本發(fā)明涉及在檢測(cè)環(huán)形旋轉(zhuǎn)體(諸如，輪胎)的外觀中所使用的修正環(huán)形旋轉(zhuǎn)體表面形狀數(shù)據(jù)的方法和檢查環(huán)形旋轉(zhuǎn)體的外觀的裝置。

背景技術(shù)：

作為輪胎檢測(cè)中的一種已知的是用于確定接受或拒絕輪胎的外觀檢查。在該檢查中，利用光切法(light-section method)來(lái)檢測(cè)輪胎的表面形狀，并且檢查輪胎表面是否存在形狀缺陷，諸如不期望的凸起、凹陷以及痕跡。

在光切法中，在移動(dòng)對(duì)象的同時(shí)，捕獲待檢查的對(duì)象表面由狹縫光所照亮部分的圖像，并且從所捕獲的圖像的像素?cái)?shù)據(jù)來(lái)計(jì)算待檢查的對(duì)象表面的三維形狀數(shù)據(jù)。而且，當(dāng)待檢查的對(duì)象是環(huán)形旋轉(zhuǎn)體時(shí)(諸如輪胎)，在對(duì)象關(guān)于其中心軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)循環(huán)的同時(shí)，檢測(cè)對(duì)象的整個(gè)圓周的表面形狀(例如，見(jiàn)專利文獻(xiàn)1)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)No.2008-221896

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題

然而，存在如下情況：當(dāng)待檢查的對(duì)象偏心旋轉(zhuǎn)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)中心軸與待檢查對(duì)象的旋轉(zhuǎn)軸之間的不一致。在此情況下，通過(guò)常規(guī)方法所獲得的對(duì)象表面的三維形狀數(shù)據(jù)從實(shí)際形狀發(fā)生變形。由于偏心所導(dǎo)致的對(duì)象變形能夠通過(guò)利用某些修正方法來(lái)進(jìn)行修正，諸如在假設(shè)待檢查對(duì)象是正圓的情況下圓的最小二乘法(最小二乘中心法)。

然而，嚴(yán)格地說(shuō)輪胎不是正圓，并且除非輪胎固定在輪輞(rim)并且利用內(nèi)壓進(jìn)行充氣，否則變形會(huì)擴(kuò)大。因此，需要假設(shè)正圓的修正方法難以準(zhǔn)確地修正具有變形輪廓的環(huán)形旋轉(zhuǎn)體(諸如輪胎)的三維形狀數(shù)據(jù)。

因此，當(dāng)待檢查的對(duì)象是輪胎時(shí)，必須在通過(guò)將輪胎固定在輪輞上并且利用空氣對(duì)其充氣來(lái)限制輪胎的變形之后進(jìn)行測(cè)量。但是，這需要花費(fèi)時(shí)間，并且也必須通過(guò)將待檢查對(duì)象的中心軸與其旋轉(zhuǎn)時(shí)的旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行匹配來(lái)消除偏心度。

然而，如果要實(shí)現(xiàn)待檢查對(duì)象的旋轉(zhuǎn)軸與中心軸之間的一致，必須準(zhǔn)備諸如高精度定心機(jī)構(gòu)的設(shè)備。

鑒于上述技術(shù)問(wèn)題，已經(jīng)做出本發(fā)明，并且本發(fā)明的一個(gè)目的是提供即使當(dāng)環(huán)形旋轉(zhuǎn)體遠(yuǎn)不是正圓并且還具有偏心度時(shí)，也能夠準(zhǔn)確修正環(huán)形旋轉(zhuǎn)體的表面形狀數(shù)據(jù)的方法，以及利用該修正方法檢查該環(huán)形旋轉(zhuǎn)體的外觀的裝置。解決技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案

本發(fā)明提供一種用于修正環(huán)形旋轉(zhuǎn)體的表面的三維形狀數(shù)據(jù)的方法，其利用環(huán)形旋轉(zhuǎn)體與圖像獲取單元相對(duì)彼此轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所捕獲的修正環(huán)形旋轉(zhuǎn)體的表面圖像。該方法包括如下步驟：設(shè)置參考線，該參考線是在垂直于環(huán)形旋轉(zhuǎn)體的中心軸的平面內(nèi)，沿著環(huán)形旋轉(zhuǎn)體的待檢測(cè)表面的閉合曲線(從其獲得三維形狀數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)區(qū)域)；通過(guò)以相對(duì)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)中心為中心的等角度分割參考線，在參考線上設(shè)置多個(gè)參考等角分割點(diǎn)；從相鄰的參考等角分割點(diǎn)P_i和P_i+1之間的距離，計(jì)算參考線的圓周長(zhǎng)度l，該圓周長(zhǎng)度是參考線的完整圓的長(zhǎng)度；利用該圓周長(zhǎng)度l，設(shè)置多個(gè)參考等距分割點(diǎn)Q_j，這些參考等距分割點(diǎn)Q_j將參考線分割為相等長(zhǎng)度；在環(huán)形旋轉(zhuǎn)體的徑向方向上遠(yuǎn)離參考等距分割點(diǎn)Q_j預(yù)定距離h_k的位置上，設(shè)置用于修正環(huán)形旋轉(zhuǎn)體的待檢測(cè)平面的數(shù)據(jù)的插值點(diǎn)R_j,k；利用三維形狀數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算插值點(diǎn)R_j,k處的三維形狀數(shù)據(jù)；以及利用上述圓周長(zhǎng)度l和距離h_k，在正圓上移動(dòng)插值點(diǎn)R_j,k，正圓以旋轉(zhuǎn)中心為中心并且具有與上述圓周長(zhǎng)度l相同的圓周長(zhǎng)度。

