专利名称：用于检测带状构件的形状的方法和设备及二维位移传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于检测诸如胎体帘布层等的带状构件的诸如长度和接合尺寸等的形状的方法和设备及在检测带状构件的形状时使用的二维位移传感器。
背景技术：
在用于测量诸如胎体帘布层等的带状轮胎组成构件的长度的设备中，传统上已知的是用于带状橡胶构件的长度测量设备。这样的设备通过利用一维激光传感器顺次测量带状橡胶构件的切割面之间的间隙来测量诸如胎面等的带状橡胶构件的长度，所述带状橡胶构件是从挤压机挤出、被切割成固定长度并被进一步传送的带状橡胶构件。一维激光传感器从切割倾斜角度方向发射具有照射区域的预定光斑直径的激光并且利用诸如光电传感器等的光接收部件检测反射光。基于当光通过带状橡胶构件的间隙时反射光的强度变弱的原理，长度测量设备通过计算出间隙位置来测量被切割成固定长度的带状橡胶构件的长度(例如见专利文献I)。然而，应该认识到的是，上述带状橡胶构件的长度测量设备不一定能够在带状橡胶构件的宽度方向上的任意给定位置处进行长度测量，因为所使用的位移传感器是一维激光传感器。为了解决这个问题，本发明人已经提议一种采用二维位移传感器作为位移传感器的带状构件的长度测量设备，由此使得甚至用单台位移传感器也能够在宽度方向的宽范围内进行带状构件的高度差的位置(起始端和终止端)的检测(例如见专利文献2)。该长度测量设备如图7所示地构造。更具体地，激光源81a发射线状的激光。二维位移传感器81配备有具有CCD相机的位移测量部件81b，该位移测量部件81b从反射自轮胎组成构件80的表面的激光的光接收位置测量轮胎组成构件80的位移量。因此，以预定角度相对于轮胎组成构件80的长度方向倾斜的线束被发射至轮胎组成构件80，该轮胎组成构件80围绕以预定速度转动的成型鼓82贴附。同时，二维位移传感器81通过接收来自照射区域的反射光测量轮胎组成构件80的起始端80a和终止端80b的位置。如专利文献2所公开的，通过布置于轮胎组成构件80的各个宽度方向端部侧的两台二维位移传感器81、81，能够跨越轮胎组成构件80的整个宽度测量轮胎组成构件80的起始端80a和终止端80b的位置。相关技术文献专利文献专利文献1:日本特开2003-28630号公报专利文献2:W02006/019070A
发明内容
发明要解决的问题应该注意的是，散射光通常是用作入射在诸如CCD相机等光接收元件上的反射光的光。然而，诸如胎体帘布层或带束等的经过处理的构件(具有被经过处理的橡胶涂覆的帘线的构件)具有凹凸表面，该凹凸表面具有内部包含帘线的凸部和内部不包含帘线的凹部，因此在谷部和倾斜部存在光泽。结果，由于总的反射光的比例增加了，所以散射光在反射光的亮度上下降。另一方面，诸如胎面等的橡胶构件由于比树脂等的表面粗糙度高的表明粗糙度而在表面上具有轻微凹凸度，但是一般在表面上具有较少光泽部分。即，诸如胎面等的橡胶构件比上述经过处理的构件产生更高强度的反射光。并且，在经过处理的构件与诸如胎面等的橡胶构件之间，存在着二维位移传感器的测量精度不同的问题。已做出本发明以解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于检测带状构件的形状的方法和设备，其精确地测量带状轮胎组成构件的表面的位移量，而不管轮胎组成构件的类型如何，本发明的目的还在于提供在这样的带状构件的形状的检测中优选地使用的二维位移传感器。用于解决问题的方案本发明人已经通过仔细研究得到了本发明。发现，对于经过处理的构件，通过如下构造的光学系统能够获得最令人满意的亮度:如图8的(a)所述，激光被以45°至65°的入射角度θτ&射至经过处理的构件40T的表面，并且以相同角度θτ反射的全反射光被聚焦在诸如C⑶相机等的光接收元件上；对于除了经过处理的构件以外的构件，通过如下构造的光学系统能够获得最令人满意的亮度:如图8的(b)所示，激光被以90°的入射角度(沿法线方向)发射至除了经过处理的构件以外的构件40G的表面，并且在为-45°的方向上的散射光被聚焦在诸如CCD相机等的光接收元件上。S卩，本发明的第一方面提供一种二维位移传感器，其包括:发射部件，该发射部件用于发射从与带状构件的厚度方向交叉的方向入射到所述带状构件的表面的第一激光，以及发射从与所述带状构件的厚度方向平行的方向入射到所述带状构件的表面的第二激光；位移测量部件，该位移测量部件具有光接收元件，所述光接收元件用于接收从所述带状构件的表面反射的光，并且用于从由所述光接收元件检测出的反射光接收位置测量所述带状构件的表面的位移量；光学元件，该光学元件用于使所述反射光聚焦于所述光接收元件；和切换部件，该切换部件用于使待入射到所述带状构件的表面的激光在所述第一激光和所述第二激光之间切换。于是，能够精确地测量出带状构件的表面的位移量，而不管带状构件的类型如何。因此，本发明的二维位移传感器使得能够通过测量带状构件的切割面的位置来检测带状构件的长度或带状构件的接合尺寸(抵接接合、重叠接合)。