JP5969906B2

JP5969906B2 - 計測方法及び計測装置

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Publication number: JP5969906B2
Application number: JP2012260595A
Authority: JP
Inventors: 要荒木; 高橋　英二; 英二高橋
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Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2012-11-29
Filing date: 2012-11-29
Publication date: 2016-08-17
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Description

本発明は、凸部が形成されたタイヤのトレッド面又はサイドウォール面を計測面とし、計測面の表面形状を計測する技術に関するものである。

タイヤは、ゴムや化学繊維、スチールコード等の各種材料が積層された複雑な積層構造を有している。複雑な積層構造を有するタイヤの接地面（トレッド面）では、タイヤの半径の変動に起因する縦振れ（ラジアルランナウト）を防止するために、半径の均一性を確保し、接地面のうねり（ランナウト）を抑制する必要がある。一方、サイドウォール面ではランナウトに加えバルジやデントと呼ばれる凹凸が生じることがあり、これらも同様に抑制する必要がある。

したがって、タイヤの製造工程では、タイヤに対してトレッド面、サイドウォール面の形状を検査し、検査した形状を評価する必要がある。

そこで、タイヤ製造の最終工程（タイヤ加硫後の検査工程）では、特にトレッド面のランナウト値の計測やサイドウォール面での形状不良の検査が行われている。トレッド面には溝、サイドウォール面には文字や模様に起因する意図的な凸部が存在し、近年ではそれらの影響を受けないようにタイヤ形状を計測する手段が求められている。

近年、タイヤのランナウト値を計測する技術においては、レーザ距離センサ、三次元形状計測装置、又はカメラ等を用いてランナウト値を計測し、計測したランナウト値からタイヤを自動的に評価する試みが行われている。

特許文献１には、光学変位計によりタイヤの１ライン分のサンプルデータを計測し、計測したサンプルデータから予め定められた信号パターンを除去することで、タイヤの表面に不要な凹凸が存在しても計測ラインを選ぶことなくタイヤの形状を計測する形状計測装置が開示されている。

特許文献２には、非接触の変位形を用いてタイヤのドレッド面を周方向に走査してタイヤ１周分の数値データを取得し、注目位置の数値データと、注目位置に対して前後複数個の数値データ群のメジアンとの差が閾値より大きい場合、注目位置の数値データをノイズと判定する技術が開示されている。

特許文献３では、サイドウォール面において、意図的な凸部を含む位置と当該凸部が含まれていない位置との２ラインのタイヤ表面の凹凸変位量を計測して２ラインの原波形Ａ、Ｂを生成する。次に、生成した原波形Ａ、Ｂのうねり成分を示す近似曲線Ａ１、Ｂ１を生成し、原波形Ａ、Ｂから近似曲線Ａ１、Ｂ１を減じて、凹凸波形Ａ２、Ｂ２を生成する。次に、凹凸波形Ａ２と凹凸波形Ｂ２とを乗じ、意図的な模様が除去された凹凸形状を算出する。そして、その凹凸形状から欠陥凹凸を検出する技術が開示されている。

特許文献４では、タイヤ表面の１次元の計測データを円状に並べて２次元の計測データに変換し、２次元の計測データに対して凸包型フィルタを適用し、凸包上に位置する計測データを抽出し、抽出した計測データを１次元の計測データに戻すことが開示されている。

特開昭６２−２３２５０７号公報特開２００８−２８６７０３公報特許第３７６８６２５号特表２０１２−５１３０２９号公報

タイヤの欠陥を示す凹凸は、文字や模様等の意図的に形成された凸部との判別が極めて困難であり、１ラインのみの計測データでは、意図的に形成された凸部を計測データから正確に取り除くことができず、凸部を、欠陥を示す凹凸と判定する可能性がある。

特許文献１、２、４はいずれも１次元のデータしか計測されていないため、意図的に形成された凸部を正確に検出することができないという問題がある。また、特許文献３では、２ラインの計測データが計測されているが、これら２ラインの計測データは空間的に離れて位置しているため、意図的に形成された凸部を正確に検出することができないという問題がある。

また、近年、ラインレーザを用いて一度に１ラインの計測データを取得する技術が開発されている。しかしながら、ラインレーザを用いたシステムはポイントレーザ式に比べ非常に高価になるという問題がある。

本発明の目的は、ラインレーザを用いなくてもタイヤに意図的に形成された凸部を正確に抽出してタイヤから凸部の影響を排除し、正確にタイヤの表面形状を測定する技術を提供することである。

