JP5681189B2 - タイヤ外形計測データの補正方法、及びタイヤ外観検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、タイヤ外観の良否を判定するためのタイヤ外形計測データの補正方法、及びタイヤ外観検査装置に関する。

従来、タイヤ形状の良否判定を行う際には、タイヤの内周部を構成する円環状金属部品（リム）に外周部を構成するタイヤ本体部分であるゴム素材部を取り付け、その内部に空気を充填した後に、例えばタイヤ側面部（サイドウォール）の外観形状の把握と良否判定を行っている。
このタイヤ外観形状を把握する方法として、光切断法と称される３次元形状計測手法を用いる方法（特許文献１参照）や、光学変位センサを用いる方法（特許文献２参照）が知られている。

ここで、光切断法は、シリンドリカルレンズ等により直線状に集束した光（ライン光）を、タイヤの径方向に沿ってタイヤ表面（例えばサイドウォール）に照射し、そのタイヤ表面におけるライン光の形状をカメラ等により撮影して、得られた撮影画像から、三角測量の原理により光照射部分（直線部分）のタイヤの表面形状を計測する方法である。この方法を用い、例えば、タイヤを回転させつつ一定の回転角度間隔で上記の計測を行えば、タイヤ全周のサイドウォール形状を把握することができる。

一方、光学変位センサは、レーザ等の出射光をスポット状（点状）に集束してタイヤ表面に照射し、その反射光をＣＣＤ等のリニアイメージセンサで受光して、反射光の位置の変化から光照射部分（点状部分）のタイヤ表面の高さを計測するものである。このように、光学変位センサは光を照射した点状部分の高さのみを計測するものであるため、サイドウォールの表面形状を計測する際には、例えば複数の光学変位センサをタイヤの径方向に並べて使用し、光切断法の場合と同様に、タイヤを回転させつつ一定の回転角度間隔で計測を行うことで、タイヤ全周のサイドウォール形状を把握する。

しかしながら、上記従来の方法では、タイヤ外観形状の計測データ（以下、「タイヤ外形計測データ」と称する。）を取得した後は、撓みによる外形歪みの補正は行われないことから、撓みを生じたタイヤについてその外形を正しく検査することができない。
このため、上記従来の方法でタイヤ外観形状の測定を行うときは、タイヤ本体をリムに組み込んで空気を充填し、内圧を高めてタイヤに撓みが生じない状態にしなければならず、したがって計測のための準備時間が長くなり、生産性が低下するという問題がある。

特開２０１０−１４６９８号公報 特開平２−４２３０６号公報

本発明は、上記従来の問題に鑑みなされたものであって、その目的は、タイヤ外形計測データに対し撓みに起因する外形歪みの補正を行うことで、撓みのあるタイヤについても、準備作業を要することなくまた生産性を低下させることなく外観検査を正しく行えるようにすることである。

