JP5781481B2 - タイヤ形状検査方法、及びタイヤ形状検査装置 - Google Patents
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Description
従って、タイヤの製造段階でランナウトの発生を防止すると共に、製造されたタイヤに対して接地面のランナウトを検査する。この検査で、大きなランナウトが生じていると判断されたタイヤは、出荷対象から除外される。
例えば、特許文献1には、表面に凹凸部を有する被検体の外形状を計測するための装置であって、前記被検体の所定の測定部位を走査する光学式変位計と、該光学式変位計の出力信号を受けて、該出力信号から、前記凹凸部に対応させて予め定められた信号パターン成分を除去する信号補正手段と、該信号補正手段により補正された信号に基づき所定の形状計測を行う計測手段とを備えた形状計測装置が開示されている。
そのタイヤ形状検出装置においてサンプリングデータ中で除去すべき信号パターン成分を精度良く決定するためには、信号パターンの傾きに基づくパラメータ値を適切に設定しなければならない。ところが、特許文献1で用いられるパラメータは数種類存在するので、複数のパラメータをタイヤの種類毎に異なる凹凸形状に対して適切に設定するのは煩雑な作業であり、必ずしも良好な検出結果は得られない。
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、再現性の高い計測結果を容易に得ることができるタイヤ形状検査方法、及びタイヤ形状検査装置を提供することを目的とする。
本発明に係るタイヤ形状検査方法は、頂部に接地面を形成する凸状のブロックと前記凸
状のブロックに挟まれた凹状の溝とで構成されたトレッド面の高さデータを検出することで、前記トレッド面の形状を検査するタイヤ形状検査方法であって、前記検出したトレッド面の高さデータから、前記高さデータの平均値を含む所定高さ範囲に含まれない高さデータを除去することで、前記接地面の高さ変化を取得する接地面取得工程と、前記接地面取得工程で取得した接地面の高さ変化において、前記接地面取得工程で高さデータが除去された部分を前記所定高さ範囲に含まれる高さで補間して、補間された接地面の高さ変化を取得する高さ変化補間工程と、前記補間された接地面の高さ変化における最高値と最低値の差を、前記トレッド面の形状を表すランナウト値として取得するランナウト値取得工程と、を具備することを特徴とする。
好ましくは、複数の前記検出ラインにて前記トレッド面の高さデータを検出し、検出したトレッド面の高さデータ毎に、前記接地面取得工程、高さ変化補間工程、及びランナウト値取得工程を繰り返すことで複数の前記ランナウト値を取得し、取得したランナウト値の再現性が最も高い検出ラインの位置を、検査対象となるタイヤの前記トレッド面の形状を表すランナウト値を取得する検出ラインの位置として決定するとよい。
また、前記接地面取得工程で用いる所定高さ範囲は、前記高さデータの分布の標準偏差を用いて設定されるとよい。
本発明の実施形態に係るタイヤ形状検査装置1は、回転するタイヤTの表面(タイヤ表面)に照射したスポット光の反射光を受光素子によって検出することで、タイヤ表面の高さの変位(高さ変位)を検出する。タイヤ形状検査装置1は、タイヤ表面のうちトレッド面及びサイドウォール面の全周にわたる高さを検出し、検出されたタイヤ表面の変位量(高さの変化量)を、タイヤ表面の形状を表すランナウト値として得る。このようにして得られたランナウト値によってタイヤ表面の形状が評価され、タイヤTの形状が検査される。
図2を参照して、検査対象であるタイヤTの構成を説明する。
図2は、タイヤTの外観形状を表す模式図であり、図2(a)はタイヤTのサイドウォール面を表し、図2(b)はタイヤTのトレッド面を表している。タイヤTは、路面に対して略垂直に立つ2つのサイドウォール面と、これら2つのサイドウォール面をつなぐトレッド面を有している。周知の通り、タイヤTの外周を取り囲むトレッド面は、タイヤ半径の径外方向に張り出するように湾曲した面であり、タイヤ半径の径外方向を向く頂部に接地面を形成する複数の凸状のブロック(凸状ブロック)Bと、これら複数の凸状ブロックBに挟まれた凹状溝とで構成されている。