（１）本発明の一態様による計測方法は、凸部が形成されたタイヤのトレッド面又はサイドウォール面を計測面とし、前記計測面の表面形状を計測する計測方法であって、
前記計測面にスポット光源からのスポット光を照射し、前記スポット光を主走査方向に走査させて反射光を受光して１ラインの計測データを取得する計測処理を、前記スポット光を副走査方向にずらしながら複数回実行し、複数の計測データを取得する第１計測ステップと、
前記複数の計測データのそれぞれから１次元高さデータを生成し、生成した複数の１次元高さデータをマトリックス状に配列し、前記計測面の２次元高さデータを生成する第１取得ステップと、
前記２次元高さデータから輪郭抽出フィルタを用いて前記凸部の輪郭を抽出し、抽出した輪郭で囲まれた領域を前記凸部として抽出し、抽出した凸部の位置を前記２次元高さデータに対応付け、基準形状データを生成する生成ステップとを備え、
前記生成ステップでは、前記２次元高さデータの各位置の高さデータから前記凸部を除く背後領域の各位置の高さデータの平均値又は中央値を前記背後領域の基準値として求め、前記凸部の各位置の高さデータから前記基準値を減じることで、前記凸部の各位置の高さ成分を生成し、前記生成した高さ成分を前記二次元高さデータに対応付け、
計測対象となる対象タイヤの前記計測面に対し、前記計測処理を実行し、前記１ラインの計測データを取得する第２計測ステップと、
前記第２計測ステップにより取得された計測データに基づき、１次元高さデータを生成する第２取得ステップと、
前記第２取得ステップにより取得された１次元高さデータである対象１次元高さデータと、前記対象１次元高さデータに対して前記副走査方向の位置が同一である前記基準形状データの１次元高さデータとを比較し、前記対象１次元高さデータから前記凸部の高さ成分を除去する除去ステップとを更に備え、
前記除去ステップでは、前記副走査方向の位置が同一である前記基準形状データの１次元高さデータから前記対象１次元高さデータにおける凸部の領域を特定し、特定した凸部の各位置の高さデータから高さ成分を減じることで、前記対象１次元高さデータから前記凸部を除去する。

この構成によれば、スポット光を主走査方向に走査することで１ラインの計測データを取得する計測処理が行われる。そして、スポット光を副走査方向にずらしながら計測処理が繰り返され、複数の計測データが取得され、計測面全域の２次元高さデータが生成される。そのため、ラインレーザを用いて計測面全域の２次元の高さデータを生成する構成を採用する場合に比べて、装置の低コスト化を図ることができる。

また、２次元高さデータに対して２次元の輪郭抽出フィルタを用いて凸部が抽出されている。そのため、注目する位置に対して主走査方向に隣接する高さデータのみならず、副走査方向に隣接する高さデータの情報も用いてエッジ値を算出することができ、意図的に形成された文字や模様等の凸部の輪郭を高精度に抽出することができる。
また、この構成によれば、計測対象となる対象タイヤに対して１ラインの計測データが取得され、対象１次元高さデータが取得されている。そして、対象１次元高さデータと副走査方向の位置が同じである１次元高さデータが基準形状データから特定される。そして、対象１次元高さデータと特定された１次元高さデータとが比較され、対象１次元高さデータから凸部の高さ成分が除去されている。そのため、対象１次元高さデータから凸部を正確に除去することができる。また、対象１次元高さデータから凸部が除去されているため、このデータを用いてタイヤの欠陥を正確に判定することができる。

この構成によれば、計測対象となる対象タイヤに対して１ラインの計測データが取得され、対象１次元高さデータが取得されている。そして、対象１次元高さデータと副走査方向の位置が同じである１次元高さデータが基準形状データから特定される。そして、対象１次元高さデータと特定された１次元高さデータとが比較され、対象１次元高さデータから凸部の高さ成分が除去されている。そのため、対象１次元高さデータから凸部を正確に除去することができる。また、対象１次元高さデータから凸部が除去されているため、このデータを用いてタイヤの欠陥を正確に判定することができる。

（２）前記除去ステップにより前記高さ成分が除去された前記対象１次元高さデータの最高値と最低値との差を前記対象タイヤのランナウト値として算出するランナウト算出ステップを更に備えることが好ましい。

この構成によれば、凸部の高さ成分が除去された対象１次元高さデータを用いて、ランナウト値が算出されているため、凸部の影響を受けていないランナウト値を得ることができ、このランナウト値を用いて対象タイヤの欠陥を正確に評価することができる。

（３）前記輪郭抽出フィルタはソーベルフィルタであることが好ましい。

この構成によれば、ソーベルフィルタが用いられているため、２次元高さデータから凸部の輪郭を精度良く抽出することができる。

（４）前記計測面が前記トレッド面である場合、前記主走査方向はタイヤの周方向であり、前記副走査方向は前記タイヤの幅方向であり、前記計測面が前記サイドウォール面である場合、前記主走査方向は前記タイヤの回転軸を中心とする同心円の方向であり、前記副走査方向は前記タイヤの径方向であることが好ましい。

この構成によれば、計測面に応じて適切な主走査方向及び副走査方向にスポット光を照射することができる。

本発明によれば、ラインレーザを用いなくてもタイヤに意図的に形成された凸部を正確に抽出することで、凸部の影響を排除し、正確にタイヤの表面形状を測定することができる。

