タイヤ表面形状測定装置及びタイヤ表面形状測定方法
【課題】サイドウォール面の厚みやトレッド面の幅が様々に異なるタイヤのそれぞれに対して、同一の画像分解能で且つ高い精度で表面形状を検出する。
【解決手段】タイヤ表面形状測定装置において、タイヤの表面に照射されたライン光を撮像する撮像面が設けられた撮像素子９と、撮像面に結像したライン光の像が全て含まれるように、撮像面上にライン光の像の長手方向長さを備えた有効撮像領域Ａを設定する撮像領域設定手段と、設定された有効撮像領域Ａから予め定められた所定数の測定信号を抽出する画素データ抽出手段と、を備える。
【解決手段】タイヤ表面形状測定装置において、タイヤの表面に照射されたライン光を撮像する撮像面が設けられた撮像素子９と、撮像面に結像したライン光の像が全て含まれるように、撮像面上にライン光の像の長手方向長さを備えた有効撮像領域Ａを設定する撮像領域設定手段と、設定された有効撮像領域Ａから予め定められた所定数の測定信号を抽出する画素データ抽出手段と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤの表面に照射されたライン光を撮像し、ライン光を含む撮像画像から抽出した測定信号に基づいてタイヤの表面形状を測定するタイヤ表面形状測定装置及びタイヤ表面形状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、タイヤを製造するにあたって、最終工程となる加硫工程後の形状検査では、タイヤの表面形状の検査が行われている。近年、この形状検査は、レーザ光源とそのレーザ光による像を撮像するＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラ等とを用いたセンサユニットを備える形状測定装置を用いて自動化されている。
この形状測定装置によるレーザ光を用いた形状検査では、シート状のレーザ光（ライン光）をタイヤ表面であるトレッド面やサイドウォール面に照射して、当該面上に光切断線を形成する。その後に、この光切断線をＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラ等の撮像手段で撮像し、撮像した光切断線に光切断法を適用することでタイヤ表面の三次元形状を測定し検査する。
【０００３】
例えば、サイドウォール面の三次元形状の測定では、このようにして得られた三次元形状から文字やロゴマークなどに起因する正常な凹凸形状を除去することで、サイドウォール面の微細な凹凸不良も正確に検出し検査している。
ところで、近年の乗用車用タイヤの開発は、従来のタイヤに比べて、トレッド面が幅広となると同時にサイドウォール面が薄くなる方向に進んでいる。つまり、トレッド面の幅とサイドウォール面の厚みの差が大きくなる方向に開発が進んでいるといえる。さらに、近年においては、タイヤサイズの展開が多岐にわたっており、形状測定装置が対応しなくてはならないタイヤのサイズ及び形状は増加する傾向にある。
【０００４】
これに対応して様々なサイズ及び形状を有するタイヤを検査するために、形状測定装置としては、多様なサイズのタイヤを取り付けるための構成や、取り付けられたタイヤのサイズ及び形状に合わせてセンサユニットの位置を変更するための構成が工夫されている。
特許文献１は、上述の形状検査に用いられる外観・形状検出装置を開示している。特許文献１に開示の外観・形状検出装置は、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、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ータから上記被検体の輝度とを算出する手段と、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設けて、被検体の形状と外観とを同時に検出するようにしたことを特徴とするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２４０５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のとおり、近年の乗用車用タイヤの開発は、トレッド面の幅とサイドウォール面の厚みの差が大きくなる方向に進んでおり、タイヤサイズの展開も多岐に亘っている。このことは、形状測定装置のセンサユニットが、様々な厚みのサイドウォール面や様々な幅のトレッド面を撮像しなくてはならないことを意味している。
タイヤサイズが変わることでサイドウォール面の厚みやトレッド面の幅が様々に異なると、サイドウォール面及びトレッド面上に形成される光切断線の長さも様々に異なることとなる。しかし、常に所定の検査精度でタイヤの形状を検出するためには、タイヤサイズが変わった場合においても、実際に形成される光切断線の長さに関わりなく撮像画像内で可能な限り一定の長さとなるように、光切断線を撮像する必要がある。
【０００７】
ここで特許文献１に開示の外観・形状検出装置を用いた場合、タイヤサイズや、サイドウォール面の厚み及びトレッド面の幅などに合わせて、センサユニットの撮影距離（ワーキングディスタンス）を適切に調整し、様々に長さが異なる光切断線を撮像画像内で一定の長さとなるように捉える努力が必要となる。
しかし、特許文献１に開示の外観・形状検出装置では、センサユニットの撮影距離を変更するための構成が存在していないので、様々なサイズのタイヤに対応して撮影距離を変更することは困難である。また、撮影距離を変更できるとしても、オペレータが常に最適な撮影距離となるようにセンサユニットの位置を調整するのは困難を伴う。そこで、最適な撮影距離となるようにセンサユニットの位置を調整できなかった場合でも、撮像された光切断線から高い分解能で表面形状を検出できる技術が望まれている。
【０００８】
本発明は、以上述べた問題に鑑み、サイドウォール面の厚みやトレッド面の幅が様々に異なるタイヤのそれぞれに対して、同一の分解能で且つ高い分解能で表面形状を検出することができるタイヤ表面形状測定装置及びタイヤ表面形状測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明は、以下の技術的手段を採用した。
本発明に係るタイヤ表面形状測定装置は、タイヤの表面に照射されたライン光を撮像し、該ライン光の撮像画像から抽出した測定信号に基づいて前記タイヤの表面形状を測定するタイヤ表面形状測定装置において、前記タイヤの表面に照射されたライン光を撮像する撮像面が設けられた撮像手段と、前記撮像面に結像したライン光の像が全て含まれるように、前記撮像面上に前記ライン光の像の長手方向長さを備えた有効撮像領域を設定する撮像領域設定手段と、前記設定された有効撮像領域から予め定められた所定数の測定信号を抽出する画素データ抽出手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
好ましくは、前記撮像領域設定手段は、前記有効撮像領域を矩形として撮像面上に設定すると共に前記ライン光の像に沿った両端間の距離を前記矩形の長辺の長さとするように構成されているとよい。
また、本発明に係るタイヤ表面形状測定方法は、タイヤの表面に照射されたライン光を撮像面を用いて撮像し、該ライン光の撮像画像から抽出した測定信号に基づいて前記タイヤの表面形状を測定するタイヤ表面形状測方法において、前記撮像面に結像したライン光が全て含まれるように、前記撮像面上にライン光の長手方向長さを備えた有効撮像領域を設定する撮像領域設定工程と、前記設定された有効撮像領域から予め定められた所定数の測定信号を抽出する画素データ抽出工程と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
