JP2007085836A - Three-dimensional shape measuring system, three-dimensional shape measuring method, and installation condition correction method for photographic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、転動するタイヤの三次元形状を測定する三次元形状測定システム、三次元形状測定方法、及び、撮影装置の設置状態補正方法に関する。 The present invention relates to a three-dimensional shape measurement system that measures the three-dimensional shape of a rolling tire, a three-dimensional shape measurement method, and an installation state correction method for a photographing apparatus.
回転するタイヤの各部位の変形を計測する試験が行われてきている。従来、この試験では、タイヤにマーカを貼り付け、タイヤを回転させて転動タイヤの状態にして、このマーカの位置をビデオカメラ等で三次元座標で撮影している。 Tests for measuring the deformation of each part of a rotating tire have been conducted. Conventionally, in this test, a marker is attached to a tire, and the tire is rotated into a rolling tire, and the position of the marker is photographed with a video camera or the like in three-dimensional coordinates.
しかし、タイヤの回転速度(走行速度)が高速になるとマーカが流れた像が撮影されてしまう。このため、高速走行におけるタイヤ部位の性格な形状を測定することが困難である、という問題があった。この問題は、高速走行で試験を行う場合に特に深刻なものになっていた。 However, when the tire rotation speed (running speed) becomes high, an image in which the marker flows is captured. For this reason, there is a problem that it is difficult to measure the characteristic shape of the tire part in high-speed running. This problem was particularly serious when testing at high speeds.
また、転動タイヤの変形を詳細に計測するにはマーカの貼付け密度(単位面積あたりの貼付け数)を高める必要があるが、貼付け工数の観点から貼付け範囲を限定する必要がある。このため、死角の関係でカメラ1台のみの撮影画像しか得られない場合、三次元座標の測定は不可能であるという問題もあった。 Moreover, in order to measure the deformation | transformation of a rolling tire in detail, although it is necessary to raise the sticking density (number of sticking per unit area) of a marker, it is necessary to limit the sticking range from a viewpoint of sticking man-hours. For this reason, there is also a problem that measurement of three-dimensional coordinates is impossible when only a photographed image of only one camera is obtained due to the blind spot.
なお、動的負荷状態のタイヤにレーザースリット光を操作させ、その反射光をカメラで読み取って3次元画像データを取得することにより、動的負荷時におけるタイヤ断面形状を計測することが特許文献1に提案されている。しかし、この計測では、タイヤ回転中のある瞬間のタイヤ形状を計測することは困難であるという難点がある。また、レーザー装置が高価でしかも取り扱う際に安全対策を施す必要があり、装置構成が複雑になるという難点もある。
本発明は、上記事実を考慮して、簡易な構成で使い勝手が良く、高速走行させても高い精度でタイヤ形状を測定できる三次元形状測定システム、三次元形状測定方法、及び、撮影装置の設置状態補正方法を提供することを課題とする。 In consideration of the above facts, the present invention provides a three-dimensional shape measurement system, a three-dimensional shape measurement method, and an imaging device that are easy to use with a simple configuration and that can measure a tire shape with high accuracy even when traveling at high speed. It is an object to provide a state correction method.
請求項1に記載の発明は、連続的に発光する発光源を用いて、転動するタイヤに格子状の光マークを投射する投射装置と、投射された前記光マークを撮影する少なくとも2台の撮影装置と、前記撮影装置で撮影された画像データを演算処理することにより、前記光マークを構成する複数の構成部位の各三次元座標を算出する演算処理手段と、前記演算処理手段で算出された前記各三次元座標に基づいて、前記タイヤの少なくとも一部の形状を表示する表示手段と、を備えたことを特徴とする。 The invention according to claim 1 is a projection device that projects a lattice-shaped light mark on a rolling tire using a light emitting source that emits light continuously, and at least two of the projected light marks. Calculated by the imaging device, calculation processing means for calculating each three-dimensional coordinate of a plurality of components constituting the optical mark by calculating the image data captured by the imaging device, and the calculation processing means Display means for displaying at least a part of the shape of the tire based on the three-dimensional coordinates.