因此，能够以优异的精度检测带状构件的形状。本发明的第二方面提供一种二维位移传感器，其中，所述发射部件包括:激光发射部件，该激光发射部件用于发射线状的激光；分束器，该分束器用于使从所述激光发射部件发射的激光分成所述第一激光和所述第二激光；和反射镜，该反射镜反射待从与所述带状构件的厚度方向交叉的方向入射的所述第一激光。通过采用上述结构，能够利用单台激光发射部件(激光器)精确地测量带状构件的表面的位移量。这能够使本发明的设备简化。本发明的第三方面提供一种二维位移传感器，其中，所述发射部件包括用于发射所述第一激光的第一激光器和用于发射所述第二激光的第二激光器。在该二维位移传感器中，所述第一激光和所述第二激光是线状的激光，所述切换部件驱动和控制所述第一激光器和所述第二激光器中的仅一者。结果，第一激光器与第二激光器之间的切换能够被确定地产生以用于朝向带状构件的表面的发射激光。因此，能够提高带状构件的表面的位移量的测量精度。本发明的第四方面提供一种二维位移传感器，其中，所述二维位移传感器进一步包括反射镜，该反射镜用于反射待从与所述带状构件的厚度方向交叉的方向入射的所述第一激光的发射光。因此，通过使用简单的结构，能够使得来自第一激光器的发射光的入射方向与带状构件的厚度方向交叉。这能够使本发明的设备简化。本发明的第五方面提供一种二维位移传感器，所述二维位移传感器进一步包括在所述第一激光器与所述反射镜之间的分束器，该分束器用于使所述第一激光器的发射光透过并且反射所述第二激光器的反射光。以该方式，分束器的设置将由于减少了光学元件的数量而进一步使本发明的设备简化。本发明的第六方面提供一种二维位移传感器，所述二维位移传感器进一步包括:第三激光器，该第三激光器布置在相对于所述第二激光器与所述第一激光器对称的位置；第二反射镜，该第二反射镜用于反射待从与所述带状构件的厚度方向交叉的方向入射的来自所述第三激光器的发射光；和第二分束器，该第二分束器位于所述第三激光器与所述第二反射镜之间，并且所述第二分束器用于使来自所述第三激光器的发射光透过并且反射来自所述第一激光器的反射光。在该二维位移传感器中，所述切换部件在驱动和控制所述第一激光器的同时驱动和控制所述第三激光器。因此，即使当有阴影时，由于来自第一激光器和第三激光器的反射光的图像中的一个图像没有缺失部分，所以可以利用该图像精确地测量带状构件的表面的位移量。本发明的第七方面提供一种二维位移传感器，所述二维位移传感器进一步包括:位于所述分束器与所述反射镜之间的电子快门；和位于所述第二分束器与所述第二反射镜之间的另一电子快门。结果，因为能够减小光学元件的数量，并且能够防止不必要的反射光进入到相机内，所以能够提闻检测精度。本发明的第八方面提供一种用于检测带状构件的形状的设备，其包括:根据上述第一方面所述的二维位移传感器；移动部件，该移动部件用于使所述二维位移传感器在所述带状构件的长度方向上相对于所述带状构件移动；和形状检测部件，该形状检测部件用于基于所述二维位移传感器测量出的所述带状构件的位移量检测所述带状构件的形状。在该用于检测带状构件的形状的设备中，所述激光发射部件、所述第一和第二激光器或者所述第一至第三激光器将线状的激光发射到所述带状构件的表面，所述线在相对于所述带状构件的长度方向倾斜的方向上延伸。因此，能够精确地检测带状构件的诸如长度和接合尺寸等的形状，而不管带状构件的类型如何。本发明的第九方面提供一种用于检测带状构件的形状的设备，其中，来自所述激光发射部件的激光、来自所述第一激光器和所述第二激光器激光或者来自所述第一激光器至所述第三激光器的激光通过相应的鲍威尔透镜而出射。鲍威尔透镜是设计成使具有高斯分布型强度分布的入射光转换成具有几乎均匀强度分布的光的透镜。通过使用它们，能够防止在构件端部处亮度的降低，使得能够进一步提高测量精度。本发明的第十方面提供一种用于检测带状构件的形状的方法，该方法包括如下步骤:将线状的激光发射到所述带状构件的表面；通过接收来自所述带状构件的表面的所述激光的反射光检测所述带状构件的表面的位移量；以及一边使所述激光和光接收元件在所述带状构件的长度方向上相对于所述带状构件移动，一边测量所述带状构件的表面的位移量。在该方法中，改变激光的发射方向使得:当所述带状构件是经处理的构件时，所述激光的入射方向与所述带状构件的厚度方向交叉，当所述带状构件是经处理的构件以外的构件时，所述激光的入射方向平行于所述带状构件的厚度方向。因此，能够精确地检测带状构件的诸如长度和接合尺寸等的形状，而不管带状构件的类型如何。需要理解的是，本发明的前述概括不一定列举了本发明的所有重要特征，并且所有这些特征的子组合试图被包括在本发明内。
图1是根据本发明的第一实施方式的轮胎组成构件的长度测量设备的示意图。图2是示出根据本发明的第一实施方式的二维位移传感器的构造的图。图3是示出二维位移传感器的光学系统的另一示例的图。图4是示出根据本发明的第二实施方式的二维位移传感器的构造的图。图5是用于说明根据第二实施方式的二维位移传感器的操作的图。图6是示出根据本发明的第三实施方式的二维位移传感器的构造的图。图7是示出利用传统的二维位移传感器的用于端部测量的方法的图。图8是示出轮胎组成构件与入射光和反射光的方向之间的关系的图。