好ましくは、前記撮像領域設定工程は、前記有効撮像領域を矩形として撮像面上に設定すると共にライン光に沿った両端間の距離を前記矩形の長辺の長さとするとよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、サイドウォール面の厚みやトレッド面の幅が様々に異なるタイヤのそれぞれに対して、高い分解能で表面形状を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態によるタイヤ表面形状測定装置の構成を示す概略図であり、（ａ）は小さなタイヤの表面形状を測定している状態を示し、（ｂ）は大きなタイヤの表面形状を測定している状態を示している。
【図２】タイヤ表面形状測定装置が備えるセンサユニットにおけるライン光照射手段及びカメラの三次元配置を示す模式図である。
【図３】タイヤのトレッド面と撮像カメラとの撮像面上での位置関係と、有効撮像領域とを示す図であり、（ａ）は小さなタイヤの場合を示し、（ｂ）は大きなタイヤの場合を示している。
【図４】小さなタイヤのトレッド面を測定した場合におけるものであり、（ａ）は、光切断線と有効撮像領域の関係を表す模式図であって、（ｂ）は、トレッド面における輝度値分布を示す図である。
【図５】大きなタイヤのトレッド面を測定した場合におけるものであり、（ａ）は、光切断線と有効撮像領域の関係を表す模式図であって、（ｂ）は、トレッド面における輝度値分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
まず、図１を参照して、本発明の実施形態によるタイヤ表面形状測定装置１の構成を説明する。
タイヤ形状検査装置１は、回転するタイヤＴ（タイヤＴ1及びタイヤＴ2）の表面に照射したライン光によって形成される光切断線Ｌｓを撮像カメラ６によって撮像し、その撮像画像に基づいて光切断法による形状検出を行うことでタイヤＴ各部の高さを測定する。加えて、タイヤ形状検査装置１は、測定されたタイヤＴ各部の高さをそれぞれ対応する輝度値に置き換え、タイヤＴ表面の二次元画像（検査画像）を得る。
【００１５】
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、タイヤ表面形状測定装置１は、タイヤ回転機２、センサユニット３、エンコーダ４、及び画像処理装置５を備えている。図１（ａ）及び（ｂ）は、同一のタイヤ表面形状測定装置１を示しているが、測定対象であるタイヤＴだけが異なっている。図１（ａ）では、小さなサイズのタイヤＴ1が測定されている状態、図１（ｂ）では、大きなサイズのタイヤＴ2が測定されている状態がそれぞれ示されている。
【００１６】
タイヤ回転機２は、形状検出の対象であるタイヤＴをその回転軸を中心に回転させるモータ等を備えた回転装置である。タイヤ回転機は、例えば６０ｒｐｍの回転速度でタイヤＴを回転させる。この回転中に、後述するセンサユニット３が、タイヤＴの全周にわたる表面形状を検出（測定）する。
センサユニット３は、タイヤＴの表面形状を検出するものであって、回転するタイヤＴの表面にライン光（光切断線）を照射するライン光照射手段７、タイヤＴの表面で反射した光切断線の像を撮像する撮像カメラ（撮像手段）６などを備えるユニットである。
【００１７】
本実施形態では、タイヤＴのトレッド面の形状検出に用いられるセンサユニット３ａ、及び２つのサイドウォール面の形状検出に用いられる２つのセンサユニット３ｂ及び３ｃを備えている。センサユニット３ａは、トレッド面に対向するように設けられ、センサユニット３ｂ及び３ｃは、サイドウォール面に対向するように設けられている。
図２を参照しながら、センサユニット３に組み込まれたライン光照射手段７及び撮像カメラ６について説明する。
【００１８】
ライン光照射手段７は、シート状のライン光を照射するライン光源を備えている。ライン光源は、例えばＬＥＤやハロゲンランプ等で構成される。このライン光照射手段７から照射されるシート状のライン光によって、タイヤＴの表面に１本の光切断線Ｌｓが形成される。
撮像カメラ６は、カメラレンズ８と、例えばＣＣＤやＣＭＯＳで構成されたエリアイメージセンサである撮像素子９とを備えている。撮像素子９は例えば１９２０×１０８０ピクセルの画素数を有している。
【００１９】
図２に示すように、撮像カメラ６は、撮像素子９の撮像面上に投影された光切断線Ｌｓの像ｖ１を撮像することで、光切断線Ｌｓの撮像画像を得る。
図１に戻り、エンコーダ４について説明する。タイヤ回転機２に設けられたエンコーダ４は、タイヤ回転機２の回転軸の回転角度、即ちタイヤＴの回転角度を検出し、検出した回転角度を検出信号として出力するセンサである。その検出信号は、センサユニット３が備える撮像カメラ６の撮像タイミングの制御に用いられる。
【００２０】
例えば、後述する画像処理装置５は、６０ｒｐｍの速度で回転するタイヤＴが所定の角度回転するごとにエンコーダ４から出力される検出信号を受信し、検出信号の受信タイミングに合わせて撮像が行われるようにセンサユニット３の撮像カメラ６を制御する。これにより、検出信号の受信タイミングに合った所定の撮像レート（撮像周波数）で撮像が行われる。
【００２１】
画像処理装置５は、センサユニット３を制御して光切断線Ｌｓを撮像すると共に、撮像された画像をフレームメモリを介して取り込み、取り込んだ画像に含まれる光切断線Ｌｓからタイヤ表面の高さ分布を得る装置である。
画像処理装置５は、光切断線Ｌｓを撮像するための「有効撮像領域Ａ」を撮像カメラ６の撮像素子９の撮像面上に設定する撮像領域設定手段１０と、設定された有効撮像領域Ａに存在する画素データのみを撮像素子９から取り出す画素データ抽出手段１１とを備えている。
【００２２】
加えて、画像処理装置５は、取り込んだ画像に対して二値化処理を施すなどして光切断線Ｌｓを抽出すると共に、得られた光切断線Ｌｓから三角測量法の原理を基にタイヤ表面の高さ分布を得る形状検出手段１２を有している。
なお、画像処理装置５は、例えばフレームメモリを備えたパーソナルコンピュータなどで構成されており、撮像領域設定手段１０と画素データ抽出手段１１とは、センサユニット３に内蔵された撮像カメラ６の制御部に指令を出しコントロールするものとなっている。
【００２３】
図３〜図５を参照しながら、画像処理装置５の撮像領域設定手段１０、画素データ抽出手段１１について説明する。
撮像領域設定手段１０は、撮像素子９の撮像面に結像したライン光の像、すなわち、撮像面に投影された光切断線Ｌｓの像ｖ１を全て含むように当該撮像面上に有効撮像領域Ａを設定するものである。
【００２４】
図３（ａ）は、小さいタイヤＴ1のトレッド面に形成された光切断線Ｌｓと、撮像素子９の撮像面上に投影された光切断線Ｌｓの像ｖ１との対応関係を模式的に示している。図３（ｂ）は、大きいタイヤＴ2のトレッド面に形成された光切断線Ｌｓと、撮像面上の像ｖ１との対応関係を模式的に示している。
図３（ａ）及び（ｂ）において、カメラレンズ８からタイヤＴのトレッド面までの撮像距離（ワーキングディスタンス）のそれぞれは、ほぼ同じである。しかし、タイヤＴの大きさが異なると、光切断線Ｌｓの長さが異なり、ひいては撮像面上の像ｖ１の長さも異なることがわかる。
【００２５】
例えば、図３、図４によると、タイヤが小さい場合は光切断線Ｌｓが短くなり、撮像面上の像ｖ１も短く（幅Ｗ1）なる。図３、図５によると、逆にタイヤが大きい場合は光切断線Ｌｓが長くなり、撮像面上の像ｖ１も長く（幅Ｗ2）なる。
撮像領域設定手段１０は、このようにタイヤＴによって長さが異なる像ｖ１を全て含むように、像ｖ１の長さに応じた大きさの有効撮像領域Ａを撮像面上に設定する。
【００２６】
