JP2011226971A - タイヤ外観検査方法及びタイヤ外観検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タイヤの外観検査において、マスター画像を用意することなくパターンマッチングによりタイヤの外観を検査する外観検査方法及び外観検査装置を提供する。
【解決手段】タイヤ表面を撮像した撮像画像の中から複数のモデル画像を設定するモデル画像設定ステップと、複数のモデル画像と撮像画像とを繰り返しパターンマッチングし、所定のマッチング率以上の撮像画像の領域をマッチング画像として抽出するマッチング画像抽出ステップと、モデル画像とマッチング画像との差分を演算し、差分画像を作成する差分画像作成ステップと、差分画像を閾値と比較して欠陥画像を抽出する欠陥画像抽出ステップとを含むようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、タイヤの外観検査に関し、特にタイヤトレッド等、タイヤにおいて周期的に成型されるタイヤトレッド等の外観を検査するタイヤ外観検査方法及びタイヤ外観検査装置に関する。

従来、タイヤトレッドの外観を検査する方法としては、トレッド表面の凹凸を光切断法により撮像し、撮像した画像に基づきタイヤの成型不良を検査する方法がある。即ち、タイヤを周方向に回転可能に保持する保持手段によりタイヤを回転させつつ、タイヤの左右一対のショルダー部とクラウン部とに複数の照射手段からそれぞれタイヤの幅方向にスリット光を照射し、スリット光の照射部を照射手段に対応して配置された複数の撮像手段によりタイヤの部位毎の撮像画像を取得し、各撮像画像を画像処理手段により合成してトレッドの検査画像に生成する。検査画像は、あらかじめ画像処理手段に記憶された検査用のマスター画像とパターンマッチングすることでトレッドの外観における良否を判定している。
しかしながら、上記外観検査方法によれば、検査画像と比較するために、タイヤのサイズやタイヤのモデル毎に異なるトレッドパターンのマスターデータを用意する必要があり、用意するための多大な手間と、膨大なマスターデータを管理する手間を要していた。また、常に同サイズ、同モデルのタイヤを検査するのではないため、異なるサイズや異なるモデルの都度、マスターデータを読み出してからパターンマッチングにより検査する必要があり、全てのマスターデータを画像処理手段に記憶させなければならないため膨大な記憶容量を必要としていた。

特開２００９−２５０７４０号公報

本発明は、上記課題を解決するため、タイヤの外観検査において、マスター画像を用意することなくパターンマッチングによりタイヤの外観を検査する外観検査方法及び外観検査装置を提供する。