本発明の実施の形態による計測装置１の全体構成図である。センサ部の詳細な構成図である。図１に示す計測装置の機能構成を示すブロック図である。計測対象のタイヤの外観形状を表す模式図であり、（Ａ）はタイヤのサイドウォール面を示し、（Ｂ）はタイヤのトレッド面を示している。センサ部がタイヤを計測する様子を示した模式図である。サイドウォール面のある副走査方向のある位置における１次元高さデータの計測結果の一例を示したグラフである。（Ａ）は高さデータを濃淡で示した場合の基準タイヤの２次元高さデータの一例を示した図である。図７（Ｂ）は図７（Ａ）の２次元高さデータに対して凸部の輪郭を重ねて表した図である。図７（Ｃ）は図７（Ａ）の２次元高さデータから凸部の高さ成分が除去された２次元高さデータの一例を示す図である。高さデータを濃淡で示した場合の対象タイヤの２次元高さデータを示した図である。図８に示す検査ライン上の対象１次元高さデータの計測結果を示すグラフである。本発明の実施の形態において、基準形状データを算出する処理を示すフローチャートである。本発明の実施の形態において、対象タイヤを計測する処理を示すフローチャートである。

図４は、計測対象のタイヤＴの外観を示す模式図であり、（Ａ）はタイヤＴのサイドウォール面Ｔ２を示し、（Ｂ）はタイヤＴのトレッド面Ｔ１を示している。タイヤＴは、路面に対してほぼ垂直に立つ２つのサイドウォール面Ｔ２と、これら２つのサイドウォール面Ｔ２を繋ぐトレッド面Ｔ１とを含む。

トレッド面Ｔ１は、タイヤＴの径外方向に張り出するように湾曲した形状を持ち、タイヤＴの外周を取り囲む。トレッド面Ｔ１には、径外方向に突出し、頂部が接地面となる複数のブロックＢが形成されている。また、トレッド面Ｔ１には、ブロックＢに挟まれた溝Ｃが形成されている。サイドウォール面Ｔ２には、多数の文字が凸状に形成され、複雑な凹凸が形状が形成されている。サイドウォール面Ｔ２に形成された文字は、例えば、タイヤの種類やメーカー名等を表す。また、サイドウォール面Ｔ２には文字以外にも細かい模様が形成され、周方向に細かい凹凸分布がある。本実施の形態では、トレッド面Ｔ１又はサイドウォール面Ｔ２を計測面とし、計測面の高さデータを得る。

図１は、本発明の実施の形態による計測装置１の全体構成図である。計測装置１は、回転部２、センサ部３、エンコーダ４、画像処理部５、及びユニット駆動部１０を含む。回転部２は、タイヤＴを回転軸Ｒを中心軸として回転させる。具体的には、回転部２は、タイヤＴの中心軸に取り付けられるシャフト及びシャフトを回転させるためのモータ等を含む。回転部２によるタイヤＴの回転速度としては、例えば６０ｒｐｍが採用される。

センサ部３は、タイヤＴのトレッド面側に設けられたセンサ部３１と、タイヤＴのサイドウォール面の上側に設けられたセンサ部３２と、タイヤＴのサイドウォール面の下側に設けられたセンサ部３２とが存在する。センサ部３１はトレッド面を計測する際に用いられ、センサ部３２は上側のサイドウォール面を計測する際に用いられ、センサ部３３は下側のサイドウォール面を計測する際に用いられる。

センサ部３１は、回転中のタイヤＴにスポット光を照射することでスポット光をトレッド面の周方向（主走査方向）に走査し、タイヤＴからの反射光を受光し、トレッド面の高さの情報を含む１ラインの計測データを取得する計測処理を実行する。そして、センサ部３１は、１ラインの計測データを取得すると、ユニット駆動部１０の制御の下、上下方向に所定ピッチ移動し、スポット光をタイヤＴの幅方向（副走査方向）にずらし、再度、計測処理を実行し、１ラインの計測データを取得する。センサ部３１は、このような計測処理を繰り返し回実行し、トレッド面の全域の計測データを取得する。

センサ部３２、３３も、センサ部３３と同様にして、それぞれ、スポット光を副走査方向にずらしながら、計測処理を複数回実行し、サイドウォール面の全域の計測データを取得する。なお、サイドウォール面を計測する場合、主走査方向は、回転軸Ｒを中心とする同心円の方向となり、副走査方向は、サイドウォール面の径方向となる。

エンコーダ４は、タイヤＴが所定角度回転する毎に、回転角度を示す角度信号を画像処理部５に出力する。角度信号は、センサ部３の計測タイミングを決定するために用いられる。

画像処理部５は、例えば、専用のハードウェア回路や、ＣＰＵ等により構成され、センサ部３から出力された計測データに対して後述する処理を行う。ユニット駆動部１０は、センサ部３１〜３３を副走査方向に走査するための３本のアーム（図略）及び３本のアームをそれぞれ移動させるための３個のモータ等を含み、画像処理部５の制御の下、センサ部３１〜３３を位置決めする。

なお、図１において、センサ部３としてセンサ部３１〜３３を設ける態様を示したが、これに限定されない。例えば、センサ部３１〜３３のうちいずれか１個又は２個を省いてもよい。また、１つのセンサ部３を設ける場合、トレッド面の形状を計測するニーズが高いため、センサ部３１を設けることが好ましい。

