JP4663385B2 - 回転体表面の凹凸データ補正方法 - Google Patents

Description

本発明は、タイヤなどの回転体表面の凹凸を測定する方法に関するもので、特に、回転体の回転軸周りに等角度毎に測定した凹凸データを補正する方法に関する。

従来、製造されたタイヤを出荷する際に行なわれる製品タイヤの外観検査の１つとして、タイヤサイド部あるいはタイヤクラウン部の凹凸状態を検査することが行われている（例えば、特許文献１，２参照）。
図４はタイヤサイド部の凹凸検査装置５０の一構成例を示す図で、この凹凸検査装置５０は、被検体であるタイヤ１０を、回転駆動装置５１に連結されたタイヤ保持装置５２のリム５２ｒに装着した後、上記タイヤ１０を所定の内圧に充填し、このタイヤ１０を一定速度で回転させながら、上記タイヤ１０のタイヤサイド部１０ｓに近接して配置された、ＬＥＤやレーザなどを備えた非接触変位計５３にて、上記タイヤサイド部１０ｓ表面と上記非接触変位計５３との距離を所定のサンプリング間隔で測定する。上記非接触変位計５３は、探査光を上記タイヤサイド部１０ｓに照査し、その反射光を受光することにより、上記非接触変位計５３から上記タイヤサイド部１０ｓまでの距離を非接触にて測定して上記タイヤサイド部１０ｓ表面の凹凸状態を測定するもので、上記測定された距離データは制御・演算装置５４に送られ、タイヤサイド部１０ｓの凹凸データに変換される。
また、上記凹凸検査装置５０では、タイヤクラウン部１０ｔに対向する位置にも第２の非接触変位計５５を配置し、この第２の非接触変位計５５により、上記第２の非接触変位計５５とタイヤクラウン部１０ｔとの距離を測定してタイヤ外径を測定するようにしているが、上記第２の非接触変位計５５を用いれば、上記タイヤサイド部１０ｓと同様に、タイヤクラウン部１０ｔの表面の凹凸状態を測定することが可能である。

ところで、上記非接触変位計５５を用いて、ブロックパターンなどのトレッドパターンを有するタイヤクラウン部１０ｔ表面の凹凸を測定する場合には、図５に示すように、上記非接触変位計５５で測定された距離データをＬ_kとすると、タイヤクラウン部１０ｔ表面のｋ番目の測定点ｘ_kにおける凹凸値である半径値ｒ_kは、上記距離データをＬ_kとタイヤ１０の回転中心Ｏと距離センサ１４との距離Ｌ₀とを用いてｒ_k＝Ｌ₀−Ｌ_kと表わせる。したがって、上記タイヤ１０の各測定点ｘ_k（ｋ＝１〜Ｎ）における半径値の設計値Ｒ_k0と上記Ｌ₀とを予め定数として記憶しておけば、測定された距離データＬ_kから直ちに上記タイヤクラウン部１０ｔの各測定点ｘ_kでの半径値ｒ_kと上記設計値Ｒ_k0との差Δｒ_kを算出することができる。このΔｒ_kが所定の値以上の場合には、タイヤクラウン部１０ｔに凹凸異常があると考えられる。したがって、タイヤクラウン部１０ｔにおける半径値ｒ_kを測定することにより、接地面のパターンブロックの形状異常などのような、タイヤクラウン部１０ｔの凹凸異常を検出することができる。
特開２００４−３６１３４４号公報 特表２００５−５０１２４５号公報