通過(guò)這種方式，將通過(guò)等角度測(cè)量所獲取的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為沿著環(huán)形旋轉(zhuǎn)體的表面的平面形狀(參考線)進(jìn)行等距離分割的數(shù)據(jù)。并且在不改變環(huán)形旋轉(zhuǎn)體的周長(zhǎng)的情況下，將該等距離分割的數(shù)據(jù)重新分配在正圓上。接著，能夠準(zhǔn)確地修正環(huán)形旋轉(zhuǎn)體的表面的形狀數(shù)據(jù)。

本發(fā)明還提供了一種用于檢查環(huán)形旋轉(zhuǎn)體的外觀(表面形狀)的裝置。該裝置包括如下單元：圖像獲取單元，具有將狹縫光投射到環(huán)形旋轉(zhuǎn)體的待檢查表面的光投射單元，以及將狹縫光所照亮的部分進(jìn)行成像的圖像捕獲單元；旋轉(zhuǎn)單元，用于使環(huán)形旋轉(zhuǎn)體與圖像獲取單元相對(duì)彼此旋轉(zhuǎn)；圖像處理單元，用于通過(guò)執(zhí)行圖像獲取單元所捕獲的環(huán)形旋轉(zhuǎn)體的表面圖像的圖像處理，來(lái)計(jì)算所述環(huán)形旋轉(zhuǎn)體的表面三維數(shù)據(jù)；以及數(shù)據(jù)修正單元，用于修正三維數(shù)據(jù)。而且數(shù)據(jù)修正單元進(jìn)一步包括如下單元：參考線設(shè)置單元，用于設(shè)置參考線，該參考線是在垂直于環(huán)形旋轉(zhuǎn)體的中心軸的平面內(nèi)，沿著環(huán)形旋轉(zhuǎn)體的待檢測(cè)表面的閉合曲線(獲得三維形狀數(shù)據(jù)所來(lái)自的數(shù)據(jù)區(qū)域)，等角度分割點(diǎn)設(shè)置單元，用于通過(guò)以相對(duì)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)中心為中心的等角度分割參考線，在參考線上設(shè)置多個(gè)參考等角分割點(diǎn)；圓周長(zhǎng)度計(jì)算單元，用于從相鄰的參考等角分割點(diǎn)之間的距離，計(jì)算參考線的圓周長(zhǎng)度，該圓周長(zhǎng)度是參考線的完整圓的長(zhǎng)度；等距離分割點(diǎn)設(shè)置單元，用于利用該圓周長(zhǎng)度，設(shè)置多個(gè)參考等距分割點(diǎn)，這些參考等距分割點(diǎn)將參考線分割為相等長(zhǎng)度；法向矢量計(jì)算單元，用于計(jì)算參考等距分割點(diǎn)處的單位法向矢量；插值點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算單元，用于從分割點(diǎn)矢量與方向矢量的矢量和來(lái)計(jì)算插值點(diǎn)矢量，該插值點(diǎn)矢量的起點(diǎn)位于旋轉(zhuǎn)中心，其中分割點(diǎn)矢量的起點(diǎn)位于旋轉(zhuǎn)中心，終點(diǎn)位于所述參考等距分割點(diǎn)，其中方向矢量的起點(diǎn)位于參考等距分割點(diǎn)、朝向所述單位法向矢量的方向、并且大小等于單位法向矢量的大小乘以預(yù)定距離；插值點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算單元，用于利用三維形狀數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算插值點(diǎn)的深度方向的數(shù)據(jù)，其中插值點(diǎn)各自是所述插值點(diǎn)矢量的終點(diǎn)；以及插值點(diǎn)移動(dòng)單元，用于利用上述圓周長(zhǎng)度和距離，在正圓上移動(dòng)插值點(diǎn)，其中正圓以旋轉(zhuǎn)中心為中心并且圓周長(zhǎng)度與上述圓周長(zhǎng)度相同。

