JPH1038533A - タイヤの形状測定装置とその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外乱要因の影響が少なく、測定の際に時間的
差異が生じず、過渡状態でも測定でき、また、歪み分布
も得ることができ、測定精度が非常に高いタイヤの形状
測定装置を提供する。 【解決手段】 タイヤＴの表面に格子面１４を設け、タ
イヤＴを回転させてストロボ装置２８によって間欠照明
した状態において、２台のカメラ２２，２４でこの格子
面１４の画像を収得し、この画像からタイヤＴの形状を
再生するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気入りタイヤの
形状測定装置及びその方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】タイヤの静的負荷、あるいは動的負荷を
かけている場合において、タイヤの形状や歪み分布を知
ることは、タイヤの開発において極めて重要である。そ
して、これまでのタイヤの形状測定方法としては、下記
のような方法がある。

【０００３】（１）石膏による方法 この方法は、タイヤの計測したい場所に石膏を固めて、
その場所の型を採取する方法である。この方法は原始的
であるが簡便であるため、よく用いられている方法であ
る。

【０００４】（２）レーザー反射光による第１の方法 第１の方法は、レーザースポット光によって三角測量を
行って形状を認識する方法であって、発光素子と光位置
検出素子の組合せで構成され、スポット光をタイヤの測
定部位の表面に走査し、その走査位置における断面形状
を得るものである。

【０００５】（３）レーザー反射光による第２の方法 第２の方法は、レーザースリット光による方法であっ
て、レーザースリット光を測定対象物の表面に走査し、
これをＣＣＤカメラで撮像するものである（特開平７−
１７４５２８号）。

【０００６】そして、ＣＣＤカメラで受光した反射光の
最大輝度レベルからタイヤの形状を得るものである。

【０００７】この方法であると、タイヤ表面全体に走査
することで三次元形状を得ることも可能であり、定常的
な状態であれば、動的負荷時の計測も可能である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記方法において、
（１）や（２）の方法においては、タイヤの静的計測に
しか用いることができず、動的負荷時の計測は不可能で
あった。

【０００９】（３）の方法は、動的負荷時の計測は可能
であるが、下記のような問題点がある。

【００１０】タイヤの測定対象上のスリット光に対して
平行に近い面ではスリットによる像が広がることによっ
て精度が劣化したり、測定対象表面の反射率の斑や、屋
内照明等背景光等の外来要因の影響を受けやすいという
問題点がある。

【００１１】表面全体にスリット光を走査することで三
次元形状を得ているため、タイヤが定常状態でなければ
測定できない。また、走査時間の分だけ、時間的な差異
が生じた断面形状となるという問題点がある。

【００１２】タイヤの形状が時間的に刻々と変化する状
態（以下、この明細書では、「過渡的状態」という）
や、歪み分布を測定することは不可能であるという問題
点がある。

【００１３】ＣＣＤカメラで撮像した画像を処理するた
め、このカメラの一画素以下の分解能を得ることはでき
ず、測定精度が低いという問題点がある。例えば、
（３）の方法では、一画素当たりの大きさが０．９７６
ｍｍであるため、これ以上の精度を要求することはでき
ない。

【００１４】そこで、本発明は上記問題点に鑑み、外来
要因の影響が少なく、測定の際に時間的差異が生じず、
過渡状態でも測定でき、また、歪み分布も得ることがで
き、測定精度が非常に高いタイヤの形状測定装置及びそ
の方法を提供する。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１のタイヤの形状
測定装置は、タイヤの表面に格子面を設け、前記格子面
の形状を測定することによってタイヤの形状を測定する
タイヤの形状測定装置であって、前記タイヤを回転させ
る回転手段と、前記回転手段によって回転する前記タイ
ヤの格子面の画像を、異なる場所から入力するための複
数の画像入力手段と、前記複数の画像入力手段によって
入力した複数の前記格子面の画像から前記格子面の各点
の位置を求める位置算出手段と、前記位置算出手段によ
って測定された前記格子面の各点の位置から、前記格子
面が設けられたタイヤの形状を再生するタイヤ形状再生
手段とよりなるものである。

