JP6614746B2 - タイヤプロファイル情報の取得装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車、バイク等のタイヤの損耗状態に関する各種の情報を取得するためのタイヤプロファイル情報の取得装置に関する。

自動車等の車両のタイヤは、その損耗がある程度以上になると、車両の走行中に破損して、重大な事故の原因となるおそれがあるため、適切な時期に新品のタイヤと交換することが必要となっている。

タイヤの寿命は、車両の走行距離のみならず、その車種、常時走行する路面の状態や運転者のくせ等の個別要因によっても大幅に変動するので、新品タイヤへの交換時期を、走行距離のみによって判断するのは適切ではなく、個々のタイヤの損耗状態を調査して判断することが重要である。

タイヤの寿命を支配する主な要因として、トレッド面の摩耗と、ヒビ割れや切りキズ等のキズの発生があげられる。トレッド面の摩耗の進行状態は、タイヤの溝の深さから判断されることが多い。すなわち、路面とタイヤの間に挟まれた水をタイヤの後方又は側方に逃がすために、トレッド面には縦溝（周回溝）と横溝が形成されている。

摩耗によりゴムの肉厚が減少すると、これらの溝が浅くなるため、残溝深さを測定することにより、摩耗の程度を推認することができる。そのため、如何にして残溝深さの数値を測定するかが、タイヤ損耗状態の調査の一つの課題となっている。

一般に、物体表面の形状を三次元的に測定する手段として、レーザー変位計が用いられることが多い。タイヤの残溝深さの測定にレーザー変位計を用いた事例も報告されている（例えば特許文献１及び特許文献２）。しかし、レーザー変位計による残溝深さの測定には、以下のような問題があると考えられる。

すなわち、黒色のゴム表面で計測を行なうため、強いレーザーパワーを必要とし、タイヤにダメージを与える危険性がある。また、拡散的な反射を起こす表面で局所的な干渉が発生するので、十分な測定制度を確保するためには、かなり複雑な操作手順が必要になるという問題がある。さらに、何よりも装置が高価になり、メンテナンスに多大の労力を要するという欠点がある。

一方、タイヤの残溝深さの情報を取得して、この情報をタイヤの交換・着脱の管理に利用する事例（例えば特許文献３）や、タイヤの販売促進の参考資料に利用する事例（例えば特許文献４）も報告されている。しかし、残溝深さの測定方法に関しては、特許文献４では、「目視により溝深さを測定する（測定器具を用いてもよい）」と記載されているのみである（段落００２２）。

特許文献３は、携帯端末と中央管理装置の間で情報交換して管理を行うもので、携帯端末の構成要素に「タイヤの溝深さを測定する溝深さ測定手段」が含まれているが（段落００４１）、この溝深さ測定手段の内容については全く記載がない。おそくらく自動計測ではなく、メジャーを使った手計測等がイメージされているのではないかと思われる。

目視や手計測により、残溝深さを測定する方法は、測定者による個人差や、測定部位によるバラツキが大きく、測定結果の信頼性に問題が残されていると考えられる。したがって、「タイヤの残溝深さを簡便かつ確実に計測する技術が確立されているとは言えない」というのが現状であると思われる。

特開平２０１６−１６１３６０号公報 特許第５６４００７３号公報 特許第４３９１２０６号公報 特開２００２−２７７２３２号公報

冬季に路面に積雪や凍結をみる寒冷地の居住者や、積雪の無い地域の居住者であっても、業務やレジャーのため自家用車で積雪地に出掛ける場合は、夏用タイヤと冬用タイヤの使い分けを必要としている。そのため、冬季の始まりと終わりにタイヤ交換の作業を行う必要があり、また、使用しない方のタイヤをその期間保管しておくことが必要となる。

このタイヤの交換作業は、一般の自家用車ユーザーが自力で行なうことも可能であるが、かなりの腕力を要する荒仕事であるため、女性や高齢者の場合、これを専門に又は副業として行う事業者、例えばタイヤの量販店等に依存せざるを得ない。また、交換は自力で可能であっても、自宅に保管場所を確保できない場合も同様と考えられる。