（１）本発明は、タイヤ外観検査装置におけるタイヤ外形計測データの補正方法であって、タイヤの径方向に沿うサイドウォールの表面形状を、タイヤの回転中心を中心とする所定の回転角度毎に計測する工程と、前記計測する工程において計測した前記各表面形状について、前記各表面形状のショルダー側の端部とリム側の端部との間の距離を所定の比率で分割した区間ごとに、前記各表面形状を直線で近似して近似直線を算出する工程と、前記近似直線を算出する工程において算出される近似直線の水平方向の傾き角度が、前記区間毎に定められた所定の角度と一致するように、前記計測する工程において計測された前記区間毎の表面形状のデータを回転させる工程と、を有することを特徴とする。
（２）本発明は、（１）に記載されたタイヤ外形計測データの補正方法において、前記区間毎に定められた所定の角度は、前記算出する工程において算出された近似直線の傾き角度の、前記区間毎の平均値であることを特徴とする。
（３）本発明は、（１）又は（２）に記載されたタイヤ外形計測データの補正方法において、前記近似直線を算出する工程において算出される近似直線は、前記計測する工程において計測された前記表面形状のデータに基づいて、最小二乗法により算出されることを特徴とする。
（４）本発明は、（１）ないし（３）のいずれかに記載されたタイヤ外形計測データの補正方法において、前記計測する工程では、前記表面形状を光切断法により計測することを特徴とする。
（５）本発明は、（１）ないし（４）のいずれかに記載されたタイヤ外形計測データの補正方法において、前記計測する工程では、前記表面形状を、タイヤの全周に亘って計測することを特徴とする。
（６）本発明は、タイヤの径方向に沿うサイドウォールの表面形状を、タイヤの中心の回りで所定の回転角度毎に計測する形状計測手段と、前記形状計測手段が計測した前記各表面形状について、前記各表面形状のショルダー側の端部とリム側の端部との間の距離を所定の比率で分割した区間ごとに、前記各表面形状を直線で近似して近似直線を算出する直線近似手段と、前記直線近似手段が算出した近似直線の水平方向の傾き角度が、前記区間毎に定められた所定の角度と一致するように、前記形状計測手段が計測した表面形状のデータを前記区間毎に回転処理する回転処理手段と、を有することを特徴とするタイヤ外観検査装置である。
（７）本発明は、（６）に記載されたタイヤ外観検査装置において、タイヤを横置きする載置台と、前記載置台の回転駆動手段を備えたタイヤ回転部を有することを特徴とする。

本発明によれば、タイヤ外形計測データに対し撓みに起因する外形歪みの補正を行うことにより、撓みのあるタイヤについて外観検査を、準備作業を要することなくまた生産性を低下させることなく正しく行うことができる。

本発明の一実施形態に係るタイヤ外観検査装置の構成を示すブロック図である。 本タイヤ外観検査装置の画像処理部の構成を示すブロック図である。 本タイヤ外観検査装置のセンサ部の構成を示す図である。 本タイヤ外観検査装置のセンサ部が撮影するサイドウォール画像の例である。 本タイヤ外観検査装置の動作手順を示すフロー図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るタイヤ外観検査装置の構成を示すブロック図である。
本タイヤ外観検査装置１は、例えばステッピングモータにより検査対象であるタイヤＴを回転させるためのタイヤ回転部２と、タイヤＴにライン光を照射すると共にそのライン光の像を撮影するセンサ部３と、タイヤ回転部２の回転角度を検出するための回転角度検出部４と、センサ部３により撮影されたライン光画像の処理等を行うための画像処理部５を有している。
タイヤ回転部２は、タイヤＴを横置き載置する円板状のタイヤ載置台２１と、タイヤ載置台２１の下端に一体に取り付けられ、内蔵された図示しないステッピングモータによりタイヤ載置台２１を回転駆動する回転駆動部２２とから成っている。

図２は、本タイヤ外観検査装置１の画像処理部５の構成を示すブロック図である。画像処理部５は、センサ部３等との間でデータ通信を行うための通信部である入出力インタフェース部５１と、画像データを処理する処理部５２を有しており、処理部５２は、回転角度検出部４により回転角度を検出しつつタイヤ回転部２に動作信号を与えてタイヤＴを回転するタイヤ回転手段５２１と、所定の回転角度ごとにセンサ部３によりライン光の画像データを取得してサイドウォールの形状を計測する形状計測手段５２２と、形状計測手段５２２が計測したサイドウォールの形状を表すデータ（サイドウォール計測データ）を記憶する計測データ記憶手段５２３と、それぞれのサイドウォール計測データを所定の比率で複数の区間に分割すると共に、各区間毎にサイドウォール計測データの近似直線を算出する直線近似手段５２４と、各区間毎にサイドウォール計測データを後述する回転処理を行う回転処理手段５２５と、サイドウォール計測データに基づいてタイヤＴの外観形状の良否を判定する良否判定手段５２６と、を有している。

ここに、処理部５２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、プログラムが書き込まれたＲＯＭ（Read Only Memory）、データの一時記憶のためのＲＡＭ（Random Access Memory）等を有するコンピュータであり、上記計測データ記憶手段５２３は例えば上記ＲＡＭであり、処理部５２が有する上記計測データ記憶手段５２３以外の上記の各手段は、プログラムによりＣＰＵを含むコンピュータで実現される機能実現手段である。なお、コンピュータ・プログラムは、任意の記憶媒体に記憶させておくことができる。