【００１６】請求項２のタイヤの形状測定装置は、請求
項１のものにおいて、前記画像入力手段は、前記回転手
段によって回転する前記タイヤの格子面が、所定の位置
に回転移動した時のみに、前記格子面を照明する間欠的
照明手段と、前記間欠的照明手段によって照明された前
記格子面を撮影する撮影手段とよりなる。

【００１７】請求項３のタイヤの形状測定装置は、請求
項１のものにおいて、前記位置算出手段は、前記複数の
画像入力手段によって入力した複数の前記格子面の画像
を、フーリエ変換格子法によってそれぞれ処理して、前
記各画像入力手段から前記格子面の各点に対する相対位
置を求めるものである。

【００１８】請求項４のタイヤの形状測定装置は、請求
項１のものにおいて、前記格子面を前記タイヤのサイド
部またはタイヤのトレッド部の表面に設けたものであ
る。

【００１９】請求項５のタイヤの形状測定方法は、タイ
ヤの表面に格子面を設け、前記格子面の形状を測定する
ことによってタイヤの形状を測定するタイヤの形状測定
方法であって、回転する前記タイヤの格子面の画像を異
なる場所に設けられた複数の画像入力手段から入力する
ための画像入力ステップと、前記画像入力ステップにお
いて入力した複数の前記格子面の画像から前記格子面の
各点の位置を求める位置算出ステップと、前記位置算出
ステップにおいて算出された前記格子面の各点の位置か
ら、前記格子面が設けられたタイヤの形状を再生するタ
イヤ形状再生ステップとよりなるものである。

【００２０】請求項６のタイヤの形状測定方法は、請求
項５のものにおいて、前記画像入力ステップは、前記回
転する前記タイヤの格子面が、所定の位置に回転移動し
た時のみに、前記格子面を照明する間欠的照明ステップ
と、前記間欠的照明ステップにおいて照明された前記格
子面を撮影する撮影ステップとよりなる。

【００２１】請求項７のタイヤの形状測定方法は、請求
項５のものにおいて、前記位置算出ステップは、前記画
像入力ステップにおいて入力した複数の前記格子面の画
像を、フーリエ変換格子法によってそれぞれ処理して、
前記各画像入力手段から前記格子面の各点に対する相対
位置を求めるものである。

【００２２】請求項８のタイヤの形状測定装置は、請求
項５のものにおいて、前記格子面を前記タイヤのサイド
部またはタイヤのトレッド部の表面に設けたものであ
る。

【００２３】請求項１のタイヤの形状測定装置について
説明する。

【００２４】まず、測定したいタイヤの表面に格子面を
設ける。そして、このタイヤを回転手段に取付けてタイ
ヤを回転させる。

【００２５】複数の画像入力手段は、それぞれ異なる場
所から回転手段によって回転するタイヤの格子面の画像
を入力する。

【００２６】位置算出手段は、複数の画像入力手段によ
って入力した複数の前記格子面の画像から前記格子面の
各点の位置を算出する。

【００２７】タイヤ形状測定手段は、位置算出手段によ
って測定された格子面の各点の位置から、格子面が設け
られたタイヤの形状を再生する。この再生方法として
は、タイヤの形状を三次元的に再生してもよく、タイヤ
の形状の断面を二次元的に再生してもよい。

【００２８】請求項２のタイヤの形状測定装置は、画像
入力手段に関するものである。

【００２９】この画像入力手段は間欠的照明手段と撮影
手段とを有し、間欠的照明手段が、回転するタイヤの格
子面が所定の位置に回転移動したときのみその格子面を
照明する。

【００３０】この照明された前記格子面を撮影手段によ
って撮影する。

【００３１】この方法をとると、撮影手段により撮影さ
れた格子面は、タイヤが回転しているにもかかわらず、
あたかも静止状態で撮影されたような状態となる。

【００３２】請求項３のタイヤの形状測定装置は、位置
算出手段に関するものである。

【００３３】この位置算出手段は、複数の画像入力手段
によって入力した複数の前記格子面の画像を、フーリエ
変換格子法によってそれぞれ処理して、前記各画像入力
手段から前記格子面の各点に対する相対位置を求める。