かかるタイヤの交換・保管の事業者は、顧客（ユーザー）の安全走行に資するため、或いは顧客に適切な新品タイヤへの交換時期をアドバイスするため、タイヤの損耗状態に関するタイヤプロファイル（タイヤの摩耗状態、タイヤやホイール側面のキズの状態等、タイヤの損耗に関わる外観全体）の情報を取得するための装置を保有する必要がある。かかる情報取得装置は、以下のような機能、特徴を有するものであることが望ましい。

(１)１台の装置でできるだけ幅広く総合的な損耗状態に関する情報が得られること。すなわち、タイヤの残溝深さやタイヤのトレッド面及び側面のヒビ割れやキズに関する情報のみならず、ホイールのヒビ割れやキズに関する情報も得られるものであることが望ましい。
(２)装置の製作費やメンテナンスコストが安価であること。
(３)測定操作が簡易で、複雑な処理を必要としないこと。

しかし、従来上記のような特徴を有するタイヤの損耗状態に関する情報取得装置は得られていない。
そこで本発明は、自動車・バイク等の車両から取り外されたタイヤ個々の損耗状態に関する情報を取得する装置であって、１台の装置で幅広く総合的な損耗状態に関する情報を得ることができ、装置の製作費やメンテナンスコストが安価であり、かつその測定操作も簡易に行なえるようなタイヤプロファイル情報の取得装置を提供することを課題としている。

上記課題を解決するための本発明のタイヤプロファイル情報の取得装置の第一は、
タイヤの側面が水平になり、かつ前記タイヤを回転自在に載置する回転テーブルと、
前記タイヤ表面の一測定点において、その円周の接線方向から、前記タイヤのトレッド縦溝の断面形状の映像を、その長手方向のみが所定の曲率で円弧状に湾曲した凹面鏡を用い、該凹面鏡をその長手方向が前記タイヤの幅方向と平行になるように配置して、前記凹面鏡で反射された前記トレッド縦溝の断面映像を取得する第１カメラと、
前記第１カメラの映像情報及び当該タイヤメーカ等の基本情報を一括して記録するメモリーと、前記映像情報を表示するディスプレイとを備えたことを特徴とするものである。

また、本発明のタイヤプロファイル情報の取得装置の第二は、上記の構成に加えて、前記タイヤ表面の所定の測定範囲において、その法線方向から前記タイヤのトレッド表面の映像を第２カメラにより取得することを特徴とするものである。

上記第二発明のタイヤプロファイル情報の取得装置においては、
前記トレッド縦溝の断面映像を、前記第１カメラで受像するに際して、視野を制限して、前記第１カメラの視野の左右又は上下いずれか半分の領域のみにて取象するとともに、
該断面映像を取得したと同一の位置における前記タイヤのトレッド表面の法線方向からの映像をミラーシステムにより前記第１カメラに入射させ、同じく視野を制限して前記第１カメラの視野の残りの半分の領域のみにて取象することにより、同一の位置における前記タイヤのトレッド表面の法線方向の映像と縦溝断面の接線方向の映像とが、１台のカメラの同一画面内に併存するように構成されていることが好ましい。

さらに、本発明のタイヤプロファイル情報の取得装置の第三は、
上記第一発明又は第二発明の構成に加えて、前記タイヤ側面の上部から、前記タイヤ側面及び／又はホイール側面の映像を取得する第３カメラを備えたことを特徴とするものである。

この第三発明のタイヤプロファイル情報の取得装置においては、前記第３カメラとして４台のカメラを用い、この各カメラが前記のタイヤ及びホイール側面の互いに異なる四半分部分の映像を拡大して取得するように配置されてなること
が好ましい。

上記第一〜第三発明のタイヤプロファイル情報の取得装置のいずれにおいても、 前記第１カメラにより得られた映像情報を画像処理することによって、前記タイヤの残溝深さを判定することが好ましい。

