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KR20130137682A - 타이어 표면 형상 측정 장치 및 타이어 표면 형상 측정 방법 - Google Patents

타이어 표면 형상 측정 장치 및 타이어 표면 형상 측정 방법 Download PDF

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KR20130137682A
KR20130137682A KR1020137027299A KR20137027299A KR20130137682A KR 20130137682 A KR20130137682 A KR 20130137682A KR 1020137027299 A KR1020137027299 A KR 1020137027299A KR 20137027299 A KR20137027299 A KR 20137027299A KR 20130137682 A KR20130137682 A KR 20130137682A
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KR
South Korea
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tire
image
imaging
line light
imaging area
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KR1020137027299A
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English (en)
Inventor
에이지 다카하시
도시유키 츠지
요시아키 마츠바라
Original Assignee
가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 filed Critical 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

사이드월면의 두께나 트레드면의 폭이 다양하게 다른 타이어의 각각에 대해, 동일한 화상 분해능으로, 또한 고정밀도로 표면 형상을 검출한다. 본 발명의 타이어 표면 형상 측정 장치(1)는, 타이어(T)의 표면에 조사된 라인 광을 촬상하고, 상기 라인 광의 촬상 화상으로부터 추출한 측정 신호에 기초하여 타이어(T)의 표면 형상을 측정하는 것이다. 그 타이어 표면 형상 측정 장치(1)에 있어서, 타이어(T)의 표면에 조사된 라인 광을 촬상하는 촬상면이 설치된 촬상 소자(9)와, 촬상면에 결상된 라인 광의 이미지가 모두 포함되도록, 촬상면 상에 라인 광의 이미지의 길이 방향 길이를 구비한 유효 촬상 영역(A)을 설정하는 촬상 영역 설정 수단(10)과, 설정된 유효 촬상 영역(A)으로부터 미리 정해진 소정수의 측정 신호를 추출하는 화소 데이터 추출 수단(11)을 구비한다.

Description

타이어 표면 형상 측정 장치 및 타이어 표면 형상 측정 방법 {TIRE SURFACE SHAPE MEASURING DEVICE AND TIRE SURFACE SHAPE MEASURING METHOD}
본 발명은, 타이어의 표면에 조사된 라인 광을 촬상하고, 라인 광을 포함하는 촬상 화상으로부터 추출한 측정 신호에 기초하여 타이어의 표면 형상을 측정하는 타이어 표면 형상 측정 장치 및 타이어 표면 형상 측정 방법에 관한 것이다.
종래부터 타이어를 제조하는 데 있어서, 최종 공정으로 되는 가황 공정 후의 형상 검사에서는, 타이어의 표면 형상의 검사가 행해지고 있다. 최근, 이 형상 검사는, 레이저 광원과 그 레이저 광에 의한 이미지(像)를 촬상하는 CCD 카메라나 CMOS 카메라 등을 사용한 센서 유닛을 구비하는 형상 측정 장치를 사용하여 자동화되어 있다.
이 형상 측정 장치에 의한 레이저 광을 사용한 형상 검사에서는, 시트 형상의 레이저 광(라인 광)을 타이어 표면인 트레드면이나 사이드월면에 조사하여, 당해 면 상에 광 절단선을 형성한다. 그 후에, 이 광 절단선을 CCD 카메라나 CMOS 카메라 등의 촬상 수단으로 촬상하고, 촬상한 광 절단선에 광 절단법을 적용함으로써 타이어 표면의 3차원 형상을 측정하여 검사한다.
예를 들어, 사이드월면의 3차원 형상의 측정에서는, 이와 같이 하여 얻어진 3차원 형상으로부터 문자나 로고 마크 등에 기인하는 정상적인 요철 형상을 제거함으로써, 사이드월면의 미세한 요철 불량도 정확하게 검출하여 검사하고 있다.
그런데, 최근의 승용차용 타이어의 개발은, 종래의 타이어에 비해, 트레드면이 광폭으로 되는 동시에 사이드월면이 얇아지는 방향으로 진행되고 있다. 즉, 트레드면의 폭과 사이드월면의 두께의 차가 커지는 방향으로 개발이 진행되고 있다고 할 수 있다. 또한, 최근에 있어서는, 타이어 사이즈의 전개가 다방면에 걸쳐 있어, 형상 측정 장치가 대응해야 하는 타이어의 사이즈 및 형상은 증가하는 경향에 있다.
이것에 대응하여 다양한 사이즈 및 형상을 갖는 타이어를 검사하기 위해, 형상 측정 장치로서는, 다양한 사이즈의 타이어를 장착하기 위한 구성이나, 장착된 타이어의 사이즈 및 형상에 맞추어 센서 유닛의 위치를 변경하기 위한 구성이 고안되어 있다.
특허문헌 1은, 상술한 형상 검사에 사용되는 외관·형상 검출 장치를 개시하고 있다. 특허문헌 1에 개시된 외관·형상 검출 장치는, 피검체의 검사 대상면에 슬릿 광을 조사하는 투광 수단과, 상기 슬릿 광의 조사부를 촬영하는 에어리어 카메라와, 상기 투광 수단 및 촬영 수단과 피검체를 상대적으로 이동시키는 수단과, 상기 에어리어 카메라의 화소 데이터로부터 상기 피검체의 좌표를 산출하는 수단을 구비하는 동시에, 상기 에어리어 카메라의 화소 데이터로부터 상기 피검체의 휘도를 산출하는 수단과, 상기 산출된 휘도에 기초하여 상기 피검체의 외관을 검출하는 수단을 설치하여, 피검체의 형상과 외관을 동시에 검출하도록 한 것을 특징으로 하는 것이다.
