JP2006153789A - タイヤの検査装置とタイヤの検査方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】 タイヤの検査装置１は、タイヤ２の外方側に配置されて該タイヤ２に向けてミリ波を発振する発振部６と、タイヤ２の内方側に配置されて該タイヤ２を透過したミリ波を受信する受信部７と、この受信部７で受信したミリ波の透過強度を基にタイヤ２の品質の良否を判定する制御装置８を備えている。
制御装置８の判定手段８Ｂは、予め設定した基準値Ｓを記憶しており、この基準値Ｓと上記受信部７から検出手段８Ｂへ伝達されるミリ波の透過強度とを比較して、そのピーク値Ｂ（最低値）が基準値Ｓよりも小さな場合には、検査対象となったタイヤ２が不良品であると判定する。
【効果】 小型であって、かつ高速処理が可能なタイヤの検査装置１を提供できる。
【選択図】 図２

Description

本発明はタイヤの検査装置とタイヤの検査方法に関する。

従来、複数のゴムを積層して製造されるタイヤは、各層のゴムの間に空気や異物が残留する場合があり、このような製品は不良品として廃棄する必要がある。
そこで、従来からタイヤやゴムの品質検査装置が提案されている。例えばＸ線を用いたタイヤやゴムの品質検査装置としては特許文献１〜特許文献３が公知である。また、テラヘルツ波を用いた物品の品質検査装置として、例えば特許文献４〜特許文献７が公知である。
特開平２−１９５２３７号公報 特開２０００−２４９６６５号公報 特開２００１−２２８１０１号公報 特開平１０−９０１７４号公報 特開平１１−１０８８４５号公報 特開２００１−６６３７５号公報 特許第３３８７７２１号公報

ところで、特許文献１〜３のようなＸ線を用いた品質検査装置においては、現場の作業者がＸ線に被爆するのを防止するために、作業者を保護するための頑丈な覆いが必要となるので、品質検査装置が大型化するとともに品質検査装置の価格が高くなるという欠点があった。また、検出結果をイメージ化して良否を判定しており、検査に時間が掛かるという欠点があった。
一方、特許文献４〜７に開示されているテラヘルツ波を用いた検査装置においても、被検査物を透過したテラヘルツ波に基づいて被検査物の内部をイメージ化して被検査物の良否を判定するようにしているので、良否の判定処理に時間が掛かるという欠点があった。
上記何れの検査方式においても、処理に時間が掛かるため、高速に連続検査することが困難で、特にタイヤの検査においては、全数検査が行えず、抜き取り検査にて対応しているのが実状である。

このような事情に鑑み、請求項１に記載した本発明は、環状をしたタイヤの外方または内方の一方側に配置されて、ミリ波もしくはテラヘルツ帯域からなる電磁波をタイヤに向けて発振する発振器と、上記タイヤの外方または内方の他方側に配置されて、タイヤを透過した電磁波を受信する受信器と、上記発振器と受信器をタイヤに対してその円周方向へ相対移動させる移動手段と、上記受信器で受信される電磁波の強度を検出する検出手段と、この検出手段が検出した電磁波の強度に基づいてタイヤの品質の良否を判定する判定手段とを備え、
上記判定手段は、予め設定した基準値と上記検出手段が検出した電磁波の強度に基づく値とを比較してタイヤの品質の良否を判定するようにしたものである。
また、請求項４に記載した第２の発明は、環状をしたタイヤに対して位置を変えながらミリ波もしくはテラヘルツ帯域からなる電磁波を照射して、上記タイヤを透過した電磁波の強度を検出し、該検出した電磁波の強度に基づく値と予め設定した基準値とを比較して上記タイヤの品質の良否を判定するようにしたものである。

このような構成によれば、上記Ｘ線を用いた従来の装置のような被爆を防止するための覆いを配置する必要がない。そのため、従来と比較すると、簡略な構成であって、かつ安全なタイヤの検査装置と検査方法を提供できる。しかも、タイヤを透過した電磁波の強度と予め設定した基準値とを比較してタイヤの品質の良否を判定するので、上記従来技術よりも高速処理が可能なタイヤの検査装置と検査方法を提供できる。

