胎面缺陷检测方法及系统与流程

本发明涉及自动控制技术领域，特别是涉及一种胎面缺陷检测方法及系统。

背景技术：

轮胎的胎面是轮胎生胎最外层的橡胶层胎面贴合在带束层鼓上带束层贴合完毕后进行，先将胎面料头贴在带束层上，胎面中心位置对应带束层鼓的中线，带束层鼓转一圈，胎面料尾与料头接头处贴合；然后，由压辊装置滚压胎面接头，使料头与料尾贴合在一起。最后判断接头的贴合程度，满足标准后由传递环传送给成型鼓，如果不满足标准，需要人为干预调整。

现有技术中，在胎面贴合结束后，由现场工作人员来判定胎面接头部分的贴合是否合格及胎面是否存在偏移。这种人工判断的方式受主观因素影响比较大，判断结果存在误差，而且，每次胎面贴合完成后再由工作人员来判断，降低了轮胎的生产效率。

技术实现要素：

本发明实施例中提供了一种胎面检测方法及系统，以解决现有技术中的人工检测胎面误差大且效率低的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种胎面缺陷检测方法，应用于轮胎成型机胎面缺陷检测系统，所述系统包括三维相机、激光器、控制器和报警装置；所述三维相机、所述激光器与所述带束层鼓的安装位置形成三角形；所述激光器发射的激光投射到所述带束层鼓面的与所述带束层鼓的中心线平行的方向上；所述方法包括：

当检测到所述带束层鼓转到胎面料头位置时，控制所述三维相机开始拍摄所述胎面的激光图像，直到所述带束层鼓转过一周时结束；

根据所述激光图像中的激光高度信息，判断所述胎面的接头及所述胎面的中心线是否存在缺陷；

当确定所述胎面的接头或中心线存在缺陷时，控制所述报警装置输出报警信号。

可选地，所述根据所述激光图像中的激光高度信息，判断所述胎面的接头是否存在缺陷，包括：

根据所述胎面料头部分对应激光图像中的激光高度信息，确定所述胎面的料头位置；

根据所述胎面料尾部分对应激光图像中的激光高度信息，确定所述胎面的料尾位置；

获取所述带束层鼓从所述料头位置转到所述料尾位置的过程中，所述三维相机获得的激光轮廓线的拍摄条数；

比较所述拍摄条数与所述带束层鼓转一圈对应的激光轮廓线的预设条数；

如果所述拍摄条数小于所述预设条数，则确定所述胎面的接头存在虚接缺陷；

如果所述拍摄条数大于所述预设条数，则确定所述胎面的接头存在搭接缺陷。

可选地，所述根据所述胎面料头部分对应激光图像中的激光高度信息，确定所述胎面的料头位置，包括：

在激光投射方向遍历所述胎面料头部分的激光图像，获得所述胎面料头部分每一列的激光高度信息；

对于所述每一列的激光高度信息，确定所述激光高度逐渐上升后保持不变的拐点为所述胎面的料头位置；

所述根据所述胎面料尾部分对应激光图像中的激光高度信息，确定所述胎面的料尾位置，包括：

在激光投射方向遍历所述胎面料尾部分的激光图像，获得所述胎面料尾部分每一列的激光高度信息；

对于所述每一列的激光高度信息，确定所述激光高度信息出现下降拐点为所述胎面的料尾位置。

可选地，所述方法还包括：当所述胎面的接头存在搭接缺陷时，利用所述预设条数与所述拍摄条数之间的差值，以及，两条相邻激光轮廓线之间的实际偏移量，计算得到所述接头的搭接量；

