JP5436431B2 - 被検体の凹凸検出方法とその装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、タイヤやタイヤ構成部品などの被検体の表面の凹凸を検出する方法とその装置に関するものである。

従来、画像処理により被検体表面の凹凸を検出する方法として、光切断法による表面形状測定方法と、カラーカメラによる画像判定法とがある（例えば、特許文献１〜３参照）。
光切断法は、例えば、タイヤを回転させながら、前記タイヤの表面に半導体レーザなどの単色光を照射する投光手段によりスリット光を照射して、エリアカメラで前記スリット光の照射部を撮影し、この撮影されたスリット像の二次元座標を求めた後、前記二次元座標をタイヤの回転角を用いて三次元座標に変換してタイヤの外形形状を求めるもので、この外形形状を予め記憶してある判定対象画像と比較することにより、ビート部，トレッド部，サイドウォール部などのタイヤの形状を検査することが可能となる。
一方、カラーカメラによる画像判定法は、被検体表面に白色のスリット光を照射してその反射像をラインカメラを用いて撮影し、この撮影されたカラー画像から、前記被検体表面の凹凸やうねりの状態、あるいは、微妙な色の変化を検出する方法が提案されている。なお、前記ラインカメラはカラーカメラである必要はなく、スリット光を単色光として被検体の濃淡画像を撮影し、前記被検体表面の凹凸やうねりの状態、あるいは、微妙な色の変化を撮影された画像の濃淡から検出することも可能である。

特開平１１−１３８６５４号公報 特開２００３−２４０５２１号公報 特開２００３−１３９７１４号公報

しかしながら、前記光切断法は、例えば、加硫時にタイヤ表面に発生するベアなどのような、深さが０．５ｍｍ以下の非常に細かい凹凸（微小凹凸）については、凹部の深さが浅いため、モアレによる光学ノイズと区別するのが困難であった。
また、カラー画像を用いて凹凸を判定する場合も、前記微小凹凸とタイヤ表面の色むらや陰影などの光学ノイズと区別することが困難であった。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、被検体表面の比較的深さの浅い凹凸についても検出して被検体の外観検査の精度を向上させることを目的とする。

