分至少部分重叠在第一弧状部分上；
[0049]-在步骤c)中，根据第一三维图像产生指示第一弧状部分的第一高度轮廓的测量值的多个第一值，并且根据第二三维图像产生指示第二弧状部分的第二高度轮廓的测量值的多个第二值；
[0050]-在步骤d)中:
[0051]?根据多个第一值并根据所述一致性插值来计算第一弧状部分的基准高度轮廓的第一估计值；
[0052]?根据多个第二值并根据所述一致性插值来计算第二弧状部分的基准高度轮廓的第二估计值；
[0053]-在步骤e)中:
[0054]?通过测量到的第一高度轮廓和基准高度轮廓的第一估计值之间的差来计算第一弧状部分中的可能存在缺陷的第一高度轮廓；
[0055]?通过测量到的第二高度轮廓和基准高度轮廓的第二估计值之间的差来计算第二弧状部分中的可能存在缺陷的第二高度轮廓；
[0056]-在步骤f)中，将代表可能存在缺陷的第一高度轮廓的值和代表可能存在缺陷的第二高度轮廓的值与阈值进行比较，以检测第一弧状部分和第二弧状部分中的可能存在的缺陷。
[0057]本
【申请人】还发现，有利的是将待分析的部分的表面的宽度分成多个大体环形的带，所述大体环形的带围绕轮胎的旋转轴线沿着待分析的圆周表面或其一部分延伸，并且具有大体恒定的宽度:以这种方式，能够加速获取图像并处理所获取的图像，以允许在线地控制轮胎。因此，特别地考虑到这种方法，所述方法这还包括将所述部分的表面的宽度分成具有大体恒定宽度的多个大体环形的带，并对多个大体环形的带中的每个带重复步骤b)_
f)o
[0058]优选地，两个相邻的带至少部分地沿着圆周相互重叠，即，两个相邻的带在由切向于带的圆周表面的切线限定的方向上重叠。
[0059]优选地，待分析的部分围绕轮胎的旋转轴线沿着成品轮胎的(例如，在胎体的情况下，胎面的槽或者块体的)整个圆周表面或生轮胎的整个圆周表面(例如胎面处的外表面)延伸，并且因此，多个带围绕轮胎的旋转轴线沿着成品轮胎或生轮胎的整个圆周表面延伸。
[0060]本
【申请人】还发现，待分析的轮胎可能会包括高度轮廓的变化，这些变化不是由缺陷元件引起的，而是由预期的元件引起的。对于具体轮胎类型，这些预期的元件可以位于相同的位置也可以不位于相同的位置。
[0061]例如，对于具体轮胎类型不是始终定位在相同位置的元件中，可以存在以下元件:
[00621-胎体上的重叠部；
[0063]-胎体上的装饰部；
[0064]-胎面的槽内的胎面磨损指示件(TWI)。
[0065]在基本定位在相同位置的预期的元件中，例如可以存在以下元件:
[0066]-胎面的凹痕；
[0067]-胎面的槽内的胎面磨损指示件(TWI);
[0068]-轮胎的侧壁上的文字；
[0069]-胎体重叠部和装饰部；
[0070]-构造或者制备帘布层的连结部或者衬里连结部。
[0071]有利地，用于检测缺陷的所述方法和设备允许将所述预期的元件考虑在内，以便防止将它们认作缺陷。
[0072]这可以通过使用具体轮胎类型的先前已知的几何结构信息来实现。
[0073 ] 因此，对于上述缺陷检测方法，还可以包括:
[0074]-接收轮胎的一部分的构造高度轮廓，该构造高度轮廓指示预期的元件在轮胎的表面部分上的位置；
[0075]-比较可能存在缺陷的高度轮廓与该构造高度轮廓，以从可能存在缺陷的高度轮廓移除所述预期的元件。
[0076]能够通过使用成品基准轮胎(S卩，无缺陷的成品基准轮胎)并将上述一致性估计算法(例如，RANSAC)应用在该成品基准轮胎的表面的所考虑部分上来获得上述构造高度轮廓。
[0077]以这种方式，本发明的方法和设备还允许检测成品轮胎的不是非常光滑的表面的一部分上的缺陷，例如:
[0078]-胎面的具有特定的突出花纹的表面；
[0079]-胎面的槽的具有一个或更多个胎面磨损指示件的表面；
[0080]-侧壁的具有特定的突出文字的表面；
[0081 ]-胎体的具有不可忽略的重叠部或装饰部的表面；
[0082]-胎体的具有重叠部或者装饰部的表面；
[0083]-胎圈的表面。
[0084]为了从测量到的高度轮廓中消除可能的高频噪音，所述方法还可以包括对代表所获取的图像和/或测量到的高度轮廓的数据进行过滤(例如，高斯型过滤)。