上記の演算処理手段や表示手段としては市販のものを用いることができる。 A commercially available thing can be used as said arithmetic processing means and a display means.
請求項1に記載の発明では、2台の撮影装置で被測定物に投射された光マークを同時に撮影する。 According to the first aspect of the present invention, the light mark projected on the object to be measured is photographed simultaneously by the two photographing devices.
そして、演算処理手段により、各撮影装置でそれぞれ撮影された2つの画像から、光マークの三次元座標を各格子点毎に算出する。 Then, the three-dimensional coordinates of the light mark are calculated for each lattice point from the two images respectively photographed by each photographing device by the arithmetic processing means.
更に、表示手段により、意図する範囲内における格子点の三次元座標で、被測定物であるタイヤの少なくとも一部の形状を表示する。 Furthermore, the display means displays the shape of at least a part of the tire as the object to be measured, with the three-dimensional coordinates of the lattice points within the intended range.
請求項1に記載の発明では、このように、タイヤにマーカを貼り付けるのではなく、投射装置の設置位置から、すなわち固定された位置から上記の光マークを投射(投影)している。これにより、タイヤの走行速度が上昇しても、光マークによる格子点と撮影装置との相対速度がほとんどゼロである。従って、タイヤを高速走行させても、ある瞬間のタイヤ形状を高い精度で測定可能な転動タイヤの三次元形状測定システムが実現される。しかも、大型のタイヤであっても正確に測定することができる。 In the first aspect of the invention, the light mark is projected (projected) from the installation position of the projection device, that is, from the fixed position, instead of attaching the marker to the tire. Thereby, even if the running speed of the tire increases, the relative speed between the lattice point by the optical mark and the photographing apparatus is almost zero. Therefore, a three-dimensional shape measurement system for a rolling tire capable of measuring a tire shape at a certain moment with high accuracy even when the tire is driven at a high speed is realized. Moreover, even a large tire can be measured accurately.
また、光マークを投射する事で、従来のようにマーカを貼り付ける作業を行わなくても、投射された光マークを撮影範囲内に留めておく事が可能である。従って、作業性が向上する。 Further, by projecting the light mark, it is possible to keep the projected light mark within the photographing range without performing the work of pasting the marker as in the prior art. Therefore, workability is improved.
請求項2に記載の発明は、前記複数の構成部位が格子点であることを特徴とする。 The invention according to claim 2 is characterized in that the plurality of constituent parts are lattice points.
これにより、上記の構成部位が明確になり、データ処理し易い。 As a result, the above-described components are clarified and data processing is easy.
請求項3に記載の発明は、前記発光源が液晶プロジェクターであることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, the light emitting source is a liquid crystal projector.
これにより、操作が簡易で安価な発光源を用いて良好な光マークが投射される。 As a result, a good light mark is projected using a light source that is simple and inexpensive to operate.
請求項4に記載の発明は、前記撮影装置がビデオカメラであることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, the photographing apparatus is a video camera.
これにより、撮影装置を市販の安価なビデオカメラとすることができ、装置構成が簡易になる。 As a result, the photographing apparatus can be a commercially available inexpensive video camera, and the apparatus configuration is simplified.
ところで、請求項1に記載では、投射装置による投射光は光路が安定し且つ直進するので、撮影装置と投射装置との相対位置を固定した後に光マーク毎の光路を測定しておく事で、1台の撮影装置によるデータのみによっても三次元形状の測定が可能となる。 By the way, in the first aspect, since the light path of the projection light by the projection device is stable and goes straight, by measuring the optical path for each light mark after fixing the relative position between the photographing device and the projection device, It is possible to measure a three-dimensional shape only with data from one imaging device.
そこで、請求項5に記載の発明は、連続的に発光する発光源を用いて、転動するタイヤに格子状の光マークを投射装置により投射し、投射された前記光マークを、距離が互いに異なる位置でそれぞれ撮影し、撮影された画像データを演算処理することにより、前記光マークを構成する複数の構成部位の各三次元座標を算出し、算出した前記各三次元座標に基づいて、前記タイヤの少なくとも一部の形状を表示することを特徴とする。
Therefore, the invention according to
これにより、使用する撮影装置が1台であっても、タイヤを高速で転動させた状態で、すなわちタイヤを高速走行させた状態で、高い精度で三次元形状を測定することができる。 As a result, even if only one imaging device is used, the three-dimensional shape can be measured with high accuracy in a state where the tire is rolled at a high speed, that is, in a state where the tire is driven at a high speed.
