JP5782036B2

JP5782036B2 - 帯状部材の形状検出装置と２次元変位センサー

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Publication number: JP5782036B2
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Inventors: 伸也岩山
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Filing date: 2011-09-05
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Description

本発明は、例えば、カーカスプライ等の帯状部材の長さやジョイント量などの形状を検出する装置と、帯状部材の形状検出に用いられる２次元変位センサーに関するものである。

従来、帯状のタイヤ構成部材の長さを測定する装置としては、押出機から押し出され定尺状に切断されて搬送されるトレッド等の帯状ゴム部材の切断面間の隙間を一次元レーザーセンサーを用いて順次計測して帯状ゴム部材の長さを測定する帯状ゴム部材の測長装置が知られている。
一次元レーザーセンサーは、照射領域が所定のスポット径を有するレーザー光を切断傾斜角度方向から照射してその反射光を光電センサーなどの受光手段で検出するもので、測長装置側では、反射光の強度が帯状ゴム部材の隙間を照射したときに少なくなることを利用して隙間の位置を算出し、定尺状に切断された帯状ゴム部材の長さを測定する（例えば、特許文献１参照）。

ところで、前記帯状ゴム部材の測長装置では、変位センサーとして一次元レーザーセンサーを用いているので、帯状ゴム部材の幅方向の任意の位置での測長ができなかった。
そこで、この問題を解決するため、本出願人は、変位センサーとして、２次元変位センサーを用いることで、１台の変位センサーであっても、幅方向の広い範囲で、帯状部材の段差の位置（始端及び終端）を検出することができる帯状部材の測長装置を提案している（例えば、特許文献２参照）。
この測長装置は、具体的には、図７に示すように、ライン状のレーザー光を照射するレーザー光源８１ａと、ＣＣＤカメラを備えタイヤ構成部材８０表面で反射されたレーザー光の受光位置からタイヤ構成部材８０の変位量を計測する変位量計測手段８１ｂとを備えた２次元変位センサー８１により、所定の速度で回転する成型ドラム８２に貼り付けられたタイヤ構成部材８０に、タイヤ構成部材８０の長手方向に対して所定の角度傾斜したラインビームを照射するとともに、照射部からの反射光を受光してタイヤ構成部材８０の始端８０ａ及び終端８０ｂの位置を計測する。
前記特許文献２では、２台の２次元変位センサー８１，８１をタイヤ構成部材８０の幅方向の端部側にそれぞれ設置することで、タイヤ構成部材８０の始端８０ａ及び終端８０ｂの位置を全幅に亘って計測することができる。

特開２００３−２８６３０号公報ＷＯ２００６／０１９０７０Ａ１

ところで、ＣＣＤカメラなどの受光素子に入力される反射光としては、従来、散乱光が用いられているが、カーカスプライやベルトなどのようなトリート部材（コードをトリートゴムで被覆した部材）の表面には、内部にコードがある部分が凸部で内部にコードがない部分が凹部となるような凹凸が存在し、かつ、凹凸の谷部と傾斜部とに光沢があるため、全反射光の割合が多くなり、その結果、反射光の輝度が低下してしまっていた。
一方、トレッドなどのゴム部材の場合、面粗度が樹脂などに比較して粗いため表面に微小な凹凸は存在するものの、一般に表面には光沢のある部分は殆どない。すなわち、トレッドなどのゴム部材は上記のトリート部材に比較して反射光の強度は高いので、同一の２次元変位センサーでトリート部材とトレッドなどのゴム部材とを測定した場合、計測精度に違いが出てしまうといった問題点があった。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、タイヤ構成部材の種類によらず、帯状のタイヤ構成部材の表面の変位量を精度よく計測することのできる帯状部材の形状検出装置と、帯状部材の形状検出に好適に用いられる２次元変位センサーを提供することを目的とする。