【００３４】この前記格子面の各相対位置が求められれ
ば、タイヤの形状を再生することが可能となる。

【００３５】請求項４のタイヤの形状測定装置は、前記
格子面を前記タイヤのサイド部またはタイヤのトレッド
部の表面に設けている。

【００３６】請求項５〜８のタイヤの形状測定方法につ
いても、上記タイヤの形状測定装置と同様である。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面に
基づいて説明する。

【００３８】まず、図１，図２において、本実施例のタ
イヤの形状測定装置１０について説明する。

【００３９】符号１２は、測定したいタイヤＴを回転さ
せるためのドラムである。図１に示すように、ドラム１
２の上に回転軸に取付けたタイヤＴを載置し、ドラム１
２を回転させて測定対象であるタイヤＴを所定の速度Ｖ
（Ｋｍ／時間）で回転させる。

【００４０】符号１４は、測定対象であるタイヤＴのサ
イド部の表面に貼付けられる格子面シートである。この
格子面シート１４の表面には、格子状の模様が描かれて
いる。具体的には、図２に示すように、縦と横にそれぞ
れ縦線１６と横線１８とが直交するように描かれてお
り、この縦線１６と横線１８とにより、正方形の矩形部
２０が描かれている。ここで、縦線１６の幅ｄと、横線
１８の幅ｅとを、矩形部２０の一辺の寸法ｆとは、全て
等しい大きさであり、１ｍｍの大きさとなっている。こ
の大きさは、測定するタイヤＴの大きさによっても異な
るが、１ｍｍ〜５ｍｍの幅が好ましい。また、縦線１６
と横線１８の色は、白色であり、矩形部２０の部分は透
明である。これは、タイヤＴに貼付けた場合に縦線１６
と横線１８が判別しやすいためである。なお、矩形部２
０の部分は、中抜きでもよい。また、縦線１６と横線１
８の色は白色であり、矩形部２０の部分が黒色でもよ
い。そして、タイヤＴに貼付けるために、格子面シート
の裏面には接着剤が塗布されている。以下、この格子面
シート１４のことを以下に単に格子面１４という。

【００４１】符号２２は、ＣＣＤのテレビカメラ（以
下、カメラという）であって、タイヤＴに設けられた格
子面１４を撮影するものである。

【００４２】符号２４は、カメラであって、カメラ２２
とは異なる位置からタイヤＴの格子面１４を撮影するも
のである。この２台のカメラ２２，２４の撮影位置は、
図１に示すように、ドラム１２とタイヤＴの接触位置の
やや上方である。

【００４３】符号２６は、カメラ２２とカメラ２４によ
って撮影された画像を取込み、画像処理を行う画像処理
部である。この処理については後述する。

【００４４】符号２８は、タイヤＴのサイド部の格子面
１４を間欠的に照明するストロボ装置である。

【００４５】符号３０は、回転するタイヤＴの回転状態
を観察するピックアップセンサである。

【００４６】符号３２は、ストロボ装置２８とピックア
ップセンサ３２が接続されたストロボ制御部である。こ
のストロボ制御部３２はピックアップセンサ３０によっ
て、タイヤＴの回転状態を把握しており、タイヤＴの格
子面１４が常に同じ位置にきたときに、ストロボ装置２
８を発光させるものである。図１においては、格子面１
４が、タイヤＴの最下位置にきたときに発光するように
している。そして、カメラ２２，２４は、このストロボ
装置２８によって照明された格子面１４を撮影するもの
である。

【００４７】符号３４は、画像処理部２６によって処理
された画像を見るための表示部である。具体的には、画
像処理部２６によって再生されたタイヤＴの形状を表示
するものである。

