WO2003071224A1 - Procede et dispositif de detection d'un objet, procede et dispositif d'examen d'un objet - Google Patents

Description

明 細 書 被検体の検出方法とその装置、 及び、 被検体の検査方法とその装置 技術分野

本発明は、 例えば、 タイヤやタイヤ構成部品などの被検体を撮影してその外観 と形状などを検出したり、 検査する方法とその装置に関するものである。 背景技術

従来、 製品検査の一つとして、 当該製品をラインカメラで撮影し、 得られた外 観データから変色や汚れなどの被検体の表面状態の良否を検査する方法が行われ ている。 しかしながら、 ラインカメラで撮影した外観デ一夕では、 変色や汚れは 判定できるが、 被検体の形状は正確に判定することができないので、 形状の判定 には、 被検体表面にスリヅト光を照射してこれをエリアカメラで撮影し、 得られ た画像デ一夕から被検体の形状を検出する光切断法が用いられている。

上記光切断法により、 タイヤ形状を検査する場合には、 例えば、 特開平 1 1—

1 3 8 6 5 4号公報に開示されているように、 タイヤ表面に半導体レーザなどの 投光手段によりスリツト光を照射して、 ェリァカメラで上記スリヅト光の照射部 を撮影し、 撮影された画像デ一夕を二次元座標に変換してタイヤの外形形状を求 め、 これを予め記憶してある判定対象画像と比較して、 ビート部， トレッド部， サイドウオール部などのタイヤの形状を検査する。 このとき、 投光手段及び撮影 手段とタイヤとを相対的に回転させることにより、 所定の領域の夕ィャ形状や真 円度を検出して検査することが可能となる。

しかし、 上記光切断法では、 真円度や表面の凹凸あるいは傷などは判定できる が変色や汚れは判定できない。 そこで、 被検体の同一ライン部分をラインカメラ とエリアカメラを用いて同時に撮影する装置が提案されている （特開 2 0 0 1 -

2 4 9 0 1 2号公報） 。 これは、 第 5図に示すように、 白色 L E Dを用いた投光 器 （照明） 5 , 1 , ラインカメラ 5 2 , ライン反射ミラー 5 3、 及び、 波長が 6 8 0 nmのレーザ投光器 5 4 , エリアカメラ 5 5とを一つの保持フレーム 5 6に組 み込んだ撮影手段 5 0を用い、 上記投光器 5 1からの光が照射されたタイヤ丁の スリット像をラインカメラ 5 2で撮影して白黒もしくはカラ一の外観デ一夕を入 手し、 レーザ投光器 5 4からのスリット光により照射した部分をェリアカメラ 5 5で撮影したタイヤ T表面の稜線を形状データとして入手して、 モー夕 5 7によ り回転する回転テーブル 5 8上に搭載されたタイヤ Tの外観と形状とを同時に検 査するもので、 上記得られた外観デ一夕及び形状デ一夕は、 それそれ、 外観 '形 状判定装置 6 0の外観画像構成手段 6 1、 形状画像構成手段 6 2に送られ画像処 理された後、 外観判定手段 6 3、 形状判定手段 6 4において、 タイヤ情報記憶手 段 6 5に予め記憶されたタイャ外観 ·形状デ一夕と比較され、 外観及び形状の良 否が判定され、 最後に、 総合判定手段 6 6で当該タイヤの良否が判定される。 しかしながら、 上記方法では、 装置が大^かりになるだけでなく、 ラインカメ ラ 5 2で撮影するライン部分とエリアカメラ 5 5で撮影するライン部分を光学的 に一致させることが難しいといった問題点があった。 また、 得られた 2つの画像 をソフト的に位置合わせすることも可能であるが、 データ処理が複雑になるだけ でなく、 デ一夕処理のための記憶手段あるいは演算手段が必要であった。 本発明は、 従来の問題点に鑑みてなされたもので、 簡単な構成で、 被検体を撮 影しての座標と輝度とを同時に検出して上記被検体の外観や形状などを検出する 方法とその装置、 及び、 この検出方法を用いて被検体の外観 '形状などを検査す る方法及びその装置を提供することを目的とする。 発明の開示