通過(guò)實(shí)施如上所述的配置，能夠獲得環(huán)形旋轉(zhuǎn)體的表面的準(zhǔn)確形狀數(shù)據(jù)。因此，能夠準(zhǔn)確地執(zhí)行環(huán)形旋轉(zhuǎn)體的外觀檢查。

需要理解的是，上述發(fā)明內(nèi)容不一定列舉本發(fā)明的全部必要特征，意在將所有這些特征的子集合包括在本發(fā)明中。

附圖說(shuō)明

圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的輪胎外觀檢查裝置的配置的示意圖。

圖2是表示光切法所獲得的輪胎側(cè)壁區(qū)域的橫截面上的點(diǎn)群數(shù)據(jù)的示例的示意圖。

圖3是表示如何設(shè)置參考線和參考等角分割點(diǎn)的示意圖。

圖4是表示如何設(shè)置參考等距分割點(diǎn)的示意圖。

圖5是表示如何設(shè)置單位法向矢量的示意圖。

圖6是表示如何設(shè)置插值點(diǎn)矢量以及如何計(jì)算插值點(diǎn)的深度方向數(shù)據(jù)的示意圖。

圖7是表示如何移動(dòng)插值點(diǎn)的示意圖。

圖8是表示輪胎外觀檢查裝置的操作的流程圖。

具體實(shí)施方式

此后，將參考各個(gè)附圖描述本發(fā)明的各個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。

圖1是表示輪胎外觀檢查裝置10的配置的示意圖。如圖所示，輪胎外觀檢查裝置10包括圖像獲取單元11、旋轉(zhuǎn)臺(tái)12、驅(qū)動(dòng)電機(jī)13、電機(jī)控制單元14、旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)單元15以及計(jì)算部16。

從旋轉(zhuǎn)臺(tái)12到旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)單元15的各個(gè)單元構(gòu)成了用于旋轉(zhuǎn)輪胎T(待檢測(cè)的對(duì)象)的旋轉(zhuǎn)單元。

計(jì)算部16包括圖像處理單元17、存儲(chǔ)單元18、確定單元19以及數(shù)據(jù)修正單元20。

圖像獲取單元11包括光投射單元11A和圖像捕獲單元11B，其捕獲作為待檢查對(duì)象的輪胎T的待檢測(cè)表面的圖像。

光投射單元11A將狹縫光(線光)照射在旋轉(zhuǎn)臺(tái)12上所安裝的輪胎T的待檢測(cè)表面上。例如，光投射單元11A配備有單色光或白光光源，諸如半導(dǎo)體激光器或者鹵素?zé)簟?/p>

圖像捕獲單元11B配備有平面地放置的成像元件，以及用于將從輪胎T表面所反射的狹縫光聚焦到成像元件上的透鏡。圖像捕獲單元11B在輪胎T旋轉(zhuǎn)的每個(gè)預(yù)定旋轉(zhuǎn)角度(例如，1°)捕獲輪胎T側(cè)壁表面的輪廓的圖像(狹縫圖像S)，該圖像是狹縫光所照亮的部分的圖像。圖像捕獲單元11B例如是區(qū)域相機(jī)，諸如CCD相機(jī)。

通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)13來(lái)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)臺(tái)12使得其上所安裝的輪胎T以輪胎T的中心軸作為旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。需要注意的是，如已提到的，輪胎T的中心軸與實(shí)際上旋轉(zhuǎn)臺(tái)12的旋轉(zhuǎn)軸不必一致。

連接到旋轉(zhuǎn)臺(tái)12的驅(qū)動(dòng)電機(jī)13使旋轉(zhuǎn)臺(tái)12旋轉(zhuǎn)。

電機(jī)控制單元14控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)13的驅(qū)動(dòng)，以便旋轉(zhuǎn)臺(tái)12以預(yù)定轉(zhuǎn)速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)(例如，60r.p.m.)。

旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)單元15檢測(cè)輪胎T的旋轉(zhuǎn)角度(實(shí)際上，旋轉(zhuǎn)臺(tái)12的旋轉(zhuǎn)角度)。旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)單元15例如是旋轉(zhuǎn)編碼器。

需要注意的是，可以將步進(jìn)電機(jī)用作驅(qū)動(dòng)電機(jī)13，從而以預(yù)定角度增量來(lái)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)12。在此情況下，可以省略轉(zhuǎn)動(dòng)角度檢測(cè)單元15。

計(jì)算部16是包括諸如CPU、ROM、RAM等未示出硬件的計(jì)算機(jī)。通過(guò)根據(jù)ROM中所存儲(chǔ)的程序來(lái)執(zhí)行運(yùn)算處理，CPU用作圖像處理單元17、確定單元19以及數(shù)據(jù)修正單元20。需要注意的是，存儲(chǔ)單元18包括RAM，該RAM是可重寫(xiě)存儲(chǔ)器。