上述のように、タイヤTのトレッド面は、接地面を有する複数の凸状ブロックBと、複数の凸状ブロックBの間や各ブロックB内に形成された複数の凹状溝とで構成される。図3は、トレッド面を正面から見たときの図であり、図3に示すトレッド面では、複数の凸状ブロックBの接地面の輪郭線と、凹状溝の輪郭線とが描かれている。
次に、タイヤ形状検査装置1は、検出したトレッド面の高さデータから、複数の凸状ブロックBにおける各接地面の高さの変動(以下、高さ変動又は高さ変化という)、言い換えれば、タイヤTの径外方向における接地面の高さ変動(周回方向に沿ったうねり)を取得する。タイヤ形状検査装置1では、このように取得された高さ変動の最高値と最低値の差から、タイヤTのトレッド面の形状を表す「ランナウト値Ro」が得られ、タイヤTの表面形状が評価される。
図1(a)に示すように、タイヤ形状検査装置1は、タイヤ回転機2、センサユニット3、エンコーダ4、画像処理装置5等を備えている。
タイヤ回転機2は、形状検査の対象であるタイヤTをその回転軸Rを中心に回転させる
回転装置であり、タイヤTを回転させるためのモータ等を備えている。タイヤ回転機2は、例えば60rpmの回転速度でタイヤTを回転させ、後述するセンサユニット3は、タイヤTの回転中に、タイヤTのトレッド面の周回方向全周にわたる高さデータとして、タイヤTの径外方向に沿ったトレッド面の高さを検出する。
図1(b)は、センサユニット3が備える機器の配置を模式的に表した図である。
図1(b)において、Y軸はトレッド面の高さ検出位置におけるトレッド面の幅方向、Z軸はトレッド面の高さ検出位置におけるトレッド面からの検出高さ方向(検出されるトレッド面の高さの方向)でありタイヤTの径方向に沿ってタイヤTの中心から外周へ向かう方向(径外方向)、X軸はY軸及びZ軸に直交する方向を表す。即ち、タイヤTのトレッド面の形状検出に用いられるセンサユニット3において、Y軸は、図1に示すタイヤTの回転軸Rに対して平行な座標軸であり、Z軸はタイヤTの回転軸Rに対する法線の方向を表す座標軸である。なお、タイヤTと各座標軸との対応関係は、カメラ6の支持の態様に応じて変わり得る。
スポット光照射手段7からのレーザ光によって、タイヤTのトレッド面に小径のスポット光が形成される。このスポット光は、トレッド面の幅方向における1点(所定位置)に設定されるとともに、タイヤTはタイヤ回転機2によって回転する。従って、タイヤTのトレッド面は、トレッド面上に形成されたスポット光よって、全周にわたって走査されることになる。
例えば、画像処理装置5は、エンコーダ4から60rpmで回転するタイヤTの所定の回転角度ごとに出力された検出信号を受信して、この検出信号の受信タイミングに合わせてカメラ6がスポット光を撮像するようにセンサユニット3を制御する。これにより、検出信号の受信タイミングに合った所定の撮像レートで、トレッド面上に形成されたスポット光が撮像される。
画像処理装置5は、入力された1ライン画像に対して三角測量法などの幾何学的な手法を適用することで、トレッド面上においてスポット光源からのレーザ光で走査された1ライン分の高さデータを検出する。
図4のグラフにおいて、横軸はトレッド面1周において、エンコーダ4から検出信号が出力された位置、すなわち撮像されたスポット光の位置を表しており、トレッド面1周(
360度)において、例えば1000点〜5000点程度の撮像位置でスポット光が撮像されている。また縦軸は、トレッド面の高さ[mm]を表している。つまり、図4に示すグラフは、各撮像位置での高さデータを直線でつないでトレッド面の走査ラインL1における高さデータとして示すものである。
図5は、図4に示すトレッド面の高さデータののうち丸印Mで囲んだ一部を拡大したグラフである。図5は、撮像位置2100から撮像位置2200までのトレッド面の高さデータを、拡大して表している。図5に示すグラフでは、各撮像位置における高さが点データとして示されると共に、各点データが直線で結ばれている。その結果、図5には、複数の山型の図形が描かれている。
