JP2008089357A - タイヤの３次元形状測定システム、及び、タイヤの３次元形状測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】撮影装置を短時間で容易に設定することができるタイヤの３次元形状測定システム、及び、タイヤの３次元形状測定方法を提供することを課題とする。
【解決手段】転動する空気入りタイヤ１０の表面及び空気入りタイヤ１０を装着しているホイールの表面に各々複数のマーカーを配置し、この複数のマーカーを２台のビデオカメラ１６、１８で撮影する。そして、撮影された画像データを演算処理することにより、ビデオカメラ１６、１８の設置位置を調整するとともにマーカーの３次元座標を算出し、算出された３次元座標に基づいて、空気入りタイヤ１０の少なくとも一部の形状を表示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、転動するタイヤの外形形状を測定するのに最適なタイヤの３次元形状測定システム、及び、タイヤの３次元形状測定方法に関する。

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、タイヤ表面に格子面を設け、タイヤを回転させて転動タイヤの状態にして、このマーカーの位置をビデオカメラ等の撮影装置によって三次元座標で撮影することが知られている（例えば特許文献１参照）。
しかし、従来では、ビデオカメラ等の撮影装置の設置位置、設置角度、及び焦点距離を、予め３次元座標が計測された４点以上のマーカーの撮影画像に基づいて同定させる必要があり、作業が煩雑で時間がかかるという問題があった。
特開平１０−３８５３３号公報

本発明は、上記事実を考慮して、撮影装置を短時間で容易に設定することができるタイヤの３次元形状測定システム、及び、タイヤの３次元形状測定方法を提供することを課題とする。

請求項１に記載の発明は、転動するタイヤの表面及び前記タイヤを装着しているホイールの表面に各々複数のマーカーを配置して前記タイヤの三次元形状を計測するシステムであって、前記マーカーを撮影する少なくとも２台の撮影装置と、少なくとも２台の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、前記撮影装置の設置位置の調整位置を算出するとともに前記マーカーの３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３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。

請求項１に記載の発明では、少なくとも２台の撮影装置で撮影された画像データを演算処理手段で演算処理することによって、撮影装置の設置位置を調整している。従って、３次元座標が計測された４点以上のマーカーの撮影画像に基づいて同定させる必要がないので、撮影装置を短時間で容易に設定することが可能になる。

請求項２に記載の発明は、転動するタイヤの表面及び前記タイヤを装着しているホイールの表面に各々複数のマーカーを配置し、前記マーカーを少なくとも２台の撮影装置で撮影し、少なくとも２台の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、前記撮影装置の設置位置を調整するとともに前記マーカーの３次元座標を算出し、算出された前記３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。

請求項２に記載の発明では、少なくとも２台の撮影装置でマーカーを撮影し、撮影された画像データを演算処理することによって、撮影装置の設置位置を調整している。従って、撮影装置を短時間で容易に設定することが可能になる。

請求項３に記載の発明は、２台の前記撮影装置を、略水平面上に概略目標角度で設置して、２台の前記撮影装置の設置間隔を実測し、前記実測によって得られた設置間隔実測値と、設置目標角度と、焦点距離公称値とを初期値として、２台の前記撮影装置で各マーカーの高さ方向角度と幅方向角度とを複数回にわたって計測し、それらの計測角度と前記設置間隔実測値と前記設置目標角度とから、各マーカーの幅方向位置と奥行き方向位置と高さ方向位置とを求め、各マーカーについて、一方の前記撮影装置で計測された前記高さ方向位置と他方の前記撮影装置で計測された前記高さ方向位置との差の２乗を各計測毎に求めて加算することによりマーカー高さ差２乗和を算出し、更に、各マーカー毎に算出した前記マーカー高さ差２乗和を全て加算することにより全マーカー高さ差２乗和を算出し、各マーカーの前記幅方向位置と前記奥行き方向位置と前記高さ方向位置とから各マーカー同士の間隔を各計測毎に求めてマーカー間隔分散を算出し、更に、各マーカー間隔毎に算出した前記マーカー間隔分散を全て加算することにより全マーカー間隔分散和を算出し、前記全マーカー高さ差２乗和と前記全マーカー間隔分散和との合計値を最小化させるように、２台の前記撮影装置の設置角度及び焦点距離を調整することを特徴とする。

