(57)【要約】【課題】カメラの台数を増やすことなく、帯状部材の端部位置などの複数箇所の変位量を計測して、帯状部材の形状を効率良く測定する方法とその装置、及び、この装置に用いられる変位センサーとを提供する。【解決手段】帯状部材４０の表面に帯状部材の長手方向に沿って延長するレーザー光を照射するレーザー装置１２１と、レーザー光の反射像を撮影する撮像手段１４と、前記反射像から帯状部材４０の変位量を計測する変位量計測手段１５とを備え、変位量計測手段１５で計測された帯状部材４０の変位量に基づいて、帯状部材の表面形状を測定する帯状部材の形状測定装置において、照射するレーザー光を透過光と回折光とに回折分離して、帯状部材の幅方向に互いに離隔した複数のレーザー光Ｔ１〜Ｔ３を帯状部材４０に照射することで、帯状部材４０の幅方向の複数箇所の変位量を計測するようにした。【選択図】図２
2011242176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状部材を、帯状部材の表面に帯状部材の長手方向に沿って延長するレーザー光を照射するレーザー装置と前記レーザー光の前記帯状部材からの反射光を受光して前記レーザー光の反射像を撮影する撮像手段とに対して、帯状部材の長手方向に相対的に移動させながら前記レーザー光の反射像を撮影し、前記撮影された反射像から前記帯状部材の表面の変位量を計測し、前記計測された変位量に基づいて、前記帯状部材の表面形状を測定する帯状部材の形状測定方法において、
前記レーザー装置の照射するレーザー光を、透過型回折格子を用いて透過光と回折光とに回折分離して、前記帯状部材の表面に、前記帯状部材の幅方向に互いに離隔した前記透過光と前記回折光とから成る複数本のレーザー光を照射し、前記透過光の反射像と前記回折光の反射像とから前記帯状部材の幅方向の複数箇所の変位量を計測することを特徴とする帯状部材の形状測定方法。
【請求項２】
帯状部材の表面に帯状部材の長手方向に沿って延長するレーザー光を照射するレーザー装置と、前記レーザー光の前記帯状部材からの反射光を受光して前記レーザー光の反射像を撮影する撮像手段と、前記反射像から前記帯状部材の変位量を計測する変位量計測手段と、前記変位量計測手段で計測された前記帯状部材の変位量に基づいて、前記帯状部材の表面形状を測定する形状測定手段と、前記帯状部材を前記レーザー装置及び撮像手段に対して前記帯状部材の長手方向に相対的に移動させる移動手段とを備えた帯状部材の形状測定装置であって、
前記レーザー装置の照射するレーザー光を透過光と回折光とに回折分離して、前記帯状部材の長手方向に沿って延長する、帯状部材の幅方向に互いに離隔した前記透過光と前記回折光とから成る複数のレーザー光を出射する透過型回折格子を備え、
前記変位量計測手段は、前記撮像手段で撮影された前記透過光の反射像と前記回折光の反射像とから前記帯状部材の幅方向の複数箇所の変位量を計測することを特徴とする帯状部材の形状測定装置。
【請求項３】
前記レーザー装置と前記透過型回折格子との間に配置されて、前記レーザー装置からのレーザー光を平行光線に変換するコリメータレンズと、
前記透過光の反射光と前記回折光の反射光とをそれぞれ反射し、これらの反射光を前記撮像手段にそれぞれ合焦させるミラーとを備えたことを特徴とする請求項２に記載の帯状部材の形状測定装置。
【請求項４】
前記レーザー装置と前記透過型回折格子と前記変位量計測手段とを有し、前記帯状部材の幅方向に互いに離隔して設置された第１及び第２の変位量計測装置と、前記第１の変位量計測装置のレーザー装置と前記第２の変位量計測装置のレーザー装置とを交互に点灯させる照射光制御手段とを備えたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の帯状部材の形状測定装置。
【請求項５】
帯状部材の表面に帯状部材の長手方向もしくは幅方向に沿って延長するレーザー光を照射するレーザー装置と、前記レーザー光の前記帯状部材からの反射光を受光して前記レーザー光の反射像を撮影する撮像手段と、前記反射像から前記帯状部材の変位量を計測する変位量計測手段と、前記変位量計測手段で計測された前記帯状部材の変位量に基づいて、前記帯状部材の表面形状を測定する形状測定手段と、前記帯状部材を前記レーザー装置及び撮像手段に対して前記帯状部材の長手方向に相対的に移動させる移動手段とを備えた帯状部材の形状測定装置であって、
前記レーザー装置からのレーザー光を平行光線に変換するコリメータレンズと、
前記コリメータレンズから出射されたレーザー光の一部を通過させ、残りのレーザー光を反射させて入射方向とは直交する方向に出射するビームスプリッターと、
前記ビームスプリッターを通過したレーザー光を透過光と回折光とに回折分離する第１の透過型回折格子と、
前記ビームスプリッターで反射されたレーザー光を透過光と回折光とに回折分離する第２の透過型回折格子と、
前記第２の透過型回折格子から出射された透過光と回折光とを前記帯状部材の方向に反射するミラーと、
前記透過光の反射光と前記回折光の反射光とをそれぞれ反射し、これらの反射光を前記撮像手段にそれぞれ合焦させるミラーとを備え、
前記変位量計測手段は、前記撮像手段で撮影された前記透過光の反射像と前記回折光の反射像とから前記帯状部材の幅方向の複数箇所の変位量と長手方向の複数箇所の変位量とを計測することを特徴とする帯状部材の形状測定装置。
【請求項６】
帯状部材の表面に帯状部材の長手方向もしくは幅方向に沿って延長するレーザー光を照射するレーザー装置と、前記レーザー光の前記帯状部材からの反射光を受光して前記レーザー光の反射像を撮影する撮像手段と、前記反射像から前記帯状部材の変位量を計測する変位量計測手段と、前記変位量計測手段で計測された前記帯状部材の変位量に基づいて、前記帯状部材の表面形状を測定する形状測定手段と、前記帯状部材を前記レーザー装置及び撮像手段に対して前記帯状部材の長手方向に相対的に移動させる移動手段とを備えた帯状部材の形状測定装置であって、
前記レーザー装置を複数個のレーザー素子を備えたレーザー装置とするとともに、
前記各レーザー光をそれぞれ平行光線に変換するコリメータレンズと、
前記コリメータレンズから出射されたレーザー光の一部を通過させ、残りのレーザー光を反射させて入射方向とは直交する方向に出射するビームスプリッターと、
前記ビームスプリッターで反射されたレーザー光を前記帯状部材の方向に反射するミラーとを備え、
前記変位量計測手段は、前記撮像手段で撮影された前記ビームスプリッターを通過したレーザー光の反射像と前記ビームスプリッターで反射されたレーザー光の反射像とから前記帯状部材の幅方向の複数箇所の変位量と長手方向の複数箇所の変位量とを計測することを特徴とする帯状部材の形状測定装置。
【請求項７】
前記撮像手段の撮影のタイミングを制御する撮影制御手段を備え、
撮影制御手段は、
前記帯状部材の前記レーザー装置及び撮像手段に対する移動速度の加減速時の撮影間隔を移動速度が一定のときの撮影間隔よりも短くなるように前記撮像手段を制御することを特徴とする請求項２〜請求項６のいずれかに記載の帯状部材の形状測定装置。
