專利名稱：輪胎形狀檢測裝置及輪胎形狀檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過攝取照射在相對旋轉(zhuǎn)的輪胎的表面上的線型光的像并基于該攝像圖像進(jìn)行利用光切斷法的形狀檢測從而檢測輪胎的表面形狀的輪胎形狀檢測裝置及輪胎形狀檢測方法。
背景技術(shù)：
輪胎具有疊層橡膠或化學(xué)纖維、鋼絲線等各種材料而成的結(jié)構(gòu)，如果在該疊層結(jié)構(gòu)中存在不均勻的部分，則在充氣時在耐壓性相對較弱的部分產(chǎn)生稱為鼓包的隆起部(凸部)、或者產(chǎn)生稱為凹坑或低壓區(qū)的洼部(凹部)。產(chǎn)生這樣的凹坑或低壓區(qū)等形狀缺陷的輪胎，因安全上的問題或外觀不良的問題，需要通過檢查從發(fā)貨對象中除去。
以往，關(guān)于輪胎的形狀缺陷的檢查，通過一邊用旋轉(zhuǎn)器使輪胎旋轉(zhuǎn)，一邊用接觸式或非接觸式的點(diǎn)測定式傳感器檢測多點(diǎn)的表面高度，從該表面高度的分布檢測輪胎的表面形狀來進(jìn)行。但是，在基于采用點(diǎn)測定式傳感器的輪胎形狀檢測的形狀缺陷的檢査中，因受排列的傳感器的數(shù)量的制約及檢查時間的制約，不能網(wǎng)羅地檢測輪胎上的形狀缺陷的整個檢測對象的形狀，存在容易產(chǎn)生形狀缺陷漏檢的問題。
另一方面，在專利文獻(xiàn)1中，公開了對旋轉(zhuǎn)的輪胎的表面照射縫光(線型光)，攝取該縫光的像，基于該攝像圖像進(jìn)行利用光切斷法的形狀檢測，由此檢測輪胎的表面形狀的技術(shù)。根據(jù)該專利文獻(xiàn)1所示的技術(shù)，能夠網(wǎng)羅地(連續(xù)地)檢測輪胎上的形狀缺陷的整個檢測對象面(輪胎的胎側(cè)面或胎面)的形狀，能夠防止形狀缺陷的漏檢。
如專利文獻(xiàn)l所示， 一般，在進(jìn)行利用光切斷法的形狀檢測時，為了在檢測對象面(輪胎的胎側(cè)面等)上形成單束的光切斷線(光照射在1根線上的部分)，從該光切斷線上的檢測高度方向(檢測的表面高度的方向)
4照射一個線型光，用設(shè)在特定方向上的攝像機(jī)捕捉其散射反射光，攝取線狀的線型光的像。
專利文獻(xiàn)l:特開平11-138654號公報
可是，輪胎的表面(尤其是胎側(cè)面)為黑色，而且其光澤度高，照射在輪胎的表面上的線型光散射反射的比率較低。此外，輪胎的表面(尤其是胎側(cè)面)全部形成山形狀，因此要得到必要的景深，需要縮小攝像機(jī)光圈。
因此，在專利文獻(xiàn)l中示出的輪胎的表面形狀檢測中，為得到照射在輪胎的表面上的線型光的清晰的像，需要增強(qiáng)線型光的強(qiáng)度(光量)，或降低攝像機(jī)的攝像速率(使快門速度減慢)，延長曝光時間。
但是，在增強(qiáng)線型光強(qiáng)度時，有因黑色而容易吸收光的輪胎可能遭受熱損傷的問題。另外，采用功率大的光源(通常為激光器光源)，存在需要冷卻裝置，導(dǎo)致裝置大型化、高成本化，可維護(hù)性變差的問題。
此外，如果要在產(chǎn)品檢查容許的有限的時間內(nèi)，在旋轉(zhuǎn)的輪胎的外周方向以足夠的空間分辨率攝取線型光的像，則存在越要得到線型光的清晰像越不能降低攝像機(jī)的攝像速率(單位時間內(nèi)的攝像次數(shù))的問題。
例如，輪胎的形狀缺陷檢查中容許的檢査時間為1秒左右。此外，在利用光切斷法的輪胎形狀檢測中，為了區(qū)別線型光的像和記在輪胎的表面
上的文字，需要在旋轉(zhuǎn)的輪胎的外周方向，至少以該文字的線寬(lmm左右)以下的空間分辨率進(jìn)行攝像。而且，為了滿足其檢査時間及空間分辨率的主要條件，對于乘用車用輪胎需要進(jìn)行每秒2000幀的攝像，對于比乘用車大的卡車或巴士用的輪胎需要進(jìn)行每秒4000幀的攝像。但是，如果以每秒4000幀的高攝像速率進(jìn)行攝像，根據(jù)專利文獻(xiàn)1所示的技術(shù)，不能得到線型光的清晰的像。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明是鑒于上述情況而提出的，其目的在于提供一種輪胎形狀檢測裝置及輪胎形狀檢測方法，在通過攝取照射在黑色、有光澤的輪胎的表面上的線型光的像，基于該攝像圖像進(jìn)行利用光切斷法的形狀檢測，檢測輪胎的表面形狀時，即使在不增強(qiáng)線型光的強(qiáng)度情況下，以十分高的攝像速率(例如每秒4000幀以上)進(jìn)行線型光的像的攝像，也能得到照射在輪胎的表面上的線型光的清晰的像。
為達(dá)到上述目的，第1發(fā)明涉及通過攝取照射在相對旋轉(zhuǎn)的輪胎的表面上的線型光的像，基于該攝像圖像進(jìn)行利用光切斷法的形狀檢測，從而檢測輪胎的表面形狀的輪胎形狀檢測裝置，其具備以下(1)及(2)中所示的各構(gòu)成要素。
(1) 線型光照射機(jī)構(gòu)，按照在所述輪胎的表面形成單束的光切斷線的方式，從與該光切斷線的檢測高度方向不同的方向?qū)⒍鄠€線型光連成一行照射，或在該線型光的長度方向上將1個線型光聚光而照射。
