(57)【要約】【課題】  回転する空気入りタイヤのビード部近傍の表面に発生して、該表面から内側方向に拡がる傷を検知するタイヤ故障検知方法及びタイヤ故障検知システムを提供する。【解決手段】  回転中の空気入りタイヤ１０のビード部近傍の表面から内側方向に拡がって行く傷Ｃを検知するタイヤ故障検知方法であって、前記空気入りタイヤ１０の傷Ｃの発生が予想される監視部位Ｐを照明具２０によりタイヤ軸方向Ｘとなす角度が０°〜３０°の方向から照明光を照射しながら、前記監視部位Ｐをカメラ３０で前記照明光の照射方向に対して斜めとなる方向から撮影し、画像解析装置４０により、撮影した画像の画像要素の濃度を解析し、該解析において、画像要素の濃度が予め設定した所定値を越える画像要素の数が、予め設定した所定数より多くなった場合に、傷が発生したと見なす。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転中の空気入りタイヤのビード部近傍の表面から内側方向に拡がって行く傷を検知するタイヤ故障検知方法であって、前記空気入りタイヤの傷の発生が予想される監視部位を照明具によりタイヤ軸方向となす角度が０°〜３０°の方向から照明光を照射しながら、前記監視部位をカメラで前記照明光の照射方向に対して斜めとなる方向から撮影し、この撮影した画像の画像要素の濃度を解析し、該解析において、画像要素の濃度が予め設定した所定値を越える画像要素の数が、予め設定した所定数より多くなった場合に傷が発生したと見なすことを特徴とするタイヤ故障検知方法。
【請求項２】
前記撮影において、前記カメラによる１回の撮影では前記監視部位の一部分を撮影して解析すると共に、複数回の撮影により少なくとも前記監視部位の全体を撮影して解析することを特徴とする請求項１記載のタイヤ故障検知方法。
【請求項３】
前記撮影を、前記空気入りタイヤの接地部の斜め上方からタイヤ接地部位の直上位置となる監視部位を狙って行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のタイヤ故障検知方法。
【請求項４】
前記解析において、画像要素の濃度が予め設定した所定値を越える画像要素の数が、予め設定した所定数より多くなった場合に傷が発生したと見なす代りに、隣接する画像要素の相互間の濃度差が予め設定した所定の濃度差以上となる画像要素の数が、予め設定した所定数より多くなった場合に傷が発生したと見なすことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のタイヤ故障検知方法。
【請求項５】
回転中の空気入りタイヤのビード部近傍の表面から内側方向に拡がって行く傷を検知するタイヤ故障検知装置であって、前記空気入りタイヤの傷の発生が予想される監視部位をタイヤ軸方向となす角度が０°〜３０°の方向から照明光を照射する照明具と、前記照明光の照射方向に対して斜めとなる方向から撮影を行うカメラと、撮影した画像の画像要素の濃度を解析し、該解析において、予め設定した所定値を越える画像要素の数が、予め設定した所定数より多くなった場合に傷が発生したと見なす画像解析装置とを備えたことを特徴とするタイヤ故障検知システム。
【請求項６】
前記カメラと解析装置が、撮影において、１回の撮影では前記監視部位の一部分を撮影して解析すると共に、複数回の撮影により少なくとも前記監視部位の全体を撮影して解析することを特徴とする請求項５記載のタイヤ故障検知システム。
【請求項７】
画像解析装置が、前記解析において、画像要素の濃度が予め設定した所定値を越える画像要素の数が、予め設定した所定数より多くなった場合に傷が発生したと見なす代りに、隣接する画像要素の相互間の濃度差が予め設定した所定の濃度差以上となる画像要素の数が、予め設定した所定数より多くなった場合に傷が発生したと見なすことを特徴とする請求項５又は６に記載のタイヤ故障検知システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤ故障検知方法及びタイヤ故障検知システムに関する。より詳しくは、回転する空気入りタイヤのビード部近傍の表面に発生して、この表面から内側方向に拡がる傷を検知するタイヤ故障検知方法及びタイヤ故障検知システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