請求項３に記載の発明では、２台の撮影装置を、略水平面上に概略目標角度で設置している。ここで、概略目標角度とは、目測でほぼ設置目標角度であると判断される角度のことであり、具体的には、設置目標角度に対する角度ずれが各撮影装置で±５°以内のことである。

その後、設置間隔実測値と、設置目標角度と、焦点距離公称値とを初期値として、２台の撮影装置で各マーカーの高さ方向角度と幅方向角度とを複数回にわたって計測する。そして、それらの計測角度と設置間隔実測値と設置目標角度とから、各マーカーについて、各計測毎に幅方向位置（水平方向位置）と奥行き方向位置（タイヤ軸方向位置）と高さ方向位置とを求める。
このようにして求めた各マーカーの高さ方向位置に基づき、各マーカーについて、一方の撮影装置で計測された高さ方向位置と他方の前記撮影装置で計測された高さ方向位置との差の２乗を各計測毎に求めて加算する（すなわち時間軸方向の加算値を求める）ことによりマーカー高さ差２乗和を算出する。更に、各マーカー毎に算出したこのマーカー高さ差２乗和を全て加算することにより全マーカー高さ差２乗和を算出する。

また、各マーカーの幅方向位置と奥行き方向位置と高さ方向位置とから各マーカー同士の間隔を各計測毎に求めてマーカー間隔分散を算出し、更に、各マーカー間隔毎に算出したマーカー間隔分散を全て加算することにより全マーカー間隔分散和を算出する。
そして、全マーカー高さ差２乗和と全マーカー分散和との合計値を最小化させるように、２台の撮影装置の設置角度及び焦点距離を調整する。

２台の撮影装置の設置角度及び焦点距離が正しく設定されていれば、上記高さ方向位置は、２台の撮影装置でそれぞれ同じ値となり、上記の差（高さ方向位置の差）は０となる。また、ホイール上のマーカー間の距離はホイールが剛体であるため一定になるべきものである。

従って、上記調整では、撮影装置の設置角度及び焦点距離のキャリブレーション（較正）を行うことになる。よって、複数のビデオカメラを設置する際に、概略目標角度に設置して、後は撮影画像から設置角度をキャリブレーションすることができるので、タイヤの３次元形状測定を効率的に行うことができる。

請求項４に記載の発明は、２台の前記撮影装置で各マーカーの高さ方向位置を少なくとも一回計測し、各計測結果につき、各マーカー毎に一方の前記撮影装置で計測された前記高さ方向位置と他方の前記撮影装置で計測された前記高さ方向位置との差の２乗を求めて加算することにより各計測マーカー高さ差２乗和を算出し、更に、前記各計測マーカー高さ差２乗和を全て加算した総合計の平均値を算出し、一方の前記撮影装置で計測された前記高さ方向位置と他方の前記撮影装置で計測された前記高さ方向位置との組み合わせをパラメータとして変更することにより、前記平均値の最小値を求め、該最小値となる組み合わせを選定することにより２台の前記撮影装置による撮影画像のマッチングを行うことを特徴とする。
これにより、計測値から算出した数値に基づいて上記の組み合わせを決めるので、人為的なミスの発生を抑えることができる。

請求項５に記載の発明は、同期させた２台の撮影装置を１組として２組以上の撮影装置を用い、組み毎に異なるタイミングで前記マーカーを撮影することを特徴とする。
これにより、撮影装置が１組である場合に比べ、撮影間隔を実質的に短くすることができる。

本発明によれば、撮影装置を短時間で容易に設定することができるタイヤの３次元形状測定システム、及び、タイヤの３次元形状測定方法が実現される。

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。

［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、本実施形態に係るタイヤの三次元形状測定システム１１は、空気入りタイヤ１０及びホイール９にそれぞれ取付けられた複数のマーカー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で撮影された画像データを演算処理する演算処理装置２０と、演算処理装置２０で算出された演算値に基づいて空気入りタイヤ１０の形状を画面に表示するディスプレイ２２と、が設けられている。

