JP6040770B2 - タイヤ解析システムおよび解析方法 - Google Patents

Description

この発明は、タイヤ解析システムおよび解析方法に関し、さらに詳しくは、高精度な解析を実現できるタイヤ解析システムおよび解析方法に関する。

従来のタイヤ解析システムは、高速度ビデオカメラを用いて試験タイヤを連続撮影したデジタル画像を用いて、タイヤ形状解析を行っている。かかる従来のタイヤ解析装置として、特許文献１、２に記載される技術が知られている。

特開２０１１−２７５０９号公報 特開２０１１−２３７２５８号公報

この発明は、高精度な解析を実現できるタイヤ解析システムおよび解析方法を提供することを目的とする。

１つの態様において、解析システムは、タイヤに付された複数の格子パターンのそれぞれが所定の位置にあるときの画像を撮影する撮像部と、前記撮像部によって撮影された画像を用いて形状解析を行うことにより前記格子パターンの空間座標を算出する空間座標算出部と、前記空間座標に基づいて前記格子パターンの配置のバラツキを検出するバラツキ検出部と、前記バラツキに基づいて前記格子パターンの配置を補正する補正部と、を備える。

他の態様において、解析方法は、タイヤに付された複数の格子パターンのそれぞれが所定の位置にあるときの画像を撮影するステップと、前記画像を用いて形状解析を行うことにより前記格子パターンの空間座標を算出するステップと、前記空間座標に基づいて前記格子パターンの配置のバラツキを検出するステップと、前記バラツキに基づいて前記格子パターンの配置を補正するステップと、を備える。

解析システムおよび解析方法は、態様の１つにおいて、高精度な解析を実現できる。

図１は、実施の形態にかかるタイヤ解析システムを示す構成図である。 図２は、図１に記載したタイヤ解析装置の機能を示すブロック図である。 図３は、解析用格子面の配置のバラツキの例を示す図である。 図４は、タイヤ解析システムによる解析方法を示すフローチャートである。 図５は、タイヤ解析システムによる解析方法によって得られる値の例を示す図である。 図６は、補正前の解析用格子面の格子の中心のＹ座標の変動の例を示す図である。 図７は、補正後の解析用格子面の格子の中心のＹ座標の変動の例を示す図である。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施の形態の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。また、この実施の形態に記載された複数の変形例は、当業者自明の範囲内にて任意に組み合わせが可能である。

［タイヤ解析システム］
図１は、この発明の実施の形態にかかるタイヤ解析システムを示す構成図である。図２は、図１に記載したタイヤ解析システムのタイヤ解析装置の機能を示すブロック図である。これらの図において、図１は、タイヤ解析システムの全体構成を模式的に示し、図２は、タイヤ解析装置の主たる機能を示している。

このタイヤ解析システム１は、所定条件を入力したときのタイヤ中心軸にかかる変位、タイヤ形状の変化、タイヤ表面歪みの変化等を測定することにより、タイヤの挙動解析（例えば、振動計測）を行うシステムに適用される。タイヤ解析システム１は、タイヤ試験機２と、撮像装置３と、タイヤ解析装置４とを備える（図１参照）。

タイヤ試験機２は、試験タイヤに試験条件を付与する装置であり、例えば、ドラム式タイヤ試験機、ベルト式タイヤ試験機などにより構成される。図１の構成では、タイヤ試験機２が、ドラム式タイヤ試験機であり、支持装置２１と、駆動装置２２とを有する。支持装置２１は、試験タイヤ１０を回転可能に支持する装置であり、試験タイヤ１０を装着するリム２１１を有する。駆動装置２２は、試験タイヤ１０に駆動力を付与する装置であり、回転ドラム２２１と、回転ドラム２２１を駆動するモータ２２２と、モータ２２２を駆動制御するモータ制御装置２２３とから構成される。