空気入りタイヤの室内耐久試験では、走行条件を徐々に厳しくしていき、遂にタイヤが故障するまで走行させて試験するのが一般的である。この場合に、空気入りタイヤに故障が発生し次第に、速やかにこの故障を検知して試験を終了させないと、タイヤが大きく破壊してしまい、故障の経緯、特に故障発生初期の経緯が分からなくなるという問題がある。特に、故障の発生防止を考える場合に、傷（クラック）の発生初期の状態の把握が重要である。
【０００３】
従来技術においては、このタイヤの故障の発生の検知は、通常、その膨らみを接触式、あるいは、非接触式のセンサで検知している。この一つに、破壊に起因するタイヤ表面の外径変化を多数の金属片を互いに連結してタイヤ表面形状にほぼ合致させるような屈曲状態に維持したリミット棒で検知するタイヤ破壊検出装置がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
しかし、故障部位によっては、その膨らみを検知するためのセンサを設けることが難しい場所もあり、また、故障部位が膨らまずに傷が発生する場合もある。そのため、この種の故障の発生を検知するためには、オペレータが試験を定期的に中断させて試験タイヤを目視で確認して傷を発見するしかない状況にあり、試験の精度と試験の効率の面から強く改善が求められている。また、特にビード部付近に発生する傷は目視でも確認が難しいという問題がある。
【０００５】
一方、タイヤ製造工程において、ＣＣＤカメラで撮影した押出トレッドの裁断面の画像データを画像処理して、配合組成の異なるゴム層のそれぞれの輝度を算出し、この算出されたゴム層間の輝度差から、裁断面における境界線の位置を特定すると共に、境界線と予め設定された基準となる境界線とを比較して、撮影された押出トレッドの内部構造の良否の判定を行う押出トレッドの検査方法（例えば、特許文献２参照。）等、カメラで撮影した画像の画像解析を利用する方法が提案されている。
【０００６】
しかし、回転している空気入りタイヤの傷を問題にする室内耐久試験においては、今までは、この画像処理及び画像解析による傷検知方法は適用されておらず、そのまま画像処理及び画像解析を適用しようとすると、撮影対象のタイヤが回転しており、しかも、この回転中のタイヤに発生したクラックを未だ小さい内に、即ち、幅が狭く、長さが短い内に精度良く検知する必要がある。更に、クラックが発生し易いタイヤサイド部やビード部付近には、様々な文字やブランドマーク等があり、画像解析上のノイズになるという問題がある。
【特許文献１】特開昭５７−９３２３０号公報
【特許文献２】特開２００３−７５３４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、回転する空気入りタイヤのビード部近傍の表面に発生して、該表面から内側方向に拡がる傷を検知するタイヤ故障検知方法及びタイヤ故障検知システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明のタイヤタイヤ故障検知方法は、回転中の空気入りタイヤのビード部近傍の表面から内側方向に拡がって行く傷を検知するタイヤ故障検知方法であって、前記空気入りタイヤの傷の発生が予想される監視部位を照明具によりタイヤ軸方向となす角度が０°〜３０°の方向から照明光を照射しながら、前記監視部位をカメラで前記照明光の照射方向に対して斜めとなる方向から撮影し、この撮影した画像の画像要素の濃度を解析し、該解析において、画像要素の濃度が予め設定した所定値を越える画像要素の数が、予め設定した所定数より多くなった場合に傷が発生したと見なすことを特徴とする。
【０００９】
ここでいう画像要素とは、カメラで撮影された画像の画素、又は、これらの画素を複数個まとめたセグメントも含むものである。これらの画像要素により、撮影した画像が構成される。また、タイヤ軸方向となす角度が０°〜３０°とは、必ずしも下側だけでなく、上下左右等を含む角度であり、監視部位を頂点とし、母線と垂直軸とがなす角度が３０°の円錐形状内に照明源が配置されることを意味する。
【００１０】
そして、本発明においては、タイヤ軸方向となす角度が０°〜３０°の方向から、好ましくは、タイヤ軸方向と平行な方向から照明光を照射し、この照射方向に対して斜め方向から撮影することにより、ビード部近傍の表面から内側方向に拡がっていく傷を際立たせることができる。即ち、この照射方向と撮影方向を取ると、傷の部分に照射された光は、タイヤ表面より内側に拡がって行く傷の内側に入り込むため、撮影カメラ方向には反射しなくなり、傷の周囲のタイヤ表面と傷との濃度の差が大きくなる。そのため、撮影された画像の画層要素の間の濃度の差も大きくなり、小さな傷でも検知し易くなる。その上、タイヤサイド部やビード部付近に設けられている様々な文字やブランドマーク等は、照明光を乱反射するので、これらとタイヤ表面との濃度の差は、タイヤ表面と傷の濃度の差に比べて小さくなり、傷の検知の妨げにならなくなる。