図２、図３に示すように、本実施形態に係るタイヤの三次元形状測定システム１１を用いる際には、予め、空気入りタイヤ１０にホイール９を組み込んだタイヤリム組立体１３を形成し、空気入りタイヤ１０及びホイール９に各々複数のマーカー１２を配置しておく。そして、このタイヤリム組立体１３を、回転装置（試験装置）にまで運搬し、ホイール９を回転装置の回転軸に取付ける。なお、本実施形態に係るタイヤの三次元形状測定システム１１はこの回転装置の近くに配置されている。

本実施形態では、ビデオカメラ１６で撮影された画像データ（図２参照）、及び、ビデオカメラ１８で撮影された画像データ（図３参照）は何れも演算処理装置２０に送信され、演算処理される。そして、演算処理装置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。

以下、演算処理装置２０で、２台のビデオカメラ１６、１８で撮影された画像データに基づいて、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。

図４で、Ｘ軸方向はタイヤ側面に沿った水平方向、Ｙ軸方向はタイヤ軸方向、Ｚ軸方向はタイヤ側面に沿った上下方向である。また、ｃａｍｅｒａ_ａ（ｘ_ａ，ｙ_ａ，ｚ_ａ）はビデオカメラ１６の設置位置の座標であり、ｃａｍｅｒａ_ｂ（ｘ_ｂ，ｙ_ｂ，ｚ_ｂ）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１つのマーカー１２の位置である。

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、ビデオカメラ１６で撮影した画像データに基づいて算出可能であるとともに、ビデオカメラ１８で撮影した画像データに基づいても算出可能であるので、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。

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。

本実施形態では、２台のビデオカメラ１６、１８を、略水平面上に、ロール角θroll、ヨー角（幅方向角度）θyaw、及び、ピッチ角（高さ方向角度）θpitch（何れも図５参照）が概略目標角度となるように設置する。その際、２台のビデオカメラ１６、１８の設置間隔（ｓｐａｎ、図４参照）を所定間隔にする。そして、この状態で設置間隔ｓｐａｎを実測して所定間隔になっていることを確認する。ここで、図５及びθroll、θpitch、θyawで添え字１が付記されたものはビデオカメラ１６についての値、添え字２が付記されたものはビデオカメラ１８についての値を示す。なお、θpitch１＝−θpitch２となる。
そして、この実測によって得られた設置間隔実測値と、設置目標角度と、焦点距離公称値とを初期値とする。

また、２台のビデオカメラ１６、１８で各マーカー１２のピッチ角θpitchとヨー角θyawとロール角θrollとを複数回にわたって計測する。そして、それらの計測角度と設置間隔実測値と設置目標角度とから、各マーカー１２の水平方向位置（幅方向位置）ｘ、タイヤ軸方向位置（奥行き方向位置）ｙ、及び、高さ方向位置ｚを求める。
そして、各マーカー１２の高さ方向位置ｚに基づいて、各マーカー１２について、一方のビデオカメラ１６で計測された高さ方向位置ｚと他方のビデオカメラ１８で計測された高さ方向位置ｚとの差の２乗を各計測毎に求めて加算する（すなわち時間軸方向の加算値を求める）ことによりマーカー高さ差２乗和（誤差２乗和）を算出する。更に、各マーカー毎に算出したこのマーカー高さ差２乗和を全て加算することにより全マーカー高さ差２乗和を算出する。

また、各マーカーの水平方向位置ｘとタイヤ軸方向位置ｙと高さ方向位置ｚとから各マーカー同士の間隔を各計測毎に求める。マーカー同士の間隔は、２つのマーカーの水平方向位置ｘの差の２乗とタイヤ軸方向位置ｙの差の２乗と高さ方向位置ｚの差の２乗とを加え、その平方根を算出することによって求める。
そして、求めたマーカー間隔に基づいてマーカー間隔分散を算出し、更に、各マーカー間隔毎に算出したマーカー間隔分散を全て加算することにより全マーカー間隔分散和を算出する。

そして、全マーカー高さ差２乗和と全マーカー分散和との合計値を最小化させるように、２台のビデオカメラ１６、１８の設置角度（図５に示すθroll、θyaw、θpitch）及び焦点距離を調整する。

