JP7375337B2 - 成形物の形状測定装置及び形状測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、成形物の形状測定装置及び形状測定方法に関する。

タイヤの製造では、例えば、押出機にてゴム組成物を押し出すことで、プレート状の成形物が準備される。並列した多数のコードを薄いゴム層で挟み込むことにより、シート状の成形物が準備される。シート状の成形物を細長く裁断して、テープ状の成形物が準備される。

タイヤの製造では、前述した成形物の品質が管理される。この品質管理では、例えば、成形物の幅や厚さが計測される。高品質なタイヤを安定に製造するために、成形物の幅や厚さを正確にかつ効率よく計測できる技術について様々な検討が行われている（例えば、下記の特許文献１）。

特開２００６－１１６８３５号公報

前述の成形物の品質管理では、例えば、レーザー変位計（以下、変位計とも称する。）を用いて、この変位計から成形物の表面までの距離が計測される。この距離の計測値（以下、距離データとも称される。）に基づいて、成形物の幅や厚さが把握される。

変位計は通常、成形物の表面側及び裏面側のいずれかにセットされる。例えば、変位計を成形物の表面側にセットした場合、この変位計にて計測される距離データには、裏面の情報は含まれない。このため、例えば、押出機の口金形状が摩耗により変化し、成形物の裏面側の形状が変化しても、この裏面側の形状変化は距離データに反映されない。そこで、高品質なタイヤを安定に製造するために、成形物の断面形状を正確に把握できる技術の確立が求められている。

本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであり、成形物の断面形状を正確に把握できる、成形物の形状測定装置及び形状測定方法を提供することを目的としている。

本発明の一態様に係る成形物の形状測定装置は、成形物の形状を測定するための装置である。この形状測定装置は、前記成形物までの距離を計測する、第一変位計及び第二変位計と、前記第一変位計が計測した当該第一変位計から前記成形物までの距離と、前記第二変位計が計測した当該第二変位計から当該成形物までの距離とに基づいて、当該成形物の断面積を算出する、演算モジュールとを備える。前記第一変位計と前記第二変位計とは対向して配置され、当該第一変位計と当該第二変位計との間に前記成形物が配置される。

好ましくは、この成形物の形状測定装置では、前記成形物は連続的に供給され、前記第一変位計と前記第二変位計との間を通過する当該成形物の形状が測定される。

好ましくは、この成形物の形状測定装置では、前記第一変位計から前記成形物までの距離と、前記第二変位計から当該成形物までの距離とは、当該成形物の進行方向に対して垂直な方向に沿って計測される。

本発明の一態様に係る成形物の形状測定方法は、成形物の形状を測定するための方法である。この形状測定方法は
（１）第一変位計及び第二変位計を用いて、前記成形物までの距離を計測する工程、及び（２）前記第一変位計が計測した当該第一変位計から前記成形物までの距離と、前記第二変位計が計測した当該第二変位計から当該成形物までの距離とに基づいて、当該成形物の断面積を算出する工程
を含む。前記第一変位計と前記第二変位計とは対向して配置され、当該第一変位計と当該第二変位計との間に前記成形物は配置される。

本発明の成形物の形状測定装置及び形状測定方法によれば、成形物の断面形状を正確に把握できる。

図１は、本発明の一実施形態に係る形状測定装置の概要を説明する説明図である。 図２は、成形物の形状測定を説明する説明図である。

以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて、本発明が詳細に説明される。

［成形物の形状測定装置］
図１及び２には、本発明の一実施形態に係る形状測定装置２の一例が示される。この形状測定装置２（以下、測定装置２）は、成形物Ｐの形状を測定するための装置である。

この測定装置２の測定対象である成形物Ｐは、一定の形状を有する長尺又は短尺の物体である。この測定装置２では、形状測定の対象物としての成形物Ｐに特に制限はない。

図１及び２に示された測定装置２が形状測定の対象物とする成形物Ｐは、タイヤの部品である。具体的には、この成形物Ｐは、タイヤのベルトとトレッドとの間に設けられるバンドの部品である。この成形物Ｐはテープ状である。図示されないが、この成形物Ｐは、その幅方向に並列した複数本のコードを含む。これらコードは、トッピングゴムで覆われる。このテープ状の成形物Ｐは、並列した多数のコードを薄いゴム層で挟み込むことにより成形されたシート状の成形物を、さらに細長く裁断することにより得られる。