[0085]优选地，作为RANSAC算法的替代方案，可以从以下插值算法中选择一致性插值:
[0086]-渐进式抽样一致性(PROgressiveSAmple Consensus)-PROSAC；
[0087]-随机式RANSAC;
[0088]-渐进式RANSAC;
[0089]-抽样最大似然算法(MaximumLikelihood Estimat1n SAmple Consensus)-MLESAC；
[0090]-MAPSAC；
[0091]-N个相邻点随机一致性(N Adjacent Points random consensus)-NAPSAC；
[0092]-重要性抽样一致性(IMPortanceSampling Consensus)-1MPSAC；
[0093]-一致性鲁棒过滤(robustfiltering by consensus)-KALMANSACο
[0094]基于第三方面，本发明涉及一种计算机程序，其包括软件代码部分，当在至少一台计算机上运行所述程序时，所述软件代码部分适于实施根据本发明的第一方面的方法中的至少步骤c)、d)、e)、f)。
[0095]基于第四方面，本发明涉及一种用于生产轮胎的工艺。所述工艺包括以下操作:
[0096]-构造生轮胎；
[0097]-模制和固化生轮胎；
[0098]-根据本发明的第一方面控制生轮胎和/或已经固化的轮胎。
[0099]基于第五方面，本发明涉及一种轮胎生产线。所述轮胎生产线包括:
[0100]-工作平台；
[0101]-模制和固化平台；
[0102]-控制平台，所述控制平台包括设备，所述设备用于基于本发明的第二方面来检测来自所述工作平台和/或所述模制和固化平台的轮胎上的缺陷。
【附图说明】
[0103]通过下面参照附图对以示例的方式给出的优选实施例和变形方案进行的描述，本发明的其它特征和优势将变得更加清晰，其中:
[0104]-图1A至图1B示意性地示出了根据本发明的一个实施例的轮胎生产线；
[0105]-图2示出了用于在根据本发明的所述一个实施例的轮胎生产线中检测轮胎上的缺陷的设备的方块图；
[0106]-图3A至图3C示出了由根据本发明的第一、第二和第三实施的用于检测轮胎上的缺陷的设备的处理单元执行的方法的流程图；
[0107]-图4A至图4C更详细地示出了由根据本发明的第一、第二和第三实施例的用于检测轮胎上的缺陷的设备的处理单元；
[0108]-图5A至图5B分别示出了轮胎的胎体的表面的测量到的高度轮廓和同一轮胎的胎体的表面的可能存在缺陷的高度轮廓。
【具体实施方式】
[0109]需要注意的是，在本说明书中，块体、部件或者相同或类似的模块用相同的附图标记表不。
[0110]参照图1A，示出了根据本发明的一个实施例的轮胎生产线I。
[0111]生产线I包括工作平台10、模制和固化平台20、控制平台30，并且优选地包括检验平台40。通过使轮胎依次经过工作平台10、模制和固化平台20、控制平台30以及可能存在的检验平台40，以连续周期处理轮胎。
[0112]工作平台10实施生轮胎构造操作。
[0113]模制和固化平台20接收来自工作平台10的生轮胎，然后通过模具对轮胎实施模制操作，然后实施固化操作，从而获得成品轮胎。
[0114]控制平台30接收来自模制和固化平台20的成品轮胎，并且对成品轮胎实施控制操作，以检测成品轮胎上存在的缺陷，这将在下文更加详细地描述。
[0115]轮胎的缺陷指的是使轮胎的表面的高度轮廓发生变化的缺陷，例如:
[0116]-气泡
[0117]-切口
[0118]-缺失材料(例如，凹陷部)；
[0119]-弯曲部；
[0120]-开口
[0121]优选地，控制平台30设置成产生表示对成品轮胎实施的控制操作的结果的测试结果信号Sertl。例如，测试结果信号Sertl能够具有以下值:
[0122]良好”:其表示所分析的成品轮胎无缺陷，并且因此能够投放市场；
[0123]再处理”:其表示成品轮胎具有小规格的缺陷，这种小规格的缺陷能够通过进一步的处理来修正，并且随后能够将轮胎投放市场；
[0124]有缺陷的”:其表示成品轮胎具有大规格的缺陷，并且因此必须丢弃该成品轮胎而不能将该成品轮胎投放市场。
