專利名稱：通過非接觸感測確定輪胎幾何尺寸的設備和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種通過非接觸感測來確定輪胎、特別是輪胎的內(nèi)表面和/或輪胎緣 的幾何尺寸的方法和設備。此外，本發(fā)明涉及一種用于確定輪胎的幾何尺寸的設備。
背景技術：
EP 1995083中已知一種接收車輪的設備，其中車輪包括輪緣和輪胎。輪胎可以通 過安裝或拆卸工具安裝至輪緣或從輪緣上拆卸下來。提供用于感測輪緣的徑向外表面的傳 感裝置。這確保在拆卸操作中拆卸工具與輪緣表面保持給定的間距。由此，防止拆卸工具 對輪緣表面造成損傷。DE 2333200示出一種使用X射線檢測輪胎的設備。為了進行對輪胎的檢測，輪胎 需要被充氣。已充氣的輪胎的調整是困難的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的問題是提供如本說明書開頭部分所述類型的方法和設備，通過該方法和 設備能可靠地確定輪胎、特別是輪胎的內(nèi)表面和/或輪胎緣的幾何尺寸，并且特別地感測 輪胎緣。這是通過根據(jù)上述類型的方法來實現(xiàn)的，其中，輪胎被接收在接收裝置中，其中至 少一個光束被發(fā)射至輪胎表面的周邊區(qū)域上，特別是發(fā)射至所述輪胎的內(nèi)表面和/或輪胎 緣上，其中檢測在照射區(qū)域處反射的光束，并且評估發(fā)射光束和反射光束的方向以確定所 述輪胎上的各個照射區(qū)域的形狀和/或位置。根據(jù)本發(fā)明，以非接觸的方式感測輪胎表面， 以確定輪胎表面、特別是輪胎的內(nèi)表面和/或輪胎緣的幾何尺寸。優(yōu)選使用的光學系統(tǒng)是 基于光學激光三角原理，后文也稱為三角形法。由此，提供具有諸如激光源的光源的傳感裝 置。光束被發(fā)射至輪胎的表面上，特別是輪胎的內(nèi)表面上。光束在平面內(nèi)移動并且在多個 照射點處與輪胎的內(nèi)表面相交，在輪胎表面上形成照射區(qū)域。反射光束將被檢測器檢測，檢 測器例如是CCD裝置或CMOS裝置?？梢曰诎l(fā)射光束和反射光束的方向來確定在輪胎表 面處被感測的各個照射點的間隔和位置。通過所說明的方法，可以以非接觸的方式感測輪 胎表面。在使用相應的拆卸工具將輪胎從輪緣上拆卸下來之后，進行該方法。通過該方法 可以檢查輪胎內(nèi)表面和輪胎緣，并且可以檢測輪胎的重要部件特別是輪胎緣上的損傷。輪 胎緣用于固定地將輪胎保持至輪緣。使用超高性能(UHP)輪胎或安全輪胎進行這種檢查是 必要且重要的，因為這些輪胎的剛度和尺寸使得安裝這些輪胎是困難的。在改換到夏季輪 胎或冬季輪胎時可以進行確定幾何尺寸的方法。檢查輪胎表面的周邊區(qū)域，即周向地感測 輪胎表面。光束在平面內(nèi)移動，并且在多個照射點處與輪胎的內(nèi)表面相交，在輪胎的表面上 形成照射區(qū)域。作為在平面內(nèi)移動的光束的替代方案，發(fā)射光束是平面光束，其在輪胎表面 上的條形照射區(qū)域內(nèi)被反射。平面光束被發(fā)射到輪胎表面上并且沿著條形照射區(qū)域在多個 照射點處與輪緣表面相交。