(2) 攝像機(jī)構(gòu)，在該多個線型光各自的主光線相對于所述輪胎的表面正反射的方向上，攝取照射在所述輪胎的表面上的所述多個線型光的像。
在對黑色、有光澤的輪胎的表面照射線型光時，與朝向特定方向(攝像機(jī)的攝像范圍)的散射反射光相比，正反射光的光量增大。此外，由于輪胎的表面彎曲，所以即使在該線型光的主光線(沿著中心線的光)的正反射方向利用所述攝像機(jī)構(gòu)攝取線型長度長的一束線型光的像，該線型光中的從主光線向兩外側(cè)分離的光線的正反射光也達(dá)不到攝像機(jī)構(gòu)，對于線型光的整個像中的從中心偏離的部分，到達(dá)所述攝像機(jī)構(gòu)的反射光的光量仍不足，不能得到清晰的像。
與之相對，第1發(fā)明的輪胎形狀檢測裝置，由于通過設(shè)在照射在輪胎的表面上的線型光的正反射方向上的所述攝像機(jī)構(gòu)攝取線型光的像，因此即使在不增強(qiáng)線型光的強(qiáng)度情況下，以充分高的攝像速率(例如每秒4000幀以上)進(jìn)行線型光的像的攝像，也能得到照射在輪胎的表面上的線型光的清晰的像。而且，第l發(fā)明的輪胎形狀檢測裝置，由于連續(xù)地對輪胎的表面照射線型長度短的多個線型光，所述攝像機(jī)構(gòu)位于該多個線型光各自的主光線的正反射方向，因此對于多個線型光的整個像都能夠得到清晰的
再有，所謂"相對旋轉(zhuǎn)的輪胎"表示包括輪胎本身以其旋轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)情況、和以輪胎本身被固定的狀態(tài)下該輪胎形狀檢測裝置以輪胎的旋轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)的情況。
此外，第1發(fā)明的輪胎形狀檢測裝置，另外，最好具備以下(3)或(4)
6任何一項中所示的各構(gòu)成要素。
(3) 準(zhǔn)直機(jī)構(gòu)，用于使通過所述線型光照射機(jī)構(gòu)照射在所述輪胎的表面上的多個線型光分別在該線型光的長度方向上準(zhǔn)直。
(4) 聚光機(jī)構(gòu)，用于使通過所述線型光照射機(jī)構(gòu)照射在所述輪胎的表面上的多個線型光分別在該線型光的長度方向上聚光。
由此，即使多少延長照射在彎曲的輪胎的表面上的多個線型光的各長度，也能夠使從其主光線向兩外側(cè)偏離的光線的正反射方向靠近所述攝像機(jī)構(gòu)。結(jié)果，能夠減少線型光數(shù)，簡化裝置。
此外，為達(dá)到上述目的，第2發(fā)明涉及通過攝取照射在相對旋轉(zhuǎn)的輪胎的表面上的線型光的像并基于該攝像圖像進(jìn)行利用光切斷法的形狀檢測，從而檢測輪胎的表面形狀的輪胎形狀檢測裝置，其具備以下(5)及(6)中所示的各構(gòu)成要素。
(5) 線型光照射機(jī)構(gòu)，按照在所述輪胎的表面上形成單束的光切斷線的方式，從與該光切斷線的檢測高度方向不同的方向?qū)?個線型光在該線型光的長度方向上聚光而照射。
(6) 攝像機(jī)構(gòu)，在該線型光的主光線相對于所述輪胎的表面正反射的方向，攝取照射在所述輪胎的表面上的所述線型光的像。
在這樣的第2發(fā)明的輪胎形狀檢測裝置中，由于也通過設(shè)在照射于輪胎的表面上的線型光的正反射方向的所述攝像機(jī)構(gòu)攝取線型光的像，因此即使在不增強(qiáng)線型光的強(qiáng)度情況下，以十分高的攝像速率(例如每秒4000幀以上)進(jìn)行線型光的像的攝像，也能得到照射在輪胎的表面上的線型光的清晰的像。而且，第2發(fā)明的輪胎形狀檢測裝置，由于將線型光聚光在其線型光的長度方向并照射在輪胎的表面上，因此能夠形成照射在彎曲的凸面的輪胎的表面(例如胎側(cè)面)上的線型光全部(包括主光線)向大致相同的方向正反射的結(jié)構(gòu)，由于所述攝像機(jī)構(gòu)位于該線型光的主光線的正反射方向，因而對于線型光的整個像都能得到清晰的像。
此外，也可考慮，本發(fā)明(包括所述第1發(fā)明及所述第2發(fā)明)的輪胎形狀檢測裝置，具備對所述輪胎上的多個面分別同時進(jìn)行所述線型光的照射及該線型光像的攝取的多組所述線型光照射機(jī)構(gòu)及所述攝像機(jī)構(gòu)的組合。由此，能夠同時進(jìn)行輪胎的多個面(例如胎側(cè)面及胎面)的形狀檢測，能夠縮短輪胎的所有檢測對象面的形狀檢測所需的時間。
在此種情況下，最好是與所述輪胎上的多個面分別對應(yīng)的多個所述線型光照射機(jī)構(gòu)分別輸出不同波長的所述線型光。
在此種情況下，例如，關(guān)于多個所述攝像機(jī)構(gòu)各自的攝像圖像，可考慮通過規(guī)定的圖像處理裝置，作為線型光的像從中提取對應(yīng)的波長(色)的像?；蛘?，還可考慮該輪胎形狀檢測裝置，在多個所述攝像機(jī)構(gòu)各自的入射光的光路上具備使對應(yīng)的波長的光選擇性地透過的濾光器。
由此，對于輪胎的多個面，能夠在某一面的形狀檢測中防止另一面所用的線型光成為干擾光。