請求項6に記載の発明は、前記複数の構成部位として格子点を用いることを特徴とする。 The invention described in claim 6 is characterized in that lattice points are used as the plurality of constituent parts.
これにより、上記の構成部位が明確になり、データ処理し易い。 As a result, the above-described components are clarified and data processing is easy.
請求項7に記載の発明は、転動するタイヤの三次元形状を測定するのに用いる撮影装置の設置状態補正方法であって、前記タイヤに組み込まれたホイールに予めマーカを貼り付け、前記タイヤを転動させた状態で前記マーカを少なくとも2台の撮影装置で撮影し、前記撮影装置の設置角度誤差及び設置位置誤差の少なくとも一方を算出し、前記撮影装置の設置角度及び設置位置の少なくとも一方を補正することを特徴とする。 The invention according to claim 7 is a method for correcting an installation state of a photographing apparatus used for measuring a three-dimensional shape of a rolling tire, wherein a marker is pasted on a wheel incorporated in the tire in advance. The marker is photographed by at least two photographing devices in a state of rolling, and at least one of an installation angle error and an installation position error of the photographing device is calculated, and at least one of the installation angle and the installation position of the photographing device is calculated. It is characterized by correcting.
請求項7に記載の発明では、ホイール上に貼り付けたマーカを少なくとも2台の撮影装置で同時に撮影する。 In the invention according to claim 7, the marker pasted on the wheel is photographed simultaneously by at least two photographing devices.
次に、撮影装置の目標設置位置、目標設置角度を基に、マーカの軌跡を分析し、それから得られた二つの三次元座標における軸方向誤差(例えばZ軸方向座標の誤差)を算出し、更に、誤差二乗和を算出する。そして、算出された誤差二乗和に基づいて、撮影装置の設置角度(ヨー角、ロール角、ピッチ角など)や設置位置を最適化する。 Next, based on the target installation position and target installation angle of the imaging device, the locus of the marker is analyzed, and an axial direction error (for example, an error in the Z-axis direction coordinate) in the two three-dimensional coordinates obtained therefrom is calculated. Further, the sum of squared errors is calculated. Based on the calculated error sum of squares, the installation angle (yaw angle, roll angle, pitch angle, etc.) and installation position of the photographing apparatus are optimized.
更に、得られた三次元座標とタイヤ軸回りの円運動で想定される三次元座標との差異の二乗和が最小となるように、各撮影装置の設置角度や設置位置を補正する。 Further, the installation angle and the installation position of each photographing apparatus are corrected so that the sum of squares of the difference between the obtained three-dimensional coordinates and the three-dimensional coordinates assumed by the circular motion around the tire axis is minimized.
請求項7に記載の発明により、簡易な手法で撮影装置の設置角度及び設置位置を最適化させることができる。 According to the seventh aspect of the present invention, it is possible to optimize the installation angle and the installation position of the photographing apparatus by a simple method.
本発明によれば、簡易な構成で使い勝手が良く、高速走行させても高い精度でタイヤ形状を測定できる三次元形状測定システム、三次元形状測定方法、及び、撮影装置の設置状態補正方法が実現される。 According to the present invention, a three-dimensional shape measurement system, a three-dimensional shape measurement method, and an installation state correction method for a photographing apparatus that can measure a tire shape with high accuracy even when traveling at high speed are realized with a simple configuration. Is done.