図２は、センサ部３の詳細な構成図である。図２では、トレッド面を計測する際のセンサ部３が示されている。図２において、Ｙ軸は回転軸Ｒ（図１参照）と平行な副走査方向を示し、Ｚ軸は計測点Ｐの法線方向を示し、Ｘ軸はＹ軸及びＺ軸のそれぞれと直交する方向を示している。

光源７は、半導体レーザ及び集光レンズ等を含むスポット光源であり、計測面に小径のスポット光２０１を照射し計測点Ｐを形成する。ここで、光源７は、Ｚ軸と交差する方向からスポット光を照射する。タイヤＴは回転部２によって回転されているため、スポット光２０１はタイヤＴの計測面の全周を走査することができる。

カメラ６は、カメラレンズ８、撮像素子（受光素子）９、及びデータ処理部（図略）を含む。カメラレンズ８は計測点Ｐからの反射光２０２を撮像素子９に導く。撮像素子９は、例えば、ＣＣＤやＣＯＭＳ等のイメージセンサにより構成され、カメラレンズ８を介して反射光２０２を受光する。撮像素子９は、画像処理部５の制御の下、計測点Ｐを撮像する。データ処理部（図略）は、撮像素子９により撮像された撮像データから反射光の受光位置を特定する。そして、データ処理部は、タイヤＴが１周する間に、特定した複数の受光位置を撮像素子９の画像メモリにプロットしていき、１枚の画像データを生成し、計測データとして画像処理部５に出力する。

計測点Ｐの高さが変化すると、その変化に応じて反射光の受光位置も変化する。この変化が撮像素子９の例えば水平方向ｈに現れるとすると（図１参照）、データ処理部は、受光位置の水平方向ｈの座標を垂直方向ｖに一定のピッチで画像メモリにプロットしてゆき、１ライン分の計測データを示す撮像データを生成し、画像処理部５に出力する。

なお、反射光２０２は正反射光が好ましいため、カメラレンズ８は正反射光を撮像素子９に導くように構成される。

図３は、図１に示す計測装置１の機能構成を示すブロック図である。計測装置１は、計測部３０１、処理部３１０、表示部３２０、及び操作部３３０を含む。計測部３０１は、図１に示す、回転部２、センサ部３、及びユニット駆動部１０を含み、基準タイヤに対して、１ラインの計測データを取得する計測処理を繰り返し実行し、複数ラインの計測データを取得する。また、計測部３０１は、基準タイヤとは異なる計測対象となる対象タイヤの計測面に対し、計測処理を実行し、１ラインの計測データを取得する。

処理部３１０は、図１に示す画像処理部５により構成され、第１取得部３１１、生成部３１２、記憶部３１３、第２取得部３１４、除去部３１５、及びランナウト算出部３１６を含む。

第１取得部３１１は、計測部３０１により計測された複数の計測データのそれぞれから１ラインの高さデータを生成し、生成した複数の１次元高さデータをマトリックス状の配列し、計測面の２次元高さデータを生成する。これにより、例えば、主走査方向のデータ数がＮ個、副走査方向のデータ数がＭ個とすると、Ｍ行×Ｎ列で高さデータが配列された２次元高さデータが得られる。

ここで、第１取得部３１１は、１ラインの計測データに対して三角測量法などの幾何学的な手法を適用することで、１次元高さデータを算出すればよい。なお、第１取得部３１１は、三角測量法に変えて、ＴＯＦ（ＴｉｍｅｏｆＦｌｉｇｈｔ）法を用いて１次元高さデータを算出してもよい。

生成部３１２は、２次元高さデータから輪郭抽出フィルタを用いて凸部を抽出し、抽出した凸部の位置を２次元高さデータに対応付け、基準形状データを生成する。ここで、凸部は、意図的に形成されたものであり、計測面において立体的に形成された文字や模様が該当する。図４（Ａ）の例では、サイドウォール面Ｔ２に立体的に形成された文字が凸部に該当する。また、図４（Ｂ）の例では、ブロックＢが凸部に該当する。

ここで、輪郭抽出フィルタとしては、例えば、ソーベルフィルタを採用することができる。但し、これは一例であり、凸部の輪郭を抽出することができる２次元の微分フィルタであればどのようなフィルタを採用してもよい。

具体的には、生成部３１２は、２次元高さデータの各位置を注目位置として順次に設定し、注目位置に対して輪郭抽出フィルタの中心を重ね、２次元のフィルタ処理を行い、注目位置のエッジ値を算出する。つまり、生成部３１２は、２次元高さデータに対して２次元の輪郭抽出フィルタを例えばラスタ走査するようにずらしていき、各注目位置のエッジ値を算出する。そして、エッジ値が規定値よりも大きければ、そのエッジ値の位置は凸部の輪郭を表すと判定する。そして、生成部３１２は、エッジ値が規定値よりも大きな高さデータで囲まれた領域を凸部と判定し、凸部と判定した領域内の高さデータに対して凸部の高さを示す高さ成分を対応付ける。なお、高さ成分の算出の詳細については後述する。

