JP2009250740A

JP2009250740A - 画像合成方法及びタイヤの外観検査装置

Info

Publication number: JP2009250740A
Application number: JP2008097824A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Mizuno; 智宏水野
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2008-04-04
Filing date: 2008-04-04
Publication date: 2009-10-29
Anticipated expiration: 2028-04-04
Also published as: JP5116537B2

Abstract

【課題】異なる方向から撮影した被検体の画像を合成する際に、撮影手段の設置角度による誤差の影響を排除して、精度の高い合成画像を作成する方法を提供する。
【解決手段】検査用のタイヤのタイヤクラウン部１０Ａのセンター部１０ａと左ショルダー部１０ｂと右ショルダー部１０ｃとをレンズの光軸方向が互いに異なるように設置された第１〜第３の撮影手段でそれぞれ撮影し、これらの画像を合成して検査用画像Ｇを作成する際に、第２の撮影手段で撮影した左ショルダー部１０ｂの画像と第３の撮影手段で撮影した右ショルダー部１０ｃの画像を、予め記憶手段に記憶しておいた基準画像Ｓの左ショルダー部１０ｂｓ及び右ショルダー部１０ｃｓの形状に合わせてそれぞれ回転させてから、第１の撮影手段で撮影したセンター部１０ａの画像と合体させるようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、タイヤなどの被検体を複数の方向から撮影した画像を合成する画像合成方法と撮影されたタイヤ表面の画像を用いてタイヤの外観を検査するタイヤの外観検査装置に関するものである。

従来、被検体を複数の方向から撮影した画像を合成する方法としては、撮影された複数の画像を、撮影時における撮影手段と被検体とのなす角度に基づいてそれぞれ回転させる回転補正を行って、これらの回転補正された画像を合成する方法が行われている（例えば、特許文献１参照）。
タイヤのクラウン部の外観を検査する検査用画像を作成する場合も、上記と同様の方法が行われている。タイヤのクラウン部の外観検査では、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、図示しない投光手段から照射される上記スリット光の照射部を、レンズの光軸の方向が互いに異なる３台の撮影手段１４Ａ〜１４Ｃを用いて撮影するとともに、これらの画像を合成して検査用画像Ｇを作成し、この検査用画像Ｇと予め作成しておいた良品タイヤの画像（基準画像）Ｓとを比較してその形状の差分を求め、この差分の大きさにより、当該タイヤの良否を判定する方法が行われている。
上記撮影手段１４Ａ〜１４Ｃはタイヤクラウン部１０Ａのセンター部１０ａ、左,右のショルダー部１０ｂ，１０ｃを撮影する。このとき、センター部１０ａを撮影する第１の撮影手段１４Ａの撮影方向は、タイヤセンター部の表面に対して直交するように配置される。一方、上記左,右のショルダー部１０ｂ，１０ｃを撮影する第２及び第３の撮影手段１４Ｂ，１４Ｃは、上記第１の撮影手段１４Ａのレンズの光軸の方向に対してそれぞれ角度θ_b，θ_cだけ交差するように配置されているので、上記左,右のショルダー部１０ｂ，１０ｃの画像を、上記撮影手段１４Ｂ，１４Ｃのレンズの光軸の方向と上記第１の撮影手段１４Ａのレンズの光軸の方向との成す角θ_b，θ_cずつそれぞれ回転させた後に、上記センター部１０ａの画像と合体させて検査用画像Ｇとなる合成画像を作成する。
上記基準画像Ｓの作成方法も同様である。
特開２００６−１０２８７７号公報

ところで、検査ラインでは、上記撮影手段１４Ａ〜１４Ｃのレンズの光軸の方向となる設置角度は、上記基準画像Ｓを撮影した場合の設置角度の設計値に基づいて設置されるので、実際の設置角度が上記設計値からずれてしまう場合がある。また、検査ラインでは、撮影手段１４Ａ〜１４Ｃの設置角度については定期的にしか確認しないことが多いため、実際の設置角度が上記設計値からずれた状態で撮影される場合がある。この場合、合成された画像は各撮影手段の設置角度のずれによる誤差を含んでいるので、実際の検査用のタイヤの形状を正確に反映していない。したがって、上記合成して作成された画像である検査用画像Ｇを上記基準画像Ｓにフィッティングさせて差分を求めようとした場合には、上記図４（ｃ）に示すように、上記差分が上記誤差を含むため、検査の精度が低下し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、異なる方向角度から撮影した被検体の画像を合成する際に、撮影手段の設置角度による誤差の影響を排除して、精度の高い合成画像を作成する方法を提供することを目的とする。