以下図示実施例について本発明を説明すると、図１ないし図３において、１はタイヤ２の品質検査を行う検査装置である。
従来周知のとおり、被検査物であるタイヤ２は全体として環状に形成されており、外周面に円周方向の複数の溝を形成した円筒部２Ａと、この円筒部２Ａの軸方向の両端部から半径方向内方に伸びる両側部２Ｂ、２Ｂとから構成されている。そのため、タイヤ２の軸方向の断面は概略Ｃ字型となっている。また、このタイヤ２は、薄板状のゴムを複数層に積層して重ね合わせ熱と圧力を掛けて相互に接合して製造されている。また、タイヤ２の内部には、ゴムとは異なる材質からなる補強材等の内部構成物を所要の位置に埋設している。
このようにして複数のゴム層を接合する際には、相互に接合されるゴム層の間に空気や異物が残留しないことが要求されており、本発明に係る検査装置１では、ゴム質を透過するミリ波やテラヘルツ帯域からなる電磁波を用いてタイヤ２の内部に空洞や異物が存在するか否かを検査するようにしたものである。

検査装置１は、被検査物としてのタイヤ２を一対の回転ローラ３，４を介して支持する支持テーブル５と、この支持テーブル５の上方となる検査位置Ａに下方へ向けて配置されてタイヤ２に向けて電磁波としてミリ波を発振する発振部６と、この発振部６から発振されてタイヤ２を透過してきたミリ波を受信する受信部７と、さらに受信部７によって受信したミリ波の強度を基にしてタイヤ２の品質の良否を判定する制御装置８とを備えている。なお、以下においては、ミリ波を用いる場合を例に説明を進めるが、テラヘルツ帯域の電磁波を用いる場合も同様である。

タイヤ２を支持する両回転ローラ３，４は、支持テーブル５上に水平にかつ回転自在に設けられており、一方の回転ローラ３は図示しないモータに連動して矢印方向に回転されるようになっている。このモータの作動は上記制御装置８によって制御されるようになっている。
被検査物であるタイヤ２は、上記円筒部２Ａの下方側の外周面を上記両回転ローラ３，４上に支持されるように、両回転ローラ３，４上に供給されるようになっている。
この状態において、制御装置８によって上記モータが回転されて回転ローラ３が回転されると、タイヤ２が両回転ローラ３，４上で図１の矢印方向、つまり円周方向に回転されるようになっており、これにより、後述する発振部６の発振器６Ａと受信部７の受信器７Ａを、タイヤ２の円周方向へ相対移動させる移動手段を構成している。
本実施例においては、検査位置Ａに位置させた発振部６からタイヤ２に向けてミリ波を発振するとともに、上記回転ローラ３，４上でタイヤ２を円周方向に回転させるようにしてあり、それによりタイヤ２の円周方向全域について短時間で品質検査できるようにしている。

図３に示すように、発振部６は、タイヤ２の円筒部２Ａ及び両側部２Ｂ、２Ｂを覆うように形成したアーチ状の第１支持部材１１と、この第１支持部材１１の内面の複数箇所に設けられてタイヤ２に向けてミリ波を発振する発振器６Ａとタイヤ２の表面に当接するローラ６Ｂとを備えている。これら発振器６Ａは制御装置８から電力が供給されるとともに該制御装置８によってその発振のＯＮ／ＯＦＦが制御されるようになっている。
ミリ波を発振する発振器６Ａは、従来公知のようにクライストロン管や進行波管等の電子管や、ＭＥＳ ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ ｓｅｍｉｃｏｎｄｏｃｔｏｒ ＦＥＴ）やＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の半導体を用いて構成されている。
このようなミリ波発振器では、厳密に言えば波長が１〜１０ｍｍの範囲となる３３０〜３３ＧＨｚの電磁波を発振できるが、一般的にはその範囲の波長に限定されているものではなく、その範囲を若干超えるものまでミリ波発振器の範囲に含められている。なお、ゴム質を透過する電磁波として、ミリ波に代えてテラヘルツ帯域からなる電磁波（テラヘルツ波）を用いる場合も同様であって、一般的には波長が３μｍ〜３ｍｍの範囲となる０．１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの電磁波をテラヘルツ波と称しているが、テラヘルツ波発振器としてはその範囲を若干超えるものも含められる。