図３（ａ）及び（ｂ）の上部に斜線で示すように、有効撮像領域Ａは、撮像面のうち光切断線Ｌｓの像ｖ１を撮像するために実際に用いられる画素の集合であり、撮像素子９の撮像面を正面視したときに矩形をなすように設定される。例えば、図３に示すように、撮像面における画素のＸ座標及びＹ座標の範囲（画素のアドレスの範囲）をそれぞれ決定し、Ｘ座標及びＹ座標（画素のアドレス）がそれらの範囲内にある画素の集合を有効撮像領域Ａとすることで、長辺が像ｖ１の長手方向に沿った矩形の有効撮像領域Ａが設定できる。
【００２７】
このＸ座標の範囲の上限と下限は、光切断線Ｌｓの像ｖ１の両端のＸ座標とすればよい。また、Ｙ座標の範囲の上限は、像ｖ１のＹ座標の最大値よりも十分に大きく、Ｙ座標の範囲の下限は、像ｖ１のＹ座標の最小値よりも十分に小さくなるように決めればよい。これによって、像ｖ１の長さに合わせて有効撮像領域Ａを設定することができ、有効撮像領域Ａ内で確実に像ｖ１を撮像することができる。
【００２８】
画素データ抽出手段１１は、撮像領域設定手段１０により設定された有効撮像領域Ａに存在する画素データ（画素の輝度データ）を撮像素子９から取り出す。
例を挙げれば、図４において有効撮像領域ＡがＸ×Ｙ＝１２００×３００ピクセルであった場合、画素データ抽出手段１１は、撮像カメラ６の制御部に対して、有効撮像領域Ａ内の画素データから、Ｙ軸に沿って例えば３ピクセルごとに１ピクセル分の水平走査データを転送するように指示を出す。加えて、画素データ抽出手段１１は、転送された水平走査データに対して、Ｘ軸に沿って例えば２ピクセルごとに１ピクセル分の画素データを外部へ転送するように指示を出す。すなわち、画素データ抽出手段１１は、有効撮像領域Ａに対して、予め定められた所定数の走査線として、水平方向走査線を１００本、垂直方向走査線を６００本設定し、有効撮像領域Ａから測定信号としての画素データを抽出するものとなっている。
【００２９】
このように抽出された画素データによって、図４の下段に示すような、光切断線Ｌｓの幅Ｗ1にわたる輝度値分布が得られる。
もう一例を挙げると、図５において有効撮像領域ＡがＸ×Ｙ＝１８００×４００ピクセルであった場合、画素データ抽出手段１１は、撮像カメラ６の制御部に対して、有効撮像領域Ａ内の画素データから、Ｙ軸に沿って例えば４ピクセルごとに１ピクセル分の水平走査データを転送するように指示を出す。加えて、画素データ抽出手段１１は、転送された水平走査データに対して、Ｘ軸に沿って例えば３ピクセルごとに１ピクセル分の画素データを外部へ転送するように指示を出す。これによって、画素データ抽出手段１１は、有効撮像領域Ａに対して、水平方向走査線を１００本、垂直方向走査線を６００本設定し、画素データを抽出する。
【００３０】
上述の画素データの抽出方法を一般化すると以下の通りである。
有効撮像領域Ａが、Ｘ×Ｙ＝Ｐx×Ｐyピクセルであり、抽出対象である水平方向走査線数をｎ本、同じく抽出対象である垂直方向走査線数をｍ本とする。
そのとき、画素データ抽出手段１１は、撮像カメラ６の制御部に対して、有効撮像領域Ａ内の画素データから、Ｙ軸に沿って［Ｐy／ｎ］ピクセルごとに１ピクセル分の水平走査データを転送するように指示を出す。また、画素データ抽出手段１１は、転送された水平走査データに対して、Ｘ軸に沿って［Ｐx／ｍ］ピクセルごとに１ピクセル分の画素データを外部へ転送するように指示を出す。
【００３１】
なお、［Ｐy／ｎ］及び［Ｐx／ｍ］は、Ｐy／ｎ及びＰx／ｍを、四捨五入又は切り捨てによって整数値としたものである。
図４と同じく、このように抽出された画素データによって、図５の下段に示すような、光切断線Ｌｓの幅Ｗ2にわたる輝度値分布が得られる。
つまり本実施形態では、有効撮像領域Ａの大きさが異なっても、この水平方向走査線の本数（上の例では１００本）と、垂直方向走査線の本数（上の例では６００本）を変化させずに一定とする。すなわち、小さいタイヤＴ1のトレッド面を計測する場合であっても、大きいタイヤＴ2のトレッド面を計測する場合であっても、走査線本数を同じとしている。それ故、サイドウォール面の厚みやトレッド面の幅が様々に異なるタイヤをタイヤ表面形状測定装置１に取り付けて測定を行ったとしても、一定の走査線本数による同一の画像分解能で且つ高い精度で表面形状を検出することが可能となる。
【００３２】
なお、この走査線の本数（抽出本数）は、撮像素子９の撮像周波数を実現できる範囲内の値となるように決定される。
続いて、画像処理装置５の形状検出手段１２は、画素データ抽出手段１１で抽出した画素データ（輝度データ）により形成される光切断線Ｌｓの画像に、三角測量法の原理を適用して、光切断線Ｌｓが照射された部分（タイヤ表面上の１ライン部分）の高さ分布情報を得る。
【００３３】
上述の構成を有する本実施形態のタイヤ表面形状測定装置１は、サイズの異なるタイヤＴ（タイヤＴ1及びタイヤＴ2）であっても、撮像領域設定手段１０によって適切な大きさの有効撮像領域Ａを設定し、画素データ抽出手段１１によって有効撮像領域Ａから撮像画像の画素データを抽出することができる。
図１、図４、及び図５を参照しながら、タイヤ表面形状測定装置１の動作について説明する。
【００３４】
上述のように、タイヤ表面形状測定装置１は、タイヤＴ1のトレッド面の形状検出に用いられるセンサユニット３ａ、及び２つのサイドウォール面の形状検出に用いられる２つのセンサユニット３ｂ及び３ｃを備えている。センサユニット３ａは、トレッド面に対向するように設けられ、センサユニット３ｂ及び３ｃは、サイドウォール面に対向するように設けられている。それぞれのセンサユニット３ａ、３ｂ、３ｃは、タイヤＴ1の表面にライン光を照射するライン光照射手段７と、タイヤＴ1の表面で反射した光切断線Ｌｓの像を撮像する撮像手段６を備えている。センサユニット３ａ、３ｂ、３ｃからの３本のライン光は、互いにつながって、タイヤＴ1の表面で連続する一本のライン光となっていても、また不連続なライン光となっていてもよい。
【００３５】
各センサユニット３ａ、３ｂ、３ｃ内に配備された撮像手段６での撮像画像はそれぞれ、画像処理装置５へ送られる。画像処理装置５が、撮像領域設定手段１０と画素データ抽出手段１１とを備えていることは前述した通りであり、センサユニット３ａ、３ｂ、３ｃからの撮像画像の処理を行う。
ところで、センサユニット３ａ、３ｂ、３ｃは、同時に作動させてもよく、異時に作動させてもよい。後述するように光切断線Ｌｓの撮像状況により、どちらの作動形態を採用してもよい。
【００３６】
まず、図４を参照してタイヤＴ1のトレッド面を測定するときの動作について説明する。
タイヤＴ1が、タイヤ表面形状測定装置１に取り付けられて回転を始め、所定の回転速度（例えば６０ｒｐｍ）になると、まず、センサユニット３ａのライン光照射手段７が、タイヤＴ1のトレッド面にライン光を照射する。照射されたライン光は、タイヤＴ1のトレッド面に光切断線Ｌｓを形成する。撮像カメラ６は形成された光切断線Ｌｓを撮像し、撮像素子９の撮像面上に光切断線Ｌｓの像ｖ１を結ぶ。
【００３７】
このとき、光切断線Ｌｓの周囲は暗いので光切断線Ｌｓの像ｖ１以外はほとんど撮像されない。よって、撮像カメラ６で撮像された画像には、像ｖ１だけが撮像されており、撮像された像ｖ１はそのままで直接的にトレッド面の形状及び幅を反映している、と考えることができる。
図４の上段に示すように、画像処理装置５の撮像領域設定手段１０は、像ｖ１の両端のＸ座標間の距離（幅）Ｗ1を長辺の長手方向長さとするように、撮像素子９の撮像面上に矩形の有効撮像領域Ａを設定する（撮像領域設定工程）。
【００３８】
有効撮像領域Ａの設定後、画像処理装置５は、センサユニット３ａにおける撮像素子９の撮像面の有効撮像領域Ａだけを用いて、タイヤＴ1の全周にわたって光切断線Ｌｓを撮像する。