このように、本実施の形態では、生成部３１２は、２次元高さデータに対して２次元の輪郭抽出フィルタを用いて凸部の輪郭を抽出している。そのため、注目する位置に対して主走査方向に隣接する高さデータのみならず、副走査方向に隣接する高さデータの情報も用いて凸部の輪郭を抽出することができる。よって、１次元高さデータに対して１次元的なフィルタ処理を行って凸部の輪郭を抽出する場合に比較して、本実施の形態では凸部の輪郭を高精度に抽出することができる。

基準形状データは、上述したように副走査方向にＭ個、主走査方向にＮ個の高さデータが配列されたデータ構造を有している。更に、基準形状データは、凸部に含まれる高さデータについては、凸部の高さ成分を示すデータが対応付けられている。以下、基準形状データにおける２次元高さデータのある位置の高さデータをＨｒ（ｉ、ｊ）と表す。但し、ｉは１〜Ｍの整数であり、ｊは１〜Ｎの整数である。

記憶部３１３は、例えば、不揮発性の書き換え可能な記憶装置により構成され、生成部３１２により生成された基準高さデータを記憶する。

第２取得部３１４は、対象タイヤに対して計測部３０１により計測された１ラインの形状データから１次元高さデータを取得する。ここで、対象タイヤから取得された１次元高さデータを、基準タイヤの１次元高さデータと区別するために、対象１次元高さデータと記述する。

除去部３１５は、対象１次元高さデータと、対象１次元高さデータに対して副走査方向の位置が同一である基準形状データの１次元高さデータ（基準１次元高さデータ）とを比較し、対象１次元高さデータから凸部の高さ成分を除去する。例えば、対象１次元高さデータがＭ＝２の１次元高さデータであるとすると、除去部３１５は、記憶部３１３に記憶された基準形状高さデータからＭ＝２の１次元高さデータを基準１次元高さデータとして読み出す。そして、基準１次元高さデータにおいて、Ｎ＝３の高さデータＨｒ（２、３）が凸部の高さデータあるとすると、除去部３１５は、対象１次元高さデータの位置のＮ＝３の高さデータＨ（２、３）から、高さデータＨｒ（２、３）に対応付けられた高さ成分Δｈ（２、３）を減じ、対象１次元高さデータから凸部の高さ成分Δｈを除去する。

ランナウト算出部３１６は、除去部３１５により高さ成分Δｈが除去された対象１次元高さデータの最大値と最小値とを特定し、最大値と最小値との差分をランナウト値として算出する。

表示部３２０は、液晶パネル等の表示装置により構成され、処理部３１０による処理結果を表示する。操作部３３０は、タッチパネルや種々のボタンにより構成され、ユーザからの操作指示を受け付ける。

図５は、センサ部３がタイヤＴを計測する様子を示した模式図である。図５では、タイヤＴはトレッド面Ｔ１が正面を向いている。センサ部３１は、回転するタイヤＴのトレッド面Ｔ１の計測点Ｐにスポット光を照射し、１ラインの計測データを取得する。そして、センサ部３１は、１ラインの計測データを取得すると、下方向に所定ピッチ移動し、次の１ラインの計測データを取得する。センサ部３１は、この処理を繰り返し、トレッド面Ｔ１の全域の計測データを取得する。

また、センサ部３２もセンサ部３１と同様、サイドウォール面Ｔ２の計測点Ｐにスポット光を照射して、１ラインの計測データを取得する。そして、センサ部３２は、１ラインの計測データを取得すると、右方向に所定ピッチ移動し、次の１ラインの計測データを取得する。これにより、サイドウォール面Ｔ２の全域の計測データが得られる。

図６は、サイドウォール面Ｔ２の副走査方向のある位置における１次元高さデータの計測結果の一例を示したグラフである。図６において、縦軸は高さを例えばミリメートルオーダーで示し、横軸は主走査方向のデータ数を示す。なお、データ数は、カメラ６の撮像レートに応じて決定され、撮像レートが高くなるにつれて増大する。

図６に示すように、１次元高さデータには、文字や模様の凸部が現れていることがわかる。このままランナウト値を求めてしまうと、ランナウト値が意図的に形成された凸部の影響を受け、タイヤの欠陥を正確に評価することができない。

そこで、本実施の形態では、対象タイヤの計測を開始する前に、対象タイヤと同じ位置に同じ凸部が設けられた基準タイヤに対して上述した計測を行い、基準形状データを求め、記憶部３１３に記憶させておく。つまり、対象タイヤと種類が同じタイヤである基準タイヤの基準形状データを予め求めておく。

より詳しくは、図５に示すように、サイドウォール面Ｔ２に対しては半径方向に、トレッド面Ｔ１に対しては幅方向に、それぞれ、１ｍｍ以下のオーダーのピッチでスポット光を走査して、計測データを取得し、取得した計測データから基準形状データを算出する。なお、ピッチの数値である１ｍｍ以下のオーダーは、一例にすぎず、タイヤのサイズや使用するスポット光のスポット径の大きさに応じて、適当な値を採用すればよい。