上記第１支持部材１１は、移動手段としての第１昇降機構１２によって上昇端位置と下降端位置とに昇降されるようになっている。タイヤ２が両回転ローラ３，４上に供給される前の状態では、第１支持部材１１は第１昇降機構１２によって上昇端位置に位置している。この状態では、回転ローラ３，４上に供給されるタイヤ２と第１支持部材１１が干渉しないようになっている。これに対して、タイヤ２が両回転ローラ３，４上に供給されると、第１昇降機構１２によって第１支持部材１１が下降端位置まで下降されるようになっている。この状態では、図３に示すように、２つのローラ６Ｂがタイヤ２の表面に当接して、タイヤ２を上方から回転可能に支持するとともに、第１支持部材１１とタイヤ２を所定間隔に維持する。また、各発振器６Ａがタイヤ２の円筒部２Ａおよび両側部２Ｂを囲繞する状態となり、全ての発振器６Ａがタイヤ２の円筒部２Ａおよび両側部２Ｂの表面に、常にほぼ一定の間隔まで接近して対向するようになっている。
このように第１支持部材１１と発振器６Ａが検査位置Ａに位置した状態において、制御装置８によって全ての発振器６Ａが作動されると、各発振器６Ａから同時にタイヤ２の円筒部２Ａおよび両方の側部２Ｂにむけてミリ波が発振されるようになっている。そして、各発振器６Ａから照射されたミリ波はタイヤ２を透過して受信部７によって受信されるようになっている。

受信部７は、第２支持部材１３の上面に発振部６に設けた発振器６Ａと同数の受信器７Ａを備えており、各受信器７Ａによってタイヤ２を透過したミリ波を受信するようになっている。図３に示すように、受信部７には６個の受信器７Ａが設けられており、これらは、中央寄りで真上に向けた２個の受信器７Ａから順に、タイヤ２の円周方向へ（図３では紙面の奥側へ）、かつ円筒部２Ａの両側部側へ徐々に位置をずらしながら、また、徐々に真横を向くよう向きを異ならせて配置している。これにより、各受信器７Ａを互いに干渉させずに検査すべき範囲に向けて網羅している。一方、発振部６には、各受信器７Ａ毎に対応させて対向するように同数の発振器６Ａが配置してあり、これら対応する６組の発振器６Ａと受信器７Ａの間で電磁波の送受信が可能となっている。なお、発振器６Ａと受信器７Ａの数は６組に限らず、タイヤの大きさ等に応じて増減させる。
上記第２支持部材１３は、移動手段としての第２昇降機構１４によって水平に支持されて上昇端位置と下降端位置とに昇降されるようになっている。上記両回転ローラ３，４上にタイヤ２が供給される前の状態では、第２支持部材１３は、昇降機構によって下降端位置に位置している。この状態では、その後に両回転ローラ３，４上にタイヤ２が供給される際に、そのタイヤ２の中心側の空間を第２支持部材１３および各受信器７Ａが貫通して干渉しないようになっている。
これに対して、両回転ローラ３，４上にタイヤ２が供給されると、第２昇降機構１４によって第２支持部材１３および受信器７Ａが上昇端位置である検査位置Ａまで上昇される。この上昇端位置においては、図３に示すように、第２支持部材１３に設けた全ての受信器７Ａが、検査位置Ａにおけるタイヤ２の円筒部２Ａおよび両方の側部２Ｂの内方位置に挿入され、それら各部２Ａ、２Ｂの内面と対向するようになっている。