【請求項８】
被検体の表面にライン状のレーザー光を照射するレーザー装置と、前記レーザー光の前記被検体からの反射光を受光して前記レーザー光の反射像を撮影する撮像手段と、前記反射像から前記被検体の表面の変位量を計測する変位量計測手段とを備えた変位センサーであって、
前記レーザー装置からのレーザー光を平行光線に変換して出射するコリメータレンズと、
前記コリメータレンズからのレーザー光を透過光と回折光とに回折分離する透過型回折格子とを備え、
前記変位量計測手段は、前記撮像手段で撮影された前記透過光の反射像と前記回折光の反射像とから、前記被検体の複数箇所の変位量をそれぞれ計測することを特徴とする変位センサー。
【請求項９】
被検体の表面にライン状のレーザー光を照射するレーザー装置と、前記レーザー光の前記被検体からの反射光を受光して前記レーザー光の反射像を撮影する撮像手段と、前記反射像から前記被検体の表面の変位量を計測する変位量計測手段とを備えた変位センサーであって、
前記レーザー装置を複数のレーザー素子を有するレーザー装置とするとともに、
前記変位量計測手段は、前記撮像手段で撮影された複数本のレーザー光の反射像から、前記被検体の複数箇所の変位量をそれぞれ計測することを特徴とする変位センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、カーカスプライ等の帯状部材の長さやジョイント量などの形状を測定する帯状部材の形状測定方法とその装置、及び、帯状部材の形状測定装置に用いられる変位センサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、帯状のタイヤ構成部材の長さを測定する装置としては、押出機から押し出され定尺状に切断されて搬送されるトレッド等の帯状ゴム部材の切断面間の隙間を順次計測し、隙間間の距離から帯状ゴム部材の長さを測定する帯状ゴム部材の測長装置が知られている（例えば、特許文献１）。
この測長装置は、図１０に示すように、連続して押し出される帯状ゴム部材７０を定尺状に切断するカッター７１の下流側で、かつ、切断された定尺状の帯状ゴム部材７０Ｌの上方に変位センサー７２を設置し、切断された帯状ゴム部材７０Ｌの切断傾斜角度方向からレーザー光を照射するとともに、帯状ゴム部材７０Ｌの表面で反射されたレーザー光を変位センサー７２の検出部である図示しない光電センサーで検出するもので、反射光の強度が帯状ゴム部材７０Ｌの隙間７３を照射したときに少なくなることを利用して隙間７３の位置を順次検出する。そして、隙間７３の位置を検出する毎に、検出された隙間７３間の距離を、帯状ゴム部材７０，７０Ｌを搬送するコンベヤ７４の回転軸７４Ｊに接続されたロータリーエンコーダー７５の出力を用いて算出し、定尺状に切断された帯状ゴム部材７０Ｌの長さを測定する。
【０００３】
ところで、前記帯状ゴム部材の測長装置では、変位センサー７２として、照射領域が所定のスポット径を有する一次元レーザーセンサーを用いているので、帯状ゴム部材７０Ｌの幅方向の任意の位置での測長ができなかった。
そこで、この問題を解決するため、本出願人は、変位センサーとして、二次元変位センサーを用いた帯状部材の測長装置を提案している。（例えば、特許文献２参照）。
この測長装置は、具体的には、図１１（ａ），（ｂ）に示すように、ライン状のレーザー光を照射するレーザー光源８１ａとＣＣＤカメラを備えタイヤ構成部材８０表面で反射されたレーザー光の受光位置から帯状のタイヤ構成部材８０の変位量を計測する変位量計測手段８１ｂとを備えた二次元変位センサー８１により、所定の速度で回転する成型ドラム８２に貼り付けられたタイヤ構成部材８０に、タイヤ構成部材８０の長手方向に対して所定の角度傾斜したラインビームを照射しながら、タイヤ構成部材８０の照射部からの反射光を受光してタイヤ構成部材８０の始端８０ａ及び終端（図示せず）の位置を計測する。
【０００４】
具体的には、二次元変位センサー８１は、レーザー光の照射部にタイヤ構成部材８０の段差部分（始端終端）が存在すると、反射光の方向が変化するので、この段差の位置を検出できる。
このとき、成型ドラム８２にエンコーダー８３を取り付けるとともに、制御手段８４を設けて、成型ドラム８２が所定角度だけ回転する毎に二次元変位センサー８１による検出結果をサンプリングすることにより、タイヤ構成部材８０の段差部分を繰り返し検出することで、タイヤ構成部材８０の段差部分の幅方向の位置情報を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２８６３０号公報
【特許文献２】ＷＯ  ２００６／０１９０７０  Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前記特許文献２では、二次元変位センサーを２台用いているが、タイヤ構成部材８０の幅が広い場合に始端及び終端の位置を全幅に亘って計測するためには、傾斜角を大きくとる必要がある。しかし、傾斜角を大きくすると、計測点間の間隔が広くなるため、測長の精度が低下してしまうといった問題点が発生する。
また、計測点の数を増やすためには二次元変位センサーの台数を増やす必要があるが、前記従来の測長装置の二次元変位センサーは、１台で１点の計測となるため、例えば、４点計測を行うためには、二次元変位センサーが４台必要となる。しかしながら、成型ドラム８２の幅方向に４台の二次元変位センサーを取付けることは、スペースの関係で難しいだけでなく、二次元変位センサーの数を増やすことは、高価なカメラを増設することになり、装置が高額になってしまうといった問題点があった。
また、前記二次元変位センサーでは、レーザーライン光と平行な測定対象物は厚みの影となるため計測精度が低下することから、幅の測長と継ぎ目部位の形状とを同時に計測することは困難であった。
そこで、少ない台数のカメラで複数の計測点を測定することができるとともに、幅の測長と継ぎ目部位の形状とを同時に計測することのできる小型で安価な帯状部材の形状測定装置が求められていた。
【０００７】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、カメラの台数を増やすことなく、帯状部材の端部位置などの複数箇所の変位量を計測して、帯状部材の形状を効率良く測定する方法と装置、及び、この装置に用いられる変位センサーと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】
【０００８】
本願の請求項１に記載の発明は、帯状部材を、帯状部材の表面に帯状部材の長手方向に沿って延長するレーザー光を照射するレーザー装置と前記レーザー光の前記帯状部材からの反射光を受光して前記レーザー光の反射像を撮影する撮像手段とに対して、帯状部材の長手方向に相対的に移動させながら前記レーザー光の反射像を撮影し、前記撮影された反射像から前記帯状部材の表面の変位量を計測し、前記計測された変位量に基づいて、前記帯状部材の表面形状を測定する帯状部材の形状測定方法において、前記レーザー装置の照射するレーザー光を、透過型回折格子を用いて透過光と回折光とに回折分離して、前記帯状部材の表面に、前記帯状部材の幅方向に互いに離隔した前記透過光と前記回折光とから成る複数本のレーザー光を照射し、前記透過光の反射像と前記回折光の反射像とから前記帯状部材の幅方向の複数箇所の変位量を計測することを特徴とする。
