JP2008232779A

JP2008232779A - タイヤ形状検出装置

Info

Publication number: JP2008232779A
Application number: JP2007071841A
Authority: JP
Inventors: Akinobu Mizutani; 彰伸水谷; Tomoyuki Kaneko; 智之金子
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2007-03-20
Filing date: 2007-03-20
Publication date: 2008-10-02

Abstract

【課題】測定回数やデータ数を増やすことなく、タイヤ形状を精度よく検出することのできるタイヤ形状検出装置を提供する。
【解決手段】ＣＣＤカメラ１４のレンズとして、縦方向と横方向とで倍率の異なるアナモフィックレンズ１４Ｌを用い、かつ、上記ＣＣＤカメラ１４の向きを撮影した像が、タイヤの深さ方向に伸びた像となるように設置するとともに、座標変換手段１５を設けて、上記歪んだスリット光の画像(歪像)Ｓの２次元座標を引き伸ばされていないときの２次元座標に変換してから、上記スリット像の３次元座標を演算して、タイヤ１０の形状を検出するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、タイヤの形状を検出する装置に関するもので、特に、光切断法を用いたタイヤ形状検出装置に関する。

従来、タイヤ形状の良否を検査する方法として、図３に示すような、光切断法を用いた検査方法が知られている。この検査方法は、検査するタイヤ６０を回転装置７１に搭載して回転させるとともに、半導体レーザなどを用いた投光装置７２により上記タイヤ６０のサイド部６０Ｋにスリット光を照射して、上記サイド部６０Ｋのスリット像をＣＣＤカメラなどのエリアカメラ７３により撮影した後、このスリット像Ｓの画像データ(輝度データ)から上記サイド部６０Ｋの形状を求め、これを基準となるサイド部６０Ｋの画像と比較してその形状の良否を判定する。
上記スリット像Ｓは、詳細には、図４（ａ），（ｂ）に示すように、横方向ｕが同図の矢印Ｈで示すタイヤ６０表面に照射されたスリット光Ｌの延長方向となり、縦方向ｖが同図の矢印Ｔで示すタイヤの深さ方向（ここでは、サイド部６０Ｋ表面のサイドトレッドの厚さ方向）となる。なお、通常は、上記スリット光の延長方向はタイヤ縦断面に沿った方向となる。ここで、スリット光が照射された箇所に凹凸６０ｚがあった場合には、上記スリット像Ｓには縦方向ｖに突出する凹凸６０Ｚが現れる。
したがって、上記スリット像Ｓの画像データのうち、光を受けて明るくなっている画素の重心座標を算出して上記スリット像Ｓの２次元座標を算出した後、上記スリット光の照射角度と上記スリット像Ｓの撮影角度との位置関係と、回転角検出手段７４で検出した当該タイヤ６０の回転角度とを用いて、上記２次元座標を３次元座標に変換すれば、上記サイド部６０Ｋのタイヤ縦断面に沿った外形と凹凸とをともに検出することができる（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−１３８６５４号公報