本発明により、タイヤの残溝深さを簡便かつ確実に測定することが可能になった。また、本発明により、タイヤの残溝深さやタイヤ及びホイールのキズの有無等のタイヤの損耗に関する総合的な情報を得ることが可能になった。本発明のタイヤプロファイル情報の取得装置は、設備コストが安価で、メンテナンスが容易であり、かつ測定の手間も簡易であるという特徴を有している。

以下、実施例の図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１は、本発明の第一の実施例であるタイヤプロファイル情報の取得装置の構成を示す斜視図である。この装置は、タイヤ１を載置する回転テーブル２、光源３、凹面鏡４と第１カメラ５からなる光学系、及びカメラの映像情報を記録するメモリー６、この映像を表示するディスプレイ７等からなっている。光源３は点光源に限定されず、面光源あるいは点光源を並べたものを含む。

タイヤ１は、回転テーブル２上にタイヤ側面が水平になるように載置され、図示していない回転機構により、タイヤの中心軸の回りに自在に回転しうるように載置されている。この第一実施例の装置において、第１カメラ５は、タイヤ１の円周上の１測定点Ｐにおいて、接線方向からタイヤ表面を撮影してタイヤ１の縦溝の断面映像を取得し、これによりタイヤ１の残溝深さの情報を得ることを目的にするものである。

本発明は、このタイヤ１の縦溝の断面映像を取得するに際して、その長手方向のみが円弧状に湾曲した凹面鏡（本発明において「凹面鏡」とは、「その幅方向の断面が直線状で、長手方向の断面が所定の曲率で円弧状に湾曲した鏡面を有するもの」をいう）で反射された映像を第１カメラ５に入射させて取像することに特徴があり、この点が本発明の一つのポイントとなっている。

以下、タイヤ１の縦溝の断面映像を取得するに際して、凹面鏡に反射させて取像する理由について説明する。図２は、本発明において凹面鏡を利用する理由の説明図である。

まず、説明を簡単にするために、図２(ａ)に示すように、被写体であるタイヤ１の縦溝の部分（図２(ａ)左側の破線で囲まれた部分）を模式的に、同図右側のように、平行溝８を有する直方体９とみなして説明する。
通常、自動車タイヤには、３〜５本程度の縦溝が形成されているが、ここでは縦溝が４本として説明する。

この直方体９の断面映像を撮影する際に、カメラ５が十分遠方にある場合は、図２(ｂ)に見られるように、平行溝８とほぼ平行な方向から見た映像となるため、直方体９の全幅にわたって溝の前後を透視することができ、図２(ｂ)の左側のような断面図となる。なお、図２(ｂ)〜図２(ｄ)において、左側の部分は平面図を表し、右側の部分は断面図を表す。

ただし、カメラ５が遠方過ぎると、解像度が低下し残溝深さの正確な評価が困難になるため、カメラ５を被写体に近づける必要がある。
カメラ５を被写体に近づけていくと、平行溝８を斜め前方から見ることになり、図２(ｃ)に示すように、死角（図のハッチングの部分）が生じて、溝幅が狭くなった断面映像となる。

とくに、外側の溝ほど死角の部分が大きくなる。そのため、さらにカメラ５を被写体に近づけると、外側の溝は、溝として認識されず、溝深さの評価ができないという結果になる。
この問題は、図２(ｄ)に示すように、カメラ５に凹面鏡４の反射映像を入射指せることによって、解決することができる。

すなわち、凹面鏡４はその鏡面の軸線に平行に入射する光をその焦点に収束させるという特性をもっている。したがって、カメラ５を凹面鏡４の鏡面側に向け、その焦点付近におけば、平行溝８を十分遠方から見たと等価な映像が得られ、解像度を低下させることなく、直方体９の全幅にわたって平行溝８の深さの正確な評価を可能にすることができる。これが、本発明のポイントの一つである。
なお、カメラ５の位置は、凹面鏡４の焦点と完全に一致している必要は無く、ある程度は軸線の前後にずれていても差し支え無い。

図３は、本発明の第二の実施例であるタイヤプロファイル情報の取得装置の構成を示す斜視図である。この装置は第一実施例の装置（図１）の構成に加えて、平面鏡１０を用いて、タイヤのトレッド面の法線方向からの映像を取得していることに特徴がある。このトレッド面の映像は、タイヤのトレッド面のキズの有無を判断するためのものである。