【００４８】次に、上記形状測定装置１０を用いて、タ
イヤＴの形状を測定する場合について画像処理部２６の
処理を中心に説明していく。

【００４９】タイヤＴを所定の速度Ｖで回転させるとと
もに、ストロボ装置２８によって格子面１４を照明し
て、２台のカメラ２２，２４によってその格子面１４を
撮影する。この場合に、タイヤＴとともに格子面１４は
回転しているが、格子面１４が所定の位置（図１におけ
るドラム１２とタイヤＴの接触位置のやや上方の撮影位
置）にある場合のみストロボ装置２８によって照明され
るため、２台のカメラ２２，２４で撮影すると、この格
子面１４はあたかも停止した状態で撮影しているような
画像となる。

【００５０】このようにして、２台のカメラ２２，２４
によって、それぞれ異なる場所から１つの格子面１４を
画像にして入力する。この２つの画像は画像処理部２６
に送られる。

【００５１】次に、この画像処理部２６における処理に
ついて説明する。

【００５２】これら２つの画像は、それぞれフーリエ変
換格子法によって処理されて、格子面１４の各点は、３
次元空間内における２本の直線Ｌ１，Ｌ２の交点として
求められる。

【００５３】このフーリエ変換格子法は、森本吉春の論
文「フーリエ変換を用いた応力・歪み分布測定」：非破
壊検査第４４巻第７号（１９９５）に記載されている方
法である。

【００５４】このフーリエ変換格子法を説明する。

【００５５】 測定対象物である格子面を撮影した画
像をフーリエ変換する。

【００５６】 このフーリエ変換した画像において、
第一次調和波のみを取出し逆フーリエ変換する。

【００５７】 各点における位相値を、格子面上の起
点を基準にして求める。

【００５８】 ２つの画像において同じ位相値を持つ
点が対応する点となり、下記に示すステレオ法によって
３次元空間内のある点Ｐに対応するそれぞれの画像内の
座標値とカメラの空間座標から直線Ｌ１，Ｌ２が得ら
れ、その交点を計算することで点Ｐの空間座標を得る
（図１参照）。

【００５９】 画像の各位相値について同様な処理を
行うことで、タイヤの３次元空間座標すなわち３次元形
状を得ることができる。

【００６０】上記観測系（カメラ２２，２４）の空間座
標、すなわち、位置パラメータの決定は次のように行
う。

【００６１】 図７に示すように、カメラ２２によっ
て、基準平面を平行移動の前後で撮影し、フーリエ変換
格子法によりＣ，Ｃ′を代表とする各点の位相値（座標
値）を求める。なお、平行移動の移動量は予め判明して
いるものとする。

【００６２】 ２点Ｃ，Ｃ′を通る直線Ｌａが求めら
れる。これを複数の点で直線を求めると、それらの交点
がカメラの空間座標となる。

【００６３】 カメラ２４によっても同様に行う。

【００６４】 画像の拡大率（画面上の１画素が何ｍ
ｍに相当するか）を求め、これを考慮して空間座標を補
正すると計測のためのカメラ２２，２４の位置パラメー
タが決定される。

【００６５】ステレオ法について図８及び図９に基づい
て説明する。

【００６６】ステレオ法とは、異なる方向から撮影され
た２枚の画像と観測系の幾何学的位置関係より、測定対
象物の３次元座標を求める方法である。

【００６７】図８にカメラの撮像面とそこに到達する光
の道筋の模式図を示す。

【００６８】撮像面内に到達する光が全てレンズの中心
を通ると考えると、撮像面内での座標とそこに到達する
光の通る道筋とは一対一対応となる。いま、物体の表面
Ｐから発せられた光は点Ｐとレンズの中心Ｍを結ぶ直線
ｍ上を進み、撮像面内の点Ｓに到達する。空間内でのカ
メラの位置と向きが与えられれば、直線ｍを表す方程式
の各係数は、点Ｓの撮像面内での座標値を用いて表すこ
とができ、画像面内の座標値より直線ｍを決定すること
ができる。