画像処理装置５は、６０ｒｐｍの速度で回転するタイヤＴ1が所定角度回転するごとに、エンコーダ４から出力される検出信号を受信する。検出信号の受信タイミングに合わせて、画像処理装置５は、センサユニット３ａの撮像カメラ６を用いて光切断線Ｌｓを撮像する。これにより撮像カメラ６は、検出信号の受信タイミングに合った所定の撮像周波数（例えば２ｋＨｚ）で、タイヤＴ1の全周にわたってトレッド面の所定位置に形成された光切断線Ｌｓを複数撮像し、撮像素子９の撮像面上に結ばれた光切断線Ｌｓの像ｖ１が複数得られる。
【００３９】
続いて画素データ抽出手段１１は、有効撮像領域Ａで撮像された光切断線Ｌｓの撮像画像から、所定本数（例えば、６００本×１００本）の走査線に対応する画素データ（予め定められた所定数の測定信号）を抽出し、フレームメモリに転送する（画素データ抽出工程）。
画像処理装置５は、トレッド面の撮像を終えると、センサユニット３ｂを動作させて、センサユニット３ａによるトレッド面の撮像と同様の方法で、タイヤＴ1の上方のサイドウォール面の撮像を行う。センサユニット３ｂを用いた撮像によって、タイヤＴ1の全周にわたって上方のサイドウォール面の所定位置に形成された光切断線Ｌｓを複数撮像し、撮像素子９の撮像面上に結ばれた光切断線Ｌｓの像ｖ１が複数得られる。
【００４０】
上方のサイドウォール面の撮像が終われば、画像処理装置５は、センサユニット３ｃを動作させて、同様の方法で、タイヤＴ1の下方のサイドウォール面の撮像を行う。センサユニット３ｃを用いた撮像によって、タイヤＴ1の全周にわたって下方のサイドウォール面の所定位置に形成された光切断線Ｌｓを複数撮像し、撮像素子９の撮像面上に結ばれた光切断線Ｌｓの像ｖ１が複数得られる。
【００４１】
その後、形状検出手段１２は、タイヤＴ1のトレッド面及び両サイドウォール面別に、画素データ抽出手段１１で抽出されフレームメモリに転送された画素データ（輝度データ）により形成される複数の光切断線Ｌｓの像ｖ１に、三角測量法の原理を適用する。像ｖ１に三角測量法を適用して、各光切断線Ｌｓが照射された部分（タイヤ表面上の１ライン部分）の高さ分布情報が得られる。形状検出手段１２は、各像ｖ１から得られた高さ分布情報をタイヤＴ1の全周分つなぎ合わせて、タイヤＴ1のトレッド面、上方のサイドウォール面、及び下方のサイドウォール面の二次元画像（検査画像）を得る。
【００４２】
上述のように、トレッド面、上方のサイドウォール面、及び下方のサイドウォール面には、光切断線Ｌｓがそれぞれ１本ずつ形成される。タイヤＴ1の全周方向における各タイヤ面に形成された光切断線Ｌｓの位置が同じであれば、図４及び図５に示す撮像面上に、隣接するタイヤ面に形成された光切断線Ｌｓの端部が撮像される可能性がある。隣接する光切断線Ｌｓの端部が撮像される場合は、上述のようにセンサユニット３ａ〜センサユニット３ｃを切り替えてタイヤＴ1を撮像する。
【００４３】
隣接する光切断線Ｌｓの端部が撮像されなければ、センサユニット３ａ〜センサユニット３ｃを同時に動作させることができる。
なお、各光切断線Ｌｓは、タイヤＴ1の全周方向における同一の位置に形成される必要はなく、タイヤＴ1の全周方向において異なる位置に形成されてもよい。
次に、図５を参照してタイヤＴ1よりもサイズの小さいタイヤＴ2を測定するときの動作について説明する。
【００４４】
図５に示すタイヤＴ2の測定方法は、タイヤＴ1に対する測定方法と同様である。画像処理装置５は、センサユニット３ａ〜センサユニット３ｃを順に切り替えて、タイヤＴ2のトレッド面、上方及び下方のサイドウォール面に形成された光切断線Ｌｓの像ｖ１を撮像する。
撮像領域設定手段１０は、像ｖ１に合わせて、幅Ｗ1よりも短い幅Ｗ2の有効撮像領域Ａを設定し、画素データ抽出手段１１が、有効撮像領域Ａで撮像された光切断線Ｌｓの撮像画像から、所定本数（例えば、６００本×１００本）の走査線に対応する画素データ（予め定められた所定数の測定信号）を抽出し、フレームメモリに転送する。後は、タイヤＴ1に対する測定方法と同様の方法でタイヤＴ2のトレッド面、上方及び下方のサイドウォール面の二次元画像（検査画像）を得る。
【００４５】
上述のとおり、本実施形態によるタイヤ表面形状測定装置１を用いれば、タイヤＴ1とタイヤＴ2のように、測定対象であるタイヤＴのサイズが異なっても、撮像面上の像ｖ１の長さに合わせて有効撮像領域Ａを設定して、光切断線Ｌｓの像ｖ１を撮像することができる。
これに加えて、設定された有効撮像領域Ａの長辺の長さ（像ｖ１の長さ）にかかわらず、所定本数の走査線に対応する画素データを抽出するので、タイヤＴのサイズが変わっても安定した高分解能でタイヤＴ2の検査画像を得ることができ、タイヤＴ2の表面形状を検出することができる。
【００４６】
なお、今回開示され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と考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、動作条件や測定条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
【００４７】
例えば、本発明の実施形態では、まず、撮像素子９の撮像面上に有効撮像領域Ａを設定し、有効撮像領域Ａで撮像された光切断線Ｌｓの撮像画像から抽出された画素データを、フレームメモリ上に転送していた。しかし、これに限らず、有効撮像領域Ａの設定前に、撮像素子９で撮像された撮像画像の全てをフレームメモリ上に転送してもよい。その後、フレームメモリに格納された撮像画像に有効撮像領域Ａを設定して、画素データを抽出することもできる。
【符号の説明】
【００４８】
１ タイヤ表面形状測定装置
２ タイヤ回転機
３ センサユニット
４ エンコーダ
５ 画像処理装置
６ 撮像カメラ
７ ライン光照射手段
８ カメラレンズ
９ 撮像素子
１０ 撮像領域設定手段
１１ 画素データ抽出手段
１２ 形状検出手段
Ａ 有効撮像領域
Ｌｓ 光切断線
Ｔ タイヤ
ｖ１ 像
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤの表面に照射されたライン光を撮像し、ライン光を含む撮像画像から抽出した測定信号に基づいてタイヤの表面形状を測定するタイヤ表面形状測定装置及びタイヤ表面形状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、タイヤを製造するにあたって、最終工程となる加硫工程後の形状検査では、タイヤの表面形状の検査が行われている。近年、この形状検査は、レーザ光源とそのレーザ光による像を撮像するＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラ等とを用いたセンサユニットを備える形状測定装置を用いて自動化されている。
この形状測定装置によるレーザ光を用いた形状検査では、シート状のレーザ光（ライン光）をタイヤ表面であるトレッド面やサイドウォール面に照射して、当該面上に光切断線を形成する。その後に、この光切断線をＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラ等の撮像手段で撮像し、撮像した光切断線に光切断法を適用することでタイヤ表面の三次元形状を測定し検査する。
【０００３】
例えば、サイドウォール面の三次元形状の測定では、このようにして得られた三次元形状から文字やロゴマークなどに起因する正常な凹凸形状を除去することで、サイドウォール面の微細な凹凸不良も正確に検出し検査している。