当所述胎面的接头存在虚接缺陷时，利用所述拍摄条数与所述预设条数之间的差值，以及，两条相邻激光轮廓线之间的实际偏移量，计算得到所述接头的虚接量。

可选地，所述根据所述激光图像中的激光高度信息，判断所述胎面的中心线是否存在缺陷，包括：

将所述胎面中间部分的激光图像沿带束层鼓的圆周方向划分成左检测部分和右检测部分；

在所述带束层鼓圆周方向分别遍历所述左检测部分和所述右检测部分，分别得到左检测部分和所述右检测部分每一行的激光高度信息；

对于所述左检测部分每一行的激光高度信息，从左到右检测出现高度上升且上升后保持不变的跳变点，并确定所述跳变点为所述左检测部分的边界位置；

对于所述右检测部分每一行的激光高度信息，从右到左检测出现高度上升且上升后保持不变的跳变点，并确定所述跳变点为所述右检测部分的边界位置；

根据所述左检测部分的边界位置及所述右检测部分的边界位置，确定所述胎面的中心线位置；

当所述胎面的中心线位置及所述带束层鼓的中心线位置不重合时，确定所述胎面存在偏中心缺陷；

根据所述胎面的中心线位置及所述带束层鼓的中心线位置，计算得到所述胎面的中心线的偏移量。

第二方面，本发明提供一种胎面缺陷检测系统，应用于包含带束层鼓的轮胎成型机中，所述系统包括：三维相机、激光器、控制器和报警装置；

所述三维相机、所述激光器与所述带束层鼓的安装位置形成三角形；

所述激光器，用于发射激光，且所述激光投射到所述带束层鼓面的与所述带束层鼓的中心线平行的方向上；

所述三维相机，用于拍摄胎面的激光图像。

所述控制器，用于当检测到带束层鼓转到胎面料头位置时，控制所述三维相机开始拍摄所述胎面的激光图像，直到所述带束层鼓转过一周时控制所述三维相机结束拍摄；根据所述激光图像中的激光高度信息，判断所述胎面的接头及所述胎面的中心线是否存在缺陷；当确定所述胎面的接头或中心线存在缺陷时，控制所述报警装置输出报警信号。