本願発明者は、鋭意検討の結果、トリート部材では、図８（ａ）に示すように、入射角度がθ_T＝４５°〜６５°にてトリート部材４０Ｔ表面にレーザー光を入射させ、同一角度θ_Tで反射される全反射光をＣＣＤカメラなどの受光素子に結像させるような光学系を構築すれば最も良好な輝度が得られ、トリート部材以外の部材では、図８（ｂ）に示すように、入射角度が９０°（法線方向）にてトリート部材以外の部材４０Ｇの表面にレーザー光を入射させ、θ_G＝４５°方向の散乱光をＣＣＤカメラなどの受光素子に結像させるような光学系を構築すれば最も良好な輝度が得られ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、帯状部材の表面の変位量を計測するための２次元変位センサーであって、帯状部材の厚み方向と交差する方向から前記帯状部材の表面に入射する第１のレーザー光を照射する第１のレーザーと、前記帯状部材の厚み方向と平行な方向から前記帯状部材の表面に入射する第２のレーザー光を照射する第２のレーザーとを備えた照射手段と、前記帯状部材の表面からの反射光を受光する受光素子を有し、前記受光素子で検出した反射光の受光位置から前記帯状部材の表面の変位量を計測する変位量計測手段と、前記反射光を前記受光素子に結像させる光学素子と、前記第１のレーザーの照射光を反射して前記第１のレーザーの照射光を前記帯状部材の厚み方向と交差する方向から入射させるミラーと、前記第１のレーザーと前記ミラーとの間に、前記第１のレーザーの照射光を透過させるとともに、前記ミラーにより前記第１のレーザー方向に反射された前記第２のレーザーの反射光を反射するビームスプリッターと、前記第１のレーザーと前記第２のレーザーのいずれか一方のみを駆動・制御して、前記帯状部材の表面に入射するレーザー光を前記第１のレーザー光と前記第２のレーザー光のいずれか一方のみに切換える切換手段とを備え、前記受光素子は、前記帯状部材の表面に入射するレーザー光が前記第１のレーザー光である場合には、前記帯状部材の表面から反射される第１のレーザー光の全反射光を受光し、前記帯状部材の表面に入射するレーザー光が前記第２のレーザー光である場合には、前記帯状部材の表面から反射される第２のレーザー光の散乱光を受光することを特徴とするものである。
これにより、帯状部材の種類によらず、帯状部材の表面の変位量を精度よく計測することができる。したがって、本発明の２次元変位センサーにより帯状部材の切断面の位置を計測して帯状部材の長さを検出したり、帯状部材のジョイント量（バット・ジョイント、オーバーラップ・ジョイント）を検出したりできるので、帯状部材の形状を精度よく検出できる。
また、第１のレーザー光と第２のレーザー光とを確実に切換えて帯状部材の表面に照射できるので、帯状部材の表面の変位量の測定精度を向上させることができる。
また、第１のレーザーの照射光を反射して第１のレーザーからの照射光を帯状部材の厚み方向と交差する方向から入射させるミラーと、第１のレーザーの照射光を透過させるとともに、ミラーにより第１のレーザー方向に反射された第２のレーザーの反射光を反射するビームスプリッターとを備えたので、装置を簡素化することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の２次元変位センサーであって、前記照射手段が、ライン状のレーザー光を照射するレーザー光照射手段と、前記レーザー光照射手段から照射されたレーザー光を、前記第１のレーザー光と前記第２のレーザー光とに分離するビームスプリッターと、前記第１のレーザー光を反射して前記第１のレーザー光を前記帯状部材の厚み方向と交差する方向から入射させるミラーとを備えたことを特徴とする。
このような構成を採ることにより、１台のレーザー光照射手段（レーザー）を用いて帯状部材の表面の変位量を精度よく計測することができるので、装置を簡素化できる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の２次元変位センサーであって、前記照射手段が、前記第１のレーザー光を照射する第１のレーザーと、前記第２のレーザー光を照射する第２のレーザーとを備え、前記第１及び第２のレーザー光がライン状のレーザー光であり、前記切換手段が、前記第１のレーザーと前記第２のレーザーのいずれか一方のみを駆動・制御することを特徴とする。
これにより、第１のレーザー光と第２のレーザー光とを確実に切換えて帯状部材の表面に照射することができるので、帯状部材の表面の変位量の測定精度を向上させることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の２次元変位センサーであって、前記第２のレーザーに対して前記第１のレーザーと対象な位置に配置される第３のレーザーと、前記第３のレーザーの照射光を反射して前記第３のレーザーからの照射光を前記帯状部材の厚み方向と交差する方向から入射させる第２のミラーと、前記第３のレーザーと前記第２のミラーとの間に、前記第３のレーザーの照射光を透過させるとともに、前記第２のミラーにより前記第３のレーザー方向に反射された前記第１のレーザーの反射光を反射する第２のビームスプリッターとを更に備え、前記切換手段は、前記第１のレーザーを駆動・制御するときに前記第３のレーザーを駆動・制御することを特徴とする。
これにより、影ができた場合でも、第１のレーザーの反射光による画像と第３のレーザーの反射光による画像のいずれかの画像を用いれば、一方の画像には欠落部分がないので、帯状部材の表面の変位量を精度よく計測することができる。

また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の２次元変位センサーと、前記２次元変位センサーを、帯状部材に対して、帯状部材の長手方向に相対的に移動させる移動手段と、前記２次元変位センサーで計測された前記帯状部材の変位量に基づいて、前記帯状部材の形状を検出する形状検出手段とを備え、前記第１〜第３のレーザーは、前記帯状部材の表面に前記帯状部材の長手方向に対して傾斜した方向に延長するライン状のレーザー光をそれぞれ照射することを特徴とする。
これにより、帯状部材の種類によらず、帯状部材の長さやジョイント量などの形状を精度よく検出できる。
また、請求項３に記載の帯状部材の形状検出装置において、前記第１〜第３のレーザーのレーザー光を、それぞれ、パウエルレンズを通して出射するようにすれば、部材端部の輝度低下を防ぐことができるので計測精度を更に向上させることができる。
上記のパウエルレンズはガウス分布型の強度分布を有する入射光をほぼ均一な強度分布を有するレーザー光に変換するように設計されたレンズで、これにより、部材端部の輝度低下を防ぐことができるので計測精度を更に向上させることができる。

なお、前記発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。

本発明の実施の形態１に係るタイヤ構成部材の測長装置の概要を示す図である。本実施の形態１に係る２次元変位センサーの構成を示す図である。２次元変位センサーの光学系の他の例を示す図である。本実施の形態２に係る２次元変位センサーの構成を示す図である。本実施の形態２の２次元変位センサーの動作を説明するための図である。本実施の形態３に係る２次元変位センサーの構成を示す図である。従来の２次元変位センサーを用いた端部測定方法を示す図である。タイヤ構成部材と入射光及び反射光の方向との関係を示す図である。

以下、実施の形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また、実施の形態の中で説明される特徴の組合せの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