以下、実施形態を挙げ、本発明の実施の形態について説明する。なお、第2実施形態以下では、既に説明した構成要素と同様のものには同じ符号を付してその説明を省略する。 Hereinafter, embodiments will be described and embodiments of the present invention will be described. In the second and subsequent embodiments, the same components as those already described are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[第1実施形態]
まず、第1実施形態について説明する。図1に示すように、本実施形態に係る三次元形状測定システム11では、連続的に発光する発光源を用いて、転動する空気入りタイヤ10に格子状の光マーク12(図3参照)を投射する液晶プロジェクター14と、光マーク12を撮影する2台のビデオカメラ16、18と、ビデオカメラ16、18で撮影されたデータを演算処理し、空気入りタイヤ10の形状を画面に表示するデータ処理装置20と、を備えている。
[First Embodiment]
First, the first embodiment will be described. As shown in FIG. 1, in the three-dimensional
本実施形態では、位置が固定された液晶プロジェクター14から上記の光マーク12を転動する空気入りタイヤ10に投射する。
In the present embodiment, the
更に、この光マーク12の格子点12Pの位置を2台のビデオカメラ16、18で撮影する。ビデオカメラ16、18で撮影されたデータはデータ処理装置20に送信され、データが演算処理される。そして、データ処理装置20は、演算処理によって得られたデータに基づき、転動する空気入りタイヤ10の形状を画面に表示する。
Further, the position of the
以下、データ処理装置20で、2台のビデオカメラ16、18で撮影された画像に基づいて、転動する空気入りタイヤ10の三次元画像が算出されることを、図2を参照しながら説明する。図2で、cameraa(xa,ya,za)はビデオカメラ16の設置位置の座標であり、camerab(xb,yb,zb)はビデオカメラ18の設置位置の座標である。そして、target(x,y,z)は、光マーク12によって形成された一格子点の位置である。
Hereinafter, it will be described with reference to FIG. 2 that the
targetの座標を示すx,y及びzは、以下の式で算出される。なお、zは、以下に示すように2通りの式で算出され得るが、値は原理的には互いに一致する。 x, y and z indicating the coordinates of the target are calculated by the following equations. Note that z can be calculated by two formulas as shown below, but the values are identical to each other in principle.
また、光マーク12を液晶プロジェクター14で投射する事で、従来のようにマーカを貼り付ける作業を行わなくても、投射された光マークを撮影範囲内に留めておく事が可能である。従って、作業性が向上する。
Further, by projecting the
また、光マーク12を投射する発光源として液晶プロジェクター14を用いているので、これにより、操作が簡易で安価な発光源を用いて良好な光マーク12を投射することができる。
In addition, since the
また、光マーク12の格子点を撮影する撮影装置としてビデオカメラ16、18を用いているので、これにより、市販の安価なビデオカメラを撮影装置とすることができ、装置構成が簡易になる。
In addition, since the
(第1実施形態の実施例)
本実施例では、液晶プロジェクター14としてソニー製の液晶プロジェクター(商品名:VPL−PX1)を用いた。ビデオカメラ16、18としてはフォトロン社製のビデオカメラ(商品名:FastcamMax)を用いた。また、データ処理装置20として、ImageSystem社製のハイエンド動作解析ソフトウェア(商品名:TEMA)がインストールされた装置を用いた。また、転動させる空気入りタイヤ10として、表面を白く塗装したタイヤを用いた。
(Example of the first embodiment)
In this embodiment, a liquid crystal projector manufactured by Sony (trade name: VPL-PX1) is used as the
そして、空気入りタイヤ10に正規リムを組み込んで正規内圧とし、タイヤを回転させる試験装置に取付け、正規荷重を負荷した。ここで、「正規リム」とは、例えばJATMAが発行する2004年版のYEAR BOOKに定められた適用サイズにおける標準リムを指し、「正規荷重」及び「正規内圧」とは、同様に、JATMAが発行する2004年版のYEAR BOOKに定められた適用サイズ・プライレーティングにおける最大荷重及び該最大荷重に対する空気圧を指す。使用地又は製造地において、TRA規格、ETRTO規格が適用される場合は、各々の規格に従う。
Then, a normal rim was incorporated into the
そして、この空気入りタイヤ10を時速30km/hの走行となるように転動させ、更に、格子状に配列された16画素×16画素の白黒の光マーク12を、白く塗装した空気入りタイヤ10のサイドウォール部10Sに投射し、ビデオカメラ16、18で露光時間1/2000秒の条件で撮影した。この撮影によってビデオカメラ16、18に録画された画像を図3に示す。
The
更に、ビデオカメラ16、18に録画された画像の各格子点12Pの位置を示すデータを、データ処理装置20が演算処理する。そして、空気入りタイヤ10のサイドウォール部10Sの形状を、データ処理装置20に設けられている画面に表示させた。表示結果を図4に示す。
Further, the
なお、比較のために、従来のように空気入りタイヤ10に白点のマーカを貼り付け、時速30km/hの走行となるように空気入りタイヤ10を転動させ、その状態をビデオカメラ16、18で撮影した。この撮影によって得られた画像を図10に示す。図10では時速30キロで画像が流れてしまうことが判る。