しかしながら、上記従来の方法では、タイヤ１０が回転駆動装置５１の回転軸である検査装置の回転中心に対して偏心して固定された場合には、図６（ａ），（ｂ）に示すように、上記測定点ｘ_kはタイヤ１０の表面に対して等間隔とはならない。すなわち、同図のＡ〜Ｂ，Ｄ〜Ａのように測定箇所が検査装置の回転中心に近い箇所では表面が膨れ、同図のＢ〜Ｄのように遠い場合には表面が縮んでいるので、得られた測定データ（半径値ｒ_k）は表面が膨れたり縮んだりした、偏心の影響を受けたデータとなってしまうといった問題点があった。
上記偏心量は正確に把握することが困難であるので、現状では、上記偏心を含んだ状態の測定結果を採用せざるを得なかった。したがって、表面の凹凸を基準となる正常なタイヤの表面状態と比較した場合に、凹凸のズレがタイヤの不良に起因するものか、偏心に起因するものか区別することができず、タイヤの表面凹凸の自動検査の障害となっていた。
また、この偏心を検査装置の構造（ハード）を変更して対処することも考えられるが、この方法では、コストがかかる上、どれだけの偏心が生じているかが明確にわからない場合には、偏心を完全に排除することは困難である。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、偏心を含んだ回転体表面の凹凸データを偏心の影響のないデータに補正する方法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、上記測定位置が伸び縮みした表面凹凸データから、周方向等間隔の位置での表面凹凸データを補間にて算出し、これを上記回転体の表面で等間隔の位置での表面凹凸データとすれば、偏心の影響のない表面凹凸データを得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。
すなわち、本願の請求項１に記載の発明は、回転体と上記回転体の回転軸に直交する方向の回転体表面に対向する位置に設けられて上記回転体表面の凹凸を測定する非接触式の変位計のいずれかを回転させて得られた上記回転体表面の凹凸データを補正する方法であって、上記回転体または上記変位計の回転中心から等角度間隔で上記回転体表面の凹凸値を測定するステップと、測定開始点から任意の測定点までの上記回転体の表面長さを算出して、上記表面長さと上記測定された凹凸値とを対応づけるステップと、上記回転体の１周分の表面長さを等間隔に分けて、上記等間隔に分けられた各点を新たに凹凸値を算出するための凹凸算出点とするステップと、上記凹凸算出点における凹凸値を、上記凹凸算出点に隣接する測定点の凹凸データに基づいて算出するステップと、上記算出された各凹凸算出点の凹凸値を、上記回転体表面の等間隔の位置での凹凸データとするステップとを有す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に記載の回転体表面の凹凸データ補正方法において、上記回転中心と各測定点との距離を角度積分して上記表面長さを算出するようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、回転体と上記回転体の回転軸に直交する方向の回転体表面に対向する位置に設けられて上記回転体表面の凹凸を測定する非接触式の変位計のいずれかを回転させて得られた上記回転体表面の凹凸データを補正する際に、測定開始点から任意の測定点までの上記回転体の表面長さを算出して、上記表面長さと上記測定された凹凸値とを対応づけるとともに、上記回転体の１周分の表面長さを等間隔に分けて、上記等間隔に分けられた各点を新たに凹凸値を算出するための凹凸算出点とし、この凹凸算出点における凹凸値を、上記回転体または上記変位計の回転中心から等角度間隔で上記回転体表面の凹凸値を測定した、上記凹凸算出点の位置に隣接する測定点の凹凸データに基づいて算出し、この算出された各凹凸算出点の凹凸値を上記回転体表面の等間隔な位置における凹凸データとしたので、偏心を含んだ回転体表面の凹凸データを偏心の影響のない凹凸データに補正することができる。
また、このような補正方法を、タイヤトクラウン部表面の凹凸検査などに使用される回転体表面の凹凸を測定する自動測定装置に適用すれば、得られた測定データを用いて上記測定データの補正を行うことができるので、回転体表面の凹凸の自動測定が可能となる。

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、本最良形態に係るタイヤ外観自動検査装置１の概要を示す機能ブロック図で、本例では、上記検査装置１によりタイヤトクラウン部表面の凹凸状態を検査する。
同図において、１１は被検体であるタイヤ１０を装着したリム１２を保持するタイヤ保持部、１３は上記タイヤ保持部１１に連結され、上記タイヤ１０を所定の角速度で回転させる回転駆動装置、１４は上記タイヤ１０のタイヤクラウン部１０ｔに近接して配置された非接触型の距離センサ、１５は上記回転駆動装置１３を制御するとともに、上記距離センサ１４で計測された上記距離センサ１４とタイヤクラウン部１０ｔとの距離データに基づいて、上記タイヤ１０表面の凹凸値を算出して上記タイヤ１０の外観検査を行う制御・演算装置で、本例では、上記タイヤを一定の角速度ω（例えば、１°／sec.）で回転させ、上記タイヤクラウン部１０ｔを所定の角度Δθ（例えば、０．０３５°）毎にサンプリングして、タイヤクラウン部１０ｔ表面の凹凸値を測定する。