実施の形態１．
図１（ａ），（ｂ）は、本実施の形態１に係るタイヤ構成部材の測長装置（以下、測長装置という）１０の概要を示す図で、図２は、本発明による２次元変位センサー１１の構成を示す図である。
測長装置１０は、２台の２次元変位センサー１１，１１と、レーザー駆動・制御手段１２と、切換手段１３と、形状測定手段１４と、成型ドラム２１と、ドラム回転装置２２と、ロータリーエンコーダー２３と、移動手段とを備える。なお、切換手段１３をレーザー駆動・制御手段１２内に設けてもよい。
本例の測長装置１０の移動手段は、成型ドラム２１、ドラム回転装置２２、及び、ロータリーエンコーダー２３とを備える。前記成型ドラム２１、ドラム回転装置２２、及び、ロータリーエンコーダー２３は、カーカスプライ、ベルト、トレッド等の帯状のタイヤ構成部材を成型ドラム２１の周面に順に貼付けながら積層して生タイヤに成型する成型機の構成要素である。

成型ドラム２１は、図１（ａ），（ｂ）に示すように、成型機の主軸２４の先端部に連結された拡縮可能な円筒状の部材で、この成型ドラム２１の後方に設置された搬送コンベヤ３１により搬送されてくる帯状のタイヤ構成部材４０が、押付けローラー３２により成型ドラム２１に押付けられてその外周側面に順次貼付けられる。符号４０ａは、成型ドラム２１に貼付けられた帯状のタイヤ構成部材４０の始端である。
成型ドラム２１に貼付けられた帯状のタイヤ構成部材４０は、成型ドラム２１とともに、成型ドラム２１の回転方向に移動する。帯状のタイヤ構成部材４０の移動方向は、当該帯状のタイヤ構成部材４０の長手方向である。
帯状のタイヤ構成部材４０の長さは、成型ドラム２１の周長とほぼ等しいので、成型ドラム２１が更に回転すると、帯状のタイヤ構成部材４０の始端４０ａと終端４０ｂとにより、ジョイント部４０ｃが形成される。ここでは、始端４０ａと終端４０ｂとが重なり合ったジョイント部４０ｃを図示したが、ジョイント部としては、始端４０ａと終端４０ｂとの間に隙間ができる場合や、隙間ないしは重なりがない場合もある。

ドラム回転装置２２は、主軸２４に変速機２２ａを介して連結された駆動用モータ２２ｂを備え、成型ドラム２１の回転軸である主軸２４を所定の速度で回転させる。
ロータリーエンコーダー２３は、主軸２４の回転を検出する回転位置検出センサーで、成型ドラム２１の回転位置を検出するとともに、成型ドラム２１が所定角度回転する毎に、パルス信号を成型ドラム２１の回転速度を制御する成型ドラム制御装置２５と形状測定手段１４とに出力する。本例では、ロータリーエンコーダー２３としてＡＢ相出力タイプのロータリーエンコーダーを用いているが、ＡＢＺ相出力タイプのものであってもよい。

２次元変位センサー１１は、図２に示すように、照射手段としての第１及び第２のレーザー装置１１１，１１２と、カメラ１１３と、計測部１１４と、第１及び第２のミラー１１ｍ，１１ｎと、第１のビームスプリッター１１５と、補助ミラー１１ｋと、プリズム１１６と、電子シャッターとしての液晶シャッター１１７とを備える。符号１１Ｌは光学素子群で、第１のミラー１１ｍが照射部の光学素子、第２のミラー１１ｎ、補助ミラー１１ｋ、プリズム１１６、及び、液晶シャッター１１７とが受光部の光学素子、第１のビームスプリッター１１５は照射部と受光部との共通の光学素子である。
第１のレーザー装置１１１は、測定対象物である帯状のタイヤ構成部材４０の厚さ方向に対して交差する方向にレーザー光（第１のレーザー光）を出射するよう配置される。
第２のレーザー装置１１２は、帯状のタイヤ構成部材４０の厚さ方向（表面の法線方向）に平行な方向にレーザー光（第２のレーザー光）を出射するよう配置される。
第１及び第２のレーザー装置１１１，１１２は、それぞれ、レーザー駆動・制御手段１２からの制御信号に基づいて、測定対象物である帯状のタイヤ構成部材４０の表面に、帯状のタイヤ構成部材４０の移動方向である長手方向に対して傾斜した方向に延長するラインビームを照射する。第１のレーザー装置１１１のラインビームの傾斜角度と第２のレーザー装置１１２のラインビームの傾斜角度とは、第１のレーザー装置１１１のラインビームが帯状のタイヤ構成部材４０の左半分を、第２のレーザー装置１１２のラインビームが帯状のタイヤ構成部材４０の右半分をカバーするように設定される。
なお、本例では、計測する帯状のタイヤ構成部材４０の種類により、駆動するレーザー装置が選択される。第１のレーザー装置１１１と第２のレーザー装置１１２のうちの一方が駆動されている時、他方は駆動されていない。
カメラ１１３は２次元配列されたＣＣＤ素子を備え、第１及び第２のレーザー装置１１１，１１２の帯状のタイヤ構成部材４０側とは反対側で第２のレーザー装置１１２のレーザー光の方向の延長線上に配置されて、ラインビームの照射部からの反射光を受光して帯状のタイヤ構成部材４０の表面の画像を撮影する。
計測部１１４は、カメラ１１３に接続されて、カメラ１１３で撮影された画像中の反射光の検出位置から、帯状のタイヤ構成部材４０の基準位置からの変位量を計測する。このとき、計測部１１４では、ロータリーエンコーダー２３からのパルス信号に同期してカメラ１１３から検出信号をサンプリングし、このサンプリングしたデータから帯状のタイヤ構成部材４０の基準位置からの変位量を計測する。
なお、本例では、基準位置を帯状のタイヤ構成部材４０が巻かれていないときの成型ドラム２１の表面とした。

