通过视频方式监控超过30英寸的轮胎的方法

摘要

本发明提出的解决方案包括一种利用轮胎装卸设备监控在采矿场所中的运输挖掘车辆的轮胎的方法，所述轮胎配备有射频识别标签和物理参数传感器，所述方法还利用包含车辆的标识符、轮胎的标识符、传感器的标识符和轮胎在车轴组件上的位置的数据库。

说明书

技术领域

本发明涉及车队管理的领域，具体涉及这些车辆的轮胎。更具体地说，其适用于但不限于土木工程车辆的领域。

背景技术

例如，此类车辆在露天采矿场所中用于运输从采石场开采的载荷可能超过350吨的材料。因此，轮胎的尺寸必须调整为总直径必须超过4米，并且每个轮胎重5吨。

举例来说，这种轮胎根据欧洲技术轮辋和轮胎组织(ETRTO)的标准名称为59/80R63型，充气压力为650kPa。对于这样的轮胎，标称胎面宽度为59英寸，轮胎胎侧的高度为其标称宽度的80％，并且该轮胎旨在安装于直径为63英寸的车轮。这些车辆还有直径从49英寸到57英寸不等的其他尺寸的轮胎。

这些轮胎的尺寸和重量使得需要专用的装卸设备来执行安装和拆卸操作，以更换轮胎或将轮胎从一个车轴调换到另一个车轴。

采矿场所中的运输车辆根据其预期用途具有单座或双座的两轴到四轴的配置。配备有用于装载箕斗的铲斗的装载机包括在运输车辆中。

采矿包括开采足够大量的矿石(即来自地壳的含有有用矿物或金属的岩石)以证明开采的合理性。

采矿作业中的运输阶段对其经济盈利能力至关重要。车辆(自动卸货货车)通常连续行驶，以通过移动要借助于矿物加工处理的最大体积的碎石来实现最大生产力。

车队的轮胎的管理包括：以预测性维护方法监控充气压力、温度和磨损，从而预测与轮胎相关的故障，并且避免使车辆停车来最大限度地延长使用时间。

轮胎磨损是与充气压力控制相关的另一个性能方面。例如，过低的压力(低20％)会使轮胎的寿命缩短约27％。反之，在20％的过压的情况下，使用寿命减少约12％。

因此，采矿客户的期望是通过控制轮胎的使用来确保人员和设备的安全、生产力必须不受产品故障影响以及最后是轮胎的使用时间必须尽可能长。

为了管理车队，操作员手动记录哪个车辆包括哪个轮胎以及在哪个位置。因此，在更换轮胎时，操作员还必须手动将要替换的轮胎的标识符替换为替换轮胎的标识符以及在车辆上进行替换的位置的标识符。操作员进一步记录已经更换轮胎的车辆的标识符。

操作员记下在车辆上这些观察到的变化。然后，数据库管理员通过输入不同的标识符来手动更新数据库。此外，如果车辆具有轮胎监控(例如，轮胎压力)系统，还需要更新这个系统中的数据。

发明内容

本发明的目的是提供一种在轮胎安装和拆卸操作期间简化采矿场所中的运输车辆的轮胎管理的方法。

本发明提出的解决方案包括一种利用轮胎装卸设备监控在采矿场所中运输挖掘的车辆的轮胎的方法，所述轮胎配备有射频识别标签和物理参数传感器；所述方法还利用包含车辆的标识符、轮胎的标识符、传感器的标识符和轮胎在车轴上的位置的数据库，所述方法包括以下步骤：

a.装卸设备接收包含要替换的轮胎在运输车辆上的位置的指令；

b.装卸设备借助于视频获取和处理系统来识别运输车辆，所述车辆配备有能够检测的视觉标识符；

c.装卸设备通过射频装置来激活对车辆上要替换的轮胎的检测；

d.装卸设备借助于视频获取和处理系统来激活车轴的检测和轮胎在车辆的车轴上的位置的检测；

e.装卸设备将要替换的轮胎替换为替换轮胎；

f.利用车辆和替换轮胎的标识符以及替换轮胎在车轴上的位置来更新数据库。

本发明提出利用基于与数据库联接的工业视觉系统的方法来管理对在采矿场所中的运输挖掘车辆的轮胎监控。

工业视觉包括通过实施能够分析、处理和理解由视频获取系统拍摄的一个或多个图像的过程来使控制和监控轮胎信息的任务自动化。

例如，当运输车辆发生爆胎或任何其他损坏后更换轮胎时，必须用新轮胎或已经使用但具有剩余行驶潜力的轮胎来替换停用的轮胎。该过程必须能够跟踪在以下方面的相关信息的流动：车辆和相关车轴的识别、车轴上的位置的识别以及相关轮胎的压力和温度水平的物理参数。

