(57)【要約】【課題】平行光による被測定物のシルエットを撮影し画像処理して形状寸法を測定する場合に、光の強弱の変化や揺らぎの影響を受けずに容易に画像処理でき、形状寸法を容易にかつ再現性よく測定できるようにする。【解決手段】被測定物１を支持する設置部２を挟んで、被測定物２を含む測定範囲に平行光３を発する光源４と、平行光３による被測定物１のシルエット１０を投影する半透明の投射幕５とを対向配置しておき、被測定物１のシルエット１０を投射幕５に投影して、投射幕５の裏面に投影されたシルエット１０を撮像手段としての受像カメラ６により撮影し、撮影したシルエット像を２値化してその輪郭形状を測定対象の画像として処理し、この処理画像に基づいて演算処理を行って必要部分の計測を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物を支持する設置部を挟んで、前記設置部に支持された前記被測定物を含む所定の測定範囲に平行光を発する光源と、前記平行光による前記被測定物のシルエットを投影する半透明の投射幕とを対向して配置しておき、
前記平行光の投射による前記被測定物のシルエットを前記投射幕に投影して、前記投射幕の裏面に投影された前記シルエットを撮像手段により撮影し、撮影したシルエット像を２値化して輪郭形状を測定対象の画像として処理し、この処理画像に基づいて演算処理を行って必要部分の計測を行うことを特徴とする光学式形状測定方法。
【請求項２】
投射幕に投影したシルエット範囲外の部分の明るさを平均化した値を閾値として、前記シルエット像を２値化し画像処理する請求項１に記載の光学式形状測定方法。
【請求項３】
被測定物を支持する設置部と、前記設置部に支持された前記被測定物を含む所定の測定範囲に平行光を発する光源と、前記光源とは前記被測定物の設置部を挟んで反対側に対向して配置されて前記平行光の投射による前記被測定物のシルエットを投影する半透明の投射幕と、前記投射幕の裏面に投影される前記シルエットを撮影する撮像手段と、撮影したシルエット像を、シルエット範囲外の部分に基づいて設定される値を閾値として２値化して輪郭形状を測定対象の画像として処理し、この処理画像に基づいて演算処理を行って必要部分の計測を行う自動演算処理装置と、からなることを特徴とする光学式形状測定装置。
【請求項４】
前記平行光が静止した光源による多数のスリット光であり、前記被測定物を含む所定の測定範囲に同時に投射するように設けられてなる請求項３に記載の光学式形状測定装置。
【請求項５】
前記平行光がレーザーのスリット光であり、前記被測定物を含む所定の測定範囲に渡って前記投射幕と平行にスキャンして前記スリット光による前記被測定物の部分のシルエットを前記投射幕に連続して投影するように設けられており、前記撮像手段が連続して前記投射幕に投影される前記シルエットの全体を撮影するように設けられてなる請求項３に記載の光学式形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤやリムその他の被測定物の輪郭形状の外径や幅等の寸法あるいは曲面の半径等を測定するための光学式形状測定方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、タイヤとして必要な情報である外径、幅及びクラウン半径等の寸法測定は、例えば外径はメジャーで外周長を測定することにより計測し、タイヤ幅は幅パスを使用して計測し、またクラウン半径はアール（半径）用の定規を当てて比較計測していたもので、人による再現性、測定精度の面で問題があった。さらには、測定に時間がかかり非能率的である上、使用する測定治具も多種類が必要であった。なお、タイヤの寸法測定に高性能な三次元接触式測定機を用いた場合にも、再現性や利便性に問題があった。
【０００３】
また、リムの場合の寸法測定についても、タイヤの場合とほぼ同様であり、高性能な三次元接触式測定機を用いたり、必要な部位の周長をメジャーで側定する等、再現性及び利便性の面で問題があった。
【０００４】
近年、各種物品の形状測定において、非接触式の光学式センサを用いる方式、レーザーのスリット光を利用してスキャンする方式等、光学的に被測定物の形状や輪郭を高い精度で測定する技術が多く出現している。
【０００５】