일본 특허 출원 공개 제2003-240521호 공보
상술한 바와 같이, 최근의 승용차용 타이어의 개발은, 트레드면의 폭과 사이드월면의 두께의 차가 커지는 방향으로 진행되고 있고, 타이어 사이즈의 전개도 다방면에 걸쳐 있다. 이것은, 형상 측정 장치의 센서 유닛이, 다양한 두께의 사이드월면이나 다양한 폭의 트레드면을 촬상해야 하는 것을 의미하고 있다.
타이어 사이즈가 변화됨으로써 사이드월면의 두께나 트레드면의 폭이 다양하게 다르면, 사이드월면 및 트레드면 상에 형성되는 광 절단선의 길이도 다양하게 다르게 된다. 그러나, 항상 소정의 검사 정밀도로 타이어의 형상을 검출하기 위해서는, 타이어 사이즈가 변화된 경우에 있어서도, 실제로 형성되는 광 절단선의 길이에 관계없이 촬상 화상 내에서 가능한 한 일정한 길이로 되도록, 광 절단선을 촬상할 필요가 있다.
여기서 특허문헌 1에 개시된 외관·형상 검출 장치를 사용한 경우, 타이어 사이즈나, 사이드월면의 두께 및 트레드면의 폭 등에 맞추어, 센서 유닛의 촬영 거리(워킹 디스턴스)를 적절하게 조정하여, 다양하게 길이가 다른 광 절단선을 촬상 화상 내에서 일정한 길이로 되도록 포착하는 노력이 필요해진다.
그러나, 특허문헌 1에 개시된 외관·형상 검출 장치에서는, 센서 유닛의 촬영 거리를 변경하기 위한 구성이 존재하고 있지 않으므로, 다양한 사이즈의 타이어에 대응하여 촬영 거리를 변경하는 것은 곤란하다. 또한, 촬영 거리를 변경할 수 있다고 해도, 작업자가 항상 최적의 촬영 거리로 되도록 센서 유닛의 위치를 조정하는 것은 곤란을 수반한다. 따라서, 최적의 촬영 거리로 되도록 센서 유닛의 위치를 조정할 수 없었던 경우라도, 촬상된 광 절단선으로부터 높은 분해능으로 표면 형상을 검출할 수 있는 기술이 요망되고 있다.
본 발명은, 이상 서술한 문제에 비추어, 사이드월면의 두께나 트레드면의 폭이 다양하게 다른 타이어의 각각에 대해, 동일한 분해능으로 또한 높은 분해능으로 표면 형상을 검출할 수 있는 타이어 표면 형상 측정 장치 및 타이어 표면 형상 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 이하의 기술적 수단을 채용하였다.
본 발명에 관한 타이어 표면 형상 측정 장치는, 타이어의 표면에 조사된 라인 광을 촬상하고, 상기 라인 광의 촬상 화상으로부터 추출한 측정 신호에 기초하여 상기 타이어의 표면 형상을 측정하는 타이어 표면 형상 측정 장치에 있어서, 상기 타이어의 표면에 조사된 라인 광을 촬상하는 촬상면이 설치된 촬상 수단과, 상기 촬상면에 결상된 라인 광의 이미지가 모두 포함되도록, 상기 촬상면 상에 상기 라인 광의 이미지의 길이 방향 길이를 구비한 유효 촬상 영역을 설정하는 촬상 영역 설정 수단과, 상기 설정된 유효 촬상 영역으로부터 미리 정해진 소정수의 측정 신호를 추출하는 화소 데이터 추출 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 촬상 영역 설정 수단은, 상기 유효 촬상 영역을 직사각형으로서 촬상면 상에 설정하는 동시에 상기 라인 광의 이미지를 따른 양단부 사이의 거리를 상기 직사각형의 긴 변의 길이로 하도록 구성되어 있으면 된다.
또한, 본 발명에 관한 타이어 표면 형상 측정 방법은, 타이어의 표면에 조사된 라인 광을 촬상면을 사용하여 촬상하고, 상기 라인 광의 촬상 화상으로부터 추출한 측정 신호에 기초하여 상기 타이어의 표면 형상을 측정하는 타이어 표면 형상 측정 방법에 있어서, 상기 촬상면에 결상된 라인 광이 모두 포함되도록, 상기 촬상면 상에 라인 광의 길이 방향 길이를 구비한 유효 촬상 영역을 설정하는 촬상 영역 설정 공정과, 상기 설정된 유효 촬상 영역으로부터 미리 정해진 소정수의 측정 신호를 추출하는 화소 데이터 추출 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 촬상 영역 설정 공정은, 상기 유효 촬상 영역을 직사각형으로서 촬상면 상에 설정하는 동시에 라인 광을 따른 양단부 사이의 거리를 상기 직사각형의 긴 변의 길이로 하면 된다.
본 발명에 따르면, 사이드월면의 두께나 트레드면의 폭이 다양하게 다른 타이어의 각각에 대해, 높은 분해능으로 표면 형상을 검출할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 실시 형태에 의한 타이어 표면 형상 측정 장치의 구성을 도시하는 개략도로, 작은 타이어의 표면 형상을 측정하고 있는 상태를 도시한다.