另一个示例是将轮胎从前车轴调换到后车轴，这涉及到运输车辆的轮胎的安装和拆卸。

轮胎监控不仅涉及轮胎的可追溯性，还涉及轮胎的物理参数(例如，充气压力和/或温度)的监控。

在任何情况下，轮胎监控的管理都在于始终可靠地知道轮胎的位置以及测量相关物理参数的传感器的位置。

为此，每个轮胎都安装有射频识别(RFID，radio fréquence)标签和物理参数测量传感器，该传感器也具有唯一的标识符。这些装置附接至轮胎的内部。

轮胎上的RFID标签最好是无源的，以只读方式操作。RFID标签包括设计为在给定频段工作、连接到存储数据的电子芯片的天线。RFID标签的信息容量一般为2kB，但大多数仅包含96位或128位的识别号。然后向RFID标签发送电磁信号，这使得可以激活RFID芯片并读取RFID标签包含的信息。

读取器发送标签响应的特定轮询信号。最简单的可能响应之一是返回数字ID，例如使用96位的EPC-96标准。

本发明还提供了一种按照装置(D)实施的方法，所述装置(D)包括：视频获取和处理系统，其具有至少一个摄像机，所述至少一个摄像机可选地具有合适的照明以识别设置有能够通过图像获取和处理系统检测到的视觉标识符的车辆；读取装置，其用于读取传感器和轮胎的识别标签；计算和图像处理装置，其用于检测车轴和轮胎在车轴上的位置；以及数据库，其将轮胎的标识符和安装轮胎的车辆的标识符以及在车轴上的位置相关联。

工业视觉装置安装于装卸设备。具体地，位于轮胎的夹持叉之间的装卸设备的前部，摄像机以这样的方式固定：其能够在由轮辋的直径限定的空间内沿移动方向拍摄。

工业视觉系统基于图像处理应用程序。这些应用程序的目标可以具有不同的类型：

-检测物体的存在与否；例如，为了识别车辆，附接在采矿场所的运输车辆上的视觉标识符使得车辆能够检测；

-计算图像的一个或多个元素的特征；例如，为了确定装卸设备的动作，在一系列图像或序列上确定装卸设备的夹持叉之间是否存在轮胎；

-无论如何，从初始图像开始，思想是从中提取信息；为此，通过组合和连接运算符将其用作“软件积木(briques logicielles)”；这些技术构成了工业视觉系统的基础。

在工业视觉的背景下，图像处理发生在获取和数字化阶段之后，提供图像转换和计算部分，以能够对处理过的图像进行后续解释。

理解图像处理首先要理解图像是什么。处理过的图像的获取和数字化的方法和条件在很大程度上决定了提取信息所必须执行的操作。事实上，许多参数都被考虑在内，主要的参数是：

-在数字化期间使用的获取分辨率和编码方法，其决定了任何尺寸测量的准确度；

-使用的光学设置(包括焦点和景深)，其决定了例如图像的清晰度；

-照明条件，其决定了处理过的图像的部分可变性；

-来自图像传输链的噪声；

-视角。

可以从数字图像中获得的一些典型的信息示例：平均亮度、平均对比度、主要颜色、平均敏锐度水平(清晰或模糊)、颜色均匀度、某些物体的存在或不存在。

当例如要更换采矿场所的运输车辆的轮胎时，执行根据本发明的方法。装卸设备在激活摄像机的情况下朝向采矿场所的运输车辆移动。装卸设备的操作员从中心监控站知道车辆上待移动的轮胎的的位置，其在没有精确地知道轮胎和传感器的标识符的情况下限定了工作区域。

通过搜索和读取显示在铲斗或车辆前部的识别号来检测运输车辆。另一种可能性是使用实际上是自卸车(Dumper)的车辆的视觉特征。因此，车辆识别包括利用图像处理软件来识别由摄像机产生的图像中的视觉特征。

中心数据库包含车辆数据，例如车轴的数量、每个车轴的单组件或双组件。根据车辆标识符，可以对中心数据库进行查询，以读取车辆相关数据。

通过从装卸设备激活轮胎和/或传感器的RFID标签的读取来检测轮胎及其传感器的标识符。将从数据库读取的信息与RFID读取器的信息相互参照，可以精确识别要替换的轮胎。