圖像處理單元17通過(guò)對(duì)于圖像獲取單元11所捕獲的輪胎T的側(cè)壁表面的輪廓的圖像(狹縫圖像S)執(zhí)行圖像處理，計(jì)算側(cè)壁表面的三維形狀數(shù)據(jù)。更具體地，計(jì)算出構(gòu)成狹縫圖像的多個(gè)像素當(dāng)中被照亮像素的重心坐標(biāo)，以便確定狹縫圖像S的各個(gè)位置(測(cè)量點(diǎn)P_i,k)的二維坐標(biāo)(x_i,k,z_i,k)。并且從旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)單元15所檢測(cè)出的輪胎T的旋轉(zhuǎn)角度θ_i和二維坐標(biāo)(x_i,k,z_i,k)來(lái)確定測(cè)量點(diǎn)P_i,k的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

需要注意的是，指數(shù)i表示測(cè)量點(diǎn)P_i,k的圓周位置(位于旋轉(zhuǎn)角度θ_i的測(cè)量點(diǎn))，而指數(shù)k表示徑向位置(從旋轉(zhuǎn)中心O的第k測(cè)量點(diǎn))。

通過(guò)針對(duì)每個(gè)狹縫圖像(以每個(gè)旋轉(zhuǎn)角Δθ)重復(fù)如上所述的操作，能夠計(jì)算針對(duì)輪胎的整個(gè)圓的側(cè)壁表面的三維形狀數(shù)據(jù)，其包括以等角度穿過(guò)旋轉(zhuǎn)中心O的橫截面的點(diǎn)群數(shù)據(jù)P_i,k。上面提到的旋轉(zhuǎn)角度Δθ可以表示為Δθ＝2π/n。

在此，如果θ_i＝i·Δθ(i＝1到n)，并且通過(guò)m_i表示θ_i方向上的測(cè)量點(diǎn)P_i,k的數(shù)量，那么測(cè)量點(diǎn)P_i,k的總數(shù)可以被寫(xiě)做N＝(m₁+m₂+······+m_i+······+m_n)。需要注意的是，側(cè)壁表面的三維形狀數(shù)據(jù)通常能夠以柱坐標(biāo)的形式來(lái)表示，也就是，P_i,k＝(r_i,k，θ_i，z_i,k)。

存儲(chǔ)單元18存儲(chǔ)如下數(shù)據(jù)：標(biāo)準(zhǔn)輪胎(無(wú)缺陷輪胎)的側(cè)壁表面的三維形狀數(shù)據(jù)，其用作接受或拒絕輪胎T的外觀的參考；測(cè)量點(diǎn)P_i,k的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，其是通過(guò)圖像處理單元17計(jì)算出的側(cè)壁表面的三維形狀數(shù)據(jù)；以及其他數(shù)據(jù)，諸如隨后將討論的通過(guò)數(shù)據(jù)修正單元20所計(jì)算或者設(shè)置的參考線K、參考等角分割點(diǎn)P_i、以及參考等距分割點(diǎn)Q_i。

確定單元19通過(guò)將數(shù)據(jù)修正單元20所修正的側(cè)壁表面的三維形狀數(shù)據(jù)與預(yù)先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元18中的標(biāo)準(zhǔn)輪胎的側(cè)壁表面的三維形狀數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，確定接受或者拒絕該輪胎T。

數(shù)據(jù)修正單元20包括如下單元：參考線設(shè)置單元21、等角分割點(diǎn)設(shè)置單元22、圓周長(zhǎng)度計(jì)算單元23、等距分割點(diǎn)設(shè)置單元24、法向矢量計(jì)算單元25、插值點(diǎn)矢量計(jì)算單元26、插值點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算單元27以及插值點(diǎn)移動(dòng)單元28。

法向矢量計(jì)算單元25和插值點(diǎn)矢量計(jì)算單元26與權(quán)利要求1中用于實(shí)現(xiàn)設(shè)置插值點(diǎn)的步驟的單元對(duì)應(yīng)。

如圖3所示，參考線設(shè)置單元21設(shè)置參考線K，該參考線K是沿著數(shù)據(jù)區(qū)域D的形狀的閉合曲線，而等角度分割點(diǎn)設(shè)置單元22在該參考線K上設(shè)置多個(gè)參考等角分割點(diǎn)P_i(i＝1到n)。

需要注意的是，數(shù)據(jù)區(qū)域D是指包括穿過(guò)旋轉(zhuǎn)中心O的等角度橫截面上的點(diǎn)群數(shù)據(jù)的區(qū)域。也就是說(shuō)，由邊線K₁和肩線K₂所封閉的區(qū)域數(shù)據(jù)區(qū)域D是通過(guò)圖像處理單元17來(lái)計(jì)算三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)的區(qū)域。而且，沿著數(shù)據(jù)區(qū)域D的形狀的閉合曲線是指與邊線K₁或肩線K₂類似的閉合曲線。

