JP2005331274A

JP2005331274A - タイヤ凹凸図形の検査方法、および、タイヤ凹凸図形検査装置

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Publication number: JP2005331274A
Application number: JP2004147940A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Fujisawa; 佳孝藤沢; Tomoyuki Kaneko; 智之金子
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2004-05-18
Filing date: 2004-05-18
Publication date: 2005-12-02
Anticipated expiration: 2024-05-18
Also published as: JP4679073B2; US7343789B2; MXPA06013346A; EP1750089B1; BRPI0510395B1; EP1750089A4; BRPI0510395A; EP1750089A1; US20070209431A1; WO2005111540A1; DE602005027558D1

Abstract

【課題】凹凸の輝度分布画像によることなく、高い信頼性をもって、図形の三次元形状の欠陥を判定することのできるタイヤ凹凸図形の検査方法、および、タイヤ凹凸図形検査装置を提供する。
【解決手段】タイヤ凹凸図形の検査方法は、検査しようとする図形を含む、所定のタイヤ表面領域内の各面積要素について凹凸の高さを測定して凹凸分布データを取得する工程と、それぞれの図形に対して、図形の雛形として予め準備された図形モデルの三次元形状データと、取得された前記凹凸分布データとから、前記タイヤ表面領域のうち図形モデルに対応するタイヤ表面部分を特定する工程と、それぞれの図形に対して、特定されたタイヤ表面部分の凹凸分布データと図形モデルの三次元データとの一致度を求め、この一致度に基づいて前記図形の三次元形状の合否を判定する工程とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、タイヤ表面の、凹凸により形成された一以上の図形の三次元形状を検査するタイヤ凹凸図形の検査方法、および、それに用いるタイヤ凹凸図形検査装置に関する。

タイヤ表面の、凹凸により形成された文字等の図形を自動的に検査する方法として、凹凸が形成されたタイヤのサイドウォールに光を照射し、光によって形成されたサイドウォール上の輝線を撮像カメラで撮影し、文字又は文字列に相当する画像データを読込んで画像処理を行い凹凸に応じた文字列に変換し、変換された文字列を、予め記憶しておいた、あるべき文字列と比較する処理を行うことにより、凹凸が所定の位置に所定の文字列として適切に表示されているかを検査するものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１０−１１５５０８号公報

一方、タイヤ表面の、凹凸により形成された文字等の図形について、その有無や配列を検査するだけではなく、図形の形状の検査、すなわち、その三次元形状の欠陥の有無を判定したり、さらには、形状欠陥の部位、程度等を判定したりすることについても、人手に頼ることなく自動的に検査する方法が望まれていた。

しかしながら、凹凸により形成された文字等の図形を検査する上述の方法は、光を照射してできる輝度画像に画像処理を施して図形の認識を行うものであり、所定の位置における図形の有無の判定、および、図形有りと判定した場合、既知の図形の中からもっとも似た図形を選択する機能をかろうじて担持させることはできるものの、形状の欠陥の有無を判定したり、さらには、欠陥の部位、程度等を判定したりする機能は、到底具備させることができないものであった。

すなわち、従来の方法においては、図形の検査に用いる凹凸の検知を、光の照射の強さ、方向等、照射環境の微妙な変化や、タイヤ表面の光沢や表面性状の微妙な変化によって大きく影響される輝度分布画像の情報として得ているため、この情報を図形の三次元形状に変換して図形の欠陥の判定に用いようとしても、輝度分布画像情報から得られた三次元形状は極めて信頼性の低いものとなり、これから、図形の欠陥の判定を行うことは、実用上不可能なものであった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、凹凸の輝度分布画像によることなく、高い信頼性をもって、図形の三次元形状の欠陥を判定することのできるタイヤ凹凸図形の検査方法、および、タイヤ凹凸図形検査装置を提供することを目的とする。

（１）本発明は、タイヤ表面の、凹凸により形成された一以上の図形の三次元形状を検査する方法であって、
これらの図形を含む、所定のタイヤ表面領域内の各面積要素について凹凸の高さを測定して凹凸分布データを取得する工程と、それぞれの図形に対して、図形の雛形として予め準備された図形モデルの三次元形状データと、取得された前記凹凸分布データとから、前記タイヤ表面領域のうち図形モデルに対応するタイヤ表面部分を特定する工程と、それぞれの図形に対して、特定されたタイヤ表面部分の凹凸分布データと図形モデルの三次元データとの一致度を求め、この一致度に基づいて前記図形の三次元形状の合否を判定する工程とを有するタイヤ凹凸図形の検査方法である。
なお、本明細書において、「図形」とは、文字、記号、絵等を表わす一纏まりの部分を云い、表面に凹凸を付けて表面の高さを変化させることにより周囲の部分と区別されて表示されているものを指すものとする。

（２）本発明は、（１）における、各図形の図形モデルに対応するタイヤ表面部分を特定する前記工程において、
前記タイヤ表面領域内に、その図形に対して予め準備された図形配置情報に基づいてサーチエリアを設定し、このサーチエリア内で、前記図形モデルに対応付けようとするタイヤ表面部分の位置を変化させ、それぞれの位置ごとに算出された、タイヤ表面部分の凹凸分布データと図形モデルの三次元データとの一致度がもっとも高くなる位置のタイヤ表面部分を、その図形モデルに対応するものとして特定するタイヤ凹凸図形の検査方法である。