成形物Ｐは、バンドの部品に限られない。この測定装置２では、この成形物Ｐが、例えば、トレッドやサイドウォールの部品のように、押出機においてゴム組成物を押し出して得られるプレート状の成形物であってもよく、押出機においてゴム組成物を帯状に加工した後さらにカレンダーロールで圧延することにより得られるテープ状の成形物（ストリップとも称される。）であってもよい。この成形物Ｐが、例えば、インナーライナーのように、カレンダーロールにおいてゴム組成物を圧延して得られる薄いシート状の成形物であってもよい。この成形物Ｐが、例えば、カーカスやベルトの部品のように、並列した多数のコードを薄いゴム層で挟み込むことにより成形された、シート状の成形物であってもよい。

この測定装置２には、図示されない供給手段を用いて成形物Ｐが連続的に供給される。この図１において、矢印Ａはこの測定装置２における成形物Ｐの進行方向である。成形物Ｐは、左側から右側に向かってこの測定装置２を移動する。この紙面において、左側はこの測定装置２の上流側であり、右側はこの測定装置２の下流側である。

この測定装置２では、成形物Ｐを移動させながら、成形物Ｐの形状が連続的に測定される。この測定装置２では、成形物Ｐの移動と停止とを繰り返して、この成形物Ｐの形状が断続的に測定されてもよい。成形物Ｐを静止させた状態で、この成形物Ｐの形状が測定されてもよい。

この測定装置２は、成形物Ｐの幅や厚さ等の寸法データを計測する計測器４を備える。この計測器４は、一対の変位計６及びコントローラー８で構成される。

変位計６は、レーザー変位計である。レーザー変位計は、測定対象物にレーザー光を照射し、その反射光を光電変換することにより、測定対象物までの距離データを非接触で取得する光学式のセンサーである。

コントローラー８は、変位計６と通信ケーブル１０で繋げられる。このコントローラー８は、変位計６の測定開始、停止等の動作をコントロールする。このコントローラー８は、変位計６で取得した距離データを成形物Ｐの幅や厚さ等の寸法データとして出力する。

この変位計６とコントローラー８とで構成される計測器４としては、例えば、キーエンス社製の商品名「超高速インラインプロファイル測定器ＬＪ－Ｖ７０００シリーズ」が挙げられる。

この測定装置２では、一対の変位計６はこの測定装置２の本体フレーム１２に固定される。一方の変位計６と他方の変位計６とは、上下方向に間隔をあけて配置される。上側の変位計６が第一変位計１４であり、下側の変位計６が第二変位計１６である。

第一変位計１４は、成形物Ｐの上方、言い換えれば、この成形物Ｐの表面Ｓ側に配置される。第一変位計１４は、レーザー光を照射する第一照射部１８と、反射光を受光する第一受光部２０とを備える。

図２において、点線Ｒ１で示される領域は、第一変位計１４のレーザーの照射領域（言い換えれば、この第一変位計１４の計測可能領域）である。この測定装置２では、測定対象物としての成形物Ｐはこの計測可能領域Ｒ１に配置される。この第一変位計１４では、第一照射部１８から成形物Ｐの表面Ｓに向けてレーザー光が照射される。この成形物Ｐの表面Ｓで反射したレーザー光、すなわち反射光が、第一受光部２０で受光される。これにより、第一変位計１４から成形物Ｐまでの距離が計測される。

図２に示されるように、第一変位計１４の計測可能領域Ｒ１は所定の幅を有する。この第一変位計１４は、成形物Ｐの幅方向に関連付けられたこの第一変位計１４から成形物Ｐの表面Ｓまでの距離を非接触で計測する。

この測定装置２では、第一変位計１４の第一照射部１８は、成形物Ｐの進行方向に対して垂直な方向に沿って、レーザー光を照射する。この測定装置２では、第一変位計１４から成形物Ｐの表面Ｓまでの距離は、成形物Ｐの進行方向に対して垂直な方向に沿って計測される。

第二変位計１６は、成形物Ｐの下方、言い換えれば、この成形物Ｐの裏面Ｒ側に配置される。第二変位計１６は、レーザー光を照射する第二照射部２２と、反射光を受光する第二受光部２４とを備える。

図２において、点線Ｒ２で示される領域は、第二変位計１６のレーザーの照射領域（言い換えれば、第二変位計１６の計測可能領域）である。この測定装置２では、測定対象物としての成形物Ｐはこの計測可能領域Ｒ２に配置される。この第二変位計１６では、第二照射部２２から成形物Ｐの裏面Ｒに向けてレーザー光が照射される。この成形物Ｐの裏面Ｒで反射したレーザー光、すなわち反射光が、第二受光部２４で受光される。これにより、第二変位計１６から成形物Ｐまでの距離が計測される。