図８に示すように、被検体１の表面に投光手段２から角度を変えてスリット光を照射し、これを前記被検体１に垂直な方向からカメラ３で撮影すると、前記スリット光を前記凹部４の右側から照射した場合、前記凹部４から前記カメラ３に入射する反射光の強度は、凹面４ａのように、面ベクトルの方向が前記スリット光の方向（α１）と近い場合（ｘ＝ｘ１）には大きく、凹面４ｂのように、面ベクトルの方向が前記スリット光の方向（α１）から離れている場合（ｘ＝ｘ２）には小さくなる。
本発明者は、鋭意検討の結果、互いに異なる複数の方向（最も簡単な例としては、図８に示したような２つの方向（α１，α２））からスリット光を照射して前記凹部４を撮影すれば、複数のスリット光からの反射像の各輝度分布波形のピーク位置がずれるので、前記ピーク位置のずれた複数の反射像の前記ピーク位置を含む領域の輝度レベルを比較すれば、被検体１の表面に凹部４があるかどうかを判別できること、更に、前記互いに波長の異なる複数のスリット光を、互いに異なる複数の方向から同時に照射して前記照射部の反射像を撮影し、この反射像を画像処理して各波長毎の反射像に分離して複数の反射像を作成すれば、一度の撮影で複数のスリット光からの反射像の輝度分布波形を得ることができることを見出し、本発明に到ったものである。
すなわち、本願の請求項１に記載の発明は、投光手段及び撮影手段に対して被検体を相対的に移動させながら、互いに異なる２つの方向から同時に、互いに波長の異なるスリット光を前記被検体の検出対象面に照射し、前記スリット光を照射した部分の反射像を前記撮影手段にて撮影する撮影ステップと、前記反射像を画像処理して各波長毎の反射像に分離し、前記分離した反射像毎の輝度分布波形を求め、前記各輝度分布波形に基づき、前記被検体の表面の凹凸を検出する検出ステップ、とを備える、被検体の凹凸検出方法であって、前記検出ステップでは、前記被検体の検出対象面への前記２つのスリット光の入射方向と、前記波長の異なる２つのスリット光の強さの比と、前記各輝度分布波形から求められた各波長毎の反射像の輝度の比とを用いて、前記被検体の検出対象面の凹凸の傾斜の度合いを算出した後、前記算出された傾斜の度合いと予め設定された閾値とを比較して前記被検体の表面の凹凸を検出することを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、被検体の検出対象面にスリット光を照射する投光手段と、前記スリット光の照射部を撮影する撮影手段と、前記投光手段及び撮影手段と前記被検体とを相対的に移動させる手段と、前記撮影手段で撮影したスリット像の輝度に基づいて前記被検体の表面の凹凸を検出する凹凸検出手段とを備えた被検体の凹凸検出装置であって、前記投光手段は、互いに異なる２つの方向から、互いに波長の異なるスリット光を前記被検体の検出対象面にそれぞれ照射する第１及び第２の照射部を備えており、前記撮影手段は、前記第１及び第２の照射部からのスリット光の反射像を撮影し、前記凹凸検出手段は、前記反射像を画像処理して各波長毎の反射像に分離し、前記各波長毎の輝度分布波形を求めるとともに、前記各波長毎に求めた輝度分布波形に基づいて、前記被検体の検出対象面の凹凸の傾斜の度合いを算出する傾斜度合い算出手段と、前記算出された傾斜の度合いと予め設定された閾値とを比較して検出対象面の凹凸を検出する検出手段とを備え、
前記傾斜度合い算出手段は、前記被検体の検出対象面への前記２つのスリット光の入射方向と、前記波長の異なる２つのスリット光の強さの比と、前記各輝度分布波形から求められた各波長毎の反射像の輝度の比とを用いて、前記被検体の検出対象面の凹凸の傾斜の度合いを算出することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の被検体の凹凸検出装置であって、前記撮影手段は、前記第１及び第２の照射部と同一平面内にあり、かつ、前記第１の照射部と前記第２の照射部との間に設置されて、前記第１及び第２の照射部からのスリット光の反射像を撮影することを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の被検体の凹凸検出装置であって、前記撮影手段は被検体の検出対象面に垂直な方向に設置されており、前記第１及び第２の照射部は、前記撮影手段と前記被検体の移動方向との作る平面内にあり、かつ、前記撮影手段の撮影方向に対して対称の位置に配置されていることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の被検体の凹凸検出装置において、前記第１及び第２の照射部の照射方向を、前記検出対象面に対してそれぞれ３０°〜６０°の範囲としたことを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項２〜請求項５のいずれかに記載の被検体の凹凸検出装置であって、前記第１及び第２の照射部のうち一方の照射部からのスリット光を青色光（例えば、中心波長が約４５０ｎｍのレーザ光）とし、他方の照射部からのスリット光を赤色光（例えば、中心波長が約６８０ｎｍのレーザ光）としたものである。

本発明によれば、被検体の検出対象面Ｓにスリット光を照射して撮影した反射像の輝度から前記被検体表面の凹凸を検出する際に、互いに波長の異なるスリット光を、互いに異なる２つの方向（例えば、前記被検体表面の凹部の斜面の一方の面に垂直な方向に近い方向）から同時に照射して反射像を撮影して前記反射像の前記波長毎の輝度分布を求めとともに、前記被検体表面の凹部の斜面の一方の面に垂直な方向に近い方向から照射したときの反射光の輝度レベルと、前記面と反対側の面からの反射光の輝度レベルとに基づいて、前記被検体表面の凹凸を検出するようにしたので、１回の測定で分離可能な２つの方向の反射像を得ることができるので、凹凸の検出が容易になるだけでなく、２枚の画像の位置合わせを行う必要がないので、検出精度を向上させることができる。
このとき、前記被検体の検出対象面への前記２つのスリット光の入射方向と、前記波長の異なる２つのスリット光の強さの比と、前記各輝度分布波形から求められた各波長毎の反射像の輝度の比とを用いて、前記被検体の検出対象面の凹凸の傾斜の度合いを算出した後、前記算出された傾斜の度合いと予め設定された閾値とを比較して前記被検体の表面の凹凸を検出するようにしたので、例えば、タイヤのサイド部にできたベアのような微小な凹凸も検出することができる。
また、前記算出された傾斜の度合いと予め設定された閾値とを比較して検出対象面の凹凸を検出するようにしたので、光学ノイズを確実に除去できるので、前記凹凸を精度よく検出できる。