本発明の第１の形態として、タイヤ表面を撮像した撮像画像の中から複数のモデル画像を設定するモデル画像設定ステップと、複数のモデル画像と撮像画像とを繰り返しパターンマッチングし、所定のマッチング率以上の撮像画像の領域をマッチング画像として抽出するマッチング画像抽出ステップと、モデル画像とマッチング画像との差分を演算し、差分画像を作成する差分画像作成ステップと、差分画像を閾値と比較して欠陥画像を抽出する欠陥画像抽出ステップとを含むようにした。
本発明によれば、撮像画像の中から複数のモデル画像を設定し、当該複数のモデル画像を順次用いて撮像画像に対して繰り返しパターンマッチングを行い、パターンマッチングにより抽出されたマッチング画像とモデル画像との差分を演算して差分画像を作成することで、タイヤ表面における欠陥部分や、タイヤ製造時の誤差を抽出することができる。さらに、差分画像から閾値を用いて欠陥画像を抽出することで、撮像画像からタイヤの欠陥を抽出することができる。
本発明の第２の形態として、差分画像作成ステップで作成される差分画像を加算して記憶する差分画像記憶ステップを含むようにした。
本発明によれば、複数のモデル画像によるパターンマッチングにより得られた差分画像を加算して記憶することにより、撮像画像全体がパターンマッチングされたかどうかを確認することができる。
本発明の第３の形態として、差分画像の加算により重複する領域の加算回数を記憶する加算回数記憶ステップをさらに含み、差分画像の重複する領域を加算回数で除して差分画像を平均化するようにした。
本発明によれば、加算して記憶される差分画像に重複する領域があるときに、差分画像の重複領域を加算回数で除することで差分画像の重複する領域を平均化することができる。
本発明の第４の形態として、加算回数記憶ステップの記憶する情報に基づき、差分画像が抽出されない領域をモデル画像に追加設定するモデル画像追加設定ステップをさらに含むようにした。
本発明によれば、差分画像が作成されない領域をモデル画像に設定してパターンマッチングすることで、撮像画像の全領域の差分画像を取得できるので、タイヤ表面の全領域の欠陥部分やタイヤ製造時の誤差を抽出することができる。
本発明の第５の構成として、タイヤ表面を撮像した撮像画像の中から複数のモデル画像を設定するモデル画像設定手段と、複数のモデル画像と撮像画像とを繰り返しパターンマッチングし、所定のマッチング率以上の撮像画像の領域をマッチング画像として抽出するマッチング画像抽出手段と、モデル画像とマッチング画像との差分を計算し、差分画像を作成する差分画像作成手段と、差分画像を閾値と比較して欠陥画像を抽出する欠陥画像抽出手段とを備える構成とした。
本発明によれば、撮像画像の中から複数のモデル画像を設定し、当該複数のモデル画像を順次用いて撮像画像に対して繰り返しパターンマッチングを行い、パターンマッチングにより抽出されたマッチング画像とモデル画像との差分を演算して差分画像を作成することで、タイヤ表面における欠陥部分や、タイヤ製造時の誤差を抽出することができる。さらに、差分画像から閾値を用いて欠陥画像を抽出することで、撮像画像からタイヤの欠陥を抽出することができる。
本発明の第６の構成として、差分画像作成手段で作成される差分画像を加算して記憶する差分画像記憶手段を備える構成とした。
本発明によれば、複数のモデル画像によるパターンマッチングにより得られた差分画像を加算して記憶することにより、撮像画像全体がパターンマッチングされたかどうかを確認することができる。
本発明の第７の構成として、差分画像の加算により重複する領域の加算回数を記憶する加算回数記憶手段を備え、差分画像の重複する領域を加算回数で除して差分画像を平均化する構成とした。
本発明によれば、加算して記憶される差分画像に重複する領域があるときに、差分画像の重複領域を加算回数で除することで差分画像の重複する領域を平均化することができる。
本発明の第８の構成として、加算回数記憶手段の記憶する情報に基づき、差分画像が抽出されない領域をモデル画像に追加設定するモデル画像追加設定手段を備える構成とした。
本発明によれば、差分画像が作成されない領域をモデル画像に設定してパターンマッチングすることで、撮像画像の全領域の差分画像を取得できるので、タイヤ表面の全領域の欠陥部分やタイヤ製造時の誤差を抽出することができる。

本発明に係るタイヤ外観検査装置の概略構成図。 本発明に係る撮像画像の画像処理を示す図。 本発明に係る画像処理装置による画像処理のフローチャート。

以下、発明の実施形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明される特徴の組合せのすべてが発明の解決手段に必須であるとは限らず、選択的に採用される構成を含むものである。