このように、レーザー装置からのレーザー光を複数本のレーザー光（透過光と回折光）に分離して帯状部材に照射してその反射像を撮影するようにしたので、１台のレーザー装置と１台の撮影装置とで帯状部材の幅方向の複数の位置における変位量を同時に計測することできる。したがって、計測の分解能を向上させることができるので、帯状部材の表面形状を精度よく測定することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、帯状部材の表面に帯状部材の長手方向に沿って延長するレーザー光を照射するレーザー装置と、前記レーザー光の前記帯状部材からの反射光を受光して前記レーザー光の反射像を撮影する撮像手段と、前記反射像から前記帯状部材の変位量を計測する変位量計測手段と、前記変位量計測手段で計測された前記帯状部材の変位量に基づいて、前記帯状部材の表面形状を測定する形状測定手段と、前記帯状部材を前記レーザー装置及び撮像手段に対して前記帯状部材の長手方向に相対的に移動させる移動手段とを備えた帯状部材の形状測定装置であって、前記レーザー装置の照射するレーザー光を透過光と回折光とに回折分離して、前記帯状部材の長手方向に沿って延長する、帯状部材の幅方向に互いに離隔した前記透過光と前記回折光とから成る複数のレーザー光を出射する透過型回折格子を備え、前記変位量計測手段が、前記撮像手段で撮影された前記透過光の反射像と前記回折光の反射像とから前記帯状部材の幅方向の複数箇所の変位量を計測することを特徴とする。
これにより、１台のレーザー装置と１台の撮影装置とで帯状部材の幅方向の複数の位置における変位量を同時に計測することのできる帯状部材の形状測定装置を提供することができるので、計測の分解能を向上させることができ、帯状部材の表面形状を精度よく測定することができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の帯状部材の形状測定装置において、前記レーザー装置と前記透過型回折格子との間に配置されて、前記レーザー装置からのレーザー光を平行光線に変換するコリメータレンズと、前記透過光の反射光と前記回折光の反射光とをそれぞれ反射し、これらの反射光を前記撮像手段にそれぞれ合焦させるミラーとを更に備えたことを特徴とする。
これにより、透過型回折格子から透過光と回折光とを確実に分離回折して出射できるとともに、帯状部材からの反射光を撮像手段に確実に結像させることができるので、帯状部材の表面形状を更に精度よく測定することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項２または請求項３に記載の帯状部材の形状測定装置において、前記レーザー装置と前記透過型回折格子と前記変位量計測手段とを有し、前記帯状部材の幅方向に互いに離隔して設置された第１及び第２の変位量計測装置と、前記第１の変位量計測装置のレーザー装置と前記第２の変位量計測装置のレーザー装置とを交互に点灯させる照射光制御手段とを備えたことを特徴とする。
これにより、帯状部材の幅方向の異なる領域において、幅方向の複数箇所の変位量を交互に計測することができるので、帯状部材の形状を幅方向の広い範囲に亘って正確に計測することができる。
また、２台のレーザー装置からのレーザー光の干渉を避けることができるので、帯状部材の表面形状を精度よく測定することができる。
なお、幅方向の２つの領域幅を広く取ったり、透過型回折格子などの光学部品の配置を容易にするためには、第１の変位量計測装置と第２の変位量計測装置とを、撮像手段の両側にそれぞれ配置することが好ましい。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、帯状部材の表面に帯状部材の長手方向もしくは幅方向に沿って延長するレーザー光を照射するレーザー装置と、前記レーザー光の前記帯状部材からの反射光を受光して前記レーザー光の反射像を撮影する撮像手段と、前記反射像から前記帯状部材の変位量を計測する変位量計測手段と、前記変位量計測手段で計測された前記帯状部材の変位量に基づいて、前記帯状部材の表面形状を測定する形状測定手段と、前記帯状部材を前記レーザー装置及び撮像手段に対して前記帯状部材の長手方向に相対的に移動させる移動手段とを備えた帯状部材の形状測定装置であって、前記レーザー装置からのレーザー光を平行光線に変換するコリメータレンズと、前記コリメータレンズから出射されたレーザー光の一部を通過させ、残りのレーザー光を反射させて入射方向とは直交する方向に出射するビームスプリッターと、前記ビームスプリッターを通過したレーザー光を透過光と回折光とに回折分離する第１の透過型回折格子と、前記ビームスプリッターで反射されたレーザー光を透過光と回折光とに回折分離する第２の透過型回折格子と、前記第２の透過型回折格子から出射された透過光と回折光とを前記帯状部材の方向に反射するミラーと、前記透過光の反射光と前記回折光の反射光とをそれぞれ反射し、これらの反射光を前記撮像手段にそれぞれ合焦させるミラーとを備え、前記変位量計測手段は、前記撮像手段で撮影された前記透過光の反射像と前記回折光の反射像とから前記帯状部材の幅方向の複数箇所の変位量と長手方向の複数箇所の変位量とを計測することを特徴とするものである。
これにより、１台のレーザー装置と１台の撮像手段で、帯状部材の幅方向の複数の位置における変位量と長手方向の複数の位置における変位量とを同時に計測できるので、幅の測長と継ぎ目部位の形状とを同時に計測することができる。したがって、帯状部材の表面形状を精度よく測定することができる。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、帯状部材の表面に帯状部材の長手方向もしくは幅方向に沿って延長するレーザー光を照射するレーザー装置と、前記レーザー光の前記帯状部材からの反射光を受光して前記レーザー光の反射像を撮影する撮像手段と、前記反射像から前記帯状部材の変位量を計測する変位量計測手段と、前記変位量計測手段で計測された前記帯状部材の変位量に基づいて、前記帯状部材の表面形状を測定する形状測定手段と、前記帯状部材を前記レーザー装置及び撮像手段に対して前記帯状部材の長手方向に相対的に移動させる移動手段とを備えた帯状部材の形状測定装置であって、前記レーザー装置を複数個のレーザー素子を備えたレーザー装置とするとともに、前記各レーザー光をそれぞれ平行光線に変換するコリメータレンズと、前記コリメータレンズから出射されたレーザー光の一部を通過させ、残りのレーザー光を反射させて入射方向とは直交する方向に出射するビームスプリッターと、前記ビームスプリッターで反射されたレーザー光を前記帯状部材の方向に反射するミラーとを備え、前記変位量計測手段は、前記撮像手段で撮影された前記ビームスプリッターを通過したレーザー光の反射像と前記ビームスプリッターで反射されたレーザー光の反射像とから前記帯状部材の幅方向の複数箇所の変位量と長手方向の複数箇所の変位量とを計測することを特徴とする。