此外，在表面記有文字的輪胎的胎側(cè)面的形狀檢測中，如前所述，為了識別該文字和線型光的像，需要通過以高攝像速率進(jìn)行攝像確保高的空間分辨率。本發(fā)明最適合用于這樣的檢測對象。
因而，本發(fā)明的輪胎形狀檢測裝置最好具備以下的構(gòu)成。
也就是說，所述線型光照射機(jī)構(gòu)，具備第1線型光照射機(jī)構(gòu)，其按照沿著所述輪胎的胎側(cè)面上的所述輪胎的半徑方向形成1根光切斷線的方式，從與該光切斷線上的檢測高度方向不同的方向照射線型光(多個線型光連成一行或聚光在線型光的長度方向)。另外，所述攝像機(jī)構(gòu)具備第1攝像機(jī)構(gòu)，其用于攝像通過所述第1線型光攝像機(jī)構(gòu)照射在所述輪胎的胎側(cè)面上的所述線型光的像。
由此，能夠高速且以高的空間分辨率檢測輪胎的胎側(cè)面的形狀。
此外，本發(fā)明的輪胎形狀檢測裝置還具備以下的構(gòu)成。
也就是說，所述線型光照射機(jī)構(gòu)具備第2線型光照射機(jī)構(gòu)，其按照沿
著所述輪胎的胎面上的與所述輪胎的外周方向正交的方向形成單束的光切斷線的方式，從與該光切斷線的檢測高度方向不同的方向?qū)⒍鄠€線型光
連成一行照射。此外，所述攝像機(jī)構(gòu)具備第2攝像機(jī)構(gòu)，其在該多個線型光各自的主光線相對于所述胎面正反射的方向上，攝取通過所述第2線型光攝像機(jī)構(gòu)照射在所述輪胎的胎面上的所述多個線型光的像。
此外，本發(fā)明還涉及通過采用以上所述的輪胎檢測裝置，攝取照射在相對旋轉(zhuǎn)的輪胎的表面上的線型光的像，基于該攝像圖像進(jìn)行利用光切斷
8法的形狀檢測，從而檢測所述輪胎的表面形狀的輪胎形狀檢測方法。也就是說，在第l發(fā)明的輪胎形狀檢測方法中，
將按照在所述輪胎的表面上形成單束的光切斷線的方式從與該光切斷線的檢測高度方向不同的方向?qū)⒍鄠€線型光連成一行照射的線型光照射機(jī)構(gòu)、及攝取照射在所述輪胎的表面上的所述多個線型光的像的攝像機(jī)構(gòu)，保持為使所述攝像機(jī)構(gòu)的視場范圍位于沿著所述多個線型光各自的主光線相對于所述輪胎的表面正反射的方向上。然后，以如上所述保持所述線型光照射機(jī)構(gòu)及所述攝像機(jī)構(gòu)的狀態(tài)下，通過所述線型光照射機(jī)構(gòu)對所述輪胎的表面將所述多個線型光連成一行照射，同時通過所述攝像機(jī)構(gòu)攝取該多個線型光的像。
此外，在第2發(fā)明的輪胎形狀檢測方法中，按照在所述輪胎的表面上形成單束的光切斷線的方式，從與該光切斷線上的檢測高度方向不同的方向朝該線型光的長度方向聚光照射線型光的線型光照射機(jī)構(gòu)，及攝取照射在所述輪胎的表面上的所述線型光的像的攝像機(jī)構(gòu)，保持為使所述攝像機(jī)構(gòu)的視場范圍位于所述線型光相對于所述輪胎的表面正反射的方向上。然后，以如上所述保持所述線型光照射機(jī)構(gòu)及所述攝像機(jī)構(gòu)的狀態(tài)下，通過所述線型光照射機(jī)構(gòu)對所述輪胎的表面照射所述線型光，同時通過所述攝像機(jī)構(gòu)攝取該線型光的像。
由此，本發(fā)明的輪胎形狀檢測方法，起到與本發(fā)明的輪胎形狀檢測裝置同樣的作用效果。
根據(jù)本發(fā)明，在通過攝取照射在黑色、有光澤的輪胎的表面上的線型光的像，基于該攝像圖像進(jìn)行利用光切斷法的形狀檢測，檢測輪胎的表面形狀的情況下，即使在不增強(qiáng)線型光的強(qiáng)度情況下，以十分高的攝像速率
(例如每秒4000幀以上)進(jìn)行線型光的像的攝取，也能得到照射在輪胎的表面上的線型光的清晰的像。結(jié)果，能夠在不使輪胎產(chǎn)生熱損傷的情況下，高速且以高的空間分辨率檢測輪胎的表面形狀。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的輪胎形狀檢測裝置W的簡要構(gòu)成的圖示。圖2是示意性地表示輪胎形狀檢測裝置W具備的傳感器單元中的線 型光源及攝像機(jī)的三維配置的圖示。
圖3是示意性地表示從特定方向(Y軸方向)看時的傳感器單元中的 線型光源及攝像機(jī)的配置的圖示。
圖4是示意性地表示從與線型光的主光源到達(dá)的位置的輪胎的表面垂 直的方向看時的傳感器單元中的線型光源及攝像機(jī)的配置的圖示。
圖5是示意性地表示在傳感器單元中準(zhǔn)直線型光的情況的圖示。
圖6是示意性地表示在傳感器單元中聚光線型光的情況的圖示。 符號說明
W—輪胎形狀檢測裝置，l一輪胎，2—輪胎旋轉(zhuǎn)機(jī)，3 —傳感器單元， 4一單元驅(qū)動裝置，5 —編碼器，6—圖像處理裝置，IO —投光裝置，11、 12、 13 —線型光源，20 —攝像機(jī)，21—攝像元件，22 —攝像機(jī)透鏡。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明，以便理解本發(fā)明。另 外，以下的實(shí)施方式只是具體實(shí)施本發(fā)明的一例，并不限定本發(fā)明的技術(shù) 范圍。