以下、本発明のタイヤ外観検査装置１について説明する。
図１は、タイヤ外観検査装置１の概略構成図を示す。
タイヤの外観検査装置１は、タイヤＴを回転させるタイヤ回転装置２と、タイヤ回転装置２により回転するタイヤＴの表面の外観を撮像する撮像装置３と、撮像装置３により撮像された撮像画像Ｐを画像処理してタイヤＴの良否を判定する画像処理装置１００とにより構成される。
タイヤ回転装置２は、成型後のタイヤＴが縦向きとなるように内径部を保持し、図外のモータによりタイヤＴを周方向に回転させ、後述の画像処理装置１００の出力する回転信号に基づき回転の開始及び停止が制御される。
撮像装置３は、例えば、タイヤＴのトレッド面Ｔｓの上側に配置され、トレッド面Ｔｓにスリット光を照射する照射手段５ａ〜５ｃと、スリット光の照射部４を撮像する撮像手段６ａ〜６ｃとにより構成される。
照射手段５ａ〜５ｃは、トレッド面Ｔｓの幅方向に配置され、スリット状の赤色レーザ光をトレッド面Ｔｓの表面に照射する。各照射手段５ａ〜５ｃの照射するスリット光は、スリット光の幅がタイヤ幅方向に一直線に延長するようにトレッド面Ｔｓに照射する。
撮像手段６ａ〜６ｃは、ＣＣＤエリアカメラ（以下カメラ）により構成され、トレッド面Ｔｓの照射部４で反射する反射光を受光し、トレッド面Ｔｓの凹凸形状（トレッドパターン）に基づく高さ情報と、例えば２５６階調（グレースケール）の色調情報とを帯状の画像に取得し、画像処理装置１００に出力する。具体的には、帯状の画像を構成する各画素にトレッド面Ｔｓの凹凸の高さと色調を示す輝度とが記録される。撮像装置３は、いわゆる光切断法の手法によりトレッド面Ｔｓの画像を取得する。
トレッド面Ｔｓの画像は、トレッド面Ｔｓを周方向に沿う矩形の帯状の画像に取得され、後述の画像処理装置１００の画像入力部２０において一枚の撮像画像Ｐとして合成される。
なお、照射手段５ａ〜５ｃは、赤色のレーザー光に限らず、白色のレーザー光、その他単色のレーザー光であっても良いが、タイヤＴは、基本色が黒色であるので赤色レーザーであることが好ましい。また、タイヤＴの表面の色調情報を詳細に取得する場合には、白色レーザー光を用い、さらにカメラをカラーＣＣＤカメラにより構成すれば良い。また、カメラは、ＣＣＤカメラに限らずＣＭＯＳカメラを用いても良い。

以下、撮像画像Ｐを画像処理してトレッド面Ｔｓの欠陥を検出するための画像処理装置１００について説明する。
画像処理装置１００は、撮像手段６ａ〜６ｃにより撮像された帯状の画像を一つの画像に合成する画像入力部２０と、撮像画像Ｐの中からモデル画像Ｍを決定するモデル画像設定手段２１と、撮像画像Ｐとモデル画像Ｍとをパターンマッチングするマッチング画像抽出手段２２と、モデル画像Ｍとマッチングしたマッチング画像Ｑとの差分画像Ｒを作成する差分画像作成手段２３と、差分画像Ｒを記憶する差分画像記憶手段２４と、差分画像Ｒを加算するときに差分画像Ｒの加算する領域、及び加算回数Ｋとを記憶する加算回数記憶手段２５（図２（ｅ）参照）と、撮像画像Ｐから差分画像Ｒが出力されていない領域をモデル画像Ｍに追加するモデル画像追加設定手段２６と、差分画像Ｒから検査画像Ｓを作成する検査画像作成手段２７と、検査画像Ｓから欠陥画像Ｆを抽出する欠陥画像抽出手段２８とを備える。

画像入力部２０は、撮像手段６ａ〜６ｃにより撮像された帯状の画像を一つの画像に合成して、撮像画像Ｐを出力する。
モデル画像設定手段２１は、図２（ａ）に示すように、トレッド面Ｔｓを周方向に展開した撮像画像Ｐをタイヤ周方向に均等間隔で分割し、モデル画像Ｍ１，Ｍ２,・・・，ＭＮとして設定する。
撮像画像Ｐは、タイヤ周方向に例えば１００００画素の長さで取得され、例えば、タイヤ周方向に１００画素毎に１００のモデル画像Ｍ１〜Ｍ１００に分割される。