優(yōu)選地，至少一個光束被引導至輪胎表面，輪胎繞固定的軸線旋轉且/或至少一 個光束沿著輪胎表面的周邊區(qū)域旋轉。輪胎旋轉經(jīng)過360°以周向地感測輪胎表面且發(fā)射 光束的光源固定，或者輪胎固定且發(fā)射光束的光源(例如傳感裝置)旋轉經(jīng)過360° (即沿 著輪胎的周邊區(qū)域)，以周向地感測輪胎表面。替代地，輪胎和發(fā)射光束的光源可以是可旋 轉的。根據(jù)一種實施方式，輪胎和/或發(fā)射的光束的旋轉角度被檢測。旋轉角度傳感器 的相應的旋轉角度信號被發(fā)送至評估裝置，來自傳感裝置的感測電信號也被發(fā)送至評估裝 置。評估裝置通過計算機輔助來評估感測的信號和旋轉角度信號，并且確定輪胎的表面相 對于關于輪胎和/或傳感裝置的旋轉軸線固定的參照物的空間定位。優(yōu)選地，至少一個光束從一個或多個給定的位置發(fā)射至輪胎表面?？梢酝ㄟ^三角 形法基于發(fā)射光束和反射光束的方向來確定輪胎表面處被感測的各個照射點的間隔和位 置。通過至少一個光束至少可以感測輪胎的輪胎緣。輪胎緣用于將輪胎固定地保持至 輪緣。因此，輪胎緣的檢查是必要的。替代地或額外地，通過至少一個光束至少感測輪胎的內(nèi)表面?？梢匀菀椎貦z測輪 胎的內(nèi)表面上可能影響安全性的膨脹和/或凹陷。此外，本發(fā)明涉及一種用于確定輪胎的幾何尺寸的設備，該設備包括用于感測輪 胎表面、特別是輪胎的內(nèi)表面和/或輪胎緣的至少一個傳感裝置，傳感裝置提供感測電信 號，該設備還包括用于對由至少一個傳感裝置提供的感測電信號進行評估的計算機輔助的 評估裝置，其中，至少一個傳感裝置具有至少一個光源，至少一個光源至少從給定的位置且 至少在給定的方向上將光束發(fā)射至輪胎表面上，特別是輪胎的內(nèi)表面和/或輪胎緣上，其 中，提供至少一個檢測器，所述檢測器檢測被輪胎表面反射的光束的方向，其中，評估裝置 適于根據(jù)發(fā)射光束和反射光束的方向確定由光束感測的輪胎表面上的位置的定位，且其中 提供用于使輪胎繞其軸線旋轉的裝置或用于使發(fā)射光束繞輪胎的軸線旋轉的裝置。關于優(yōu) 點，請參照上述說明。在旋轉輪胎和/或至少一個傳感裝置時可以周向地感測輪胎的內(nèi)表 面。為了旋轉輪胎和/或至少一個傳感裝置，提供相應的裝置。根據(jù)一種實施方式，提供具有至少一個光源的兩個傳感裝置以及至少一個檢測器 以感測輪胎表面。傳感裝置被布置為感測輪胎的整個內(nèi)表面和/或整個輪胎緣。在旋轉輪胎和/或至少一個傳感裝置時，可以周向地感測輪胎的內(nèi)表面。發(fā)射的光束例如是平面光束，其在輪胎表面上的條形照射區(qū)域內(nèi)被反射。替代地， 光束在平面內(nèi)移動并且在多個照射點處與輪胎的內(nèi)表面相交，在輪胎表面上形成照射區(qū) 域?？梢栽O置接收輪胎的接收裝置，接收裝置包括三個滾子，每個滾子能夠繞軸旋轉。 輪胎可旋轉地保持在接收裝置中。在輪胎的旋轉過程中感測輪胎表面。根據(jù)優(yōu)選的實施方式，提供至少一個驅動裝置，至少一個驅動裝置驅動一個滾子。 有動力的滾子使得輪胎旋轉。優(yōu)選地，一個滾子可移除以使得能夠裝入輪胎。特別地，可移除的滾子從與接收在 接收裝置中的輪胎的支承表面接合的初始位置樞轉或擺動至使得輪胎能夠從接收裝置拆 卸并/或將新的輪胎裝入接收裝置中的位置。