此處，圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的輪胎形狀檢測裝置W的簡要 構(gòu)成的圖示，圖2是示意性地表示輪胎形狀檢測裝置W具備的傳感器單 元中的光源及攝像機(jī)的三維配置的圖示，圖3是示意性地表示從特定方向 (Y軸方向)看時的傳感器單元中的線型光源及攝像機(jī)的配置的圖示，圖 4是示意性地表示從與線型光的主光線到達(dá)的位置的輪胎的表面垂直的方 向看時的傳感器單元中的線型光源及攝像機(jī)的配置的圖示，圖5是示意性 地表示在傳感器單元中校準(zhǔn)線型光的情況的圖示，圖6是示意性地表示在 傳感器單元中聚光線型光的情況的圖示。
首先，參照圖1對本發(fā)明的實(shí)施方式的輪胎形狀檢測裝置W的整體 構(gòu)成進(jìn)行說明。
本發(fā)明的實(shí)施方式的輪胎形狀檢測裝置W，是通過攝像機(jī)攝取照射在 旋轉(zhuǎn)的輪胎1的表面上的線型光的像，基于該攝像圖像進(jìn)行利用光切斷法 的形狀檢測，檢測輪胎1的表面形狀的裝置。如圖1所示，輪胎形狀檢測裝置W具備輪胎旋轉(zhuǎn)機(jī)2、傳感器單元3、 單元驅(qū)動裝置4、編碼器5及圖像處理裝置6等。
所述輪胎旋轉(zhuǎn)機(jī)2是使形狀檢測的對象即輪胎1以其旋轉(zhuǎn)軸lg為中 心旋轉(zhuǎn)的電機(jī)等旋轉(zhuǎn)裝置。例如，所述輪胎旋轉(zhuǎn)機(jī)2以60rpm的旋轉(zhuǎn)速度 使輪胎1旋轉(zhuǎn)。由此，輪胎形狀檢測裝置W，在使輪胎1旋轉(zhuǎn)1圈的1秒 間，通過后述的傳感器單元3，檢測輪胎1的胎面及胎側(cè)面的全周范圍的 表面形狀。
所述傳感器單元3是組裝有向旋轉(zhuǎn)的輪胎1的表面照射光的光源及攝 取輪胎1的表面上的線型光的像的攝像機(jī)等的單元。在本實(shí)施方式中，將 用于輪胎1的2個胎側(cè)面各自的形狀測定的2個傳感器單元3a、 3c、和與 用于輪胎1的胎面的形狀測定的1個傳感器單元3b加在一起，具備3個 傳感器單元3。關(guān)于這些傳感器單元3的詳細(xì)情況，后述。
所述單元驅(qū)動裝置4是以伺服電機(jī)等驅(qū)動裝置作為驅(qū)動源可移動地支 持所有傳感器單元3，定位各傳感器單元3相對于輪胎1的位置的裝置。 所述單元驅(qū)動裝置4，根據(jù)對規(guī)定的操作部的操作，或根據(jù)來自外部裝置 的控制指令，在相對于所述輪胎旋轉(zhuǎn)機(jī)2裝卸輪胎1之前，將各傳感器單 元3定位在脫離輪胎1的規(guī)定的避讓位置，在將新的輪胎1裝在所述輪胎 旋轉(zhuǎn)機(jī)2上后，將各傳感器單元3定位在接近輪胎1的規(guī)定的檢查位置。
所述編碼器5是用于檢測所述輪胎旋轉(zhuǎn)機(jī)2的旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度，即 輪胎1的旋轉(zhuǎn)角度的傳感器，其檢測信號被用于所述傳感器單元3具備的 攝像機(jī)的攝像定時的控制。
所述圖像處理裝置6，基于所述編碼器5的檢測信號，進(jìn)行所述傳感 器單元3具備的攝像機(jī)的快門控制(攝像定時的控制)。例如，所述圖像 處理裝置6，每當(dāng)通過所述編碼器5檢測到以60rpm的速度旋轉(zhuǎn)的輪胎1 以0.09° (=360° /4000)旋轉(zhuǎn)時按下所述攝像機(jī)的快門，如此進(jìn)行控制。 由此，在1秒間可進(jìn)行4000幀的攝像速率的攝像。
另外，所述圖像處理裝置6，輸入由所述傳感器單元3具備的攝像機(jī) 攝取的圖像，即照射在輪胎1的表面上的線型光的像的攝像圖像的數(shù)據(jù)， 基于該攝像圖像進(jìn)行利用光切斷法的形狀檢測處理，將其檢測結(jié)果即形狀 數(shù)據(jù)(表示輪胎l表面的高度分布的數(shù)據(jù))輸出給未圖示的主計算機(jī)。此時，所述圖像處理裝置6，通過對輪胎1的胎側(cè)面進(jìn)行規(guī)定的圖像處理， 除去記在此處的文字的圖像，只提取線型光的圖像，基于提取的線型光的 圖像，進(jìn)行利用光切斷法的形狀檢測處理。該圖像處理裝置6，例如可通
過DSP (Digital Signal Processor)處理器來實(shí)現(xiàn)。
然后，所述主計算機(jī)判斷按輪胎1的每個面檢測出的表面形狀是否滿 足按輪胎1的每個面預(yù)設(shè)的容許條件，并將其判斷結(jié)果顯示在規(guī)定的顯示 部，或作為規(guī)定的控制信號輸出。
再有，由于利用光切斷法的形狀檢測處理是眾所周知的，因此這里省
接著，參照圖2 圖4對所述傳感器單元3進(jìn)行說明。 如圖2所示，所述傳感器單元3具備輸出多個線型光的投光裝置10、 和攝像機(jī)20。
在圖2中，X軸表示與輪胎1的形狀檢測位置上的輪胎旋轉(zhuǎn)的圓周相 接的方向，Z軸表示輪胎l的形狀檢測位置上的檢測高度方向(要檢測的 表面高度的方向)，Y軸表示與X軸及Z軸正交的方向。