マッチング画像抽出手段２２は、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、モデル画像設定手段２１で設定されたモデル画像Ｍ１，Ｍ２,・・・，ＭＮの全てを用いて、撮像画像Ｐに対して周方向全領域に亘りパターンマッチングしてマッチング率が高い領域をマッチング画像Ｑとして撮像画像Ｐから抽出する。パターンマッチングは、撮像画像Ｐの高さ情報及び色調情報、又はそのいずれか一方に基づいて行われる。パターンマッチングのマッチング率は、例えば６０％以上の場合にマッチングありとしてマッチング画像Ｑを撮像画像Ｐから抽出する。なお、マッチング率は、６０％以上に限らず適宜設定すれば良い。
また、パターンマッチングは、モデル画像設定手段２１で分割したモデル画像毎に対して行うのではなく、周方向に例えば１画素づつ移動させて行われる。
例えば、図２（ａ）に示すように、モデル画像Ｍ１により撮像画像Ｐをパターンマッチングすることで、マッチング画像Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ１３，Ｑ１４のように抽出される。しかし、Ｑ１４は、マッチング率が４５％なのでマッチング画像としては抽出しない。また、モデル画像Ｍ２により撮像画像Ｐをパターンマッチングすることで、マッチング画像Ｑ２１，Ｑ２２，Ｑ２３のように抽出される。マッチング画像Ｑ２１，Ｑ２２，Ｑ２３は、すべてマッチング率が６０％以上なのでマッチング画像として抽出される。
なお、上記モデル画像設定手段２１で分割する間隔を広くすることでパターンマッチングの処理効率は向上するが、マッチング率が悪化する恐れがあるので、可能であれば分割する間隔は狭い方が良い。

差分画像作成手段２３は、モデル画像Ｍ１，Ｍ２,・・・，ＭＮにマッチしたマッチング画像Ｑの高さ情報に基づく差分を差分画像Ｒとして出力する。具体的には、差分画像作成手段２３は、モデル画像Ｍ１，Ｍ２,・・・，ＭＮとマッチング画像Ｑとの高さ情報の差を演算する。なお、モデル画像Ｍ１，Ｍ２,・・・，ＭＮとマッチング画像Ｑとの各画素の輝度の差分を演算するようにしても良い。

差分画像記憶手段２４は、差分画像作成手段２３から出力される差分画像Ｒを加算して記憶し、さらに各差分画像Ｒの撮像画像Ｐに対する位置を合わせて記憶する。詳細には、モデル画像Ｍ１から順次モデル画像ＭＮを用いて行われるパターンマッチングによって抽出されたマッチング画像Ｑとモデル画像Ｍとの差分画像Ｒの全てと、その位置を記憶する。ここで、位置とは、図２（ｄ）の左端に位置する画素を１として右方向に画素数により設定される座標の画素座標を意味する。また、差分画像Ｒの画素座標と撮像画像Ｐの画素座標とは１対１に対応する。
なお、図２（ｄ）に示すように、複数のモデル画像により行われるパターンマッチングによってマッチしたマッチング画像Ｑ１１とマッチング画像Ｑ２１の差分画像Ｒ１１：Ｒ２１に加算する領域がある場合には、差分画像Ｒ１１と差分画像Ｒ２１との加算する領域の高さ情報を加算して記憶する。

加算回数記憶手段２５は、差分画像記憶手段２４の記憶する差分画像Ｒの加算する領域の画素座標と、加算回数Ｋとを記憶する。また、加算回数記憶手段２５は、加算していない差分画像Ｒの領域を画素座標により記憶する。

モデル画像追加設定手段２６は、加算回数記憶手段２５の記憶する加算する領域の位置と、加算回数Ｋとに基づき、撮像画像Ｐにマッチング画像Ｑが検出されていない領域がないか調べ、マッチング画像Ｑが検出されていない領域がある場合には、当該領域を追加モデル画像ＭＲとして追加設定し、マッチング画像抽出手段２２に出力する。