第１のビームスプリッター１１５は、第１のレーザー装置１１１から出射されるレーザー光の一部を透過させ、一部を反射させる。
第１のミラー１１ｍは、第１のレーザー装置１１１の出射方向で第１のビームスプリッター１１５とタイヤ構成部材４０との間に、反射面が、第１のビームスプリッター１１５を透過した第１のレーザー装置１１１のレーザー光（透過光）を反射して、前記透過光がタイヤ構成部材４０に対する入射角度がθ_Tになるような角度に配置される。本例では、θ_T＝４５°としている。すなわち、第１のミラー１１ｍは、ミラーの反射面がタイヤ構成部材４０の表面に直交するように配置される。
なお、第２のレーザー装置１１２のレーザー光のうちの第１のミラー１１ｍ方向に散乱されて第１のミラー１１ｍにより反射された散乱光（同図の破線で示すθ_G＝−４５°の散乱光）は、後述するように、液晶シャッター１１７により遮断される。
第２のミラー１１ｎと補助ミラー１１ｋとは、第１のレーザー装置１１１のレーザー光の反射光（θ_T＝４５°である全反射光）と第２のレーザー装置１１２のレーザー光の散乱光のうちの第１のミラー１１ｍとは反対方向に散乱された散乱光（θ_G＝４５°の散乱光）を反射して、前記反射光と散乱光とをプリズム１１６に入射させる。第２のミラー１１ｎはタイヤ構成部材４０側に配置され、補助ミラー１１ｋはカメラ１１３側に配置される。なお、第２のミラー１１ｎも、ミラーの反射面がタイヤ構成部材４０の表面に直交するように配置される。
プリズム１１６は、第２のレーザー装置１１２とカメラ１１３との間に配置されて、補助ミラー１１ｋからの反射光を反射してカメラ１１３に結像させる。
液晶シャッター１１７は、第１のミラー１１ｍと第１のビームスプリッター１１５との間に設置されて、第１のレーザー装置１１１のレーザー光の透過光を通過させ、第２のレーザー装置１１２のレーザー光の反射光を遮断するように開閉する。

ところで、タイヤ構成部材４０は成型ドラム２１に巻き付けられているため、ラインビームの端部ではレーザー光の強度が低下するとともに、反射光もカメラ１１３に結像しにくくなっていた。そこで、本例では、図３に示すように、第１及び第２のレーザー装置１１１，１１２内にそれぞれパウエルレンズ１１Ｐを設けることで、カメラ１１３に入射される反射光の強度を高めるようにしている。
パウエルレンズ１１Ｐは、ガウス分布型の強度分布を有する光をほぼ均一な強度分布を有する光に変換するレンズで、このパウエルレンズ１１Ｐに半導体レーザー１１ｚからのレーザー光を通すことで、ラインビームの端部におけるレーザー光の強度低下を効果的に抑制することができる。
なお、第１及び第２のレーザー装置１１１，１１２の半導体レーザー１１ｚとパウエルレンズ１１Ｐとの間にコリメータレンズ１１ｃと集光レンズ１１ｄとを配置すれば、レーザー光の強度低下の抑制効果を更に高めることができるので、帯状のタイヤ構成部材４０の鮮明な画像を得ることができる。

レーザー駆動・制御手段１２は、第１及び第２のレーザー装置１１１，１１２の半導体レーザー１１ｚのうちの一方の半導体レーザー１１ｚを駆動する。
切換手段１３は、レーザー駆動・制御手段１２を制御して、レーザー駆動・制御手段１２の駆動する半導体レーザー１１ｚを、一方のレーザー装置の半導体レーザー１１ｚから他方のレーザー装置の半導体レーザー１１ｚに切換える。
形状測定手段１４は２次元変位センサー１１，１１の計測部１１４で計測された帯状のタイヤ構成部材４０の成型ドラム２１の表面からの変位量のデータを用いて帯状のタイヤ構成部材４０の表面の段差のある位置を求め、この段差のある位置から帯状のタイヤ構成部材４０の始端４０ａの位置と終端４０ｂの位置、及び、帯状のタイヤ構成部材４０の長さを求める。

次に、本例の測長装置１０を用いた帯状のタイヤ構成部材４０の測長方法について説明する。
まず、図１（ｂ）に示すように、成型ドラム２１の回転速度と同じ速度で走行する搬送コンベヤ３１により帯状のタイヤ構成部材４０を成型ドラム２１の上部に搬送し、この搬送される帯状のタイヤ構成部材４０を、成型ドラム２１の周面上に順次貼り付ける。成型ドラム２１周面上に順次貼り付けられた帯状のタイヤ構成部材４０は成型ドラム２１の回転に伴って円弧状に屈曲しながら長手方向に移動して成型ドラム２１の周面上に巻き回される。
搬送される帯状のタイヤ構成部材４０が、カーカスプライやベルトなどのようなトリート部材４０Ｔである場合には、切換手段１３は、レーザー駆動・制御手段１２を制御して、２次元変位センサー１１，１１の各第１のレーザー装置１１１，１１１の半導体レーザー１１ｚ，１１ｚを駆動・制御する。このとき、第２のレーザー装置１１２，１１２の半導体レーザー１１ｚ，１１ｚはそれぞれＯＦＦ状態となる。
２次元変位センサー１１の第１のレーザー装置１１１から出射されたレーザー光の一部は、図２に示すように、第１のビームスプリッター１１５を透過して開状態の液晶シャッター１１７を通過した後、第１のミラー１１ｍで反射され、トリート部材４０Ｔの表面に入射角度θ_T＝４５°で入射する。