可选地，所述控制器根据所述激光图像中的激光高度信息，判断所述胎面的接头是否存在缺陷时，具体用于：

根据所述胎面料头部分对应激光图像中的激光高度信息，确定所述胎面的料头位置；

根据所述胎面料尾部分对应激光图像中的激光高度信息，确定所述胎面的料尾位置；

获取所述带束层鼓从所述料头位置转到所述料尾位置的过程中，所述三维相机获得的激光轮廓线的拍摄条数；

比较所述拍摄条数与所述带束层鼓转一圈对应的激光轮廓线的预设条数；

如果所述拍摄条数小于所述预设条数，则确定所述胎面的接头存在虚接缺陷；

如果所述拍摄条数大于所述预设条数，则确定所述胎面的接头存在搭接缺陷。

可选地，所述控制器根据所述胎面料头部分对应激光图像中的激光高度信息，确定所述胎面的料头位置时，具体用于：

在激光投射方向遍历所述胎面料头部分的激光图像，获得所述胎面料头部分每一列的激光高度信息；

对于所述每一列的激光高度信息，确定所述激光高度逐渐上升后保持不变的拐点为所述胎面的料头位置；

所述控制器根据所述胎面料尾部分对应激光图像中的激光高度信息，确定所述胎面的料尾位置时，具体用于：

在激光投射方向遍历所述胎面料尾部分的激光图像，获得所述胎面料尾部分每一列的激光高度信息；

对于所述每一列的激光高度信息，确定所述激光高度信息出现下降拐点为所述胎面的料尾位置。

可选地，所述控制器还用于：

当所述胎面的接头存在搭接缺陷时，利用所述预设条数与所述拍摄条数之间的差值，以及，两条相邻激光轮廓线之间的实际偏移量，计算得到所述接头的搭接量；

当所述胎面的存在虚接缺陷时，利用所述拍摄条数与所述预设条数之间的差值，以及，两条相邻激光轮廓线之间的实际偏移量，计算得到所述接头的虚接量。

可选地，所述控制器根据所述激光图像中的激光高度信息，判断所述胎面的中心线是否存在缺陷时，具体用于：

将所述胎面中间部分的激光图像沿带束层鼓的圆周方向划分成左检测部分和右检测部分；

在所述带束层鼓圆周方向分别遍历所述左检测部分和所述右检测部分，分别得到左检测部分和所述右检测部分每一行的激光高度信息；

对于所述左检测部分每一行的激光高度信息，从左到右检测出现高度上升且上升后保持不变的跳变点，并确定所述跳变点为所述左检测部分的边界位置；

对于所述右检测部分每一行的激光高度信息，从右到左检测出现高度上升且上升后保持不变的跳变点，并确定所述跳变点为所述右检测部分的边界位置；

根据所述左检测部分的边界位置及所述右检测部分的边界位置，确定所述胎面的中心线位置；

当所述胎面的中心线位置及所述带束层鼓的中心线位置不重合时，确定所述胎面存在偏中心缺陷；

根据所述胎面的中心线位置及所述带束层鼓的中心线位置，计算得到所述胎面的中心线的偏移量。

由以上技术方案可见，本发明实施例提供的胎面缺陷检测方法，利用三维相机拍摄胎面的激光图像，然后，控制器根据激光图像中的激光高度信息判断胎面的接头和中心线是否存在缺陷。具体的，三维相机、激光器和轮胎成型机上的带束层鼓呈三角形安装。激光器发射的激光投射到带束层鼓面上与带束层鼓的中心线平行的方向上。三维相机拍摄的激光图像提供给控制器。在带束层鼓转动的同时，控制器分析激光图像中的激光高度信息，并根据该激光高度信息判断胎面的接头及中心线是否存在缺陷，如果接头或中心线存在缺陷，则控制报警装置输出报警信号，然后，由工作人员进行调整。如果接头和中心线都没有缺陷，则由传递环传送给成型鼓进行下一步操作。采用该胎面缺陷检测方法，不需要人工检测胎面是否存在缺陷，提高了缺陷检测速度，进而提高了轮胎的生产效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种胎面缺陷检测系统的示意图；

图2为本发明实施例一种胎面缺陷检测方法的示意图；

图3为本发明实施例一种胎面开始贴合阶段的示意图；

图4为本发明实施例一种三维相机拍摄胎面料头部分的激光图像示意图；

图5为本发明实施例一种胎面贴合中间阶段的示意图；

图6为本发明实施例一种三维相机拍摄胎面中间部分的激光图像示意图；

图7为本发明实施例一种带束层鼓转到料尾部分的示意图；

图8是本发明实施例一种三维相机拍摄胎面料尾部分的激光图像示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中技术方案作进一步详细的说明。

参见图1，为本发明实施例提供的一种胎面缺陷检测系统的示意图，该系统应用于贴合胎面的过程中，用于检测胎面贴合是否存在缺陷，例如，接头的搭接或虚接缺陷，胎面的偏中心缺陷。

如图1所示，胎面缺陷检测系统包括三维相机110、激光器120、控制器130和报警装置140。

三维相机110、激光器120和带束层鼓200呈三角形安装，即，三者分别安装在三角形的三个顶点位置处。激光器120发射的激光投射在带束层鼓200上，三维相机110拍摄激光图像。而且，激光器120发射的激光投射到与带束层鼓200的中心线平行的方向上。图中箭头表示带束层鼓200的转动方向。

三维相机110拍摄带束层鼓200上胎面的激光图像。三维相机110能够直接输出激光轮廓线，而且，能够实时输出激光轮廓线的高度数据，该激光轮廓线的高度数据即带束层鼓200上的贴合的胎面的高度信息。三维相机110输出的激光高度信息提供给控制器130，控制器130不需要对激光图像进行预处理，直接利用三维相机110输出的高度数据，不需要带束层鼓减速，因此，提高了轮胎的生产效率。

请参见图2，示出了本发明实施例一种胎面缺陷检测方法的流程图，该方法应用于控制器130中。结合图1和图2，对胎面缺陷检测过程进行说明，该方法可以包括以下步骤：

S110，当检测到所述带束层鼓转到胎面料头位置时，控制所述三维相机开始拍摄所述胎面的激光图像，直到所述带束层鼓转过一周时结束。

带束层鼓200上开始贴合胎面的位置即胎面料头位置，该位置是带束层鼓上的固定位置，当控制器130检测到料头位置转到三维相机110和激光器120的交点范围时，控制三维相机110拍摄胎面的激光图像；当检测到带束层鼓200转过一圈后，控制三维相机110停止拍摄。

带束层鼓200转动过程中，三维相机110按照设定频率进行拍摄。本实施例中，三维相机110的拍摄频率可以结合带束层鼓200的转动角速度设定，例如，带束层鼓200每转动预设角度后三维相机拍摄一次。

其中，三维相机110相对于带束层鼓200的安装位置相对固定，因此，可以根据带束层鼓200的转动角度确定胎面料头与三维相机110之间的相对位置。

S120，根据所述激光图像中的激光高度信息，判断所述胎面的接头及胎面的中心线是否存在缺陷；如果接头或中心线存在缺陷，则执行S130；如果接头和中心都不存在缺陷，则执行S140。

胎面接头存在缺陷主要包括搭接缺陷和虚接缺陷；胎面的中心线存在的缺陷主要是偏中心缺陷。

胎面接头的搭接缺陷是指料头和料尾的重叠部分超过预设长度，这样，导致胎面接头部分的厚度大于其他部分的厚度，最终可能导致整个轮胎的平整度较差。

胎面接头的虚接缺陷是指料头和料尾之间的缝隙大于工业所要求的尺寸，这样，将导致胎面接头部分的厚度小于其他部分的厚度，最终也会导致成品轮胎胎冠缺料，进而影响轮胎的平整度。