また、前記撮影手段を、前記第１及び第２の照射部と同一平面内にあり、かつ、前記第１の照射部と前記第２の照射部との間に設置して、前記第１及び第２の照射部からのスリット光の反射像を撮影するようにしたので、凹凸に前後もしくは左右からスリット光を照射した反射像が得られる。したがって、凹凸の検出精度を更に向上させることができる。
また、前記撮影手段を被検体の検出対象面に垂直な方向に設置するとともに、前記第１及び第２の照射部を、撮影手段の撮影方向に対して対称の位置に配置したので、２つ画像の撮影条件がほぼ同じになる。したがって、前記輝度分布のピーク位置ずれを精度良く検出できる。
また、照射光が標識等の凹凸に隠れたりすることもなく、反射光の範囲も狭くならないようにするためには、前記第１及び第２の照射部の照射方向としては、前記検出対象面に対してそれぞれ３０°〜６０°の範囲とすることが好ましい。
また、反射像を波長毎に分離する場合、前記第１の照射部からのスリット光の波長と前記第２の照射部からのスリット光の波長とが離れている方が分離しやすいので、一方を赤色光、他方を青色光とすれば、輝度分布のピーク位置の差を精度よく検出できる。

本発明の実施の形態に係るタイヤ外観検査装置の概要を示す図である。 撮影部の配置を示す図である。 タイヤのサイドウォール部の外観検査方法を示すフローチャートである。 サイドウォール部の原画像とＲ成分画像とＢ成分画像の模式図である。 輝度分布波形の作成方法の一例を示す図である。 Ｒ成分画像とＢ成分画像の輝度分布波形を示す図である。 表面傾斜角θの算出方法を説明するための図である。 本発明による凹凸検出の測定原理を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。尚、本発明の実施の形態は、本願発明を限定するものではない。
図１は、本発明の実施の形態に係るタイヤ外観検査装置１０の概要を示す図で、同図において、１１，１２はモータ３１により回転する回転テーブル３２上に搭載されたタイヤ２０のサイドウォール部２１にスリット光を照射する第１及び第２の投光手段、１３は前記スリット光の照射部を撮影するラインカメラ、１４は前記ラインカメラ１３で撮影された画像を処理する画像処理手段、１５は前記画像処理手段１４で処理された画像データに基づいて、前記サイドウォール部２１表面の微小な凹凸を検出する凹凸検出手段、１６は前記検出された凹凸の数や大きさに基づいて、当該タイヤ２０の外観を検査する外観検査手段である。前記第１及び第２の投光手段１１，１２とラインカメラ１３により、本タイヤ外観検査装置１０の撮影部１０Ａを構成し、画像処理手段１４と凹凸検出手段１５と外観検査手段１６とにより、演算部１０Ｂを構成する。
被検体であるタイヤ２０は、サイドウォール部２１が上向き、すなわち、タイヤの軸方向が回転テーブル３２の回転方向と一致するように前記回転テーブル３２上に搭載されている。前記回転テーブル３２は、前記モータ３１を駆動・制御するモータ制御手段３３からの駆動・制御信号により、所定の回転速度で回転する。また、前記タイヤ２０の回転角は、前記回転テーブル３２の近傍に配置された回転角検出手段３４により検出される。
ラインカメラ１３は画素が１列に配列されたＣＣＤカラーカメラで、図２（ａ），（ｂ）に示すように、タイヤ２０のサイドウォール部２１の中心の上方（タイヤ軸方向上方）に、前記画素列の方向がタイヤ周方向と直交する向きに設置される。前記サイドウォール部２１の前記ラインカメラ１３と対向する面が当該タイヤ２０の検出対象面Ｓとなる。また、前記第１及び第２の投光手段１１，１２は前記半導体レーザをライン上に配列したもので、第１の投光手段１１の半導体レーザは中心波長が約６８０ｎｍのレーザ光（赤色光）を前記検出対象面Ｓに照射し、第２の投光手段１２の半導体レーザは中心波長が約４５０ｎｍのレーザ光（青色光）を前記検出対象面Ｓに照射する。第１の投光手段１１は、前記検出対象面Ｓの上方で、前記タイヤ回転方向の前側（タイヤ回転角度が小さい側）に、スリット光の照射方向が前記検出対象面Ｓ内に対して４５°になるように配置されており、第２の投光手段１２は、前記検出対象面Ｓの上方で、前記タイヤ回転方向の後側に、スリット光の照射方向が前記検出対象面Ｓに対して−４５°になるように配置されている。角度の符号は、なお、検出対象面Ｓから検出対象面Ｓに垂直な方向に反時計回りに測った時を（＋）とした。
すなわち、ラインカメラ１３は被検体の検出対象面Ｓに垂直な方向である当該タイヤ２０の軸方向に設置されており、前記第１及び第２の投光手段１１，１２は、前記ラインカメラ１３と当該タイヤ２０の回転方向（タイヤ周方向）との作る平面内にあり、かつ、前記ラインカメラ１３の撮影方向に対して対称の位置に配置されている。