도 1b는 본 발명의 실시 형태에 의한 타이어 표면 형상 측정 장치의 구성을 도시하는 개략도로, 큰 타이어의 표면 형상을 측정하고 있는 상태를 도시한다.
도 2는 타이어 표면 형상 측정 장치가 구비하는 센서 유닛에 있어서의 라인 광 조사 수단 및 카메라의 3차원 배치를 도시하는 모식도이다.
도 3a는 타이어의 트레드면과 촬상 카메라의 촬상면 상에서의 위치 관계와, 유효 촬상 영역을 도시하는 도면으로, 작은 타이어의 경우를 도시한다.
도 3b는 타이어의 트레드면과 촬상 카메라의 촬상면 상에서의 위치 관계와, 유효 촬상 영역을 도시하는 도면으로, 큰 타이어의 경우를 도시한다.
도 4는 작은 타이어의 트레드면을 측정한 경우에 있어서의 것으로, 상단은 광 절단선과 유효 촬상 영역의 관계를 나타내는 모식도이고, 하단은 트레드면에 있어서의 휘도값 분포를 나타내는 도면이다.
도 5는 큰 타이어의 트레드면을 측정한 경우에 있어서의 것으로, 상단은 광 절단선과 유효 촬상 영역의 관계를 나타내는 모식도이고, 하단은 트레드면에 있어서의 휘도값 분포를 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태를 설명한다.
우선, 도 1을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 의한 타이어 표면 형상 측정 장치(1)의 구성을 설명한다.
타이어 형상 검사 장치(1)는, 회전하는 타이어(T)[타이어(T1) 및 타이어(T2)]의 표면에 조사된 라인 광에 의해 형성되는 광 절단선(Ls)을 촬상 카메라(6)에 의해 촬상하고, 그 촬상 화상에 기초하여 광 절단법에 의한 형상 검출을 행함으로써 타이어(T) 각 부의 높이를 측정한다. 또한, 타이어 형상 검사 장치(1)는, 측정된 타이어(T) 각 부의 높이를 각각 대응하는 휘도값으로 치환하여, 타이어(T) 표면의 2차원 화상(검사 화상)을 얻는다.
도 1a 및 도 1b에 도시하는 바와 같이, 타이어 표면 형상 측정 장치(1)는, 타이어 회전기(2), 센서 유닛(3), 인코더(4) 및 화상 처리 장치(5)를 구비하고 있다. 도 1a 및 도 1b는, 동일한 타이어 표면 형상 측정 장치(1)를 도시하고 있지만, 측정 대상인 타이어(T)만이 다르다. 도 1a에서는 작은 사이즈의 타이어(T1)가 측정되고 있는 상태, 도 1b에서는 큰 사이즈의 타이어(T2)가 측정되고 있는 상태가 각각 도시되어 있다.
타이어 회전기(2)는, 형상 검출의 대상인 타이어(T)를 그 회전축을 중심으로 회전시키는 모터 등을 구비한 회전 장치이다. 타이어 회전기는, 예를 들어 60rpm의 회전 속도로 타이어(T)를 회전시킨다. 이 회전 중에, 후술하는 센서 유닛(3)이, 타이어(T)의 전체 둘레에 걸치는 표면 형상을 검출(측정)한다.
센서 유닛(3)은, 타이어(T)의 표면 형상을 검출하는 것이며, 회전하는 타이어(T)의 표면에 라인 광(광 절단선)을 조사하는 라인 광 조사 수단(7), 타이어(T)의 표면에서 반사된 광 절단선의 이미지를 촬상하는 촬상 카메라[촬상 수단(6)] 등을 구비하는 유닛이다.
본 실시 형태에서는, 타이어(T)의 트레드면의 형상 검출에 사용되는 센서 유닛(3a) 및 2개의 사이드월면의 형상 검출에 사용되는 2개의 센서 유닛(3b 및 3c)을 구비하고 있다. 센서 유닛(3a)은 트레드면에 대향하도록 설치되고, 센서 유닛(3b 및 3c)은 사이드월면에 대향하도록 설치되어 있다.
도 2를 참조하면서, 센서 유닛(3)에 내장된 라인 광 조사 수단(7) 및 촬상 카메라(6)에 대해 설명한다.
라인 광 조사 수단(7)은, 시트 형상의 라인 광을 조사하는 라인 광원을 구비하고 있다. 라인 광원은, 예를 들어 LED나 할로겐 램프 등으로 구성된다. 이 라인 광 조사 수단(7)으로부터 조사되는 시트 형상의 라인 광에 의해, 타이어(T)의 표면에 1개의 광 절단선(Ls)이 형성된다.
촬상 카메라(6)는, 카메라 렌즈(8)와, 예를 들어 CCD나 CMOS로 구성된 에어리어 이미지 센서인 촬상 소자(9)를 구비하고 있다. 촬상 소자(9)는, 예를 들어 1920×1080 픽셀의 화소수를 갖고 있다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 촬상 카메라(6)는, 촬상 소자(9)의 촬상면 상에 투영된 광 절단선(Ls)의 이미지(v1)를 촬상함으로써, 광 절단선(Ls)의 촬상 화상을 얻는다.