控制器130根据胎面料头部分的激光图像确定料头的位置；同理，根据胎面料尾部分的激光图像确定料尾的位置，然后，根据料头的位置及料尾的位置确定胎面接头部分是否存在搭接缺陷或虚接缺陷。

偏中心缺陷是指在带束层鼓200的圆周方向上，胎面的中心线偏离带束层鼓200上的中心线，这样，会导致轮胎的动平衡。

控制器130根据胎面中间部分(即，胎面除料头和料尾部分后的部分)对应的激光图像中的激光高度信息，获得胎面的左、右边界位置，从而判断胎面的中心线是否存在偏中心的缺陷。

S130，控制报警装置输出报警信号。

如果胎面的接头或中心线存在缺陷，则控制报警装置140输出报警信号，提醒工作人员，该轮胎的胎面有缺陷，需要人工调整。

S140，胎面合格进入下一步操作。

如果胎面的接头和中心线都不存在缺陷，则直接由传递环传递给成型鼓进入下一步操作。

本实施例提供的胎面缺陷检测方法，利用三维相机、激光器、控制器和报警装置实现胎面缺陷的自动检测。通过三维相机拍摄胎面的激光图像，并提供给控制器，控制器根据激光图像中的激光高度信息判断胎面的接头或中心线是否存在缺陷；如果检测到胎面的接头或中心线存在缺陷，则控制报警装置进行报警，然后，由工作人员对胎面进行调整。如果检测到胎面的接头或中心线不存在缺陷时，直接进行下一步操作。不再需要人工进行检测，提高了胎面缺陷的检测效率，进而提高了轮胎的生产效率。

在本发明的一些实施例中，控制器130可以包括PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)和上位机。通过PLC控制带束层鼓200的伺服电机控制带束层鼓200转动，对带束层鼓200的转动位置进行闭环控制。带束层鼓200的转动角度通过编码器传递给PLC，这样，PLC就能准确获知带束层鼓200的转动位置。当PLC检测到带束层鼓200转动到预设位置(三维相机和激光器的交叉点)时，向上位机发送控制信号，以使上位机控制三维相机110拍摄激光图像。

图3是本发明实施例一种胎面开始贴合阶段的示意图；图4是本发明实施例一种三维相机拍摄的胎面料头部分激光图像的示意图。

下面将结合图3和图4，对检测胎面料头位置的过程进行说明：

如图3所示，带束层鼓200上的A点是胎面贴合的起始位置，A点在带束层鼓200上的位置固定不变。

当PLC通过编码器获知带束层鼓200的起始位置转到三维相机110和激光器120的交点位置时，PLC向上位机(图3中未示出)发送控制信号，以使上位机触发三维相机110采集胎面料头部分的激光图像，并提供给上位机。上位机根据激光图像中的激光高度信息判断料头的位置。

如图4所示，X轴是胎面激光图像中激光投射方向，也称为水平方向；Y轴是胎面的圆周方向；Z轴(图4中未示出)是胎面的厚度方向。

三维相机110按照预设频率拍摄胎面的激光图像，当带束层鼓120的料头部分转过三维相机110和激光器120的交点之后。上位机分析料头部分的胎面高度数据，确定出胎面的料头位置。

料头部分的胎面厚度逐渐上升最后达到稳定(即胎面料头部分的厚度呈三角形)。在Y轴方向上激光图像中激光高度信息出现逐渐上升部分的起始点即胎面的料头位置。图4中B区域是胎面厚度逐渐上升的区域，C区域是胎面厚度保持不变的区域。

上位机在激光投射方向遍历胎面料头部分的全部激光图像中，全部Y轴方向的胎面厚度逐渐上升部分的起始点连接起来得到胎面的料头边界。

如图4所示，上位机在X轴方向遍历胎面料头部分的全部激光图像的激光高度信息得到料头部分每一列(图4中Y轴方向的虚线)的激光高度信息。

上位机分析胎面料头部分每一列的激光高度信息。在带束层鼓200上贴合胎面后，鼓面的高度会上升，检测鼓面高度出现逐渐上升然后保持不变的拐点，全部的Y轴拐点连接起来构成胎面料头部分在Y轴方向的边界位置。