ところで、近年の乗用車用タイヤの開発は、従来のタイヤに比べて、トレッド面が幅広となると同時にサイドウォール面が薄くなる方向に進んでいる。つまり、トレッド面の幅とサイドウォール面の厚みの差が大きくなる方向に開発が進んでいるといえる。さらに、近年においては、タイヤサイズの展開が多岐にわたっており、形状測定装置が対応しなくてはならないタイヤのサイズ及び形状は増加する傾向にある。
【０００４】
これに対応して様々なサイズ及び形状を有するタイヤを検査するために、形状測定装置としては、多様なサイズのタイヤを取り付けるための構成や、取り付けられたタイヤのサイズ及び形状に合わせてセンサユニットの位置を変更するための構成が工夫されている。
特許文献１は、上述の形状検査に用いられる外観・形状検出装置を開示している。特許文献１に開示の外観・形状検出装置は、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、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ータから上記被検体の輝度とを算出する手段と、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設けて、被検体の形状と外観とを同時に検出するようにしたことを特徴とするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２４０５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のとおり、近年の乗用車用タイヤの開発は、トレッド面の幅とサイドウォール面の厚みの差が大きくなる方向に進んでおり、タイヤサイズの展開も多岐に亘っている。このことは、形状測定装置のセンサユニットが、様々な厚みのサイドウォール面や様々な幅のトレッド面を撮像しなくてはならないことを意味している。
タイヤサイズが変わることでサイドウォール面の厚みやトレッド面の幅が様々に異なると、サイドウォール面及びトレッド面上に形成される光切断線の長さも様々に異なることとなる。しかし、常に所定の検査精度でタイヤの形状を検出するためには、タイヤサイズが変わった場合においても、実際に形成される光切断線の長さに関わりなく撮像画像内で可能な限り一定の長さとなるように、光切断線を撮像する必要がある。
【０００７】
ここで特許文献１に開示の外観・形状検出装置を用いた場合、タイヤサイズや、サイドウォール面の厚み及びトレッド面の幅などに合わせて、センサユニットの撮影距離（ワーキングディスタンス）を適切に調整し、様々に長さが異なる光切断線を撮像画像内で一定の長さとなるように捉える努力が必要となる。
しかし、特許文献１に開示の外観・形状検出装置では、センサユニットの撮影距離を変更するための構成が存在していないので、様々なサイズのタイヤに対応して撮影距離を変更することは困難である。また、撮影距離を変更できるとしても、オペレータが常に最適な撮影距離となるようにセンサユニットの位置を調整するのは困難を伴う。そこで、最適な撮影距離となるようにセンサユニットの位置を調整できなかった場合でも、撮像された光切断線から高い分解能で表面形状を検出できる技術が望まれている。
【０００８】
本発明は、以上述べた問題に鑑み、サイドウォール面の厚みやトレッド面の幅が様々に異なるタイヤのそれぞれに対して、同一の分解能で且つ高い分解能で表面形状を検出することができるタイヤ表面形状測定装置及びタイヤ表面形状測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明は、以下の技術的手段を採用した。
本発明に係るタイヤ表面形状測定装置は、タイヤの表面に照射されたライン光を撮像し、該ライン光の撮像画像から抽出した測定信号に基づいて前記タイヤの表面形状を測定するタイヤ表面形状測定装置において、前記タイヤの表面に照射されたライン光を撮像する撮像面が設けられた撮像手段と、前記撮像面に結像したライン光の像が全て含まれるように、前記撮像面上に前記ライン光の像の長手方向長さを備えた有効撮像領域を設定する撮像領域設定手段と、前記設定された有効撮像領域から予め定められた所定数の測定信号を抽出する画素データ抽出手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
好ましくは、前記撮像領域設定手段は、前記有効撮像領域を矩形として撮像面上に設定すると共に前記ライン光の像に沿った両端間の距離を前記矩形の長辺の長さとするように構成されているとよい。
また、本発明に係るタイヤ表面形状測定方法は、タイヤの表面に照射されたライン光を撮像面を用いて撮像し、該ライン光の撮像画像から抽出した測定信号に基づいて前記タイヤの表面形状を測定するタイヤ表面形状測方法において、前記撮像面に結像したライン光が全て含まれるように、前記撮像面上にライン光の長手方向長さを備えた有効撮像領域を設定する撮像領域設定工程と、前記設定された有効撮像領域から予め定められた所定数の測定信号を抽出する画素データ抽出工程と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
好ましくは、前記撮像領域設定工程は、前記有効撮像領域を矩形として撮像面上に設定すると共にライン光に沿った両端間の距離を前記矩形の長辺の長さとするとよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、サイドウォール面の厚みやトレッド面の幅が様々に異なるタイヤのそれぞれに対して、高い分解能で表面形状を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態によるタイヤ表面形状測定装置の構成を示す概略図であり、（ａ）は小さなタイヤの表面形状を測定している状態を示し、（ｂ）は大きなタイヤの表面形状を測定している状態を示している。
【図２】タイヤ表面形状測定装置が備えるセンサユニットにおけるライン光照射手段及びカメラの三次元配置を示す模式図である。
【図３】タイヤのトレッド面と撮像カメラとの撮像面上での位置関係と、有効撮像領域とを示す図であり、（ａ）は小さなタイヤの場合を示し、（ｂ）は大きなタイヤの場合を示している。
【図４】小さなタイヤのトレッド面を測定した場合におけるものであり、（ａ）は、光切断線と有効撮像領域の関係を表す模式図であって、（ｂ）は、トレッド面における輝度値分布を示す図である。
【図５】大きなタイヤのトレッド面を測定した場合におけるものであり、（ａ）は、光切断線と有効撮像領域の関係を表す模式図であって、（ｂ）は、トレッド面における輝度値分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
まず、図１を参照して、本発明の実施形態によるタイヤ表面形状測定装置１の構成を説明する。
タイヤ形状検査装置１は、回転するタイヤＴ（タイヤＴ1及びタイヤＴ2）の表面に照射したライン光によって形成される光切断線Ｌｓを撮像カメラ６によって撮像し、その撮像画像に基づいて光切断法による形状検出を行うことでタイヤＴ各部の高さを測定する。加えて、タイヤ形状検査装置１は、測定されたタイヤＴ各部の高さをそれぞれ対応する輝度値に置き換え、タイヤＴ表面の二次元画像（検査画像）を得る。
【００１５】
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、タイヤ表面形状測定装置１は、タイヤ回転機２、センサユニット３、エンコーダ４、及び画像処理装置５を備えている。図１（ａ）及び（ｂ）は、同一のタイヤ表面形状測定装置１を示しているが、測定対象であるタイヤＴだけが異なっている。図１（ａ）では、小さなサイズのタイヤＴ1が測定されている状態、図１（ｂ）では、大きなサイズのタイヤＴ2が測定されている状態がそれぞれ示されている。