そして、対象タイヤに対して１ラインの計測データが取得され、対象１次元高さデータが求められ、対象１次元高さデータと副走査方向の位置が同じである基準１次元高さデータとが比較され、対象１次元高さデータから凸部の高さ成分が減じられる。これにより、凸部の影響が除去された対象１次元高さデータを用いてランナウト値を求めることができ、タイヤの欠陥の評価に適したランナウト値を求めることができる。

図７（Ａ）は、高さデータを濃淡で示した場合の基準タイヤの２次元高さデータの一例を示した図である。図７（Ｂ）は図７（Ａ）の２次元高さデータに対して凸部の輪郭７０２を重ねて表した図である。図７（Ｃ）は図７（Ａ）の２次元高さデータから凸部７０１の高さ成分が除去された２次元高さデータの一例を示す図である。

図７（Ａ）では、凸部７０１として、「１２３／４５６７８９」の文字が採用されている。図７（Ａ）に示す２次元高さデータに対して２次元の輪郭抽出フィルタを用いてフィルタ処理が実行される。ここでは、２次元の輪郭抽出フィルタとして、ソーベルフィルタが用いられている。但し、これは一例であり、２次元の輪郭抽出フィルタとしては、ラプラシアンフィルタ等の輪郭を抽出することができるフィルタであれば、どのようなフィルタを採用してもよい。また、種類の異なるフィルタを組み合わせて使用してもよい。例えば、２次元高さデータに対してソーベルフィルタ及びラプラシアンフィルタをそれぞれ個別に適用し、各位置のエッジ値の平均値を閾値と比較することで輪郭が抽出されてもよい。或いは、両フィルタを用いた場合の各位置のエッジ値の重み付け平均値を閾値と比較することで輪郭が抽出されてもよい。

図７（Ａ）に示す２次元高さデータに対してソーベルフィルタを用いてフィルタ処理を行うと、図７（Ｂ）に示すように、エッジ値が閾値より大きい位置が凸部の輪郭７０２として抽出される。

次に、輪郭７０２で囲まれた領域が凸部７０１として抽出され、２次元高さデータにおいて、凸部７０１以外の背後領域７０３の各位置の高さデータの基準値が算出される。ここで、高さデータの基準値としては、背後領域７０３の高さデータの平均値を採用してもよいし、中央値を採用してもよい。

次に、凸部７０１の各位置の高さデータから高さデータの基準値が減じられ、凸部７０１の各位置の高さ成分Δｈが算出され、図７（Ａ）に示す２次元高さデータと対応付けられて基準形状データが生成される。例えば、２次元高さデータのある位置（ｉ、ｊ）が凸部７０１に属しているとすると、高さ成分Δｈ（ｉ、ｊ）のデータ構造を持つ高さ成分が生成される。これにより、位置（ｉ、ｊ）は凸部７０１に属し、かつ、その高さ成分の値はΔｈ（ｉ、ｊ）であることが分かる。

そして、図７（Ａ）に示す２次元高さデータから高さ成分Δｈを減じると、図７（Ｃ）に示す２次元高さデータが得られる。図７（Ｃ）に示す２次元高さデータでは、図７（Ａ）で現れていた凸部７０１が除去されていることが分かる。なお、図７（Ｃ）では、輪郭７０２の高さデータについては、高さ成分Δｈが減じられた後、隣接する背後領域７０３の高さデータと凸部７０１の高さデータとを用いて線形補間が行われ、凸部７０１と背後領域７０３とが滑らかに繋げられている。

図１０は、本発明の実施の形態において、基準形状データを算出する処理を示すフローチャートである。まず、計測部３０１は、基準タイヤを回転させ、計測面にスポット光を照射し、反射光を受光することで、１ラインの計測データを取得する（Ｓ１０１）。

次に、第１取得部３１１は、１ラインの計測データから１次元高さデータを算出する（Ｓ１０２）。次に、計測部３０１は、全ラインの計測データの取得が終了していない場合（Ｓ１０３でＮＯ）、センサ部３を副走査方向に所定ピッチ移動させ（Ｓ１０４）、処理をＳ１０１に戻し、次の１ラインの計測データを取得する。

一方、全ラインの計測データの取得が終了した場合（Ｓ１０３でＹＥＳ）、生成部３１２は、全ラインの１次元高さデータをマトリックス状に配列し、２次元高さデータを生成する（Ｓ１０５）。

次に、生成部３１２は、２次元高さデータに輪郭抽出フィルタを用いた２次元のフィルタ処理を実行し、２次元高さデータから凸部の輪郭を抽出する（Ｓ１０６）。ここで、生成部３１２は、フィルタ処理後の２次元高さデータを２値化して輪郭画像を生成する。これにより、凸部の輪郭が１、それ以外が０の値を持つ輪郭画像が得られる。

