JP2006242674A - 光切断測定装置及び輝線像撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
光切断法によりギャップ又は段差を測定する際に、測定対象面上に二次元的に分布する多数の測定点のデータをどこでも迅速且つ正確に測定できるようにする。
【解決手段】
測定対象面（Ｓ）に対してスリット光を照射する光源装置（１０）と、測定対象面（Ｓ）に形成されたスリット光の輝線像をその照射光軸と異なる方向から撮像する撮像カメラ（１１）が内蔵されたハンドセット（２）に、スリット光による輝線像と直交する方向に回転する走行ローラ（７Ｒ，７Ｌ）が配され、走行ローラ（７Ｒ，７Ｌ）の回転によりハンドセット（２）の移動距離を検知するセンサ（１２）が配され、該センサ（１２）の検出距離に基づきハンドセット（２）が予め設定された一定距離移動するごとに前記撮像カメラに（１１）で撮像された画像データを取り込んで、その画像データと予め設定された基準長さデータとを比較することによりギャップ又は段差を測定する画像処理装置（４）を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、測定対象面にスリット光を照射させてその輝線像の画像データに基づいて光切断法によりギャップ又は段差を測定する光切断測定装置及びそれに使用する輝線像撮像装置に関する。

自動車タイヤの接地面が経時的に磨耗すると、トレッドパターンの溝が浅くなってスリップし易くなり、制動力も小さくなって事故の危険性が増大する。
このため、トレッド深さ（トレッドパターンの溝の深さ）が一定の値以下になる前にタイヤを交換することが自動車の安全走行を確保する上でも重要である。
そして、従来、整備工場やガソリンスタンドで、あるいは、ドライバ自身が自動車タイヤを点検する場合、デプスゲージをトレッド溝に入れてその深さを測定している。

しかしながら、測定対象物がゴムタイヤであるところから力の入れ具合によって測定値がバラツキ、トレッド深さを正確に測定することは困難であった。
また、そのタイヤが安全であるか否かを評価するためには、各タイヤごとにトレッド溝深さを複数点測定する必要があり、その測定点数が多ければ多いほど評価結果の信頼性が高くなるが、デプスゲージを用いてトレッド深さを多点測定することは極めて面倒であった。
すなわち、タイヤ接地面などの測定対象面上に二次元的に分布する多数の測定点のデータを迅速且つ正確に測定することができれば、安全対策上有意義である。

このため、光学的にタイヤのトレッド溝を測定する装置が提案されている（特許文献１参照）。
これは、自動車ボディから外してホイールバランサに取り付けられたタイヤにスリット光を照射し、あるいは、二つのローラ上に載せたタイヤにスリット光を照射し、いずれもタイヤを回しながら、スリット光の輝線像をその照射光軸と異なる方向から撮像する光切断法によりトレッド深さを測定するようになっているので、二次元的に分布する多数の測定点のデータを迅速且つ正確に測定することができる。
特許第３４６４６７８公報

これによれば、デプスゲージに比して極めて正確に多点を短時間で測定することができるというメリットはあるものの、タイヤを脱着し直したり、自動車を専用台車まで運転してタイヤを所定位置にセットしたりしなければならないので、そのような設備を有する整備工場においても、測定したいときにいつでもどこでも簡単且つ正確に測定することのできる装置が要望されている。

そこで本発明は、測定対象面にスリット光を照射させてその輝線像の画像データに基づいて光切断法によりギャップ又は段差を測定する際に、測定対象面上に二次元的に分布する多数の測定点のデータをどこでも迅速且つ正確に測定できるようにすることを技術的課題としている。

本発明は、測定対象面にスリット光を照射させてその輝線像の画像データに基づいて光切断法によりギャップ又は段差を測定する光切断測定装置において、測定対象面に対してスリット光を照射する光源装置と、測定対象面に形成されるスリット光による輝線像をその照射光軸と異なる方向から撮像する撮像カメラが内蔵されたハンドセットに、前記スリット光による輝線像と直交する方向に回転する走行ローラが配されると共に、該走行ローラの回転によりハンドセットの移動距離を検知するセンサが配され、該センサの検出距離に基づき予め設定された一定距離移動するごとに前記撮像カメラの画像データを取り込んで、その画像データと予め設定された基準長さデータとを比較することによりギャップ又は段差を測定する画像処理装置を備えたことを特徴としている。

本発明によれば、ハンドセットに設けられた半導体レーザなどの光源装置から測定対象面にスリット光が照射され、その輝線像が照射光軸と異なる方向からハンドセット内の撮像カメラにより撮像される。
そして、測定対象面にギャップが形成されているときは直線状の輝線にギャップに応じた長さの欠落を生じ、段差があるときはスリット光の輝線に階段状のずれを生ずるので、前記欠落の長さ及びずれの量を光学的に測定することにより、ギャップ及び段差を測定することができる。