評估裝置適于通過三角形法根據(jù)光源發(fā)射的光束和在輪胎表面處被反射的光束 的方向確定在輪胎表面上被感測的各個位置的定位。來自傳感裝置的信號以及來自旋轉角 度傳感器的信號(如果有的話)被發(fā)送至評估裝置。評估裝置通過計算機的輔助評估感測 的信號。優(yōu)選地，提供旋轉角度傳感器，其感測輪胎和/或至少一個傳感裝置的各個旋轉 角度定位并且將相應的電信號發(fā)送至評估裝置。旋轉角度傳感器檢測輪胎和/或傳感裝置 的旋轉。旋轉角度傳感器的相應的旋轉角度信號被發(fā)送至評估裝置，傳感裝置的感測電信 號也被發(fā)送至評估裝置。評估裝置通過計算機輔助評估感測的信號和旋轉角度信號，并且 確定輪胎的表面相對于關于輪胎和/或至少一個傳感裝置的旋轉軸線固定的參照物的空 間定位。至少一個傳感裝置的光源和至少一個傳感裝置的檢測器可以同步地繞共同的軸 線樞轉，并且與各個樞轉角度成比例的電信號可以被發(fā)送至評估裝置，以在平面內(nèi)發(fā)射單 個光束。替代地，至少一個傳感裝置的至少一個光源和至少一個傳感裝置的檢測器固定地 定位，其中發(fā)射的光束是平面的或片狀光束。優(yōu)選地，控制裝置連接至評估裝置，控制裝置將感測的值與設定值進行比較。設定 值可以存儲在存儲裝置中，或者可以由操作者輸入。設定值針對多種類型的輪胎，輪胎的內(nèi) 表面的設定輪廓。將感測的值與設定值進行比較，如果感測的值與設定值差別很大，可以向 操作者發(fā)送信號，表示被感測的輪胎不滿足設定值并且不應當被安裝至輪緣。


下面將參照附圖、通過作為例子的實施方式更具體地說明本發(fā)明。附圖中圖1示出了本發(fā)明的第一實施方式，其中根據(jù)本發(fā)明的設備包括輪胎和一個傳感 裝置；且圖2示出了本發(fā)明的第二實施方式，其中根據(jù)本發(fā)明的設備包括輪胎和兩個傳感
直ο
具體實施例方式示出的實施方式包括接收裝置10，輪胎12能夠定位在接收裝置10中。輪胎接收 裝置10包括三個滾子14。每個滾子14能夠繞軸16樞轉。在輪胎12被接收在接收裝置 10中的位置，滾子14與輪胎12的支承表面18接合(見圖1和圖2)。滾子14中的一個由 驅動裝置20驅動，圖1和圖2中示意性地示出了驅動裝置20。驅動裝置20驅動滾子14， 并且由于滾子14與輪胎12的支承表面18接合而驅使輪胎12繞軸線A旋轉。根據(jù)附圖所 示的實施方式，被驅動裝置20驅動的滾子14是布置在被接收的輪胎12的右下方的滾子， 其中針對方向的說明適應于附圖所示的實施方式。因此，針對方向的說明不限制本發(fā)明的 保護范圍。滾子14中的一個可以移除以使得能夠拆卸和裝入輪胎12。特別地，其中一個滾子 14可以從與接收在接收裝置10中的輪胎12的支承表面18接合的初始位置樞轉或擺動至 使得輪胎12能夠從接收裝置10拆卸并將新的輪胎12裝入接收裝置10中的位置。在將輪胎12裝入接收裝置之后，將可移除的滾子14樞轉或擺動至附圖所示的初始位置，使得滾子 14接合輪胎12的支承表面18。在該位置下，每個滾子14均接合輪胎12的支承表面18。 然后，可以進行輪胎12的幾何尺寸的確定。根據(jù)所示的實施方式，布置在其他滾子14上方 的滾子14是可以移除的滾子。根據(jù)第一實施方式，設置一個能夠對輪胎12 (特別是輪胎12的內(nèi)表面23和輪胎 緣24)執(zhí)行非接觸(特別是光學)感測的傳感裝置22。另外，可以感測輪胎12的幾何尺 寸。感測輪胎12的內(nèi)表面23和輪胎緣M的傳感裝置22定位在輪胎12的徑向路徑R上， 并且能夠沿著徑向路徑R移動以對具有不同截面寬度的輪胎進行感測。如后文將說明，這種非接觸感測的原理是三角形法。