上記光切断法では、 第 2図 （a ) に示すように、 エリアカメラで撮影した光を 受けて明るくなつているタイヤ T表面の稜線を示すスリット像 Sを構成する複数 の画素 sの重心位置を算出して、 上記スリツト像 Sの各位置の二次元座標を求め るようにしている。

本発明者らは、 照射部によごれや変色などのように色が夕ィャの地の色と異な る箇所が含まれている場合には、 タイヤ Tに照射する光の波長分布が広くなり、 上記スリット像 Sのライン幅が一様でなくなるとともに、 第 2図 （b ) に示すよ T纏/ 01915

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うに、 各画素 sの輝度も異なることに注目し、 上記各画素 Sの輝度デ一夕から被 検体の濃淡 （カラーの場合には色彩） を求めることにより、 1つのスリット像 S から被検体の外観と形状とを同時に検出できることを見出し本発明に至つたもの である。

すなわち、 請求の範囲 1に記載の発明は、 被検体の座標と輝度とを検出する方 法であって、 被検体と、 この被検体の検査対象面にスリット光を照射する投光手 段と上記スリット光の照射部を撮影するエリアカメラとを備えた撮影手段とを相 対的に移動させて上記被検体を撮影し、 この撮影されたェリァカメラの画素デ一 夕から上記被検体の座標と輝度を同時に検出するようにしたことを特徴とする。 また、 請求の範囲 2に記載の発明は、 被検体を検査する方法であって、 被検体 と、 この被検体の検査対象面にスリット光を照射する投光手段と上記スリット光 の照射部を撮影するエリァカメラとを備えた撮影手段とを相対的に移動させて上 記被検体を撮影し、 この撮影されたエリアカメラの画素デ一夕から算出される上 記被検体の座標と輝度とに基づいて上記被検体を検査するようにしたことを特徴 とする。

請求の範囲 3に記載の発明は、 請求の範囲 2に記載の被検体の検査方法におい て、 上記被検体の特定領域における上記被検体の特定領域の座標と輝度を積算し て、 上記特定領域の形状データと濃淡デ一夕とを求めるようにしたことを特徴と る。

請求の範囲 4に記載の発明は、 請求の範囲 2または請求の範囲 3に記載の被検 体の検査方法において、 上記求められた形状デ一夕または濃淡データと、 上記被 検体の上記特定領域における基準形状デ一夕または基準濃淡デ一夕とを比較して 、 上記被検体を検査するようにしたことを特徴とする。

請求の範囲 5に記載の発明は、 請求の範囲 4に記載の被検体の検査方法におい て、 上記求められた形状デ一夕と基準形状データとの差及び/または上記求めら れた濃淡状デ一夕と基準濃淡デ一夕との差が予め設定された閾値を超えた領域の 大きさが所定量以上の場合に、 上記被検体の上記特定領域に不良があると判定す ることを特徴とする。

請求の範囲 6に記載の発明は、 請求の範囲 2または請求の範囲 3に記載の被検 体の検査方法において、 上記求められた形状デ一夕から算出される凹凸の大きさ または濃淡デ一夕から算出される濃淡の度合に基づいて上記被検体を検査するよ うにしたことを特徴とする。

請求の範囲 Ίに記載の発明は、 請求の範囲 1〜請求の範囲 6のいずれかに記載 の被検体の検査方法において、 3白色のスリヅト光とカラ一カメラとを用いて、 上記被検体の形状と色彩とを同時に検出するようにしたことを特徴とする。 また、 請求の範囲 8に記載の発明は、 被検体の座標と輝度とを検出して上記被 検体の外観及び形状などを検出する装置であって、 被検体の検査対象面にスリヅ ト光を照射する投光手段と、 上記スリヅ ト光の照射部を撮影するエリアカメラと 、 上記投光手段及び撮影手段と被検体とを相対的に移動させる手段と、 上記エリ ァカメラの画素データから上記被検体の座標を算出する手段とを備えるとともに 、 上記エリアカメラの画素デ一夕から上記被検体の輝度を算出する手段と、 上記 算出された輝度に基づいて上記被検体の外観を検出する手段とを備えたものであ o