本実施例においては、両回転ローラ３，４上にタイヤ２が供給されてから第１支持部材１１によって発振器６Ａが下降端位置（検査位置Ａ）に下降されるとともに、第２支持部材１３を介して受信器７Ａが上昇端位置（検査位置Ａ）まで上昇されるようになっている。その状態では、図３に示すように、検査位置Ａにおいて発振器６Ａと受信器７Ａとによってタイヤ２を上下から挟んだ状態となるようにしている。換言すると、タイヤ２の半径方向の内外に配置した発振器６Ａと受信器７Ａとによってタイヤ２を挟んだ状態となる。
この状態において、各発振器６Ａからミリ波を発振させるとともに、上記モータによって回転ローラ３を回転させてタイヤ２を円周方向に回転させるようにしている。これにより、タイヤ２の円周方向の全域が検査位置Ａを通過することになり、各発振器６Ａがタイヤ２に対し相対的に位置を変えながらミリ波を照射し、検査位置Ａを通過したタイヤ２の円周方向全域の各部を透過したミリ波が各受信器７Ａによって受信されて制御装置８へ入力されるようになっている。

図２に示すように、発振器６Ａは開口端に向けて拡大される断面矩形の導波管９を一体的に備えており、該導波管９の開口端側にはミリ波の拡散を防止する光学部材として１枚または複数枚のレンズ１０を設けている。このレンズ１０により光の性質を有するミリ波が拡散するのを防止している。
一方、受信器７Ａは開口端から縮径される断面矩形の導波管９′を一体的に備えており、タイヤ２を透過して拡散するミリ波を受信器７Ａへ収束させるようにしている。

制御装置８は、上記受信部７が受信する透過したミリ波の強度を透過強度として検出する検出手段８Ａと、この検出手段８Ａが検出したミリ波の強度に基づいてタイヤ２の品質の良否を判定する判定手段８Ｂとを備えている。
判定手段８Ｂは、比較値として予め設定した基準値を記憶しており、上記検出手段８Ａが検出したミリ波の強度と該基準値とを比較して、タイヤ２の良否を判定するようにしている。
ミリ波やテラヘルツ波に該当する波長域および周波数域の電磁波は、ゴム質からなる物体の内部を透過することが知られている。例えば、３５ＧＨｚのミリ波の場合は、タイヤに使用する６ｍｍ厚のゴムを約１０％の透過率で透過する。このことから、図２に示すようにタイヤ２を構成するゴムの一面側に発振器６Ａを配置し、他面側に受信器７Ａを配置して、所定の波長および周波数のミリ波やテラヘルツ波を照射すると、その波長および周波数に応じた透過率で透過したミリ波やテラヘルツ波が受信器７Ａで受信される。

そして、図２のようにタイヤ２を構成する接合されたゴム層の間に、空洞１５が形成されている場合には、この箇所に対向した発振器６Ａから発振されてタイヤ２の内部を透過してきた電磁波は、空洞１５からなる空間内で拡散される。拡散されることで受信器７Ａに受信される電磁波の量は減少し、透過した電磁波の強度（透過強度）は空洞１５のない正常な場合に比較して低下する。つまり、本実施例では予め個々の被検査物毎に、正常な状態で透過される電磁波の強度の値を求めておき、この強度値に基づいて受信器７Ａで受信される電磁波の強度と比較するための基準値Ｓを設定し、この基準値Ｓを制御装置８の判定手段８Ｂに記憶させておく。受信器７Ａで受信された電磁波の強度を検出手段８Ａで検出し、検出した強度値を判定手段８Ｂに入力して、この強度に基づく値と記憶している基準値Ｓと比較して、比較した値が基準値Ｓを超えたら、その比較結果に基づいて品質の良否を判定するようにしている。
なお、空洞１５はその大きさや形状によってはレンズ効果を生じて電磁波を集中させる場合があり、この場合は透過率が向上して検出される強度値は上昇する。よって、想定される不良状態に応じて基準値Ｓの値を設定し、基準値Ｓを上回って超えた場合を不良とするか、下回って超えた場合を不良とするか、また、その両方を用いるかを事前に検討して設定値Ｓを設定するようにする。
また、ゴム層の間に空洞１５ではなく、異なる物質からなる異物が存在している場合には、該異物における電磁波の透過率は被検査物の透過率と異なるため、受信器７Ａで受信される電磁波の強度の値は、正常な状態で検出される強度とは異なり、強いもしくは弱い値で検出される。よって、この場合であっても、検出された強度に基づく値を基準値と比較することで、品質の良否を判定することができる。