しかし、一般の光学式の形状測定法は、光学系が高精度を保証するために装置構成が複雑であり、設備コストも高く、比較的大きくかつそれほど高い精度が要求されないタイヤ等の被測定物の形状寸法を計測するのには適さないものである。また、直進性の良好なレーザーのスリット光を被測定物に当ててスキャンする計測方式は、装置構成が複雑になるだけでなく、利便性に欠け、実用化し難いものである。
【０００６】
例えば、特許文献１（実開平５−９０３０９号公報）には、被測定物の側面像を反射手段を介して撮影して輪郭形状を測定するものにおいて、被測定物の背景部分に公知のＥＬランプ等の均一照明手段を設置するとともに、被測定物の外方に間隔を存して前記照明手段の光を遮る遮光部材を配し、被測定物の輪郭表面に斜めに入射する照明光による影響を排除して、前記照明光を遮る被測定物の部分（シルエット）の輪郭形状の寸法誤差を低減することが提案されている。
【０００７】
しかしながら、前記提案の場合、被測定物の背部からの照明光を撮像装置により直接受光するようにして撮影するものであるため、光の強弱の影響を受け易く、そのため被測定物に対する撮像装置（カメラ等）の位置の調整や光の強さの調整を必要とし、その調整が面倒で難しい上、光の強弱の変化や揺らぎのために輪郭形状の暈けた部分の画像処理も難しいものである。
【０００８】
また、特許文献２（実開平５−２８９１５号公報）には、レーザー光で被測定物をスキャンするとともに、該レーザー光を受光素子で受光して、レーザー光を遮る被測定物による暗部と、それ以外の明部とのコントラストで、被測定物の輪郭形状の寸法を測定する装置が開示されているが、被測定物の背部からのレーザー光を受光素子で直接受光するものであるため、やはり前記同様の問題を有する。
【特許文献１】実開平５−９０３０９号公報
【特許文献２】実開平５−２８９１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなしたものであり、平行光の投射による被測定物のシルエットを撮像手段で撮影し、撮影したシルエット像を画像処理して形状寸法を測定する場合に、光の強弱の変化や揺らぎの影響を受けずに容易に画像処理できて、形状寸法を容易にかつ再現性よく測定でき、タイヤやリム等の形状測定に良好に利用できる光学式形状測定方法及び装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一つは、上記の課題を解決する光学式形状測定方法であり、被測定物を支持する設置部を挟んで、前記設置部に支持された前記被測定物を含む所定の測定範囲に平行光を発する光源と、前記平行光による前記被測定物のシルエットを投影する半透明の投射幕とを対向して配置しておき、前記平行光の投射による前記被測定物のシルエットを前記投射幕に投影して、前記投射幕の裏面に投影された前記シルエットを撮像手段により撮影し、撮影したシルエット像を２値化してその輪郭形状を測定対象の画像として処理し、この処理画像に基づいて演算処理を行って必要部分の計測を行うことを特徴とする。
【００１１】
これにより、被測定物の測定のための輪郭形状を容易に得ることができ、必要な形状寸法を自動的に計測できる。特に、平行光の投射による被測定物のシルエットを、一旦半透明の投射幕に投影して、該投射幕の裏面に投影されたシルエットを撮像手段で撮影することとしたので、被測定物毎の撮像手段の位置調整が不要あるいは容易であって、かつ光の強さ（輝度）の調整も容易であり、また、光の強弱の変化や揺らぎの影響を受けることがなく、前記シルエット像の輪郭形状を２値化して画像処理するのも容易になる。
【００１２】
前記の光学式形状測定方法において、前記投射幕に投影したシルエット範囲外の部分の明るさを平均化した値を閾値として、前記シルエット像を２値化し画像処理するのが好ましい。これにより、２値化による画像処理の精度、すなわち輪郭形状の画像処理の精度を更に高めることができる。
【００１３】
また、本発明の他の一つは、前記発明の光学式形状測定方法を実施するための光学式形状測定装置であり、被測定物を支持する設置部と、前記設置部に支持された前記被測定物を含む所定の測定範囲に平行光を発する光源と、前記光源とは前記被測定物の設置部を挟んで反対側に対向して配置されて前記平行光による前記被測定物のシルエットを投影する半透明の投射幕と、前記投射幕の裏面に投影される前記シルエットを撮影する撮像手段と、撮影したシルエット像を、該シルエットの範囲外の部分に基づいて設定される値を閾値として２値化して輪郭形状を測定対象の画像として処理し、この処理画像に基づいて演算処理を行って必要部分の計測を行う自動演算処理装置と、からなることを特徴とする。これにより、前記の形状測定方法を良好かつ確実に実施でき、前記のように被測定物の測定のための輪郭形状を容易に得ることができ、必要な形状寸法を自動的に計測できる。