傳感裝置22具有光源沈(例 如激光源)，光源包括圖形發(fā)生器(例如由柱面透鏡制成的光線發(fā)生器)，光源通過圖形發(fā) 生器在一個或多個給定的方向上將片光狀的平面光束發(fā)射到輪胎12的表面、特別是輪胎 12的內(nèi)表面23或輪胎緣M上，并且在多個照射點處與輪胎12的內(nèi)表面23或輪胎緣M相 交，在輪胎12的表面上形成條狀的照射區(qū)域。照射點既屬于被照射表面，又屬于片光。在 每個這種照射點處，光束被散射成多條反射光線或光束。接著，光敏檢測器觀(示意性地示出)將檢測到至少多條反射光束，光敏檢測器 觀例如面圖像傳感器，可以是C⑶裝置或優(yōu)選地是CMOS裝置。反射光束通過透鏡(未示 出)，例如可與光學帶通濾波器相關聯(lián)的單個玻璃凸透鏡，匯聚至投射在光敏檢測器觀的 焦平面上的一點，然后被檢測。為了增加測量的精度，每個投射點的位置優(yōu)選地通過子像素 分辨率而非通過物理像素分辨率來確定。該確定可以通過幾種公知的檢測技術來實現(xiàn)，例 如高斯近似法、質心算法、或拋物線估計。通過利用逆變換進行校正來限定以國際單位制 (Si)中的長度單位表示的照射點在三維坐標系中的位置與優(yōu)選地以子像素表示的相應的 投射點在二維坐標系中的位置之間的關系。可以通過使用基于幾何相機模型方法的所謂的 基于模型的校正或者通過使用基于諸如三次樣條插值的多項式插值的直接或黑箱校正來 執(zhí)行校正。然后可以基于發(fā)射和反射的光束的方向來確定在輪胎處所感測的各個照射點的 間隔以及位置。應當注意，可以考慮kheimpflug原理來設計光學傳感裝置22的幾何光學 設置，以避免在不同距離處的過度散焦，并且可以執(zhí)行背景消減以減少系統(tǒng)對環(huán)境光的敏 感度。此外，可以通過系統(tǒng)來控制光敏檢測器28的光功率和曝光時間，以實現(xiàn)對所有環(huán)境 狀況(例如日光、人造光、發(fā)光的鍍鉻表面和暗的塵土表面)的準確測量。作為使用片光狀的平面光束的替代方案，光束可以是在平面內(nèi)移動的光束。該光 束在多個照射點處與輪胎12的表面相交，從而在輪胎12的表面上形成照射區(qū)域。傳感裝置22的信號被發(fā)送至評估裝置32 (示意性地示出)，評估裝置32對接收到 的信號進行評估。在操作中，輪胎12被裝入接收裝置10中。滾子14與輪胎12的外表面(即支承 表面18)接合。傳感裝置22被定位為使得其能夠感測輪胎12的內(nèi)表面23和輪胎12的輪 胎緣M，例如在沿著徑向路徑R移動時其適應于當前的輪胎的截面寬度。然后，驅動裝置 20驅動一個滾子14。因此輪胎12繞轉動軸線A轉動。不受驅動裝置20驅動的滾子14旋 轉，這減少輪胎12的支承表面18與滾子14之間的摩擦。當輪胎12繞轉動軸線A旋轉至 少360°時，在水平平面內(nèi)確定輪胎12的形狀以及輪胎12相對于關于機器固定的參照物 (例如關于輪胎12繞著旋轉的軸線A)的空間定位。
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此外，可以設置旋轉角度傳感器33 (示意性地示出)以確定各個旋轉角度。相應 的旋轉角度信號被發(fā)送至評估裝置32(示意性地示出)，來自傳感裝置22的感測電信號也 被發(fā)送至評估裝置。評估裝置32在計算機輔助下評估感測信號和旋轉角度信號，并且如已 進行過說明的那樣確定輪胎12的表面相對于關于輪胎12的旋轉軸線A固定的參照物的空 間位置。