（３）本発明は、（１）における、各図形の図形モデルに対応するタイヤ表面部分を特定する前記工程において、
第一ステップとして、この図形に隣接する図形を含む複数の図形を一塊にまとめたものを集合図形とし、この集合図形の雛形として予め準備された集合図形モデルの三次元形状データと、取得された前記凹凸分布データとに基づいて、前記タイヤ表面領域の中から集合図形モデルに対応するタイヤ表面部分を特定し、この集合図形に対して予め準備された集合図形配置情報に基づく集合図形の位置と、集合図形モデルに対応するものとして特定されたタイヤ表面部分の位置との位置ずれを求め、
第二ステップとして、集合図形を構成するそれぞれの図形に対して予め準備された図形配置情報に前記位置ずれを付加した修正図形配置情報に基づいて、その図形に対するサーチエリアを設定し、そのサーチエリア内で、前記図形モデルに対応付けようとするタイヤ表面部分の位置を変化させ、それぞれの位置ごとに算出された、タイヤ表面部分の凹凸分布データと図形モデルの三次元データとの一致度がもっとも高くなる位置のタイヤ表面部分を、その図形モデルに対応するものとして特定するタイヤ凹凸図形の検査方法である。

（４）本発明は、（１）〜（３）のいずれかにおいて、各図形の図形モデルに対応するタイヤ表面部分を特定する前記工程に用いる図形モデルを、図形を含む平行四辺形の領域として設定するタイヤ凹凸図形の検査方法である。ここで、平行四辺形の中に、長方形あるいは正方形が含まれることはいうまでもない。

（５）本発明は、（１）〜（３）のいずれかにおいて、図形の三次元形状の合否を判定する前記工程に用いられる図形モデルを、図形と、図形の輪郭線の全長にわたってその外側に隣接する所定幅の帯状部分とを含む領域として設定するタイヤ凹凸図形の検査方法である。

（６）本発明は、（１）〜（５）のいずれかにおいて、各図形の図形モデルの三次元形状データを、タイヤのＣＡＤデータに基づいて作成するタイヤ凹凸図形の検査方法である。

（７）本発明は、（１）〜（６）のいずれかにおいて、タイヤ表面所定の領域内の各面積要素について凹凸の高さを測定して凹凸分布データを取得する前記工程において、光切断法を用いて前記凹凸分布データを取得するタイヤ凹凸図形の検査方法である。

（８）本発明は、（１）〜（６）のいずれかのタイヤ凹凸図形の検査方法に用いられる図形検査装置であって、
前記凹凸の高さを測定して凹凸分布データを取得する凹凸データ取得手段、各図形に対する前記図形配置情報と前記図形モデルの三次元形状データとを格納する図形データ格納手段、凹凸データ取得手段より入力した凹凸分布データと図形データ格納手段より入力した図形モデルの三次元データとに基づいてこの図形モデルに対応するタイヤ表面部分を特定し、特定されたタイヤ表面部分の凹凸分布データと図形モデルの三次元データとの一致度に基づいて前記図形の三次元形状の合否を判定する演算処理手段、および、合否の判定結果を出力する結果表示手段を具えてなるタイヤ凹凸図形検査装置である。

（１）の発明によれば、タイヤ表面の凹凸分布データを取得し、この凹凸分布データから、検査しようとする各図形の雛形となる図形モデルに対応するタイヤ表面部分を特定し、特定された部分の凹凸分布データと図形モデルの三次元データとのマッチング操作により得られた一致度に基づいて図形の三次元形状の合否を判定するので、輝度データのマッチングに基づいて三次元形状を判定する場合とは異なり、三次元形状データそのもののマッチングを行うことができ、光の照射環境やタイヤ表面の反射率等に影響を受けることなく、信頼性の高い合否判定結果を得ることができる。

（２）の発明によれば、予め準備された図形配置情報に基づいてサーチエリアを設定し、そのサーチエリア内で、図形モデルに対応するタイヤ表面部分をサーチするので、サーチエリアを適切に設定することにより、サーチする範囲を限定して、サーチ処理に要する時間を短縮するとともに特定すべき図形から離れた同様の図形を誤認識するのを防止し、また、サーチ範囲に余裕をもたせて、タイヤの製造ばらつきにより図形の多少の位置ずれがあってもサーチが可能なようにすることができる。

（３）の発明によれば、複数の図形の集まりを集合図形とし、集合図形の図形モデルに対応するタイヤ表面部分を特定し、この集合図形に対して予め準備された集合図形配置情報に基づく集合図形の位置と、集合図形モデルに対応するものとして特定されたタイヤ表面部分の位置との位置ずれを求める第一ステップと、集合図形を構成するそれぞれの図形に対して予め準備された図形配置情報に前記位置ずれを付加した修正図形配置情報に基づいて、その図形に対するサーチエリアを設定し、そのサーチエリア内で、図形モデルに対応するタイヤ表面部分をサーチする第二ステップとにより、検査対象とする図形の図形モデルに対応するタイヤ表面部分を特定するので、第一ステップなしに、最初から図形モデルと対応する部分を個々にサーチする場合に対比して、第一ステップで予め集合図形モデルに対応する表面部分を特定することにより、後述するように、サーチエリアを小さくしても、高い成功率でサーチすることができ、このことにより、サーチエリアを大幅に小さくして、サーチの時間短縮、ならびに、誤認識の防止に一層寄与させることができる。