次に、生成部３１２は、輪郭画像に対して収縮処理及び膨張処理を順次実行する（Ｓ１０７）。ここで、生成部３１２は、輪郭画像を複数のブロックに分け、１の値を持つ画素が所定個数以下のブロックは０、１の値を持つ画素が所定個数より大きいブロックは１の値を与え、輪郭画像を収縮する。次に、生成部３１２は、１の値を与えたブロックは全画素の値が１、０の値を与えたブロックは全画素の値が０となるように、圧縮した画像を元の解像度に膨張させる。これにより、電気ノイズやゴミ等の影響により２次元高さデータにおいて局所的に発生したノイズ（異常値）が除去される。

次に、生成部３１２は、凸部の輪郭により囲まれた領域を凸部として抽出する（Ｓ１０８）。次に、生成部３１２は、凸部を除く背後領域の各位置の高さデータから背後領域の基準値を算出する（Ｓ１０９）。

次に、生成部３１２は、２次元高さデータの凸部の各位置の高さデータから背後領域の基準値を減じ、凸部の各位置の高さ成分を算出する（Ｓ１１０）。次に、生成部３１２は、凸部の高さ成分を２次元高さデータに対応付けて基準形状データを生成する（Ｓ１１１）。次に、生成部３１２は、基準形状データを記憶部３１３に記憶させる（Ｓ１１２）。

図１１は、本発明の実施の形態において、対象タイヤを計測する処理を示すフローチャートである。

まず、計測部３０１は、対象タイヤを回転させ、計測面にスポット光を照射し、反射光を受光することで、１ラインの計測データを取得する（Ｓ２０１）。次に、第２取得部３１４は、計測データから対象１次元高さデータを算出する（Ｓ２０２）。

次に、除去部３１５は、対象１次元高さデータと副走査方向の位置が同一である基準形状データの１次元高さデータ（基準１次元高さデータ）を記憶部３１３から読み出す（Ｓ２０３）。例えば、基準１次元高さデータがＭ行の１次元高さデータから構成されるとすると、センサ部３が副走査方向に位置決めされる位置として１〜Ｍ番目の位置が存在することになる。したがって、除去部３１５は、センサ部３が副走査方向の何番目の位置に位置決めされたかに応じて、基準１次元高さデータが基準形状データの何行目の１次元高さデータに該当するかを特定することができる。

次に、除去部３１５は、対象１次元高さデータと基準１次元高さデータとに対して位相調整処理を行う（Ｓ２０４）。対象タイヤ、基準タイヤは共に回転角度の回転基準位置が同じであるため、対象１次元高さデータと基準１次元高さデータとは基本的には位相のずれは生じていない。しかしながら、計測条件によっては回転基準位置が多少ずれることがある。この場合、対象１次元高さデータの凸部の位置と基準高さデータの凸部の位置とがずれてしまい、対象１次元高さデータから凸部の高さ成分を正確に除去することができなくなる。そこで、対象１次元高さデータと基準１次元高さデータとに対して位相調整処理を行う。

具体的には、除去部３１５は、基準１次元高さデータに対して対象１次元高さデータをプラス方向に例えば５度、マイナス方向に例えば５度の範囲にずらしながら、最小二乗法を用いて基準１次元高さデータと対象１次元高さデータとの誤差が最小となる位置を探索し、誤差が最小となったときのずれ量を求める。そして、基準１次元高さデータに対して対象１次元高さデータをずれ量だけずらし、基準１次元高さデータと対象１次元高さデータとの位相を合わせる。なお、ずらすことにより基準１次元高さデータ及び対象１次元高さデータの一方のみが存在する領域については、演算対象から除去すればよい。

次に、除去部３１５は、基準１次元高さデータから、対象１次元高さデータにおける凸部の領域を特定し、凸部の領域の各位置の高さデータから高さ成分を減じ、対象１次元高さデータから凸部を除去する（Ｓ２０５）。

次に、ランナウト算出部３１６は、凸部が除去された対象１次元高さデータから最大値及び最小値の差分を求め、ランナウト値を算出する（Ｓ２０６）。

図８は、高さデータを濃淡で示した場合の対象タイヤの２次元高さデータを示した図である。図８に示す検査ライン上の形状データが計測され、対象１次元高さデータが取得されている。

図９は、図８に示す検査ラインＣ３上の対象１次元高さデータの計測結果を示すグラフであり、縦軸は高さを示し、横軸はデータ数を示している。また、図９において、実線は高さ成分が除去される前の対象１次元高さデータを示し、点線は高さ成分が除去された後の対象１次元高さデータを示している。

図９に示すように、基準１次元高さデータを用いて対象１次元高さデータから高さ成分を除去することで、点線に示すように、凸部の高さ成分が除去された対象１次元高さデータが得られていることが分かる。

このように、本実施の形態では、対象１次元高さデータから精度良く凸部を除去することができ、タイヤの欠陥を正確に評価することができる。

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。特に、実施の形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、動作条件、計測条件、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。

１：計測装置
３０１：計測部
３１０：処理部
３１１：第１取得部
３１２：生成部
３１３：記憶部
３１４：第２取得部
３１５：除去部
３１６：ランナウト算出部
Ｔ１：トレッド面
Ｔ２：サイドウォール面