本願の請求項１に記載の発明は、被検体を異なる方向からそれぞれ撮影して得られた複数枚の画像を合成して当該被検体の合成画像を作成する際に、予め基準となる合成画像を作成するとともに、上記各画像を上記基準となる合成画像の形状に合わせてそれぞれ回転させてから上記各画像を合体させて上記合成画像を作成するようにしたことを特徴とするものである。
また、請求項２に記載の発明は、タイヤのクラウン部にタイヤ幅方向に延長する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、レンズの光軸の方向が互いに異なる複数の撮影手段と、上記撮影手段で撮影された各スリット像の画素データを用いてタイヤクラウン部の合成画像を作成する画像合成手段と、上記作成された合成画像と予め記憶手段に記憶しておいた当該タイヤのクラウン部の基準画像との形状の差分に基づいて、当該タイヤの外観を検査するタイヤの外観検査装置であって、上記画像合成手段は、上記複数の撮影手段で撮影したスリット像をそれぞれ上記基準画像の形状に合わせて回転させる手段と、上記回転させた各画像を合体して、タイヤクラウン部の合成画像を作成する手段とを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、被検体を異なる方向からそれぞれ撮影して得られた複数枚の画像を合成して当該被検体の合成画像を作成する際に、予め上記各撮影されたスリット像を上記基準画像に合わせて回転させながら、タイヤクラウン部の合成画像を作成することにより、各画像を正確な角度で回転させることができるようにしたので、撮影手段の設置角度の測定を行うことなく、タイヤクラウン部の合成画像を精度良く作成することができる。
このとき、上記投光手段及び上記複数の撮影手段と上記タイヤとを相対的に移動させながら上記タイヤクラウン部のスリット像を撮影して、タイヤ一周分の上記タイヤクラウン部の合成画像を作成するようにすれば、当該タイヤの周方向の形状についても検査することができる。

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外観検査用画像の作成装置(以下、画像作成装置という)２０を備えたタイヤ外観検査システムの概要を示す図で、１０は検査用のタイヤ、１１は図示しないモータを駆動制御して上記タイヤ１０をタイヤ軸周りに回転させる回転装置、１２は上記タイヤ１０の近傍に設置されて上記タイヤの回転角度を検出する回転角検出手段、１３Ａ〜１３Ｃは上記タイヤ１０のタイヤクラウン部１０Ａのセンター部１０ａ、図２の左側に位置する一方のショルダー部（以下、左ショルダー部という）１０ｂと、図２の右側に位置する他方のショルダー部（以下、右ショルダー部という）１０ｃとにそれぞれ当該タイヤ１０の幅方向に平行な方向に延長するスリット光を照射する投光手段、１４Ａ〜１４Ｃは上記検査用のタイヤに照射されたスリット光の照射部を撮影する第１〜第３の撮影手段、１５は上記第１〜第３の撮影手段１４Ａ〜１４Ｃで撮影された各スリット像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、上記タイヤクラウン部１０Ａの形状データである３次元座標データを算出する形状データ算出手段、２０は上記第１〜第３の撮影手段１４Ａ〜１４Ｃで撮影された画像を合成して当該タイヤ１０のタイヤクラウン部１０Ａの画像である検査用画像Ｇを生成するタイヤ外観検査用画像の作成装置（以下、画像作成装置という）で、この画像作成装置２０は、予め作成しておいた良品タイヤの画像である基準画像Ｓを記憶する記憶手段２１と、上記撮影されたタイヤセンター部１０ａの画像と左ショルダー部１０ｂの画像と右ショルダー部１０ｃの画像とを上記基準画像Ｓに合わせるように回転・合体させる画像回転・合体手段２２とを備えている。また、１６は上記画像作成装置２０で作成された検査用画像Ｇと予め作成しておいた良品タイヤの画像である基準画像Ｓとを比較して、当該タイヤ１０の外観を検査する外観検査装置である。
本例では、上記第１〜第３の撮影手段１４Ａ〜１４ＣとしてＣＣＤカメラを用いている。第１の撮影手段１４Ａはタイヤクラウン部１０Ａのセンター部１０ａを撮影する。第２の撮影手段１４Ｂは左ショルダー部１０ｂを撮影する。第３の撮影手段１４Ｃは右ショルダー部１０ｃを撮影する。
上記第１の撮影手段１４Ａは、図２に示すように、レンズ光軸が上記センター部１０ａの表面に対して直交するように配置されている。また、上記第２及び第３の撮影手段１４Ｂ，１４Ｃは、それぞれのレンズ光軸が上記第１の撮影手段１４Ａのレンズ光軸に対してθ_b，θ_c（ここでは、θ_b＝θ_c＝３０度としている）だけ傾けて配置されている。また、上記第１の撮影手段１４Ａと第２の撮影手段１４Ｂとは、第１の陸部１０Ｍとこの第１の陸部１０Ｍを区画する外側の周方向溝１０ｍがその撮影範囲に入るように配置され、上記第１の撮影手段１４Ａと上記第３の撮影手段１４Ｃとは、第２の陸部１０Ｎとこの第２の陸部１０Ｎを区画する外側の周方向溝１０ｎがその撮影範囲に入るように配置されている。