[0125]如果测试结果信号Se3tl具有“良好”的值，则成品轮胎在生产线I中前进至后续的平台；例如，将成品轮胎存储在仓库中。
[0126]如果测试结构果信号Setl具有“有缺陷的”或“再处理”的值，则从控制平台30卸载该成品轮胎并将该成品轮胎装载在检验平台40上。
[0127]优选地，如果测试结果信号Setl拥有“有缺陷的”或“再处理”的值，则控制平台30设置成产生图像(例如，二维图像，即，照片)，所述图像代表轮胎的具有所述小规格或大规格的缺陷的部分。在这种情况下，生产线I还包括用于显示缺陷的图像的屏幕。
[0128]检验平台40从控制平台30接收被认为是有缺陷的成品轮胎，并且例如通过专业操作人员实施检验有缺陷的成品轮胎的进一步的操作。优选地，检验平台40设置成产生第二测试结果信号Sm，所述第二测试结果信号Se3t2表示对成品轮胎实施的控制操作的结果。例如，第二测试结果信号Sert2能够具有以下值:
[0129]良好”:其表示被分析的成品轮胎是无缺陷的，并且因此能够投放市场；
[0130]再处理”:其表示成品轮胎具有小规格的缺陷，这种小规格的缺陷能够通过进一步处理来修正，并且随后能够将轮胎投放市场；
[0131]有缺陷的”:其表示成品轮胎具有大规格的缺陷，并且因此必须丢弃而不再能够投放市场。
[0132]需要注意的是，对于实施本发明的目的而言，检验平台40的存在以及工作平台10和模制/固化平台20的存在并不是必要的。例如，可以不存在检验平台40，并且将被控制平台30认为有缺陷的轮胎从控制平台30卸载，并丢弃该轮胎。
[0133]根据图1B中示出的本发明的实施例的一个变形方案，生产线51还允许控制生轮胎上存在的缺陷。在这种情况下，生产线51包括第二控制平台31，所述第二控制平台31插置在工作平台10和模制和固化平台20之间。第二控制平台31的功能与控制平台30的功能类似，其中，二者的差异在于，第二控制平台31对生轮胎上存在的缺陷进行控制，而不是对成品轮胎上存在的缺陷进行控制。
[0134]控制平台30包括用于检测成品轮胎上的缺陷的设备100。在一个实施例中，用方块图在图2中示出了设备100。
[0135]设备100包括支撑和运动构件101，所述支撑和运动构件101的功能是支撑成品轮胎并且使成品轮胎围绕旋转轴线旋转。
[0136]设备100还包括光源131和摄像机141。
[0137]光源131用于发射用于照亮成品轮胎的表面的至少一个部分的光辐射Rd。
[0138]成品轮胎的表面的一个部分指的是例如:
[0139]-成品轮胎的胎体表面的一部分；
[0140]-成品轮胎的胎圈的表面的一部分；
[0141]-槽的围绕轮胎的旋转轴线沿着由成品轮胎的胎面限定的圆周表面的至少一部分延伸的表面的一部分；
[0142]-块体的围绕轮胎的旋转轴线沿着由成品轮胎的胎面限定的圆周表面的至少一部分延伸并且不具有凹痕(indentat1n)的表面的一部分；
[0143]-成品轮胎的基本光滑的外圆周表面的一部分。
[0144]发射的光辐射能够是非相干白光或者窄带的相干光(例如，激光)。
[0145]摄像机141通过检测由所述部分反射的光辐射Rr来获取由光源131照射的成品轮胎的所述部分的三维图像。具体地，摄像机141产生承载表示所获取的三维图像的值的获取信号Sa。更具体地，利用通常以像素表示的点矩阵来以数字形式表现所获取的三维图像，其中，每个像素均以在矩阵中的相应位置以及灰度(在单色图像的情况下)或以原色(在彩色图像的情况下)的强度级为特征；另外，每个像素均与一值相关，该值表示由该像素表示的轮胎的所述部分的表面的相对于预定基准的高度。
[0146]有利地，设备100包括用于获取轮胎的所述部分的多条带(band)的三维图像的多个摄像机:以这种方式，缩短了获取图像所耗费的时间并且能够对轮胎实施在线控制。例如，所述多个摄像机能够布置成排成一行，以形成相互并排布置的摄像机阵列。
[0147]优选地，设备100还包括机器人臂102，所述机器人臂102具有自由端部，光源131和摄像机141刚性地安装在所述自由端部上。
[0148]优选地，设备100包括镜子，所述镜子的功能是允许检测轮胎的胎体的图像或者成品轮胎的内表面的图像。