具体实施例方式现在将基于优选的实施方式来说明本发明，这些优选的实施方式并不试图限制本发明的权利要求的范围，而是示例性说明本发明。实施方式中说明的所有特征及其组合不一定是本发明必要的。第一实施方式图1的(a)和图1的(b)是根据本发明的第一实施方式的轮胎组成构件的长度测量设备(以下称作“长度测量设备)10的示意图。图2是示出根据本发明的二维位移传感器11的构造的图。长度测量设备10包括两台二维位移传感器11、11、激光器驱动/控制部件12、切换部件13、形状测量部件14、成型鼓21、鼓转动单元22、旋转编码器23和移动部件。值得注意的是，切换部件13可以被包含在激光器驱动/控制部件12内。本实施方式中的长度测量设备10的移动部件配备了成型鼓21、鼓转动单元22和旋转编码器23。成型鼓21、鼓转动单元22和旋转编码器23是轮胎成型机的构成元素，轮胎成型机通过围绕成型鼓21的周面将诸如胎体帘布层、带束和胎面等的带状轮胎组成构件顺次地贴附成层叠体来形成生胎。
如图1的(a)和图1的(b)所示，成型鼓21是被连接至轮胎成型机的主轴24的端部的能够径向地扩张和收缩的筒状构件。并且，安装于成型鼓21的后方的传送器31上携带的带状轮胎组成构件40被一个接一个地贴附至成型鼓21的周面，并被加压辊32加压。附图标记40a指示被贴附至成型鼓21的带状轮胎组成构件40的起始端。
被贴附至成型鼓21的带状轮胎组成构件40与成型鼓21 —起在成型鼓21的转动方向上移动。带状轮胎组成构件40的移动方向是带状轮胎组成构件40的长度方向。
带状轮胎组成构件40的长度几乎等于成型鼓21的周长。因此，随着成型鼓21进一步转动，将由带状轮胎组成构件40的起始端40a和终止端40b形成接合部40c。在这里图示了起始端40a和终止端40b彼此重叠的接合部40c,但是接合部可以是起始端40a与终止端40b之间的间隙，或者在起始端40a与终止端40b之间没有间隙或重叠。
配备有驱动马达22b的鼓转动单元22使主轴24以预定速度转动，其中驱动马达22b经由变速机22a连接至主轴24，主轴24是成型鼓21的转动轴。
旋转编码器23是用于检测主轴24的转动的转动位置传感器。旋转编码器23不仅检测成型鼓21的转动位置，而且在成型鼓21每转动预定角度时都向形状测量部件14和控制成型鼓21的转速的成型鼓控制单元25输出脉冲信号。在本实施方式中，所使用的旋转编码器23是AB相输出型旋转编码器，但是所使用的旋转编码器23可以是ABZ相输出型旋转编码器。
如图2所示，二维位移传感器11包括作为发射部件的第一和第二激光器单元111、112、相机113、测量单元114、第一和第二反射镜11m、lln、第一分束器115、辅助反射镜Ilk、棱镜116和作为电子快门的液晶快门117。附图标记IIL代表光学兀件组,第一反射镜Ilm是发射单元的光学元件，第二反射镜lln、辅助反射镜Ilk、棱镜116和液晶快门117是光接收单元的光学元件，并且第一分束器115是发射单元和光接收单元的共用光学元件。
第一激光器单元111布置成在与作为待测量对象的带状轮胎组成构件40的厚度方向交叉的方向上发射激光(第一激光)。
第二激光器单元112布置成在与带状轮胎组成构件40的厚度方向平行的方向(表面的法线方向)上发射激光(第二激光)。
第一和第二激光器单元111、112中的每一个随着来自激光器驱动/控制部件12的控制信号，将在相对于带状轮胎组成构件40的长度方向或移动方向倾斜的方向上延伸的线束发射到作为待测量对象的带状轮胎组成构件40的表面上。第一激光器单元111的线束的倾斜角度和第二激光器单元112的线束的倾斜角度设定为使得:第一激光器单元111的线束覆盖带状轮胎组成构件40的左半部；并且第二激光器单元112的线束覆盖带状轮胎组成构件40的右半部。
应该注意的是，在本实施方式中，根据待测量的带状轮胎组成构件40的类型来选择待驱动的激光器单元。当第一激光器单元111和第二激光器单元112中的一个被驱动时，另一个未被驱动。
相机113在第二激光器单元112的激光方向的延长线上位于第一和第二激光器单元111、112的与带状轮胎组成构件40所在侧相反的一侧，并且相机113通过接收来自照射部的光束的反射光来捕获带状轮胎组成构件40的表面的图像，其中，相机113设置有二维配置的CXD元件。
联接至相机113的测量单元114利用由相机113捕获的图像中的反射光检测位置来测量带状轮胎组成构件40距离基准位置的位移量。此时，测量单元114与来自旋转编码器23的脉冲信号同步地从相机113采样检测信号，并且从采样数据测量带状轮胎组成构件40距离基准位置的位移量。
注意，在本实施方式中，所使用的基准位置是未卷绕带状轮胎组成构件40的成型鼓21的表面。
第一分束器115使发射自第一激光器单元111的激光的一部分透过并且使其另一部分反射。