このように、複数個のレーザーを備えたレーザー装置を用いても、１台の撮影装置で帯状部材の幅方向の複数の位置における変位量を同時に計測できるので、計測の分解能を向上させることができ、帯状部材の表面形状を精度よく測定することができる。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項２〜請求項６のいずれかに記載の帯状部材の形状測定装置において、前記撮像手段の撮影のタイミングを制御する撮影制御手段を備え、撮影制御手段が、前記帯状部材の前記レーザー装置及び撮像手段に対する移動速度の加減速時の撮影間隔を移動速度が一定のときの撮影間隔よりも短くなるように前記撮像手段を制御することを特徴とする。
一般に、長尺状の帯状部材をドラムに貼り付けるときには、ドラムの回転速度を徐々に上げて高速回転で一定時間回転させ、巻き終わりが近づくと減速して停止するようにしている。すなわち、帯状部材の巻き始めと巻き終わりとでドラムは低速回転する。
このような場合、撮像手段の撮影のタイミングを本発明のように制御すれば、帯状部材の巻き始めと巻き終わりを細かくサンプリングできるので、帯状部材の始端と終端の位置とを精度よく計測することができる。また、高い測定精度を必要としない定速回転時には、粗いサンプリングとなるので、演算処理時間を短くでき、装置の負担を軽減できる。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、被検体の表面にライン状のレーザー光を照射するレーザー装置と、前記レーザー光の前記被検体からの反射光を受光して前記レーザー光の反射像を撮影する撮像手段と、前記反射像から前記被検体の表面の変位量を計測する変位量計測手段とを備えた変位センサーであって、前記レーザー装置からのレーザー光を平行光線に変換して出射するコリメータレンズと、前記コリメータレンズからのレーザー光を透過光と回折光とに回折分離する透過型回折格子とを備え、前記変位量計測手段は、前記撮像手段で撮影された前記透過光の反射像と前記回折光の反射像とから、前記被検体の複数箇所の変位量をそれぞれ計測することを特徴とする。
これにより、１台のレーザー装置と１台の撮影装置を用いて被検体の複数の位置における変位量を同時に計測できるので、安価でかつ精度の高い変位センサーを提供することができる。
【００１６】
請求項９に記載の発明は、被検体の表面にライン状のレーザー光を照射するレーザー装置と、前記レーザー光の前記被検体からの反射光を受光して前記レーザー光の反射像を撮影する撮像手段と、前記反射像から前記被検体の表面の変位量を計測する変位量計測手段とを備えた変位センサーであって、前記レーザー装置を複数のレーザー素子を有するレーザー装置とするとともに、前記変位量計測手段は、前記撮像手段で撮影された複数本のレーザー光の反射像から、前記被検体の複数箇所の変位量をそれぞれ計測することを特徴とする。
このように、複数個のレーザーを備えたレーザー装置を用いても、１台の撮影装置で被検体の複数の位置における変位量を同時に計測できる。
【００１７】
なお、前記発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態に係るタイヤ構成部材の形状測定装置の概要を示す図である。
【図２】本実施の形態に係る領域可変対応型レーザー変位計の概要を示す斜視図である。
【図３】領域可変対応型レーザー変位計の使用方法を説明するための図である。
【図４】成型ドラムに貼り付けられた帯状のタイヤ構成部材と領域可変対応型レーザー変位計との位置関係を示す図である。
【図５】成型ドラムの回転速度の時間変化を示すタイムチャートと、撮影のタイミングであるサンプリングの方法を示す図である。
【図６】二次元変位センサーを用いた端部測定方法を示す図である。
【図７】本実施の形態に係る変位量の計測方法を示す図である。
【図８】変位量の計測方法の一例を示す図である。
【図９】本発明による変位センサーの他の構成を示す図である。
【図１０】従来の一次元変位センサーを用いた端部測定方法を示す図である。
【図１１】従来の二次元変位センサーを用いた端部測定方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、実施の形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また、実施の形態の中で説明される特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００２０】
図１は、本実施の形態に係るタイヤ構成部材の形状測定装置（以下、形状測定装置という）１０の概要を示す図、図２は、領域可変対応型レーザー変位計１１の概要を示す斜視図である。
各図において、１１は領域可変対応型レーザー変位計、１６は変位計制御手段、２１は成型ドラム、２２はドラム回転装置、２３はエンコーダー、２４は成型ドラム制御装置、２５は形状測定手段である。
なお、成型ドラム２１、ドラム回転装置２２、及び、エンコーダー２３は、カーカスプライ、ベルト、トレッド等の帯状のタイヤ構成部材を成型ドラム２１の周面に順に貼付けながら積層して生タイヤに成型する成型機の構成要素である。
【００２１】
領域可変対応型レーザー変位計１１は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、４台のレーザー装置１２１〜１２４と、４つの光学素子群１３１〜１３４と、１つの撮像手段１４と、変位量計測手段１５とを備える。
レーザー装置１２（１２１〜１２４）は、測定対象物である帯状のタイヤ構成部材（以下、帯状部材という）４０の表面に、帯状部材４０の長手方向と平行な方向に延長するラインビームをそれぞれ照射する。本例では、４台のレーザー装置１２１〜１２４と４つの光学素子群１３１〜１３４とを、帯状部材４０の幅方向に互いに間隔を隔てて配置するとともに、４台のレーザー装置１２１〜１２４とのうちの２台ずつを交互に点灯させて帯状部材４０の表面形状を測定するようにしている。
光学素子群１３１は、コリメータレンズ１３ａと、ビームスプリッター１３ｂと、第１及び第２のパウエルレンズ１３ｃ，１３ｄと、直交光反射ミラー１３ｒと、第１及び第２の透過型回折格子１３ｐ，１３ｑと、第１及び第２の反射光反射ミラー１３ｍ，１３ｎと、プリズム１３ｚとを備える。
光学素子群１３２，１３３，１３４も光学素子群１３１と同一構成である。なお、プリズム１３ｚは、光学素子群１３１〜１３４で共用する。
【００２２】
光学素子群１３１〜１３４の構成要素について説明する。
コリメータレンズ１３ａは、レーザー装置１２の照射するレーザー光の焦点に配置されて、図示しないレーザー素子からのレーザー光を平行光線に変換する。