図３は、本タイヤ外観検査装置１のセンサ部３の構成を示す図である。センサ部３は、例えば半導体レーザの出射光をシリンドリカルレンズ等により集束してライン光を出力する光源部３１と、光源部３１から出力されタイヤＴ表面で反射したライン光を撮影するカメラ部３２とを有している。カメラ部３２は、例えば、ＣＣＤ等の撮像素子と、タイヤＴ表面で反射したライン光を撮像素子に結像させる球面レンズにより構成することができる。上記のように、光源部３１はライン光を出力するため、形状計測手段５２２はセンサ部３から画像データに基づいて、光切断法によりサイドウォールの形状を計測することができる。

センサ部３が撮影したサイドウォールの画像（サイドウォール画像）は形状計測手段５２２に送られ、形状計測手段５２２は、サイドウォール画像に基づいて、その撮影位置におけるサイドウォール表面の形状を表す曲線データ（一連の２次元座標）を、サイドウォール計測データとして出力する。

図４は、センサ部３が撮影するサイドウォール画像の例である。右端がショルダー側のサイドウォールの端（ショルダー端）、左端がリム側のサイドウォールの端（リム端）である。通常は、そのほぼ中央に最も盛り上がった部分（以下、「頂上部」）が存在し、リム端又はショルダー端に向かって徐々に低くなる。ここで、リム端と頂上部との高低差をＨ、ショルダー端と頂上部との高低差をｈとすれば、タイヤＴがリムに組まれておらず、撓みを生じているときは、Ｈ及びｈは、タイヤＴ回転方向に沿ってサイドウォール計測データ毎に変化する。そして、Ｈの変化量（ΔＨとする）はリム端における撓みの幅、ｈの変化量（Δｈとする）は、ショルダー端における撓みの幅にそれぞれ相当する。

上記に示したタイヤ外観検査装置１は、概ね以下のように動作する。
まず、ユーザがタイヤ外観検査装置１の電源を投入すると、画像処理部５は、タイヤ回転手段５２１及び形状計測手段５２２により、タイヤＴを回転させつつ一定の回転角度毎にサイドウォール画像を取得し、そのサイドウォール画像に基づいてサイドウォール計測データを生成する。次に、画像処理部５は、各サイドウォール計測データについて、直線近似手段５２４により、リム端とショルダー端との間を所定の比率で分割すると共に分割後のサイドウォール計測データを区間毎に直線で近似する。

さらに、画像処理部５は、回転処理手段５２５により、区間毎に近似直線の水平方向の傾き角が所定の角度となるように各区間のサイドウォール計測データを回転処理する。ここで回転処理は、具体的には、例えば線形代数等で用いられる回転行列式を使用するものであってそれ自体周知であるが、ある支点（回転中心）を定め、データを当該支点を中心に回転させることである。ここで支点は、内圧を充填しない場合においても、タイヤ周上でたわみの発生しない場所であればどこに定めてもよく、例えばリムライン等でもよい。なお、この回転処理により、たわみにより相対的に暗く見えた箇所は明るく映るようになるという利点がある。
この回転処理により、リム端と頂上部との高低差Ｈ、及びショルダー端と頂上部との高低差ｈは、すべてのサイドウォール画像を通じてほぼ一定の値となり、リム端及びショルダー端の撓みの幅に相当するΔＨ及びΔｈがほぼゼロとなって、サイドウォール計測データにおけるリム端及びショルダー端の撓みが補正される。