次に、タイヤの外観検査方法について説明する。
本例では、まず、良品タイヤを用いて基準画像Ｓを作成し、これを画像作成装置２０の記憶手段２１に記憶させておいてから、検査用のタイヤの画像を撮影し、上記記憶された基準画像Ｓを用いて検査用画像Ｇを生成する。なお、基準画像Ｓを作成する方法については、上述した従来の方法と同じである。
まず、回転装置１１に検査用のタイヤ１０を搭載し、上記タイヤ１０を回転させながら、投光手段１３Ａ〜１３Ｃから、上記タイヤ１０のタイヤクラウン部１０Ａのセンター部１０ａ、左ショルダー部１０ｂ、及び、右ショルダー部１０ｃにそれぞれスリット光を照射するとともに、撮影手段１４Ａ〜１４Ｃにより、上記タイヤクラウン部１０Ａの各部１０ａ，１０ｂ，１０ｃの各スリット像を撮影し、その撮影されたスリット像の画像データ（表面の稜線の画像データ）を形状データ算出手段１５と画像作成装置２０とに送る。
形状データ算出手段１５では、従来の光切断法と同様の手法により、上記各スリット像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の形状データである３次元座標を算出する。具体的には、スリット像を構成する画素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の２次元座標を求め、この求められた２次元座標を、上記検出したタイヤ回転角を用いて３次元座標に変換する。これにより、タイヤクラウン部１０Ａのセンター部１０ａ、左ショルダー部１０ｂ、及び、右ショルダー部１０ｃのそれぞれについて、タイヤ幅方向の断面形状データ（３次元座標）を得ることができる。
そして、上記スリット像から算出した３次元座標に基づいて作成したセンター部１０ａ、左ショルダー部１０ｂ、及び、右ショルダー部１０ｃのそれぞれのタイヤ幅方向の断面形状データを、当該タイヤ１０の１周分にわたって求めることにより、上記タイヤクラウン部１０Ａのセンター部１０ａ、左ショルダー部１０ｂ、及び、右ショルダー部１０ｃのそれぞれの３次元形状データを得ることができる。