Claims

凸部が形成されたタイヤのトレッド面又はサイドウォール面を計測面とし、前記計測面の表面形状を計測する計測方法であって、
前記計測面にスポット光源からのスポット光を照射し、前記スポット光を主走査方向に走査させて反射光を受光して１ラインの計測データを取得する計測処理を、前記スポット光を副走査方向にずらしながら複数回実行し、複数の計測データを取得する第１計測ステップと、
前記複数の計測データのそれぞれから１次元高さデータを生成し、生成した複数の１次元高さデータをマトリックス状に配列し、前記計測面の２次元高さデータを生成する第１取得ステップと、
前記２次元高さデータから輪郭抽出フィルタを用いて前記凸部の輪郭を抽出し、抽出した輪郭で囲まれた領域を前記凸部として抽出し、抽出した凸部の位置を前記２次元高さデータに対応付け、基準形状データを生成する生成ステップとを備え、
前記生成ステップでは、前記２次元高さデータの各位置の高さデータから前記凸部を除く背後領域の各位置の高さデータの平均値又は中央値を前記背後領域の基準値として求め、前記凸部の各位置の高さデータから前記基準値を減じることで、前記凸部の各位置の高さ成分を生成し、前記生成した高さ成分を前記二次元高さデータに対応付け、
計測対象となる対象タイヤの前記計測面に対し、前記計測処理を実行し、前記１ラインの計測データを取得する第２計測ステップと、
前記第２計測ステップにより取得された計測データに基づき、１次元高さデータを生成する第２取得ステップと、
前記第２取得ステップにより取得された１次元高さデータである対象１次元高さデータと、前記対象１次元高さデータに対して前記副走査方向の位置が同一である前記基準形状データの１次元高さデータとを比較し、前記対象１次元高さデータから前記凸部の高さ成分を除去する除去ステップとを更に備え、
前記除去ステップでは、前記副走査方向の位置が同一である前記基準形状データの１次元高さデータから前記対象１次元高さデータにおける凸部の領域を特定し、特定した凸部の各位置の高さデータから高さ成分を減じることで、前記対象１次元高さデータから前記凸部を除去する計測方法。
前記除去ステップにより前記高さ成分が除去された前記対象１次元高さデータの最高値と最低値との差を前記対象タイヤのランナウト値として算出するランナウト算出ステップを更に備える請求項１記載の計測方法。
前記輪郭抽出フィルタはソーベルフィルタである請求項１又は２に記載の計測方法。
前記計測面が前記トレッド面である場合、前記主走査方向はタイヤの周方向であり、前記副走査方向は前記タイヤの幅方向であり、
前記計測面が前記サイドウォール面である場合、前記主走査方向は前記タイヤの回転軸を中心とする同心円の方向であり、前記副走査方向は前記タイヤの径方向である請求項１〜３のいずれかに記載の計測方法。
凸部が形成されたタイヤのトレッド面又はサイドウォール面を計測面とし、前記計測面の表面形状を計測する計測装置であって、
前記計測面にスポット光源からのスポット光を照射し、前記スポット光を主走査方向に走査させて反射光を受光して１ラインの計測データを取得する計測処理を、前記スポット光を副走査方向にずらしながら複数回実行し、複数の計測データを取得する計測部と、
前記複数の計測データのそれぞれから１次元高さデータを生成し、生成した複数の１次元高さデータを配列し、前記計測面の２次元高さデータを取得する第１取得部と、
前記２次元高さデータから輪郭抽出フィルタを用いて前記凸部の輪郭を抽出し、抽出した輪郭で囲まれた領域を前記凸部として抽出し、抽出した凸部の位置を前記２次元高さデータに対応付け、基準形状データを生成する生成部とを備え、
前記生成部は、前記２次元高さデータの各位置の高さデータから前記凸部を除く背後領域の各位置の高さデータの平均値又は中央値を前記背後領域の基準値として求め、前記凸部の各位置の高さデータから前記基準値を減じることで、前記凸部の各位置の高さ成分を生成し、前記生成した高さ成分を前記二次元高さデータに対応付け、
前記計測部は、計測対象となる対象タイヤの前記計測面に対し、前記計測処理を実行し、前記１ラインの計測データを更に取得し、
前記計測部により取得された前記対象タイヤの計測データに基づき、１次元高さデータを生成する第２取得部と、
前記第２取得部により取得された１次元高さデータである対象１次元高さデータと、前記対象１次元高さデータに対して前記副走査方向の位置が同一である前記基準形状データの１次元高さデータとを比較し、前記対象１次元高さデータから前記凸部の高さ成分を除去する除去部とを更に備え、
前記除去部は、前記副走査方向の位置が同一である前記基準形状データの１次元高さデータから前記対象１次元高さデータにおける凸部の領域を特定し、特定した凸部の各位置の高さデータから高さ成分を減じることで、前記対象１次元高さデータから前記凸部を除去する形状計測装置。