（４）の発明によれば、各図形の図形モデルに対応するタイヤ表面部分を特定する前記工程に用いる図形モデルを、図形を含む平行四辺形の領域として設定したので、この図形モデルに対応する領域を、交差する二軸それぞれの方向の面積要素数で表わすことができ、図形モデルに対応するタイヤ表面部分を選択する際の範囲を、タイヤ表面部分の面積要素数と中心位置だけで定義することができ、このことにより、この工程における処理を簡易なものにすることができる。

（５）の発明によれば、図形の三次元形状の合否を判定する前記工程に用いられる図形モデルを、図形と、図形の輪郭線の全長にわたってその外側に隣接する所定幅の帯状部分とを含む領域として設定したので、図形の周囲に模様があったり、他の図形が隣接していたりしていても、それらを無視して判定することができ、より正確な判定を行うことができる。図形モデルを、図形を含む広い領域、例えば、図形を含む平行四辺形の領域とした場合に対比して、図形の周辺の模様部分や他の図形の一部が含まれた凹凸分布データと、これらのない図形モデルの三次元形状データとのマッチングを行なわなくて済むので、模様部分や、他の図形の一部の有無などに起因する不一致による誤認識を防止することができる。

（６）の発明によれば、各図形の図形モデルの三次元形状データを、タイヤのＣＡＤデータに基づいて作成するので、この検査のためのデータを新たに作成する必要がなく、タイヤの製品仕様データを変換するだけですみ、図形モデルの三次元形状データ作成を効率化することができる。

（７）の発明によれば、光切断法を用いて前記凹凸分布データを取得するので、タイヤの外形上の凹凸を忠実に表わす凹凸分布データを容易に得ることができる。

（８）の発明によれば、凹凸の高さを測定して凹凸分布データを取得する凹凸データ取得手段と、図形モデルの三次元形状データを格納する図形モデルデータ格納手段と、各図形の図形モデルに対応するタイヤ表面部分を特定して図形の三次元形状の合否を判定する演算処理手段と、合否の判定結果を出力する結果表示手段とを具えるので、前述の通り、三次元形状データそのもののマッチングを行うことことができ、信頼性の高い合否判定結果を得ることができる。

本発明の実施形態について、図に基づいて説明する。図１は、凹凸を施すことによって形成された複数の図形を配置するタイヤＴのサイドウォール表面を模式的に示す正面図であり、以下の説明は、図中“ａ”部中に示された図形２０の三次元形状を検査する場合を例にとって行う。なお、“ａ”部以外の図形、例えば、図中、“ｂ”、や“ｃ”の部分に示された図形も、“ａ”部と同様にして検査を行うことができる。

図２は、この図形の三次元形状を検査するのに用いるタイヤ凹凸図形検査装置を示す構成図である。タイヤ凹凸図形検査装置１０は、図形２０を含む、所定のタイヤ表面領域の凹凸分布データを取得する凹凸データ取得手段１、図形２０を含む各図形に対して、図形配置情報と図形の雛形となる図形モデルの三次元形状データとを格納する図形データ格納手段２、凹凸データ取得手段１より入力した凹凸分布データと図形データ格納手段２より入力した図形モデルの三次元データとに基づいてこの図形モデルに対応するタイヤ表面部分を特定し、特定されたタイヤ表面部分の凹凸分布データと図形モデルの三次元データとの一致度に基づいて前記図形の三次元形状の合否を判定する演算処理手段３、合否の判定結果を出力する結果表示手段４、および、これらの手段を制御する装置全体制御手段５を具える。

凹凸データ取得手段１は、扇状に広がる平面ビーム（シート光）１２を放射する半導体レーザ６と、シート光１２がタイヤＴのサイドウォール表面に形成する輝線１３を撮影する二次元カメラ７と、タイヤを所定の回転速度で回転させ、もしくは、所定のピッチで周方向にピッチ送りするタイヤ回転駆動装置８と、タイヤ周方向所定間隔毎に撮影されたカメラ７からの画像データを入力し、それぞれの画像から輝線１３だけを抽出して、これらの輝線１３を基に、環状のタイヤ表面領域の全域にわたって、三次元凹凸分布データを作成する形状データ作成装置９とを具えて構成される。

ワークを送りながらにシート光を照射して、ワーク上にできる輝線の像を集めてワークのプロファイル（三次元形状データ）を作成する方法は、一般的に、光切断法と呼ばれ、この実施形態の凹凸データ取得手段１は、このように、光切断法を用いて前記凹凸分布データを取得するのが好ましく、光切断法を用いることにより、撮影画像から直接的に、三次元形状データを精度よく得ることができる。