上記制御・演算装置１５は、詳細には、上記距離センサ１４で測定された距離センサ１４と測定点ｘ_kとの距離データＬ_k（ｋ＝１〜Ｎ）から、タイヤ中心（実際には、タイヤ１０の回転中心）からタイヤクラウン部１０ｔ表面までの距離である凹凸値（以下、半径値という）ｒ_kを算出する半径値算出部１５ａと、測定開始点から当該測定点ｋまでの半径値ｒ_kを上記Δθで積分して測定開始点から当該測定点ｘ_kまでの長さである表面長さＳ_kを算出する表面長さ算出部１５ｂと、上記算出されたタイヤ１周分の表面長さＳ_Nを等間隔に分けて、上記等間隔に分けられた各点を新たに半径値Ｒ_Kを算出するための凹凸算出点Ｘ_kとするとともに、上記凹凸算出点Ｘ_kに隣接する２つの測定点ｘ_k，ｘ_k+1における半径値ｒ_k，ｒ_k+1に基づいて上記凹凸算出点Ｘ_kでの半径値Ｒ_kを演算する表面凹凸値演算部１５ｃと、上記データ（Ｘ_k，Ｒ_k）と、予め記憶装置１５Ｍに記憶しておいた、基準タイヤの凹凸データ（Ｘ_k，Ｒ_k0）とを比較して当該タイヤ１０に凹凸異常があるかどうかを判定する判定部１５ｄと、上記回転駆動装置１３を制御する回転制御部１５ｅとを備えたもので、上記距離センサ１４で計測された距離センサ１４とタイヤクラウン部１０ｔとの距離データＬ_kに基づいて、上記タイヤ１０のタイヤクラウン部１０ｔの凹凸値を演算して上記タイヤ１０の凹凸異常を判定する。

次に、本発明による回転体表面の凹凸データ補正方法について、図２のフローチャートに基づき説明する。
まず、検査するタイヤ１０をタイヤ保持部１１のタイヤ保持部リム１２に装着した後、図３（ａ）に示すように、回転駆動装置１３を制御して上記タイヤ１０を所定の角速度ωで回転させながら、非接触型の距離センサ１４により、所定の角度Δθ毎に上記タイヤクラウン部１０ｔと上記距離センサ１４との距離を測定し、これを距離データＬ_kとして記憶装置１５Ｍに記憶する（ステップＳ１０）。
次に、半径値算出部１５ａにて、測定点ｘ_k（ｋ＝１〜Ｎ）における距離データＬ_kと上記タイヤ１０の回転中心から上記距離センサまでの距離Ｌ₀とから半径値ｒ_kをそれぞれ算出する（ステップＳ１１）。そして、表面長さ算出部１５ｂにて、測定開始点から当該測定点ｋまでの半径値ｒ_kを上記Δθで積分して表面長さＳ_kを算出して上記測定点ｘ_kと上記半径値ｒ_kとを対応づけた（ステップＳ１２）後、図３（ｂ）に示すように、タイヤ１周分の表面長さＳ_Nを等間隔に分け、上記等間隔に分けられた各点を新たに半径値Ｒ_Kを算出するための凹凸算出点Ｘ_kとし（ステップＳ１３）、上記凹凸算出点Ｘ_kにおける半径値Ｒ_kを演算する（ステップＳ１４）。具体的には、図３（ｃ）に示すように、凹凸算出点Ｘ_kに隣接する２つの測定点ｘ_k，ｘ_k+1における半径値ｒ_k，ｒ_k+1に基づいて上記凹凸算出点Ｘ_kにおける半径値Ｒ_kを演算する。この半径値Ｒ_kは、例えば、上記凹凸算出点Ｘ_kと上記２つの測定点ｘ_k，ｘ_k+1との距離をそれぞれＤ_k，Ｄ_k+1とし、このＤ_k，Ｄ_k+1により上記半径値ｒ_k，ｒ_k+1を重み付けして求める方法などが挙げられる。これにより、図３（ｄ）に示すように、上記タイヤクラウン部１０ｔ表面の等間隔な位置における表面凹凸データ（Ｘ_k，Ｒ_k）を得ることができる。
判定部１５ｄでは、上記データ（Ｘ_k，Ｒ_k）と、予め記憶装置１５Ｍに記憶しておいた、基準タイヤの表面凹凸データ（Ｘ_k，Ｒ_k0）とを比較して当該タイヤ１０に凹凸異常があるかどうかを判定する（ステップＳ１５）。これにより、上記タイヤ１０のタイヤクラウン部１０ｔにおける凹凸異常を正確に判定することができる。