[0149]设备100还包括处理单元150，所述处理单元150的功能是对轮胎执行控制以检测是否存在缺陷。处理单元例如是微型处理器。
[0150]特别地，处理单元150执行根据本发明的第一实施例的在轮胎生产工艺中检测轮胎上的缺陷的方法200的至少一部分，图3A中的流程图示出了该方法200，并且将在下文更加详细地描述该流程图。
[0151]替代地或者组合地，处理单元150执行根据本发明的第二实施例的在轮胎生产工艺中检测轮胎上的缺陷的方法230的至少一部分，图3B中的流程图示出了该方法230，并且将在下文更加详细地描述该流程图。
[0152]替代地或者组合地，处理单元150执行根据本发明的第三实施例的在轮胎生产工艺中检测轮胎上的缺陷的方法250的至少一部分，图3C中的流程图示出了该方法250，并且将在下文更加详细地描述该流程图。
[0153]需要注意的是，涉及控制平台30的前述考虑能够以类似的方式应用于第二控制平台31，其中，不同之处在于待分析的轮胎是生轮胎而非成品轮胎。特别地，第二控制平台31还包括用于检测生轮胎上的缺陷的设备100，并且所述设备100包括用于执行方法200、230和250的至少一部分的相应的处理单元150。
[0154]参照图3A，其示出了用于根据本发明的第一实施例的在轮胎生产处理中检测轮胎上的缺陷的方法的流程图200。至少部分地由设备30的处理单元50借助于适当的软件程序来运行这种方法。
[0155]流程图200开始于步骤201。
[0156]流程图从步骤201继续进行至步骤202，在步骤202中，获取轮胎的表面部分的三维图像。
[0157]流程图从步骤202继续进行至步骤204，在步骤204中，根据所获取的图像产生了多个值，所述多个值表示轮胎的表面部分的高度轮廓的测量值。
[0158]流程图从步骤204继续进行至步骤205，在步骤205中，根据测量到的高度轮廓的多个值并且按照一致性插值(consensus interpolat1n)来计算轮胎的所述表面部分的基准高度轮廓的估计值。在步骤204和步骤205之间，可以对表示轮胎的表面部分的高度轮廓的测量值的值进行过滤(例如，高斯型过滤)，以从测量到的高度轮廓中移除高频噪音。
[0159]流程图从步骤205继续进行至步骤206，在步骤206中，根据高度轮廓的多个测量值和基准高度轮廓的估计值来计算轮胎的表面部分中可能存在缺陷的高度轮廓。
[0160]流程图从步骤206继续进行至步骤207，在步骤207中，对轮胎的表面部分中可能存在缺陷的高度轮廓进行阈值化(thresholding)。
[0161]流程图从步骤207继续进行至步骤208，在步骤208中，根据所述阈值化来检测轮胎的表面部分上可能存在的缺陷。
[0162]参照图3B，其示出了根据本发明的第二实施例的在轮胎生产处理中检测轮胎上的缺陷的方法的流程图230。
[0163]流程图230允许管理预期的元件，对于具体类型的轮胎，该预期的元件始终定位在相同的位置。
[0164]流程图230与流程图200的不同之处在于存在步骤202a、203、206a、207a。
[0165]步骤202a插置在步骤201和202之间。在步骤202a中，接收轮胎的一部分的构造高度轮廓，所述构造高度轮廓表示轮胎的所述表面部分上的预期的元件的位置。
[0166]步骤203插置在步骤204和205之间；在步骤203中，对表示轮胎的表面部分的高度轮廓的测量值的值进行过滤(例如，高斯型过滤)，以从测量到的高度轮廓移除高频噪音。
[0167]步骤206之后是步骤206a。在步骤206a中，比较可能存在缺陷的高度轮廓和所述构造高度轮廓(例如通过差分(difference)进行比较)，以便从可能存在缺陷的高度轮廓中消除预期的元件。
[0168]流程图从步骤206a继续进行至步骤207a，在步骤207a中，对轮廓之间的比较结果进行阈值化。
[0169]流程图从步骤207a继续进行至步骤208，在步骤208中，根据所述阈值化来检测轮胎的表面部分上可能存在的缺陷。
[0170]参照图3C，其示出了根据本发明的第三实施例的在轮胎生产处理中检测轮胎上的缺陷的方法的流程图250。