カメラ７からの画像データを基に最初に作成される三次元凹凸分布データは、実際のタイヤ表面のプロファイルをそのまま表わすものであり、タイヤ半径方向断面において凸状曲線となるサイドウォール面上に図形が配置されたものに対するデータであるが、後述するマッチングの処理に備えて、形状データ作成装置９は、この三次元凹凸分布データを、サイドウォール面を平面とみなした場合の三次元凹凸分布データに変換する前処理を行う。以降の説明においては、必要に応じて、この前処理以前のデータを一次凹凸分布データと呼び、この前処理の済んだデータを二次凹凸分布データと呼んで区別することとする。

図３は、一次凹凸分布データを、このデータを基に描画したタイヤ表面として示す図であり、図３（ａ）は、その平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のｂ−ｂ矢視に対応する断面図である。また、図４は、二次凹凸分布データを、このデータを基に描画したタイヤ表面として示す図であり、図４（ａ）は、その平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のｂ−ｂ矢視に対応する断面図である。

一次凹凸分布データは、タイヤ中心軸を原点とする極座標を座標系とした場合、座標（Ｒ_ｉ，Θ_ｊ）で表わされる位置における、タイヤ表面所定領域３１内の面積要素Ｅ_ｉｊ（Ｒ_ｉ，Θ_ｊ）ごとに、それぞれの面積要素に対する高さの分布Ｆ（Ｒ_ｉ，Θ_ｊ）として表わしたものであり、同様に、一次凹凸分布データに前述の前処理を施して作成された二次凹凸分布データは、座標（ｒ_ｉ，θ_ｊ）で表わされる位置における、タイヤ表面所定領域３１を平面に変換した環状領域４１内の面積要素ｅ_ｉｊ（ｒ_ｉ，θ_ｊ）ごとに、それぞれの面積要素に対する高さの分布ｆ（ｒ_ｉ，θ_ｊ）として表わしたものである。

ここで、ｉは、円環状の領域３１もしくは４１の全域をそれぞれの面積要素に区分したときの半径方向区分数をＮ、周方向区分数をＭとして、ｉは、１〜Ｎのいずれかの整数であり、ｊは、１〜Ｍのいずれかの整数を表わす。したがって、二次凹凸分布データはｅ_ｉｊ（ｒ_ｉ，θ_ｊ）（ただし、ｉ＝１〜Ｎ、ｊ＝１〜Ｍ）のデータの集合として表わされる。ここで、周方向の区画開始位置、すなわち、θ_１の周方向位置は、タイヤ表面上の設けた所定のマーク等を基準にして設定することにより、予め準備した図形配置情報と対応付けることができる。

一次凹凸分布データと、二次凹凸分布データとの違いは、図３（ｂ）、４（ｂ）に示した例においてより具体的に表わされ、文字「Ａ」を表わす図形２０をタイヤ表面上の凹凸により形成してできる図形２０Ａは、図３（ｂ）においては、環状領域３１を構成する凸状の曲面とほぼ平行な曲面となって突出する部分として現れるのに対して、図４（ｂ）においては、環状領域４１を構成する平面上に突出した平坦部分となって現れ、また、環状のタイヤ表面領域の幅は、図３（ｂ）においてＲ_ｗとなって現れるのに対して、図４（ｂ）においては、Ｒ_ｗより広いｒ_ｗとなって現れる。

次に、図形データ格納手段２に格納される図形モデルについて説明する。図５は、図形と、図形モデルとの違いを説明する概念図であり、図５（ａ）は、図形２０を示す図であり、図５（ｂ）は、図形２０に対応する図形モデルを示す図である。図形２０は、この例では「Ａ」なる文字を表わすものであるが、図形とは、このように検査の対象となる部分であって、輪郭線２０ｂと輪郭線２０ｂで区切られた内側部分２０ａとを合わせた部分を指すのに対して、図形モデルは、図形の雛形として二次凹凸分布データと照合される道具であり、図形を含む三次元データの集まりとして定義されるものである。図５（ｂ）に示す例は、図形２０とその周辺とを含む矩形の領域を図形モデル２２とするものであり、図５（ｃ）に示す例は、図形２０と、図形２０の輪郭線２０ｂの全長にわたってその外側に隣接する所定幅の帯状部分２４ａとよりなる領域を図形モデル２４とするものである。

なお、図形モデルは、これを二次凹凸分布データと照合する際、輪郭線を含めた図形全体を照合対象としなければならないので、少なくとも図形の輪郭線を所定幅だけ拡張した範囲を含んだ領域とする必要があり、図５（ｂ）においては、帯状部分２２ａがその拡張した範囲にあたり、図形モデル２２は、この帯状部分２２ａを包絡する矩形領域として設定される。

本実施形態においては、後述するマッチング処理における目的に応じて、図形モデル２２と２４とを使い分けるので、それらの処理についての説明の都合上、図形モデル２２を第１図形モデルと呼び、図形モデル２４を第２図形モデルと呼ぶこととする。