【００１４】
前記の光学式形状測定装置において、前記平行光が静止した光源による多数のスリット光であり、前記被測定物を含む所定の測定範囲に同時に投射するように設けられてなるものとすることができる。この場合、光源を移動させてスキャンさせる複雑な構成は不要になる。
【００１５】
また、前記の光学式形状測定装置において、前記平行光がレーザーのスリット光であり、前記被測定物を含む所定の測定範囲に渡って前記投射幕と平行にスキャンして前記スリット光による前記被測定物の部分のシルエットを前記投射幕に連続して投影するように設けられており、前記撮像手段が連続して投影される前記シルエットの全体を撮影するように設けられてなるものとすることもできる。この場合、直進性の良いレーザーのスリット光を利用することにより、光の強さや揺らぎに殆ど影響されず、より精度の高い測定が可能になる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の光学式形状測定方法及び装置によれば、タイヤやリム等の被測定物の形状測定を、他の測定治具を使用することなく容易に短時間に能率よく行うことができる。例えば、タイヤの場合に、必要な情報である外径、幅及びクラウン半径等の測定値を自動的な画像処理によって得られる。またリムの場合にもハンプ径等の必要な情報を容易に得ることができる。
【００１７】
特に、本発明の場合、平行光の投射による被測定物のシルエットを、一旦半透明の投射幕に投影して、該投射幕の裏面に投影されたシルエットを撮像手段で撮影することにより、被測定物毎の撮像手段（受像カメラ等）の位置調整や光の強さの調整が不要あるいは容易であるばかりか、光の強弱の変化や揺らぎの影響を受けることがないため、シルエット像を２値化して画像処理、好ましくは前記投射幕に投影したシルエット範囲外の部分の明るさを平均化した値を閾値として２値化して画像処理するのも容易になり、比較的簡単な装置でありながら、形状寸法の測定を精度よく行え、しかも再現性も良好である。
【００１８】
さらに、前記平行光が静止した光源による多数のスリット光であって、前記被測定物を含む測定範囲の全域を同時に投射するように設けられてなる場合は、光源を移動させてスキャンさせる複雑な構成は不要であり、装置構成を簡略化できる上、被測定物全体のシルエットを一度に投影できて、測定に要する作業時間を短縮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に本発明の実施の形態を図面に示す実施例に基づいて説明する。
【００２０】
図１は、本発明の形状測定方法において使用する形状測定装置の一実施例の概略構成を示す略示構成図、図２は投射幕裏面の被測定物のシルエットを示す略示正面図、図３はタイヤの形状測定の説明図、図４はリムの形状測定の説明図である。
【００２１】
本発明の形状測定装置は、図１に示すように、タイヤあるいはリム等の被測定物１を支持する設置部２と、前記設置部２に支持された前記被測定物１を含む所定の測定範囲に平行光３を発する光源４と、前記光源４とは前記被測定物１の設置部２を挟んで反対側に対向して配置されて前記平行光３の投射による前記被測定物１のシルエット１０を投影する半透明の投射幕５と、前記投射幕５の裏面に投影される前記シルエット１０を撮影する撮像手段としての光学系レンズを含む受像カメラ６と、撮影したシルエット像を、該シルエット範囲外の部分１２の平均値を閾値として２値化して輪郭形状を測定対象の画像として処理し、この処理画像に基づいて演算処理を行って必要部分の計測を行う自動演算処理装置７とを備えてなる。
【００２２】
前記被測定物１の設置部２は、被測定物１がタイヤやリムの場合、例えば図のように、前記光源４からの平行光３の投射方向に対して直交方向の支軸２１により前記被測定物１を下面を浮かせて支持し、該被測定物１の外径等を測定しようとする位置の断面が前記平行光３に対し垂直に配置セットできるように構成されている。前記被測定物１の外径等の寸法を周方向に間隔をおいて複数個所で測定する場合、前記支軸２１は被測定物１を所定角度ずつ回転させて支持できるように設けられる。また、前記設置部２における被測定物１の支持構造としては、被測定物１の種類や形態に応じて前記支軸２１以外の種々の支持構造を利用でき、例えば、被測定物を設置面上に載置して支持する構成とすることもできる。