この傾きは、凸状ブロックBの接地面からの反射光ではなく、凸状ブロックBの溝に面する側面からの反射光がカメラ6によって検出されたことによって、凸状ブロックBの接地面以外の低い位置での高さが検出されたことに起因すると考えられる。この凸状ブロックBの側面の高さ以外にも、接地面よりも高いスピューやバリなどの高さが検出されていることもある。つまり、図4及び図5に示すトレッド面の高さデータには、接地面以外の部分の高さが含まれている。
具体的には、図4に示す走査ラインL1におけるトレッド面の高さデータの平均値AVと、トレッド面の高さデータの分布の特性である分散σ2又は標準偏差σとを用いて、接地面の高さ変化の範囲である所定高さ範囲を設定する。本実施形態では、検出したトレッド面の高さデータの平均値AVを中心とした高さデータの標準偏差σの所定倍の幅を有する所定高さ範囲を設定し、平均値AVと標準偏差σとを用いて、例えば、「平均値AV±σ」〜「平均値AV±3σ」程度の高さ範囲とする。
その結果、図5に示すトレッド面の高さデータから、図6のグラフに三角印で強調表示された高さデータに示すように、所定高さ範囲に含まれる接地面の高さデータが抽出(取得)される。
具体的には、抽出した各高さデータに対して、隣り合う高さデータを直線で結ぶ。このとき、隣り合う高さデータを結ぶ直線は、平均値AVと標準偏差σで規定した所定高さ範囲に含まれる高さデータを示すものであり、同時に、接地面取得工程で所定高さ範囲に含まれないとして除去された高さデータを直線補間するものである。
図7は、図4に示したトレッド面の高さデータに、高さ変化取得工程で得られた走査ラ
インL1における接地面の高さ変化を表す曲線を重ねたグラフを示している。図7に示すように、上述の接地面取得工程と高さ変化取得工程とを経て得られた接地面の高さ変化を表す曲線は、タイヤTの接地面の高さ変化を表しているといえる。
また、走査ラインL1における局所的な接地面の高さ変化を評価して、タイヤTの転がり抵抗を増加させる原因となるトレッド面の突出部や陥没部などを検出することができる。具体的には、高さ変化取得工程で得られた平滑化前のトレッド面の高さ変化を、例えば20次〜100次程度のローパスフィルタを用いて平滑化し、平滑化された接地面の高さ変化に対して矩形窓などの窓関数をかける。平滑化された接地面の高さ変化において、タイヤTの回転角度にして7度分に対応する波形に対して例えば矩形窓などの窓関数を掛けることで、走査ラインL1における局所的なランナウト値であるBulge/Dent値を取得し、接地面の局所的な高さ変化を評価することができる。
以上に説明した工程を経ることによって、走査ラインL1におけるトレッド面のランナウト値及びBulge/Dent値を取得したが、走査ラインL1においてトレッド面の高さデータを複数回取得した場合、図4に示すトレッド面の高さデータと同一の結果が毎回得られるとは限らない。理想的には、タイヤ形状検査装置1において、毎回必ず同一の結果が得られる走査ラインにおいてランナウト値及びBulge/Dent値を取得することが望まれる。
図8は、トレッド面の幅方向に約200本ほどの走査ラインを設定し、各走査ラインでそれぞれ10回ずつ高さ変化を取得したときの測定結果の再現性を表わすグラフである。図8のグラフは、各走査ラインの10回分の高さデータにおける標準偏差σの変動幅を示している。つまり、標準偏差σの変動幅が大きい走査ラインは測定結果の再現性が低いので、ランナウト値及びBulge/Dent値の取得及び評価には適していない。
図8のグラフをさらに検証すると、凸状ブロックの端部(エッジ)を通過する走査ラインでは、標準偏差σの変動幅が大きく測定結果の再現性が低い。特に、凸状ブロックのエッジが走査ラインと平行に近くなっている場合、その走査ラインでの測定結果の再現性は非常に低くなっている。
成されたマスク画像でマスクすることで、凸状ブロックの境界線部分をマスクする。このマスクされたトレッド面のエリア画像全体に対して、平均値AV及び標準偏差σによる所定高さ範囲を用いた接地面取得工程を適用し、接地面の高さ変化を検出する。以下、検出された接地面の高さ変化に対して、上述の高さ変化補間工程及びランナウト値取得工程を適用することで、上述の1本の走査ライン上におけるランナウト値及びBulge/Dent値ではなく、トレッド面全体におけるランナウト値及びBulge/Dent値の取得することができる。