도 1로 되돌아가, 인코더(4)에 대해 설명한다. 타이어 회전기(2)에 설치된 인코더(4)는, 타이어 회전기(2)의 회전축의 회전 각도, 즉 타이어(T)의 회전 각도를 검출하고, 검출된 회전 각도를 검출 신호로서 출력하는 센서이다. 그 검출 신호는, 센서 유닛(3)이 구비하는 촬상 카메라(6)의 촬상 타이밍의 제어에 사용된다.
예를 들어, 후술하는 화상 처리 장치(5)는, 60rpm의 속도로 회전하는 타이어(T)가 소정의 각도로 회전할 때마다 인코더(4)로부터 출력되는 검출 신호를 수신하고, 검출 신호의 수신 타이밍에 맞추어 촬상이 행해지도록 센서 유닛(3)의 촬상 카메라(6)를 제어한다. 이에 의해, 검출 신호의 수신 타이밍에 맞는 소정의 촬상 레이트(촬상 주파수)로 촬상이 행해진다.
화상 처리 장치(5)는, 센서 유닛(3)을 제어하여 광 절단선(Ls)을 촬상하는 동시에, 촬상된 화상을 프레임 메모리를 통해 도입하고, 도입된 화상에 포함되는 광 절단선(Ls)으로부터 타이어 표면의 높이 분포를 얻는 장치이다.
화상 처리 장치(5)는, 광 절단선(Ls)을 촬상하기 위한 「유효 촬상 영역(A)」을 촬상 카메라(6)의 촬상 소자(9)의 촬상면 상에 설정하는 촬상 영역 설정 수단(10)과, 설정된 유효 촬상 영역(A)에 존재하는 화소 데이터만을 촬상 소자(9)로부터 취출하는 화소 데이터 추출 수단(11)을 구비하고 있다.
또한, 화상 처리 장치(5)는, 도입된 화상에 대해 2치화 처리를 실시하거나 하여 광 절단선(Ls)을 추출하는 동시에, 얻어진 광 절단선(Ls)으로부터 삼각 측량법의 원리를 기초로 타이어 표면의 높이 분포를 얻는 형상 검출 수단(12)을 갖고 있다.
또한, 화상 처리 장치(5)는, 예를 들어 프레임 메모리를 구비한 퍼스널 컴퓨터 등으로 구성되어 있고, 촬상 영역 설정 수단(10)과 화소 데이터 추출 수단(11)은, 센서 유닛(3)에 내장된 촬상 카메라(6)의 제어부에 지령을 내려 컨트롤하는 것으로 되어 있다.
도 3a 내지 도 5를 참조하면서, 화상 처리 장치(5)의 촬상 영역 설정 수단(10), 화소 데이터 추출 수단(11)에 대해 설명한다.
촬상 영역 설정 수단(10)은, 촬상 소자(9)의 촬상면에 결상된 라인 광의 이미지, 즉, 촬상면에 투영된 광 절단선(Ls)의 이미지(v1)를 모두 포함하도록 당해 촬상면 상에 유효 촬상 영역(A)을 설정하는 것이다.
도 3a는, 작은 타이어(T1)의 트레드면에 형성된 광 절단선(Ls)과, 촬상 소자(9)의 촬상면 상에 투영된 광 절단선(Ls)의 이미지(v1)의 대응 관계를 모식적으로 도시하고 있다. 도 3b는, 큰 타이어(T2)의 트레드면에 형성된 광 절단선(Ls)과, 촬상면 상의 이미지(v1)의 대응 관계를 모식적으로 도시하고 있다.
도 3a 및 도 3b에 있어서, 카메라 렌즈(8)로부터 타이어(T)의 트레드면까지의 촬상 거리(워킹 디스턴스)의 각각은, 거의 동일하다. 그러나, 타이어(T)의 크기가 다르면, 광 절단선(Ls)의 길이가 다르고, 나아가서는 촬상면 상의 이미지(v1)의 길이도 다른 것을 알 수 있다.
예를 들어, 도 3a, 도 3b, 도 4에 의하면, 타이어가 작은 경우는 광 절단선(Ls)이 짧아져, 촬상면 상의 이미지(v1)도 짧아진다(폭 W1). 도 3a, 도 3b, 도 5에 의하면, 반대로 타이어가 큰 경우는 광 절단선(Ls)이 길어져, 촬상면 상의 이미지(v1)도 길어진다(폭 W2).
촬상 영역 설정 수단(10)은, 이와 같이 타이어(T)에 따라 길이가 다른 이미지(v1)를 모두 포함하도록, 이미지(v1)의 길이에 따른 크기의 유효 촬상 영역(A)을 촬상면 상에 설정한다.
도 3a 및 도 3b의 상부에 사선으로 나타내는 바와 같이, 유효 촬상 영역(A)은, 촬상면 중 광 절단선(Ls)의 이미지(v1)를 촬상하기 위해 실제로 사용되는 화소의 집합으로, 촬상 소자(9)의 촬상면을 정면에서 보았을 때에 직사각형을 이루도록 설정된다. 예를 들어, 도 3a 및 도 3b에 도시하는 바와 같이, 촬상면에 있어서의 화소의 X 좌표 및 Y 좌표의 범위(화소의 어드레스의 범위)를 각각 결정하고, X 좌표 및 Y 좌표(화소의 어드레스)가 그들의 범위 내에 있는 화소의 집합을 유효 촬상 영역(A)으로 함으로써, 긴 변이 이미지(v1)의 길이 방향을 따른 직사각형의 유효 촬상 영역(A)을 설정할 수 있다.