トリート部材４０Ｔの表面に照射されたレーザー光の反射光のうち、反射角がθ_T＝４５°である全反射光は、第２のミラー１１ｎ、補助ミラー１１ｋと順に反射されてプリズム１１６に入射し、カメラ１１３方向に出射され、カメラ１１３のＣＣＤ素子上に結像する。２次元変位センサー１１の計測部１１４では、ロータリーエンコーダー２３からのパルス信号に同期してカメラ１１３から検出信号をサンプリングし、このサンプリングしたデータからトリート部材４０Ｔの変位量を計測しこれを形状測定手段１４に送る。
形状測定手段１４では、これら変位量のデータを用いてトリート部材４０Ｔの段差のある位置を求め、この段差のある位置からトリート部材４０Ｔの始端４０ａの位置と終端４０ｂの位置、及び、トリート部材４０Ｔの長さを求める。
このように、帯状のタイヤ構成部材４０がトリート部材４０Ｔである場合には、トリート部材４０Ｔ表面に入射角度がθ_T＝４５°になるようにレーザー光を入射させ、同一角度θ_Tで反射される全反射光をカメラ１１３で検出することにより、反射光の検出感度を向上させることができるようにしたので、トリート部材４０Ｔの測長の精度を大幅に向上させることができる。

一方、搬送される帯状のタイヤ構成部材４０が、トップトレッドなどのようなトリート部材以外の部材（以下、非トリート部材という）４０Ｇである場合には、切換手段１３は、２次元変位センサー１１，１１の各第２のレーザー装置１１２，１１２の半導体レーザー１１ｚ，１１ｚを駆動・制御し、第１のレーザー装置１１１，１１１の半導体レーザー１１ｚ，１１ｚをそれぞれＯＦＦ状態とする。
２次元変位センサー１１の第２のレーザー装置１１２から出射されたレーザー光は、図２に示すように、非トリート部材４０Ｇの法線方向に平行な方向から入射する。
非トリート部材４０Ｇの表面に照射されたレーザー光の散乱光のうち、反射角がθ_G＝４５°である散乱光は、第２のミラー１１ｎ、補助ミラー１１ｋと順に反射されてプリズム１１６に入射し、カメラ１１３方向に出射され、カメラ１１３のＣＣＤ素子上に結像する。２次元変位センサー１１の計測部１１４では、ロータリーエンコーダー２３からのパルス信号に同期してカメラ１１３から検出信号をサンプリングし、このサンプリングしたデータから非トリート部材４０Ｇの変位量を計測しこれを形状測定手段１４に送る。
形状測定手段１４では、トリート部材４０Ｔの場合と同様に、これら変位量のデータから非トリート部材４０Ｇの始端４０ａの位置と終端４０ｂの位置、及び、非トリート部材４０Ｇの長さを求める。
このとき、非トリート部材４０Ｇの表面に照射されたレーザー光の散乱光のうち、反射角がθ_G＝−４５°である散乱光は、第１のミラー１１ｍで反射されて第１のビームスプリッター１１５方向へ向かうが、第１のミラー１１ｍと第１のビームスプリッター１１５との間に配置された液晶シャッター１１７は閉状態にあるので、反射角がθ_G＝−４５°である散乱光はカメラ１１３には入射しない。したがって、反射角がθ_G＝４５°の散乱光と反射角がθ_G＝−４５°の散乱光とがＣＣＤ素子上で重なることがないので、変位量の計測精度を向上させることができる。なお、液晶シャッター１１７に代えて、第１のビームスプリッター１１５とプリズム１１６の間に遮蔽板を設置しても、同様に、反射角がθ_G＝−４５°である散乱光がカメラ１１３に入射することを防ぐことができる。

このように、帯状のタイヤ構成部材４０が非トリート部材４０Ｇである場合には、非トリート部材４０Ｇの法線方向にレーザー光を入射させ、反射角がθ_G＝４５°の散乱光をカメラ１１３で検出することにより、反射光の検出感度を向上させることができるようにしたので、非トリート部材４０Ｇの測長においても精度が大幅に向上する。
本例の第１及び第２のレーザー装置１１１，１１２は、それぞれ、帯状のタイヤ構成部材４０の表面に、帯状のタイヤ構成部材４０の移動方向である長手方向に対して傾斜した方向に延長するラインビームを照射し、かつ、第１のレーザー装置１１１のラインビームが帯状のタイヤ構成部材４０の左半分を、第２のレーザー装置１１２のラインビームが帯状のタイヤ構成部材４０の右半分をカバーするように配置されているので、帯状のタイヤ構成部材４０の幅方向全域に亘って始端４０ａの位置と終端４０ｂの位置、及び、長さを求めることができる。
また、本発明の測長装置１０は、２次元変位センサー１１において使用するレーザー装置を切換えるだけで、トリート部材４０Ｔと非トリート部材４０Ｇとの両方の部材の変位量を精度よく計測できるので、計測する部材毎に２次元変位センサーを付け替える必要がない。したがって、作業効率を向上させることができる。
また、本発明の２次元変位センサー１１は、１台のカメラ１１３にて帯状のタイヤ構成部材４０がトリート部材４０Ｔと非トリート部材４０Ｇとの両方の変位量を計測できるので、２次元変位センサー１１を小型軽量化できるとともに、測長装置１０も小型化することができる。また、２次元変位センサー１１や測長装置１０を安価に製造できる。