下一步是利用替换轮胎及其传感器的标识符以及车辆的标识符来更新数据库。

运输车辆的数量取决于采矿场所的大小，但一般来说，几十辆运输车辆需要一个或两个装卸设备(轮胎装卸机)。

操作的组织机构包括新轮胎、磨损的轮胎和替换轮胎的储存区域以及更换或调换轮胎的工作区域。

装卸设备在储存区域和运输车辆所在的工作区域之间移动。

根据第一变体，所述方法包括以下步骤：装卸设备通过视频获取和处理系统激活对使用过的轮胎的储存区域的检测。

根据第二变体，所述方法包括以下步骤：装卸设备将磨损的轮胎放置在使用过的轮胎的储存区域内。

根据第三变体，所述方法包括以下步骤：装卸设备借助于视频获取和处理系统来激活对替换轮胎的储存区域的检测。

在本发明的一个变体中，视频获取装置包括三维(3D)视觉摄像机。

根据飞行时间原理运行的摄像机能够实时测量三维(3D)场景。

为此，这些摄像机照亮通过闪光(通常是激光)测量的场景和物体，并且计算闪光在物体和摄像机之间经过所需的时间。该闪光的飞行时间与摄像机和被测物体之间的距离成正比。该飞行时间的测量是针对摄像机的每个像素独立执行的，从而产生被测物体的完整的3D图像。

作为飞行时间的3D视觉的替代方案，根据本发明的不同变体，视频获取装置包括具有两个二维(2D)摄像机的视频系统。

视频获取装置用于识别车辆、其相对于装卸设备的位置以及要替换的轮胎在车轴上的位置。

利用两个摄像机实现视频采集：一个摄像机具有更好的分辨率和缩小的视野，用于分析细节并进行精确的距离测量，另一个摄像机是广角摄像机，能够在实现装卸设备的定位的同时将大货车的大部分保持在图像中，即使是在很短的距离内。当在自卸车的侧面写有号码时，这个摄像机也可以用于识别大货车的号码，因为这个号码通常显示在非常高的位置，或者全部显示在大货车的前部。

还应注意，该摄像机并非旨在监控轮胎，而是识别与车辆相关的位置，或者在储存区域中的位置，其中，轮胎在轮胎装卸机上的位置可能与其他摄像机有很大的不同。

装置(D)的轮胎优选地包括具有无源识别标签和附接至轮胎内部的传感器的系统，所述传感器包括与所述标签通信的微型读取器。

RFID应答器通常具有相对较短的读取距离。对于能够达到4m直径的土木工程机械轮胎，如果应答器例如位于较高的位置、远离读取器，则距离通常不足以确保读取。根据本发明，使用本身具有更长距离数据传输装置的有源电子模块克服了这一限制。

传感器和无源标签系统有利地配备有用于测量和传输轮胎的物理参数的有源电子模块，其包括：

i)至少一个传感器(例如，温度传感器、压力传感器、最好是线圈式的转速计等)；

ii)操作传感器的电源；

iii)数据传输模块，其将从传感器接收到的物理数据传输至远程接收器；

iv)传感器，其能够选择地读取轮胎标签。

这种用于测量和传输物理轮胎参数数据的电子模块能够有利地实现：

-轮胎标识符的读取：定期地或经由询问模块根据需求，或结合表明轮胎和传感器可能已分离的低压或基本为零的压力阈值测试；

-将此标识符存储在本地或远程存储器中；

-经由基本为长距离的传输信道将该标识符传输至车辆的接收器、移动读取器或读取终端；

-在能够读取轮胎标识符的传感器的情况下，以某种方式将测量的物理轮胎参数与合适的轮胎相关联，例如通过将这些参数(km、压力、温度等)与修补的轮胎标识符相关联，所述修补的轮胎标识符与执行测量的轮胎相关联。