また、二次凹凸分布データとして取得されるタイヤ上に形成された実際の凹凸図形２０Ａは、図形モデル２２、２４に現れる図形２０に対して、そのタイヤ半径方向外側となる部分を半径方向外側内側となる部分より伸ばした形状となっているので、図形モデル２２、２４を用いて、これに対応する表面部分をサーチする際、あるいは、図形の合否判定を行う際には、図形モデルを、対応させようとする表面部分に応じて、扇形に変形して大きさを調整する必要があり、この目的のため、図形モデル２２、２４に対して極座標変換およびサイズ変換の処理を行った変換後図形モデルを用いて、前記サーチや合否判定を行う。図５（ｄ）に例示したものは、図形モデル２２に極座標変換を施した変換後図形モデル２２Ｔである。

図形データ格納手段２は、検査対象となるタイヤのサイズのそれぞれについて、図形モデル２２、２４の他に、その図形に対応する図形配置情報を格納する。この図形配置情報は、図４において示される環状のタイヤ表面領域４１における、図形の中心位置に関するスペックを集めたものである。例えば、図形２０に対する図形配置情報は、図形２０の、あるべき中心位置を、前述の座標（ｒ_ｉ，θ_ｊ）で表わしたデータとして格納される。
また、以上に説明した図形モデル２２、２４の三次元形状データを、タイヤのＣＡＤデータに基づいて作成することができ、図２において、１１は、タイヤのＣＡＤデータから図形モデルを作成する図形モデル作成装置を示す。

次に、演算処理手段３について説明する。図６は、演算処理手段３の行う処理を示すフローチャートである。演算処理手段３は、Ｋ_ｎ個の図形Ｆ（１）〜Ｆ（Ｋ_ｎ）について、これらの三次元形状の合否を判定するものであり、まず、装置全体制御装置５からの指令に基づいて、凹凸データ取得手段１から環状領域４１の全域についての二次凹凸分布データを入力する処理をおこなう（ステップ１）。

次の（ステップ２）で、検査する図形を一番目のＦ（１）にセットし、（ステップ３）で、図形Ｆ（１）に対するデータを図形データ格納手段２より入力する処理を行う。このデータには、図形配置情報と、図形モデルの三次元形状データとが含まれ、図形配置情報は、（ステップ４）においてサーチエリアを設定するのに用いられ、図形モデル三次元形状データは、（ステップ５）のサーチ処理に用いられる。

（ステップ４）でサーチエリアを設定したあと、（ステップ５）では、このサーエリア内で、図形モデルに対応する表面部分の位置を変化させ、表面部分の二次凹凸分布データと、図形モデルの三次元形状データとの一致度がもっとも高い位置にある表面部分を、図形モデルに対応するものとして特定する処理を行うが、この一連の処理をサーチ処理と呼ぶことにする。

（ステップ５）の後、（ステップ６）において、図形モデルに対応するものとして特定された表面部分の二次凹凸分布データと、図形モデルの三次元形状データとの一致度を計算するが、これは、一致度の確度を高めるため、第二図形モデルを用いて、一致度の再計算をおこなうものである。

そして、（ステップ７）で、計算して求められた一致度の判定を行い、（ステップ９）で合否の判定結果を表示手段に出力する処理（ステップ９）を行うが、一致度（P）が予め定められた閾値Ｐdet以下であれば、（ステップ８）として、不一致部分を切り出しその部分も表示手段に出力する。そして、この処理は、検査対象とする全図形について行い、全ての図形について処理が完了した時点で、演算処理手段４の処理を終了する。

以上説明したそれぞれのステップのうち、主たるステップについて、以下に詳細を説明する。まず、（ステップ４）に関し、サーチエリアを設定するには、図形２０のあるべき中心位置を表わす図形配置情報をもとに、図形配置情報における中心位置に配置した図形モデル２２Ｔの範囲に対して、予め定められた差分Δｒ、Δθだけ範囲を広げたエリアとして設定する。

次に、（ステップ５）におけるサーチ処理について図７を参照して説明する。図７（ａ）は、文字「Ａ」を表わす図形２０に対応するサーチエリア４５を示し、図７（ｂ）は、図５（ｄ）に既に示した、図形２０に対応する変換後図形モデル２２Ｔを、図７（ａ）のサーチエリア４５と同じスケールで示す図である。面積要素の数で表わした、変換後図形モデル２２Ｔの大きさを、ｒ方向にｉ_０個、θ方向にｊ_０であるとしたとき、サーチエリア４５は、予め定められた前記差分Δｒ、Δθに対応して、ｒ方向、θ方向にそれぞれ、Δｉ_１個だけ多いｉ_１個、および、Δｊ_１個だけ多いｊ_１個の面積要素を配列した大きさとなっている。

そして、サーチ処理においては、サーチエリア４５の中から、変換後図形モデル２２Ｔに対応する大きさ、すなわち、ｒ方向にｉ_０個、θ方向にｊ_０個の面積要素を有するタイヤ表面部分４２を、順に選択して、それぞれのタイヤ表面部分４２の二次凹凸分布データと変換後図形モデル２２Ｔの三次元データとの一致度を求めてゆく。そして、サーチエリア４５内で取りうる表面部分の全てに対して一致度を求め、一致度がもっとも高くなる位置にある表面部分を変換後図形モデル２２Ｔに対応する表面部分であると特定する処理を行う。なお、サーチエリア４５内で変化させるタイヤ表面部分４２の数は、タイヤ表面部分４２をｒ方向およびθ方向にそれぞれ単位面積要素ずつ変化させてゆく場合は、（Δｉ_１ｘΔｊ_１）個となるが、この処理に要する時間を短縮したい場合には、単位面積要素の整数倍ずつ変化させればよい。