ところで、上記光切断法において、検出するタイヤ形状の精度を向上させるためには、上記ＣＣＤカメラなどのエリアカメラ７３で撮影した画像の分解能を上げる必要がある。そのためには、エリアカメラ７３に用いられるレンズの倍率を上げる方法が一般的であるが、レンズの倍率を上げると撮影範囲が狭くなってしまう。したがって、レンズの倍率を上げた場合には、例えば、タイヤ１周分で撮影できたものが、２周分以上の撮影を行う必要があり、更に、それらの画像を合成しなければならないため、測定に時間がかかるだけでなく、処理するデータ自体も大きくなってしまうといった問題点があった。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、測定回数やデータ数を増やすことなく、タイヤ形状を精度よく検出することのできるタイヤ形状検出装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意検討の結果、タイヤ形状の良否については、スリット光の延長方向と直交する方向（タイヤの深さ方向）での分解能が高ければよく、スリット光の延長方向での分解能はそれほど必要がないことから、上記エリアカメラのレンズとして、従来、発光素子からの光のビームを所定方向に幅広くし、受光系にて上記所定方向に幅広くされた光のビームを復帰させるのに使用される、縦方向と横方向とで倍率の異なる一対のアナモフィックレンズの一方だけを用いて、タイヤの厚さ方向のみの分解能を上げた画像を撮影すれば、タイヤ１周分の撮影でデータ数を増やすことなく、タイヤ形状を精度よく検出することができることを見出し本発明に至ったものである。
本願の請求項１に記載の発明は、タイヤ表面にスリット光を照射する投光手段と上記スリット光の照射部を撮影するエリアカメラとを備えた撮影手段と、上記撮像手段で得られた各スリット像の画素データから上記タイヤ表面の形状を検出するタイヤ形状検出手段とを備えたタイヤ形状検出装置であって、上記エリアカメラは、縦方向と横方向とで倍率の異なるアナモフィックレンズを備えており、上記タイヤ形状検出手段は、上記タイヤの深さ方向に引き伸ばされたスリット像の画像データから求められる当該スリット像の２次元座標を引き伸ばされていないときの２次元座標に変換する座標変換手段を備えていることを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のタイヤ形状検出装置において、上記アナモフィックレンズの厚み方向をｚ方向とし、凸部を含む断面に垂直な方向をｙ方向、平行な方向をｘ方向としたとき、上記ｙ方向が、タイヤ表面に照射されスリット光の延長方向と平行な方向になるように、上記エリアカメラを設置したものである。

本発明によれば、光切断法に用いられるエリアカメラのレンズとして、縦方向と横方向とで倍率の異なるアナモフィックレンズを用いて、タイヤの厚さ方向に伸ばされたスリット像を結像させて撮影するとともに、タイヤの形状検出面の形状を検出するタイヤ形状検出手段に、上記撮像手段で得られたスリット像の画素データから得られる上記タイヤの深さ方向に引き伸ばされたスリット像の２次元座標を引き伸ばされていないときの２次元座標に変換する座標変換手段を設けて、上記タイヤの深さ方向に引き伸ばされたタイヤの形状検出面の形状を元に戻すようにしたので、測定回数やデータ数を増やすことなく、タイヤ形状を精度よく検出することができる。
このとき、アナモフィックレンズの厚み方向をｚ方向とし、凸部を含む断面に垂直な方向をｙ方向、平行な方向をｘ方向としたときに、上記ｙ方向が、タイヤ表面に照射されスリット光の延長方向と平行な方向になるように、上記エリアカメラを設置するようにすれば、タイヤの深さ方向の凹凸を更に精度よく検出することができる。