[0171]流程图250允许管理预期的元件，对于具体的轮胎类型，该预期的元件并不是始终定位在相同的位置。
[0172]流程图250与流程图200的不同之处在于存在步骤201a、203、206a、207a。
[0173]步骤201a插置在步骤201和202之间。在步骤201a中，接收基准轮胎(S卩，无缺陷的轮胎)，并且根据一致性插值来计算基准轮胎的一部分的构造高度轮廓，该构造高度轮廓指示所述预期的元件在轮胎的所述一部分上的位置。特别地，为了计算构造高度轮廓，在无缺陷的基准轮胎上应用图3A的方法，其中，在步骤208结束时，检测预期的元件，就像这些预期的元件是“幸免于(survive)”在步骤207中实施的“阈值化”的缺陷。
[0174]返回到图3C，步骤203插置在步骤204和205之间；在步骤203中，对指示轮胎的所述一部分的高度轮廓的测量值实施过滤(例如，高斯型过滤)，以从测量到的高度轮廓移除高频噪音。
[0175]步骤206之后是步骤206a。在步骤206a中，比较可能存在缺陷的高度轮廓和计算出的构造高度轮廓(例如，通过差分进行比较)。
[0176]流程图从步骤206a继续进行至步骤207a，在步骤207a中，对轮廓之间的比较结果进行阈值化。
[0177]流程图从步骤207a继续进行至步骤208，在步骤208中，根据所述阈值化来检测轮胎的所述一部分上可能存在的缺陷。
[0178]参照图4A，其更加详细地示出了根据本发明的第一实施例的处理单元150。所述处理单元150包括:
[0179]-第一操作模块152;
[0180]-第二操作模块丨53;
[0181]-第三操作模块丨54;
[0182]-阈值化模块155
[0183]-缺陷检测模块158。
[0184]第一操作模块152构造成根据所获取的图像产生多个值，所述多个值指示轮胎的表面部分的高度轮廓S_pa的测量值。
[0185]第二操作模块153构造成根据测量到的高度轮廓3_?&的多个值并且根据一致性插值来计算轮胎的所述表面部分的基准高度轮廓的估计值<S_par>。
[0186]第三操作模块154构造成根据高度轮廓S_pa的多个测量值和基准高度轮廓<S_par>的估计值来计算轮胎的表面部分中的可能存在缺陷的高度轮廓S_papd。
[0187]阈值化模块155构造成通过对轮胎的表面部分中的可能存在缺陷的高度轮廓S_papd阈值化来产生计算得到的阈值化高度轮廓S_pas。
[0188]缺陷检测模块158构造成根据阈值化高度轮廓S_pas来检测轮胎的表面部分中的可能存在的缺陷，并产生测试结果信号Sm，该测试结果信号Se3tl指示对轮胎进行的控制操作的结果。
[0189]图4B示出了根据本发明第二实施例的处理单元170。处理单元170与处理单元150的不同之处在于处理单元具有构造模块151、过滤模块152a和比较模块154b。
[0190]构造模块151构造成接收轮胎的一部分的构造高度轮廓S_pcfg，该构造高度轮廓S_pcfg指示预期的元件在轮胎的表面部分上的位置。
[0191]过滤模块152a构造成对表示获取到的图像的数据进行过滤(例如，高斯型过滤)。
[0192]比较模块154b构造成产生比较信号S_cfr，所述比较信号S_cfr指示可能存在缺陷的高度轮廓S_papd和构造高度轮之间的比较结果(例如，通过计算差异得到的比较结果)。
[0193]阈值化模块155构造成通过对比较信号3_0打进行阈值化来产生计算得到的阈值高度轮廓。
[0194]图4C示出了根据本发明的第三实施例的处理单元180。处理单元180与处理单元150的不同之处在于处理单元180还包括第四操作模块154a、过滤模块152a和比较模块154b ο
[0195]第四操作模块154a构造成根据一致性插值来计算基准轮胎(无缺陷的轮胎)的一部分的构造高度轮廓S_pcfg，该构造高度轮表示预期的元件在基准轮胎的所述一部分上的位置。
[0196]过滤模块152a构造成对表示获取到图像的数据进行过滤(例如，高斯型过滤)。
[0197]比较模块154b构造成产生比较信号S_cfr，该比较信号S_cfr指示可能存在缺陷的高度轮和构造高度轮之间的比较结果(例如，通过计算差异得到的比较结果)。