なお、前記例では、第１のレーザー装置１１１のレーザー光の入射角度をθ_T＝４５°としたが、これに限るものではなく、レーザー光の入射方向がトリート部材４０Ｔの法線方向と交差していればよく、θ_T＝４５°〜６５°の範囲とすれば更に好ましい。また、第２のレーザー装置１１２のレーザー光の入射方向についても必ずしも法線方向でなくてもよいが、本例のように、法線方向とした方が光学系の配置が容易であるので、好ましい。
また、前記例では、第２のレーザー装置１１２のレーザー光の非トリート部材４０Ｇからの散乱光のうち、反射角がθ_G＝４５°である散乱光のみを検出したが、反射角がθ_G＝−４５°である散乱光のみを検出する構成としてもよい。なお、この場合には、液晶シャッター１１７は、例えば、補助ミラー１１ｋとプリズム１１６との間などの、プリズム１１６よりも手前の光路に設ければよい。

実施の形態２．
図４は本実施の形態２に係る２次元変位センサー１１Ｚの構成を示す図である。
前記２次元変位センサー１１では、第１のレーザー装置１１１のレーザー光の入射角度がトリート部材４０Ｔの法線方向と交差しているため、部材の浮き影の問題が生じる。本例の２次元変位センサー１１Ｚは、第１及び第２のレーザー装置１１１，１１２に加えて、トリート部材４０Ｇの厚さ方向に対して交差する方向にレーザー光を出射する第３のレーザー装置１１８を設けることで、前記部材の浮き影の問題を解決することができる。
２次元変位センサー１１Ｚは、２次元変位センサー１１の補助ミラー１１ｋに代えて第２のビームスプリッター１１９を設けるとともに、液晶シャッター１１７をビームスプリッター１１５とプリズム１１６との間に設置している。
第３のレーザー装置１１８と第２のビームスプリッター１１９とは、第１のレーザー装置１１１と第１のビームスプリッター１１５と、カメラ１１３の光軸方向に対して線対称な位置に設けられ、レーザー駆動・制御手段１２は、第１のレーザー装置１１１のレーザー光と第３のレーザー装置１１８のレーザー光とを交互にトリート部材４０Ｔに照射するよう制御する。
なお、トリート部材４０Ｔの始端４０ａと終端４０ｂとはともに段差部であり、かつ、始端４０ａが立ち上がる段差で終端４０ｂが立ち下がる段差であるので、始端４０ａの形状を測定する際には、段差部にくる前に段差部の高い方の面にレーザー光を照射する位置に位置しているレーザー装置で得られた画像を用い、終端４０ｂの形状を測定する際には、第１のレーザー装置１１１を用いて得られた画像と第３のレーザー装置１１８を用いて得られた画像のうちの欠落画像の少ない方の画像を使用する。欠落画像とは輝度が予め設定された基準値よりも低い画像を指す。

図５(ａ)〜（ｃ）は２次元変位センサー１１Ｚの動作を説明するための図で、帯状のタイヤ構成部材４０がトリート部材４０Ｔの場合には、図５(ａ)，（ｂ）に示すように、第１のレーザー装置１１１のレーザー光と第３のレーザー装置１１８のレーザー光とを交互にトリート部材４０Ｔ表面に照射してトリート部材４０Ｔの表面の変位量を測定する。このとき、第２のレーザー装置１１２は稼働しておらず、液晶シャッター１１７は開状態にセットされている。
第１のレーザー装置１１１から出射されたレーザー光の一部は、図５（ａ）に示すように、第１のビームスプリッター１１５を透過して第１のミラー１１ｍで反射され、トリート部材４０Ｔの表面に入射角度θ_T＝４５°で入射する。トリート部材４０Ｔの表面で反射されたレーザー光の反射光のうち、反射角がθ_T＝４５°である全反射光は、第２のミラー１１ｎ、第２のビームスプリッター１１９の反射面と順に反射されてプリズム１１６に入射し、カメラ１１３方向に出射され、カメラ１１３のＣＣＤ素子上に結像する。
一方、第３のレーザー装置１１８から出射されたレーザー光の一部は、図５（ｂ）に示すように、第２のビームスプリッター１１９を透過した後第２のミラー１１ｎで反射され、トリート部材４０Ｔの表面に入射角度θ_T＝−４５°で入射する。トリート部材４０Ｔの表面で反射されたレーザー光の反射光のうち、反射角がθ_T＝−４５°である全反射光は、第１のミラー１１ｍ、第１のビームスプリッター１１５の反射面と順に反射され、開状態の液晶シャッター１１７を通過した後プリズム１１６に入射し、カメラ１１３方向に出射され、カメラ１１３のＣＣＤ素子上に結像する。
２次元変位センサー１１Ｚの計測部１１４では、ロータリーエンコーダー２３からのパルス信号に同期してカメラ１１３から検出信号をサンプリングし、このサンプリングしたデータからトリート部材４０Ｔの変位量を計測しこれを形状測定手段１４に送る。
形状測定手段１４では、これら変位量のデータを用いてトリート部材４０Ｔの段差のある位置を求め、この段差のある位置からトリート部材４０Ｔの始端４０ａの位置と終端４０ｂの位置、及び、トリート部材４０Ｔの長さを求める。

一方、搬送される帯状のタイヤ構成部材４０が非トリート部材４０Ｇである場合には、第１及び第３のレーザー装置１１１，１１８は稼働しておらず、液晶シャッター１１７は閉状態にセットされている。
第２のレーザー装置１１２から出射されたレーザー光は、図５（ｃ）に示すように、非トリート部材４０Ｇの法線方向に平行な方向から入射する。
非トリート部材４０Ｇの表面に照射されたレーザー光の散乱光のうち、反射角がθ_G＝４５°である散乱光は、第２のミラー１１ｎ、第２のビームスプリッター１１９の反射面と順に反射されてプリズム１１６に入射し、カメラ１１３方向に出射され、カメラ１１３のＣＣＤ素子上に結像する。
また、非トリート部材４０Ｇの表面に照射されたレーザー光の散乱光のうち、反射角がθ_G＝−４５°である散乱光は、第１のミラー１１ｍと第１のビームスプリッター１１５の反射面とで反射されてプリズム１１６方向へ向かうが、液晶シャッター１１７は閉状態にあるので、反射角がθ_G＝−４５°である散乱光はカメラ１１３には入射しない。したがって、反射角がθ_G＝４５°の散乱光と反射角がθ_G＝−４５°の散乱光とがＣＣＤ素子上で重なることがないので、変位量の計測精度を向上させることができる。