このタイヤのトレッド面の映像は、縦溝の断面映像の測定点（図１のＰ点）以外の場所で、かつ第１カメラと別のカメラで測定しても差し支えない。しかし本実施例では、同じ測定点Ｐでかつ１台のカメラで、両方の映像を同時に取得している点に特徴がある。以下、この第二実施例の映像の取得方法について、やや詳しく説明する。

図４は、第二実施例での映像の取得方法の説明図で、図４(ａ)は、光学系の配置を示す平面図、図４(ｂ)は、得られた映像画面の例を示すスケッチ図である。
図４(ａ)に見られるように、測定点Ｐでの接線方向の映像（縦溝の断面映像）は、凹面鏡４で反射されて第１カメラ５に入射する。この際視野を制限して、凹面鏡４の映像をカメラ５の視野の、向かって右半分（平面図では上半分）の領域のみで取像するようにする。

一方、Ｐ点での法線方向（図中のＮ方向）の延長上に、平面鏡１０を法線Ｎに対して所定の角度に傾斜させて配置する。これにより、トレッド面の法線方向の映像も平面鏡１０で反射されて第１カメラ５に入射する。この際同様に視野を制限して、平面鏡１０の映像をカメラ５の視野の、向って左半分（平面図では下半分）の領域のみで取像するようにする。

これにより、図４(ｂ)に見られるように、同一画面の片側半分の領域に縦溝深さに関する情報、他の半分の領域にトレッド面のキズの有無に関する情報が表示されることになる。図４(ｂ)の横軸（図のＸ方向）は、平面図では紙面に垂直な上下方向即ちタイヤ１の幅方向に該当している。図４(ｂ)に見られるように、接線方向の映像と法線方向の映像で、縦溝の位置が対応していることが分かる。

このように、同一画面に同一位置における縦溝深さの情報とトレッド面のキズの有無に関する情報を対比させて表示できるようにしたことが、本発明の第２のポイントである。これにより、上記の両情報を個別に取得する場合よりも、タイヤの安全性について進んだ判断が可能になる。

例えば、タイヤの摩耗の少ない（残溝深さの大きい）部位では、小さなキズが多少あってもさほど問題にはならない。しかし、タイヤの摩耗の大きい（残溝深さの小さい）部位では、小さなキズでも、タイヤの破損を起こすおそれがあるため、「キズの実態をより精密に調査して、安全性の確認や、安全対策に繋げていく」という判断の材料にすることができる。

図５は、本発明の第三の実施例であるタイヤプロファイル情報の取得装置の構成を示す斜視図である。この装置は第二実施例の装置（図３）の構成に加えて、タイヤ１の側面上部に第３のカメラを配して、タイヤ側面の法線方向からの映像を取得していることに特徴がある。このタイヤ側面の映像は、タイヤ側面やホイール側面のキズの有無を判断するためのものである。

図５に見られるように、回転テーブル２に取り付けられたアーム１１の上端にカメラマウント１２が配設されている。カメラマウント１２は４つのセルに分割されてなり、各セルに各１台の第３カメラ１３（レンズ筒の部分のみ図示）が装着されている。

各カメラは、その軸線の方向を調節してセットされ、タイヤ１の側面の四半分領域のそれぞれ異なる部分を拡大して撮影するように構成されている。図６は、この第三実施例の装置における４台のカメラ映像の例を示すスケッチ図である。図に見られるように、４台のカメラそれぞれが、ゴム部分１４及びホイール部分１５の四半分領域のそれぞれ異なる部分を拡大して取像していることが分かる。

この第三実施例で、第３カメラに４台のカメラを用いた理由は、１台のカメラでタイヤの側面全体を撮影すると、視野の範囲が大き過ぎるため、画像の解像度が低下し、細かいキズの判別が困難になるためである。これに対して、４台のカメラで、タイヤ側面の四半分領域を拡大して取像すれば、図６に見られるように、画像の解像度が向上し、細かいキズの判別が十分可能になることが知見された。