以下、本発明の最良の形態について、図面に基づき説明する。
図１は本最良の形態に係るタイヤ形状検出装置の概要を示す図で、同図において、１１は検査対象であるタイヤ１０をタイヤ軸周りに回転させる回転装置、１２は上記回転するタイヤ１０の回転角を検出する回転角検出手段、１３は上記タイヤ１０のサイド部１０Ｋに当該タイヤ１０の周方向と直交する方向に延長するスリット光を照射する投光手段、１４は上記スリット光の照射されたタイヤ表面の映像（スリット像）を撮影するＣＣＤカメラ（エリアカメラ）で、本例では、このＣＣＤカメラ１４に用いられるレンズとして、縦方向と横方向とで倍率の異なるアナモフィックレンズ１４Ｌを用いている。
また、１５は予め記憶手段１６に記憶しておいた座標変換用のテーブル１６Ｔを用いて、上記カメラ１４で撮影されたスリット像（歪像）Ｓの２次元座標を、元の歪んでいないスリット像の２次元座標に変換する座標変換手段、１７は上記スリット光の照射角度と上記スリット像Ｓの撮影角度との位置関係、及び、上記座標変換されたスリット像の２次元標と上記回転角検出手段１２で検出したタイヤ回転角とから、上記スリット像の３次元座標を演算する座標演算手段、１８は上記座標変換されたスリット像の３次元座標を繋ぎ合せて、サイド部１０Ｋのタイヤ１周分の画像を構成するタイヤ形状画像構成手段である。
なお、タイヤの深さ方向の凹凸を精度よく検出するためには、上記投光手段１３をタイヤ１０のサイド部１０Ｋの表面Ｓに対してほぼ垂直な方向に設置して、スリット光の作る面が上記サイド部１０Ｋの表面Ｓに垂直になるようにするとともに、上記ＣＣＤカメラ１４を上記表面Ｓに対して傾けて設置して、上記スリット光の上記サイド部１０Ｋ表面からの反射光を撮影するようにすることが好ましい。
図２（ａ），（ｂ）は、アナモフィックレンズ１４Ｌの一構成例を示す図で、このアナモフィックレンズ１４Ｌは焦点距離ｆの軸対称レンズ(凸レンズ)１４ａと、平凹レンズ１４ｂと平凸レンズ１４ｃとから成る。ここで、上記平凸レンズ１４ｃの厚み方向をｚ方向とし、図２に示す凸部を含む断面１４ｓに垂直な方向をｙ方向、平行な方向をｘ方向とすると、上記ｘ方向がアナモフィックレンズ１４Ｌの倍率の高い方向となる。したがって、上記投光手段１３のサイド部１０Ｋの表面Ｓに対する角度αをほぼ９０°に設定し、上記ＣＣＤカメラ１４の上記表面Ｓに対する角度βだけ傾けるとともに、アナモフィックレンズ１４Ｌの上記ｙ方向をタイヤ表面に照射されスリット光Ｌの延長方向Ｈと平行な方向とすれば、タイヤの深さ方向Ｔの倍率がタイヤ表面に照射されたスリット光の延長方向Ｈの倍率よりも高くなる向きになるので、撮影した像を、タイヤの深さ方向に伸びた像とすることができる。
なお、上記角度βの好ましい角度としては、反射光の強度やＣＣＤカメラ１４からみたタイヤの深さ方向の凹凸の大きさ等を考慮すると、４５°程度がよい。

次に、本発明のタイヤ形状検出装置を用いて、タイヤサイド部の形状を検出する方法について説明する。
まず、回転装置１１により計測するタイヤ１０を回転させる。そして、投光手段１３から、上記タイヤ１０のサイド部１０Ｋにスリット光を照射しながら、ＣＣＤカメラ１４により、上記サイド部１０Ｋのスリット像Ｓを撮影する。
本例では、上記ＣＣＤカメラ１４の設置方向とアナモフィックレンズ１４Ｌの向きとを、上記のように設定しているので、アナモフィックレンズ１４Ｌを通過したサイド部１０Ｋのスリット像は、図２に示すように、タイヤの深さ方向、すなわち、サイドトレッドの厚み方向に引き伸ばされた歪像Ｓとなる。
例えば、上記スリット光がサイド部１０Ｋに設けられた、タイヤのサイズなどを示すタイヤ表示（凸部）１０Ｍの一部に当たった場合には、上記歪像Ｓでは、上記凸部１０Ｍの形状がトレッドの深さ方向に拡大されるので、上記凸部の形状の分解能が高くなる。また、タイヤ表面に小さなベヤ（凸凹）や傷（凹部）があった場合もそれがトレッドの深さ方向に拡大される。
上記撮影された歪像Ｓの画像データは座標変換手段１５に送られる。
上記歪像Ｓはスリット像がタイヤの深さ方向に引き伸ばされた画像であるので、座標変換手段１５において、上記歪像Ｓから得られたスリット像の２次元座標を、縦横比が１：１である２次元座標に変換する。具体的には、上記ＣＣＤ１４で基準座標となる格子板を予め撮影する。そして、この撮影された格子板の歪像から、画面の各部での歪量である縦横比の変形量を求め、これを座標変換用のテーブル１６Ｔとして、記憶手段１６に予め記憶しておき、座標変換の際には、上記歪像Ｓの各点の座標を、上記テーブル１６Ｔに書き込まれた変形量を用いて歪のないときの２次元座標に逆変換する。
この逆変換されたスリット像の２次元座標データは、トレッドの深さ方向に拡大されたデータを元のサイズに戻したものであるから、深さ方向の分解能は、上記拡大した分だけ高くなっている。したがって、上記凸部１０Ｍの形状やタイヤ表面に小さなベヤ（凸凹）や傷（凹部）の形状を精度よく検出することができる。
座標演算手段１７では、従来の光切断法と同様の手法により、上記スリット光の照射角度と、上記スリット像Ｓの撮影角度との位置関係と、上記逆変換した２次元座標データと、上記回転角検出手段１２で検出したタイヤ回転角とから、上記タイヤ１０のスリット像の３次元座標を演算してタイヤ形状画像構成手段１８に送る。
タイヤ形状画像構成手段１８では、タイヤの所定の回転角度毎のスリット像の３次元座標を合成して、タイヤサイド部１０Ｋの立体画像を作成する。