前記実施の形態２では、第１のレーザー装置１１１のレーザー光と第３のレーザー装置１１８のレーザー光とを交互にトリート部材４０Ｔに照射したが、第１のレーザー装置１１１のレーザー光の波長を例えば６６０ｎｍ（赤）とし第３のレーザー装置１１８のレーザー光の波長を例えば４０５ｎｍ（青）とするなど、第１のレーザー装置１１１のレーザー光の波長と第３のレーザー装置１１８のレーザー光の波長とを異なる波長とすれば、２台のレーザー装置１１１，１１８のレーザー光とを同時に照射することが可能となる。この場合、カメラ１１３としてはカラーＣＣＤカメラを用いる。カメラ１１３の撮影画像としては、赤、青の２種類の画像が得られる。

実施の形態３．
前記実施の形態１では、第１及び第２のレーザー装置１１１，１１２により照射手段を構成したが、図６に示すように、レーザー照射手段であるレーザー装置１１０と分離用ビームスプリッター１１Ｂとを備えた照射手段を用いて２次元変位センサー１１Ｓを構成すれば、レーザー装置が１台で済むので、センサーの構成を簡易化することができる。
２次元変位センサー１１Ｓは、レーザー装置１１０と、コリメータレンズ１１Ａと、分離用ビームスプリッター１１Ｂと、透過光用パウエルレンズ１１Ｃと、イメージローテーター１１Ｄと、反射ミラー１１Ｅと、反射光用パウエルレンズ１１Ｆと、電子シャッターとしての液晶シャッター１１７ａ，１１７ｂと、カメラ１１３と、計測部１１４とを備える。
液晶シャッター１１７ａ，１１７ｂと、液晶シャッター１１７ａ，１１７ｂの開閉を制御する図示しないシャッター制御手段とにより切換手段を構成する。
なお、カメラ１１３と計測部１１４とは、実施の形態１と同じものであるが、本例では、カメラ１１３を、レーザー装置１１０からのレーザー光の方向に対して、反射ミラー１１Ｅと軸対称の方向である第１のレーザー光の反射方向に設置している。
レーザー装置１１０は、帯状部材４０の直上に設置されて所定の波長（例えば６６０ｎｍ）のレーザー光を照射する。
コリメータレンズ１１Ａは前記レーザー光を平行光線に変換する。
分離用ビームスプリッター１１Ｂは、コリメータレンズ１１Ａから出射されたレーザー光を透過光と反射光とに分離する。この透過光が、帯状部材４０の厚み方向と平行な方向から帯状部材４０の表面に入射する第２のレーザー光である。
透過光用パウエルレンズ１１Ｃは、透過光である分離用ビームスプリッター１１Ｂからの第２のレーザー光をほぼ均一な強度分布を有する光に変換して帯状部材４０に入射させる。
イメージローテーター１１Ｄは、分離用ビームスプリッター１１Ｂの反射光の出射方向に配置されて、反射光を光軸の周りに所定角度（ここでは、９０°）回転させて反射ミラー１１Ｅに出射する。
反射ミラー１１Ｅは、前記反射光を帯状部材４０の厚み方向と交差する方向（ここでは、入射角度がθ_T＝４５°になる方向）反射する。反射ミラー１１Ｅの反射光が第１のレーザー光である。
反射光用パウエルレンズ１１Ｆは、第１のレーザー光である前記反射光をほぼ均一な強度分布を有する光に変換して帯状部材４０に入射させる。
液晶シャッター１１７ａは、反射光用パウエルレンズ１１Ｆと帯状部材４０との間に設けられ、開状態においては第１のレーザー光を通過させ、閉状態では第１のレーザー光を遮断する。一方、液晶シャッター１１７ｂは、透過光用パウエルレンズ１１Ｃと帯状部材４０との間に設けられ、開状態においては第２のレーザー光を通過させ、閉状態では第２のレーザー光を遮断する。

次に、２次元変位センサー１１Ｓの動作を説明する。
帯状のタイヤ構成部材４０がトリート部材４０Ｔの場合には、図示しないシャッター制御手段により液晶シャッター１１７ａを開状態とし、液晶シャッター１１７ｂを閉状態とすることで、第１のレーザー光のみをトリート部材４０Ｔ表面に照射してトリート部材４０Ｔの表面の変位量を測定する。
第１のレーザー光は、分離用ビームスプリッター１１Ｂで反射されたレーザー装置１１０からレーザー光の反射光を反射ミラー１１Ｅにより反射したもので、トリート部材４０Ｔの表面に入射角度θ_T＝４５°で入射する。トリート部材４０Ｔの表面で反射されたレーザー光の反射光のうち、反射角がθ_T＝４５°である全反射光は、カメラ１１３方向に出射され、カメラ１１３のＣＣＤ素子上に結像する。
したがって、計測部１１４にて、カメラ１１３で撮影された画像中の反射光の検出位置を求めることで、帯状のタイヤ構成部材４０の変位量を計測することができる。