検査画像作成手段２７は、差分画像Ｒの加算する領域の画素毎に加算回数Ｋで除して加算する領域の高さの平均を演算して、高さに基づく情報を有する検査画像Ｓを出力する。
例えば、差分画像Ｒが１つの領域は１で除し、差分画像Ｒが３つの領域は３で除することで、差分画像Ｒの全体が平均化される。

欠陥画像抽出手段２８は、検査画像Ｓから閾値αを用いて欠陥画像Ｆを出力する。本実施形態で用いる閾値αは、高さ情報に対する閾値である。

図３は、画像処理装置による画像処理のフローチャートを示す。
以下、画像処理の方法について説明する。
まず、取得された撮像画像Ｐを等間隔に分割し、分割された各画像をモデル画像Ｍ１〜ＭＮに設定する（Ｓ１０１）。つまり、撮像画像Ｐが短冊状に分割される。
次に、Ｓ１０１で分割された各モデル画像Ｍ１〜ＭＮに対して一端側から順次ナンバリングする（Ｓ１０２）。例えば、図２（ａ）のように、左端からナンバリングする。
次に、左端のモデル画像Ｍ１をマスター画像として撮像画像Ｐに対して周方向にパターンマッチングを行う（Ｓ１０３）。
次に、Ｓ１０３においてマッチング率が６０％以上の時はＳ１０５にマッチング画像Ｑを出力し、マッチング率が６０％以下の時はＳ１０３に戻りパターンマッチングを継続する（Ｓ１０４）。
次に、Ｓ１０４においてマッチング率が６０％以上の時のモデル画像Ｍと、マッチしたマッチング画像Ｑとの差分を演算して差分画像Ｒを作成する（Ｓ１０５）。詳細には、モデル画像Ｍとマッチング画像Ｑの画素毎に有する高さ情報の差分を演算する。
次に、Ｓ１０５において差分演算した領域を記憶するとともに差分画像Ｒの領域の加算回数Ｋを１アップして記憶する。なお、加算回数Ｋは、１から開始され、加算回数１は一つの差分画像Ｒのみを示す（１０６）。
次に、ナンバリングされた分割画像のナンバーが分割数Ｎよりも小さいときはＳ１０２に戻り、分割画像のナンバーが分割数と等しいときはＳ１０８に進む（１０７）。
次に、モデル画像Ｍのナンバーが分割数と等しいときに、加算回数Ｋがゼロの領域の有無を判定し、撮像画像Ｐのすべての領域に差分画像Ｒが出力されていればＳ１１５に進む（Ｓ１０８）。また、加算回数Ｋが０回の領域があるときにはＳ１０９に進む。
次に、加算回数Ｋが０回の領域を追加モデル画像ＭＲとして設定する（Ｓ１０９）。
次に、追加モデル画像ＭＲにより撮像画像Ｐに対してパターンマッチングを行う（Ｓ１１０）。
次に、Ｓ１１０においてマッチング率が６０％以上の時はＳ１１２にマッチング画像を出力し、マッチング率が６０％以下の時はＳ１１０に戻りパターンマッチングを継続する（Ｓ１１１）。
次に、追加モデル画像ＭＲとマッチングしたマッチング画像Ｑとの差分演算を行い、差分画像Ｒを作成する（Ｓ１１２）。
次に、Ｓ１１２において差分演算した差分画像Ｒを記憶するとともに加算回数Ｋを１アップして記憶する（Ｓ１１３）。
次に、検査画像Ｓを作成する（Ｓ１１４）。具体的には、差分画像Ｒの領域毎に記憶された加算回数Ｋで差分画像Ｒの各領域を除して、差分画像Ｒの平均画像を作成し、検査画像Ｓとして出力する。
次に、Ｓ１１５では、検査画像Ｓに基づき欠陥検出を行う。検査画像Ｓは、高さ情報を有しているので、高さに対する閾値α以上のときはキズありと判定し、該当する画像を欠陥画像Ｆとしてモニタ９に出力する。また、高さが閾値α以下のときには異常なしとしてモニタ９に判定結果を出力する。