画像処理手段１４は、前記ラインカメラ１３で撮影された画像（以下、原画像という）をＲ成分とＢ成分に分離して、Ｒ成分画像とＢ成分画像の２枚の画像を作成する。
凹凸検出手段１５は、前記２枚の画像の画素の輝度データを用いてタイヤ周方向に沿った輝度分布波形をそれぞれ算出する輝度分布波形算出部１５ａと、Ｒ成分画像の輝度分布波形のピーク位置とＢ成分画像の輝度分布波形のピーク位置とのずれ量を算出するピーク間隔算出部１５ｂと、前記ずれ量が所定の値以上の場合に、前記検出対象面Ｓの凹凸の傾斜の度合いを示す表面傾斜角θを算出する表面傾斜角算出部１５ｃと、前記算出された表面傾斜角θと予め設定された閾値とを比較して前記２つのピーク位置がずれている箇所が凹凸に起因するかどうかを判定して凹凸の検出を行う判定部１５ｄと、前記検出された凹凸の中心位置と表面傾斜角θとを記憶する記憶部１５Ｍとを備え、前記２枚の画像を比較して、前記画像上の深さが０．５ｍｍ以下の微小な凹凸を検出して記憶する。なお、前記表面傾斜角θは、被検体の検出対象面の傾斜と、前記第１の照射部からの照射光の入射方向と、前記第２の照射部からの照射光の入射方向と、前記波長の照射光の強さの比と、前記波長の異なる反射像の輝度の比とを用いて算出される。
外観検査手段１６は、前記検出された凹凸の数や大きさに基づいて、当該タイヤ２０が外観不良であるかどうかを検査する。

次に、本例のタイヤ外観検査装置１０を用いた、タイヤのサイドウォール部２１の外観検査方法について、図３のフローチャートを参照して説明する。
まず、被検体であるタイヤ２０を回転テーブル３２上に搭載するとともに、このタイヤ２０のサイドウォール部２１の直上に、ラインカメラ１３と第１及び第２の投光手段１１，１２から成る撮影部１０Ａをセットする（ステップＳ１１）。そして、モータ３１を駆動・制御して前記回転テーブル３２を回転駆動することにより、前記タイヤ２０を所定の回転速度で回転させる（ステップＳ１２）。
次に、タイヤのサイドウォール部２１の上方に設置された第１及び第２の投光手段１１，１２から検出対象面Ｓにそれぞれ赤色のスリット光と青色のスリット光とを照射しながら、ラインカメラ１３により、前記２つのスリット光が照射された照射部を撮影する（ステップＳ１３）。本例では、前記ラインカメラ１３の撮影幅Ｗを１０μｍ、撮影視野Ｌを１３５ｍｍとし、５０μｍステップで前記照射部を撮影した。なお、撮影箇所の座標は、前記回転角検出手段３４で検出したタイヤ２０の回転角と、前記ラインカメラ１３の位置と撮影視野Ｌとから算出される。
本例では、図４に示すように、前記赤色のスリット光と青色のスリット光とが照射された照射部を撮影した画像（以下、原画像という）から、Ｒ成分画像とＢ成分画像を作成する。なお、図４には、原画像そのものではなく、前記撮影されたサイドウォール部２１の画像のうちの、浅い凹凸がみられる部分の原画像を示す模式図を示した。同図の横軸（ｘ軸）がタイヤ周方向、縦軸（ｙ軸）がタイヤ径方向である。図中の凹凸が、ベアと呼ばれる、加硫時に金型と生タイヤとの間にガスが残留したためにできた凹みである。前記ベア２２の深さが深くかつ幅が広い場合に、当該タイヤは外観不良とされる。
前記原画像は、画像処理手段１４に送られる。前記原画像の各画素の色データは全てＲ成分の輝度データ、Ｇ成分の輝度データ、及び、Ｂ成分の輝度データの重ね合わせとして得られるので、画像処理手段１４では、前記原画像の各画素の色データをＲ成分の輝度データとＢ成分の輝度データとに分離した後、各画素のＲ成分の輝度データからＲ成分画像を、Ｂ成分の輝度データからＢ成分画像を作成する画像処理を行う（ステップＳ１４）。
前記Ｒ成分画像とＢ成分画像とは、ともに二次元の画像であるので、これらの画像の輝度分布は、タイヤ周方向をｘ軸、タイヤ径方向をｙ軸、輝度レベルをｚ軸とした三次元の輝度分布曲線となる。前記輝度分布曲線は、タイヤ周方向に沿った輝度分布波形をタイヤ径方向に重ね合わせたものである。
本例では、図５に示すように、前記Ｒ成分画像とＢ成分画像とをタイヤ径方向にＮ分割し、まず、サイドウォール部２１のタイヤ径方向（ｙ軸方向）の検出対象面Ｓのうち、タイヤ径方向の最も内側の位置（ｎ＝１）のタイヤ周方向に沿った輝度分布波形を用いて検出対象面Ｓの凹凸を検出し、その後、ｎ＝２の位置、ｎ＝３の位置、……と、タイヤ径方向の最も外側の部分（ｎ＝Ｎ）の位置まで順次凹凸の検出を行う。