このタイヤ試験機２では、支持装置２１が、試験タイヤ１０をリム２１１に装着して支持し、試験タイヤ１０を駆動装置２２の回転ドラム２２１に押圧して試験タイヤ１０に荷重を付与する。また、支持装置２１が、リム２１１を変位させて試験タイヤ１０と回転ドラム２２１との位置関係を調整することにより、試験タイヤ１０にスリップ角やアングル角を付与する。また、駆動装置２２が、モータ制御装置２２３によりモータ２２２を駆動して回転ドラム２２１を回転させることにより、試験タイヤ１０に回転速度を付与する。これにより、車両走行時におけるタイヤの転動状態が、回転ドラム２２１の周面を路面として再現される。また、支持装置２１および駆動装置２２が、上記の荷重、回転速度、スリップ角、アングル角などを調整することにより、試験条件を変更できる。

撮像装置３は、一対のカメラ３１、３１と、一対の照明用ランプ３２、３２とを有する。カメラ３１は、試験タイヤ１０を撮像する手段であり、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラにより構成される。カメラ３１は、例えば、高速度カメラである。また、一対のカメラ３１、３１が、試験タイヤ１０を相互に異なる方向から撮像できる位置に配置される。これらのカメラ３１、３１は、試験タイヤ１０を左右方向から同時に撮像して、タイヤ画像（試験タイヤ１０のデジタル画像データ）を生成する。照明用ランプ３２は、カメラ３１の撮像範囲を照らすランプであり、例えば、ハロゲンランプにより構成される。これらの照明用ランプ３２は、常時点灯タイプであっても良いし、フラッシュ点灯タイプであっても良い。

タイヤ解析装置４は、例えば、所定の解析プログラムをインストールしたＰＣ（personal computer）であり、撮像装置３からのタイヤ画像を画像処理してタイヤ解析処理を行う（図２参照）。このタイヤ解析装置４は、空間座標算出部４１と、バラツキ検出部４２と、解析部４３と、補正部４４とを備える。空間座標算出部４１は、タイヤ画像を用いて形状解析を行うことにより、試験タイヤ１０に円状に付される解析用格子面（格子パターン）Ｓの空間座標を算出する。バラツキ検出部４２は、算出された空間座標に基づいて、解析用格子面Ｓの配置のバラツキを検出する。解析部４３は、所定のタイヤ解析処理を行う。補正部４４とは、解析部４３による解析の精度を向上させるために、バラツキ検出部４２によって検出されたバラツキに基づいて、解析用格子面Ｓの配置を補正する。

［タイヤ解析方法］
従来より、タイヤ転動時におけるタイヤ形状を解析するための手法として、サンプリングモアレ法が知られている。

サンプリングモアレ法は、デジタル画像からモアレ縞を生成して撮像対象の三次元形状を算出する数学的手法である。このサンプリングモアレ法は、高精度な形状解析を行い得るメリットを有する。

タイヤ解析システム１は、サンプリングモアレ法を用いた形状解析を利用して、試験タイヤ１０の振動（タイヤ中心軸に対する変位）を解析する。具体的には、図１に示すように試験タイヤ１０のタイヤ周上に複数の解析用格子面Ｓ（Ｓ＃１〜Ｓ＃ｎ）が円状に付される。このような試験タイヤ１０を回転させながら撮影された画像に、サンプリングモアレ法を用いた形状解析を適用することにより、タイヤ転動時における解析用格子面Ｓの空間座標が算出される。こうして算出された空間座標を比較することにより、試験タイヤ１０の振動を解析することができる。

ただし、人間の貼り位置精度には限度があるため、試験タイヤ１０に付される解析用格子面Ｓの配置にバラツキが生じることがある。図３は、解析用格子面Ｓの配置のバラツキの例を示す図である。図３は、解析用格子面Ｓ＃１が所定位置にあるときのタイヤ画像における解析用格子面Ｓ＃１の像と、解析用格子面Ｓ＃２が所定位置にあるときのタイヤ画像における解析用格子面Ｓ＃２の像とを並べて図示している。

解析用格子面Ｓは、ほぼ同一形状のマークが周期性をもって配置されるシートである。解析用格子面Ｓには、縦方向および横方向に、それぞれ、少なくとも２個のマークが配置される。例えば、解析用格子面Ｓは、２．５［ｍｍ］間隔でマトリクス状に配列された複数の円形のマークを有する。マークの形状、サイズ、および間隔は、図３の例に限定されない。解析用格子面Ｓは、それぞれの解析用格子面Ｓの中心と試験タイヤ１０とを結ぶ直線とマークの配置方向の一方とが平行になるように、ほぼ等間隔に、試験タイヤ１０に付される。