ビームスプリッター１３ｂは、内部反射面を有し、コリメータレンズ１３ａから出射されるレーザー光を透過光と内部反射面で反射されて透過光と直交する方向に出射する直交光とに分離する。
第１及び第２のパウエルレンズ１３ｃ，１３ｄは、ビームスプリッター１３ｂで分離された透過光の光路と直交光の光路とにそれぞれ配置されて、ガウス分布型の強度分布を有する透過光と直交光とをほぼ均一な強度分布を有するレーザー光に変換する。
【００２３】
第１の透過型回折格子１３ｐは、第１のパウエルレンズ１３ｃからのレーザー光（透過光）を、０次ビーム、＋１次ビーム、及び、−１次ビームの３本のレーザー光に回折分離して出射する。一方、第２の透過型回折格子１３ｑは、第２のパウエルレンズ１３ｄからのレーザー光（直交光）を、０次ビーム、＋１次ビーム、及び、−１次ビームの３本のレーザー光に回折分離して出射する。
第１の透過型回折格子１３ｐで分離回折された３本のレーザー光（透過光）は帯状部材４０の表面に直接照射される。これら３本の透過光は、いずれも、図２（ｂ）のＴ１〜Ｔ３に示すような、帯状部材４０の長手方向に延長する方向にカーテン状に広がるライン状のレーザー光である。
直交光反射ミラー１３ｒは、第２の透過型回折格子１３ｐで分離回折された３本のレーザー光（直交光）が帯状部材４０の表面に照射されるように、前記３本の直交光を反射する。これら、３本の直交光は、いずれも、図２（ｂ）のＲ１〜Ｒ３に示すような、帯状部材４０の幅方向に延長する方向にカーテン状に広がるライン状のレーザー光である。
【００２４】
第１の反射光反射ミラー１３ｍは、帯状部材４０の表面で反射された３本の透過光の反射光をそれぞれ反射し、プリズム１３ｚを介して撮像手段１４に入射させる。第２の反射光反射ミラー１３ｎは、帯状部材４０の表面で反射された３本の直交光の反射光をそれぞれ反射し、プリズム１３ｚを介して、撮像手段１４に入射させる。
撮像手段１４は、受光レンズ１４ａとマトリックス状に配列されたＣＣＤ素子１４ｂとを備え、後述する基準パルス信号に同期して、プリズム１３ｚから入射した帯状部材４０表面の照射部の画像である反射像を撮影する。
変位量計測手段１５は、反射像中の長手方向に延長する３本のレーザーラインの変位量を撮影時刻毎に計測するとともに、各撮影時刻に撮影された帯状部材４０の幅方向に延長する３本のレーザーラインの変位量を計測する。
変位量計測手段１５の詳細については、変位計制御手段１６の説明の後に説明する。
【００２５】
本発明による変位センサー１８１は、レーザー装置１２１と、光学素子群１３１と、撮像手段１４と、変位量計測手段１５とにより構成されて、帯状部材４０の幅方向の複数箇所の変位量を同時に計測する。なお、レーザー装置１２ｊ（ｊ＝２，３，４）、光学素子群１３ｊ（ｊ＝２，３，４）、撮像手段１４、及び、変位量計測手段１５も変位センサー１８ｊ（ｊ＝２，３，４）を構成する。
すなわち、本例の領域可変対応型レーザー変位計１１は、図３（ａ）に示すように、撮像手段１４と変位量計測手段１５とプリズム１３ｚを共用する４つの変位センサー１８１〜１８４を備えていることになる。なお、同図において、符号１３１Ａ〜１３１Ｄは、それぞれ、光学素子群１３１〜１３４のうちの、レーザー光の照射光に関わる部品であるコリメータレンズ１３ａ、ビームスプリッター１３ｂ、パウエルレンズ１３ｃ，１３ｄ、直交光反射ミラー１３ｒ、及び、透過型回折格子１３ｐ，１３ｑから成る照射系光学素子群部品である。
本例では、変位センサー１８１と変位センサー１８２とを、撮像手段１４の両側にそれぞれ配置し、変位センサー１８３は変位センサー１８１の右側（撮像手段１４とは反対側）に、変位センサー１８４は変位センサー１８２の左側（撮像手段１４とは反対側）に配置した。
【００２６】
本例では、４台の変位センサー１８１〜１８４のうち、２台の変位センサーを交互に作動させる構成であるので、測定する帯状部材４０のサイズ幅が変更になった場合でも、領域可変対応型レーザー変位計１１を移動させることなく、帯状部材４０の全幅に亘って形状測定が可能となる。
具体的には、図３（ｂ）に示すように、幅Ｗが狭い帯状部材４０Ｓ（例えば、Ｗ＝８０〜１３０ｍｍ）の表面形状を測定する場合には、変位センサー１８１と変位センサー１８２とを使用し、幅Ｗが広い帯状部材４０Ｌ（例えば、Ｗ＝１６０〜２１０ｍｍ）の表面形状を測定する場合には、変位センサー１８３と変位センサー１８４とを使用すればよい。また、中間の幅の帯状部材４０Ｍの表面形状を測定する場合には、変位センサー１８１と変位センサー１８４、もしくは、変位センサー１８２と変位センサー１８３とを使用すればよい。
【００２７】
成型ドラム２１は、図１及び図４（ａ），（ｂ）に示すように、成型機の主軸２１Ｊの先端部に連結された拡縮可能な円筒状の部材で、この成型ドラム２１の後方に設置された搬送コンベヤ３１により搬送されてくる帯状部材４０が、押付けローラー３２により成型ドラム２１に押付けられてその外周側面に順次貼付けられる。
図４（ａ）において、符号４０ａは、成型ドラム２１に貼付けられた帯状部材４０の始端である。成型ドラム２１に貼付けられた帯状部材４０は、成型ドラム２１とともに、成型ドラム２１の回転方向に移動する。帯状部材４０の移動方向は、当該帯状部材４０の長手方向である。
帯状部材４０の長さは、成型ドラム２１の周長とほぼ等しいので、成型ドラム２１が更に回転すると、図４（ｂ）に示すように、帯状部材４０の始端４０ａと終端４０ｂとが所定の長さだけ重ね合わされて接合（オーバーラップ・ジョイント）されるジョイント部４０ｃが形成される。なお、ジョイント部としては、始端４０ａと終端４０ｂとの間に隙間がないように付き合わせて接合（バット・ジョイント）される場合もある。
【００２８】
ドラム回転装置２２は、図１に示すように、主軸２１Ｊに変速機２２ａを介して連結された駆動用モータ２２ｂを備え、成型ドラム２１の回転軸である主軸２１Ｊを所定の速度で回転させる。
エンコーダー２３は、主軸２１Ｊの回転を検出する回転位置検出センサーで、成型ドラム２１の回転位置を検出するとともに、成型ドラム２１が所定角度Δα回転する毎に、パルス信号を、成型ドラム２１の回転速度を制御する成型ドラム制御装置２４と変位計制御手段１６とにそれぞれ出力する。本例では、エンコーダー２３としてＡＢ相出力タイプのロータリーエンコーダーを用いているが、ＡＢＺ相出力タイプのロータリーエンコーダーを用いてもよい。
成型ドラム制御装置２４は、エンコーダー２３からのパルス信号のパルス間隔と予め設定されたドラム回転速度とを比較して、成型ドラム２１を所定のタイムチャートに沿って回転するよう駆動用モータ２２ｂを駆動・制御する。
【００２９】
変位計制御手段１６は、エンコーダー２３からのパルス信号に基づいて４台のレーザー装置１２１〜１２４のうちの２台ずつを交互に点灯させるとともに、撮像手段１４の撮影のタイミングを制御する。