[0198]阈值化模块155构造成通过对比较信号3_0打进行阈值化来产生计算得到的阈值尚度轮廊5_口88。
[0199]与使用其它插值算法(例如，线性回归和移动平均数(在W02012-143197中使用了移动平均数))相比，使用一致性算法是尤为有利的。例如，RANSAC算法对与轮胎的所考虑部分的多个点相对应的多个值进行线性插值。如上所述，所述线性插值就大部分值(其与无缺陷的所考虑部分的多个点相对应)而言是最优的，原因在于算法自身抛弃了与有缺陷的所考虑部分的多个点相对应的大部分值。以这种方式，能够正确地检测基准高度轮廓，并且因此，能够正确地检测相对于这种基准高度轮廓检测存在的缺陷。此外，能够全面地检测缺陷的规格，即，该缺陷是严重缺陷还是次严重缺陷。
[0200]不同的是，线性回归和移动平均数实施线性插值，所述线性插值包括所考虑部分的所有值，而且还包括与代表缺陷的点相对应的值:以这种方式，并不总是能够检测到存在的缺陷，并且即使能够检测到存在的缺陷，也不能够全面地检测缺陷的规格，即，不能识别缺陷是严重缺陷还是次严重缺陷。
[0201]使用一致性插值算法不会增加计算和/或输入/输出数据的复杂性。例如，RANSAC算法的输入参数可以是以下参数:
[0202]-数据:高度轮廓的测量值；
[0203]-最大_迭代:由RANSAC算法执行的最大迭代次数；
[0204]-η:拟合模型所需的数据的最小数据量(例如，在直线的情况下，n = 2);
[0205]-ε:数据与模型相距的最大距离，以产生一致性(S卩，用于确定何时数据属于模型).’
[0206]-充分_一致性:足以判定发现的模型很好地拟合了数据的点的数量。
[0207]RANSACA算法的输出所提供的参数能够是以下参数:
[0208]-最佳_模型:最佳地拟合数据的直线；
[0209]-最佳_一致性:与所述最佳_模型(即，直线)一致的点的数量；
[0210]-最佳_模型(S卩，直线)
[0211 ]为了简化，假设使用输入参数η = 2，则RANSAC算法的一个示例能够执行以下步骤:
[0212]a)随机地选择高度轮廓的两个测量值，并且计算通过与所述两个值相对应的两个点的直线；
[0213]b)(通过ε输入参数)计算位于所述直线近侧的高度轮廓的测量值的数量，并存储所述测量值的数量；
[0214]c)重复步骤a)和b)，随机地选择两个其它点并且计算其它直线；
[0215]d)当足够数量的高度轮廓测量值位于计算得到的直线的近侧(例如，所述充分_一致性的值介于所获取的数据的点的80 %和90 %之间)时或者当已经达到迭代的最大数量时，终止迭代。
[0216]可以观察到的是，前述示例可以概括为没有通过使用直线作为模型来进行插置的情况，但是使用另一种线(例如抛物线或样条曲线)作为模型:在这种情况下，所使用的η的值大于2。
[0217]参照图5Α至图5Β，其分别示出了轮胎的胎体表面的高度轮廓S_pa的测量值和同一轮胎的胎体表面的可能存在缺陷的高度轮廓3_?&?(1，后者利用根据本发明的方法计算。在两种情况下，均示出了所考虑的带的轮廓，所述所考虑的带围绕轮胎的旋转轴线沿着轮胎的整个圆周胎体表面(即沿着360°)延伸。
[0218]图5A至图5B的横坐标指示沿着圆周表面与位于所考虑的带上的基准点相距的距离;特别地，横坐标的值表示所考虑的带的像素。
[0219]图5A至图5B的纵坐标分别指示测量到的高度轮廓5_?&和可能存在缺陷的高度轮的相对测量值和绝对测量值(以毫米表示)。
[0220]为了能够评估根据本发明的方法的有效性，考虑这样一种轮胎，在所述轮胎中，已知在胎体的表面上存在缺陷DE(例如，缺陷是气泡)，并且其中，已知存在用Pl、P2、P3指示的三个预期元件，如图5A所示。例如，Pl是“构造帘布层连结部”，P2是“制备帘布层连结部”，并且P3是“衬里连结部”。
[0221]能够在图5A中观察到的是，轮胎的胎体表面的径向变化是不可忽略的，并且数量级与缺陷DF的数量级相同，并且在某些情况下甚至与预期的元件(例如P2)的数量级相同。
[0222]利用根据本发明的参照图3A描述的方法来计算图5B中示出的胎体表面的可能存在缺陷的高度轮廓S_papd。