このように、本最良の形態によれば、検査するタイヤ１０のタイヤクラウン部１０ｔと上記距離センサ１４とのタイヤ周方向の距離をΔθ毎に測定した測定点ｘ_kにおける距離データＬ_kと上記タイヤ１０の回転中心から上記距離センサまでの距離Ｌ₀とから半径値ｒ_kをそれぞれ算出し、更に、測定開始点から当該測定点ｋまでの半径値ｒ_kを上記Δθで積分して表面長さＳ_kを算出して凹凸データを（ｘ_k，ｒ_k）の形に変換するとともに、上記、タイヤ１周分の表面長さＳ_Nを等間隔に分けた凹凸算出点Ｘ_kにおける半径値Ｒ_kを、上記凹凸算出点Ｘ_kに隣接する測定点ｘ_k，ｘ_k+1における半径値ｒ_k，ｒ_k+1に基づいて演算してこれをタイヤクラウン部１０ｔ表面の等間隔な位置における凹凸データ（Ｘ_k，Ｒ_k）としたので、膨らみや縮みのない凹凸データを得ることができる。
また、上記凹凸データ（Ｘ_k，Ｒ_k）を基準タイヤの表面凹凸データ（Ｘ_k，Ｒ_k0）とを比較することにより、上記タイヤ１０のタイヤクラウン部１０ｔにおける凹凸異常を正確に判定することができるので、タイヤ外観検査を自動化することができる。
また、本例では、ハードを変更することなく、偏心の影響を排除できるので、ハード改良のコストが不要となるという利点を有する。

なお、上記実施の形態では、タイヤクラウン部１０ｔ表面の凹凸をタイヤ周方向について測定した場合について説明したが、上記凹凸データ（Ｘ_k，Ｒ_k）をタイヤ幅方向について求めれば、正確なタイヤ断面の形状を得ることができる。また、タイヤ周方向とタイヤ幅方向の両方のデータを求めれば、当該タイヤのタイヤクラウン部１０ｔの形状を立体的に再現することができので、このデータを当該タイヤの３次元ＣＡＤデータと比較すれば、更に詳細な外観検査を行うことが可能となる。
また、上記例では、タイヤクラウン部１０ｔ表面の凹凸を測定した場合について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、一般の回転体表面の凹凸を測定したデータを補正する場合にも適用可能である。

本発明によれば、測定された凹凸データを用いて偏心を含んだ回転体表面の凹凸データを偏心の影響のない凹凸データに補正することができるので、正確な回転体表面の凹凸データを容易に得ることができる。また、上記補正方法を用いれば、回転体表面の凹凸データを容易に自動測定することが可能となる。

本発明の最良の形態に係るタイヤ外観自動検査装置の概要を示す機能ブロックで図ある。 本最良の形態に係るタイヤクラウン部凹凸データの補正方法を示すフローチャートである。 本最良の形態に係る凹凸データの補正方法を示す図である。 従来のタイヤサイド部表面の凹凸データの測定方法を示す図である。 非接触変位計による凹凸データの測定方法を示す図である。 従来のタイヤクラウン部の凹凸データを示す図である。

符号の説明

１ タイヤ外観自動検査装置、１０ タイヤ、１０ｔ タイヤクラウン部、
１１ タイヤ保持部、１２ リム、１３ 回転駆動装置、１４ 距離センサ、
１５ 制御・演算装置、１５ａ 半径値算出部、１５ｂ 表面長さ算出部、
１５ｃ 凹凸値演算部、１５ｄ 判定部、１５ｅ 回転制御部，１５Ｍ 記憶装置。

Claims (2)

1. 回転体と上記回転体の回転軸に直交する方向の回転体表面に対向する位置に設けられて上記回転体表面の凹凸を測定する非接触式の変位計のいずれかを回転させて得られた上記回転体表面の凹凸データを補正する方法であって、
   上記回転体または上記変位計の回転中心から等角度間隔で上記回転体表面の凹凸値を測定するステップと、
   測定開始点から任意の測定点までの上記回転体の表面長さを算出して、上記表面長さと上記測定された凹凸値とを対応づけるステップと、
   上記回転体の１周分の表面長さを等間隔に分けて、上記等間隔に分けられた各点を新たに凹凸値を算出するための凹凸算出点とするステップと、
   上記凹凸算出点における凹凸値を、上記凹凸算出点に隣接する測定点の凹凸データに基づいて算出するステップと、
   上記算出された各凹凸算出点の凹凸値を、上記回転体表面の等間隔の位置での凹凸データとするステップと、
   を有することを特徴とする回転体表面の凹凸データ補正方法。
2. 上記回転中心と各測定点との距離を角度積分して上記表面長さを算出するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の回転体表面の凹凸データ補正方法。

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