ところで、成型ドラム２１に帯状部材４０を貼り付ける際には、成型ドラム２１は、図５（ａ）のタイムチャートに示すように、巻き始めでは低速回転するが、その後加速されて一定速度で高速回転（定常運転）に移行する。そして巻き終わりが近づくと減速され、巻き終わると停止する。このとき、エンコーダー２３からは、図５（ｂ）に示すように、成型ドラム２１が所定角度Δθ回転するごとパルス信号が出力される。このパルス信号のパルス間隔は、図５（ｂ）に示すように、加速時である巻き始めと減速時である巻き終わりとで広く、定常運転時には狭くなる。
【００３０】
しかしながら、帯状部材４０の計測においては、巻き始めと巻き終わりでの計測データが重要である。
本例では、変位計制御手段１６に変調式ＰＬＬ回路を設け、図５（ｃ）に示すような、同期信号を変調したパルス信号を生成する。この変調されたパルス信号は、帯状部材４０の計測に使用される２台のレーザー装置を交互に点灯させるとともに、撮像手段１４の撮影の時間タイミングを制御する信号である。以下、変調されたパルス信号を基準パルス信号という。この基準パルス信号はレーザー装置１２と撮像手段１４とに送られる。
基準パルス信号のパルス間隔は、成型ドラム２１の回転速度が低いときが短く、回転速度が高いときが長く設定されているので、巻き始めや巻き終わりのような、成型ドラム２１の加減速時には細かいサンプリングを行うことができる。したがって、図５（ｃ）に示した時間領域Ｓで示すジョイント部の貼り付け先端周辺部分と時間領域Ｆで示すジョイント部の貼り付け後端周辺部分とを高分解能に撮影することが可能となるので、帯状部材４０のジョイント部における段ずれ計測を精度良く計測することができる。
一方、高い測定精度を必要としない定速回転時には、粗いサンプリングとなるので、演算処理時間を短くでき、装置の負担を軽減できる。
また、測定に使用される２台のレーザー装置は交互に点灯するので、２台のレーザー装置からのレーザー光が干渉することがない。
【００３１】
ここで、変位量計測手段１５の詳細について説明する。
変位量計測手段１５は、記憶手段１５ａと、レーザーライン抽出手段１５ｂと、補間手段１５ｃと、計測手段１５ｄとを備える。
記憶手段１５ａは、撮像手段１４で撮影された帯状部材４０の反射像を撮影時刻ｔk毎に記憶して保存する。
撮影時刻ｔkに、図６に示すように、図示しないレーザー装置１２１から帯状部材４０表面の段差４０Ｄにカーテン状のレーザー光が照射されると、レーザー装置１２１に近い部分、すなわち、凸部４１からの反射光と、遠い部分、すなわち、凹部４２からの反射光とでは反射光の方向が異なる。したがって、撮像手段１４の撮影画像である反射像は、段差４０Ｄにて屈曲したライン（以下、レーザーラインという）となる。
具体的には、帯状部材４０の長手方向に延長する方向に広がるレーザー光Ｔ１〜Ｔ３の反射像は、３本とも凸部４１と凹部４２とに照射されるので全て屈曲している。一方、帯状部材４０の幅方向に延長する方向に広がるレーザー光Ｒ１〜Ｒ３の反射像は、レーザー光Ｒ１とレーザー光Ｒ２とは凸部４１と凹部４２とに照射されるので屈曲しているが、レーザー光Ｒ３は凹部４２のみに照射されるので屈曲していない。したがって、このレーザーラインの屈曲量から、周知の三角測距法を用いて、帯状部材４０の表面の変位量を計測することができる。
撮影時刻ｔk+1には、レーザー装置１２２からのレーザー光が帯状部材４０の表面に照射されるので、レーザー装置１２１からのレーザー光が帯状部材４０の右半分に照射されるとすると、記憶手段１５ａには、帯状部材４０の左半分の反射像が記憶される。
【００３２】
レーザーライン抽出手段１５ｂは、記憶手段１５ａに保存された撮影時刻ｔk毎の反射像から、図７（ａ）に示すような、帯状部材４０の長手方向に繋げた３本の長手方向のレーザーラインｔ１〜ｔ３を抽出する。このレーザーラインｔ１〜ｔ３は、レーザー装置１２１からのレーザー光Ｔ１〜Ｔ３によるレーザーライン（帯状部材４０の右側のレーザーライン）である。
補間手段１５ｃは、図７（ｂ）に示すように、記憶手段１５ａから、撮影時刻ｔkにおける帯状部材４０の３本の幅方向に延長するレーザー光Ｒ１〜Ｒ３によるレーザーラインｒ１１〜ｒ１３を抽出するとともに、長手方向のレーザーラインｔ１〜ｔ３と幅方向のレーザーラインｒ１１〜ｒ１３との交点の座標を求め、隣接する２本の幅方向のレーザーラインｒ１２，ｒ１３間にある長手方向のレーザーラインｔ１〜ｔ３を補間する。次に、図７（ｃ）に示すように、次の撮影時刻ｔk+2で計測した３本の幅方向のレーザーラインｒ２１〜ｒ２３を読み出して、補間された長手方向のレーザーラインｔ１〜ｔ３との交点の座標を求め、この交点の座標から、隣接する２本の幅方向のレーザーラインｒ１２，ｒ１３間にある長手方向のレーザーラインｔ１〜ｔ３を更に補間する。
【００３３】
計測手段１５ｄでは、図７（ｃ）に示した補間された３本の長手方向のレーザーラインの変位量ｈ11（ｙ），ｈ12（ｙ），ｈ13（ｙ）を計測する。
なお、本例では、変位量ｈ（ｙ）＝０となる位置を、帯状部材４０が貼り付けられていないときの成型ドラム２１の表面で、成型ドラム２１の表面と撮像手段１４と成型ドラム２１の中心を結んだ線との交点に設定している。
レーザーライン抽出手段１５ｂ，補間手段１５ｃ，及び、計測手段１５ｄは、同様の操作を、レーザー装置１２２からのレーザー光によるレーザーラインについても行って、左側の３本の長手方向のレーザーラインの変位量ｈ21（ｙ），ｈ22（ｙ），ｈ23（ｙ）を計測する。
形状測定手段２５は、変位センサー１８１の変位量計測手段１５で計測した反射像中の長手方向に延長する３本のレーザーラインから求めた変位量ｈ1k（ｙ）（ｋ＝１〜３）と、変位センサー１８２の変位量計測手段１５で計測した反射像中の長手方向に延長する３本のレーザーラインから求めた変位量ｈ2k（ｙ）（ｋ＝１〜３）とを、それぞれ帯状部材４０の長手方向に繋げることで、帯状部材４０のプロファイルを帯状部材４０の全幅に亘って測定する。
【００３４】
次に、本例の形状測定装置１０を用いた帯状部材４０の表面形状を測定する方法について説明する。ここでは、領域可変対応型レーザー変位計１１の変位センサー１８１と変位センサー１８２とを使用する場合について説明する。変位センサー１８３と変位センサー１８４とはＯＦＦ状態にある。
まず、図４（ａ）に示すように、成型ドラム２１の回転速度と同じ速度で走行する搬送コンベヤ３１により成型ドラム２１の上部に搬送された帯状部材４０を、押付けローラー３２により、成型ドラム２１の周面上に順次貼り付ける。成型ドラム２１の周面上に順次貼り付けられた帯状部材４０は成型ドラム２１の回転に伴って円弧状に屈曲しながら長手方向に移動する。
成型ドラム２１が所定角度Δα回転する毎に、エンコーダー２３から変位計制御手段１６にパルス信号が送られる。変位計制御手段１６では、このパルス信号を成型ドラム２１の回転速度に応じてＰＬＬ変換し、レーザー装置１２１，１２２を交互に点灯させるとともに、撮像手段１４の撮影タイミングを制御する基準パルス信号を作成し、領域可変対応型レーザー変位計１１に送る。
【００３５】