在第一激光器单元111的发射方向上位于第一分束器115与带状轮胎组成构件40之间的第一反射镜Ilm如下地布置:使得第一反射镜Ilm的反射面使来自第一激光器单元111的已经通过了第一分束器115的激光(透射光)反射，并且透射光在轮胎组成构件40上的入射角度变成θτ。在本实施方式中，θτ*45°。换言之，第一反射镜Ilm以使得其反射面与轮胎组成构件40的表面垂直的方式定向。
值得注意的是，第二激光器单元112的激光的朝向第一反射镜Ilm散射并且被第一反射镜Ilm反射的散射光(如图2中虚线示出的0e=-45°的散射光)被如后面将说明的液晶快门117阻断。
第二反射镜Iln和辅助反射镜IIk使来自第一激光器单元111的激光的反射光(θ τ=45°的全反射光)和来自第二激光器单元112的激光的朝向与第一反射镜Ilm相反的方向散射的散射光(9e=45°的散射光)反射，由此使所述反射光和所述散射光入射在棱镜116上。第二反射镜Iln位于轮胎组成构件40所在侧，而辅助反射镜Ilk位于相机113所在侧。注意，第二反射镜Iln同样以其反射面垂直于轮胎组成构件40的表面的方式定向。
位于第二激光器单元112和相机113之间的棱镜116使来自辅助反射镜Ilk的反射光反射，由此向相机113提供图像。
位于第一反射镜Ilm和第一分束器115之间的液晶快门117以如下的方式打开和关闭:使得来自第一激光器单元111的激光的透射光通过，而阻断来自第二激光器单元112的激光的反射光。
在传统技术中，因为围绕成型鼓21卷绕的轮胎组成构件40，所以激光的强度趋向于在线束的端部下降，并且反射光也不易在相机113上聚焦(形成图像)。因此，在本实施方式中，在第一和第二激光器单元111、112的每一个中设置了鲍威尔透镜(Powell lens)11P，如图3所示，使得提高了入射在相机113上的反射光的强度。
鲍威尔透镜IlP是用于将具有高斯分布型强度分布的光转换成具有几乎均匀的强度分布的光的透镜。利用通过了鲍威尔透镜IIP的来自半导体激光器IlZ的激光，能够有效地减少光束的端部的激光强度下降。
应该注意的是，可以在第一和第二激光器单元111、112的半导体激光器Ilz与鲍威尔透镜IlP之间布置准直透镜IlC和聚光透镜lid。于是，能够进一步增强减少激光强度下降的效果，结果，能够获得带状轮胎组成构件40的更清楚的图像。
激光器驱动/控制部件12驱动第一和第二激光器单元111、112的半导体激光器IlzUlz中的一者。
切换部件13通过控制激光器驱动/控制部件12在一个激光器单元的半导体激光器Ilz与另一激光器单元的半导体激光器Ilz之间切换，其中半导体激光器待由激光器驱动/控制部件12驱动。
形状测量部件14利用由二维位移传感器11、11的测量单元114测量出的带状轮胎组成构件40距离成型鼓21的表面的位移量的数据来找到带状轮胎组成构件40的表面上的高度差的位置(台阶状位置)，并且确定出相对于高度差的位置而言的带状轮胎组成构件40的起始端40a和终止端40b的位置和带状轮胎组成构件40的长度。
接着，将给出用于利用根据本实施方式的长度测量设备10测量带状轮胎组成构件40的长度的方法的说明。
首先，如图1的(b)所示，通过以与成型鼓21的转速相同的转速运行的传送器33将带状轮胎组成构件40传送至成型鼓21的上部，并且顺次地将带状轮胎组成构件40贴附至成型鼓21的周面。顺次地贴附至成型鼓21的周面的带状轮胎组成构件40随着在其长度方向上移动而围绕成型鼓21卷绕并且伴随成型鼓21的转动以圆弧形弯曲。
当被传送至该点的带状轮胎组成构件40是诸如胎体帘布层或带束等的经过处理的构件40T时，切换部件13通过控制激光器驱动/控制部件12驱动和控制二维位移传感器11、11的第一激光器单兀111、111的半导体激光器llz、llz。此时,第二激光器单兀112、112的半导体激光器IlzUlz仍然处于关闭状态。
如图2所示，从二维位移传感器11的第一激光器单元111发射出的激光的一部分通过第一分束器115和处于打开状态的液晶快门117，接着被第一反射镜Ilm反射，并且以45°的入射角度Θ T撞击经过处理的构件40T的表面。
在撞击了经过处理的构件40T的表面的激光的反射光中，反射角度θ τ为45°的全反射光顺次地被第二反射镜Iln和辅助反射镜Ilk反射并进入棱镜116。从那里，所述全反射光被朝向相机113发射出，并且在相机113的CXD元件上形成图像。二维位移传感器11的测量单元114与来自旋转编码器23的脉冲信号同步地从相机113采样检测信号、从采样数据测量经过处理的构件40T的位移量并且将位移数据发送至形状测量部件14。
形状测量部件14利用这些位移数据找到经过处理的构件40T的高度差的位置，并且确定出相对于高度差的位置而言的经过处理的构件40T的起始端40a和终止端40b的位置和经过处理的构件40T的长度。