ところで、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、動作条件や測定条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
2 タイヤ回転機
3 センサユニット
4 エンコーダ
5 画像処理装置
6 撮像カメラ
7 スポット光照射手段
8 カメラレンズ
9 撮像素子
Claims (7)
- 頂部に接地面を形成する凸状のブロックと前記凸状のブロックに挟まれた凹状の溝とで構成されたトレッド面の高さデータを検出することで、前記トレッド面の形状を検査するタイヤ形状検査方法であって、
前記検出したトレッド面の高さデータから、前記高さデータの平均値を含む所定高さ範囲に含まれない高さデータを除去することで、前記接地面の高さ変化を取得する接地面取得工程と、
前記接地面取得工程で取得した接地面の高さ変化において、前記接地面取得工程で高さデータが除去された部分を前記所定高さ範囲に含まれる高さで補間して、補間された接地面の高さ変化を取得する高さ変化補間工程と、
前記補間されたトレッド面の高さ変化における最高値と最低値の差を、前記トレッド面の形状を表すランナウト値として取得するランナウト値取得工程と、
を具備することを特徴とするタイヤ形状検査方法。 - 前記トレッド面の高さデータを、前記タイヤの周方向に沿った検出ラインにて検出することを特徴とする請求項1に記載のタイヤ形状検査方法。
- 複数の前記検出ラインにて前記トレッド面の高さデータを検出し、
検出したトレッド面の高さデータ毎に、前記接地面取得工程、高さ変化補間工程、及びランナウト値取得工程を繰り返すことで複数の前記ランナウト値を取得し、取得したランナウト値の再現性が最も高い検出ラインの位置を、検査対象となるタイヤの前記トレッド面の形状を表すランナウト値を取得する検出ラインの位置として決定する
ことを特徴とする請求項2に記載のタイヤ形状検査方法。 - 前記トレッド面に照射されたシート光で形成された該トレッド面上のライン光を撮像し、撮像されたライン光に対して三角測量法を適用して前記トレッド面をエリア画像として取得し、得られたエリア画像において、前記凸状のブロックの輪郭である境界線を検出し、前記境界線の位置を示すマスク画像を生成するマスク画像生成工程を有し、
前記トレッド面の高さデータを、前記マスク画像生成工程で生成されたマスク画像によってマスクされた前記エリア画像から検出し、
検出したトレッド面の高さデータに、前記接地面取得工程、高さ変化補間工程、及びランナウト値取得工程を適用することで前記ランナウト値を取得する
ことを特徴とする請求項1に記載のタイヤ形状検査方法。 - 前記ランナウト値取得工程は、前記トレッド面の形状を表すランナウト値を取得するに際しては、ローパスフィルタを用いて平滑化された前記補間された高さ変化を用いることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のタイヤ形状検査方法。
- 前記接地面取得工程で用いる所定高さ範囲は、前記高さデータの分布の標準偏差を用いて設定されることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のタイヤ形状検査方法。
- 頂部に接地面を形成する凸状のブロックと前記凸状のブロックに挟まれた凹状の溝とで構成されたトレッド面の高さデータを検出することで、前記トレッド面の形状を検査するタイヤ形状検査装置であって、
前記検出したトレッド面の高さデータから、前記高さデータの平均値を含む所定高さ範囲に含まれない高さデータを除去することで、前記接地面の高さ変化を取得する接地面取得手段と、
前記接地面取得手段で取得した接地面の高さ変化において、前記接地面取得手段で高さデータが除去された部分を前記所定高さ範囲に含まれる高さで補間して、補間された接地
面の高さ変化を取得する高さ変化補間手段と、
前記補間された接地面の高さ変化における最高値と最低値の差を、前記トレッド面の形状を表すランナウト値として取得するランナウト値取得手段と、
を具備することを特徴とするタイヤ形状検査装置。
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