在該示例中，通過(guò)邊線K₁來(lái)表示參考線K，其中邊線K₁是數(shù)據(jù)區(qū)域D的內(nèi)圓周。

參考等角分割點(diǎn)P_i(i＝1到n)是參考線K上所設(shè)置的、通過(guò)以旋轉(zhuǎn)中心O為中心的n等分角來(lái)分割參考線K的多個(gè)點(diǎn)。從如何設(shè)置參考等角分割點(diǎn)P_i可以清楚的是，在連接旋轉(zhuǎn)中心O與參考等角分割點(diǎn)P_i的線的延長(zhǎng)線上具有測(cè)量點(diǎn)P_i,1到測(cè)量點(diǎn)P_i,mi,j的m_i,j個(gè)點(diǎn)，這些點(diǎn)構(gòu)成數(shù)據(jù)區(qū)域D(見(jiàn)圖2)。

圓周長(zhǎng)度計(jì)算單元23從相鄰的參考等角分割點(diǎn)P_i和P_i+1之間的距離ΔP_i來(lái)計(jì)算參考線的總長(zhǎng)度(此后稱為圓周長(zhǎng)度l)，該參考線的總長(zhǎng)度是參考線K的完整圓長(zhǎng)度。也就是說(shuō)，圓周長(zhǎng)度l＝ΔP₁+ΔP₂+······+ΔP_n(其中ΔP_n是P_n和P₁之間的距離)。

如圖4所示，等距分割點(diǎn)設(shè)置單元24利用圓周長(zhǎng)度l，在參考線K上設(shè)置多個(gè)參考等距分割點(diǎn)Q_j(j＝1到n)，這些點(diǎn)將參考線K分割為相等長(zhǎng)度。

更具體地，根據(jù)折線P₁P₂······P_i的長(zhǎng)度l_P,i和折線Q₁Q₂······Q_j的長(zhǎng)度l_Q,j計(jì)算參考等距分割點(diǎn)Q_j的位置。因?yàn)榫€段Q_kQ_k+1的長(zhǎng)度是l/n，所以折線Q₁Q₂······Q的長(zhǎng)度是l_Q,j＝(j-1)·(l/n)。因此，可以將參考等距分割點(diǎn)Q_j的位置作為如下的點(diǎn)來(lái)計(jì)算，這些點(diǎn)以(l_Q,j–l_P,i):(l_P,i+1–l_Q,j)來(lái)劃分與Q_j相鄰的兩個(gè)參考等角分割點(diǎn)P_i和P_i+1。通常，由于參考等角分割點(diǎn)P_i與參考等角分割點(diǎn)P_i+1之間的距離ΔP_i要比參考線K的長(zhǎng)度短的多，因此能夠?qū)⒖嫉染喾指铧c(diǎn)Q_j假設(shè)為參考線K上的點(diǎn)。

如圖5所示，法向矢量計(jì)算單元25計(jì)算位于參考等距分割點(diǎn)Q_j的單位法向矢量n_j。在此示例中，單位法向矢量n_j是穿過(guò)參考等距分割點(diǎn)Q_j、且垂直于連接與參考等距分割點(diǎn)Q_j相鄰的兩個(gè)參考等距分割點(diǎn)Q_j-1與Q_j+1的線段的單位矢量。

如圖6A所示，插值點(diǎn)矢量計(jì)算單元26從分割點(diǎn)矢量OQ_j與方向矢量Q_jR_j,k的和(矢量和)來(lái)計(jì)算插值點(diǎn)矢量OR_j,k，該插值點(diǎn)矢量OR_j,k的起點(diǎn)位于旋轉(zhuǎn)中心，其中的分割點(diǎn)矢量OQ_j的起點(diǎn)位于旋轉(zhuǎn)中心O，終點(diǎn)位于參考等距分割點(diǎn)Q_j，其中的方向矢量Q_jR_j,k起點(diǎn)位于參考等距分割點(diǎn)Q_j，朝向單位法向矢量n_j的方向，其大小等于單位法向矢量的大小乘以預(yù)定距離h_k。

距離h_k是與旋轉(zhuǎn)角度θ_i無(wú)關(guān)的值。為了最大化利用三維數(shù)據(jù)，其可以是例如利用徑向方向的測(cè)量點(diǎn)P_i,k之間間隔最小值Δp_min的h_k＝Δp_min·k?；蛘呖梢允抢脤?shí)現(xiàn)接受或拒絕輪胎中的準(zhǔn)確度所需要的輪胎徑向方向中的分辨率Δr_min的h_k＝Δr_min·k。