以该方式，当带状轮胎组成构件40是经过处理的构件40T时，配置为使得激光以45°的入射角度θτ&射至经过处理的构件40T的表面，并且以相同角度θτ反射的全反射光由相机113检测到。这提高了反射光的检测灵敏度，使得能够显著地提高经过处理的构件40Τ的长度测量的精度。
另一方面，当被传送至该点的带状轮胎组成构件40是诸如顶部胎面等的除了经过处理的构件以外的构件(以下称作“非经处理的构件“)40G时，切换部件13驱动和控制二维位移传感器11、11的第二激光器单元112、112的半导体激光器11ζ、11ζ，并且将第一激光器单元111、111的半导体激光器IlzUlz设定在关闭状态。
如图2所示，从二维位移传感器11的第二激光器单元112发射出的激光从平行于非经处理的构件40G的法线方向的方向入射在非经处理的构件40G上。
在发射至非经处理的构件40G的表面的激光的散射光中，反射角度θε为45°的散射光顺次地被第二反射镜Iln和辅助反射镜Ilk反射，并进入棱镜116。从那里，所述散射光被朝向相机113的方向发射并且在相机113的CXD元件上形成图像。二维位移传感器11的测量单元114与来自旋转编码器23的脉冲信号同步地从相机113采样检测信号、从采样数据测量非经处理的构件40G的位移量并且将位移数据发送至形状测量部件14。
采用与经过处理的构件40Τ类似的方式，形状测量部件14从这些位移数据确定出非经处理的构件40G的起始端40a和终止端40b的位置和非经处理的构件40G的长度。
此时，在发射至非经处理的构件40G的激光的散射光中，反射角度为-45°的散射光被第一反射镜Ilm反射，并且朝向第一分束器115的方向前进。然而，由于布置在第一反射镜Ilm和第一分束器115之间的液晶快门117处于关闭状态,所以反射角度Θ e为-45°的散射光未进入相机113。因此，反射角度为45°的散射光和反射角度为-45°的散射光未在CCD元件上彼此重叠，结果，能够提高位移量的测量精度。值得注意的是，代替液晶快门117，遮蔽件可以布置在第一分束器115与棱镜116之间，以便以类似方式防止反射角度Θ e为-45°的散射光进入相机113。
以该方式，当带状轮胎组成构件40是非经处理的构件40G时，配置为使得激光被沿着非经处理的构件40G的法线方向发射出并且反射角度Θ e为45°的散射光被相机113检测到。这提高了反射光的检测灵敏度，使得同样能够显著地提高非经处理的构件40G的长度测量的精度。
本实施方式中的第一和第二激光器单元111、112中的每一个均将在相对于带状轮胎组成构件40的长度方向或移动方向倾斜的方向上延伸的线束发射到带状轮胎组成构件40的表面。还有，第一激光器单元111的线束以覆盖带状轮胎组成构件40的左半部的方式配置，并且第二激光器单元112的线束覆盖带状轮胎组成构件40的右半部。因此，能够跨越带状轮胎组成构件40的整个宽度确定出带状轮胎组成构件40的起始端40a的位置、终止端40b的位置和长度。
还有，根据本发明的长度测量设备10能够通过简单地切换二维位移传感器11所使用的激光器单元而精确地测量经过处理的构件40T和非经处理的构件40G两者的位移量。因此，无需为各类型的待测量构件更换二维位移传感器，这提高了工作效率。
还有，根据本发明的二维位移传感器11能够用单个相机113测量均作为带状轮胎组成构件40的经过处理的构件40T和非经处理的构件40G两者的位移量。因此，二维位移传感器11能够被制得较小且较轻，并且长度测量设备10也能够被制得较小。此外，二维位移传感器11和长度测量设备10能够被以较低成本制造。
在前述实施方式中，来自第一激光器单元111的激光的入射角度θτ*45°。然而，这不总是必要条件。可以配置成使得激光的入射方向与经过处理的构件40Τ的法线方向交叉，并且更优选的是，91在45°至65°的范围内。还有，对于来自第二激光器单元112的激光的入射角度，可以不一定是法线方向。但是，如在实施方式中那样，法线方向被认为是优选的，因为可以更容易地有助于光学系统的配置。
还有，在前述实施方式中，在来自第二激光器单元112的激光的从非经处理的构件40G反射的散射光中，仅反射角度为45°的散射光被检测出。然而，配置可以是使得仅反射角度为-45°的散射光被检测出。在该情况中，液晶快门117应该安置在棱镜116之前的光学路径中，如在辅助反射镜Ilk与棱镜116之间。
第二实施方式
图4是示出根据本发明的第二实施方式的二维位移传感器Ilz的构造的图。
在前述实施方式的二维位移传感器11中，因为来自第一激光器单元111的激光的入射角度与经处理的构件40T的法线方向交叉，因而出现构件的“浮影(lift shadow)”的问题。在本实施方式中，构件的“浮影”的问题通过提供如下二维位移传感器IlZ来解决:该二维位移传感器IlZ除了具有第一和第二激光器单元111、112以外，还具有用于沿着与经处理的构件40G的厚度方向交叉的方向发射激光的第三激光器单元118。
二维位移传感器IlZ不仅代替二维位移传感器11的辅助反射镜Ilk设置有第二分束器119，而且在分束器115与棱镜116之间设置有液晶快门117。