For comparison, a white spot marker is pasted on the
これに比較して、本実施例のように液晶プロジェクター14で投射された格子状の光マーク12では、時速80キロで走行させてもビデオカメラ16、18に鮮明な画像が録画される。従って、高速走行させても空気入りタイヤ10の三次元形状を高い精度で測定できることが確認された。
In contrast to this, with the lattice-shaped
[第2実施形態]
次に、第2実施形態について説明する。本実施形態では、第1実施形態で説明したビデオカメラ16、18のうち1台のみを使用して、転動する空気入りタイヤ10の三次元形状を測定する形態である。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described. In the present embodiment, only one of the
液晶プロジェクター14による投射光では光路が安定し且つ直進するので、ビデオカメラ16、18と液晶プロジェクター14との相対位置を固定した後に光マーク毎の光路を測定しておく事で、1台のビデオカメラ(例えばビデオカメラ16)から得られるデータのみによっても三次元形状の測定が可能となる。
Since the light path of the projection light from the
以下、データ処理装置20で、1台のビデオカメラで撮影された画像に基づいて、転動する空気入りタイヤ10の三次元画像が算出されることを、図4を参照しながら説明する。ここでは、y方向位置、z方向位置をビデオカメラ16、18で同一にし、2台のビデオカメラ16、18の中心(中間位置)を基準点とすることにより、ビデオカメラ16、18の設置位置を示す座標のうち1つを減らすことができることを示す。
Hereinafter, it will be described with reference to FIG. 4 that the
targetの座標を示すx,y及びzは、以下の式で算出される。なお、zは、以下に示すように2通りの式で算出され得るが、値は原理的には互いに一致する。 x, y and z indicating the coordinates of the target are calculated by the following equations. Note that z can be calculated by two formulas as shown below, but the values are identical to each other in principle.
(第2実施形態の実施例)
液晶プロジェクター14からの投射光は、その光路が安定し且つ直線性が高いため、図5〜図7に示すように、1台のビデオカメラ16から見た一つの光マーク12(図3参照)の方位及び仰角と、2台のビデオカメラ16、18から計算された光マーク12の三次元座標と、に高い相関性が得られた。
(Example of the second embodiment)
The projection light from the
従って、予めこれらの関係を測定することで、1台のビデオカメラで撮影した画像からでも、転動する空気入りタイヤ10の形状を示す三次元座標を推定することが可能となることが判った。
Therefore, it has been found that by measuring these relationships in advance, it is possible to estimate the three-dimensional coordinates indicating the shape of the rolling
[第3実施形態]
次に、第3実施形態について説明する。図8に示すように、本実施形態では、空気入りタイヤ10に組み込まれたホイールに複数のマーカ22を予め貼り付ける。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment will be described. As shown in FIG. 8, in the present embodiment, a plurality of
更に、このホイールが組み込まれている空気入りタイヤ10を第1実施形態で説明した試験装置に取付けて回転させ、マーカ22を2台のビデオカメラ16、18で同時に撮影する。本実施形態では、ビデオカメラ16、18を水平方向面内に配置する。
Further, the
更に、ビデオカメラ16、18の目標設置位置、目標設置角度に基づきホイールに貼付けたマーカ22の軌跡を分析し、それから得られる二つのZ軸座標差の二乗和が最小となるように、ビデオカメラ16、18のヨー角、ロール角及びピッチ角を、エクセルのソルバーなどで最適化させる。
Further, the trajectory of the
ビデオカメラ16、18の設置角度については、設置角度誤差などを考慮し、以下の式を用いて実際の方位、仰角に変換する。
The installation angles of the
(第3実施形態の実施例)
本実施例では、ビデオカメラ16、18の目標設置角度及び目標設置位置を基に、マーカ22の軌跡を分析し、それから得られる二つのZ軸座標差(カメラ2台を水平配置した場合の高さ差)の二乗和(誤差二乗和)が最小となるように、ビデオカメラ16、18のヨー角、ロール角及びピッチ角をエクセルのソルバーを使用して最適化させた。この結果を表1に示す。
(Example of the third embodiment)
In this embodiment, the trajectory of the
本実施例では、更に、得られた最適化結果を用い、2台のビデオカメラ16、18のビデオ画像から、タイヤ回転軸座標でのサイドウォール部の断面形状を算出した。算出した結果を図9に示す。
In the present example, the cross-sectional shape of the sidewall portion at the tire rotation axis coordinates was calculated from the video images of the two
このように、本実施形態により、簡易な手法でビデオカメラ16、18の設置角度及び設置位置を補正して最適化させ、転動する空気入りタイヤ10のサイドウォール部などの三次元形状を測定することができる。