領域可変対応型レーザー変位計１１では、変位センサー１８１と変位センサー１８２とを用いて、帯状部材４０の厚み方向の変位量を測定する。具体的には、レーザー装置１２１とレーザー装置１２２を交互に点灯させるともに、帯状部材４０表面に照射されたレーザー装置１２１のレーザー光の反射像とレーザー装置１２２のレーザー光の反射像とを撮像手段１４で撮影し、そのデータを変位量計測手段１５に設けられた記憶手段１５ａに記憶して保存するとともに、レーザーライン抽出手段１５ｂ、補間手段１５ｃ、及び、計測手段１５ｄを用いて帯状部材４０の厚み方向の変位量を計測し、この計測された変位量のデータを形状測定手段２５に送る。
【００３６】
ここで、変位センサー１８１の動作について説明する。
図２に示すように、帯状部材４０の厚さ方向である成型ドラム２１の径方向をｚ軸方向、帯状部材４０の幅方向をｘ方向、帯状部材４０の表面の周方向ベクトルの方向をｙ方向とすると、帯状部材４０の表面には、レーザー装置１２１から、ｙ方向に延長するカーテン状に広がったレーザー光が照射される。
この照射されたレーザー光はコリメータレンズ１３ａにより平行光線に変換された後ビームスプリッター１３ｂに入射し、透過光と直交光とに分離される。
透過光は、ビームスプリッター１３ｂを通過してそのままｚ軸方向に直進して第１のパウエルレンズ１３ｃに導かれ、第１のパウエルレンズ１３ｃにより、均一な強度分布を有するレーザー光に変換されて第１の透過型回折格子１３ｐに入射する。
一方、直交光は、ビームスプリッター１３ｂでｙ軸方向に反射されて、第２のパウエルレンズ１３ｄに導かれ、第２のパウエルレンズ１３ｄにより、均一な強度分布を有するレーザー光に変換されて第２の透過型回折格子１３ｑに入射する。
【００３７】
透過光は、第１の透過型回折格子１３ｐにて０次ビーム、＋１次ビーム、及び、−１次ビームの３本のレーザー光に回折分離される。透過光である０次ビームはそのままｚ軸方向に直進し、帯状部材４０の表面に照射される。一方、回折光である＋１次ビームと−１次ビームとはそれぞれ、ｘ軸の（＋）方向と（−）方向とに回折されて、帯状部材４０の表面に照射される。すなわち、帯状部材４０の表面には、それぞれが帯状部材４０の長手方向に延長する３本のレーザー光Ｔ１〜Ｔ３が、帯状部材４０の幅方向（ｘ軸方向）に所定の間隔を隔てて照射されることになる。
【００３８】
直交光は、第２の透過型回折格子１３ｑにて０次ビーム、＋１次ビーム、及び、−１次ビームの３本のレーザー光に回折分離された後、直交光反射ミラー１３ｒで反射されて、帯状部材４０の表面に照射される。したがって、帯状部材４０の表面には、それぞれが帯状部材４０の幅方向に延長する３本のレーザー光が、帯状部材４０の長手方向に所定の間隔を隔てて照射される。
これにより、帯状部材４０の表面には、レーザー装置１２１から、帯状部材４０の長手方向と幅方向とに延長する３本ずつの格子状のレーザー光が照射されることになる。
【００３９】
透過光の照射方向と直交光の照射方向とは異なっているので、帯状部材４０の表面で反射された透過光の反射光の方向と直交光の反射光の方向とは異なる。
透過光の反射光は第１の反射光反射ミラー１３ｍにより反射され、プリズム１３ｚを介して、撮像手段１４に入射される。一方、直交光の反射光は第２の反射光反射ミラー１３ｎにより反射され、プリズム１３ｚを介して、撮像手段１４に入射される。
撮像手段１４は、帯状部材４０表面に照射された帯状部材４０の長手方向と幅方向とに延長する３本ずつの格子状のレーザー光の反射像を撮影する。
なお、透過型回折格子１３ｐ，１３ｑと帯状部材４０との間、帯状部材４０と第１及び第２の反射光反射ミラー１３ｍ，１３ｎとの間に光路調整用の反射ミラーやレンズを配置すれば、反射像をさらに鮮明に撮影することができる。
【００４０】
本例では、レーザー装置１２１とレーザー装置１２２を交互に点灯させことにより、帯状部材４０の幅方向の一方の端部を含む領域からのレーザー光の反射像と、他方の端部を含む領域からレーザー光の反射像を計測時間毎に撮影する。
撮影された反射像が、図６の右上の図に示すような屈曲したレーザーラインとなった場合には、帯状部材４０表面には段差４０Ｄが存在する。すなわち、変位量ｈ（ｙ）が変化していることがわかる。
例えば、図６において、凸部４１が帯状部材４０で、凹部４２が成型ドラム２１の表面なら、段差４０Ｄの位置は帯状部材４０の始端４０ａの位置を示す。また、凸部４１も凹部４２も帯状部材４０であるなら段差４０Ｄの位置は終端４０ｂの位置を示す。
変位センサー１８１は、帯状部材４０の表面に、帯状部材４０の長手方向と幅方向とに延長する３本ずつの格子状のレーザー光を照射するので、撮像手段１４の撮影画像は、図６の右上の図に示すような、帯状部材４０の長手方向に延長するラインと幅方向に延長するラインとが交差する格子状のパターンとなる。格子状のパターンの屈曲部が段差の位置であり、屈曲量が変位量である。
変位センサー１８２の動作も変位センサー１８１と同様である。
【００４１】
本例では、レーザー装置１２１とレーザー装置１２２を交互に点灯させことにより、帯状部材４０の幅方向の一方の端部を含む領域からのレーザー光の反射像と、他方の端部を含む領域からレーザー光の反射像を計測時間毎に撮影し、この撮影された反射像のデータを変位量計測手段１５に送る。このとき、プリズム１３ｚの手前に、例えば、液晶式の電子シャッターを配置して、レーザー装置１２１の反射光とレーザー装置１２２の反射光とが干渉しないようにすることが好ましい。
変位量計測手段１５では、撮影された反射像から帯状部材４０の厚み方向の変位量を計測し、この計測されたデータを形状測定手段２５に送る。
形状測定手段２５では、変位量計測手段１５から送られてきた変位量のデータを帯状部材４０の長手方向に繋げ、帯状部材４０のプロファイルを、帯状部材４０の全幅に亘って測定する。
これにより、始端４０ａ及び終端４０ｂの三次元形状を測定することができるとともに、始端４０ａの座標と終端４０ｂの座標とから、帯状部材４０のジョイント量を正確に測定することができる。
【００４２】
具体的には、図８（ａ），（ｂ）に示すように、測定開始位置（パルス数＝０の位置から始端４０ａの位置までは、レーザー装置１２１からのレーザー光とレーザー装置１２２レーザー光とは成型ドラム２１の表面で反射される。そして、各レーザー光が始端４０ａに照射されると、変位量が急激に増加する段差部が出現し、その後、ほぼ変位量が一定となる。この最初の段差部が始端４０ａの位置であり、この最初の段差部における変位量の増加分が帯状部材４０の厚さに相当する。そして、終端４０ｂ近傍で変位量は更に増加し、終端４０ｂの位置で変位量が急激に減少する第２の段差部が出現する。終端４０ｂ近傍での変位量の増加は帯状部材４０のジョイント部４０ｃにおける重なり部分に相当し、第２の段差部の位置が終端４０ｂの位置である。
そこで、図８（ｂ）に示したエンコーダーの出力パルス数と変位量との関係を示すグラフから、始端４０ａの位置座標を示すパルス数ＰSと、終端４０ｂの位置座標を示すパルス数ＰEとを算出すれば、帯状部材４０のジョイント量Ｊを算出することができる。ここで、成型ドラム２１の一回転当りのパルス数Ｐ0とすれば、帯状部材４０の部材長Ｌは、Ｌ＝ａ（ＰE−ＰS）となり、ジョイント量Ｊは、Ｊ＝ａ｛（ＰE−ＰS）−Ｐ0｝となる。なお、ａはパルス数をドラム位置に換算する係数で、Ｊ＞０のときが、本例で示したラップジョイントで、Ｊ＜０のときがオープンジョイント、Ｊ＝０のときがバット・ジョイントである。