[0223]能够在图5B中观察到的是，几乎全部地移除了胎体表面的径向变化，并且因此更好地识别出轮胎的胎体表面的缺陷DF和预期的元件P1、P2、P3。通过阈值化，能够识别出缺陷DF和预期的元件P1、P2、P3。如上所述，能够通过提供或者计算针对所述预期元件准备的构造高度轮廓来移除这些预期的元件(并且因此不被认作缺陷)。
[0224]下面将参照图1A、2、3A、4A描述根据本发明的一个实施例的轮胎生产线I的操作。为了解释本发明，假定分析轮胎的具有缺陷的胎体;更加特别地，为了简化，假定获取胎体的仅一个带的三维图像，其中，带围绕轮胎的旋转轴线沿着胎体的整个圆周表面延伸。
[0225]还假定使用仅一个摄像机141和照明器131，用于获取待控制的轮胎的图像，所述摄像机141和照明器131安装在机器人臂102上，所述机器人臂102能够进入到轮胎的腔内部。
[0226]最后，假定使用RANSAC型的一致性插值。
[0227]当工作平台10完成生轮胎的构造时，模制和固化平台20接收生轮胎并且开始实施轮胎的模制和固化。
[0228]因此，以这种方式，产生了成品轮胎。
[0229 ]控制平台30在模制和固化平台20的输出部处接收成品轮胎，并且开始控制成品轮胎，以检测胎体上存在的缺陷。
[0230]特别地，待控制的轮胎抵靠支撑和运动构件101，并且开始围绕其旋转轴线旋转:同时，在轮胎围绕其旋转轴线旋转一整圈的同时，光源131产生照射轮胎的胎体的一个带的光辐射Rd，并且摄像机141由此接收带反射的光辐射并获取胎体的带的三维图像。
[0231]处理单元150处理获取到的胎体的带的三维图像，并且由该三维图像产生与带的多个弧状部分相对应的多个高度轮廓S_pal，、S_pa2 ’、…S_pan，的测量值，其中，相邻的弧状部分沿着圆周方向重叠。
[0232]特别地，处理单元150根据第一高度轮廓S_pal，的测量值并按照RANSAC型一致性插值来计算胎体的带的第一弧状部分的第一基准高度轮廓的估计值。
[0233]然后，处理单元150通过第一高度轮廓S_pal’的测量值和第一基准高度轮廓的估计值之间的差来产生可能存在缺陷的第一高度轮廓3_?&?(11’。
[0234]以类似的方式，处理单元150根据第二高度轮廓S_pa2’的测量值并按照RANSAC型一致性插值来计算胎体的带的第二弧状部分的第二基准高度轮廓的估计值，并产生可能存在缺陷的第二高度轮廓3_?&?(12’。
[0235]针对胎体的带的所有其它弧状部分，处理单元150重复前述操作，以便产生针对所有弧的可能存在缺陷的高度轮廓，以及作为可能存在缺陷的第一高度轮廓S_papdl’、可能存在缺陷的第二高度轮廓S_papd2’、...和可能存在缺陷的第η高度轮廓3_?&?(111’的总和的可能存在缺陷的总体高度轮廓3_口&口(1’。
[0236]最后，处理单元150比较可能存在缺陷的总体高度轮廓S_papd’的值和阈值S_th从而检测出对应于缺陷的一个/多个值大于所述阈值S_th，并且产生指示轮胎有缺陷的测试结果信号Srti。
[0237]需要注意的是，为了简化，仅参照胎体的仅一个带解释了所述操作，但是更一般地，胎体的表面宽度被分成多个带。在这种情况下，轮胎围绕其旋转轴线旋转一整圈，并且在旋转结束时获取胎体的所有带的三维图像。随后，处理单元150对获取到的三维图像实施处理，并由该三维图像产生多个图像，每个图像均对应于一个带。之后，处理单元150对每个带的图像实施如上所述的处理。替代地，能够通过多个摄像机141并行地实施计算。
[0238]自然地，该示例能够推广用于分析成品轮胎和/或生轮胎的内表面或外表面的任何部分。
【主权项】