【００２３】
前記の平行光３としては、静止した光源４による並列した多数のスリット光よりなるものとし、前記設置部２に支持された前記被測定物１を含む所定の測定範囲、特には被測定物１よりやや広い範囲に同時に前記各スリット光を投射して、前記被測定物１全体のシルエット１０を前記投射幕５に同時に投影するように設けておくのが好ましい。この場合、光源４を移動させてスキャンさせる構造が不要であり、装置構成を簡略化できることになる。なお、前記のように実施する場合の光源４としては、種々の可視光を利用できるが、実施上は単色の白熱灯やハロゲンランプ等が好適に用いられる。通常、前記光源４は、例えば、前記スリット光の長手方向の両端部と中間部との３個所に配置して前記スリット光の強さをできるだけ平均化するのが好ましい。
【００２４】
また、前記平行光３としてレーザーのスリット光を利用することもできる。この場合、前記レーザーの光源４を移動可能に構成して、該レーザーのスリット光を、前記被測定物１を含む前記測定範囲の全域に渡って前記投射幕５と平行にスキャンし、該スリット光による前記被測定物１の部分のシルエット１０を前記投射幕５に連続して投影するように構成するのがよい。
【００２５】
前記投射幕５は、前記光源４から平行光３に対し垂直になるように前記光源４と平行に配置されている。すなわち、前記光源４と、設置部２に支持される被測定物１と、投射幕５とが所定の間隔をおいて並列するように配置される。前記投射幕５は、前記平行光３を受けてかつ該平行光３の投射範囲に支持された前記被測定物１のシルエット１０を投影できるとともに、該シルエット１０を裏面にまで投影できる布帛やプラスチック板その他の半透明の材料よりなるものであればよい。すなわち、前記投射幕５の裏面に、前記シルエット１０がそのまま投影される半透明の材料からなるものとする。
【００２６】
撮像手段としての前記受像カメラ６は、前記投射幕５の背面後方に設置されたＣＣＤカメラその他の撮像可能なカメラよりなり、撮影した前記シルエット像等の画像データを自動演算処理装置７に送信するように設けられている。前記レーザーのスリット光をスキャンして該スリット光による被測定物１の部分のシルエット１０を前記投射幕５に連続して投影する場合には、前記スキャンしている間、シャッターを開いた状態に保持して前記シルエットを撮影するように設けられる。
【００２７】
前記自動演算処理装置７は、前記受像カメラ６で撮影したシルエット像を、該シルエット範囲外の部分１２の明るさに基づいて設定される一定の値を閾値として、特に好ましくは前記シルエット範囲外の部分１２の明るさを平均化した値を閾値として２値化（白・黒）し、該シルエット１０の輪郭形状を測定するための画像として処理するように構成され、さらに、この処理画像に基づいて自動演算処理を行って被測定物１に応じて設定される必要部分の形状および寸法の計測を行うように構成されている。
【００２８】
例えば、前記被測定物１がタイヤである場合、図３のタイヤＴの断面における外径Ｄ１、幅Ｗ１及びクラウン半径Ｒ１等の測定値が自動処理により得られるように設定される。また、前記被測定物１がリムＬの場合、図４のように、７ｍｍ点径Ｄ２やハンプ径Ｄ３が得られるように設定される。
【００２９】
なお、前記７ｍｍ点径Ｄ２は、リムフランジ１４から７ｍｍ内側の位置（通常、リムに嵌め付けられるタイヤビード部のビードリングのセンターが位置する）の直径であり、また、前記ハンプ径Ｄ３は、タイヤビード部の抜けを規制するために設けられている凸条のハンプ１５の直径である。それぞれ規格が定められているため、その寸法の情報が必要である。
【００３０】
上記の形状測定装置により被測定物１の形状測定を行う方法についてタイヤの測定を例にして説明する。
【００３１】
まず、図１のように、被測定物１であるタイヤＴを設置部２の支軸２１に下面を浮かせるように取り付けて、測定しようとする断面を光源４からの平行光３の投射方向に対し垂直をなすように支持する。そして、光源４への通電により平行光３を、前記のように支持された被測定物１を含む所定の測定範囲に投射し、前記平行光３による前記被測定物１の最大径部分の断面に相当するシルエット１０を、前記光源４とは反対側に対向して配置された半透明の投射幕５に投影させる。
【００３２】