図２に示されるように、第二変位計１６の計測可能領域Ｒ２は所定の幅を有する。この第二変位計１６は、成形物Ｐの幅方向に関連付けられたこの第二変位計１６から成形物Ｐの裏面Ｒまでの距離を非接触で計測する。

この測定装置２では、第二変位計１６の第二照射部２２は、成形物Ｐの進行方向に対して垂直な方向に沿って、レーザー光を照射する。この測定装置２では、第二変位計１６から成形物Ｐの裏面Ｒまでの距離は、成形物Ｐの進行方向に対して垂直な方向に沿って計測される。

この測定装置２では、第一変位計１４と第二変位計１６とは対向して配置され、この第一変位計１４と第二変位計１６との間に成形物Ｐが配置される。この測定装置２では、第一変位計１４の計測可能領域Ｒ１と第二変位計１６の計測可能領域Ｒ２との重複領域に成形物Ｐは位置する。

この測定装置２は、演算モジュール２６を備える。演算モジュール２６は、例えばＣＰＵ等の演算部、ＲＡＭ及びＲＯＭを含む記憶部等を有する「プログラマブル ロジック コントローラー（ＰＬＣ）」である。この演算モジュール２６は、記憶部に記憶されたプログラムを演算部が実行することによって所定の機能を発揮する。この演算モジュール２６としては、例えば、安川電機社製の商品名「マシンコントローラー ＭＰ２０００シリーズ」が挙げられる。

この測定装置２では、演算モジュール２６は計測器４のコントローラー８と通信ケーブル１０で繋げられる。この測定装置２では、第一変位計１４及び第二変位計１６で計測した距離データがコントローラー８から出力され、この演算モジュール２６に入力される。

この測定装置２では、演算モジュール２６において、第一変位計１４で計測した距離データが成形物Ｐの表面Ｓの二次元プロファイルに関するデータに加工される。具体的には、距離データに基づいて、符号Ｐ１ａで示される表面Ｓの一端及び符号Ｐ１ｂで示されるこの表面Ｓの他端が特定され、表面Ｓの一端Ｐ１ａから他端Ｐ１ｂまでの長さＷ１で表される表面Ｓの幅が得られる。さらにこの演算モジュール２６において、第二変位計１６で計測した距離データが成形物Ｐの裏面Ｒの二次元プロファイルに関するデータに加工される。具体的には、距離データに基づいて、符号Ｐ２ａで示される裏面Ｒの一端及び符号Ｐ２ｂで示されるこの裏面Ｒの他端が特定され、裏面Ｒの一端Ｐ２ａから他端Ｐ２ｂまでの長さＷ２で表される裏面Ｒの幅が得られる。そしてこの演算モジュール２６において、第一変位計１４で計測した距離データと、第二変位計１６で計測した距離データとに基づいて、表面Ｓから裏面Ｒまでの距離で表される、幅方向各部における成形物Ｐの厚さ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、・・・、Ｔｎ［ｎは自然数である。］）及びこれらの平均値としての平均厚さＴａｖが得られる。なお、図２に示されるように成形物Ｐが傾いている場合には、この傾きを考慮して、成形物Ｐの表面Ｓの幅Ｗ１、裏面Ｒの幅Ｗ２及び平均厚さＴａｖが得られる。

この測定装置２では、演算モジュール２６はさらに、表面Ｓの幅Ｗ１、裏面Ｒの幅Ｗ２及び平均厚さＴａｖにより表される次式（１）に基づいて、成形物Ｐの断面積ＡＣを算出する。この演算モジュール２６は、第一変位計１４が計測したこの第一変位計１４から成形物Ｐまでの距離と、第二変位計１６が計測したこの第二変位計１６から成形物Ｐまでの距離とに基づいて、この成形物Ｐの断面積ＡＣを算出する。
ＡＣ ＝ （Ｗ１＋Ｗ２）×Ｔａｖ／２ （１）