以上の構成における検査装置１の検査動作および判定方法について説明する。
図３に示す状態において各発振器６Ａから連続的にミリ波を発振しつつ、対応する受信器７Ａが透過したミリ波を受信しながら、全ての発振器６Ａと受信器７Ａをタイヤ２の円筒部２Ａおよび両側部２Ｂの表面に沿ってタイヤ２の円周方向へ相対的に移動させる。
制御装置８の検出手段８Ａは、各受信器７Ａが受信するミリ波をそれぞれ連続的に入力して、各々について図４に示す波形Ｄからなる強度を随時検出している。受信される透過強度は、ノイズの影響等により−定ではなく若干の強弱を伴って検出されるため、比較のための基準値Ｓはノイズの値を考慮してさらに低い値として設定してあり、判定手段８Ｂは各々に検出される透過強度を該記憶した基準値Ｓと随時比較している。
この状態において、何れかの発振器６Ａと受信器７Ａの組が、図２に示すようなタイヤ２の内部に空洞１５が存在する箇所に差し掛かると、透過しているミリ波が拡散されて、受信器７Ａが受信できるミリ波が制限されるため、検出手段８Ａに検出される透過強度は急激に低下する。その後、空洞１５の箇所が検査位置Ａから離れることで強度は正常値の範囲に復帰するが、急激に低下したピーク値Ｂと基準値Ｓを比較することで、判定手段８Ｂはピーク値Ｂが基準値Ｓを下回って超えたことを認識し、今回の被検査物であるタイヤ２が品質不良であると判定して、不良信号を出力する。

本発明に係る検査装置１では、不良の原因を正確に特定することはできないので、不良と判定されたタイヤ２については、従来公知のＸ線を用いた検査装置によって正確に原因究明を行うようにする。すなわち、本発明に係る検査方法および装置を用いて、被検査物の全数を対象に高速に検査して良否のみを判定し、不良と判定したものについてのみ従来公知の検査装置により精密検査することで、タイヤに対する正確かつ高速な全数検査の実施を実現することができる。

以上で説明した判定方法においては、比較のための基準値Ｓをノイズの値を考慮してやや低く設定しているが、通常、タイヤ２の表面は平坦ではなくトレッドパターンと呼ばれる溝が形成されており、電磁波の透過率は透過する物体が厚いほど低下するため、溝ではない部分と溝の底部では透過率が大きく異なる。よって、溝の底部から入射して透過してくるミリ波の強度に対応させて基準値Ｓを設定すると、溝ではない部分を透過したミリ彼の強度が基準値Ｓを上回ることができず不良と判定される場合が生じる。そこで、さらに基準値の値を下げると、溝の底部の下方に空洞１５が存在していても、検出される強度のピーク値が基準値Ｓを下回らない場合が生じる。
このような場合に対しては、検出手段８Ａが検出する強度について所定時間毎に平均値を求め、この平均値Ｃと基準値Ｓと比較することで正確に良否を判定することができる。つまり、溝と溝ではない部分が交互に形成されてもいる場合では、随時検出される透過したミリ波の強度値は大きく強弱を繰り返すが、トレッドパターンはタイヤ２の円周方向にわたって規則的に形成されているので、所定時間当たり（もしくは、所定時間当たりに検査位置Ａを通過するタイヤ２表面の長さ）の強度の平均値Ｃは、図５に示すように、変化の少ないほぼ一定な値となる。
よって、正常な状態における上記所定時間当たりの平均値から基準値Ｓを設定し、検出したミリ波の値に基づく平均値Ｃを求めて該基準値Ｓと比較する。これにより、タイヤ２の内部に空洞１５があれば、平均値Ｃの値が低下し基準値Ｓを下回ることで、今回の披検査物であるタイヤ２が品質不良であると判定することができる。

また、これと異なる判定方法として、検出手段８Ａが随時検出する強度を所定時間間隔毎の変化率を求めて微分化し、この微分化された、検出した強度における単位時間当たりの変化率の値と、基準値Ｓとを比較して正確に良否を判定することができる。つまり、正常な状態においては透過率は変化しないため、検出される強度の変化率は大きく変動することはない。これに対し、タイヤ２の内部に空洞１５や異物がある場合には、透過率が変化するので検出される強度の値は急激に変化する。
そこで正常な状態における変化率の値から基準値Ｓを設定し、検出したミリ波の値に基づく単位時間当たりの変化率の値を求めて該基準値Ｓと比較する。この場合、タイヤ２の内部に空洞１５や異物があれば、変化率の値は急激に変化して基準値Ｓを上回りもしくは下回って超えるため、今回の被検査物であるタイヤ２が品質不良であると判定することができる。