すなわち、前記平行光３が静止した光源４により並列した多数のスリット光よりなる場合は、被測定物１よりやや広い範囲の全域に同時に前記各スリット光を投射して、前記被測定物１のシルエット１０を前記投射幕５に投影させる。あるいは、前記平行光３として、レーザーのスリット光をスキャンする方式で利用する場合は、該スリット光による前記被測定物１の部分のシルエットを前記投射幕５に連続して投影させる。
【００３３】
いずれの場合も、前記平行光３による前記被測定物１のシルエット１０は、半透明の投射幕５を通してそのまま投射幕５の裏面にも投影される。すなわち、前記投射幕５の裏面には、図１の鎖線及び図２のように前記シルエット１０が暗い部分として、また前記平行光３を受けることになる前記シルエット範囲外の部分１２が明るい部分として投影される。
【００３４】
前記のように投射幕５の裏面に前記シルエット１０が投影されるのと同時に、前記投射幕５の背面後方に配した撮像手段である受像カメラ６により前記シルエット１０を撮影する。このとき、前記受像カメラ６は、一定位置にある投射幕５の裏面に投影されるシルエット１０を撮影するので、被測定物１毎の位置調整等は不要である。
【００３５】
前記受像カメラ６により撮影したシルエット像のデータは自動演算処理装置７に送られる。該自動演算処理装置７においては、前記シルエット像を、シルエット範囲外の部分１２の明るさに基づいて設定される一定の明るさの値、例えば前記シルエット範囲外の部分１２の明るさを平均化した値を閾値として２値化し、前記閾値より暗い部分を黒に置き換えて、該シルエット１０の輪郭形状を測定対象の画像として処理する。この際、平行光３による被測定物１のシルエット１０を、一旦投射幕５に投影して、該投射幕５の裏面に投影されたシルエット１０を受像カメラ６で撮影するので、光の強弱の変化や揺らぎの影響を受けることがなく、シルエット像を２値化して容易に画像処理できる。また、前記シルエット１０が投射幕５の裏面に投影されるのであれば、かなり弱い光による投影での実施も可能であり、平行光３の輝度の調整も容易である。自動演算処理装置７では、前記のように処理された画像に基づいて自動演算処理を行って、被測定物１に応じて設定される必要部分の形状および寸法の計測を行い形状寸法の測定値を得る。
【００３６】
例えば、前記被測定物１がタイヤの場合、タイヤとして必要な情報である外径Ｄ１、幅Ｗ１及びクラウン半径Ｒ１等の測定値が得ることができる。また、前記被測定物１がリムＬの場合は、測定が必要な７ｍｍ点径Ｄ２やハンプ径Ｄ３を容易に得ることができる。
【００３７】
そして、前記タイヤ等の被測定物１の外径等の寸法を周方向に間隔をおいて複数個所で測定する場合は、前記設置部２の支軸２１に支持されている。タイヤ等の被測定物１を所定角度ずつ回転させて、前記同様の処理を行って必要部分の寸法をそれぞれ計測する。これにより、各測定個所でのタイヤ外径によりタイヤの真円度等も検出できる。
【００３８】
このように、本発明の光学式形状測定方法及び装置は、タイヤやリム等の被測定物の形状測定を、他の測定治具を使用することなく容易に短時間に能率よく行うことができる。しかも、比較的簡単な装置でありながら、形状寸法の測定を精度よく行え、再現性も良好である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、タイヤやリムその他の被測定物、特には円形物品の輪郭形状の外径や幅等の寸法あるいは曲面の半径等を測定するのに好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の形状測定方法において使用する形状測定装置の一実施例の概略構成を示す略示構成図である。
【図２】投射幕裏面の被測定物のシルエットを示す略示正面図である。
【図３】タイヤの形状測定の説明図である。
【図４】リムの形状測定の説明図である。
【符号の説明】
【００４１】
１…被測定物、２…設置部、３…平行光、４…光源、５…投射幕、６…受像カメラ、７…自動演算処理装置、１０…シルエット、１２…シルエット範囲外の部分、１４…リムフランジ、１５…ハンプ、２１…支軸、Ｔ…タイヤ、Ｌ…リム、Ｒ１…クラウン半径、Ｗ１…幅、Ｄ２…７ｍｍ点径、Ｄ３…ハンプ径。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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