請求の範囲 9に記載の発明は、 請求の範囲 9に記載の被検体の検出装置であつ て、 上記スリット光として白色光を用いるとともに、 上記撮影手段としてカラー カメラを用いたものである。

請求の範囲 1 0に記載の発明は、 被検体の検査装置であって、 上記請求の範囲 8または請求の範囲 9に記載の被検体の検出装置と、 被検体の外観 ·形状の基準 デ一夕を記憶する手段と、 上記外観 ·形状検出装置で得られた被検体の外観 ·形 状のデ一夕と上記基準デ一夕とを比較して、 上記被検体の形状 ·外観の良否を判 定する判定手段とを備えたものである。 図面の簡単な説明

第 1図は、 本発明の最良の形態に係わるタイヤの外観 ·形状検査装置の構成を 示す模式図である。

第 2図は、 本発明の測定原理を説明するための図である。

第 3図は、 本発明のタイヤの外観 ·形状検査方法の他の例を示す図である。 第 4図は、 本発明のタイヤの外観 ·形状検査方法の他の例を示す図である。 第 5図は、 従来のタイヤの外観 ·形状検査装置の構成を示す模式図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明の最良の形態について、 図面に基づき説明する。

第 1図は、 本発明の最良の形態に係るタイヤの外観 ·形状検査装置の構成を示 す模式図で、 同図において、 1 0はモ一夕 1により回転する回転テーブル 2上に 搭載された被検体であるタイヤ Tの検査対象面に白色のスリット光を照射するた めの投光手段、 2 0は回転するタイヤ Tの上記スリット光による照射部 Lを撮影 する、 画素が平面的に酉 3列されたカラー C C Dカメラ、 3 0は上記カラ一 C C D カメラ 2 0で撮影された画像からタイヤ Tの形状と外観とを検出して、 上記夕ィ ャの形状 ·外観の良否を判定するタイヤ良否判定装置、 3は上記モー夕 1を駆動 •制御するモ一夕駆動 ·制御手段、 4は上記回転テーブル 2の回転位置を検出し て、 タイヤ Tの回転角 Θを検出する回転角検出手段である。

タイヤ良否判定装置 3 0は、 カラー C C Dカメラ 2 0で撮影したタイヤ T表面 の稜線の画像 （スリット像 S ) と回転角検出手段 4で検出したタイヤ Tの回転角 0とから、 タイヤ Tの三次元座標デ一夕を求める座標演算手段 3 1と、 タイヤ 1 周分の上記三次元座標デ一夕を収集して当該タイャ Tの三次元画像を再構成する 形状画像構成手段 3 2と、 上記スリット像 Sの画像から算出された R , G , Bの 各色の輝度デ一夕を算出する輝度演算手段 3 3と、 上記輝度データ及び三次元座 標デ一夕から上記タイヤ Tのカラ一画像を再構成する外観画像構成手段 3 4と、 良否判定の基準となるタイヤの外観 ·形状デ一夕を記憶するタイヤ情報記憶手段 3 5と、 上記基準データと得られたタイヤ Tの三次元画像及びカラー画像とをそ れそれ比較する形状判定手段 3 6及び外観判定手段 3 7と、 タイヤ Tの良否を判 定する総合判定手段 3 8とを備えている。