上記第１の撮影手段１４Ａで撮影したタイヤクラウン部１０Ａのセンター部１０ａの画像と上記第２及び第３の撮影手段１４Ｂ，１４Ｃで撮影した左ショルダー部１０ｂ及び右ショルダー部１０ｃの画像は、画像作成装置２０の画像回転・合体手段２２に送られて合成され、上記タイヤ１０のタイヤクラウン部１０Ａの画像(検査用画像)Ｇが作成される。具体的には、記憶手段２１から予め作成しておいた良品タイヤの画像である基準画像Ｓを取り出した後、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、上記第２の撮影手段１４Ｂで撮影した左ショルダー部１０ｂの画像を、同図の破線で示す基準画像Ｓの左ショルダー部１０ｂｓの形状に合わせて回転させるとともに、上記第３の撮影手段１４Ｃで撮影した右ショルダー部１０ｃの画像を上記基準画像Ｓの右ショルダー部１０ｃｓの形状に合わせて回転させる。このときの回転中心は、上記図３（ｂ）に示す左,右ショルダー部１０ｂ，１０ｃの画像を表示する矩形の角部１０ｐ，１０ｑとなる。また、回転角度としては、上記第１の撮影手段１４Ａのレンズ光軸に対する角度θ_b，θ_cを基準にして±αだけ回転させ、パターンマッチングにより、上記基準画像Ｓとの差分が最も小さくなる角度を選択する。次に、上記センター部１０ａと上記回転させた左ショルダー部１０ｂ及び右ショルダー部１０ｃの画像とを、上記基準画像Ｓに合わせるように平行移動させて合体させて、検査用画像Ｇを作成する。この場合にも、パターンマッチングの手法を用いる。なお、上記センター部１０ａの画像が上記基準画像Ｓに対して回転して撮影されている場合には、上記センター部１０ａの画像についても上記基準画像Ｓのセンター部１０ａｓの形状に合わせて回転させた後合体させる。
このとき、上記形状データ算出手段１５で算出されたセンター部１０ａ、左ショルダー部１０ｂ、及び、右ショルダー部１０ｃの３次元座標のデータについても、上記回転移動及び平行移動に応じて座標変換する。これにより、上記合体されたタイヤクラウン部１０Ａの３次元形状データを得ることができる。
上記画像作成装置２０で作成された検査用画像Ｇと上記基準画像Ｓとは、外観検査装置１６に送られる。外観検査装置１６では、上記検査用画像Ｇを上記基準画像Ｓにフィッティングして、上記基準画像Ｓのタイヤクラウン部１０Ａの形状と上記検査用画像Ｇのタイヤクラウン部１０Ａの形状との差分を求めることにより、ブロックエッジ等に発生する欠陥の有無などを調べ、当該タイヤ１０の外観を検査する。
本例では、検査用のタイヤ１０の左ショルダー部１０ｂ及び右ショルダー部１０ｃの画像とを上記基準画像Ｓに合わせるように回転させた後、センター部１０ａと合体させるようにしているので、上記第２及び第３の撮影手段１４Ｂ，１４Ｃの設置角度による誤差の影響を排除することができる。すなわち、本発明の方法では、合成部である、上記第１の撮影手段１４Ａと上記第２の撮影手段１４Ｂとの共通の撮影範囲である第１の陸部１０Ｍと周方向溝１０ｍとを含む部分、及び、上記第１の撮影手段１４Ａと上記第３の撮影手段１４Ｃとの共通の撮影範囲である第２の陸部１０Ｎと周方向溝１０ｎとを含む部分のミスマッチを排除できるので、上記検査用画像Ｇを上記基準画像Ｓとフィッティングさせた場合に、上記基準画像Ｓのタイヤクラウン部１０Ａの形状と上記検査用画像Ｇのタイヤクラウン部１０Ａの形状との差分には上記ミスマッチが含まれないので、上記のような欠陥を精度良く検出することができる。

このように本最良の形態では、検査用のタイヤ１０のタイヤクラウン部１０Ａのセンター部１０ａと左ショルダー部１０ｂと右ショルダー部１０ｃとをレンズの光軸方向が互いに異なるように設置された第１〜第３の撮影手段１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃでそれぞれ撮影し、これらの画像を合成して検査用画像Ｇを作成する際に、上記第２の撮影手段１４Ｂで撮影した左ショルダー部１０ｂの画像と上記第３の撮影手段１４Ｃで撮影した右ショルダー部１０ｃの画像を、予め記憶手段２１に記憶しておいた基準画像Ｓの左ショルダー部１０ｂｓ及び右ショルダー部１０ｃｓの形状に合わせてそれぞれ回転させてから、上記第１の撮影手段１４Ａで撮影したセンター部１０ａの画像と合体させるようにしたので、撮影手段１４Ａ〜１４Ｃの設置角度による誤差の影響を排除した検査用画像Ｇを得ることができる。したがって、上記検査用画像Ｇを上記基準画像Ｓとフィッティングさせて当該タイヤ１０の外観を検査すれば、欠陥を精度良く検出できるので、タイヤ外観検査の精度を向上させることができる。