このとき、ハンドセットは走行ローラを介して測定対象面に接触されているので、光源装置から測定対象面までの距離及び測定対象面から撮像カメラまでの距離がそれぞれ一定に維持され、光切断法によりスリット光の輝線像に基づいて測定対象面の形状を測定する場合に撮像距離の違いによる測定誤差を生じない。
また、ハンドセットを走行させるだけで、例えば所定距離走行する毎に所定間隔（例えば５ｍｍ間隔）で輝線像が撮像されるので、多数の測定点について短時間で測定することが可能となる。

本例では、測定対象面上に二次元的に分布する多数の測定点のデータをどこでも迅速且つ正確に測定するという目的を、被測定対象面に接触させる携帯型のハンドセットを移動させながら所定間隔でスリット光の輝線像の画像データを取り込むことにより実現した。

図１は本発明に係る光切断測定装置の一例を示すブロック図、図２は平面図、図３及び図４はその外観図、図５は使用状態を示す説明図、図６は画像処理装置の処理手順を示すフローチャートである。

本例の形状測定装置１は、タイヤＴの接地面（測定対象面）Ｓにスリット光を照射させてその輝線像に基づいて光切断法によりトレッド深さを測定するもので、携帯可能なハンドセット２に、輝線像を取り込む輝線像撮像装置３と、取り込まれた画像データを処理して形状データを算出する画像処理装置４を備えている。

ハンドセット２は、図５に示すように自動車ボディＢとタイヤＴの隙間に挿しこむことができるように偏平に形成されたプローブ５がグリップ６の先端に取り付けられている。
プローブ５は、その底面左右両端縁に沿ってタイヤＴの接地面Ｓ上を走行する平行ローラ（走行ローラ）７Ｒ、７Ｌが配されると共に、平行ローラ７Ｒ、７Ｌの間に透光板で塞がれた測定窓８が形成され、上面側には測定結果を表示する液晶ディスプレイ９が配されている。

輝線像撮像装置３は、プローブ５に内蔵され、測定対象面に対してスリット光を照射する光源装置１０と、測定対象面に形成されるスリット光の輝線像をその照射光軸と異なる方向から撮像する撮像カメラ１１と、前記スリット光による輝線像と直交する方向に回転する前記平行ローラ７Ｒ，７Ｌの回転によりハンドセット２の移動距離を検知するロータリーエンコーダ（センサ）１２と、該ロータリーエンコーダ１２の検出距離に基づき予め設定された一定距離移動するごとに前記撮像カメラ１１で撮像された画像データを取り込むトリガスイッチ１３を備えている。

光源装置１０は、切換点灯可能な複数色（赤、緑、青）の半導体レーザを一体化した発光素子ＬＤと、その出射光を扇状に拡散させてスリット光に変換する円筒レンズ１４と、そのスリット光を前記測定窓８を介して接地面Ｓに対して垂直に照射するミラー１５を備えている。

タイヤは通常黒色であり、どの色の光吸収も高いからその場合は全色を点灯させて白色光としてもよいし、タイヤ以外を被測定対象面とする場合に、その色が赤ければ赤以外の光を、その色が青ければ青以外の光を、その色が緑の場合は緑以外の光を照射するというように色を使い分ければ、一の色の光吸収特性が大きな被測定対象物に対して、他の色の光を用いることにより、正確に形状測定をすることができる。

撮像カメラ１１は、その撮像光軸がミラー１６で反射されて、接地面Ｓにスリット光を照射する照射光軸に対して例えば４５°で入射するように案内され、これにより、輝線像をその照射光軸と異なる方向から撮像することができるようになっている。

そして、平行ローラ７Ｒ及び７Ｌの少なくとも一方には、走行距離測定用のロータリーエンコーダ１２が取り付けられ、予め設定された一定の距離（例えば５ｍｍ）だけ移動するごとに、トリガースイッチ１３から撮像カメラ１１で撮像された画像を画像処理装置４に取り込むトリガー信号が出力される。
なお、走行距離はロータリーエンコーダの回転角に比例するので、距離−回転角変換テーブルを記憶させておけば、撮像間隔となる距離を入力することによりロータリーエンコーダ１２がその距離に応じた回転角だけ回転したときに、トリガースイッチ１３からトリガー信号が出力されることとなり、その撮像ピッチを自由に設定することができる。
これにより、タイヤＴの接地面Ｓに平行ローラ７Ｒ及び７Ｌを接触させてプローブ５を移動させれば、所定の撮像ピッチで輝線像が撮像され、その画像データが画像処理装置４に取り込まれる。