次に、 上記装置によるタイヤの外観 ·形状検査方法について説明する。

まず、 モー夕駆動 ·制御手段 3によりモ一夕 1を駆動して、 検査するタイヤ T が搭載された回転テーブル 2を回転させるとともに、 例えば、 白色レーザゃハロ ゲンランプ等の白色の光源を備えた投光手段 1 0から上記回転するタイヤ Tに白 色のスリヅト光を照射し、 タイヤ Tの照射'部 Lをカラ一 C C Dカメラ 2 0で撮影 し、 タイヤ T表面の稜線の画像デ一夕 （スリット像 S ) を得、 これをタイヤ良否 判定装置 3 0の座標演算手段 3 1に送る。

座標演算手段 3 1では、 第 2図 （a ) に示すように、 上記スリット像 Sを構成 する複数の画素のうち、 光を受けて明るくなつている画素 sの重心位置を算出し て、 上記スリット像 Sの各位置の二次元座標 （X , z ) を求め、 この二次元座標 ( X , z ) と上記回転角検出手段 4で検出したタイヤ Tの回転角 0とから、 タイ ャ Tの三次元座標データ （x， y, z ) を求める。 また、 形状画像構成手段 3 2 では、 各 0毎のスリット像 Sを収集してタイヤ 1周分の上記三次元座標デ一夕 （ 三次元形状デ一夕） を演算して被検体であるタイヤ Tの座標を検出し、 この三次 元デ一夕を処理して当該タイヤ Tの三次元画像を再構成する。輝度演算手段 3 3 では、 第 2図 （b ) に示すように、 上記重心位置の算出に使用した画素 sの輝度 を積算して被検体であるタイヤ Tの輝度を検出し、 上記三次元座標位置 （X , y , z ) における輝度データを得る。

なお、 同図においては、 1個の色についてのみ示したが、 本例では、 これを R , G , Bの各色について行い、 三次元座標位置 （X , y , z ) での輝度デ一夕 （ 三次元輝度デ一夕） を算出する。 外観画像構成手段 3 4では、 上記得られた三次 元輝度デ一夕とタイヤ Tの三次元座標データ （x， y , z ) とを用いて画像処理 し、 上記タイヤ Tのカラ一画像ある ヽは濃淡画像を再構成する。

そして、 上記画像処理されたタイヤ Tの三次元画像及び力ラ一画像あるいは濃 淡画像を、 それそれ、 形状判定手段 3 6、 外観判定手段 3 7において、 タイヤ情 報記憶手段 3 5に予め記憶されたタイヤ外観'形状データと比較し、 タイヤの真 円度や表面の凹凸， 傷、 あるいは、 変色や汚れなどの外観及び形状の良否を判定 し、 最後に、 総合判定手段 3 8で当該タイヤの良否を判定することにより、 上記 被検体であるタイヤ Tの検査を行う。

なお、 実際にタイヤの外観'形状を検査する際には、 上記タイヤ Tの三次元デ —夕または三次元画像を作成しその全ての部分を基準デ一夕比較する必要はなく 、 例えば、 内側面部や内面クラウン部などの特定領域毎に、 その特定領域の座標 と輝度を積算して該特定領域の形状データを演算し、 この演算された特定領域に おける三次元形状デ一夕または三次元画像をタイヤ情報記憶手段 3 5に予め記憶 PC蘭膽 15

7 された上記特定領域の夕ィャ形状デ一夕と比較して、 上記夕ィャ Tの形状検査を 行う。 すなわち、 特定領域毎に比較することにより、 形状'寸法の基準値を設定 できるので、 良否の判定が更に容易となる。 なお、 上記タイヤ形状データとの比 較に代えて、 上記求められた形状デ一夕から算出される凹凸の大きさを予め設定 された閾値 （基準形状データ） と比較して上記タイヤ Tの形状検査を行うように してもよい。 あるいは、 上記タイヤ Tの三次元画像上の凹凸に基づいて、 形状の 良否の判定を行うようにしてもよい。