まず、輝度分布波形を求めるタイヤ径方向（ｙ軸方向）の位置をｎ＝１にセットする（ステップＳ１５）。そして、画像処理手段１４から送られてきたＲ成分画像とＢ成分画像のそれぞれについて、ｙ軸方向の位置をｎ＝１に固定して、タイヤ周方向（ｘ軸方向）に沿ってスキャンして前記各画像の輝度データを求めることにより、図６に示すような、横軸を、撮影開始箇所を原点とした時の当該タイヤ２０の周方向位置とし、縦軸を輝度値とした、タイヤ周方向に沿ったＲ成分画像の輝度分布波形とＢ成分画像の輝度分布波形の２つの輝度分布波形を表示したグラフを作成する（ステップＳ１６）。
次に、前記ｙ軸方向の位置をｎ＝１に固定して、タイヤ周方向（ｘ軸方向）に沿ってスキャンして前記２つの輝度分布波形のピーク位置を検出する（ステップＳ１７）。被検体の検出対象面Ｓにベアが存在すると、Ｒ成分画像の輝度分布波形のピーク位置とＢ成分画像の輝度分布波形のピーク位置とのずれが顕著になる。検出対象面Ｓに凹凸がない場合には、第１の投光手段１１からの赤色光も第２の投光手段１２からの青色光もともに検出対象面Ｓに照射されるので、ラインカメラ１３には赤色光の反射光と青色光の反射光とが入射するが、図６に示すように、検出対象面Ｓにベア２２がある場合には、ベア２２の一方の内壁２２ａには第１の投光手段１１からの赤色光は当たるが、第２の投光手段１２からの青色光は当たらず、逆に、ベア２２の他方の内壁２２ｂには第２の投光手段１２からの青色光は当たるが、第１の投光手段１１からの赤色光が当たらないためである。
前記Ｒ成分画像の輝度分布波形のピーク位置とＢ成分画像の輝度分布波形のピーク位置とのずれ量ｋが所定量ｋ₀（例えば、ｋ₀＝０．１５ｍｍ）未満の場合には、検出精度の点から見てタイヤ表面の凹凸ではない可能性が高いので、本例では、前記ピーク位置のずれ量ｋと前記所定量ｋ₀とを比較し（ステップＳ１８）、ずれ量ｋが所定量ｋ₀以上の場合には、ベア２２の可能性があるので、次のステップＳ１９に進んで凹凸の検出を行い、ずれ量ｋが所定量ｋ₀未満の場合には、凹凸がないものと見做し、ステップＳ１７に戻って、次のピーク位置を検出する。

ステップＳ１９では、前記Ｒ成分画像の輝度分布波形のピーク位置とＢ成分画像の輝度分布波形のピーク位置とがずれている原因が明確にベア２２の存在によるものか、汚れや色むらかベア２２かが判別できないものであるかを判定する目安となる前記表面傾斜角θを算出する。
タイヤ周方向にスキャンしたときの表面傾斜角θの算出は以下のようにして行う。
検出対象面Ｓの点Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）におけるタイヤ周方向の傾斜をｐ、タイヤ径方向の傾斜をｑとすると、前記ｐ，ｑは以下の式で表わせる。

検出対象面Ｓの法線ベクトル^→ｎは、前記ｐ，ｑを用いると以下の式で表わせる。

一方、前記第１の投光手段１１が照射する赤色光の入射光ベクトル^→Ｓ_Rと前記第２の投光手段１２が照射する青色光の入射光ベクトル^→Ｓ_Bは、前記赤色光の強度をＩ_Rとし、前記青色光の強度をＩ_Bとしたとき、以下の式で表わせる。

また、以下の式に示すように、ラインカメラ１３に入力される赤色光の強度Ｅ_Rは、前記入射光ベクトル^→Ｓ_Rの法線ベクトル^→ｎへの正射影に被検体であるタイヤ２０の反射率をρ乗算したものであり、前記ラインカメラ１３に入力される青色光の強度Ｅ_Bは、前記入射光ベクトル^→Ｓ_Bの法線ベクトル^→ｎへの正射影に前記反射率をρ乗算したものである。