図３に示す例では、解析用格子面Ｓ＃１の格子の中心Ｃ１と、解析用格子面Ｓ＃２の格子の中心Ｃ２とには、Ｙ方向ズレ（半径方向のズレ）が生じている。配置のバラツキは、Ｙ方向だけでなく、Ｘ方向（周方向）やＺ軸方向（幅方向）に生じることもある。配置のバラツキは、傾きの成分を含むこともある。このような配置のバラツキは、算出された空間座標の比較に影響を与え、比較に基づく解析の精度を低下させる。

解析用格子面Ｓを試験タイヤ１０のタイヤ周上に付すために、解析用格子面Ｓが、リム２１１、またはリム２１１の端部に取り付けられた環状盤２１２という変形が比較的小さい部分に固定されることがある。この場合、解析用格子面Ｓを試験タイヤ１０のゴム部分に固定した場合と比較して、試験タイヤ１０を回転させた場合におけるタイヤ中心軸に対する解析用格子面Ｓの変位は比較的小さい。このような小さな変位に基づいて精度の高い解析を行うには、解析用格子面Ｓの配置のバラツキの影響をできるだけ排除することが非常に重要である。

そこで、タイヤ解析システム１は、解析用格子面Ｓの配置のバラツキを検出し、検出したバラツキに基づいて、算出される空間座標を補正する。

図４は、タイヤ解析システム１による解析方法を示すフローチャートである。図５は、タイヤ解析システム１による解析方法によって得られる値の例を示す図である。

ステップＳＴ１では、タイヤ試験機２が、タイヤ周上に複数の解析用格子面Ｓが付された試験タイヤ１０を、荷重を負荷しない状態で回転させる。荷重を負荷せずに試験タイヤ１０を回転させれば、試験タイヤ１０に振動は生じない。

この状態で、ステップＳＴ２では、撮像装置３が、一対のカメラ３１、３１を用いて、試験タイヤ１０に付された解析用格子面Ｓを左右方向から同時に撮像する。具体的には、撮像装置３は、旋回している解析用格子面Ｓのそれぞれが所定の位置（例えば、試験タイヤ１０と路面または路面を模した面とが接触する位置）に到達する度に撮影を行い、１対のタイヤ画像を取得する。

このように複数のカメラで異なる角度から解析用格子面Ｓを撮影することにより、タイヤ幅方向（奥行き方向）の座標も計測することができる。さらに、複数のカメラを用いることにより、カメラのレンズの歪曲収差による測定誤差を補正することができる。

ステップＳＴ３では、空間座標算出部４１が、１対のタイヤ画像毎にサンプリングモアレ法を用いた形状解析を行い、画像中の解析用格子面Ｓの空間座標を算出する。そして、ステップＳＴ４では、バラツキ検出部４２が、空間座標算出部４１によって算出された空間座標に基づいて、それぞれの解析用格子面Ｓの配置のバラツキを検出する。

本実施の形態では、空間座標算出部４１は、図３に示したように、解析用格子面Ｓの格子の中心の座標に基づいて、Ｙ方向ズレがバラツキとして検出される。図５に示す例では、空間座標算出部４１によって算出された空間座標に基づいて、それぞれの解析用格子面Ｓの格子の中心のＹ座標が算出されている。そして、解析用格子面Ｓ＃１の中心のＹ座標を基準としたＹ方向の配置のズレがＹ方向ズレとして算出されている。それぞれの解析用格子面Ｓの格子の中心のＹ座標は、複数の画像から算出されたＹ座標の平均値であってもよい。

配置のバラツキの検出の仕方は、これに限定されない。空間座標算出部４１は、Ｘ方向（周方向）、Ｚ方向（幅方向）、または任意の方向のズレをバラツキとして検出してもよい。空間座標算出部４１は、複数の方向のズレをバラツキとして検出してもよい。空間座標算出部４１は、このような位置のズレに加えて、またはこれに代えて、傾きのバラツキを検出してもよい。