以上説明したように、本発明によれば、検査画像を複数の領域に分割し、分割された画像をマスター画像として検査画像に対してパターンマッチングすることでタイヤの検査を行うため、検査画像に対してパターンマッチングを行うマスター画像をあらかじめ準備する必要がない。

なお、上記実施形態において、トレッド面を検査するとして説明したが、タイヤ内周面のように検査する検査表面が周期的なパターンにより構成されているものであれば検査することができる。また、タイヤ外観検査装置として説明したが、タイヤ以外のものでも、周期的なパターンが延長する物品に対しても検査することができる。

以上、本発明を実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能である。

１ タイヤ外観検査装置、２ タイヤ回転装置、３ 撮像装置、４ 照射部、
５ａ〜５ｃ 照射手段、６ａ〜６ｃ 撮像手段、９ モニタ、
２１ モデル画像設定手段、２２ マッチング画像抽出手段、２３ 差分画像作成手段、
２４ 差分画像記憶手段、Ｋ 加算回数、２５ 加算回数記憶手段、
２６ モデル画像追加設定手段、２７ 検査画像作成手段、２８ 欠陥画像抽出手段、
１００ 画像処理装置、Ｍ；Ｍ１〜ＭＮ モデル画像、Ｑ マッチング画像、
Ｒ 差分画像、Ｔ タイヤ、Ｔｓ トレッド面、Ｐ 撮像画像。

Claims (8)

1. タイヤ表面を撮像した撮像画像の中から複数のモデル画像を設定するモデル画像設定ステップと、
   前記複数のモデル画像と前記撮像画像とを繰り返しパターンマッチングし、所定のマッチング率以上の前記撮像画像の領域をマッチング画像として抽出するマッチング画像抽出ステップと、
   前記モデル画像と前記マッチング画像との差分を演算し、差分画像を作成する差分画像作成ステップと、
   前記差分画像を閾値と比較して欠陥画像を抽出する欠陥画像抽出ステップとを含むことを特徴とするタイヤ外観検査方法。
2. 前記差分画像作成ステップで作成される差分画像を加算して記憶する差分画像記憶ステップを含むことを特徴とする請求項１に記載のタイヤ外観検査方法。
3. 前記差分画像の加算により重複する領域の加算回数を記憶する加算回数記憶ステップをさらに含み、前記差分画像の重複する領域を前記加算回数で除して前記差分画像を平均化することを特徴とする請求項２に記載のタイヤ外観検査方法。
4. 前記加算回数記憶ステップの記憶する情報に基づき、前記差分画像が抽出されない領域をモデル画像に追加設定するモデル画像追加設定ステップをさらに含むことを特徴とする請求項３に記載のタイヤ外観検査方法。
5. タイヤ表面を撮像した撮像画像の中から複数のモデル画像を設定するモデル画像設定手段と、
   前記複数のモデル画像と前記撮像画像とを繰り返しパターンマッチングし、所定のマッチング率以上の前記撮像画像の領域をマッチング画像として抽出するマッチング画像抽出手段と、
   前記モデル画像と前記マッチング画像との差分を計算し、差分画像を作成する差分画像作成手段と、
   前記差分画像を閾値と比較して欠陥画像を抽出する欠陥画像抽出手段とを備えることを特徴とするタイヤ外観検査装置。
6. 前記差分画像作成手段で作成される差分画像を加算して記憶する差分画像記憶手段を備えることを特徴とする請求項５に記載のタイヤ外観検査装置。
7. 前記差分画像の加算により重複する領域の加算回数を記憶する加算回数記憶手段を備え、前記差分画像の重複する領域を前記加算回数で除して前記差分画像を平均化することを特徴とする請求項６に記載のタイヤ外観検査装置。
8. 前記加算回数記憶手段の記憶する情報に基づき、前記差分画像が抽出されない領域をモデル画像に追加設定するモデル画像追加設定手段を備えることを特徴とする請求項７に記載のタイヤ外観検査装置。