根据本发明的一种变体，利用GPS装置检测轮胎的储存区域。

根据不同的变体，利用GPS装置和本地信标检测轮胎在车辆车轴上的位置。

本发明还涉及用于采矿场所的运输车辆轮胎的装卸设备。所述车辆具有轮胎，轮胎的特征在于其配备有根据本发明的装置。

根据本发明的一个变体，用于运输车辆轮胎的装卸设备(TH)的特征在于，其包括用于监控和用于与装卸设备(TH)的操作员交互、用于根据本发明的方法的步骤的屏幕。

附图说明

通过阅读以下作为非限制性示例并参考图1至图5给出的描述，将更好地理解本发明，其中：

-图1-A至图1-E呈现了由本发明使用的装置的概况；

-图2示出了具有视频获取设备的装卸设备；

-图3示出了关于本发明的运输车辆的设备；

-图4-A示出了运输车辆，图4-B示出了用于图像处理算法的相关视觉签名；

-图5-A、图5-B、图5-C示出了采矿场所的运输车辆的周围的工作区域。

具体实施方式

在图1-A至图1-E中，总附图标记10代表新的、磨损的或替换轮胎11的储备。附图标记12是储存区域的视觉识别标识符。附图标记20涉及采矿场所的运输车辆，附图标记21是指配备有射频识别(RFID，Identification par radio fréquence)标签和传感器的轮胎。附图标记22表示车辆的视觉识别标识符。总附图标记40表示工业视觉系统，其具有摄像机41和计算单元42，摄像机41配备有集成照明系统，计算单元42具有图像处理软件。总附图标记TH涉及俯视图中的装卸设备，其包括用于夹持在移动时保持竖直的轮胎33的夹持叉32。最后，附图标记50是指监控系统，其具有数据库51和中心站52，所述中心站52具有监控屏幕。

图2示出了具有摄像机41的装卸设备的俯视图，摄像机41位于靠近轮胎33中心轴线的前部，以便可以沿移动方向对轮胎进行拍摄。轮胎33夹持在装卸设备的夹持叉32之间，所述夹持叉32经由天线31与中心基地进行通信。

图3示出了由总附图标记20表示的运输车辆，其轮胎33配备有RFID标识符24和传感器23。由于视觉标识符22，视觉系统能够检测到车辆。

图4-A示出了具有用于在图像处理算法中识别车辆的视觉签名4-B或其参考图像的运输车辆。

图5-A、图5-B和图5-C分别以俯视图的形式示出了作为关于本发明的采矿场所的车辆的刚性自卸车、铰接式自卸车和装载机。这些图还示出了工作区域Z1、Z2、Z3和Z4，这些工作区域是例如借助于装卸设备执行安装和拆卸轮胎的活动的地方。

现在将描述在拆卸双后轴上的轮胎期间的本发明的一个示例性实施方案。

由中心站通知装卸设备的操作员使其知道待访问以替换有缺陷的轮胎的工作区域。例如，这可能涉及右前轮胎，但装卸设备的操作员既不知道要替换的轮胎的标识符，也不知道其传感器的标识符。此外，为了可追溯性，除了标识符之外，安装轮胎的车轴以及轮胎在该车轴上的位置是要输入到监控数据库中的信息。

拆卸操作根据以下步骤进行：

a.装卸设备根据从中心站接收到的信息，通过朝向运输车辆前进，将自身定位在工作区域内；

b.激活摄像机以检测车轴和轮胎在该车轴上的位置，从而馈入数据库；

c.利用装卸设备拆卸待更换的轮胎；

d.夹持的轮胎通过装卸设备从工作区域运送到储存区域；

e.在前往储存区域的路上，装卸设备的操作员激活轮胎和传感器标签的射频(RFID)读取。轮胎必须足够地远离安装了其他轮胎的车辆，并且必须足够地远离储存区域，以仅获得运输轮胎的标识符的响应和相关传感器的响应；

f.激活装卸设备的摄像机，以检测放置轮胎的储存区域；

g.利用轮胎的标识符、传感器和轮胎在车轴上的位置和/或轮胎的储存位置来更新监控数据库。

这些车辆基于其使用目的存在两轴或四轴的配置，在中轴和后轴上具有单座或双座。参考图像与每个运输车辆配置相关联。例如，图4-A和图4-B分别示出了运输车辆和相关参考图像。

为了更新数据库，必须识别要更换的轮胎安装的车轴及其在该车轴上的位置。车轴和在车轴上的位置通过三维(3D)摄像机进行检测。

拆卸后，轮胎仍夹持在装卸设备的夹持叉之间并且处于竖直位置，与移动方向平行对齐。由于由轮辋的直径限定的空间，摄像机位于靠近轮胎的轴线的装卸设备的前部，以沿移动方向拍摄。该直径通常在49至63英寸的范围内。

在装卸设备朝向运输车辆前进时利用激活的3D摄像机来执行车轴检测。摄像机将图像传输至处理单元，处理单元将所述图像与参考图像进行比较，以识别工作区域内相关的车轴。

在双座的情况下，必须确定轮胎在车轴上的位置。轮胎占据车轴的内部位置或占据外部位置。具有相关图像处理的视频获取系统用于确定该位置。

在车轴上的位置再次通过装卸设备朝向车辆的移动、利用激活的3D摄像机确定。车辆轮毂的图像实时传输至处理单元。处理单元计算摄像机和轮毂之间的距离。如果摄像机与轮毂之间的距离小于摄像机与轮胎的胎侧之间的最小距离，则轮胎在车轴上的位置为处于内侧，否则位于外侧。