配置のバラツキを検出する基準とする位置は、解析用格子面Ｓの格子の中心に限定されない。基準とする位置は、形状解析によって空間座標を高精度に算出できる位置であればよい。具体的には、格子１周期あたりの画素数が急に変化しないところであれば、解析用格子面Ｓの格子の内部の領域のうち、中心以外の位置を基準としてもよい。

こうして配置のバラツキが検出された後、ステップＳＴ５では、タイヤ試験機２が、試験タイヤ１０を、荷重を負荷した状態で回転させる。負荷する荷重は、解析の目的に応じて決定される。

この状態で、ステップＳＴ６では、撮像装置３が、一対のカメラ３１、３１を用いて、試験タイヤ１０に付された解析用格子面Ｓを左右方向から同時に撮像する。具体的には、撮像装置３は、旋回している解析用格子面Ｓのそれぞれが所定の位置（例えば、試験タイヤ１０と路面または路面を模した面とが接触する位置）に到達する度に撮影を行い、１対のタイヤ画像を取得する。

ステップＳＴ７では、空間座標算出部４１が、１対のタイヤ画像毎にサンプリングモアレ法を用いた形状解析を行い、画像中の解析用格子面Ｓの空間座標を算出する。そして、ステップＳＴ８では、補正部４４が、ステップＳＴ４で検出されたバラツキに基づいて、それぞれの解析用格子面Ｓの空間座標を補正する。

図５に示す例では、ステップＳＴ３で算出された空間座標と、ステップＳＴ７で算出された空間座標とに基づいて、荷重を負荷した場合の格子の中心のＹ座標の変位を示す値が、解析用格子面Ｓ毎に算出されている。そして、変位を示す値から、ステップＳＴ４で算出されたＹ方向ズレを減算することによって、変位を示す値が補正されている。解析用格子面Ｓ＃１の格子の中心のＹ座標の変位を示す値からは、解析用格子面Ｓ＃１の格子の中心のＹ方向ズレが減算され、解析用格子面Ｓ＃ｎの格子の中心のＹ座標の変位を示す値からは、解析用格子面Ｓ＃ｎの格子の中心のＹ方向ズレが減算される。

ステップＳＴ９では、補正後の解析用格子面Ｓの空間座標に基づいて、解析部４３が所定の解析を行う。

上記の実施の形態では、解析用格子面Ｓの空間座標を算出するためにサンプリングモアレ法を用いる例について説明した。しかしながら、解析用格子面Ｓの空間座標を算出する手法は、これに限定されない。タイヤ解析システム１は、サンプリングモアレ法以外の形状解析の手法を用いて、解析用格子面Ｓの空間座標を算出してもよい。サンプリングモアレ法以外の形状解析の手法には、例えば、フーリエ変換法、ディジタル画像相関法等が含まれる。

上記の実施の形態では、タイヤ解析システム１による解析方法をタイヤの振動の解析に用いる例について説明した。しかしながら、タイヤ解析システム１による解析方法の適用可能な解析は、これに限定されない。タイヤ解析システム１による解析方法は、タイヤの変位または変形に関する任意の解析に適用することができる。

上記の実施の形態では、撮像装置３が２つのカメラ３１を有する例について説明したが、撮像装置３が有するカメラ３１の数はこれに限定されない。例えば、撮像装置３が有するカメラ３１の数は１つであってもよい。すなわち、タイヤ解析システム１は、１台の高速度カメラだけで撮像し、形状解析手法（サンプリングモアレ法、フーリエ変換法など）を用いて解析用格子面Sの空間座標を算出しても良い。

［効果］
以上説明したように、タイヤ解析システム１は、タイヤに付された複数の格子パターンのそれぞれが所定の位置にあるときの画像を撮影する撮像装置３と、撮像装置３によって撮影された画像を用いて形状解析を行うことにより格子パターンの空間座標を算出する空間座標算出部４１と、空間座標に基づいて格子パターンの配置のバラツキを検出するバラツキ検出部４２と、バラツキに基づいて格子パターンの配置を補正する補正部４４とを備える。