이 X 좌표의 범위의 상한과 하한은, 광 절단선(Ls)의 이미지(v1)의 양단부의 X 좌표로 하면 된다. 또한, Y 좌표의 범위의 상한은 이미지(v1)의 Y 좌표의 최대값보다도 충분히 크고, Y 좌표의 범위의 하한은 이미지(v1)의 Y 좌표의 최소값보다도 충분히 작아지도록 정하면 된다. 이에 의해, 이미지(v1)의 길이에 맞추어 유효 촬상 영역(A)을 설정할 수 있어, 유효 촬상 영역(A) 내에서 확실하게 이미지(v1)를 촬상할 수 있다.
화소 데이터 추출 수단(11)은, 촬상 영역 설정 수단(10)에 의해 설정된 유효 촬상 영역(A)에 존재하는 화소 데이터(화소의 휘도 데이터)를 촬상 소자(9)로부터 취출한다.
예를 들면, 도 4에 있어서 유효 촬상 영역(A)이 X×Y=1200×300 픽셀이었던 경우, 화소 데이터 추출 수단(11)은, 촬상 카메라(6)의 제어부에 대해, 유효 촬상 영역(A) 내의 화소 데이터로부터, Y축을 따라 예를 들어 3픽셀마다 1픽셀분의 수평 주사 데이터를 전송하도록 지시를 내린다. 또한, 화소 데이터 추출 수단(11)은, 전송된 수평 주사 데이터에 대해, X축을 따라 예를 들어 2픽셀마다 1픽셀분의 화소 데이터를 외부로 전송하도록 지시를 내린다. 즉, 화소 데이터 추출 수단(11)은, 유효 촬상 영역(A)에 대해, 미리 정해진 소정수의 주사선으로서, 수평 방향 주사선을 100개, 수직 방향 주사선을 600개 설정하여, 유효 촬상 영역(A)으로부터 측정 신호로서의 화소 데이터를 추출하는 것으로 되어 있다.
이와 같이 추출된 화소 데이터에 의해, 도 4의 하단에 나타내는 바와 같은, 광 절단선(Ls)의 폭 W1에 걸치는 휘도값 분포가 얻어진다.
다른 일례를 들면, 도 5에 있어서 유효 촬상 영역(A)이 X×Y=1800×400 픽셀이었던 경우, 화소 데이터 추출 수단(11)은, 촬상 카메라(6)의 제어부에 대해, 유효 촬상 영역(A) 내의 화소 데이터로부터, Y축을 따라 예를 들어 4픽셀마다 1픽셀분의 수평 주사 데이터를 전송하도록 지시를 내린다. 또한, 화소 데이터 추출 수단(11)은, 전송된 수평 주사 데이터에 대해, X축을 따라 예를 들어 3픽셀마다 1픽셀분의 화소 데이터를 외부로 전송하도록 지시를 내린다. 이에 의해, 화소 데이터 추출 수단(11)은, 유효 촬상 영역(A)에 대해, 수평 방향 주사선을 100개, 수직 방향 주사선을 600개 설정하여, 화소 데이터를 추출한다.
상술한 화소 데이터의 추출 방법을 일반화하면 이하와 같다.
유효 촬상 영역(A)이, X×Y=Px×Py 픽셀이고, 추출 대상인 수평 방향 주사선 수를 n개, 마찬가지로 추출 대상인 수직 방향 주사선수를 m개로 한다.
그때, 화소 데이터 추출 수단(11)은, 촬상 카메라(6)의 제어부에 대해, 유효 촬상 영역(A) 내의 화소 데이터로부터, Y축을 따라 [Py/n] 픽셀마다 1픽셀분의 수평 주사 데이터를 전송하도록 지시를 내린다. 또한, 화소 데이터 추출 수단(11)은, 전송된 수평 주사 데이터에 대해, X축을 따라 [Px/m] 픽셀마다 1픽셀분의 화소 데이터를 외부로 전송하도록 지시를 내린다.
또한, [Py/n] 및 [Px/m]는, Py/n 및 Px/m를, 반올림 또는 버림에 의해 정수값으로 한 것이다.
도 4와 마찬가지로, 이와 같이 추출된 화소 데이터에 의해, 도 5의 하단에 나타내는 바와 같은, 광 절단선(Ls)의 폭 W2에 걸치는 휘도값 분포가 얻어진다.
즉, 본 실시 형태에서는, 유효 촬상 영역(A)의 크기가 달라도, 이 수평 방향 주사선의 개수(상기한 예에서는 100개)와, 수직 방향 주사선의 개수(상기한 예에서는 600개)를 변화시키지 않고 일정하게 한다. 즉, 작은 타이어(T1)의 트레드면을 계측하는 경우나, 큰 타이어(T2)의 트레드면을 계측하는 경우나, 주사선 개수를 동일하게 하고 있다. 그러므로, 사이드월면의 두께나 트레드면의 폭이 다양하게 다른 타이어를 타이어 표면 형상 측정 장치(1)에 장착하여 측정을 행하였다고 해도, 일정한 주사선 개수에 의한 동일한 화상 분해능으로 또한 고정밀도로 표면 형상을 검출하는 것이 가능해진다.
또한, 이 주사선의 개수(추출 개수)는, 촬상 소자(9)의 촬상 주파수를 실현할 수 있는 범위 내의 값으로 되도록 결정된다.