【００１６】
タイヤ回転機２は、形状検出の対象であるタイヤＴをその回転軸を中心に回転させるモータ等を備えた回転装置である。タイヤ回転機は、例えば６０ｒｐｍの回転速度でタイヤＴを回転させる。この回転中に、後述するセンサユニット３が、タイヤＴの全周にわたる表面形状を検出（測定）する。
センサユニット３は、タイヤＴの表面形状を検出するものであって、回転するタイヤＴの表面にライン光（光切断線）を照射するライン光照射手段７、タイヤＴの表面で反射した光切断線の像を撮像する撮像カメラ（撮像手段）６などを備えるユニットである。
【００１７】
本実施形態では、タイヤＴのトレッド面の形状検出に用いられるセンサユニット３ａ、及び２つのサイドウォール面の形状検出に用いられる２つのセンサユニット３ｂ及び３ｃを備えている。センサユニット３ａは、トレッド面に対向するように設けられ、センサユニット３ｂ及び３ｃは、サイドウォール面に対向するように設けられている。
図２を参照しながら、センサユニット３に組み込まれたライン光照射手段７及び撮像カメラ６について説明する。
【００１８】
ライン光照射手段７は、シート状のライン光を照射するライン光源を備えている。ライン光源は、例えばＬＥＤやハロゲンランプ等で構成される。このライン光照射手段７から照射されるシート状のライン光によって、タイヤＴの表面に１本の光切断線Ｌｓが形成される。
撮像カメラ６は、カメラレンズ８と、例えばＣＣＤやＣＭＯＳで構成されたエリアイメージセンサである撮像素子９とを備えている。撮像素子９は例えば１９２０×１０８０ピクセルの画素数を有している。
【００１９】
図２に示すように、撮像カメラ６は、撮像素子９の撮像面上に投影された光切断線Ｌｓの像ｖ１を撮像することで、光切断線Ｌｓの撮像画像を得る。
図１に戻り、エンコーダ４について説明する。タイヤ回転機２に設けられたエンコーダ４は、タイヤ回転機２の回転軸の回転角度、即ちタイヤＴの回転角度を検出し、検出した回転角度を検出信号として出力するセンサである。その検出信号は、センサユニット３が備える撮像カメラ６の撮像タイミングの制御に用いられる。
【００２０】
例えば、後述する画像処理装置５は、６０ｒｐｍの速度で回転するタイヤＴが所定の角度回転するごとにエンコーダ４から出力される検出信号を受信し、検出信号の受信タイミングに合わせて撮像が行われるようにセンサユニット３の撮像カメラ６を制御する。これにより、検出信号の受信タイミングに合った所定の撮像レート（撮像周波数）で撮像が行われる。
【００２１】
画像処理装置５は、センサユニット３を制御して光切断線Ｌｓを撮像すると共に、撮像された画像をフレームメモリを介して取り込み、取り込んだ画像に含まれる光切断線Ｌｓからタイヤ表面の高さ分布を得る装置である。
画像処理装置５は、光切断線Ｌｓを撮像するための「有効撮像領域Ａ」を撮像カメラ６の撮像素子９の撮像面上に設定する撮像領域設定手段１０と、設定された有効撮像領域Ａに存在する画素データのみを撮像素子９から取り出す画素データ抽出手段１１とを備えている。
【００２２】
加えて、画像処理装置５は、取り込んだ画像に対して二値化処理を施すなどして光切断線Ｌｓを抽出すると共に、得られた光切断線Ｌｓから三角測量法の原理を基にタイヤ表面の高さ分布を得る形状検出手段１２を有している。
なお、画像処理装置５は、例えばフレームメモリを備えたパーソナルコンピュータなどで構成されており、撮像領域設定手段１０と画素データ抽出手段１１とは、センサユニット３に内蔵された撮像カメラ６の制御部に指令を出しコントロールするものとなっている。
【００２３】
図３〜図５を参照しながら、画像処理装置５の撮像領域設定手段１０、画素データ抽出手段１１について説明する。
撮像領域設定手段１０は、撮像素子９の撮像面に結像したライン光の像、すなわち、撮像面に投影された光切断線Ｌｓの像ｖ１を全て含むように当該撮像面上に有効撮像領域Ａを設定するものである。
【００２４】
図３（ａ）は、小さいタイヤＴ1のトレッド面に形成された光切断線Ｌｓと、撮像素子９の撮像面上に投影された光切断線Ｌｓの像ｖ１との対応関係を模式的に示している。図３（ｂ）は、大きいタイヤＴ2のトレッド面に形成された光切断線Ｌｓと、撮像面上の像ｖ１との対応関係を模式的に示している。
図３（ａ）及び（ｂ）において、カメラレンズ８からタイヤＴのトレッド面までの撮像距離（ワーキングディスタンス）のそれぞれは、ほぼ同じである。しかし、タイヤＴの大きさが異なると、光切断線Ｌｓの長さが異なり、ひいては撮像面上の像ｖ１の長さも異なることがわかる。
【００２５】
例えば、図３、図４によると、タイヤが小さい場合は光切断線Ｌｓが短くなり、撮像面上の像ｖ１も短く（幅Ｗ1）なる。図３、図５によると、逆にタイヤが大きい場合は光切断線Ｌｓが長くなり、撮像面上の像ｖ１も長く（幅Ｗ2）なる。
撮像領域設定手段１０は、このようにタイヤＴによって長さが異なる像ｖ１を全て含むように、像ｖ１の長さに応じた大きさの有効撮像領域Ａを撮像面上に設定する。
【００２６】
図３（ａ）及び（ｂ）の上部に斜線で示すように、有効撮像領域Ａは、撮像面のうち光切断線Ｌｓの像ｖ１を撮像するために実際に用いられる画素の集合であり、撮像素子９の撮像面を正面視したときに矩形をなすように設定される。例えば、図３に示すように、撮像面における画素のＸ座標及びＹ座標の範囲（画素のアドレスの範囲）をそれぞれ決定し、Ｘ座標及びＹ座標（画素のアドレス）がそれらの範囲内にある画素の集合を有効撮像領域Ａとすることで、長辺が像ｖ１の長手方向に沿った矩形の有効撮像領域Ａが設定できる。
【００２７】
このＸ座標の範囲の上限と下限は、光切断線Ｌｓの像ｖ１の両端のＸ座標とすればよい。また、Ｙ座標の範囲の上限は、像ｖ１のＹ座標の最大値よりも十分に大きく、Ｙ座標の範囲の下限は、像ｖ１のＹ座標の最小値よりも十分に小さくなるように決めればよい。これによって、像ｖ１の長さに合わせて有効撮像領域Ａを設定することができ、有効撮像領域Ａ内で確実に像ｖ１を撮像することができる。
【００２８】
画素データ抽出手段１１は、撮像領域設定手段１０により設定された有効撮像領域Ａに存在する画素データ（画素の輝度データ）を撮像素子９から取り出す。
例を挙げれば、図４において有効撮像領域ＡがＸ×Ｙ＝１２００×３００ピクセルであった場合、画素データ抽出手段１１は、撮像カメラ６の制御部に対して、有効撮像領域Ａ内の画素データから、Ｙ軸に沿って例えば３ピクセルごとに１ピクセル分の水平走査データを転送するように指示を出す。加えて、画素データ抽出手段１１は、転送された水平走査データに対して、Ｘ軸に沿って例えば２ピクセルごとに１ピクセル分の画素データを外部へ転送するように指示を出す。すなわち、画素データ抽出手段１１は、有効撮像領域Ａに対して、予め定められた所定数の走査線として、水平方向走査線を１００本、垂直方向走査線を６００本設定し、有効撮像領域Ａから測定信号としての画素データを抽出するものとなっている。
【００２９】
このように抽出された画素データによって、図４の下段に示すような、光切断線Ｌｓの幅Ｗ1にわたる輝度値分布が得られる。
もう一例を挙げると、図５において有効撮像領域ＡがＸ×Ｙ＝１８００×４００ピクセルであった場合、画素データ抽出手段１１は、撮像カメラ６の制御部に対して、有効撮像領域Ａ内の画素データから、Ｙ軸に沿って例えば４ピクセルごとに１ピクセル分の水平走査データを転送するように指示を出す。加えて、画素データ抽出手段１１は、転送された水平走査データに対して、Ｘ軸に沿って例えば３ピクセルごとに１ピクセル分の画素データを外部へ転送するように指示を出す。これによって、画素データ抽出手段１１は、有効撮像領域Ａに対して、水平方向走査線を１００本、垂直方向走査線を６００本設定し、画素データを抽出する。