如上所提及的，在連接旋轉(zhuǎn)中心O與參考等角分割點(diǎn)的線的延長(zhǎng)線上具有測(cè)量點(diǎn)P_i,1到測(cè)量點(diǎn)P_i,mij的mi,j個(gè)點(diǎn)。因此，通過(guò)適當(dāng)?shù)卦O(shè)置i和k，能夠設(shè)置區(qū)域G，該區(qū)域G通過(guò)插值點(diǎn)R_j,k周圍的測(cè)量點(diǎn)P_i,k、P_i,k+1、P_i+1,k、P_i+1,k+1來(lái)進(jìn)行定義，其中插值點(diǎn)R_j,k是插值矢量OR_j,k的終點(diǎn)。

如圖6B所示，插值點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算單元27利用通過(guò)圖像處理單元17所計(jì)算出的測(cè)試點(diǎn)P_i,k、P_i,k+1、P_i+1,k、P_i+1,k+1的深度方向數(shù)據(jù)z_i,k、z_i,k+1、z_i+1,k、z_i+1,k+1，計(jì)算插值點(diǎn)R_j,k的深度方向數(shù)據(jù)Zi,k。

更具體地，假設(shè)由穿過(guò)測(cè)試點(diǎn)P_i,k和P+1,k的弧、穿過(guò)測(cè)試點(diǎn)P_i,k和P_i+1,k+1的弧、穿過(guò)測(cè)試點(diǎn)P_i,k和P_i,k+1的直線、以及穿過(guò)測(cè)試點(diǎn)P_i+1,k和P_i+1,k+1的直線所包圍的區(qū)域G是矩形，通過(guò)利用r-θ坐標(biāo)系(極坐標(biāo))該矩形的垂直邊(r)等于P_i,k與P_i,k+1之間的距離，該矩形的水平邊(θ)等于P_i,k與P_i+1,k之間的距離。而通過(guò)雙線性插值來(lái)計(jì)算插值點(diǎn)R_j,k的深度方向數(shù)據(jù)Z_j,k。也就是說(shuō)，假設(shè)在r-θ坐標(biāo)系(極坐標(biāo))中，R_j,k的θ坐標(biāo)等于以a:b(a+b＝1)內(nèi)分P_i,k與P_i,k之間的距離的θ坐標(biāo)，而r坐標(biāo)等于以c:d(c+d＝1)內(nèi)分P_i,k與P_i,k+1之間的距離的r坐標(biāo)，利用下面的公式來(lái)計(jì)算Z_j,k。

[公式1]

Z_j,k＝b·c·Z_i,k+a·c·Z_i+1,k+b·d·Z_i,k+1+a·d·Z_i+1,k+1

需要注意的是，可以利用另外的插值方法(例如雙三次方法)取代雙線性方法來(lái)計(jì)算插值點(diǎn)R_j,k的深度方向數(shù)據(jù)Z_j,k。因此，利用如上所述的過(guò)程來(lái)設(shè)置插值點(diǎn)R_j,k將實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)區(qū)域的三維形狀數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確插值。而這將提高環(huán)形旋轉(zhuǎn)體表面的形狀數(shù)據(jù)的插值準(zhǔn)確性。

如圖7所示，插值點(diǎn)移動(dòng)單元28將插值點(diǎn)R_j,k分配在與圓C₀同心的圓C_k上，其中的圓C₀以旋轉(zhuǎn)中心O為中心、圓周長(zhǎng)度為1。

圓周長(zhǎng)度為1的圓C₀的半徑為A＝l/2π。而且，插值點(diǎn)R_j,k是從參考等距分割點(diǎn)Q_j以h_k徑向向外轉(zhuǎn)移的點(diǎn)。因此，柱坐標(biāo)所表示的插值點(diǎn)R_j,k的坐標(biāo)是R_j,k＝(B_k,θ_j,Z_j,k)。在此，B_k，移動(dòng)插值點(diǎn)R_j,k所朝向的圓C_k的半徑為B_k＝A+h_k。而且，插值點(diǎn)R_j,k關(guān)于旋轉(zhuǎn)中心O的旋轉(zhuǎn)角度θ_j為θ_j＝j(luò)·(2π/n)，其中j＝1到n。

現(xiàn)在，參考圖8的流程圖給出根據(jù)本發(fā)明的輪胎外觀檢查裝置的操作的描述。

首先，將輪胎T設(shè)置在適當(dāng)?shù)奈恢蒙?步驟S10)。更具體地，將輪胎T安裝在旋轉(zhuǎn)臺(tái)12上，并且利用驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)12的驅(qū)動(dòng)電機(jī)13，將輪胎T旋轉(zhuǎn)至初始位置(θ_i＝0rad)。