検出対象面Ｓのタイヤ周方向の傾斜ｐは、前記赤色光の強度Ｅ_Rの式と前記青色光の強度Ｅ_Bの式とから、タイヤ径方向の傾斜ｑを消去することにより求められる。なお、前記ｐは、図７（ｂ）に示すように、サイドウォール部２１のｘ−ｚ断面における凹凸２４の内壁の傾斜の度合い、すなわち、表面傾斜角θと、ｐ＝tanθの関係にある。したがって、表面傾斜角θは以下の式で表わすことができる。

以上の計算は、表面傾斜角算出部１５ｃにて行う。

次に、判定部１５ｄにて、前記算出された表面傾斜角θと予め設定された閾値とを比較して、前記表面傾斜角θを有する凹凸２４が前記ベア２２のような本当の凹凸であるかどうかを判定する（ステップＳ２０）。具体的には、閾値として、前記表面傾斜角θの下限値θ₀を設定し、前記算出された表面傾斜角θと前記下限値θ₀とを比較し、θ≧θ₀であれば、前記凹凸２４が存在すると判定し、前記凹凸２４の位置と表面傾斜角θとを記憶部１５Ｍに記憶する（ステップＳ２１）。本例では、前記凹凸２４のｘ座標（タイヤ周方向位置）を前記２つのピーク位置のｘ座標の中点とした。なお、ｙ座標（タイヤ径方向位置）は、タイヤ径方向のスキャン開始位置（ここでは、ｎ＝１の位置）である。
一方、θ＜θ₀であれば、前記凹凸２４は、汚れや色むらかベア２２かが判別できないので、凹凸２４がないと判定する。
前記判定が終了すると、ステップＳ２２に進んで、タイヤ一周分の凹凸検出が完了したかどうかを調べる。タイヤ一周分の凹凸検出が完了していない場合には、前記ステップＳ１７に戻って、Ｒ成分画像の輝度分布波形のピーク位置とＢ成分画像の輝度分布波形のピーク位置とを検出してから、再度凹凸の検出を行う。
また、タイヤ一周分の凹凸検出が完了した場合には、タイヤ径方向の位置が最後の位置であるｎ＝Ｎになっているかどうかを調べる（ステップＳ２３）。ここでは、ｎ＝１の位置が完了したのでｎ＜Ｎである。したがって、タイヤ径方向の位置を１だけ進め（ステップＳ２４）た後、ステップＳ１６に戻り、Ｒ成分画像とＢ成分画像のそれぞれについて、ｎ＝２の位置でタイヤ周方向（ｘ軸方向）に沿ってスキャンして、前記各画像の輝度データを求め、Ｒ成分画像の輝度分布波形とＢ成分画像の輝度分布波形を作成する。
ｎ＝Ｎの場合、すなわち、タイヤ径方向の最後の位置での凹凸検出が完了した場合には、ステップＳ２５に進んで、外観検査手段１６にて、当該タイヤ２０の外観検査を行う。
外観検査手段１６は、凹凸検出手段１５の記憶部１５Ｍから検出された凹凸のデータを読み出し、前記凹凸の数や大きさに基づいて、当該タイヤ２０が外観不良であるかどうかを検査する。本例では、サイドウォール部２１のベア２２の密度が予め設定した密度よりも高い場合には外観不良とし、サイドウォール部２１のベア２２の密度が予め設定した密度よりも低い場合には良品とした。
なお、前記凹凸の傾斜の度合いである表面傾斜角θが大きい凹凸の密度についても検査の判定基準に加えるようにしてもよい。

このように、本実施の形態によれば、タイヤ２０のサイドウォール部２１の上方に配置された、照射方向が検出対象面Ｓに対してそれぞれ±４５°になるように、赤色光を照射する第１の投光手段１１と青色光を照射する第２の投光手段１２から、前記サイドウォール部２１の検出対象面Ｓに赤色と青色のスリット光を照射し、その照射面を前記検出対象面Ｓに垂直に配置されたラインカメラ１３で撮影するとともに、この撮影した原画像からＲ成分画像とＢ成分画像の２枚の画像を作成してそれぞれの輝度分布波形を求め、前記輝度分布波形に基づいて、前記検出対象面Ｓに形成された深さが５ｍｍ以下の微小な凹凸を検出するようにしたので、従来は検出できなかった小さなベア２２についても検出することができる。したがって、タイヤ２０の外観検査の精度を向上させることができる。
また、前記第１の投光手段１１と前記第２の投光手段１２を用いて、互いに波長の異なるスリット光を、互いに異なる２つの方向から同時に照射して前記検出対象面Ｓの照射部を撮影することにより、１回の撮影で分離可能な２つの輝度分布波形を得ることができるようにしたので、微小な凹凸の検出を容易に行うことができる。
このとき、前記検出対象面Ｓへの前記第１の投光手段１１からの照射光の入射方向と、前記第２の投光手段１２からの照射光の入射方向と、前記波長の照射光の強さの比と、前記波長の異なる反射像の輝度の比とを用いて、前記検出対象面Ｓの凹凸の傾斜の度合いを示す表面傾斜角θを算出するようにすれば、汚れや色むらなどのノイズを取り除くことができるので、微小な凹凸の検出を確実に行うことができる。