この測定装置２では、成形物Ｐの断面形状の把握のために、表面Ｓ及び裏面Ｒのそれぞれについて、二次元プロファイルが得られる。この成形物Ｐの断面形状の把握のために、表面Ｓ及び裏面Ｒの二次元プロファイルに関する情報が考慮されるので、この測定装置２では、例えば、押出機（図示されず）の口金形状が摩耗により変化し、成形物Ｐの表面Ｓの形状が変化した場合には、この表面Ｓの形状変化を考慮した断面形状に基づく断面積ＡＣが得られる。成形物Ｐの裏面Ｒの形状が変化した場合には、この裏面Ｒの形状変化を考慮した断面形状に基づく断面積ＡＣが得られる。この測定装置２によれば、成形物Ｐの断面形状の正確な把握が可能である。この測定装置２は、高品質なタイヤの安定製造に貢献できる。

前述したように、この測定装置２では、成形物Ｐはこの測定装置２に連続的に供給される。この測定装置２の計測器４は、第一変位計１４と第二変位計１６との間を通過する成形物Ｐの、表面Ｓ及び裏面Ｒに関する二次元プロファイルデータを時系列で計測できる。この測定装置２では、成形物Ｐの長さ方向各部の断面形状の把握が可能である。この測定装置２は、成形物Ｐの長さ方向に沿った断面積の変化を追跡できる。この追跡結果を成形物Ｐの成形装置（図示されず）に反映させることで、断面形状の変化が抑えられた成形物Ｐの製造が可能である。この測定装置２は、高品質なタイヤの安定な製造に貢献する。この観点から、この測定装置２では、成形物Ｐは連続的に供給され、第一変位計１４と第二変位計１６との間を通過する成形物Ｐの形状が時系列で測定されるのが好ましい。この場合、第一変位計１４と第二変位計１６との間を通過する成形物Ｐの断面形状をより正確に把握できる観点から、第一変位計１４から成形物Ｐの表面Ｓまでの距離、及び、第二変位計１６から成形物Ｐの裏面Ｒまでの距離は、成形物Ｐの進行方向に対して垂直な方向に沿って計測されるのがより好ましい。

この測定装置２は、一対のテンションロール２８を備えることができる。この場合、図１に示されるように、一対のテンションロール２８は、第一変位計１４及び第二変位計１６の上流側及び下流側のそれぞれに配置される。

この測定装置２では、上流側に位置するテンションロール２８と、下流側に位置するテンションロール２８とに、成形物Ｐは掛けられる。これにより、２つのテンションロール２８の間に位置する成形物Ｐに、張力が作用する。詳述しないが、この測定装置２では、成形物Ｐに作用する張力は、テンションロール２８の位置等によって、成形物Ｐの断面形状を変化させないよう適切にコントロールされる。成形物Ｐに作用させる張力は、成形物Ｐの仕様等が考慮され適宜決められる。

この測定装置２では、一対のテンションロール２８が第一変位計１４と第二変位計１６との間を通過する成形物Ｐの弛みを抑える。この測定装置２では、成形物Ｐの上下方向の位置が安定に保持されるので、この成形物Ｐの動きによる計測値への影響が抑えられる。この測定装置２では、成形物Ｐの断面形状が正確に把握できる。この観点から、この測定装置２は、第一変位計１４及び第二変位計１６の上流側及び下流側のそれぞれに配置された一対のテンションロール２８を備え、これらテンションロール２８によって成形物Ｐに張力が作用させられるのが好ましい。

［成形物Ｐの形状測定方法］
次に、この測定装置２による成形物Ｐの形状測定方法について説明する。この形状測定方法（以下、測定方法）は、成形物Ｐの形状を測定するための方法である。この測定方法は、計測工程と、算出工程とを含む。

計測工程では、成形物Ｐが測定装置２に供給される。そして、第一変位計１４及び第二変位計１６を用いて、この成形物Ｐまでの距離が計測される。具体的には、この成形物Ｐの表面Ｓ側に位置する第一変位計１４によって、この第一変位計１４から成形物Ｐの表面Ｓまでの距離が非接触で計測される。第一変位計１４の計測可能領域Ｒ１は所定の幅を有するので、この第一変位計１４は幅方向に関連付けられた成形物Ｐまでの距離を計測する。さらにこの成形物Ｐの裏面Ｒ側に位置する第二変位計１６によって、この第二変位計１６から成形物Ｐの表面Ｓまでの距離が非接触で計測される。第二変位計１６の計測可能領域Ｒ２は所定の幅を有するので、この第二変位計１６は幅方向に関連付けられた成形物Ｐまでの距離を計測する。