也就是說，在用于輪胎1的胎側(cè)面的形狀檢測的所述傳感器單元3a、 3c中，Z軸是輪胎1的旋轉(zhuǎn)軸lg的方向，Y軸是輪胎1的半徑方向(相 對于輪胎1的旋轉(zhuǎn)軸lg的法線的方向)。
此外，在輪胎1的胎面的形狀檢測中所用的所述傳感器單元3b中，Z 軸為輪胎1的半徑方向，Y軸為輪胎1的旋轉(zhuǎn)軸lg的方向。
所述投光裝置10，是具備多個(在圖2中為3個)線型光源11 13， 為了通過這些多個線型光源11 13在輪胎1的表面的單束線Ls上形成1 根光切斷線，從與該單束線Ls(光切斷線)上的檢測高度方向(Z軸方向) 不同的方向?qū)⒍鄠€線型光連成一行照射(以鄰接的線型光的端部相互重疊 的方式連接形成整體，照射一條線型光)的裝置(所述線型光照射機(jī)構(gòu)的 一例)。
此外，所述攝像機(jī)20，具備攝像透鏡22及攝像元件21 (受光部)， 用于攝取連成一行照射在輪胎1表面上的多個線型光的像vl(所述單束線 Ls上的光切斷線的像)。
因此，在胎側(cè)面用的所述傳感器單元3a、 3c中，所述投光裝置10，
12為了在輪胎1的胎側(cè)面上的沿著輪胎1的半徑方向(Y軸方向)的單束線
Ls上形成光切斷線(l根光切斷線)，從與該單束線Ls (光切斷線)上的 檢測高度方向(z軸方向)不同的方向?qū)⒍鄠€線型光連成一行照射(所述
第l線型光照射機(jī)構(gòu)的一例)。
另一方面，在胎面用的所述傳感器單元3b中，所述投光裝置IO，為 了在輪胎1的胎面上的沿著與輪胎1的外周方向正交的方向的單束線Ls 上形成光切斷線，從與該單束線Ls (光切斷線)上的檢測高度方向(Z軸 方向)不同的方向?qū)⒍鄠€線型光連成一行照射(所述第2線型光照射機(jī)構(gòu)
的一例)。
再有，在本實(shí)施方式中，例示對輪胎l的每個面(每個所述傳感器單 元3)照射3個線型光，但是也可考慮通過增減所述線型光源11 13的數(shù) 目，對輪胎1的每個面照射2個線型光、或4個以上的線型光。
此外，所述投光裝置10及所述攝像機(jī)20，通過未圖示的保持機(jī)構(gòu)， 被保持成所述攝像機(jī)20的視場范圍位于從所述線型光源11 13輸出的 所述多個線型光各自的主光線(沿著中心線的光)相對于所述輪胎1的表 面正反射的方向。由此，所述攝像機(jī)20在多個片型光各自的主光線相對 于所述輪胎1表面正反射的方向，攝取多個線型光的像(所述攝像機(jī)構(gòu)的 一例)。例如，關(guān)于所述投光裝置10及所述攝像機(jī)20的位置關(guān)系，首先， 可考慮根據(jù)在將所述攝像機(jī)20的位置及朝向設(shè)定在與光切斷線的檢測高 度方向不同的方向后，以所述線型光的各主光線的正反射光朝該攝像機(jī)20 的攝像范圍的方式，設(shè)定所述投光裝置10中的各線型光源11 13的位置 及朝向的程序進(jìn)行設(shè)計。當(dāng)然，也可以按其相反的程序設(shè)定所述投光裝置 10及所述攝像機(jī)20的位置關(guān)系。
也就是說，胎側(cè)面用的所述傳感器單元3a、 3c中的所述攝像機(jī)20， 在多個線型光各自的主光線的正反射光相對于所述胎側(cè)面正反射的方向， 攝取通過所述投光裝置IO照射在輪胎1的胎側(cè)面上的多個線型光的像(所 述第l攝像機(jī)構(gòu)的一例)。
此外，胎面用的所述傳感器單元3b中的所述攝像機(jī)20，在所述多個 線型光各自的主光線的正反射光相對于所述胎側(cè)面正反射的方向，攝取通 過所述投光裝置10照射在輪胎1的胎側(cè)面上的多個線型光的像(所述第1攝像機(jī)構(gòu)的一例)。
圖3及圖4是示意性地表示傳感器單元3中的所述投光裝置10及攝 像機(jī)20的配置的圖示。圖3表示從Y軸方向看時的狀態(tài)，圖4表示從與 線型光的主光源各自到達(dá)的位置P1、 P2、 P3 (以下稱為主光線到達(dá)位置) 的輪胎的表面垂直的方向看時的狀態(tài)。再有，圖3 (a)、圖4 (a)及圖4 (c)是有關(guān)胎側(cè)面用的所述傳感器單元3a、 3b的圖示，圖3 (b)及圖4 (b)是有關(guān)胎面用的所述傳感器單元3b的圖示。
如圖3 (a)、 (b)所示，在相對于胎側(cè)面及胎面各面的所述傳感器單 元3中，在從Y軸方向看時，也將各線型光源11 13和攝像機(jī)20保持成 多個線型光各自上的主光線Lil、 Li2、 Li3與Z軸形成的角度(或與輪胎 l表面形成的角度)、和將與其對應(yīng)的所述主光源到達(dá)位置P1、 P2、 P3和 所述攝像機(jī)20的攝像元件21的中心連結(jié)的線(以下稱為攝像中心線Lol、 Lo2、 Lo3)與Z軸形成的角度(或與輪胎l表面形成的角度)相等。
此外，如圖4 (a) (c)所示，在相對于胎側(cè)面及胎面各面的所述 傳感器單元3中，在從與所述主光源到達(dá)位置P1、 P2、 P3的輪胎的表面 垂直的方向看時，也將各線型光源11 13和攝像機(jī)20保持成多個線型 光各自上的主光線Lil、 Li2、 Li3和與其對應(yīng)的所述攝像中心線Lol、 Lo2、 Lo3形成單束的直線。