２台のビデオカメラ１６、１８の設置間隔、設置角度、焦点距離が正しく設定されていれば、上記高さ方向位置ｚは、２台のビデオカメラ１６、１８でそれぞれ同じ値となり、上記の差（高さ方向位置の差）は０となる。また、ホイール９上のマーカー間の距離はホイール９が剛体であるため一定になるべきものである。

従って、上記の調整では、ビデオカメラ１６、１８の設置角度及び焦点距離のキャリブレーション（較正）を行うことになる。よって、ビデオカメラ１６、１８を設置する際に概略位置に設置して、後は撮影画像から設置角度をキャリブレーションすることができるので、タイヤの３次元形状測定を効率的に行うことができる。

＜第１実施形態の実験例＞
本実験例では、マーカー１２として、図２、図３に示すように、ホイール９のリム上にポイント♯１９〜２３の５箇所のマーカーを付けて実験を行った。マーカー位置については、各マーカーの中心位置をそのマーカーの位置とした。

本実験例では、ビデオカメラ１６、１８としてフォトロン社製のビデオカメラ（商品名：ＦａｓｔｃａｍＭａｘ）を用い、焦点距離５０ｍｍの株式会社ニコン製のレンズ（Ｎｉｋｋｏｒ５０ｍｍＦ１．２Ｓ）を組み合わせた。また、演算処理装置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、ビデオカメラ１６、１８の設置間隔ｓｐａｎの所定間隔を１ｍとした。また、ビデオカメラ１６、１８の設置目標角度のうち、ロール角θrollとピッチ角θpitchを０°、ヨー角θyawを互いに内側に向く２０°（すなわちビデオカメラ１６のヨー角θyawを−２０°、ビデオカメラ１８のヨー角θyawを２０°）とした。

（比較例）
本実験例では、まず比較例として、ｓｐａｎが所定間隔でθroll、θyaw、及び、θpitchの初期値が上記の設置目標角度となるようにし、しかも焦点距離（forcal length）の初期値が上記の焦点距離公称値となるようにしてビデオカメラ１６、１８を設置し、全マーカー高さ差２乗和と全マーカー分散和との合計値（誤差）を算出した。

その後、θroll、θyaw、θpitch、及び、焦点距離の最適化を行った。そして、最適化後のθroll、θyaw、θpitch、及び、焦点距離の値（最適値）を実測し、最適値における全マーカー高さ差２乗和と全マーカー分散和との合計値を算出した。

初期値、初期値における上記合計値（誤差）、最適値、及び、最適値における上記合計値（誤差）を表１に示す。

なお、ビデオカメラ１６、１８の仕様（imager center x、imager center y、pixcel pitch）、及び、imager span（設置間隔）を表２に示す。

また、表２に示したビデオカメラ仕様における imager center x、imager center y、及び、pixcel pitchを図６に示す。

（実施例）
次に、実施例として、ビデオカメラ１６のヨー角θyawが−１５°、ビデオカメラ１８のヨー角θyawが２５°となるようにビデオカメラ１６、１８を設置した。これ以外の値（θroll、ｓｐａｎなど）は比較例と同じとした。また、この状態において全マーカー高さ差２乗和と全マーカー分散和との合計値（誤差）を算出した。

その後、第１実施形態で説明したようにして全マーカー高さ差２乗和と全マーカー分散和との合計値を最小化させるように、エクセルのソルバーにて２台のビデオカメラ１６、１８の設置角度（θroll、θyaw、θpitch）及び焦点距離の最適化を行った。そして、最適化後のｓｐａｎ、θroll、θyaw、θpitch、及び、焦点距離の値（最適値）を実測し、最適値における全マーカー高さ差２乗和と全マーカー分散和との合計値を算出した。初期値、初期値における上記合計値（誤差）、最適値、及び、最適値における上記合計値（誤差）を表３に示す。

表１〜表３から判るように、初期値が比較例、実施例の何れであっても、最適化を行ったことによる最適値は同じであった。従って、実施例にように２台のビデオカメラ１６、１８の設置角度の初期値を概略目標角度（ヨー角θyawを±５°以内の角度）としても、比較例のように２台のビデオカメラ１６、１８の設置角度の初期値を厳密に設定した場合と同等に最適位置にキャリブレーションできることが判った。