【００３０】
上述の画素データの抽出方法を一般化すると以下の通りである。
有効撮像領域Ａが、Ｘ×Ｙ＝Ｐx×Ｐyピクセルであり、抽出対象である水平方向走査線数をｎ本、同じく抽出対象である垂直方向走査線数をｍ本とする。
そのとき、画素データ抽出手段１１は、撮像カメラ６の制御部に対して、有効撮像領域Ａ内の画素データから、Ｙ軸に沿って［Ｐy／ｎ］ピクセルごとに１ピクセル分の水平走査データを転送するように指示を出す。また、画素データ抽出手段１１は、転送された水平走査データに対して、Ｘ軸に沿って［Ｐx／ｍ］ピクセルごとに１ピクセル分の画素データを外部へ転送するように指示を出す。
【００３１】
なお、［Ｐy／ｎ］及び［Ｐx／ｍ］は、Ｐy／ｎ及びＰx／ｍを、四捨五入又は切り捨てによって整数値としたものである。
図４と同じく、このように抽出された画素データによって、図５の下段に示すような、光切断線Ｌｓの幅Ｗ2にわたる輝度値分布が得られる。
つまり本実施形態では、有効撮像領域Ａの大きさが異なっても、この水平方向走査線の本数（上の例では１００本）と、垂直方向走査線の本数（上の例では６００本）を変化させずに一定とする。すなわち、小さいタイヤＴ1のトレッド面を計測する場合であっても、大きいタイヤＴ2のトレッド面を計測する場合であっても、走査線本数を同じとしている。それ故、サイドウォール面の厚みやトレッド面の幅が様々に異なるタイヤをタイヤ表面形状測定装置１に取り付けて測定を行ったとしても、一定の走査線本数による同一の画像分解能で且つ高い精度で表面形状を検出することが可能となる。
【００３２】
なお、この走査線の本数（抽出本数）は、撮像素子９の撮像周波数を実現できる範囲内の値となるように決定される。
続いて、画像処理装置５の形状検出手段１２は、画素データ抽出手段１１で抽出した画素データ（輝度データ）により形成される光切断線Ｌｓの画像に、三角測量法の原理を適用して、光切断線Ｌｓが照射された部分（タイヤ表面上の１ライン部分）の高さ分布情報を得る。
【００３３】
上述の構成を有する本実施形態のタイヤ表面形状測定装置１は、サイズの異なるタイヤＴ（タイヤＴ1及びタイヤＴ2）であっても、撮像領域設定手段１０によって適切な大きさの有効撮像領域Ａを設定し、画素データ抽出手段１１によって有効撮像領域Ａから撮像画像の画素データを抽出することができる。
図１、図４、及び図５を参照しながら、タイヤ表面形状測定装置１の動作について説明する。
【００３４】
上述のように、タイヤ表面形状測定装置１は、タイヤＴ1のトレッド面の形状検出に用いられるセンサユニット３ａ、及び２つのサイドウォール面の形状検出に用いられる２つのセンサユニット３ｂ及び３ｃを備えている。センサユニット３ａは、トレッド面に対向するように設けられ、センサユニット３ｂ及び３ｃは、サイドウォール面に対向するように設けられている。それぞれのセンサユニット３ａ、３ｂ、３ｃは、タイヤＴ1の表面にライン光を照射するライン光照射手段７と、タイヤＴ1の表面で反射した光切断線Ｌｓの像を撮像する撮像手段６を備えている。センサユニット３ａ、３ｂ、３ｃからの３本のライン光は、互いにつながって、タイヤＴ1の表面で連続する一本のライン光となっていても、また不連続なライン光となっていてもよい。
【００３５】
各センサユニット３ａ、３ｂ、３ｃ内に配備された撮像手段６での撮像画像はそれぞれ、画像処理装置５へ送られる。画像処理装置５が、撮像領域設定手段１０と画素データ抽出手段１１とを備えていることは前述した通りであり、センサユニット３ａ、３ｂ、３ｃからの撮像画像の処理を行う。
ところで、センサユニット３ａ、３ｂ、３ｃは、同時に作動させてもよく、異時に作動させてもよい。後述するように光切断線Ｌｓの撮像状況により、どちらの作動形態を採用してもよい。
【００３６】
まず、図４を参照してタイヤＴ1のトレッド面を測定するときの動作について説明する。
タイヤＴ1が、タイヤ表面形状測定装置１に取り付けられて回転を始め、所定の回転速度（例えば６０ｒｐｍ）になると、まず、センサユニット３ａのライン光照射手段７が、タイヤＴ1のトレッド面にライン光を照射する。照射されたライン光は、タイヤＴ1のトレッド面に光切断線Ｌｓを形成する。撮像カメラ６は形成された光切断線Ｌｓを撮像し、撮像素子９の撮像面上に光切断線Ｌｓの像ｖ１を結ぶ。
【００３７】
このとき、光切断線Ｌｓの周囲は暗いので光切断線Ｌｓの像ｖ１以外はほとんど撮像されない。よって、撮像カメラ６で撮像された画像には、像ｖ１だけが撮像されており、撮像された像ｖ１はそのままで直接的にトレッド面の形状及び幅を反映している、と考えることができる。
図４の上段に示すように、画像処理装置５の撮像領域設定手段１０は、像ｖ１の両端のＸ座標間の距離（幅）Ｗ1を長辺の長手方向長さとするように、撮像素子９の撮像面上に矩形の有効撮像領域Ａを設定する（撮像領域設定工程）。
【００３８】
有効撮像領域Ａの設定後、画像処理装置５は、センサユニット３ａにおける撮像素子９の撮像面の有効撮像領域Ａだけを用いて、タイヤＴ1の全周にわたって光切断線Ｌｓを撮像する。
画像処理装置５は、６０ｒｐｍの速度で回転するタイヤＴ1が所定角度回転するごとに、エンコーダ４から出力される検出信号を受信する。検出信号の受信タイミングに合わせて、画像処理装置５は、センサユニット３ａの撮像カメラ６を用いて光切断線Ｌｓを撮像する。これにより撮像カメラ６は、検出信号の受信タイミングに合った所定の撮像周波数（例えば２ｋＨｚ）で、タイヤＴ1の全周にわたってトレッド面の所定位置に形成された光切断線Ｌｓを複数撮像し、撮像素子９の撮像面上に結ばれた光切断線Ｌｓの像ｖ１が複数得られる。
【００３９】
続いて画素データ抽出手段１１は、有効撮像領域Ａで撮像された光切断線Ｌｓの撮像画像から、所定本数（例えば、６００本×１００本）の走査線に対応する画素データ（予め定められた所定数の測定信号）を抽出し、フレームメモリに転送する（画素データ抽出工程）。
画像処理装置５は、トレッド面の撮像を終えると、センサユニット３ｂを動作させて、センサユニット３ａによるトレッド面の撮像と同様の方法で、タイヤＴ1の上方のサイドウォール面の撮像を行う。センサユニット３ｂを用いた撮像によって、タイヤＴ1の全周にわたって上方のサイドウォール面の所定位置に形成された光切断線Ｌｓを複数撮像し、撮像素子９の撮像面上に結ばれた光切断線Ｌｓの像ｖ１が複数得られる。
【００４０】
上方のサイドウォール面の撮像が終われば、画像処理装置５は、センサユニット３ｃを動作させて、同様の方法で、タイヤＴ1の下方のサイドウォール面の撮像を行う。センサユニット３ｃを用いた撮像によって、タイヤＴ1の全周にわたって下方のサイドウォール面の所定位置に形成された光切断線Ｌｓを複数撮像し、撮像素子９の撮像面上に結ばれた光切断線Ｌｓの像ｖ１が複数得られる。
【００４１】
その後、形状検出手段１２は、タイヤＴ1のトレッド面及び両サイドウォール面別に、画素データ抽出手段１１で抽出されフレームメモリに転送された画素データ（輝度データ）により形成される複数の光切断線Ｌｓの像ｖ１に、三角測量法の原理を適用する。像ｖ１に三角測量法を適用して、各光切断線Ｌｓが照射された部分（タイヤ表面上の１ライン部分）の高さ分布情報が得られる。形状検出手段１２は、各像ｖ１から得られた高さ分布情報をタイヤＴ1の全周分つなぎ合わせて、タイヤＴ1のトレッド面、上方のサイドウォール面、及び下方のサイドウォール面の二次元画像（検査画像）を得る。
【００４２】