上記の第三実施例の情報取得装置によれば、車両タイヤの残溝深さや、タイヤトレッド面のキズの有無、タイヤやホイール側面のキズの有無等、タイヤプロファイルの現状に関する総合的な情報を得ることができる。

また、これらの情報を一括して、識別コードを付してメモリーに記録しておけば、同一タイヤの過去のプロファイル情報を容易に取り出すことができる。これにより、例えば、前回調査と今回調査の間でのキズ状態の変化とか、長期間での摩耗の進行状況など、タイヤの損耗の履歴に関する総合的な情報も得ることができる。

本発明の情報取得装置において、各カメラは市販のディジタルカメラを適用することができ、メモリーやディスプレイは手持ちのパソコンの機能を流用することができる。したがって、本装置の製作費は極めて安価となり、メンテナンスにも格別の費用や手間を要しない。また、装置の操作も誰でも実行できるように簡便であるという利点を有している。なお、ディジタルカメラとは、ＵＳＢカメラ、ウェブカメラを含む。

本発明の第一の実施例であるタイヤプロファイル情報の取得装置の構成を示す斜視図である。 本発明において、凹面鏡を利用する理由の説明図である。 本発明の第二の実施例であるタイヤプロファイル情報の取得装置の構成を示す斜視図である。 第二実施例での映像の取得方法の説明図である。 本発明の第三の実施例であるタイヤプロファイル情報の取得装置の構成を示す斜視図である。 第三実施例の装置における４台のカメラ映像の例を示すスケッチ図である。

１：タイヤ
２：回転テーブル
３：光源
４：凹面鏡
５：第１カメラ
６：メモリー
７：ディスプレイ
８：平行溝
９：直方体
１０：平面鏡
１１：アーム
１２：カメラマウント
１３：第３カメラ
１４：ゴム部分
１５：ホイール部分

Claims (6)

1. タイヤの側面が水平になるように該タイヤを回転自在に載置する回転テーブルと、
   前記タイヤ表面の一測定点において、その円周の接線方向から、前記タイヤのトレッド縦溝の断面形状の映像を、その長手方向のみが所定の曲率で円弧状に湾曲した凹面鏡を用い、該凹面鏡をその長手方向が前記タイヤの幅方向と平行になるように配置して、前記凹面鏡で反射された前記トレッド縦溝の断面映像を取得する第１カメラと、
   前記第１カメラの映像情報及び当該タイヤメーカ等の基本情報を一括して記録するメモリーと、前記映像情報を表示するディスプレイとを備えたことを特徴とするタイヤ損耗状態を示すタイヤプロファイル情報の取得装置。
2. 前記タイヤ表面の所定の測定範囲において、その法線方向から前記タイヤのトレッド表面の映像を第２カメラにより取得することを特徴とする請求項１記載のタイヤプロファイル情報の取得装置。
3. 前記トレッド縦溝の断面映像を、前記第１カメラで受像するに際して、視野を制限して、前記第１カメラの視野の左右又は上下いずれか半分の領域のみにて取象するとともに、
   該断面映像を取得したと同一の位置における前記タイヤのトレッド表面の法線方向からの映像をミラーシステムにより前記第１カメラに入射させ、同じく視野を制限して前記第１カメラの視野の残りの半分の領域のみにて取象することにより、同一の位置における前記タイヤのトレッド表面の法線方向の映像と縦溝断面の接線方向の映像とが、１台のカメラの同一画面内に併存するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のタイヤプロファイル情報の取得装置。
4. 前記タイヤ側面の上部から、前記タイヤ側面及び／又はホイール側面の映像を取得する第３カメラを備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のタイヤプロファイル情報の取得装置。
5. 前記第３カメラとして４台のカメラを用い、この各カメラが前記のタイヤ及びホイール側面の互いに異なる四半分部分の映像を拡大して取得するように配置されてなることを特徴とする請求項４に記載のタイヤプロファイル情報の取得装置。
6. 前記第１カメラにより得られた映像情報を画像処理することによって、前記タイヤの残溝深さを判定することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のタイヤプロファイル情報の取得装置。

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