接著，當(dāng)旋轉(zhuǎn)輪胎T時(shí)，通過(guò)圖像獲取單元15來(lái)獲取輪胎T的側(cè)壁表面的圖像(狹縫圖像S)。同時(shí)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)單元15來(lái)檢測(cè)輪胎T的旋轉(zhuǎn)角度θ(步驟S11)。然后根據(jù)所捕獲的狹縫圖像S和輪胎T的旋轉(zhuǎn)角度θ，通過(guò)圖像處理單元17來(lái)計(jì)算側(cè)壁表面的三維形狀數(shù)據(jù)(步驟S12)。

接著，利用數(shù)據(jù)修正單元20來(lái)修正計(jì)算出的三維形狀數(shù)據(jù)。

更具體地，如圖3所示，利用參考線設(shè)置單元21來(lái)設(shè)置沿著數(shù)據(jù)區(qū)域D的形狀的參考線K(步驟S13)。然后，通過(guò)等角分割點(diǎn)設(shè)置單元22，在參考線K上設(shè)置參考等角分割點(diǎn)P_i(i＝1到n)(步驟S14)。參考等角分割點(diǎn)Pi是將參考線K分割為關(guān)于旋轉(zhuǎn)中心O的相等角度的n個(gè)部分的點(diǎn)。

接著，利用參考等角分割點(diǎn)P_i與參考等角分割點(diǎn)P_i+1之間的距離ΔP_i，通過(guò)圓周長(zhǎng)度計(jì)算單元23來(lái)計(jì)算參考線K的圓周長(zhǎng)度l(步驟S15)。然后，利用計(jì)算出的參考線K的圓周長(zhǎng)度l，在參考線K上設(shè)置參考等距分割點(diǎn)Q_j(j＝1到n)(步驟S16)。參考等距分割點(diǎn)Q_j(j＝1到n)是將參考線K分割成相等長(zhǎng)度的點(diǎn)。

接著，利用先前所設(shè)置的參考等距分割點(diǎn)Q_j，通過(guò)法向矢量計(jì)算單元25和插值點(diǎn)矢量計(jì)算單元26來(lái)計(jì)算用于修正三維數(shù)據(jù)的插值點(diǎn)R_j,k(步驟S17)。

插值點(diǎn)R_j,k各自是通過(guò)在輪胎徑向方向上將參考等距分割點(diǎn)Q_j移動(dòng)距離h_k所獲得的數(shù)據(jù)區(qū)域D內(nèi)的點(diǎn)。更具體地，插值點(diǎn)R_j,k各自是在插值點(diǎn)矢量OR_j,k的終點(diǎn)處的位置，該插值點(diǎn)矢量OR_j,k能夠由分割點(diǎn)位置矢量OR_j,k與方向矢量Q_jR_j,k的矢量和來(lái)獲得，其中分割點(diǎn)位置矢量OR_j,k的起點(diǎn)位于旋轉(zhuǎn)中心O，終點(diǎn)位于參考等距分割點(diǎn)Qj，其中方向矢量Q_jR_j,k的起點(diǎn)位于參考等距分割點(diǎn)Q_j、方向矢量Q_jR_j,k朝向單位法向矢量n_j的方向并且大小等于距離h_k。

接著，從插值點(diǎn)R_j,k周圍的測(cè)量點(diǎn)P_i,k、P_i,k+1、P_i+1,k、P_i+1,k+1的深度方向數(shù)據(jù)，通過(guò)插值點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算單元27，來(lái)計(jì)算插值點(diǎn)R_j,k的深度方向數(shù)據(jù)Z_i,k(步驟S18)。

接著，通過(guò)插值點(diǎn)移動(dòng)單元28，將插值點(diǎn)R_j,k在與圓C₀同心的圓C_k上移動(dòng)，其中圓C₀以旋轉(zhuǎn)中心O為中心、圓周長(zhǎng)度為1(步驟S19)。

如在步驟S20和步驟S21中所示，通過(guò)在角向方向和徑向方向上分別重復(fù)步驟S17和步驟S18的操作，能夠?qū)⑺械牟逯迭c(diǎn)R_j,k分配在以旋轉(zhuǎn)中心O為中心的圓C_k上。

最后，通過(guò)比較已修正的側(cè)壁表面的三維形狀數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)輪胎的側(cè)壁表面的三維形狀數(shù)據(jù)，確定接受或拒絕輪胎T(步驟S22)。

在上述說(shuō)明書(shū)中，已經(jīng)參考本發(fā)明的特定實(shí)施例描述本發(fā)明。但是，不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為本發(fā)明的技術(shù)范圍限制于這些實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚的是，在不背離本發(fā)明的更寬廣精神和范圍的情況下，可以做出各種修改和變化。從所附權(quán)利要求的范圍也將清楚的是所有這樣的修改都應(yīng)包括在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。

例如，在上述實(shí)施例中，將邊緣線(數(shù)據(jù)區(qū)域D的內(nèi)圓周)作為參考線K來(lái)使用。但是，可以將肩線(數(shù)據(jù)區(qū)域D的外圓周)作為參考線K來(lái)使用。在此情況下，理所應(yīng)當(dāng)?shù)氖?，單位法向矢量nj必須面向輪胎的徑向向內(nèi)。