［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の中心を基準点とすることにより、第１実施形態に比べて変数を減らすことができることを説明する。

以下、演算処理装置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。

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。

本実施形態により、第１実施形態に比べて変数を減らしても、転動する空気入りタイヤ１０の三次元形状を精度良く測定することができる。

［第３実施形態］
次に、第３実施形態について説明する。本実施形態では、図７、図８に示すように、タイヤリム組立体１３を構成する空気入りタイヤ１０に複数のマーカー１２を配置しておく。そして、第１実施形態と同様、このタイヤリム組立体１３を回転装置にまで運搬し、ホイール９を回転装置の回転軸に取付ける。

本実施形態では、２台のビデオカメラ１６、１８で各マーカー１２の高さ方向位置ｚを少なくとも一回計測する。そして、各計測結果につき、各マーカー１２毎に一方のビデオカメラ１６で計測された高さ方向位置ｚと他方のビデオカメラ１８で計測された高さ方向位置ｚとの差の２乗を求めて加算することにより各計測マーカー高さ差２乗和を算出する。

次に、各計測マーカー高さ差２乗和を全て加算した総合計の平均値を算出し、更に、一方のビデオカメラ１６で計測された高さ方向位置ｚと他方のビデオカメラ１８で計測された高さ方向位置ｚとの組み合わせをパラメータとして変更することにより、この平均値の最小値を求める。
このようにして最小値となる組み合わせを選定することにより２台のビデオカメラ１６、１８による撮影画像のマッチングを行うことができる。

本実施形態では、このように、計測値から算出した数値に基づいて上記の組み合わせを決める。これにより、人為的なミスの発生を抑えることができる。また、マッチングの自動化が可能となる。

＜第３実施形態の実験例＞
本実験例では、図７、図８に示すように、マーカー１２として、ホイール９のリム上にポイント♯１〜１７の１７箇所のマーカー１２を付けた。そして、２台のビデオカメラ１６、１８のそれぞれにおいて、１７個のマーカー１２の高さ方向位置ｚを１０９コマにわたって計測した（すなわち時系列をなすように１０９回の画像撮影を行って１０９コマの画像データをそれぞれ得た）。

そして、各マーカー１２の全ての組み合わせに関し、ビデオカメラ１６で計測された高さ方向位置ｚとビデオカメラ１８で計測された高さ方向位置ｚとの差の２乗（以下、差２乗という）を求めることを、１０９コマの画像データ全てにわたって行った。

更に、各組み合わせ毎に、１０９コマの各画像データで求められた差２乗の和（マーカー高さ差２乗和）の平均値を算出した。算出した結果を表４、表５に示す。

表４、表５では、２８９（１７×１７）個の上記組み合わせに対応する値が記載されている。表４に示した数値では、ビデオカメラ１６で選定したポイント♯７、ポイント♯８と、ビデオカメラ１８で選定したポイント♯７、ポイント♯８とがマッチしていないことが判る。

本実験例では、上記組み合わせをパラメータとして変更し、２８９（１７×１７）個の上記組み合わせに対応する値の総合計が最小となる組み合わせを演算処理装置２０で求めた。最小となる組み合わせを求めることにより、２台のビデオカメラ１６、１８でマッチしないポイントが生じることはなく、２台のビデオカメラ１６、１８の画像データのマッチングを確実に行うことができる。従って、一方のビデオカメラ１６で撮影されたマーカーが、他方のビデオカメラ１８で撮影されたどのマーカーに対応するかを人間が判定しなくても、演算処理装置２０によって短時間で正確に判定することができる。

本実験例では、上記のように最小となる組み合わせを求めることによってビデオカメラ１６、１８の画像データのマッチングを行い、その結果に基づいて１７個のマーカーの５４コマ目における三次元座標を求めた。そして、求めた三次元座標に基づいてタイヤ形状を示すグラフ図を描いた。このグラフ図を図９〜図１１に示す。なお、この図９〜図１１は、図７、図８に示したマーカー位置に対応する図である。このように、演算処理装置２０によってビデオカメラ１６、１８の画像データのマッチングを行って描いた図９〜図１１は、正確なタイヤ形状を示す図となっている。