As described above, according to this embodiment, the installation angle and the installation position of the
以上、実施形態を挙げて本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲が上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to the embodiments. However, these embodiments are merely examples, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say, the scope of rights of the present invention is not limited to the above embodiment.
10 空気入りタイヤ(タイヤ)
11 三次元形状測定システム
12 光マーク
12P 格子点
14 液晶プロジェクター
16 ビデオカメラ
18 ビデオカメラ
20 データ処理装置(演算処理手段、表示手段)
22 マーカ
10 Pneumatic tire (tire)
DESCRIPTION OF
22 Markers
Claims (7)
投射された前記光マークを撮影する少なくとも2台の撮影装置と、
前記撮影装置で撮影された画像データを演算処理することにより、前記光マークを構成する複数の構成部位の各三次元座標を算出する演算処理手段と、
前記演算処理手段で算出された前記各三次元座標に基づいて、前記タイヤの少なくとも一部の形状を表示する表示手段と、
を備えたことを特徴とする三次元形状測定システム。 A projection device that projects a lattice-shaped light mark on a rolling tire using a light emitting source that continuously emits light,
At least two photographing devices for photographing the projected light mark;
An arithmetic processing means for calculating each three-dimensional coordinate of a plurality of constituent parts constituting the optical mark by performing arithmetic processing on the image data photographed by the photographing apparatus;
Display means for displaying the shape of at least a part of the tire based on the three-dimensional coordinates calculated by the arithmetic processing means;
A three-dimensional shape measuring system comprising:
投射された前記光マークを、距離が互いに異なる位置でそれぞれ撮影し、
撮影された画像データを演算処理することにより、前記光マークを構成する複数の構成部位の各三次元座標を算出し、
算出した前記各三次元座標に基づいて、前記タイヤの少なくとも一部の形状を表示することを特徴とする三次元形状測定方法。 Using a light emitting source that emits light continuously, a grid-shaped light mark is projected onto a rolling tire by a projection device,
Photograph the projected light marks at different positions from each other,
By calculating the captured image data, each three-dimensional coordinate of a plurality of components constituting the light mark is calculated,
A three-dimensional shape measuring method, comprising: displaying at least a part of the shape of the tire based on the calculated three-dimensional coordinates.
前記タイヤに組み込まれたホイールに予めマーカを貼り付け、
前記タイヤを転動させた状態で前記マーカを少なくとも2台の撮影装置で撮影し、
前記撮影装置の設置角度誤差及び設置位置誤差の少なくとも一方を算出し、前記撮影装置の設置角度及び設置位置の少なくとも一方を補正することを特徴とする撮影装置の設置状態補正方法。 A method for correcting an installation state of a photographing apparatus used for measuring a three-dimensional shape of a rolling tire,
Affix the marker in advance on the wheel built into the tire,
Photographing the marker with at least two photographing devices in a state where the tire is rolled,
A method for correcting an installation state of an imaging apparatus, wherein at least one of an installation angle error and an installation position error of the imaging apparatus is calculated and at least one of the installation angle and the installation position of the imaging apparatus is corrected.
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