なお、上記最良の形態では、検査用のタイヤ１０のタイヤクラウン部１０Ａの外観検査について説明したが、これに限るものではなく、タイヤサイド部の外観検査やトレッドゴムなどのゴム成型品の外観検査にも適用可能である。
更に、本発明の画像合成方法は、タイヤやゴム成型品に限らず、被検体を複数の方向から撮影した画像を合成する場合にも適用可能である。この場合、各撮影手段１４Ａ〜１４Ｃの被検体に対する設置角度については、上記図２のように配置する必要はなく、被検体の形状等により決定すればよい。
また、上記例では、回転装置１１を用いて検査用のタイヤ１０を回転させてタイヤクラウン部１０Ａの形状を当該タイヤ１０の１周分にわたって撮影したが、所定の１箇所もしくは複数箇所を撮影する場合や、検査用のタイヤ１０のタイヤ周方向の所定の位置のタイヤクラウン部１０Ａとタイヤサイド部とを測定するような場合には、検査用のタイヤ１０を固定して、上記投光手段１３Ａ〜１３Ｃと上記撮影手段１４Ａ〜１４Ｃとを移動させればよい。
また、外観検査を検査用画像Ｇと基準画像Ｓとの画像比較のみで行う場合には、タイヤクラウン部１０Ａの形状データの取得は必須事項ではないが、本例のように、タイヤクラウン部１０Ａの形状データを算出しておけば、欠陥大きさやその箇所の厳密な位置を求めることができるので、外観検査をより精密に行う場合には、タイヤクラウン部１０Ａの形状データを取得しておく方がよい。

以上説明したように、本発明によれば、被検体を複数の方向から撮影した画像を精度良く合成することができるので、被検体の画像を用いて行うタイヤ外観検査などの精度を向上させることができる。

本発明の最良の形態に係るタイヤ外観検査システムの概要を示す図である。撮影手段位置とその撮影領域の一例を示す図である。各撮影手段で撮影した画像の合成方法を示す図である。従来の画像の合成方法を示す図である。

符号の説明

１０検査用のタイヤ、１０Ａタイヤクラウン部、１０ａセンター部、
１０ｂ左ショルダー部、１０ｃ右ショルダー部、１１回転装置、
１２回転角検出手段、１３Ａ〜１３Ｃ投光手段、１４Ａ〜１４Ｃ撮影手段、
１５形状データ算出手段、１６外観検査装置、２０画像作成装置、
２１記憶手段、２２画像回転・合体手段。

Claims

被検体を異なる方向からそれぞれ撮影して得られた複数枚の画像を合成して当該被検体の合成画像を作成する際に、予め基準となる合成画像を作成するとともに、上記各画像を上記基準となる合成画像の形状に合わせてそれぞれ回転させてから上記各画像を合体させて上記合成画像を作成するようにしたことを特徴とする画像合成方法。
タイヤのクラウン部にタイヤ幅方向に延長する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、レンズの光軸の方向が互いに異なる複数の撮影手段と、上記撮影手段で撮影された各スリット像の画素データを用いてタイヤクラウン部の合成画像を作成する画像合成手段と、上記作成された合成画像と予め記憶手段に記憶しておいた当該タイヤのクラウン部の基準画像との形状の差分に基づいて、当該タイヤの外観を検査するタイヤの外観検査装置であって、上記画像合成手段は、上記複数の撮影手段で撮影したスリット像をそれぞれ上記基準画像の形状に合わせて回転させる手段と、上記回転させた各画像を合体して、タイヤクラウン部の合成画像を作成する手段とを備えていることを特徴とするタイヤの外観検査装置。