계속해서, 화상 처리 장치(5)의 형상 검출 수단(12)은, 화소 데이터 추출 수단(11)에 의해 추출한 화소 데이터(휘도 데이터)에 의해 형성되는 광 절단선(Ls)의 화상에, 삼각 측량법의 원리를 적용하여, 광 절단선(Ls)이 조사된 부분(타이어 표면 상의 1라인 부분)의 높이 분포 정보를 얻는다.
상술한 구성을 갖는 본 실시 형태의 타이어 표면 형상 측정 장치(1)는, 사이즈가 다른 타이어(T)[타이어(T1) 및 타이어(T2)]와, 촬상 영역 설정 수단(10)에 의해 적절한 크기의 유효 촬상 영역(A)을 설정하고, 화소 데이터 추출 수단(11)에 의해 유효 촬상 영역(A)으로부터 촬상 화상의 화소 데이터를 추출할 수 있다.
도 1, 도 4 및 도 5를 참조하면서, 타이어 표면 형상 측정 장치(1)의 동작에 대해 설명한다.
상술한 바와 같이, 타이어 표면 형상 측정 장치(1)는, 타이어(T1)의 트레드면의 형상 검출에 사용되는 센서 유닛(3a) 및 2개의 사이드월면의 형상 검출에 사용되는 2개의 센서 유닛(3b 및 3c)을 구비하고 있다. 센서 유닛(3a)은, 트레드면에 대향하도록 설치되고, 센서 유닛(3b 및 3c)은, 사이드월면에 대향하도록 설치되어 있다. 각각의 센서 유닛(3a, 3b, 3c)은, 타이어(T1)의 표면에 라인 광을 조사하는 라인 광 조사 수단(7)과, 타이어(T1)의 표면에서 반사된 광 절단선(Ls)의 이미지를 촬상하는 촬상 수단(6)을 구비하고 있다. 센서 유닛(3a, 3b, 3c)으로부터의 3개의 라인 광은, 서로 연결되어, 타이어(T1)의 표면에서 연속되는 1개의 라인 광으로 되어 있어도 되고, 또한 불연속인 라인 광으로 되어 있어도 된다.
각 센서 유닛(3a, 3b, 3c) 내에 배치된 촬상 수단(6)에 의한 촬상 화상은 각각 화상 처리 장치(5)로 보내진다. 화상 처리 장치(5)가, 촬상 영역 설정 수단(10)과 화소 데이터 추출 수단(11)을 구비하고 있는 것은 전술한 바와 같으며, 센서 유닛(3a, 3b, 3c)으로부터의 촬상 화상의 처리를 행한다.
그런데, 센서 유닛(3a, 3b, 3c)은, 동시에 작동시켜도 되고, 이시(異時)에 작동시켜도 된다. 후술하는 바와 같이 광 절단선(Ls)의 촬상 상황에 따라, 어느 쪽의 작동 형태를 채용해도 된다.
우선, 도 4를 참조하여 타이어(T1)의 트레드면을 측정할 때의 동작에 대해 설명한다.
타이어(T1)가, 타이어 표면 형상 측정 장치(1)에 장착되어 회전을 시작하여, 소정의 회전 속도(예를 들어 60rpm)로 되면, 우선, 센서 유닛(3a)의 라인 광 조사 수단(7)이, 타이어(T1)의 트레드면에 라인 광을 조사한다. 조사된 라인 광은, 타이어(T1)의 트레드면에 광 절단선(Ls)을 형성한다. 촬상 카메라(6)는 형성된 광 절단선(Ls)을 촬상하고, 촬상 소자(9)의 촬상면 상에 광 절단선(Ls)의 이미지(v1)를 결상한다.
이때, 광 절단선(Ls)의 주위는 어두우므로 광 절단선(Ls)의 이미지(v1) 이외에는 거의 촬상되지 않는다. 따라서, 촬상 카메라(6)에 의해 촬상된 화상에는, 이미지(v1)만이 촬상되어 있고, 촬상된 이미지(v1)는 그대로 직접적으로 트레드면의 형상 및 폭을 반영시키고 있다고 생각할 수 있다.
도 4의 상단에 도시하는 바와 같이, 화상 처리 장치(5)의 촬상 영역 설정 수단(10)은, 이미지(v1)의 양단부의 X 좌표 사이의 거리(폭) W1을 긴 변의 길이 방향 길이로 하도록, 촬상 소자(9)의 촬상면 상에 직사각형의 유효 촬상 영역(A)을 설정한다(촬상 영역 설정 공정).
유효 촬상 영역(A)의 설정 후, 화상 처리 장치(5)는, 센서 유닛(3a)에 있어서의 촬상 소자(9)의 촬상면의 유효 촬상 영역(A)만을 사용하여, 타이어(T1)의 전체 둘레에 걸쳐 광 절단선(Ls)을 촬상한다.
화상 처리 장치(5)는, 60rpm의 속도로 회전하는 타이어(T1)가 소정 각도 회전할 때마다, 인코더(4)로부터 출력되는 검출 신호를 수신한다. 검출 신호의 수신 타이밍에 맞추어, 화상 처리 장치(5)는, 센서 유닛(3a)의 촬상 카메라(6)를 사용하여 광 절단선(Ls)을 촬상한다. 이에 의해 촬상 카메라(6)는, 검출 신호의 수신 타이밍에 맞는 소정의 촬상 주파수(예를 들어 2㎑)로, 타이어(T1)의 전체 둘레에 걸쳐 트레드면의 소정 위치에 형성된 광 절단선(Ls)을 복수 촬상하여, 촬상 소자(9)의 촬상면 상에 결상된 광 절단선(Ls)의 이미지(v1)가 복수 얻어진다.