空間座標算出部４１は、例えば、サンプリングモアレ法により前記形状解析を行う。

かかる構成では、形状解析に基づいて格子パターンの配置が精度よく補正されるので、高精度な解析が可能となる。

図６および図７は、配置のバラツキの補正の効果を示す図である。図６は、補正前の解析用格子面Ｓの格子の中心のＹ座標の変動の例を示している。図７は、補正後の解析用格子面Ｓの格子の中心のＹ座標の変動の例を示している。図６が示すように、補正前のＹ座標の変動は、振幅が大きく、周期が短い。一方、図７が示すように、補正後のＹ座標の変動は、振幅が小さく、周期が長い。図７に示す例では、図６に示す例と比較して、変動の振幅が約８０％低減されている。さらに、図７に示す例では、変動の周期と、試験タイヤ１０の回転の周期とが一致している。このように、配置のバラツキの補正により、解析用格子面Ｓの貼り位置精度の影響がほぼ除去されている。

また、撮像装置３は、格子パターンを異なる角度から撮影する複数のカメラを有し、空間座標算出部４１は、複数のカメラによって同時に撮影された複数の画像を用いて形状解析を行うことにより格子パターンの空間座標を算出する。これにより、任意の方向への配置のバラツキを検出することができる。さらに、カメラのレンズの歪曲収差の影響を低減できる。

また、バラツキ検出部４２は、タイヤに荷重が付加されない状態で撮影された画像を用いて空間座標算出部４１が算出した空間座標に基づいて、格子パターンの配置のバラツキを検出する。これにより、格子パターンの配置のバラツキを高精度に検出することができる。

また、格子パターンは、第１の方向および第２の方向に、それぞれ、少なくとも２つのマークが配置されるパターンである。これにより、形状解析を用いて空間座標を高精度に算出することができる。

１：タイヤ解析システム、２：タイヤ試験機、２１：支持装置、２１１：リム、２１２：環状盤、２２：駆動装置、２２１：回転ドラム、２２２：モータ、２２３：モータ制御装置、３：撮像装置、３１：カメラ、３２：照明用ランプ、４：タイヤ解析装置、４１：空間座標算出部、４２：バラツキ検出部、４３：解析部、４４：補正部、１０：試験タイヤ

Claims (6)

1. タイヤに付された複数の格子パターンのそれぞれが所定の位置にあるときの画像を撮影する撮像部と、
   前記撮像部によって撮影された画像を用いて形状解析を行うことにより前記格子パターンの空間座標を算出する空間座標算出部と、
   前記空間座標に基づいて前記格子パターンの配置のバラツキを検出するバラツキ検出部と、
   前記バラツキに基づいて前記格子パターンの配置を補正する補正部と、
   を備える解析システム。
2. 前記空間座標算出部は、サンプリングモアレ法により前記形状解析を行う請求項１に記載の解析システム。
3. 前記撮像部は、前記格子パターンを異なる角度から撮影する複数のカメラを有し、
   前記空間座標算出部は、前記複数のカメラによって同時に撮影された複数の画像を用いて形状解析を行うことにより前記格子パターンの空間座標を算出する請求項１または２に記載の解析システム。
4. 前記バラツキ検出部は、前記タイヤに荷重が付加されない状態で撮影された前記画像を用いて前記空間座標算出部が算出した空間座標に基づいて、前記格子パターンの配置のバラツキを検出する請求項１から３のいずれか１項に記載の解析システム。
5. 前記格子パターンは、第１の方向および第２の方向に、それぞれ、少なくとも２つのマークが配置されるパターンである請求項１から４のいずれか１項に記載の解析システム。
6. タイヤに付された複数の格子パターンのそれぞれが所定の位置にあるときの画像を撮影するステップと、
   撮影された前記画像を用いて形状解析を行うことにより前記格子パターンの空間座標を算出するステップと、
   前記空間座標に基づいて前記格子パターンの配置のバラツキを検出するステップと、
   前記バラツキに基づいて前記格子パターンの配置を補正するステップと、
   を備える解析方法。

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