而且，在上述實(shí)施例中，參考等距分割點(diǎn)Q的數(shù)量n’與參考等角分割點(diǎn)P的數(shù)量n相同。但是，可以是n’<n，或者相反n’>n。在此情況下，參考等距分割點(diǎn)Q_j不是相鄰參考等角分割點(diǎn)P_i和P_i+1的內(nèi)部分割點(diǎn)。但是，能夠通過(guò)與上述實(shí)施例中相同的方式，利用折線P₁P₂······P_i的長(zhǎng)度l_P,i和折線Q₁Q₂······Q_j的長(zhǎng)度l_q,j(也就是，l_q,j＝(j-1)·(l/n’))來(lái)計(jì)算參考等距分割點(diǎn)Q_j的坐標(biāo)。而且，位于轉(zhuǎn)動(dòng)角度θ_i的插值點(diǎn)R_j,k的數(shù)量m_j’可以小于m_j。但是，如果將通過(guò)光切法檢測(cè)到的三維形狀數(shù)據(jù)進(jìn)行有效利用，優(yōu)選的是如在本實(shí)施例中，n’≧n并且m_j’≧m_j。

另外，已經(jīng)描述關(guān)于修正通過(guò)光切法所獲得的輪胎的側(cè)壁區(qū)域的三維形狀數(shù)據(jù)的方法的上述實(shí)施例。然而，表面形狀數(shù)據(jù)可以是環(huán)形旋轉(zhuǎn)體的一部分(諸如，側(cè)壁區(qū)域的一部分)的表面形狀數(shù)據(jù)。從輪胎的材料和結(jié)構(gòu)可想到的輪胎本身的變形是有限的；不存在如“改變圓周長(zhǎng)度”的變形。因此，通過(guò)將上述方法應(yīng)用到輪胎來(lái)等角度地測(cè)量的輪胎的側(cè)壁區(qū)域的表面形狀數(shù)據(jù)(或者胎面區(qū)域的表面形狀數(shù)據(jù))可以被轉(zhuǎn)換為等距離分割的數(shù)據(jù)。而且可以通過(guò)不改變圓周長(zhǎng)度的這樣方式，將等距離分割的數(shù)據(jù)重新分配在正圓上。那么，能夠高度準(zhǔn)確地修正輪胎表面的形狀數(shù)據(jù)。

此外，能夠在不將輪胎固定于輪輞以及將空氣充入其中的情況下，檢測(cè)輪胎的側(cè)壁區(qū)域和胎面區(qū)域的表面形狀數(shù)據(jù)。通過(guò)這種方式，能夠明顯縮短測(cè)量時(shí)間。

另外，不需要使用高精度的定心機(jī)構(gòu)，這將簡(jiǎn)化設(shè)備。而且，所使用的數(shù)據(jù)可以是胎面的表面形狀數(shù)據(jù)。而且，除了光切法以外，可以通過(guò)諸如立體相機(jī)或莫爾形貌術(shù)(moire topography)的方法來(lái)獲得表面形狀數(shù)據(jù)。而且，由于環(huán)形旋轉(zhuǎn)體是輪胎，可以提供能夠高速度、低成本地測(cè)量輪胎表面形狀數(shù)據(jù)的輪胎外觀檢查裝置。

此外，上述實(shí)施例是基于環(huán)形旋轉(zhuǎn)體(待檢查的對(duì)象)是輪胎的假設(shè)。但是本發(fā)明不限于此。它適用于構(gòu)成環(huán)形旋轉(zhuǎn)體的部分的各個(gè)構(gòu)件(諸如，硅樹(shù)脂鍋蓋、圓形產(chǎn)品(諸如，鍋本身)、以及半圓柱形的樹(shù)脂產(chǎn)品的表面(側(cè)面))的檢查。

附圖標(biāo)記說(shuō)明

10 輪胎外觀檢查裝置

11 圖像獲取單元

11A 光投射單元

11B 圖像捕獲單元

12 旋轉(zhuǎn)臺(tái)

13 驅(qū)動(dòng)電機(jī)

14 電機(jī)控制單元

15 旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)單元

16 計(jì)算部

17 圖像處理單元

18 存儲(chǔ)單元

19 確定單元

20 數(shù)據(jù)修正單元

21 參考線設(shè)置單元

22 等角分割點(diǎn)設(shè)置單元

23 圓周長(zhǎng)度計(jì)算單元

24 等距分割點(diǎn)設(shè)置單元

25 法向矢量計(jì)算單元

26 插值點(diǎn)矢量計(jì)算單元

27 插值點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算單元

28 插值點(diǎn)移動(dòng)單元

T 輪胎