將感測的值與設定值進行比較以確定輪胎12的內(nèi)表面23和輪胎緣M的狀況。為 此，控制裝置34 (示意性地示出)連接至評估裝置32和存儲裝置36 (示意性地示出)，存儲 裝置36例如是數(shù)據(jù)庫的形式，其中存儲有多種類型輪胎的輪胎緣M和/或內(nèi)表面23的設 定輪廓?？刂蒲b置34將感測的值與存儲裝置36中的設定值進行比較。如果感測的值與設 定值差別很大，則操作者收到信號表示感測的輪胎12不滿足設定值因此不應當被安裝到 輪緣上。在感測輪胎12之后，將一個滾子14移除、特別是將一個滾子14從與接收在接收 裝置10中的輪胎12的支承表面18接合的初始位置樞轉或擺動至使得輪胎12能夠從接收 裝置10拆卸并將新的輪胎12裝入接收裝置10中的位置。在移除滾子14之后，可以容易 地將輪胎12從接收裝置10中取出。然后，將新的輪胎12裝入接收裝置10中，將可移除的 滾子14樞轉或擺動至與輪胎12接合的初始位置，并且可以再次開始確定輪胎的幾何尺寸。替代地，輪胎12可以被固定地定位并且傳感裝置22是可旋轉的以感測輪胎12的 整個內(nèi)表面。在圖2中示出了確定輪胎的幾何尺寸的方法和設備的第二實施方式。第二實施方 式與第一實施方式的區(qū)別在于設置有第二傳感裝置38。第一傳感裝置22和第二傳感裝置 38相對于輪胎層偏置并且相對于輪胎層傾斜，使得每個傳感裝置能夠感測輪胎12的內(nèi)表 面23的相對部分。因為傳感裝置22傾斜地定位，所以能夠感測輪胎12的內(nèi)表面23。
權利要求
1.一種通過非接觸感測來確定輪胎、特別是輪胎的內(nèi)表面和/或輪胎緣的幾何尺寸的 方法，其中，將輪胎(12)接收在接收裝置(10)中，將至少一個光束發(fā)射至輪胎表面(23，24)的周邊區(qū)域上，特別是發(fā)射至所述輪胎(12) 的內(nèi)表面(23)和/或輪胎緣(24)上，檢測在照射區(qū)域處反射的光束，并且評估發(fā)射光束和反射光束的方向以確定所述輪胎 (12)上的各個照射區(qū)域的形狀和/或位置。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，發(fā)射光束是平面光束，所述平面光束在所述輪胎 表面(23，24)上的條狀照射區(qū)域內(nèi)反射。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中，將至少一個光束引導至所述輪胎表面(23， 24)上，所述輪胎(12)繞軸線(A)旋轉且/或所述至少一個光束沿著所述輪胎表面(23，24) 的周邊區(qū)域旋轉。
4.根據(jù)前述權利要求中的任意一項所述的方法，其中，將至少一個光束從一個或多個 給定的位置發(fā)射至所述輪胎表面(23，24)上。
5.根據(jù)前述權利要求中的任意一項所述的方法，其中，通過所述至少一個光束至少感 測所述輪胎(12)的輪胎緣(24)。
6.根據(jù)前述權利要求中的任意一項所述的方法，其中，通過所述至少一個光束至少感 測所述輪胎(12)的內(nèi)表面(23)。