【００６９】図９に２台のカメラと測定対象物の位置関
係の模式図を示す。

【００７０】点Ｐは測定対象物上の点，点Ｍ１，点Ｍ２
はそれぞれカメラ１とカメラ２のレンズの中心点とす
る。点Ｐと点Ｍ１，点Ｍ２を結ぶ直線をそれぞれｍ１，
ｍ２とする。点Ｐはカメラ１とカメラ２で得られた画像
上ではそれぞれ点Ｓ１，点Ｓ２に写されるとする。上述
したように点Ｓ１と点Ｓ２の画像上での座標値より直線
ｍ１，ｍ２をそれぞれ決定することができる。点Ｐの３
次元座標は直線ｍ１，ｍ２の交点として求められる。測
定対象物表面上の各点について、画面上での座標値を求
め、それより３次元座標を求めれば、測定対象物の３次
元形状を得ることができる。

【００７１】これを実験的に求めたのが、図３〜図５に
示すような三次元形状の画像である。

【００７２】図３〜図５における画像は、表示部３４に
おいて、測定した格子面１４を三次元的に再生したもの
であって、Ａ〜Ｂの距離は９０ｍｍ、Ｂ〜Ｂ′の距離は
８０ｍｍの距離を示し、幅方向の変形は、その他の方向
に比べ、２倍にして強調表示したものである。

【００７３】このように表現すると、タイヤＴのサイド
部の形状が一目で判別することができる。

【００７４】図３は、タイヤＴが静止した状態のもので
あり、図４はタイヤＴを時速５０ｋｍで回転したときの
ものであり、図５はタイヤＴを時速１００ｋｍで回転し
たときのものである。

【００７５】この図３〜図５のデータを用いると、例え
ば、図６のようなタイヤＴの転動時のサイド部形状を再
現することができる。図６におけるＶは、速度を示し、
Ｌは荷重を示している。

【００７６】上記のように、この形状測定装置１０であ
ると、タイヤＴが回転していても、タイヤＴの形状を測
定することができる。

【００７７】格子面１４の測定点の位置を特定できるた
め、従来測定できなかった歪みを測定することができ
る。すなわち、時系列的に同一の測定点の位置を測定し
ていくとその位置の変化により歪みが測定できる。

【００７８】ストロボ装置２８によって発光する瞬間だ
けで画像を収得しているため、従来の方法では不可能で
あった過渡的状態での測定も可能となる。

【００７９】同じくストロボ装置２８によって発光して
いる瞬間だけで画像を収得するため、測定に時間的差異
が生じない。

【００８０】ストロボ装置２８で照明した状態で格子面
１４を撮影するために、従来のように室内光等の外乱の
影響を受ける心配もない。

【００８１】この方法であるとカメラの撮影精度に影響
されることなく、細かい精度まで測定できる。すなわ
ち、本実施例の場合には、測定精度は０．２ｍｍ以下で
あり、従来の約５倍となっている。

【００８２】上記実施例では、格子面１４をタイヤＴの
サイド部の表面に貼付ける構造にしたが、これ以外にも
タイヤＴのサイド部に格子面１４を直接描いてもよく、
その他の方法で格子面を設けてもよい。例えば、タイヤ
Ｔのサイド部に格子面１４を投影してもよい。

【００８３】上記実施例では、前記格子面を前記タイヤ
のサイド部に設けたが、これに代えてタイヤのトレッド
部の表面に設けてもよい。

【００８４】さらに、上記実施例では、図１におけるド
ラム１２とタイヤＴの接触位置のやや上方を、カメラ２
２，２４の撮影位置としたが、これに代えてタイヤの他
の位置に格子面１４がある場合に、その場所での格子面
１４の状態を測定してタイヤの形状を測定してもよい。

【００８５】

【発明の効果】以上により本発明のタイヤの形状測定装
置及びその方法であると、タイヤの形状を精度よく、か
つ、三次元的にも再生することが可能であり、静的状
態、定常状態のみならず過渡的状態においても撮影する
ことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例のタイヤの形状測定装置のブロック図
である。