また、始端４０ａと終端４０ｂとの間の変位量の変化から、帯状部材４０に折れ重なりやシワ異常があった場合なども検出することができる。すなわち、図８（ｃ）に示すように、変位量の大きさに対して予め閾値Ｋを設定しておき、変位量が閾値Ｋを超えたときに帯状部材４０に折れ重なりもしくはシワ異常があると判定すればよい。
したがって、帯状部材４０のジョイント量の検査や、しわ異常や段ずれ、あるいは、ジョイント部の開きなどの検査を精度よく行うことができる。
【００４３】
このように、本例では、２台のレーザー装置１２１，１２２と１台の撮像手段１４とを備えた領域可変対応型レーザー変位計１１により、帯状部材４０の幅方向の６箇所にて計測しているので、移動機構を設けることなく、帯状部材４０の幅方向の測長を行うことができる。また、長手方向の３箇所についても同時に計測できるので、長手方向の分解能を向上させることができる。すなわち、幅方向の形状と継ぎ目部位の形状とを同時に高分解能で測定することができる。
更に、本例では、成型ドラム２１の低速回転時には細かいサンプリングを行い、高速回転時には粗いサンプリングを行うようにしているので、ジョイント部の貼り付け先端周辺部分とジョイント部の貼り付け後端周辺部分とを高分解能に撮影することが可能となる。したがって、帯状部材４０の始端４０ａと終端４０ｂとを精度よく測定することができる。
【００４４】
なお、前記実施の形態では、成型ドラム２１の周面に貼付けられた帯状部材４０の表面形状を測定する場合について説明したが、本発明の形状測定装置の使用例はこれに限るものではなく、例えば、押出機から押し出され定尺状に切断されて搬送されるトレッド等の帯状ゴム部材の測長や、切断部の形状測定などの、搬送コンベヤにより移動される帯状部材の形状測定や形状検査に使用することができる。
また、本発明の測定対象物は、カーカスプライ、サイドウオール、ベルト、トレッド等の帯状部材４０に限るものではなく、フィルムのような他の帯状部材やシート状のような他の帯状部材にも適用可能である。
【００４５】
また、前記例では、帯状部材４０の長手方向に延長する１本のカーテン状のレーザー光を、ビームスプリッター１３ｂ、直交光反射ミラー１３ｒ、及び、第１及び第２の透過型回折格子１３ｐ，１３ｑを用いて、帯状部材４０の長手方向と幅方向とに延長する３本ずつの格子状のレーザー光に分離して照射する変位センサー１８１〜１８４について説明したが、ビームスプリッター１３ｂと直交光反射ミラー１３ｒとを省略することで、１本のレーザー光を帯状部材４０の長手方向に延長する３本のレーザー光に分離して照射する変位センサーを作製することも可能である。
なお、カーテン状のレーザー光の広がり方向を幅方向とすれば、直交光反射ミラー１３ｒを省略しても、帯状部材４０の幅方向に延長する３本のレーザー光に分離して照射する変位センサーも作製可能である。
【００４６】
また、前記例では、ビームスプリッター１３ｂと透過型回折格子１３ｐ，１３ｑとを用いてレーザー装置１２１からのレーザー光を６本のレーザー光に分離して帯状部材４０の表面に照射したが、図９に示すように、レーザー装置１２１に代えて、３個のレーザー素子（レーザーダイオード）１２ａ〜１２ｃを備えたレーザー装置１２Ｚを用いて、帯状部材４０に６本のレーザー光を照射してもよい。
レーザーダイオード１２ａ〜１２ｃからのレーザー光は、コリメータレンズ１３ａを通ってビームスプリッター１３ｂに入射し、ビームスプリッター１３ｂにて透過光と直交光に分離される。
透過光は、第１のパウエルレンズ１３ｃでほぼ均一な強度分布を有するレーザー光に変換されて帯状部材４０表面に照射される。このレーザー光は、図９の実線で示すような、帯状部材４０の長手方向に延長する３本のレーザー光となる。
一方、直交は、第２のパウエルレンズ１３ｄでガウス分布型の強度分布を有する透過光と直交光とをほぼ均一な強度分布を有するレーザー光に変換された後、直交光反射ミラー１３ｒで反射されて帯状部材４０表面に照射される。このレーザー光は、図８の一点鎖線で示すような、帯状部材４０の幅方向に延長する３本のレーザー光となる。
【００４７】
本例では、ビームスプリッター１３ｂと第２のパウエルレンズ１３ｄとの間にイメージローテーター１９が設けられている。このイメージローテーター１９は、台形プリズムとも呼ばれ、ビームスプリッター１３ｂを通過した透過光（平行光線）を入射して全反射させて元の入射方向に出射させることで、透過光の照射位置を調整する。
これにより、帯状部材４０の表面に、帯状部材４０の長手方向と幅方向とに延長する３本ずつの格子状のレーザー光を照射することができる。
なお、帯状部材４０の表面からの反射光を図示しない撮像手段１４に導く光学系については、前記実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００４８】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に記載の範囲には限定されない。前記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者にも明らかである。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲から明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明によれば、簡単な構成で、帯状部材の形状を容易にかつ正確に測定することができるので、これを帯状部材の測長、ジョイント量、３次元形状測定等のタイヤ構成部材の形状検査に適用すれば、形状検査を効率良く行うことができるとともに、検査精度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１０  タイヤ構成部材の形状測定装置、１１  領域可変対応型レーザー変位計、
１２１〜１２４  レーザー装置、１３１〜１３４  光学素子群、
１３ａ  コリメータレンズ、１３ｂ  ビームスプリッター、
１３ｃ，１３ｄ  パウエルレンズ、１３ｒ  直交光反射ミラー、
１３ｐ，１３ｑ  透過型回折格子、１３ｍ，１３ｎ  反射光反射ミラー、
１３ｚ  プリズム、１４  撮像手段、１５  変位量計測手段、１５ａ  記憶手段、
１５ｂ  レーザーライン抽出手段、１５ｃ  補間手段、１５ｄ  計測手段、
１６  変位計制御手段、１８１〜１８４  変位センサー、
２１  成型ドラム、２２  ドラム回転装置、２３  エンコーダー、
２４  成型ドラム制御装置、２５  形状測定手段、
３１  搬送コンベヤ、３２  押付けローラー、４０  帯状部材、４０ａ  始端、
４０ｂ  終端。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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