このように本最良の形態では、ＣＣＤカメラ１４のレンズとして、縦方向と横方向とで倍率の異なるアナモフィックレンズ１４Ｌを用い、かつ、アナモフィックレンズ１４Ｌの向きを、撮影した像が、サイド部１０Ｋのトレッド深さ方向に伸びた像となるように設定するとともに、座標変換手段１５を設けて、上記歪んだスリット光の画像(歪像)Ｓの２次元座標を引き伸ばされていないときの２次元座標に変換してから、上記スリット像の３次元座標を演算して、サイド部１０Ｋの形状を検出するようにしたので、タイヤ深さ方向の分解能を向上させることができる。したがって、タイヤ１周分の撮影でデータ数を増やすことなく、サイド部１０Ｋの形状を精度よく検出することができる。

なお、上記最良の形態では、タイヤの形状検出面をタイヤサイド部１０Ｋとしたが、これに限るものではなく、本発明は、タイヤクラウン部やビード部の形状を検出する場合にも適用可能であることは言うまでもない。
また、上記例では、軸対称レンズ(凸レンズ)１４ａと、平凹レンズ１４ｂと平凸レンズ１４ｃとから成るアナモフィックレンズ１４Ｌを用いたが、複数の平凸レンズと複数の平凹レンズとを組合わせたものなど、他の形態のアナモフィックレンズを用いても同様の効果を得ることができる。

以上説明したように、本発明によれば、測定時間及びデータ数を増やすことなく、タイヤ形状を精度よく検出することができるので、タイヤ形状検査の効率化を図ることができ、生産性を向上させることができる。

本発明の最良の形態にタイヤ形状検出装置の概要を示す図である。アナモフィックレンズを用いて撮影したスリット像を示す図である。従来のタイヤ形状判定装置の概要を示す図である。スリット像とタイヤ形状との関係を示す図である。

符号の説明

１０タイヤ、１０Ｋサイド部、１０Ｍタイヤ表示、１１回転装置、
１２回転角検出手段、１３投光手段、１４ＣＣＤカメラ、
１４Ｌアナモフィックレンズ、１５座標変換手段、１６記憶手段、
１６Ｔテーブル、１７座標演算手段、１８タイヤ形状画像構成手段。

Claims

タイヤ表面にスリット光を照射する投光手段と上記スリット光の照射部を撮影するエリアカメラとを備えた撮像手段と、上記撮像手段で得られた各スリット像の画素データから上記タイヤ表面の形状を検出するタイヤ形状検出手段とを備えたタイヤ形状検出装置であって、上記エリアカメラは、縦方向と横方向とで倍率の異なるアナモフィックレンズを備えており、上記タイヤ形状検出手段は、上記タイヤの深さ方向に引き伸ばされたスリット像の画像データから求められる当該スリット像の２次元座標を、引き伸ばされていないときの２次元座標に変換する座標変換手段を備えていることを特徴とするタイヤ形状検出装置。
上記アナモフィックレンズの厚み方向をｚ方向とし、凸部を含む断面に垂直な方向をｙ方向、平行な方向をｘ方向としたとき、上記ｙ方向が、タイヤ表面に照射されスリット光の延長方向と平行な方向になるように、上記エリアカメラを設置したことを特徴とする請求項１に記載のタイヤ形状検出装置。