再有，以上所示的所述投光裝置10及所述攝像機(jī)20的位置關(guān)系，作 為以線型光的主光線到達(dá)的輪胎1的表面(所述主光源到達(dá)位置P1 P3 的面)為基準(zhǔn)設(shè)定的位置關(guān)系示出。關(guān)于該位置關(guān)系，不是指按每個被檢 測體輪胎1設(shè)定所述投光裝置10及所述攝像機(jī)20的位置，而是指以成為 檢測對象的輪胎l的平均的表面形狀為基準(zhǔn)設(shè)定。例如，假設(shè)一個表示成 為檢測對象的輪胎1的平均的表面形狀的假設(shè)基準(zhǔn)面，通過規(guī)定的保持機(jī) 構(gòu)將所述投光裝置10及所述攝像機(jī)20保持成所述攝像機(jī)20的攝像范 圍位于連成一行照射在輪胎1表面上的多個線型光各自的主光線相對于所 述基準(zhǔn)面正反射的方向。
如以上所述，在輪胎形狀檢測裝置W中，所述投光裝置10及所述攝 像機(jī)20，通過未圖示的保持機(jī)構(gòu)被保持成所述攝像機(jī)20的視場范圍位 于多個線型光各自的主光線(沿著中心線的光)相對于輪胎1表面正反射的方向。而且，以如上所述保持所述投光裝置10及所述攝像機(jī)20的狀態(tài)， 通過所述投光裝置10對輪胎1表面將多個線型光連成一行照射，同時利 用所述攝像機(jī)20攝取所述多個線型光的像。
在對黑色、有光澤的輪胎1表面照射線型光時，正反射光的光量大于 朝特定方向(攝像機(jī)的攝像范圍)的散射反射光的光量。此外，由于輪胎 1表面(尤其是側(cè)面)彎曲，因此即使對線型長度長的1個線型光的像， 利用所述攝像機(jī)20在該線型光的主光線的正反射方向進(jìn)行攝像，從該線 型光中的主光線向兩外側(cè)偏離的光線的正反射光也不會到達(dá)所述攝像機(jī) 20。
例如，在圖2中，在將中央的所述線型光源12輸出的線型光的長度 加長時，該線型光兩端附近的光的正反射光，朝向與所述攝像機(jī)20的方 向完全不同的方向。因此，關(guān)于線型光的整個像中的從中心偏離的部分， 到達(dá)所述攝像機(jī)20的反射光的光量仍是不足，不能得到清晰的像。
另一方面，所述輪胎形狀檢測裝置W，由于通過設(shè)于照射在輪胎1表 面上的線型光的正反射方向的所述攝像機(jī)20攝取線型光的像，因此即使在 不增強(qiáng)線型光強(qiáng)度的情況下(在不采用高功率的線型光源的情況下)，以十 分高的攝像速率(例如每秒4000幀以上)進(jìn)行線型光的像的攝像，也能得 到照射在輪胎1表面上的線型光的清晰像。而且，由于通過多個所述線型光 源11 13，連續(xù)地對輪胎的表面照射線型長比較短的多個線型光，所述攝 像機(jī)20位于該多個線型光各自的主光線的正反射方向，因此對于連接的多 個線型光的整個像，都能得到清晰的像。結(jié)果，能夠在不使輪胎l產(chǎn)生熱損 傷的情況下，高速且以高的空間分辨率檢測輪胎1的表面形狀。
此外，所述輪胎形狀檢測裝置W，具備多個分別具有一組所述投光裝 置10 (線型光照射機(jī)構(gòu))及攝像機(jī)20的組合的傳感器單元3，通過這些 傳感器單元3，對輪胎1上的多個面(表里的胎側(cè)面及胎面)分別同時進(jìn) 行利用所述投光裝置10的線型光照射及利用所述攝像機(jī)20的該線型光的 像的攝取。由此，能夠同時進(jìn)行輪胎的多個面(側(cè)面及胎面)的形狀檢測， 能夠縮短輪胎1的所有檢測對象面的形狀檢測所需的時間。
可是，如圖5所示，可考慮本發(fā)明的實(shí)施方式的輪胎形狀檢測裝置W 具備將通過所述投光裝置10 (所述線型光照射機(jī)構(gòu)的一例)照射在輪胎1的表面上的多個線型光分別在該線型光的長度方向上準(zhǔn)直的準(zhǔn)直透鏡30 (相當(dāng)于所述準(zhǔn)直機(jī)構(gòu))。
或者，如圖6所示，可考慮所述輪胎形狀檢測裝置W具備將通過所 述投光裝置10 (所述線型光照射機(jī)構(gòu)的一例)照射在輪胎1表面上的多個 線型光分別聚光在該線型光的長度方向的聚光透鏡40(相當(dāng)于所述聚光機(jī) 構(gòu))。
通過設(shè)置這些準(zhǔn)直透鏡30或聚光透鏡40，即使多少延長照射在彎曲 的輪胎1表面上的多個線型光各自的長度，也能夠使從該線型光的主光線 向兩外側(cè)偏離的光線的正反射方向靠近所述攝像機(jī)構(gòu)20的攝像范圍。結(jié) 果，能夠減少線型光數(shù)，簡化裝置。
此外，在所述的實(shí)施方式中，示出了具備多個光源(所述線型光源11 13)的所述投光裝置10，但是作為為了在輪胎的表面上形成單束的光切斷 線而將多個線型光連成一行照射的投光裝置，也可以考慮其它構(gòu)成。
例如，所述投光裝置10，也可以考慮具備1個線型光源、和將從該線 型光源射出的線型光分支成多個線型光，以在輪胎的表面上形成單束的光 切斷線的方式連接地照射該分支后的多個線型光的光學(xué)設(shè)備這樣的實(shí)施 方式。由此，可減少光源數(shù)。