なお、前記実施の形態では、投光手段を第１の投光手段１１と第２の投光手段１２の２つとしたが、投光手段を３つ以上設けてもよい。この場合にも、各投光手段は、互いに波長の異なるスリット光を、互いに異なる方向から被検体の検出対象面に照射することはいうまでもない。
また、前記例では、第１の投光手段１１を赤色光、第２の投光手段１２を青色光としたが、これに限るものではなく、照射光の波長が互いに異なっていればよい。但し、２つの照射光の波長の差が小さいと、画像処理手段１４での分離が難しく、分離後の輝度値の誤差が大きくなるので、本例のように、赤色光と青色光とを用いることが好ましい。
また、前記例では、ラインカメラ１３と第１の投光手段１１と第２の投光手段１２とを同一平面内に配置するとともに、第１の投光手段１１と第２の投光手段１２とをラインカメラ１３の撮影方向に対して対称な位置に配置したが、ラインカメラ１３と第１の投光手段１１と第２の投光手段１２とは必ずしもこのような配置である必要はない。但し、ラインカメラ１３と第１の投光手段１１と第２の投光手段１２とを本例のように配置すれば、凹凸に前後もしくは左右からスリット光を照射した反射像が得られるので、凹凸の検出精度を更に向上させることができる。
また、前記例では、第１の投光手段１１の照射光の入射方向を４５°とし、第２の投光手段１２の照射光の入射方向を−４５°としたが、前記入射方向は３０°〜６０°の範囲であれば、十分に２つの輝度分布波形を区別することができる。なお、入射方向が３０°未満であると、サイドウォール部２１に形成された文字や数字などのタイヤ表示による陰のため微小な凹凸が検出しにくくなる恐れがある。一方、入射方向が６０°を超えると、反射光の角度が垂直に近い角度になるので、小さな凹凸の検出が困難となる。
また、前記例では、タイヤ２０のサイドウォール部２１に発生したベア２２を検出する場合について説明したが、これに限るものではなく、タイヤトレッド部などのタイヤ２０の他の部分の微小な凹凸についても検出可能である。また、本発明はタイヤ２０に限らず、トレッドゴムなどのゴム部品や、樹脂成型品など、製造工程でその表面に微小な凹凸の発生がみられる可能性がある部品や製品の外観検査にも適用可能である。

また、本例のように、前記第１の投光手段１１と前記第２の投光手段１２を用いて、互いに波長の異なるスリット光を、互いに異なる２つの方向から同時に照射して前記検出対象面Ｓの照射部を撮影すれば、１回の撮影で分離可能な２つの輝度分布波形を得ることができるが、第１及び第２の投光手段１１，１２を単色光もしくは白色光とし、同じ箇所を２回撮影しても、分離可能な２つの輝度分布波形を得ることができる。この場合、１回目には第１の投光手段１１からのみスリット光を照射し、２回目には第２の投光手段１２からのみスリット光を照射する。そして、前記１回目の撮影で得られた画像から求めた輝度分布波形と２回目の撮影で得られた画像から求めた輝度分布波形とを比較すればよい。なお、前記の２回撮影の場合、投光手段を１つだけにして、１回目の撮影では投光手段１１の位置を前記第１の投光手段の位置とし、２回目の撮影では投光手段の位置を前記第２の投光手段１２の位置に移動させて撮影するようにしてもよい。但し、これら単色光もしくは白色光を用いる場合には、例えば、タイヤ表示の文字の一片を基準線とするなどして、１回目の撮影で得られた画像と２回目の撮影で得られた画像との位置合わせを行う必要があるので、本例のように、互いに波長の異なるスリット光を用いることが好ましい。