第三激光器单兀118和第二分束器119布置在相对于相机113的光轴方向与第一激光器单元111和第一分束器115轴对称的位置处。并且，激光驱动/控制部件12控制成使得来自第一激光器单元111的激光和来自第三激光器单元118的激光被交替地发射至经处理的构件40T。
值得注意的是，经处理的构件40T的起始端40a和终止端40b两者均为台阶状(高度差)部位，并且起始端40a是升高台阶，终止端40b是下降台阶。因此，当测量起始端40a的形状时，使用通过使适当位置的激光器单元发射激光至到达台阶部之前的台阶部的较高表面而获得的图像，而当测量终止端40b的形状时，使用利用第一激光器单元111获得的图像与利用第三激光器单元118获得的图像中的具有较少“缺失图像(missing image)”的图像。“缺失图像”在这里意味着由低于预定基准值的亮度产生的图像。
图5的(a)至图5的(C)是说明二维位移传感器IlZ的操作的图。当带状轮胎组成构件40是经处理的构件40T时，如图5的(a)和图5的(b)所示，通过使来自第一激光器单元111的激光和来自第三激光器单元118的激光交替地发射到经处理的构件40T的表面来测量经处理的构件40T的表面的位移量。此时，第二激光器单元112未操作，并且液晶快门117设定在打开状态。
如图5的(a)所示，从第一激光器单元111发射的激光的一部分通过第一分束器115、被第一反射镜Ilm反射并且以45°的入射角度θ τ撞击经处理的构件40T的表面。在经处理的构件40Τ的表面上反射的激光的反射光中，反射角度θ τ为45°的全反射光顺次地被第二反射镜Iln和第二分束器119的反射面反射并进入棱镜116。从那里，所述全反射光被朝向相机113的方向发射并在相机113的CCD元件上形成图像。
另一方面，如图5的(b)所示，从第三激光器单元118发射出的激光的一部分通过第二分束器119，接着由第二反射镜Iln反射，并且以-45°的入射角度Θ T撞击经处理的构件40T的表面。在经处理的构件40T的表面上反射的激光的反射光中，反射角度θ τ为-45°的全反射光顺次被第一反射镜Ilm和第一分束器115的反射面反射并在通过了处于打开状态的液晶快门117之后进入棱镜116。从那里，所述全反射光被朝向相机113的方向发射并在相机113的CXD元件上形成图像。
二维位移传感器IlZ的测量单元114与来自旋转编码器23的脉冲信号同步地从相机113采样检测信号，从采样数据测量经处理的构件40Τ的位移量，并发送位移数据至形状测量部件14。
形状测量部件14利用这些位移数据找到经处理的构件40T的高度差的位置，并确定出相对于高度差的位置而言的经处理的构件40T的起始端40a和终止端40b的位置和经处理的构件40T的长度。
另一方面，当被传送至该点的带状轮胎组成构件40是非经处理的构件40G时，第一和第三激光器单元111、118未操作，并且液晶快门117被设定在关闭状态。
如图5的(C)所示，从第二激光器单元112发射出的激光从平行于非经处理的构件40G的法线方向的方向入射。
在被发射至非经处理的构件40G的表面的激光的散射光中，反射角度Θ e为45°的散射光顺次地被第二反射镜Iln和第二分束器119的反射面反射并进入棱镜116。从那里，所述散射光被朝向相机113的方向发射并在相机113的CXD元件上形成图像。
此外，在被发射至非经处理的构件40G的表面的激光的散射光中，反射角度为-45°的散射光被第一反射镜Ilm和第一分束器115的反射面反射，并朝向棱镜116的方向前进。此时，由于液晶快门117处于关闭状态,所以反射角度为-45°的散射光未进入相机113。因此，反射角度为45°的散射光和反射角度为-45°的散射光未在CCD元件上彼此重叠，结果，能够提高位移量的测量精度。
在至此说明的第二实施方式中，来自第一激光器单元111的激光和来自第三激光器单元118的激光被交替地发射至经处理的构件40T。然而，可以配置成使得来自第一激光器单元111的激光和来自第三激光器单元118的激光使用不同的波长，例如来自第一激光器单元111的激光的波长为660nm (红色)和来自第三激光器单元118的激光的波长为405nm (蓝色)。以该方式，变得能够同时地从两个激光器单元111和118发射激光。在该情况中，待使用的相机113是彩色CXD相机。并且能够获得两种图像、即蓝色和红色图像，作为由相机113捕获到的图像。
第三实施方式
在前述第一实施方式中，发射部件由第一和第二激光器单元111、112构成。然而，如图6所示，二维位移传感器IlS可以通过利用设置有激光发射用激光器单元110和分光用分束器IlB的发射部件来构造。于是，将仅需要一个激光器单元，由此使传感器结构简化。
二维位移传感器IlS包括激光器单元110、准直透镜11A、分光用分束器11B、透射光用鲍威尔透镜11C、图像转动件11D、反射镜11E、反射光用鲍威尔透镜11F、作为电子快门的液晶快门117a、117b、相机113和测量单元114。
切换部件由液晶快门117a、117b和用于控制液晶快门117a、117b的打开和关闭的未示出的快门控制部件构成。