图5是本发明实施例一种胎面贴合中间阶段的示意图，图6是本发明实施例一种三维相机拍摄胎面中间部分的激光图像示意图。下面将结合图5和图6，对确定胎面中间部分(除料头和料尾部分外)的左、右边界位置的过程进行说明：

如图5所示，胎面的起始位置A点转过三维相机110和激光器120的交点位置后，此过程中不涉及接头问题，只需要判断胎面的左、右边界位置。

需要说明的是，三维相机110会针对胎面的中间部分拍摄大量的激光图像，具体实施时，只需要从大量激光图像中抽样选取代表不同贴合阶段的激光图像进行分析确定胎面的左、右边界位置。

如图6所示，将胎面中间部分的激光图像沿Y轴方向划分成左右两个部分，分别为左检测部分(图6中的D区域)和右检测部分(图6中的E区域)。

在Y轴方向分别遍历左检测部分和右检测部分激光图像中的激光高度信息，得到左检测部分和右检测部分每一行(图6中的X轴的虚线)的激光高度信息。

对于左检测部分每一行的激光高度信息，上位机从左到右检测高度出现上升且上升后保持不变的跳变点，Y轴方向上全部的X轴跳变点连接起来构成左检测部分的左边界位置。

对于右检测部分每一行的激光高度信息，上位机从右到左检测高度出现上升且上升后保持不变的跳变点，Y轴方向上全部的X轴跳变点连接起来构成右检测部分的右边界位置。

根据所述左检测部分及右检测部分的边界位置，确定胎面的中心线位置，并比较胎面的中心线位置与带束层鼓200鼓面上的中心线位置之间的偏移量，得到中心偏移量。

带束层鼓200在X轴方向上设置有具体尺寸，同时，将带束层鼓200在X轴上的尺寸标定到三维相机110所拍摄的激光图像中，从而得到激光图像中胎面中心线的位置。

图7是本发明实施例一种带束层鼓转到料尾部分的示意图；图8是本发明实施例一种三维相机拍摄胎面料尾部分的激光图像示意图。

参见图7，当带束层鼓200转一圈后，即再次检测带束层的起始位置时，表明带束层鼓已经转过一圈。此时，上位机需要判断料尾的位置。

与检测料头部分边界的原理相同，参见图8，上位机在X轴方向遍历料尾部分全部激光图像的激光高度信息，得到料尾部分每一列(图8中Y轴方向虚线)的激光高度信息。

胎面的料尾部分，胎面高度会逐渐下降，而不是胎面高度直接跳变为0。因此，上位机分析料尾部分每一列的激光高度信息，检测鼓面高度出现下降的拐点，X轴方向上全部的Y轴拐点连接起来构成料尾部分在Y轴方向的边界位置。

确定出胎面的料头和料尾的位置后，上位机根据料头位置和料尾位置判断胎面的接头是否存在搭接或虚接缺陷。

在本发明的一些实施例中，在带束层鼓200从胎面的料头位置转到料尾位置过程中，上位机获取三维相机110获得的激光轮廓线的拍摄条数。

需要说明的是，激光器120投射到带束层鼓200水平方向上的激光线只有一条，即，三维相机110拍摄的每一张激光图像中只包含一条激光轮廓线。因此，所述拍摄条数是指，从胎面料头位置到料尾位置过程中三维相机110所拍摄的激光图像的数量。

而在三维相机110的拍摄频率和带束层鼓角速度都固定不变的前提下，带束层鼓200转动一圈三维相机110所拍摄的激光轮廓线条数一定，称为预设条数。

上位机比较带束层鼓200从胎面料头转到料尾的过程中三维相机110实际拍摄得到的激光轮廓线的拍摄条数，与带束层鼓200转动一圈三维相机110应该拍摄得到的激光轮廓线的预设条数；如果拍摄条数大于预设条数，表明料头与料尾有重叠，即，胎面接头出现搭接现象；如果拍摄条数小于预设条数，表明实际料尾与料头之间还存在缝隙，即，胎面接头出现虚接现象。

正常情况下，胎面料头高度上升的部分与胎面料尾的高度下降的部分重叠，经过压辊装置滚压后，使料头与料尾贴合在一起。

无论是胎面接头搭接还是胎面接头虚接，根据拍摄条数与预设条数之间的差值及两条相邻激光轮廓线之间的实际偏移量，计算得到胎面的接头的搭接量或虚接量。

两条相邻激光轮廓线之间的实际偏移量可以通过三维相机110的拍摄频率、带束层鼓200的角速度及带束层鼓200的半径计算得到，此处不再详述。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

本发明可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本发明，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。