7.一種用于確定輪胎的幾何尺寸的設備，包括至少一個傳感裝置(22)，其用于感測輪胎表面(23，24)，特別是輪胎(12)的內(nèi)表面 (23)和/或輪胎緣(24)，所述傳感裝置(22)提供感測電信號，以及計算機輔助的評估裝置(32)，其用于評估由所述至少一個傳感裝置(22)提供的感測 電信號，其中，所述至少一個傳感裝置(22)具有至少一個光源(26)，所述光源至少從給定的位 置且至少在給定的方向上將光束發(fā)射至輪胎表面(23，24)上，特別是發(fā)射至所述輪胎(12) 的內(nèi)表面(23)和/或輪胎緣(24)上，提供用于檢測由所述輪胎表面(23，24)反射的光束的方向的至少一個檢測器(28)，所述評估裝置(32)能夠根據(jù)發(fā)射光束和反射光束的方向確定由所述光束感測的輪胎 表面(23，24)上的位置的定位，且提供用于使所述輪胎(12)繞其軸線旋轉的裝置(14)或用于使發(fā)射光束繞所述輪胎 (12)的軸線旋轉的裝置。
8.根據(jù)權利要求7所述的設備，其中，提供具有至少一個光源(26)的兩個傳感裝置 (22,38)和至少一個檢測器(28)以用于感測所述輪胎表面(23，24)。
9.根據(jù)權利要求7或8所述的設備，其中，發(fā)射光束是單個光束。
10.根據(jù)權利要求7或8所述的設備，其中，發(fā)射光束是平面光束。
11.根據(jù)前述權利要求中的任意一項所述的方法，其中，提供用于接收所述輪胎(12) 的接收裝置(10)，所述接收裝置(10)包括三個滾子(14)，每個滾子(14)能夠繞軸(16)旋 轉。
12.根據(jù)前述權利要求中的任意一項所述的設備，其中，提供至少一個驅動裝置(20)，所述至少一個驅動裝置(20)驅動所述滾子(14)中的一個。
13.根據(jù)前述權利要求中的任意一項所述的設備，其中，所述滾子(14)中的一個能夠 移除以使所述輪胎(12)能夠裝入。
14.根據(jù)前述權利要求中的任意一項所述的設備，其中，所述評估裝置(32)能夠通過 三角形法根據(jù)光源(26)發(fā)射的光束和輪胎表面(23，24)反射的光束的方向確定在輪胎表 面(23，24)上感測的各個位置的定位。
15.根據(jù)前述權利要求中的任意一項所述的設備，其中，提供旋轉角度傳感器(33)，所 述旋轉角度傳感器(33)檢測輪胎(12)的各個旋轉角度定位并且將相應的電信號提供給所 述評估裝置(32)。
16.根據(jù)前述權利要求中的任意一項所述的設備，其中，控制裝置(34)連接至評估裝 置(32)，所述控制裝置(34)將所感測的值與設定值進行比較。
全文摘要
本發(fā)明涉及通過非接觸感測確定輪胎幾何尺寸的設備和方法。具體而言，一方面，本發(fā)明涉及一種通過非接觸感測來確定輪胎、特別是輪胎的內(nèi)表面和/或輪胎緣的幾何尺寸的方法，其中，輪胎(12)被接收在接收裝置(10)中，至少一個光束被發(fā)射至輪胎表面(23，24)的周邊區(qū)域，特別是輪胎(12)的內(nèi)表面(23)和/或輪胎緣(24)上，其中檢測在照射區(qū)域被反射的光束，并且評估發(fā)射光束和反射光束的方向以確定輪胎(12)上的各個照射區(qū)域的形狀和/或位置。另一方面，本發(fā)明涉及用于檢測輪胎的幾何形狀的設備，該設備包括至少一個傳感裝置(22)和計算機輔助的評估裝置(32)，其中評估裝置(32)適于根據(jù)發(fā)射光束和反射光束的方向確定由光束感測的輪胎表面(23，24)上的位置的定位。
文檔編號G01B11/24GK102139608SQ20101055751
公開日2011年8月3日 申請日期2010年11月22日 優(yōu)先權日2010年1月29日
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