［第４実施形態］
次に、第４実施形態について説明する。本実施形態では、図１２に示すように、同期させた２台のビデオカメラを１組として２組のビデオカメラを用い、組み毎に異なるタイミングでマーカー１２を撮影する。すなわち、本実施形態では、ビデオカメラ１６、１８を１組目のカメラ群３０とし、ビデオカメラ２６、２８を２組目のカメラ群３２として用いている。

図１３に示すように、１組目のカメラ群３０と２組目のカメラ群３２とでは、計測するタイミングをＴ_１秒だけずらしている。

これにより、ビデオカメラが１組である場合、すなわち２台のビデオカメラ１６、１８のみを使用する場合に比べ、撮影間隔を実質的に短くすることができる。

＜第４実施形態の実験例＞
本実験例では、１組目のカメラ群３０、２組目のカメラ群３２ともＴ_１＝１／２０００秒毎に撮影するように設定した。また、１組目のカメラ群３０と２組目のカメラ群３２では、撮影タイミングがＴ_２＝１／４０００秒ずれるように設定した。

現在のフォトロン社製のビデオカメラ（商品名：ＦａｓｔｃａｍＭａｘ）では、撮影画素数が１０２４×１０２４画素であり、撮影間隔が１／２０００秒の場合に６１４４コマの撮影が可能である。従って、従来では、撮影間隔を倍速の１／４０００秒に半減させると、１回あたりの撮影で使用する撮影画素数が１０２４×５１２画素に半減する。

本実験例では、１組目のカメラ群３０、２組目のカメラ群３２とも撮影間隔がＴ_１＝１／２０００秒なので、１回あたりの撮影で使用する撮影画素数を１０２４×１０２４画素に維持した上で（すなわち撮影範囲を削減させることなく）、Ｔ_２＝１／４０００秒毎に１組目のカメラ群３０と２組目のカメラ群３２とで交互に撮影して２倍速の計測結果を得ることができた。

なお、本実験例では、２台のビデオカメラを１組として２組のビデオカメラを用いて撮影間隔を実質的に半減させたが、同様の作用により３組のビデオカメラを用いて撮影間隔を１／３に低減させることが可能であり、４組以上のビデオカメラを用いて撮影間隔を更に低減させることも可能である。

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これらの実施形態に限定されないことは言うまでもない。

第１実施形態に係るタイヤの３次元形状測定システムを示す模式図である。 第１実施形態で、空気入りタイヤ及びホイールにマーカーを配置して一方のビデオカメラから撮影した撮影図を示す斜視図である。 第１実施形態で、空気入りタイヤ及びホイールにマーカーを配置して他方のビデオカメラから撮影した撮影図を示す斜視図である。 第１実施形態で、三次元座標を求める原理を説明する説明図である。 図５（Ａ）から（Ｃ）は、それぞれ、第１実施形態の実験例でヨー角（θyaw）を説明する平面図、ロール角（θroll）を説明する正面図、及び、ピッチ角（θpitch）を説明する側面図である。 第１実施形態の実験例で、imager center x、imager center y、及び、pixcel pitchを説明する説明図である。 第３実施形態で、空気入りタイヤにマーカーを配置して一方のビデオカメラから撮影した撮影図を示す斜視図である。 第３実施形態で、空気入りタイヤ及びホイールにマーカーを配置して他方のビデオカメラから撮影した撮影図を示す斜視図である。 第３実施形態の実験例で、算出した三次元座標に基づいてＸ−Ｚ平面のタイヤ形状を示したグラフ図である。 第３実施形態の実験例で、算出した三次元座標に基づいてＸ−Ｙ平面のタイヤ形状を示したグラフ図である。 第３実施形態の実験例で、算出した三次元座標に基づいてＹ−Ｚ平面のタイヤ形状を示したグラフ図である。 第４実施形態で、同期させた２台のビデオカメラを１組として２組のビデオカメラを用いることを説明する平面図である。 第４実施形態で、ビデオカメラの組み毎に異なるタイミングで撮影することを説明する説明図である。