算出工程では、第一変位計１４が計測したこの第一変位計１４から成形物Ｐの表面Ｓまでの距離と、第二変位計１６が計測したこの第二変位計１６から成形物Ｐの裏面Ｒまでの距離とに基づいて、演算モジュール２６において、成形物Ｐの表面Ｓの幅Ｗ１、裏面Ｒの幅Ｗ２及び平均厚さＴａｖが求められる。そして、この演算モジュール２６において、前述の式（１）に基づいて、成形物Ｐの断面積ＡＣが算出される。この算出工程では、第一変位計１４が計測したこの第一変位計１４から成形物Ｐまでの距離と、第二変位計１６が計測したこの第二変位計１６から成形物Ｐまでの距離とに基づいて、この成形物Ｐの断面積ＡＣが算出される。

この測定方法では、成形物Ｐの断面形状の把握のために、表面Ｓ及び裏面Ｒのそれぞれについて、二次元プロファイルが得られる。この成形物Ｐの断面形状の把握のために、表面Ｓ及び裏面Ｒの二次元プロファイルに関する情報が考慮されるので、この測定方法では、例えば、押出機（図示されず）の口金形状が摩耗により変化し、成形物Ｐの表面Ｓの形状が変化しても、この表面Ｓの形状変化を考慮した断面形状に基づく断面積ＡＣが得られる。成形物Ｐの裏面Ｒの形状が変化した場合には、この裏面Ｒの形状変化を考慮した断面形状に基づく断面積ＡＣが得られる。この測定方法によれば、成形物Ｐの断面形状の正確な把握が可能である。この測定方法は、高品質なタイヤの安定製造に貢献できる。

以上説明したように、本発明によれば、成形物Ｐの断面形状を正確に把握できる、成形物Ｐの形状測定装置２及び形状測定方法が得られる。

今回開示し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。本発明の技術的範囲は前述の実施形態に限定されるものではなく、この技術的範囲には特許請求の範囲に記載された構成と均等の範囲内でのすべての変更が含まれる。

以上説明された、成形物の断面形状を把握する技術は、タイヤの部品以外の成形物にも適用できる。

２・・・形状測定装置
４・・・計測器
６・・・変位計
８・・・コントローラー
１０・・・通信ケーブル
１２・・・本体フレーム
１４・・・第一変位計
１６・・・第二変位計
１８・・・第一照射部
２０・・・第一受光部
２２・・・第二照射部
２４・・・第二受光部
２６・・・演算モジュール
２８・・・テンションロール

Claims (3)

1. 幅方向に並列した複数本のコードを含むテープ状の成形物の形状を測定するための装置であって、
   前記成形物までの距離を計測する、第一変位計及び第二変位計と、
   前記第一変位計が計測した当該第一変位計から前記成形物までの距離と、前記第二変位計が計測した当該第二変位計から当該成形物までの距離とに基づいて、当該成形物の断面積を算出する、演算モジュールと、
   前記第一変位計及び前記第二変位計の上流側及び下流側のそれぞれに配置され、前記成形物に張力を作用させる、一対のテンションロールと、
   を備え、
   前記第一変位計と前記第二変位計とが対向して配置され、当該第一変位計と当該第二変位計との間に前記成形物が配置され、
   前記第一変位計の計測可能領域と前記第二変位計の計測可能領域との重複領域に前記成形物の断面全体が含まれ、
   一対の前記テンションロールによって張力を作用させた前記成形物が連続的に供給され、前記第一変位計と前記第二変位計との間を通過する当該成形物の形状が時系列で測定される、成形物の形状測定装置。
2. 前記第一変位計から前記成形物までの距離と、前記第二変位計から当該成形物までの距離とが、当該成形物の進行方向に対して垂直な方向に沿って計測される、請求項１に記載の成形物の形状測定装置。
3. 幅方向に並列した複数本のコードを含むテープ状の成形物の形状を測定するための方法であって、
   第一変位計及び第二変位計を用いて、前記成形物までの距離を計測する工程と、
   前記第一変位計が計測した当該第一変位計から前記成形物までの距離と、前記第二変位計が計測した当該第二変位計から当該成形物までの距離とに基づいて、当該成形物の断面積を算出する工程と
   を含み、
   前記第一変位計と前記第二変位計とが対向して配置され、当該第一変位計と当該第二変位計との間に前記成形物が配置され、
   前記第一変位計の計測可能領域と前記第二変位計の計測可能領域との重複領域に前記成形物の断面全体が含まれ、
   前記第一変位計及び前記第二変位計の上流側及び下流側のそれぞれに配置された一対のテンションロールによって張力を作用させた前記成形物が連続的に供給され、前記第一変位計と前記第二変位計との間を通過する当該成形物の形状が時系列で測定される、成形物の形状測定方法。
   

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