また、 三次元濃淡デ一夕またはカラ一画像については、 変色や汚れなどを検査 する場合には、 広い領域での比較を行い、 コード露出などを検査する場合には、 内面クラゥン部ゃショルダー部などの狭い特定領域で比較するようにすれば、 上 記タイヤ Tの外観検査を効率的に行うことができる。 この場合でも、 上記タイヤ 外観データとの比較に代えて、 濃淡デ一夕から算出される濃淡の度合を、 予め設 定された閾値 （基準濃淡データ） と比較して上記タイヤ Tの外観検査を行うよう にしたり、 上記タイヤ Tのカラー画像 （あるいは濃淡画像） 上の濃淡の度合に基 づいて、 外観の良否の判定を行うようにしてもよい。

また、 良否の判定としては、 上記求められた三次元形状デ一夕と上記タイヤ形 状データとの差及び/または上記求められた三次元濃淡状デ一夕と上記タイヤ外 観デ一夕との差予め設定された閾値を超えた領域の大きさが所定量以上の場合に 、 上記特定領域に不良があると判定するようにしてもよい。

例えば、 内面ショルダー部や内側面部の形状判定においては、 所定高さ以上の 箇所が周方向に所定長さ以上連続してある場合に内面ショルダ一部や内側面部に 不良があると見なす。 また、 外観検査では、 例えば、 サイド部で、 所定の輝度'以 上あるいは所定の輝度以下の欠陥と見なされる領域が所定面積以上ある場合に上 記サイド部に外観不良があると判定する。 このように、 本最良の形態によれば、 白色のスリット光を照射する投光手段 1 0と上記スリツト光の照射部を撮影するカラ一 C C Dカメラ 2 0により、 回転テ —プル 2上に搭載されたタイヤ Tを回転させながら撮影し、 座標演算手段 3 1及 び輝度演算手段 3 3により、 上記得られた画像デ一夕から上記夕ィャ Tの座標と 輝度とを算出して上記夕ィャ Tの形状と色彩とを検出するようにしたので、 簡単 な構成で、 タイヤ Tの形状及び外観を同時に検査することができる。

また、 本発明においては、 1個のスリット像から形状と色彩とを検出するよう にしているので、 従来のようなライン部分の位置ズレによる形状と色彩との位置 ズレのような問題は起こらないので、 タイヤ Tの正確な三次元画像及びカラ一画 像を得ることができる。

なお、 上記最良の形態では、 被検体が製品タイヤ τである場合について説明し たが、 本発明はこれに限るものではなく、 加硫前のタイヤやタイヤ構成部材、 更 には、 各種機械部品やゴルフのへヅドなど、 外観と形状の両方の検査が必要とさ れる被検体に適用可能である。

また、 上記例では、 カラー C C Dカメラ 2 0を用いてタイヤ Tのカラー画像を 得るようにしたが、 外観画像が白黒の画像で十分な場合には、 単色スリット光と モノクロの C C Dカメラとを使用してタイヤの Tの濃淡画像を求めるようにすれ ばよい。 なお、 白黒の画像を撮影する場合には、 光源として白色レ一ザ等を用い る必要はない。

また、 カラ一画像を得る方法としては、 光源として R , G, Bの単色レーザに よるスリツト光を所定の間隔を置いて順次タイヤ Tに照射し、 これをモノクロの C C Dカメラで撮影するようにしてもよい。 この場合、 スリット像としては、 図 3に示すように、 上記時間間隔だけズレた 3本のライン （モノクロ画像） A, B , Cが得られるが、 これらのラインからそれそれ R , G, Bの輝度を算出すれば 、 カラー C C Dカメラ 2 0を用いることなく、 タイヤ Tのカラー画像を得ること ができる。

あるいは、 光源として単色 （R) レーザと G， Bの単色 L E Dによる光を用い 、 カラー C C Dカメラ 2 0で撮影するようにしてもよい。 この場合、 スリット像 としては、 図 4に示すように、 単色レーザによるスリット像 Pと上記スリット像 に隣接した単色 L E Dによるライン Qが得られるが、 上記スリヅト像 Pからタイ ャ Tの座標を演算し、 上記スリット像 Pとライン Qとからそれぞれ R , G , Bの 輝度を算出すればタイヤ Tのカラ一画像を得ることができる。 産業上の利用可能性