【図２】格子面の拡大平面図である。

【図３】タイヤの回転を停止した状態のタイヤの形状表
面の再生図である。

【図４】同じく時速５０ｋｍのときのタイヤの再生図で
ある。

【図５】同じく時速１００ｋｍのときのタイヤの形状の
再生図である。

【図６】直進走行時におけるタイヤの形状変形を表した
図である。

【図７】カメラの位置を測定する場合の説明図である。

【図８】ステレオ法におけるカメラの撮像面とそこに到
達する光の道筋である。

【図９】カメラの撮像面と測定対象物の位置関係を示す
図である。

【符号の説明】

１０ タイヤの形状測定装置 １２ ドラム １４ シート ２２ カメラ ２４ カメラ ２６ 画像処理部 ２８ ストロボ装置 ３０ ピックアッブセンサ ３２ ストロボ制御部 ３４ 表示部

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】タイヤの表面に格子面を設け、前記格子面
   の形状を測定することによってタイヤの形状を測定する
   タイヤの形状測定装置であって、 前記タイヤを回転させる回転手段と、 前記回転手段によって回転する前記タイヤの格子面の画
   像を、異なる場所から入力するための複数の画像入力手
   段と、 前記複数の画像入力手段によって入力した複数の前記格
   子面の画像から前記格子面の各点の位置を求める位置算
   出手段と、 前記位置算出手段によって測定された前記格子面の各点
   の位置から、前記格子面が設けられたタイヤの形状を再
   生するタイヤ形状再生手段とよりなることを特徴とする
   タイヤの形状測定装置。
2. 【請求項２】前記画像入力手段は、 前記回転手段によって回転する前記タイヤの格子面が、
   所定の位置に回転移動した時のみに、前記格子面を照明
   する間欠的照明手段と、 前記間欠的照明手段によって照明された前記格子面を撮
   影する撮影手段とよりなることを特徴とする請求項１記
   載のタイヤの形状測定装置。
3. 【請求項３】前記位置算出手段は、 前記複数の画像入力手段によって入力した複数の前記格
   子面の画像を、フーリエ変換格子法によってそれぞれ処
   理して、前記各画像入力手段から前記格子面の各点に対
   する相対位置を求めることを特徴とする請求項１記載の
   タイヤの形状測定装置。
4. 【請求項４】前記格子面を前記タイヤのサイド部または
   タイヤのトレッド部の表面に設けたことを特徴とする請
   求項１記載のタイヤの形状測定装置。
5. 【請求項５】タイヤの表面に格子面を設け、前記格子面
   の形状を測定することによってタイヤの形状を測定する
   タイヤの形状測定方法であって、 回転する前記タイヤの格子面の画像を異なる場所に設け
   られた複数の画像入力手段から入力するための画像入力
   ステップと、 前記画像入力ステップにおいて入力した複数の前記格子
   面の画像から前記格子面の各点の位置を求める位置算出
   ステップと、 前記位置算出ステップにおいて算出された前記格子面の
   各点の位置から、前記格子面が設けられたタイヤの形状
   を再生するタイヤ形状再生ステップとよりなることを特
   徴とするタイヤの形状測定方法。
6. 【請求項６】前記画像入力ステップは、 前記回転する前記タイヤの格子面が、所定の位置に回転
   移動した時のみに、前記格子面を照明する間欠的照明ス
   テップと、 前記間欠的照明ステップにおいて照明された前記格子面
   を撮影する撮影ステップとよりなることを特徴とする請
   求項５記載のタイヤの形状測定方法。
7. 【請求項７】前記位置算出ステップは、 前記画像入力ステップにおいて入力した複数の前記格子
   面の画像を、フーリエ変換格子法によってそれぞれ処理
   して、前記各画像入力手段から前記格子面の各点に対す
   る相対位置を求めることを特徴とする請求項５記載のタ
   イヤの形状測定方法。
8. 【請求項８】前記格子面を前記タイヤのサイド部または
   タイヤのトレッド部の表面に設けたことを特徴とする請
   求項５記載のタイヤの形状測定方法。