上述のように、トレッド面、上方のサイドウォール面、及び下方のサイドウォール面には、光切断線Ｌｓがそれぞれ１本ずつ形成される。タイヤＴ1の全周方向における各タイヤ面に形成された光切断線Ｌｓの位置が同じであれば、図４及び図５に示す撮像面上に、隣接するタイヤ面に形成された光切断線Ｌｓの端部が撮像される可能性がある。隣接する光切断線Ｌｓの端部が撮像される場合は、上述のようにセンサユニット３ａ〜センサユニット３ｃを切り替えてタイヤＴ1を撮像する。
【００４３】
隣接する光切断線Ｌｓの端部が撮像されなければ、センサユニット３ａ〜センサユニット３ｃを同時に動作させることができる。
なお、各光切断線Ｌｓは、タイヤＴ1の全周方向における同一の位置に形成される必要はなく、タイヤＴ1の全周方向において異なる位置に形成されてもよい。
次に、図５を参照してタイヤＴ1よりもサイズの小さいタイヤＴ2を測定するときの動作について説明する。
【００４４】
図５に示すタイヤＴ2の測定方法は、タイヤＴ1に対する測定方法と同様である。画像処理装置５は、センサユニット３ａ〜センサユニット３ｃを順に切り替えて、タイヤＴ2のトレッド面、上方及び下方のサイドウォール面に形成された光切断線Ｌｓの像ｖ１を撮像する。
撮像領域設定手段１０は、像ｖ１に合わせて、幅Ｗ1よりも短い幅Ｗ2の有効撮像領域Ａを設定し、画素データ抽出手段１１が、有効撮像領域Ａで撮像された光切断線Ｌｓの撮像画像から、所定本数（例えば、６００本×１００本）の走査線に対応する画素データ（予め定められた所定数の測定信号）を抽出し、フレームメモリに転送する。後は、タイヤＴ1に対する測定方法と同様の方法でタイヤＴ2のトレッド面、上方及び下方のサイドウォール面の二次元画像（検査画像）を得る。
【００４５】
上述のとおり、本実施形態によるタイヤ表面形状測定装置１を用いれば、タイヤＴ1とタイヤＴ2のように、測定対象であるタイヤＴのサイズが異なっても、撮像面上の像ｖ１の長さに合わせて有効撮像領域Ａを設定して、光切断線Ｌｓの像ｖ１を撮像することができる。
これに加えて、設定された有効撮像領域Ａの長辺の長さ（像ｖ１の長さ）にかかわらず、所定本数の走査線に対応する画素データを抽出するので、タイヤＴのサイズが変わっても安定した高分解能でタイヤＴ2の検査画像を得ることができ、タイヤＴ2の表面形状を検出することができる。
【００４６】
なお、今回開示され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と考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、動作条件や測定条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
【００４７】
例えば、本発明の実施形態では、まず、撮像素子９の撮像面上に有効撮像領域Ａを設定し、有効撮像領域Ａで撮像された光切断線Ｌｓの撮像画像から抽出された画素データを、フレームメモリ上に転送していた。しかし、これに限らず、有効撮像領域Ａの設定前に、撮像素子９で撮像された撮像画像の全てをフレームメモリ上に転送してもよい。その後、フレームメモリに格納された撮像画像に有効撮像領域Ａを設定して、画素データを抽出することもできる。
【符号の説明】
【００４８】
１ タイヤ表面形状測定装置
２ タイヤ回転機
３ センサユニット
４ エンコーダ
５ 画像処理装置
６ 撮像カメラ
７ ライン光照射手段
８ カメラレンズ
９ 撮像素子
１０ 撮像領域設定手段
１１ 画素データ抽出手段
１２ 形状検出手段
Ａ 有効撮像領域
Ｌｓ 光切断線
Ｔ タイヤ
ｖ１ 像
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤの表面に照射されたライン光を撮像し、該ライン光の撮像画像から抽出した測定信号に基づいて前記タイヤの表面形状を測定するタイヤ表面形状測定装置において、
前記タイヤの表面に照射されたライン光を撮像する撮像面が設けられた撮像手段と、
前記撮像面に結像したライン光の像が全て含まれるように、前記撮像面上に前記ライン光の像の長手方向長さを備えた有効撮像領域を設定する撮像領域設定手段と、
前記設定された有効撮像領域から予め定められた所定数の測定信号を抽出する画素データ抽出手段と、
を備えることを特徴とするタイヤ表面形状測定装置。
【請求項２】
前記撮像領域設定手段は、前記有効撮像領域を矩形として撮像面上に設定すると共に、前記ライン光の像に沿った両端間の距離を前記矩形の長辺の長さとするように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ表面形状測定装置。
【請求項３】
タイヤの表面に照射されたライン光を撮像面を用いて撮像し、該ライン光の撮像画像から抽出した測定信号に基づいて前記タイヤの表面形状を測定するタイヤ表面形状測方法において、
前記撮像面に結像したライン光が全て含まれるように、前記撮像面上にライン光の長手方向長さを備えた有効撮像領域を設定する撮像領域設定工程と、
前記設定された有効撮像領域から予め定められた所定数の測定信号を抽出する画素データ抽出工程と、
を備えることを特徴とするタイヤ表面形状測定方法。
【請求項４】
前記撮像領域設定工程は、前記有効撮像領域を矩形として撮像面上に設定すると共に、ライン光に沿った両端間の距離を前記矩形の長辺の長さとすることを特徴とする請求項３に記載のタイヤ表面形状測定方法。
【請求項１】
タイヤの表面に照射されたライン光を撮像し、該ライン光の撮像画像から抽出した測定信号に基づいて前記タイヤの表面形状を測定するタイヤ表面形状測定装置において、
前記タイヤの表面に照射されたライン光を撮像する撮像面が設けられた撮像手段と、
前記撮像面に結像したライン光の像が全て含まれるように、前記撮像面上に前記ライン光の像の長手方向長さを備えた有効撮像領域を設定する撮像領域設定手段と、
前記設定された有効撮像領域から予め定められた所定数の測定信号を抽出する画素データ抽出手段と、
を備えることを特徴とするタイヤ表面形状測定装置。
【請求項２】
前記撮像領域設定手段は、前記有効撮像領域を矩形として撮像面上に設定すると共に、前記ライン光の像に沿った両端間の距離を前記矩形の長辺の長さとするように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ表面形状測定装置。
【請求項３】
タイヤの表面に照射されたライン光を撮像面を用いて撮像し、該ライン光の撮像画像から抽出した測定信号に基づいて前記タイヤの表面形状を測定するタイヤ表面形状測方法において、
前記撮像面に結像したライン光が全て含まれるように、前記撮像面上にライン光の長手方向長さを備えた有効撮像領域を設定する撮像領域設定工程と、
前記設定された有効撮像領域から予め定められた所定数の測定信号を抽出する画素データ抽出工程と、
を備えることを特徴とするタイヤ表面形状測定方法。
【請求項４】
前記撮像領域設定工程は、前記有効撮像領域を矩形として撮像面上に設定すると共に、ライン光に沿った両端間の距離を前記矩形の長辺の長さとすることを特徴とする請求項３に記載のタイヤ表面形状測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２２５７９５（Ｐ２０１２−２２５７９５Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９４０５６（Ｐ２０１１−９４０５６）
【出願日】平成２３年４月２０日（２０１１．４．２０）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２０日（２０１１．４．２０）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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