符号の説明

９ ホイール
１０ 空気入りタイヤ（タイヤ）
１１ タイヤの三次元形状測定システム
１２ マーカー
１６ ビデオカメラ（撮影装置）
１８ ビデオカメラ（撮影装置）
２０ 演算処理装置（演算処理手段）
２２ ディスプレイ（表示手段）
３０ １組目のカメラ群（組み）
３２ ２組目のカメラ群（組み）
ｓｐａｎ 設置間隔
θroll 概略目標角度、設置目標角度
θyaw 概略目標角度、設置目標角度、幅方向角度
θpitch 概略目標角度、設置目標角度、高さ方向角度
ｘ 幅方向位置
ｙ 奥行き方向位置
ｚ 高さ方向位置

Claims (5)

1. 転動するタイヤの表面及び前記タイヤを装着しているホイールの表面に各々複数のマーカーを配置して前記タイヤの三次元形状を計測するシステムであって、
   前記マーカーを撮影する少なくとも２台の撮影装置と、
   少なくとも２台の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、前記撮影装置の設置位置の調整位置を算出するとともに前記マーカーの３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３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タイヤの３次元形状測定システム。
2. 転動するタイヤの表面及び前記タイヤを装着しているホイールの表面に各々複数のマーカーを配置し、
   前記マーカーを少なくとも２台の撮影装置で撮影し、
   少なくとも２台の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、前記撮影装置の設置位置を調整するとともに前記マーカーの３次元座標を算出し、
   算出された前記３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、
   ことを特徴とするタイヤの３次元形状測定方法。
3. ２台の前記撮影装置を、略水平面上に概略目標角度で設置して、２台の前記撮影装置の設置間隔を実測し、
   前記実測によって得られた設置間隔実測値と、設置目標角度と、焦点距離公称値とを初期値として、
   ２台の前記撮影装置で各マーカーの高さ方向角度と幅方向角度とを複数回にわたって計測し、それらの計測角度と前記設置間隔実測値と前記設置目標角度とから、各マーカーの幅方向位置と奥行き方向位置と高さ方向位置とを求め、
   各マーカーについて、一方の前記撮影装置で計測された前記高さ方向位置と他方の前記撮影装置で計測された前記高さ方向位置との差の２乗を各計測毎に求めて加算することによりマーカー高さ差２乗和を算出し、更に、各マーカー毎に算出した前記マーカー高さ差２乗和を全て加算することにより全マーカー高さ差２乗和を算出し、
   各マーカーの前記幅方向位置と前記奥行き方向位置と前記高さ方向位置とから各マーカー同士の間隔を各計測毎に求めてマーカー間隔分散を算出し、更に、各マーカー間隔毎に算出した前記マーカー間隔分散を全て加算することにより全マーカー間隔分散和を算出し、
   前記全マーカー高さ差２乗和と前記全マーカー間隔分散和との合計値を最小化させるように、２台の前記撮影装置の設置角度及び焦点距離を調整することを特徴とする請求項２記載のタイヤの３次元形状測定方法。
4. ２台の前記撮影装置で各マーカーの高さ方向位置を少なくとも一回計測し、
   各計測結果につき、各マーカー毎に一方の前記撮影装置で計測された前記高さ方向位置と他方の前記撮影装置で計測された前記高さ方向位置との差の２乗を求めて加算することにより各計測マーカー高さ差２乗和を算出し、
   更に、前記各計測マーカー高さ差２乗和を全て加算した総合計の平均値を算出し、
   一方の前記撮影装置で計測された前記高さ方向位置と他方の前記撮影装置で計測された前記高さ方向位置との組み合わせをパラメータとして変更することにより、前記平均値の最小値を求め、該最小値となる組み合わせを選定することにより２台の前記撮影装置による撮影画像のマッチングを行うことを特徴とする請求項２又は３記載のタイヤの３次元形状測定方法。
5. 同期させた２台の撮影装置を１組として２組以上の撮影装置を用い、組み毎に異なるタイミングで前記マーカーを撮影することを特徴とする請求項２から４のいずれか記載のタイヤの３次元形状測定方法。

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