次に、本実施形態の動作手順を、図５のフロー図に従って説明する。
（１）ユーザが電源を投入等してタイヤ外観検査装置１の動作を開始させると（Ｓ１０１）、まず、画像処理部５のタイヤ回転手段５２１は、タイヤ回転部２によりタイヤＴを所定の回転位置に初期設定する（Ｓ１０２）。
（２）タイヤ回転手段５２１は、回転角度検出部４によりタイヤＴの回転角度を測定しながら、タイヤ回転部２により、タイヤＴを所定角度だけ回転させる（Ｓ１０３）。続いて、形状計測手段５２２は、サイドウォール画像をセンサ部３により取得した後、そのサイドウォール画像に基づいてサイドウォールの形状を表す計測データ（サイドウォール計測データ）を生成して、その計測データを例えばＲＡＭである計測データ記憶手段５２３に記憶する（Ｓ１０４）。

（３）タイヤＴの全周についてサイドウォール計測データを記憶したか否かを判定し（Ｓ１０５）、タイヤ全周について記憶していれば（Ｓ１０５、Ｙｅｓ）、ステップＳ１０６に進み、タイヤ全周について記憶していなければ（Ｓ１０５、Ｎｏ）、ステップＳ１０３に戻って上記の動作を繰り返す。これにより、サイドウォール計測データを、タイヤ全周に亘って一定の角度間隔で生成して記憶することができる。この、タイヤ全周に亘って生成されたサイドウォール計測データの全体が、タイヤＴ全体の外観形状を表すタイヤ外形計測データとなる。

（４）直線近似手段５２４は、計測データ記憶手段５２３に記憶されたサイドウォール計測データを一つ読み出す（Ｓ１０６）。次に、リム端とショルダー端との間の距離を所定の比率（例えば１：１）で分割して２つの区間とし（Ｓ１０７）、各区間についてサイドウォール計測データを直線で近似して、その近似直線を算出する（Ｓ１０８）。ここで、分割される区間の数は、必ずしも２である必要はなく、それ以上の数としてもよい。また、近似直線の算出方法としては、例えば最小二乗法を用いることができる。

（５）回転処理手段５２５は、ステップＳ１０８で算出した各区間の近似直線について水平方向に対する傾き角度を算出し（Ｓ１０９）、この傾き角度が、区間毎に予め定めた所定の角度と一致するように、サイドウォール計測データを区間ごとに回転処理して（Ｓ１１０）、回転処理後のサイドウォール計測データを計測データ記憶手段５２３に記憶する（Ｓ１１１）。ここで、区間毎に予め定めた所定の角度として、例えば、区間毎の近似直線の傾き角度の平均値とすることもできるし、空気を充填したときのタイヤにおける任意の所定値とすることもできる。また、ステップＳ１１０で行う回転処理の際の回転中心は任意に選ぶことができ、例えば、サイドウォール計測データ上の区間の境界点を回転中心とすれば、回転処理後のサイドウォール計測データは区間境界点で連続することとなるので、後に行うステップＳ１１３の外観形状の良否判定が簡便になる。

（６）計測データ記憶手段５２３に記憶されている全てのサイドウォール計測データについて処理を完了したか否かを判定し（Ｓ１１２）、完了しているときは（Ｓ１１２、Ｙｅｓ）、良否判定手段５２６が計測データ記憶手段５２３から一連のサイドウォール計測データを読み出して外観形状の良否を判定する（Ｓ１１３）。
（７）一方、全てのサイドウォール計測データについて処理を完了していないときは（Ｓ１１２、Ｎｏ）、ステップＳ１０６に戻って、次のサイドウォール計測データについて同様の処理を繰り返す。

ここで、上記のステップＳ１１３における外観形状の良否判定は、上述の区間毎に行うこともできるし、各区間のサイドウォール計測データが連続していないときは、各区間のサイドウォール計測データを平行移動させて分割点で接続すれば、サイドウォール全体として良否判定を行うこともできる。また、良否判定結果は、例えば、表示装置等を設けてユーザに通知することができる。なお、外観形状の良否判定は、例えば、サイドウォール計測データと予め定められた基準形状データとの差分が所定値以内であるか否か等を基準として、行うことができる。