タイヤＴの接地面Ｓに照射されたスリット光は、トレッド溝の深さに応じた段差を有する輝線像として撮像されるが、光源装置１０から接地面Ｓに至るまでの距離と、接地面Ｓから撮像カメラ１１に至るまでの距離は一定であるから、輝線像の段差の大きさとトレッド溝の深さは常に比例する。
したがって、画像処理装置４に撮像カメラ１１の１画素当りの深さを予め設定しておけば、画像データに映し出された輝線像の段差に対応する画素数からトレッド溝の深さを算出することができる。

図６は画像処理装置４における処理手順を示すフローチャートであって、図６（ａ）が画像データ取込処理を示し、図６（ｂ）が形状データ測定処理を示す。
図６（ａ）に示す画像データ取込処理は、画像データ取込スイッチ（図示せず）がオンされるとステップＳＴＰ１でインデックスｎ＝１とし、ステップＳＴＰ２でトリガスイッチ１３からのトリガー信号が入力されるのを待って、ステップＳＴＰ３へ移行し、画像データＩＭＧｎを所定のメモリ領域に取り込む。
次いで、ステップＳＴＰ４でデータ入力が終了したか否かを判断する、この処理はデータ分析開始スイッチ（図示せず）がオンされたか否かで判断する。
データ入力が終了していないと判断されると、ステップＳＴＰ５でインデックスｎ＝ｎ＋１と置き換えてステップＳＴＰ２に戻り、データ入力が終了したと判断されるとステップＳＴＰ６でインデックスｎの最終値ｎｅを記憶して画像データ取込処理を終了し、引き続き形状データ測定処理がなされる。

図６(ｂ)に示す形状データ測定処理は、ステップＳＴＰ１１でインデックスｎ＝１とし、ステップＳＴＰ１２で画像データＩＭＧｎを読み出し、ステップＳＴＰ１３で画像データに基づいて光切断法により接地面Ｓの幅方向をＹ軸、トレッド溝の深さ方向をＺ軸とするＹＺデータからなる二次元形状データを算出して、所定のメモリ領域に順次記憶する。
そして、ステップＳＴＰ１４でインデックスｎ＝ｎｅと判断されるまで、ステップＳＴＰ１５でインデックスｎ＝ｎ＋１と加算しながらステップＳＴＰ１２〜１５の処理を繰返し、インデックスｎ＝ｎｅと判断された時点で、ステップＳＴＰ１６へ移行する。
ステップＳＴＰ１６では，全ての二次元形状データから一つのタイヤＴについてのトレッド深さの最大値である最大トレッド深さを抽出する。
次いで、ステップＳＴＰ１７で最大トレッド深さが予め設定された安全基準深さ以下であると判断されたときはステップＳＴＰ１８でアラーム信号をアラーム装置２０へ出力して赤色ＬＥＤを点灯させたりやアラーム音を発生させる。
また、安全基準深さより大きいと判断されたときはステップ１９に移行し、正常信号を出力して、例えば青色ＬＥＤを点灯させる。

ステップＳＴＰ２０では、ハンドセット２の移動方向をＸ軸とし、このＸ軸方向に予め設定された撮像ピッチで二次元形状データを並べれば、タイヤの走行跡のようにトレッドパターンを展開したような三次元形状データが構築され、ステップＳＴＰ２１でこれを液晶ディスプレイ９にグラフィック表示して処理を終了する。

なお、液晶ディスプレイ９では、トレッド溝深さが安全基準深さより十分大きい部分を緑色表示し、深さが小さくなるにしたがって黄色にグラデーション変化させ、安全基準深さ以下の部分を赤色表示すれば、どの程度磨り減っているか一目瞭然となる。
赤色表示部分があれば危険であるので即タイヤ交換を、赤が少なく黄色表示部分が多ければそろそろタイヤ交換を、青色表示部分が多ければタイヤ交換の必要なしと判断することができる。

以上が本発明の一構成例であって、次にその作用について説明する。
タイヤＴの接地面Ｓのトレッド深さを測定しようとする場合、画像データ取込スイッチ（図示せず）をオンした状態で、ハンドセット２のグリップ６を持ち、図５に示すようにプローブ５を自動車ボディＢとタイヤＴの隙間に挿し込んで、平行ローラ７Ｒ，７Ｌが接地面Ｓ上を転がるようにタイヤＴの上半分のトレッド深さを測定する。
タイヤＴのトレッド溝は周方向に沿って略一様に磨耗するので、全周について測定しなくても１／２〜１／４周程度測定すれば、トレッド深さが安全基準値より大きいか否かを正確に判断することができる。
また、スリット光の照射幅がタイヤの接地面の幅に比して狭い場合は，タイヤ接地面の右肩、中央部、左肩というように、複数回に分けて測定すればよい。