계속해서 화소 데이터 추출 수단(11)은, 유효 촬상 영역(A)에서 촬상된 광 절단선(Ls)의 촬상 화상으로부터, 소정 개수(예를 들어, 600개×100개)의 주사선에 대응하는 화소 데이터(미리 정해진 소정수의 측정 신호)를 추출하여, 프레임 메모리에 전송한다(화소 데이터 추출 공정).
화상 처리 장치(5)는, 트레드면의 촬상을 종료하면, 센서 유닛(3b)을 동작시켜, 센서 유닛(3a)에 의한 트레드면의 촬상과 마찬가지의 방법으로, 타이어(T1)의 상방의 사이드월면의 촬상을 행한다. 센서 유닛(3b)을 사용한 촬상에 의해, 타이어(T1)의 전체 둘레에 걸쳐 상방의 사이드월면의 소정 위치에 형성된 광 절단선(Ls)을 복수 촬상하여, 촬상 소자(9)의 촬상면 상에 결상된 광 절단선(Ls)의 이미지(v1)가 복수 얻어진다.
상방의 사이드월면의 촬상이 종료되면, 화상 처리 장치(5)는, 센서 유닛(3c)을 동작시켜, 마찬가지의 방법으로, 타이어(T1)의 하방의 사이드월면의 촬상을 행한다. 센서 유닛(3c)을 사용한 촬상에 의해, 타이어(T1)의 전체 둘레에 걸쳐 하방의 사이드월면의 소정 위치에 형성된 광 절단선(Ls)을 복수 촬상하여, 촬상 소자(9)의 촬상면 상에 결상된 광 절단선(Ls)의 이미지(v1)가 복수 얻어진다.
그 후, 형상 검출 수단(12)은, 타이어(T1)의 트레드면 및 양 사이드월면별로, 화소 데이터 추출 수단(11)에 의해 추출되어 프레임 메모리에 전송된 화소 데이터(휘도 데이터)에 의해 형성되는 복수의 광 절단선(Ls)의 이미지(v1)에, 삼각 측량법의 원리를 적용한다. 이미지(v1)에 삼각 측량법을 적용하여, 각 광 절단선(Ls)이 조사된 부분(타이어 표면 상의 1라인 부분)의 높이 분포 정보가 얻어진다. 형상 검출 수단(12)은, 각 이미지(v1)로부터 얻어진 높이 분포 정보를 타이어(T1)의 전체 둘레만큼 서로 연결하여, 타이어(T1)의 트레드면, 상방의 사이드월면 및 하방의 사이드월면의 2차원 화상(검사 화상)을 얻는다.
상술한 바와 같이, 트레드면, 상방의 사이드월면 및 하방의 사이드월면에는, 광 절단선(Ls)이 각각 1개씩 형성된다. 타이어(T1)의 전체 둘레 방향에 있어서의 각 타이어면에 형성된 광 절단선(Ls)의 위치가 동일하면, 도 4 및 도 5에 도시하는 촬상면 상에 인접하는 타이어면에 형성된 광 절단선(Ls)의 단부가 촬상될 가능성이 있다. 인접하는 광 절단선(Ls)의 단부가 촬상되는 경우는, 상술한 바와 같이 센서 유닛(3a) 내지 센서 유닛(3c)을 전환하여 타이어(T1)를 촬상한다.
인접하는 광 절단선(Ls)의 단부가 촬상되지 않으면, 센서 유닛(3a) 내지 센서 유닛(3c)을 동시에 동작시킬 수 있다.
또한, 각 광 절단선(Ls)은, 타이어(T1)의 전체 둘레 방향에 있어서의 동일한 위치에 형성될 필요는 없으며, 타이어(T1)의 전체 둘레 방향에 있어서 다른 위치에 형성되어도 된다.
다음에, 도 5를 참조하여 타이어(T1)보다도 사이즈가 작은 타이어(T2)를 측정할 때의 동작에 대해 설명한다.
도 5에 도시하는 타이어(T2)의 측정 방법은, 타이어(T1)에 대한 측정 방법과 마찬가지이다. 화상 처리 장치(5)는, 센서 유닛(3a) 내지 센서 유닛(3c)을 차례로 전환하여, 타이어(T2)의 트레드면, 상방 및 하방의 사이드월면에 형성된 광 절단선(Ls)의 이미지(v1)를 촬상한다.
촬상 영역 설정 수단(10)은, 이미지(v1)에 맞추어, 폭 W1보다도 짧은 폭 W2의 유효 촬상 영역(A)을 설정하고, 화소 데이터 추출 수단(11)이, 유효 촬상 영역(A)에서 촬상된 광 절단선(Ls)의 촬상 화상으로부터, 소정 개수(예를 들어, 600개×100개)의 주사선에 대응하는 화소 데이터(미리 정해진 소정수의 측정 신호)를 추출하여, 프레임 메모리에 전송한다. 이후에는, 타이어(T1)에 대한 측정 방법과 마찬가지의 방법으로 타이어(T2)의 트레드면, 상방 및 하방의 사이드월면의 2차원 화상(검사 화상)을 얻는다.