なお、タイヤ２の内部には、金属等ゴム以外の物質からなるワイヤやベルト等の補強材としての内部構成物が埋め込まれており、このようなタイヤ２の検査において、内部構成物が存在しない箇所に対応させて上記発振器６Ａと受信器７Ａを配置して、上記何れかの判定方法で検査を行うことで、内部構成物の位置ずれの有無を検出して品質不良の判定を行うことも可能である。
また、以上の判定方法において、予め設定する基準値Ｓは異なる受信器７Ａ間で互いに同一である必要はなく、検査箇所の性質や特性に応じて個々に設定してもよく、また．単一の検査装置において、上記異なる判定方法を組み合わせて構成することもできる。
さらに、タイヤ２を構成する材質についてはゴムのみであることに限定されず、上述した補強材等を備える場合や、他の材質が添加されているものがあり、これらも検査対象とすることができる。
また、上述した実施例においては、タイヤ２の半径方向外方側に発振部６を配置するとともにタイヤ２の半径方向内方側に受信部７を配置しているが、発振部６と受信部７とを半径方向において逆に配置しても良い。

本発明の第１実施例を示す概略の斜視図。 図１における要部の概略の構成図。 図１の要部の断面図。 図１の制御装置の検出手段で検出したミリ波の透過強度と経過時間との関係を示す図。 本発明の他の実施例における制御装置の検出手段で検出したミリ波の透過強度と経過時間との関係を示す図。

符号の説明

１…検査装置 ２…タイヤ
３…回転ローラ（移動手段） ４…回転ローラ（移動手段）
６Ａ…発振器 ７Ａ…受信器
８Ａ…検出手段 ８Ｂ…判定手段

Claims (7)

1. 環状をしたタイヤの外方または内方の一方側に配置されて、ミリ波もしくはテラヘルツ帯域からなる電磁波をタイヤに向けて発振する発振器と、上記タイヤの外方または内方の他方側に配置されて、タイヤを透過した電磁波を受信する受信器と、上記発振器と受信器をタイヤに対してその円周方向へ相対移動させる移動手段と、上記受信器で受信される電磁波の強度を検出する検出手段と、この検出手段が検出した電磁波の強度に基づいてタイヤの品質の良否を判定する判定手段とを備え、
   上記判定手段は、予め設定した基準値と上記検出手段が検出した電磁波の強度に基づく値とを比較してタイヤの品質の良否を判定することを特徴とするタイヤの検査装置。
2. 上記判定手段がタイヤの品質の良否を判定する内容は、タイヤを構成するゴムの内部における空洞もしくは異物の有無であることを特徴とする請求項１に記載のタイヤの検査装置。
3. 上記判定手段がタイヤの品質の良否を判定する内容は、タイヤの内部に備えた内部構成物の位置ずれの有無であることを特徴とする請求項１に記載のタイヤの検査装置。
4. 環状をしたタイヤに対して位置を変えながらミリ波もしくはテラヘルツ帯域からなる電磁波を照射して、上記タイヤを透過した電磁波の強度を検出し、該検出した電磁波の強度に基づく値と予め設定した基準値とを比較して上記タイヤの品質の良否を判定することを特徴とするタイヤの検査方法。
5. タイヤを透過した電磁波の強度のピーク値と上記基準値とを比較してタイヤの良否を判定することを特徴とする請求項４に記載のタイヤの検査方法。
6. タイヤを透過した電磁波の強度の平均値と上記基準値とを比較してタイヤの良否を判定することを特徴とする請求項４に記載のタイヤの検査方法。
7. タイヤを透過した電磁波の強度における、単位時間当たりの変化率の値と上記基準値とを比較してタイヤの良否を判定することを特徴とする請求項４に記載のタイヤの検査方法。

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