值得注意的是，这里所使用的相机113和测量单元114与第一实施方式中的相同，但是在本实施方式中，相机113布置成处于第一激光被反射所朝向的位置,或者相对于来自激光器单元110的激光的方向与反射镜IlE轴对称的位置。
位于带状构件40正上方的激光器单元110发射预定波长(例如660nm)的激光。
准直透镜IIA将上述激光转变成平行光射线。
分光用分束器IlB将发射自准直透镜IlA的激光分离成透射光和反射光。透射光是从平行于带状构件40的厚度方向的方向入射在带状构件40的表面上的第二激光。
透射光用鲍威尔透镜IlC将第二激光、即来自分光用分束器IlB的透射光转换成待入射到带状构件40上的具有几乎均一的强度分布的光。
图像转动件IlD使反射光以预定角度(这里为90° )围绕光轴转动并发射转动了的光至反射镜11E，其中图像转动件IlD位于来自分光用分束器IlB的反射光的发射方向上。
反射镜IlE在与带状构件40的厚度方向交叉的方向(这里是入射角度θτ*45°的方向)上使反射光反射。来自反射镜IlE的反射光是第一激光。
反射光用鲍威尔透镜IlF将作为第一激光的反射光转换成待入射到带状构件40上的具有几乎均一的强度分布的光。
位于反射光用鲍威尔透镜IlF和带状构件40之间的液晶快门117a在打开状态下使第一激光透过并且在关闭状态下阻断第一激光。另一方面，位于透射光用鲍威尔透镜Iic和带状构件40之间的液晶快门117b在打开状态下使第二激光透过并且在关闭状态下阻断第二激光。
接着，将给出对二维位移传感器IlS的操作的说明。
当带状轮胎组成构件40是经过处理的构件40T时，在未示出的快门控制部件将液晶快门117a设定在打开状态并且将液晶快门117b设定在关闭状态的情况下，仅第一激光被发射至经处理的构件40T的表面，并测量出经处理的构件40T的表面的位移量。
第一激光是来自激光器单元110的激光的由分光用分束器IlB反射的反射光，该反射光也被反射镜IlE反射，并且以45°的入射角度θτ撞击经处理的构件40T的表面。在经处理的构件40Τ的表面上反射的激光的反射光中，反射角度θ τ为45°的全反射光被朝向相机113的方向发射，在那里被聚焦在相机113的CXD元件上(形成图像)。
因此，能够通过用于确定由相机113捕获的图像中反射光检测位置的测量单元114来测量出带状轮胎组成构件40的位移量。
另一方面，当被传送至该点的带状轮胎组成构件40是非经处理的构件40G时，通过将液晶快门117b设定在打开状态并且将液晶快门117a设定在关闭状态，仅第二激光被发射至非经处理的构件40G的表面，并且测量出非经处理的构件40G的表面的位移量。
第二激光是从激光器单元110发射出并且通过了分光用分束器IlB的激光，第二激光从平行于非经处理的构件40G的法线方向的方向入射在非经处理的构件40G上，如图6所示。
在发射到非经处理的构件40G的激光的散射光中，反射角度Θ e为45°的散射光被朝向相机113的方向发射，在那里被聚焦在相机113的C⑶元件上。因此，能够通过用于确定由相机113捕获的图像中反射光检测位置的测量单元114来测量出带状轮胎组成构件40的位移量。
应该注意的是，本发明的二维位移传感器11、11Z、11S的应用不限于围绕成型鼓21的周面卷绕的带状轮胎组成构件40的表面形状的测量。例如，它们可以被应用于带状橡胶构件或者在传送器上传送的带状构件的形状测量，带状橡胶构件诸如是被从挤出机挤出、被切割成固定长度并被传送的胎面。
在前述说明中，已经参照本发明的特定实施方式说明了本发明。然而，本发明的技术范畴不应被认为是限于这些实施方式。对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以在不背离本发明的较广泛的精神和范畴的情况下对其进行各种变型和改变。从随附权利要求书的范畴还显而易见的是，所有这样的变形都试图被包括在本发明的技术范畴内。
产业h的可利用件
根据本发明，能够在不增加相机数量的情况下测量经处理的构件和非经处理的构件的位移量。因此，能够测量带状构件的长度，并且能够以优异的效率检验轮胎组成构件的形状。因此，能够提闻检验精度。
附图标记说明
10轮胎组成构件的长度测量设备
IlUlZ 二维位移传感器
12激光驱动/控制部件
13切换部件
14形状测量部件
21成型鼓
22鼓转动单元
22a变速器
22b驱动马达
23旋转编码器
24轮胎成型机的主轴
25成型鼓控制单元
31传送器
32加压辊
40带状轮胎组成构件
40T经处理的构件
40G非经处理的构件
40a起始端
40b终止端
40c接合部
111第一激光器单元
112第二激光器单元
113 相机
114测量单元
115第一分束器
116 棱镜
117液晶快门
118第三激光器单元
119第二分束器
Ilm第一反射镜
Iln第二反射镜
Ilk辅助反射镜
IIP鲍威尔透镜
Ilc准直透镜
Ild聚光透镜
权利要求