此外，本發(fā)明的實(shí)施方式的輪胎形狀檢測裝置W，也可以考慮取代所 述投光裝置10，具備部分變更了該投光裝置10的構(gòu)成且具有以下構(gòu)成的 投光裝置(以下稱為投光裝置10')的實(shí)施方式。
也就是說，所述投光裝置10'，具備輸出1個線型光的光源(相當(dāng)于 所述線型光源12的)、和如圖6所示將該1個線型光聚光在線型光的長度 方向的聚光透鏡40，為在所述輪胎的表面的單束線Ls上形成光切斷線， 從與該單束線Ls (光切斷線)的檢測高度方向不同的方向，將1個線型光 聚光照射在該線型光的長度方向。
在此種情況下，所述攝像機(jī)20在該線型光的主光線相對于輪胎的表 面正反射的方向攝取照射在輪胎的表面上的線型光的像。也就是說，所述 投光裝置10'及所述攝像機(jī)20的位置關(guān)系被調(diào)節(jié)成所述攝像機(jī)20的視 場范圍位于從該所述投光裝置10'輸出的線型光的主光線在輪胎的表面正 反射的方向。在具備這樣的投光裝置io，的輪胎形狀檢測裝置中，由于也通過設(shè)于 照射在輪胎的表面上的線型光的正反射方向的所述攝像機(jī)20攝取線型光 的像，因此即使在不增強(qiáng)線型光強(qiáng)度的情況下，以十分高的攝像速率進(jìn)行 線型光的像的攝像，也能得到照射在輪胎的表面上的線型光的清晰的像。 而且，在所述投光裝置10'中，由于將線型光聚光在其線型光的長度方向， 照射在輪胎的表面，所以能夠形成照射在彎曲的凸面即輪胎的表面(例如 胎側(cè)面)上的線型光全部(包括主光線)在大致相同的方向正反射的構(gòu)成， 由于所述攝像機(jī)20位于該線型光的主光線的正反射方向，因此對于線型 光的整個像，都能得到清晰的像。
此外，還可考慮按輪胎1的每個檢查對象面設(shè)置的多個所述投光裝置 10，具備對每個檢查對象面分別輸出不同的波長的線型光的所述光源11 13。
在此種情況下，可在多個所述傳感器單元3各自中，在射向所述攝像 機(jī)20的入射光路上設(shè)置濾光器，選擇性地使與該攝像機(jī)20對應(yīng)的所述投 光裝置IO輸出的規(guī)定波長的光透過。
例如，作為各傳感器單元3a 3c中的所述投光裝置10，可考慮在其 中設(shè)置分別輸出650nm、 670nm、 690nm的波長的線型光，在攝取該線型 光的像的攝像機(jī)20的前面，分別選擇性地使波長為650士5nm、 670nrn土 5 nm、 690nm士5 nm的光透過的帶通濾波器。
由此，在輪胎l的某面的形狀檢測中，能夠防止其它面所用的線型光 成為干擾光。
此外，也可以考慮，多個所述投光裝置10分別輸出不同色(波長) 的線型光，所述圖像處理裝置6從攝取彩色圖像的所述攝像機(jī)20各自的 攝像圖像(彩色圖像)中，作為線型光的圖像提取出對應(yīng)的色(波長)的圖像。
此外，在所述的實(shí)施方式中，示出了一邊通過所述輪胎旋轉(zhuǎn)機(jī)2使輪 胎1以其旋轉(zhuǎn)軸lg為中心旋轉(zhuǎn)， 一邊進(jìn)行檢測的例子。
但是，也可以考慮，以輪胎1本身被固定的狀態(tài)，使該輪胎形狀檢測 裝置W整體或其一部的所述傳感器單元3 (3a 3c)，通過規(guī)定的旋轉(zhuǎn)裝 置以輪胎1的旋轉(zhuǎn)軸lg為中心旋轉(zhuǎn)。
17此外，最好在輪胎形狀檢測裝置W中設(shè)置接近傳感器，用于檢測所
述傳感器單元3 (3a 3c)是否比規(guī)定距離接近輪胎1，所述單元驅(qū)動裝 置4最好具備基于該接近傳感器的檢測結(jié)果進(jìn)行控制，使所述傳感器單元 3 (3a 3c)不與輪胎1接觸的功能。
此外，作為所述傳感器單元3 (3a 3c)的支持機(jī)構(gòu)，最好具備支持 所述傳感器單元3 (3a 3c)各自，同時具有在向輪胎1的旋轉(zhuǎn)方向施加 規(guī)定以上的力時可向輪胎1的旋轉(zhuǎn)方向折彎的關(guān)節(jié)部的支架、或吸收其沖 擊的緩沖器。
由此，即使在所述傳感器單元3萬一與輪胎1接觸時，也能防止裝置 損壞。
本發(fā)明可用于輪胎形狀檢測裝置。
權(quán)利要求
1.一種輪胎形狀檢測裝置，其通過對照射在相對旋轉(zhuǎn)的輪胎的表面上的線型光的像進(jìn)行攝像并基于該攝像圖像采用光切斷法進(jìn)行形狀檢測，從而檢測所述輪胎的表面形狀，其特征在于，具備線型光照射機(jī)構(gòu)，按照在所述輪胎的表面形成單束的光切斷線的方式，從與該光切斷線的檢測高度方向不同的方向?qū)⒍鄠€線型光連成一行照射；和攝像機(jī)構(gòu)，在該多個線型光各自的主光線相對于所述輪胎的表面進(jìn)行正反射的方向上，攝取照射在所述輪胎的表面上的所述多個線型光的像。
2. 如權(quán)利要求1所述的輪胎形狀檢測裝置，其中，具備準(zhǔn)直機(jī)構(gòu)，用于使通過所述線型光照射機(jī)構(gòu)而照射在所述輪胎的表面上的多個線型光 分別在該線型光的長度方向上準(zhǔn)直。