以上説明したように、本実施形態では、一定角度間隔で撮影したサイドウォール計測データのそれぞれについて、リム端とショルダー端との間を所定の比率で分割し、分割後の各区間のサイドウォール計測データを直線で近似するとともに、その近似直線の水平方向の傾き角が所定の角度となるように各区間のサイドウォール計測データを回転処理する。
これにより、リム端と頂上部との高低差Ｈ、及びショルダー端と頂上部との高低差ｈは、すべてのサイドウォール計測データを通じてほぼ一定の値となり、リム端及びショルダー端の撓みの幅に相当するΔＨ及びΔｈがほぼゼロとなって、一連のサイドウォール計測データ（すなわちタイヤ外形計測データ）からリム端及びショルダー端における撓みを補正することができる。

なお、上記実施形態では、タイヤＴを回転させてセンサ部３でタイヤ外観を検査するものとして説明したが、本発明は、必ずしも上記構成に限定されず、タイヤは横置きした状態で載置台上に載置し、そのタイヤの中心の回りでセンサ部３を任意の回転駆動機構を利用して回転させる構成としてもよい。
この場合における他の構成及び工程は上記実施形態と変わらず、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

１・・・タイヤ外観検査装置、２・・・タイヤ回転部、３・・・センサ部、４・・・回転角度検出部、５・・・画像処理部、２１・・・タイヤ載置台、２２・・・回転駆動部、３１・・・光源部、３２・・・カメラ部、５１・・・入出力インタフェース部、５２・・・処理部、５２１・・・タイヤ回転手段、５２２・・・形状計測手段、５２３・・・計測データ記憶手段、５２４・・・直線近似手段、５２５・・・回転処理手段、５２６・・・良否判定手段。

Claims (7)

1. タイヤ外観検査装置におけるタイヤ外形計測データの補正方法であって、
   タイヤの径方向に沿うサイドウォールの表面形状を、タイヤの回転中心を中心とする所定の回転角度毎に計測する工程と、
   前記計測する工程において計測した前記各表面形状について、前記各表面形状のショルダー側の端部とリム側の端部との間の距離を所定の比率で分割した区間ごとに、前記各表面形状を直線で近似して近似直線を算出する工程と、
   前記近似直線を算出する工程において算出される近似直線の水平方向の傾き角度が、前記区間毎に定められた所定の角度と一致するように、前記計測する工程において計測された前記区間毎の表面形状のデータを回転させる工程と、
   を有することを特徴とするタイヤ外形計測データの補正方法。
2. 請求項１に記載されたタイヤ外形計測データの補正方法において、
   前記区間毎に定められた所定の角度は、前記算出する工程において算出された近似直線の傾き角度の、前記区間毎の平均値であることを特徴とするタイヤ外形計測データの補正方法。
3. 請求項１又は２に記載されたタイヤ外形計測データの補正方法において、
   前記近似直線を算出する工程において算出される近似直線は、前記計測する工程において計測された前記表面形状のデータに基づいて、最小二乗法により算出されることを特徴とするタイヤ外形計測データの補正方法。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載されたタイヤ外形計測データの補正方法において、
   前記計測する工程では、前記表面形状を光切断法により計測することを特徴とするタイヤ外形計測データの補正方法。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載されたタイヤ外形計測データの補正方法において、
   前記計測する工程では、前記表面形状を、タイヤの全周に亘って計測することを特徴とするタイヤ外形計測データの補正方法。
6. タイヤの径方向に沿うサイドウォールの表面形状を、タイヤの中心の回りで所定の回転角度毎に計測する形状計測手段と、
   前記形状計測手段が計測した前記各表面形状について、前記各表面形状のショルダー側の端部とリム側の端部との間の距離を所定の比率で分割した区間ごとに、前記各表面形状を直線で近似して近似直線を算出する直線近似手段と、
   前記直線近似手段が算出した近似直線の水平方向の傾き角度が、前記区間毎に定められた所定の角度と一致するように、前記形状計測手段が計測した表面形状のデータを前記区間毎に回転処理する回転処理手段と、
   を有することを特徴とするタイヤ外観検査装置。
7. 請求項６に記載されたタイヤ外観検査装置において、
   タイヤを横置きする載置台と、前記載置台の回転駆動手段を備えたタイヤ回転部を有することを特徴とするタイヤ外観検査装置。

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