1.一种二维位移传感器,其包括: 发射部件，该发射部件用于发射从与带状构件的厚度方向交叉的方向入射到所述带状构件的表面的第一激光，以及发射从与所述带状构件的厚度方向平行的方向入射到所述带状构件的表面的第二激光； 位移测量部件，该位移测量部件具有光接收元件，所述光接收元件用于接收从所述带状构件的表面反射的反射光，并且用于从由所述光接收元件检测出的反射光接收位置测量所述带状构件的表面的位移量； 光学元件，该光学元件用于使所述反射光聚焦于所述光接收元件；和切换部件，该切换部件用于使待入射到所述带状构件的表面的激光在所述第一激光和所述第二激光之间切换。
2.根据权利要求1所述的二维位移传感器，其特征在于，所述发射部件包括: 激光发射部件，该激光发射部件用于发射线状的激光； 分束器，该分束器用于使从所述激光发射部件发射的激光分成所述第一激光和所述第二激光；和 反射镜，该反射 镜反射所述第一激光，而使所述第一激光从与所述带状构件的厚度方向交叉的方向入射到所述带状构件。
3.根据权利要求1所述的二维位移传感器，其特征在于，所述发射部件包括用于发射所述第一激光的第一激光器和用于发射所述第二激光的第二激光器， 其中，所述第一激光和所述第二激光是线状的激光，并且 所述切换部件驱动和控制所述第一激光器和所述第二激光器中的仅一者。
4.根据权利要求3所述的二维位移传感器，其特征在于，所述二维位移传感器进一步包括反射镜，该反射镜用于反射所述第一激光的发射光，而使所述第一激光的发射光从与所述带状构件的厚度方向交叉的方向入射到所述带状构件。
5.根据权利要求4所述的二维位移传感器，其特征在于，所述二维位移传感器进一步包括在所述第一激光器与所述反射镜之间的分束器，该分束器用于使所述第一激光器的发射光透过并且反射所述第二激光器的反射光。
6.根据权利要求5所述的二维位移传感器，其特征在于，所述二维位移传感器进一步包括: 第三激光器，该第三激光器布置在相对于所述第二激光器与所述第一激光器对称的位置； 第二反射镜，该第二反射镜用于反射来自所述第三激光器的发射光，而使来自所述第三激光器的发射光从与所述带状构件的厚度方向交叉的方向入射到所述带状构件；和第二分束器，该第二分束器位于所述第三激光器与所述第二反射镜之间，并且所述第二分束器用于使来自所述第三激光器的发射光透过并且反射来自所述第一激光器的反射光， 其中，所述切换部件在驱动和控制所述第一激光器的同时驱动和控制所述第三激光器。
7.根据权利要求6所述的二维位移传感器，其特征在于，所述二维位移传感器进一步包括:位于所述分束器与所述反射镜之间的电子快门；和位于所述第二分束器与所述第二反射镜之间的另一电子快门。
8.一种用于检测带状构件的形状的设备，其包括: 根据权利要求1所述的二维位移传感器； 移动部件，该移动部件用于使所述二维位移传感器在所述带状构件的长度方向上相对于所述带状构件移动；和 形状检测部件，该形状检测部件用于基于所述二维位移传感器测量出的所述带状构件的位移量检测所述带状构件的形状， 其中，所述激光发射部件、所述第一和第二激光器或者所述第一至第三激光器将线状的激光发射到所述带状构件的表面，所述线在相对于所述带状构件的长度方向倾斜的方向上延伸。
9.根据权利要求8所述的用于检测带状构件的形状的设备，其特征在于，来自所述激光发射部件的激光、来自所述第一激光器和所述第二激光器的激光或者来自所述第一激光器至所述第三激光器的激光通过相应的鲍威尔透镜而出射。
10.一种用于检测带状构件的形状的方法，该方法包括如下步骤: 将线状的激光发射到所述带状构件的表面； 通过接收来自所述带状构件的表面的所述激光的反射光检测所述带状构件的表面的位移量；以及 一边使所述激光和光接收元件在所述带状构件的长度方向上相对于所述带状构件移动，一边测量所述带状构件的表面的位移量，其中，改变激光的发射方向使得:当所述带状构件是经处理的构件时，所述激光的入射方向与所述带状构件的厚度方向交叉，当所述带状构件是经处理的构件以外的构件时，所述激光的入射方向平行于所述带状构件的厚度方向。
全文摘要
通过二维位移传感器(11)能精确地测量带状轮胎组成构件的表面的位移，而不管带状构件(40)的表面条件如何。二维位移传感器(11)包括用作发射部件的第一和第二激光器单元(111，112)，其发射从与带状构件(40)的厚度方向的交叉的方向入射到带状构件(40)表面的第一激光和从平行于带状构件(40)的厚度方向的方向入射到带状构件(40)表面的第二激光；用作位移测量部件的相机(113)，其具有接收反射自带状构件(40)表面的光用的光接收元件并从光接收元件检测的反射光接收位置测量带状构件(40)的表面的位移量；使反射光聚焦于光接收元件用的光学元件(11L)；和使待入射到带状构件(40)的表面的激光在第一激光与第二激光之间切换用的切换部件(13)。
文档编号B29D30/26GK103189713SQ20118005293
公开日2013年7月3日 申请日期2011年9月5日 优先权日2010年9月3日
发明者岩山伸也 申请人:株式会社普利司通