図７（ａ）において、４２Ａは、最初に選択したタイヤ表面部分を、４２Ｂは、一致度のもっとも高いタイヤ表面部分を示し、図７（ｃ）は、表面部分４２Ａだけを取りだし、図７（ｄ）は表面部分４２Ｂだけを取り出して示した図である。図７（ｂ）と図７（ｃ）とを比べると、タイヤ表面部分４２Ａの二次凹凸分布データと変換後図形モデル２２ｔの三次元データとの一致度は低く、一方、図７（ｂ）と図７（ｄ）とを比べると、図形２０Ａの欠陥部分２３を除いて、タイヤ表面部分４２Ａの二次凹凸分布データと変換後図形モデル２２Ｔの三次元データとは一致しており、一致度がもっとも高い。

ここで、タイヤ表面部分４２の凹凸分布データと図形モデルの三次元データとの一致度として、二つのデータが完全に一致したときに数値がもっとも高く、これらが完全に、一致しないとき数値がもっとも低くなるような指標を用いて、一致度の評価をするのがよいが、一致度として用いる指標の好ましい例として、式（１）で表わされるＰ(f,g)を示すことができる。

上述の説明から明らかなように、サーチの処理において用いる図形モデルとして第１図形モデル２２を用いたのは、この図形モデル２２の領域を、ｒ方向およびθ方向の面積要素数で表わすことができ、それに対応するタイヤ表面部分４２を選択する際、その中心座標と面積要素数を指定するだけで、簡易に表面部分４２を選択できるからであり、もし、この処理において、図形モデルとして第２図形モデル２４を用いた場合には、対応する表面部分４２が複雑な形状なものとなり処理が複雑なものとなってしまうからである。

ここで、サーチ処理にあたり、サーチエリアを狭くすれば、処理が簡単になるだけでなく隣接する図形との干渉に起因する誤認識は少なくなるが、その代償として、実際のタイヤ表面上の図形がサーチエリアから外れてしまう確率が増加する。図形がサーチエリアから外れるのは、タイヤ製造のばらつきによる図形の位置ずれによるが、多くの場合、図８（ａ）に示すように、文字列や集合図形などの塊りとなってずれる。そこで、これに対処する方法として、複数の図形で、例えば文字列を表わす図形等、図形の互いの配列が固定している場合、これらの図形の集まりを集合図形として扱うことにより、サーチに失敗する確率を増加させることなく、サーチエリアを小さく設定することができ、以下にこの方法の詳細について、文字「Ａ」を検査する図形とし、文字列「ＡＢＣＤＥ１２３４５」を集合図形としたものを例にとって説明する。

この方法によるサーチ処理のための前段階として、集合図形を構成する各図形に対する図形モデルおよびその図形配置情報に加えて、集合図形の雛形として予め準備された集合図形モデルおよび集合図形に対する集合図形配置情報を作成し、これらの情報を図形データ格納手段２に格納しておく。集合図形モデルと集合図形配置情報との作成にあたっては、集合図形を図形とみなして、図形について説明したのと同様の方法により作成することができる。

次いで、第一ステップとして、図形データ格納手段２から取り出した集合図形モデルの三次元形状データと、取得された前記凹凸分布データとに基づいて、前記タイヤ表面領域の中から集合図形モデルに対応するタイヤ表面部分を特定し、図形データ格納手段２から取り出した集合図形配置情報に基づく集合図形の位置と、集合図形モデルに対応するものとして特定されたタイヤ表面部分の位置との位置ずれを求め、第二ステップとして、集合図形を構成するそれぞれの図形に対して予め準備された図形配置情報に前記位置ずれを付加した修正図形配置情報に基づいて、その図形に対するサーチエリアを設定し、そのサーチエリア内で、前記図形モデルに対応付けようとするタイヤ表面部分の位置を変化させ、それぞれの位置ごとに算出された、タイヤ表面部分の凹凸分布データと図形モデルの三次元データとの一致度がもっとも高くなる位置のタイヤ表面部分を、その図形モデルに対応するものとして特定する処理を行う。

この処理について、図８を参照して、より具体的に説明する。図８（ａ）は、前記第一ステップの処理を説明する図であり、文字列「ＡＢＣＤＥ１２３４５」を表わす部分を集合図形２５として、集合図形モデル２５Ｂを、タイヤ表面の凹凸により形成された集合図形２５Ａに重ねて配置した状態を示したものであるが、集合図形モデル２５Ｂは、集合図形２５に対応する集合図形モデルに、極座標変換およびサイズ変換処理を施したあとの変換後集合図形モデルであり、また、集合図形モデル２５Ｂを配置する位置は、集合図形モデル２５に対する図形配置情報に記されたその中心位置にもとづいて設定する。