3. 如權(quán)利要求1所述的輪胎形狀檢測裝置，其中，具備聚光機(jī)構(gòu)，用 于使通過所述線型光照射機(jī)構(gòu)而照射在所述輪胎的表面上的多個線型光 分別在該線型光的長度方向上聚光。
4. 一種輪胎形狀檢測裝置，其通過對照射在相對旋轉(zhuǎn)的輪胎的表面上 的線型光的像進(jìn)行攝像并基于該攝像圖像進(jìn)行利用光切斷法的形狀檢測，從 而檢測所述輪胎的表面形狀，其特征在于，具備線型光照射機(jī)構(gòu)，按照在所述輪胎的表面上形成單束的光切斷線的方 式，從與該光切斷線上的檢測高度方向不同的方向?qū)?個線型光在該線型光的長度方向上聚光而照射；攝像機(jī)構(gòu)，在該線型光的主光線相對于所述輪胎的表面正反射的方向 上，攝取照射在所述輪胎的表面上的所述線型光的像。
5. 如權(quán)利要求1或4所述的輪胎形狀檢測裝置，其中，具備對所述輪 胎上的多個面分別同時進(jìn)行所述線型光的照射及該線型光的像的攝像的 多組所述線型光照射機(jī)構(gòu)及所述攝像機(jī)構(gòu)的組合。
6. 如權(quán)利要求5所述的輪胎形狀檢測裝置，其中，與所述輪胎上的多 個面分別對應(yīng)的多個所述線型光照射機(jī)構(gòu)分別輸出不同的波長的所述線 型光。
7. 如權(quán)利要求1或4所述的輪胎形狀檢測裝置，其中，所述線型光照射機(jī)構(gòu)具備第1線型光照射機(jī)構(gòu)，其從與該光切斷線的 檢測高度方向不同的方向照射線型光，使得在所述輪胎的胎側(cè)面上沿著所述輪胎的半徑方向形成單束的光切斷線；所述攝像機(jī)構(gòu)具備第1攝像機(jī)構(gòu)，其攝取通過所述第1線型光照射機(jī) 構(gòu)照射在所述輪胎的胎側(cè)面上的所述線型光的像。
8. 如權(quán)利要求7所述的輪胎形狀檢測裝置，其中， 所述線型光照射機(jī)構(gòu)具備第2線型光照射機(jī)構(gòu)，其從與該光切斷線的檢測高度方向不同的方向照射線型光，使得在所述輪胎的胎面上沿著與所 述輪胎的周向正交的方向形成單束的光切斷線；所述攝像機(jī)構(gòu)具備第2攝像機(jī)構(gòu)，其攝取通過所述第2線型光照射機(jī) 構(gòu)照射在所述輪胎的胎面上的所述線型光的像。
9. 一種輪胎形狀檢測方法，通過攝取照射在相對旋轉(zhuǎn)的輪胎的表面上 的線型光的像并基于該攝像圖像進(jìn)行利用光切斷法的形狀檢測，從而檢測輪 胎的表面形狀，其特征在于，從與該光切斷線的檢測高度方向不同的方向連成一行地照射多個線型 光，使得在所述輪胎的表面上形成單束的光切斷線的線型光照射機(jī)構(gòu)、及攝 取連成一行照射在所述輪胎的表面上的所述多個線型光的像的攝像機(jī)構(gòu)，保 持為使所述攝像機(jī)構(gòu)的視場范圍位于沿著所述多個線型光各自的主光線的 光相對于所述輪胎的表面正反射的方向上，并在此狀態(tài)下，通過所述線型光 照射機(jī)構(gòu)使所述多個線型光連成一行地照射所述輪胎的表面，同時通過所述 攝像機(jī)構(gòu)攝取該多個線型光的像。
10. —種輪胎形狀檢測方法，通過攝取照射在相對旋轉(zhuǎn)的輪胎的表面上 的線型光的像并基于該攝像圖像進(jìn)行利用光切斷法的形狀檢測，從而檢測輪 胎的表面形狀，其特征在于，從與該光切斷線的檢測高度方向不同的方向?qū)⒁皇€型光在其線型光 的長度方向上聚光并照射，使得在所述輪胎的表面上形成單束的光切斷線的 線型光照射機(jī)構(gòu)、及攝取照射在所述輪胎的表面上的所述線型光的像的攝像 機(jī)構(gòu)，保持為使所述攝像機(jī)構(gòu)的視場范圍位于所述線型光的主光線相對于所 述輪胎的表面正反射的方向上，并在此狀態(tài)下，通過所述線型光照射機(jī)構(gòu)對 所述輪胎的表面照射所述線型光，同時通過所述攝像機(jī)構(gòu)攝取該線型光的
全文摘要
一種輪胎形狀檢測裝置，在基于攝取了照射于輪胎的表面上的線型光的像的圖像，進(jìn)行利用光切斷法的形狀檢測時，即使在不增強(qiáng)線型光強(qiáng)度的情況下，以十分高的攝像速率進(jìn)行線型光的像的攝像，也能得到照射在輪胎的表面上的線型光的清晰的像。該裝置具備投光裝置(10)，其為了在輪胎(1)表面的單束線Ls上形成光切斷線，從與該光切斷線的檢測高度方向(Z軸方向)不同的方向?qū)⒍鄠€線型光連成一行照射，或在該線型光的長度方向聚光而照射1個線型光；攝像機(jī)(20)，其在多個片型光各自的主光線相對于輪胎(1)表面正反射的方向，或在聚光的1個線型光的主光線相對于輪胎(1)表面正反射的方向，攝取以單束的線狀連成一行照射在輪胎(1)表面上的線型光的像。
文檔編號G01B11/24GK101672627SQ20081021348
公開日2010年3月17日 申請日期2008年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月8日
發(fā)明者堀口史郎, 松下康廣, 森本勉, 迫田尚和, 野中俊克, 高橋英二 申請人:株式會社神戶制鋼所