1.一种用于在轮胎生产工艺中检测轮胎上的缺陷的方法，所述方法包括: a)提供轮胎； b)获取(202)所述轮胎的表面部分的三维图像； c)根据所获取的图像产生(204)多个值，所述多个值指示所述轮胎的所述表面部分的高度轮廓(S_pa)的测量值； d)根据所述高度轮廓的多个测量值并根据一致性插值来计算(205)指示所述轮胎的所述表面部分的基准高度轮廓(〈Spar〉)的估计值的多个值； e)根据所述高度轮廓的所述多个测量值和所述基准高度轮廓的多个估计值来计算(206)所述轮胎的所述表面部分中的可能存在缺陷的高度轮廓(S_papd); f)比较(207，208)所述可能存在缺陷的高度轮廓的值与阈值(S_th)，以检测所述轮胎的所述表面部分中可能存在的缺陷。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一致性插值是随机抽样一致性(RANSAC)型的。3.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中，所述部分围绕轮胎的旋转轴线沿着所述轮胎的圆周表面的至少一部分延伸，并且其中，所述方法还包括: -将轮胎的所述部分分成多个弧状部分； -将所述三维图像分成与所述多个弧状部分相对应的多个三维图像； -迭代地重复步骤c)至步骤e)，以产生与所述多个弧状部分相对应的可能存在缺陷的多个高度轮廓。4.根据权利要求3所述的方法，所述方法还包括根据所述可能存在缺陷的多个高度轮廓产生所述可能存在缺陷的高度轮廓。5.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，所述方法还包括: -将所述部分分成多个大体环形的带，所述大体环形的带具有基本恒定的宽度； -对所述多个大体环形的带中的每个带重复步骤b)至步骤f)。6.根据权利要求5所述的方法，其中，两个相邻的带至少部分地沿着圆周相互重叠。7.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，所述方法还包括: -接收所述轮胎的一部分的构造高度轮廓，所述构造高度轮廓指示预期的元件在所述轮胎的所述一部分上的位置； -比较所述可能存在缺陷的高度轮廓与所述构造高度轮廓，以从所述可能存在缺陷的高度轮廓移除所述预期的元件。8.根据权利要求7所述的方法，所述方法还包括: -接收基本没有缺陷的基准轮胎，并且通过步骤b)至步骤f)计算所述构造高度轮廓，其中，所述预期的元件被检测为所述基准轮胎上的缺陷。9.一种在轮胎生产线中检测轮胎上的缺陷的设备(100)，所述设备包括: -支撑和运动构件(101)，所述支撑和运动构件具有支撑件，所述支撑件适于支撑轮胎并且使轮胎围绕轮胎的旋转轴线旋转； -光源(131)，所述光源构造成在轮胎旋转期间发射光辐射(Rd)，用于照亮所述轮胎的表面的一部分； -至少一个摄像机(141)，所述摄像机构造成在轮胎旋转期间获取所述轮胎的所述表面部分的三维图像； -处理单元(150)，所述处理单元构造成: ?根据所获取的三维图像产生(152)多个值，所述多个值指示所述轮胎的所述表面部分的高度轮廓(S_pa)的测量值； ?根据所述高度轮廓的多个测量值并根据一致性插值来计算(153)指示所述轮胎的所述表面部分的基准高度轮廓(<S_par>)的估计值的多个值； ?根据所述高度轮廓的多个测量值和所述基准高度轮廓的估计值来计算(154)所述轮胎的所述表面部分中的可能存在缺陷的高度轮廓(S_papd); ?比较(155，158)所述可能存在缺陷的高度轮廓的值与阈值(S_th)，以检测所述轮胎的所述表面部分中的可能存在的缺陷。10.—种计算机程序，所述计算机程序包括软件代码部分，当在至少一台计算机上运行所述程序时，所述软件代码部分适于实施根据权利要求1至8中的任意一项所述的方法的至少所述步骤c)、d)、e)、f) ο11.一种用于生产轮胎的工艺，所述工艺包括: -构造生轮胎； -模制和固化所述生轮胎； -根据权利要求1至8中的任意一项所述的方法控制所述生轮胎和/或经过固化的轮胎。12.一种轮胎生产线(I)，所述轮胎生产线包括: -工作平台(10); -模制和固化平台(20); -控制平台(30)，所述控制平台包括根据权利要求9所述的用于检测轮胎上的缺陷的设备(10)0
【文档编号】G01M17/02GK106030275SQ201480075687
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2014年12月22日
【发明人】F·雷戈利, V·波法, L·迪斯特法诺, V·巴拉尔迪尼, G·卡萨迪奥托齐
【申请人】倍耐力轮胎股份公司