そして、集合図形モデル２５Ｂに対応するタイヤ表面部分を特定するには、集合図形２５に対応するサーチエリア４６を、集合図形２５に対する図形配置情報に記されたその中心位置配置した集合図形モデル２５Ｂの範囲に対して予め定められた差分Δｒ_１、Δθ_１だけ範囲を広げたエリアとして設定し、次いで、図形２０について説明したサーチ処理の手順と同様に、集合図形モデル２５Ｂに対応する表面部分の位置を変化させ、それぞれの位置で一致度を計算し、もっとも一致度の高い表面部分を、集合図形モデル２５Ｂに対応する表面部分として特定する。図８（ａ）において、４３は、この特定された表面部分を示す。
そして、集合図形モデル２５Bと、特定された表面部分４３との位置ずれを計算するが、この位置ずれは、図８（ａ）に示した例の場合、（Δｘ、Δｙ）となる。

図８（ｂ）は、前記第二ステップの処理を説明する図であり、集合図形モデル２５Ｂに対応する表面部分４３に、集合図形モデル２５Ｂを、それぞれの中心が互いに一致するよう重ねて配置した状態を示す。第二ステップではまず、集合図形２５を構成する図形、例えば図形２０に対して予め準備された図形配置情報に、前記位置ずれ（Δｘ、Δｙ）を付加した修正図形配置情報に基づいて、その図形に対するサーチエリアを設定するが、図８（ｂ）において、２２Ｔは、前記位置ずれ（Δｘ、Δｙ）を付加したあとの修正図形配置情報に基づいて配置された図形モデルを示し、図形モデル２２Ｔの範囲に対して、予め定められた差分Δｒ、Δθだけ範囲を広げたエリアをサーチエリア４５Ａとして設定すればよい。

そして、図形２０に対するサーチエリア４５Ａを設定したあとは、先に述べた手順に従って、このサーチエリア４５Ａ内で、図形モデル２２Ｔに対応する表面部分を特定することができる。

このようにして、サーチエリア４５Ａを設定すれば、サーチエリア４５Ａを広くしなくとも、高い確率で、サーチエリア内に実際の図形２０Ａを捉えることができる。一方、図８（ａ）に図示するように、第一ステップを経ることなく、図形２０に対する図形配置情報だけに基づいて、サーチエリア４５Ｂを設定した場合には、図形２０Ａがサーチエリア４５Ｂから外れる確率は高くなってしまうことがわかる。

次に、（ステップ６）の、一致度を計算する処理について説明を加える。ここでは、図形モデルの三次元形状データと、図形モデル２２に対応するとして特定された表面部分４２Ｂとの一致度を計算するが、このときに用いる図形モデルとして、第２図形モデル２４を用いる方が好ましい場合がある。図９（ａ）は、図形２０Aの周囲には背景となる模様２８が凹凸で形成されている場合、および、隣接する図形の一部２７が図形２０Aに接近して位置している場合の、変換後の第一図形モデル２２Ｔに対応する表面部分４２Ｂを示し、図９（ｂ）は、変換後の第一図形モデル２２Ｔを示すが、このような場合に、図形モデル２２Ｔと表面部分４２Ｂとの一致度を算出したとすると、模様２８や隣接図形の一部２７の有無の差に起因して、図形２０だけの部分の一致度とは無関係に一致度が変化することになり、期待する一致度とは異なってしまう。

従って、この（ステップ６）においては、多くの場合、図５（ｃ）に示した第２図形モデル２４を用いて一致度を計算することが好ましく、この場合、変形後の第２図形モデル２４Ｔに対応する表面部分４４についてのみ一致度を計算することになるので、ほぼ図形だけの部分についての一致度を求めることができ、例えば、欠陥２３の有無による一致度の低下を知ることができる。

また、このステップでの算出に用いる一致度として、式（１）で表わされるＰ(f,g)を用いることができ、前記データが完全に一致したときに数値がもっとも高く、これらが完全に、一致しないとき数値がもっとも低くなるような指標とすることができる。

本発明は、タイヤに限らず、種々の物体の表面に凹凸により形成された図形の三次元形状を検査し、また、その図形を認識するのに用いることができる。

凹凸により形成された複数の図形を配置するタイヤＴのサイドウォール表面を模式的に示す正面図である。本発明に係る実施形態のタイヤ凹凸図形検査装置の構成図である。一次凹凸分布データを、このデータを基に描画したタイヤ表面として示す平面図および断面図である。二次凹凸分布データを、このデータを基に描画したタイヤ表面として示す平面図および断面図である。図形と、図形モデルとの違いを説明する概念図である。演算処理手段の行う処理を示すフローチャートである。図形モデルと、図形モデルに対応する表面分部をサーチするサーチエリアを示す概念図である。集合図形モデルと、集合図形内の図形に対するサーチエリアを示す概念図である。一致度の計算に第１図形モデルを用いた場合の問題点を説明する図である。