ここで、平行ロータ７Ｌが所定の撮像ピッチ（例えば５ｍｍ）走行するたびに画像データが取り込まれ、それぞれの画像データに基づいてタイヤＴの接地面Ｓの幅方向をＹ軸、トレッド溝の深さ方向をＺ軸とするＹＺデータからなる二次元形状データが算出される。
そして、全ての二次元形状データから抽出された最小トレッド深さが安全基準値以下の場合にアラームランプが点灯する。
また、ＹＺデータからなる二次元形状データと撮像ピッチに基づいて、ハンドセット２の移動方向（接地面Ｓの周方向）をＸ軸とし、このＸ軸方向に沿って前記撮像ピッチで二次元形状データを並べれば、タイヤの走行跡のようにトレッドパターンを展開したようなＸＹＺデータからなる三次元形状データが構築され、これを磨耗度合いに応じて液晶ディスプレイ９にカラーグラフィック表示すれば、接地面Ｓのどこがどの程度磨耗しているかを簡単に判断できる。

なお、上述の説明ではタイヤのトレッド深さ（段差）を測定する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、スリット光の輝線方向に形成されたギャップを測定することもできる。
この場合は、ギャップ部分は輝線像が途切れるので、その途切れている部分の画素数からギャップの長さを算出すればよい。

以上述べたように、本発明は、例えば、整備工場やガソリンスタンドで、あるいは、ドライバ自身が自動車タイヤを点検する場合、簡単且つ正確にトレッド深さを測定する用途に適用することができる。

本発明に係る光切断測定装置の一例を示すブロック図。 その平面図 その上面側外観図。 その底面側外観図。 使用状態を示す説明図。 画像処理装置の処理手順を示すフローチャート。

符号の説明

１ 光切断測定装置
Ｓ 接地面（測定対象面）
２ ハンドセット
３ 輝線像撮像装置
４ 画像処理装置
５ プローブ
６ グリップ
７Ｒ、７Ｌ 平行ローラ
１０ 光源装置
１１ 撮像カメラ
１２ ロータリーエンコーダ
２０ アラーム装置

Claims (5)

1. 測定対象面にスリット光を照射させてその輝線像の画像データに基づいて光切断法によりギャップ又は段差を測定する光切断測定装置において、
   測定対象面に対してスリット光を照射する光源装置と、測定対象面に形成されるスリット光による輝線像をその照射光軸と異なる方向から撮像する撮像カメラが内蔵されたハンドセットに、前記スリット光による輝線像と直交する方向に回転する走行ローラが配されると共に、該走行ローラの回転によりハンドセットの移動距離を検知するセンサが配され、該センサの検出距離に基づきハンドセットが予め設定された一定距離移動するごとに前記撮像カメラにより画像データを取り込んで、その画像データと予め設定された基準長さデータとを比較することによりギャップ又は段差を測定する画像処理装置を備えたことを特徴とする光切断測定装置。
2. 前記測定対象面がタイヤの接地面である場合に、前記スリット光をタイヤの幅方向に照射することにより、所定間隔で撮像された各画像データの夫々について前記画像処理装置によりタイヤの幅方向のトレッド深さが測定されるようになされた請求項１記載の光切断測定装置。
3. 前記画像処理装置で検出された最大トレッド深さが、予め設定された安全基準深さより小さいときにアラーム信号を出力する請求項２記載の光切断測定装置。
4. 走行ローラの走行方向をＸ軸とし、スリット光による輝線方向をＹ軸とし、前記Ｘ軸及びＹ軸に直交する高さ方向をＺ軸としたときに、前記画像処理装置が、各画像データから得られるＹ−Ｚ二次元形状データをＸ軸方向に各画像データの撮像間隔でプロットすることによりＸＹＺ三次元形状データを構築する三次元アナライザを備えた請求項１記載の光切断測定装置。
5. 測定対象面にスリット光を照射させて光切断法によりギャップ又は段差を測定する際に前記スリット光による輝線像の画像データを取り込む輝線像撮像装置であって、
   測定対象面に対してスリット光を照射する光源装置と、測定対象面に形成されるスリット光の輝線像をその照射光軸と異なる方向から撮像する撮像カメラが内蔵されたハンドセットに、前記スリット光による輝線像と直交する方向に回転する走行ローラが配されると共に、該走行ローラの回転によりハンドセットの移動距離を検知するセンサが配され、該センサの検出距離に基づき予め設定された一定距離移動するごとに前記撮像カメラの画像データを取り込むトリガスイッチを備えたことを特徴とする輝線像撮像装置。
   
   

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