상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 의한 타이어 표면 형상 측정 장치(1)를 사용하면, 타이어(T1)와 타이어(T2)와 같이, 측정 대상인 타이어(T)의 사이즈가 달라도, 촬상면 상의 이미지(v1)의 길이에 맞추어 유효 촬상 영역(A)을 설정하여, 광 절단선(Ls)의 이미지(v1)를 촬상할 수 있다.
이것에 더하여, 설정된 유효 촬상 영역(A)의 긴 변의 길이[이미지(v1)의 길이]에 관계없이, 소정 개수의 주사선에 대응하는 화소 데이터를 추출하므로, 타이어(T)의 사이즈가 바뀌어도 안정된 고분해능으로 타이어(T2)의 검사 화상을 얻을 수 있어, 타이어(T2)의 표면 형상을 검출할 수 있다.
또한, 금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 특히, 금회 개시된 실시 형태에 있어서, 명시적으로 개시되어 있지 않은 사항, 예를 들어 동작 조건이나 측정 조건, 각종 파라미터, 구성물의 치수, 중량, 체적 등은, 당업자가 통상 실시하는 범위를 일탈하는 것이 아닌, 통상의 당업자라면 용이하게 상정하는 것이 가능한 값을 채용하고 있다.
예를 들어, 본 발명의 실시 형태에서는, 우선, 촬상 소자(9)의 촬상면 상에 유효 촬상 영역(A)을 설정하고, 유효 촬상 영역(A)에서 촬상된 광 절단선(Ls)의 촬상 화상으로부터 추출된 화소 데이터를, 프레임 메모리 상에 전송하고 있었다. 그러나, 이것에 한정되지 않고, 유효 촬상 영역(A)의 설정 전에, 촬상 소자(9)에서 촬상된 촬상 화상 전부를 프레임 메모리 상에 전송해도 된다. 그 후, 프레임 메모리에 저장된 촬상 화상에 유효 촬상 영역(A)을 설정하여, 화소 데이터를 추출할 수도 있다.
1 : 타이어 표면 형상 측정 장치
2 : 타이어 회전기
3 : 센서 유닛
4 : 인코더
5 : 화상 처리 장치
6 : 촬상 카메라
7 : 라인 광 조사 수단
8 : 카메라 렌즈
9 : 촬상 소자
10 : 촬상 영역 설정 수단
11 : 화소 데이터 추출 수단
12 : 형상 검출 수단
A : 유효 촬상 영역
Ls : 광 절단선
T : 타이어
v1 : 이미지

Claims (6)

  1. 타이어의 표면에 조사된 라인 광을 촬상하고, 상기 라인 광의 촬상 화상으로부터 추출한 측정 신호에 기초하여 상기 타이어의 표면 형상을 측정하는 타이어 표면 형상 측정 장치에 있어서,
    상기 타이어의 표면에 조사된 라인 광을 촬상하는 촬상면이 설치된 촬상 수단과,
    상기 촬상면에 결상된 라인 광의 이미지가 모두 포함되도록, 상기 촬상면 상에 상기 라인 광의 이미지의 길이 방향 길이를 구비한 유효 촬상 영역을 설정하는 촬상 영역 설정 수단과,
    상기 설정된 유효 촬상 영역으로부터 미리 정해진 소정수의 측정 신호를 추출하는 화소 데이터 추출 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는, 타이어 표면 형상 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 촬상 영역 설정 수단은, 상기 유효 촬상 영역을 직사각형으로서 촬상면 상에 설정하는 동시에, 상기 라인 광의 이미지를 따른 양단부 사이의 거리를 상기 직사각형의 긴 변의 길이로 하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 타이어 표면 형상 측정 장치.
  3. 타이어의 표면에 조사된 라인 광을 촬상면을 사용하여 촬상하고, 상기 라인 광의 촬상 화상으로부터 추출한 측정 신호에 기초하여 상기 타이어의 표면 형상을 측정하는 타이어 표면 형상 측정 방법에 있어서,
    상기 촬상면에 결상된 라인 광이 모두 포함되도록, 상기 촬상면 상에 라인 광의 길이 방향 길이를 구비한 유효 촬상 영역을 설정하는 촬상 영역 설정 공정과,
    상기 설정된 유효 촬상 영역으로부터 미리 정해진 소정수의 측정 신호를 추출하는 화소 데이터 추출 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는, 타이어 표면 형상 측정 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 촬상 영역 설정 공정은, 상기 유효 촬상 영역을 직사각형으로서 촬상면 상에 설정하는 동시에, 라인 광을 따른 양단부 사이의 거리를 상기 직사각형의 긴 변의 길이로 하는 것을 특징으로 하는, 타이어 표면 형상 측정 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 화소 데이터 추출 수단은, 상기 유효 촬상 영역의 크기가 다른 경우에도, 상기 유효 촬상 영역 내의 화소 데이터로부터, 수평 방향 주사선의 개수와, 수직 방향 주사선의 개수를 일정하게 하여 추출하는 것을 특징으로 하는, 타이어 표면 형상 측정 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 화소 데이터 추출 공정은, 상기 유효 촬상 영역의 크기가 다른 경우에도, 상기 유효 촬상 영역 내의 화소 데이터로부터, 수평 방향 주사선의 개수와, 수직 방향 주사선의 개수를 일정하게 하여 추출하는 것을 특징으로 하는, 타이어 표면 형상 측정 방법.
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