符号の説明

１凹凸データ取得手段
２図形データ格納手段
３演算処理手段
４結果表示手段
５装置全体制御手段
６半導体レーザ
７二次元カメラ
８タイヤ回転駆動装置
９形状データ作成装置
１０タイヤ凹凸図形検査装置
１１図形モデル作成装置
１０シート光
１０輝線
２０図形
２０Ａタイヤ表面上に形成された図形
２０ａ図形の内側部分
２０ｂ図形の輪郭線
２２第１図形モデル
２２ａ帯状部分
２２Ｔ変換後図形モデル
２３図形の欠陥
２４第２図形モデル
２４ａ帯状部分
２５集合図形
２５Ｂ変換後集合図形モデル
２７隣接する図形の一部
２８模様
３１環状の領域
４１環状の領域
４２、４２ａ、４２ｂ図形モデルに対応させようとするタイヤ表面部分
４４図形モデルに対応させようとするタイヤ表面部分
４５、４５Ａ、４５Ｂサーチエリア

Claims

タイヤ表面の、凹凸により形成された一以上の図形の三次元形状を検査する方法であって、
これらの図形を含む、所定のタイヤ表面領域内の各面積要素について凹凸の高さを測定して凹凸分布データを取得する工程と、それぞれの図形に対して、図形の雛形として予め準備された図形モデルの三次元形状データと、取得された前記凹凸分布データとから、前記タイヤ表面領域のうち図形モデルに対応するタイヤ表面部分を特定する工程と、それぞれの図形に対して、特定されたタイヤ表面部分の凹凸分布データと図形モデルの三次元データとの一致度を求め、この一致度に基づいて前記図形の三次元形状の合否を判定する工程とを有するタイヤ凹凸図形の検査方法。
各図形の図形モデルに対応するタイヤ表面部分を特定する前記工程において、
前記タイヤ表面領域内に、その図形に対して予め準備された図形配置情報に基づいてサーチエリアを設定し、このサーチエリア内で、前記図形モデルに対応付けようとするタイヤ表面部分の位置を変化させ、それぞれの位置ごとに算出された、タイヤ表面部分の凹凸分布データと図形モデルの三次元データとの一致度がもっとも高くなる位置のタイヤ表面部分を、その図形モデルに対応するものとして特定する請求項１に記載のタイヤ凹凸図形の検査方法。
各図形の図形モデルに対応するタイヤ表面部分を特定する前記工程において、
第一ステップとして、この図形に隣接する図形を含む複数の図形を一塊にまとめたものを集合図形とし、この集合図形の雛形として予め準備された集合図形モデルの三次元形状データと、取得された前記凹凸分布データとに基づいて、前記タイヤ表面領域の中から集合図形モデルに対応するタイヤ表面部分を特定し、この集合図形に対して予め準備された集合図形配置情報に基づく集合図形の位置と、集合図形モデルに対応するものとして特定されたタイヤ表面部分の位置との位置ずれを求め、
第二ステップとして、集合図形を構成するそれぞれの図形に対して予め準備された図形配置情報に前記位置ずれを付加した修正図形配置情報に基づいて、その図形に対するサーチエリアを設定し、そのサーチエリア内で、前記図形モデルに対応付けようとするタイヤ表面部分の位置を変化させ、それぞれの位置ごとに算出された、タイヤ表面部分の凹凸分布データと図形モデルの三次元データとの一致度がもっとも高くなる位置のタイヤ表面部分を、その図形モデルに対応するものとして特定する請求項１に記載のタイヤ凹凸図形の検査方法。
各図形の図形モデルに対応するタイヤ表面部分を特定する前記工程に用いる図形モデルを、図形を含む平行四辺形の領域として設定する請求項１〜３のいずれかに記載のタイヤ凹凸図形の検査方法。
図形の三次元形状の合否を判定する前記工程に用いられる図形モデルを、図形と、図形の輪郭線の全長にわたってその外側に隣接する所定幅の帯状部分とを含む領域として設定する請求項１〜３のいずれかに記載のタイヤ凹凸図形の検査方法。
各図形の図形モデルの三次元形状データを、タイヤを形成する金型のＣＡＤデータに基づいて作成する請求項１〜５のいずれかに記載のタイヤ凹凸図形の検査方法。
タイヤ表面所定領域内の各面積要素について凹凸の高さを測定して凹凸分布データを取得する前記工程において、光切断法を用いて前記凹凸分布データを取得する請求項１〜６のいずれかに記載のタイヤ凹凸図形の検査方法。
請求項１〜７のいずれかに記載のタイヤ凹凸図形の検査方法に用いられる図形検査装置であって、
前記凹凸の高さを測定して凹凸分布データを取得する凹凸データ取得手段、各図形に対する前記図形配置情報と前記図形モデルの三次元形状データとを格納する図形データ格納手段、凹凸データ取得手段より入力した凹凸分布データと図形データ格納手段より入力した図形モデルの三次元データとに基づいてこの図形モデルに対応するタイヤ表面部分を特定し、特定されたタイヤ表面部分の凹凸分布データと図形モデルの三次元データとの一致度に基づいて前記図形の三次元形状の合否を判定する演算処理手段、および、合否の判定結果を出力する結果表示手段を具えてなるタイヤ凹凸図形検査装置。