一方、搬送される帯状のタイヤ構成部材４０が非トリート部材４０Ｇである場合には、液晶シャッター１１７ｂを開状態とし、液晶シャッター１１７ａを閉状態とすることで、第２のレーザー光のみを非トリート部材４０Ｇの表面に照射して非トリート部材４０Ｇの表面の変位量を測定する。
第２のレーザー光は、レーザー装置１１０から出射され分離用ビームスプリッター１１Ｂを透過したレーザー光で、図６に示すように、非トリート部材４０Ｇの法線方向に平行な方向から入射する。
非トリート部材４０Ｇの表面に照射されたレーザー光の散乱光のうち、反射角がθ_G＝４５°である散乱光は、カメラ１１３方向に出射され、カメラ１１３のＣＣＤ素子上に結像するので、計測部１１４にて、カメラ１１３で撮影された画像中の反射光の検出位置を求めることで、帯状のタイヤ構成部材４０の変位量を計測することができる。

なお、本発明の２次元変位センサー１１，１１Ｚ，１１Ｓは、成型ドラム２１の周面に貼付けられた帯状のタイヤ構成部材４０の表面形状を測定する場合に限らず、例えば、押出機から押し出され定尺状に切断されて搬送されるトレッド等の帯状ゴム部材や搬送コンベヤにより移動される帯状部材の形状測定にも使用することができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に記載の範囲には限定されない。前記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者にも明らかである。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲から明らかである。

本発明によれば、カメラの台数を増やすことなく、トリート部材と非トリート部材の変位量を計測できるので、帯状部材の測長やタイヤ構成部材の形状検査を効率良く行うことができるとともに、検査精度を向上させることができる。

１０タイヤ構成部材の測長装置、１１，１１Ｚ２次元変位センサー、
１２レーザー駆動・制御手段、１３切換手段、１４形状測定手段、
２１成型ドラム、２２ドラム回転装置、２２ａ変速機、
２２ｂ駆動用モータ、２３ロータリーエンコーダー、
２４成型機の主軸、２５成型ドラム制御装置、３１搬送コンベヤ、
３２押付けローラー、４０帯状のタイヤ構成部材、
４０Ｔトリート部材、４０Ｇ非トリート部材、４０ａ始端、
４０ｂ終端、４０ｃジョイント部、１１１第１のレーザー装置、
１１２第２のレーザー装置、１１３カメラ、１１４計測部、
１１５第１のビームスプリッター、１１６プリズム、
１１７液晶シャッター、１１８第３のレーザー装置、
１１９第２のビームスプリッター、１１ｍ第１のミラー、
１１ｎ第２のミラー、１１ｋ補助ミラー、１１Ｐパウエルレンズ、
１１ｃコリメータレンズ、１１ｄ集光レンズ。

Claims

帯状部材の厚み方向と交差する方向から前記帯状部材の表面に入射する第１のレーザー光を照射する第１のレーザーと、前記帯状部材の厚み方向と平行な方向から前記帯状部材の表面に入射する第２のレーザー光を照射する第２のレーザーとを備えた照射手段と、
前記帯状部材の表面からの反射光を受光する受光素子を有し、前記受光素子で検出した反射光の受光位置から前記帯状部材の表面の変位量を計測する変位量計測手段と、
前記反射光を前記受光素子に結像させる光学素子と、
前記第１のレーザーの照射光を反射して前記第１のレーザーの照射光を前記帯状部材の厚み方向と交差する方向から入射させるミラーと、
前記第１のレーザーと前記ミラーとの間に、前記第１のレーザーの照射光を透過させるとともに、前記ミラーにより前記第１のレーザー方向に反射された前記第２のレーザーの反射光を反射するビームスプリッターと、
前記第１のレーザーと前記第２のレーザーのいずれか一方のみを駆動・制御して、前記帯状部材の表面に入射するレーザー光を前記第１のレーザー光と前記第２のレーザー光のいずれか一方のみに切換える切換手段とを備え、
前記受光素子は、
前記帯状部材の表面に入射するレーザー光が前記第１のレーザー光である場合には、前記帯状部材の表面から反射される第１のレーザー光の全反射光を受光し、
前記帯状部材の表面に入射するレーザー光が前記第２のレーザー光である場合には、前記帯状部材の表面から反射される第２のレーザー光の散乱光を受光する、
ことを特徴とする２次元変位センサー。
前記第２のレーザーに対して前記第１のレーザーと対称な位置に配置される第３のレーザーと、
前記第３のレーザーの照射光を反射して前記第３のレーザーからの照射光を前記帯状部材の厚み方向と交差する方向から入射させる第２のミラーと、
前記第３のレーザーと前記第２のミラーとの間に、前記第３のレーザーの照射光を透過させるとともに、前記第２のミラーにより前記第３のレーザー方向に反射された前記第１のレーザーの反射光を反射する第２のビームスプリッターとを更に備え、
前記切換手段は、前記第１のレーザーを駆動・制御するときに前記第３のレーザーを駆動・制御することを特徴とする請求項１に記載の２次元変位センサー。
請求項２に記載の２次元変位センサーと、
前記２次元変位センサーを、帯状部材に対して、帯状部材の長手方向に相対的に移動させる移動手段と、
前記２次元変位センサーで計測された前記帯状部材の変位量に基づいて、前記帯状部材の形状を検出する形状検出手段とを備え、
前記第１〜第３のレーザーは、
前記帯状部材の表面に前記帯状部材の長手方向に対して傾斜した方向に延長するライン状のレーザー光をそれぞれ照射することを特徴とする帯状部材の形状検出装置。
前記第１〜第３のレーザーのレーザー光を、それぞれ、パウエルレンズを通して出射するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の帯状部材の形状検出装置。