以上説明したように、 本発明によれば、 被検体と、 この被検体の検査対象面に スリヅト光を照射する投光手段と上記スリヅト光の照射部を撮影するエリァカメ ラとを備えた撮影手段とを相対的に移動させて上記被検体を撮影し、 この撮影さ れたエリアカメラの画素デ一夕から上記被検体の座標と輝度とを算出して上記被 検体の形状と濃淡 （または、 色彩） とを検出し、 上記被検体の形状及び外観を同 時に検査するようにしたので、 簡単な構成で、 タイヤ Tの形状及び外観を同時に 、 かつ、 正確に検査することができる。

Claims

請 求 の 範 囲

被検体と、 この被検体の検査対象面にスリット光を照射する投光手段と上 記スリット光の照射部を撮影するエリアカメラとを備えた撮影手段とを相 対的に移動させて上記被検体を撮影し、 この撮影されたエリアカメラの画 素データから上記被検体の座標と輝度を検出するようにしたことを特徴と する被検体の検出方法。

被検体と、 この被検体の検査対象面にスリット光を照射する投光手段と上 記スリット光の照射部を撮影するエリアカメラとを備えた撮影手段とを相 対的に移動させて上記被検体を撮影し、 この撮影されたェリァカメラの画 素デ一夕から算出される上記被検体の座標と輝度とに基づいて上記被検体 を検査するようにしたことを特徴とする被検体の検査方法。

上記被検体の特定領域における上記被検体の特定領域の座標と輝度を積算 して、 上記特定領域の形状デ一夕と濃淡デ一夕とを求めるようにしたこと を特徴とする請求の範囲 2に記載の被検体の検査方法。

上記求められた形状デ一夕または濃淡データと、 上記被検体の上記特定領 域における基準形状データまたは基準濃淡デ一夕とを比較して、 上記被検 体を検査するようにしたことを特徴とする請求の範囲 2または請求の範囲 3に記載の被検体の検査方法。

上記求められた形状データと基準形状データとの差及び/または上記求め られた濃淡状データと基準濃淡データとの差が予め設定された閾値を超え た領域の大きさが所定量以上の場合に、 上記被検体の上記特定領域に不良 があると判定することを特徴とする請求の範囲 4に記載の被検体の検査方 法。

上記求められた形状デ一夕から算出される凹凸の大きさまたは濃淡データ から算出される濃淡の度合に基づいて上記被検体を検査するようにしたこ とを特徴とする請求の範囲 2または請求の範囲 3に記載の被検体の検査方 法。

白色のスリット光とカラーカメラとを用いて、 上記被検体の形状と色彩と を同時に検出するようにしたことを特徴とする請求の範囲 1〜請求の範囲 6のいずれかに記載の被検体の検査方法。

被検体の検査対象面にスリット光を照射する投光手段と、 上記スリツト光 の照射部を撮影するエリァカメラと、 上記投光手段及び撮影手段と被検体 とを相対的に移動させる手段と、 上記エリアカメラの画素デ一夕から上記 被検体の座標を算出する手段とを備えるとともに、 上記ェリァカメラの画 素データから上記被検体の輝度を算出する手段と、 上記算出された輝度に 基づいて上記被検体の外観を検出する手段とを備えたことを特徴とする被 検体の検出装置。

上記スリット光として白色光を用いるとともに、 上記撮影手段としてカラ 一力メラを用いたことを特徴とする請求の範囲 8に記載の被検体の検出装 置。

. 上記請求の範囲 8または請求の範囲 9に記載の被検体の外観 ·形状検出 装置と、 被検体の外観 ·形状の基準デ一夕を記憶する手段と、 上記外観 - 形状検出装置で得られた被検体の外観 ·形状のデータと上記基準デ一夕と を比較して、 上記被検体の形状 ·外観の良否を判定する判定手段とを備え たことを特徴とする被検体の検査装置。 .