本発明によれば、被検体表面の比較的深さの浅い凹凸についても検出することができるので、被検体の外観検査の精度を向上させることができる。

本発明の範囲および精神から逸脱することなく、種々の修正および変更が本発明においてなされ得ることは、当業者らにより認識されるべきである。例えば、ここに記述された特定の構成部材は、あらゆる種類の形状または形態を採用することができる。加えて、部品間の相対的な運動は、あらゆる種類の構造体および装置によって提供できる。本発明は添付した特許請求の範囲およびその均等物の範囲内にあるような修正および変更を有することが意図されている。

１０ タイヤ外観検査装置、１１ 第１の投光手段、
１２ 第２の投光手段、１３ ラインカメラ、１４ 画像処理手段、
１５ 凹凸検出手段、１５ａ 輝度分布波形算出部、
１５ｂ ピーク間隔算出部、１５ｃ 表面傾斜角算出部、１５ｄ 判定部、
１５Ｍ 記憶部、１６ 外観検査手段、
２０ タイヤ、２１ サイドウォール部、２２ ベア、
２２ａ，２２ｂ ベアの内壁、２４ 凹凸、
３１ モータ、３２ 回転テーブル、３３ モータ制御手段、
３４ 回転角検出手段。

Claims (6)

1. 投光手段及び撮影手段に対して被検体を相対的に移動させながら、互いに異なる２つの方向から同時に、互いに波長の異なるスリット光を前記被検体の検出対象面に照射し、前記スリット光を照射した部分の反射像を前記撮影手段にて撮影する撮影ステップと、
   前記反射像を画像処理して各波長毎の反射像に分離し、前記分離した反射像毎の輝度分布波形を求め、前記各輝度分布波形に基づき、前記被検体の表面の凹凸を検出する検出ステップ、とを備える、被検体の凹凸検出方法であって、
   前記検出ステップでは、
   前記被検体の検出対象面への前記２つのスリット光の入射方向と、前記波長の異なる２つのスリット光の強さの比と、前記各輝度分布波形から求められた各波長毎の反射像の輝度の比とを用いて、前記被検体の検出対象面の凹凸の傾斜の度合いを算出した後、前記算出された傾斜の度合いと予め設定された閾値とを比較して前記被検体の表面の凹凸を検出することを特徴とする被検体の凹凸検出方法。
2. 被検体の検出対象面にスリット光を照射する投光手段と、前記スリット光の照射部を撮影する撮影手段と、前記投光手段及び撮影手段と前記被検体とを相対的に移動させる手段と、前記撮影手段で撮影したスリット像の輝度に基づいて前記被検体の表面の凹凸を検出する凹凸検出手段とを備えた被検体の凹凸検出装置であって、
   前記投光手段は、互いに異なる２つの方向から、互いに波長の異なるスリット光を前記被検体の検出対象面にそれぞれ照射する第１及び第２の照射部を備えており、
   前記撮影手段は、前記第１及び第２の照射部からのスリット光の反射像を撮影し、
   前記凹凸検出手段は、前記反射像を画像処理して各波長毎の反射像に分離し、前記各波長毎の輝度分布波形を求めるとともに、前記各波長毎に求めた輝度分布波形に基づいて、前記被検体の検出対象面の凹凸の傾斜の度合いを算出する傾斜度合い算出手段と、前記算出された傾斜の度合いと予め設定された閾値とを比較して検出対象面の凹凸を検出する検出手段とを備え、
   前記傾斜度合い算出手段は、前記被検体の検出対象面への前記２つのスリット光の入射方向と、前記波長の異なる２つのスリット光の強さの比と、前記各輝度分布波形から求められた各波長毎の反射像の輝度の比とを用いて、前記被検体の検出対象面の凹凸の傾斜の度合いを算出することを特徴とする被検体の凹凸検出装置。
3. 前記撮影手段は、前記第１及び第２の照射部と同一平面内にあり、かつ、前記第１の照射部と前記第２の照射部との間に設置されて、前記第１及び第２の照射部からのスリット光の反射像を撮影することを特徴とする請求項２に記載の被検体の凹凸検出装置。
4. 前記撮影手段は被検体の検出対象面に垂直な方向に設置されており、前記第１及び第２の照射部は、前記撮影手段と前記被検体の移動方向との作る平面内にあり、かつ、前記撮影手段の撮影方向に対して対称の位置に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の被検体の凹凸検出装置。
5. 前記第１及び第２の照射部の照射方向を、前記検出対象面に対してそれぞれ３０°〜６０°の範囲としたことを特徴とする請求項４に記載の被検体の凹凸検出装置。
6. 前記第１及び第２の照射部のうち一方の照射部からのスリット光を青色光とし、他方の照射部からのスリット光を赤色光としたことを特徴とする請求項２〜請求項５のいずれかに記載の被検体の凹凸検出装置。

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