【００１１】
また、撮影において、カメラによる１回の撮影では監視部位の一部分を撮影して解析すると共に、複数回の撮影により少なくとも監視部位の全体を撮影して解析することにより、１回の撮影でカメラの視野を狭め、監視部位の一部分を拡大して画像解析できるようになり、監視部位を細かい精度でチェックすることができる。また、複数回の撮影で監視部位の全体を撮影して解析することにより、監視部位全体を監視できる。
【００１２】
また、撮影を、空気入りタイヤの接地部の斜め上方からタイヤ接地部位の直上位置となる監視部位を狙って行うことにより、傷口がタイヤの回転に伴って接地部位の近傍となると他の部位に有る時よりも拡がるので、目視では発見し難いタイヤのリム近傍で発生する傷をより正確に検知できるようになる。
【００１３】
また、解析において、画像要素の濃度が予め設定した所定値を越える画像要素の数が、予め設定した所定数より多くなった場合に傷が発生したと見なす代りに、隣接する画像要素の相互間の濃度差が予め設定した所定の濃度差以上となる画像要素の数が、予め設定した所定数より多くなった場合に傷が発生したと見なすと、画像要素の絶対的評価でなく、隣接する画像要素の相対的評価で傷を発見できるので、実験室内の明るさが変化しても、改めて、判定用の所定値を設定しなおす必要がなくなる。
【００１４】
そして、上記のタイヤ故障検知方法を実施するためのタイヤ故障検知システムは、回転中の空気入りタイヤのビード部近傍の表面から内側方向に拡がって行く傷を検知するタイヤ故障検知装置であって、前記空気入りタイヤの傷の発生が予想される監視部位をタイヤ軸方向となす角度が０°〜３０°の方向から照明光を照射する照明具と、前記照明光の照射方向に対して斜めとなる方向から撮影を行うカメラと、撮影した画像の画像要素の濃度を解析し、該解析において、予め設定した所定値を越える画像要素の数が、予め設定した所定数より多くなった場合に傷が発生したと見なす画像解析装置とを備えて構成される。      
【００１５】
また、カメラと解析装置が、撮影において、１回の撮影では監視部位の一部分を撮影して解析すると共に、複数回の撮影により少なくとも監視部位の全体を撮影して解析するように構成すると、より高精度でタイヤ表面から内側方向に拡がって行く傷をチェックできるようになる。
【００１６】
また、画像解析装置が、解析において、画像要素の濃度が予め設定した所定値を越える画像要素の数が、予め設定した所定数より多くなった場合に、傷が発生したと見なす代りに、隣接する画像要素の相互間の濃度差が予め設定した所定の濃度差以上となる画像要素の数が、予め設定した所定数より多くなった場合に、傷が発生したと見なすように構成すると、実験室内の明るさが変化しても、改めて、判定用の所定値を設定しなおす必要がなくなる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のタイヤ故障検知方法及びタイヤ故障検知システムによれば、定期的に試験を中断させ、オペレータが目視で傷の発生を確認する必要がなくなり、傷が発生した初期段階で故障発生を知って試験を終了させることができ、故障解析の精度を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態のタイヤ故障検知方法及びタイヤ故障検知システムについて、図面に示す実施の形態を参照しながら説明する。
【００１９】
図１及び図２に示すように、このタイヤ故障検知システム１は、タイヤ室内耐久試験装置５０にセットされた空気入りタイヤ１０の傷（クラック）Ｃの発生が予想される監視部位Ｐを照射する照明具２０と、照明光の照射方向に対して斜めとなる方向から監視部位Ｐの撮影を行うカメラ３０と、撮影した画像の画像要素の濃度差を解析する画像解析装置４０を備えて構成され、回転中の空気入りタイヤ（供試タイヤ）１０のビード部近傍の表面に発生して、表面から内側方向に拡がって行く傷Ｃを検知する。
【００２０】
この監視部位Ｐは、通常は、空気入りタイヤ１０の周方向に一周するリング状の範囲である。この監視部位Ｐの撮影においては、傷口が空気入りタイヤ１０の回転に伴って、、傷Ｃの近傍が接地すると他の位置に有る時よりも拡がるので、撮影は、空気入りタイヤ１０の接地部位１１の斜め上方からタイヤ接地部位１１の直上位置となる監視部位Ｐを撮影部位Ｐｓとして行う。これにより、目視では発見し難い空気入りタイヤ１０のリム近傍で発生する傷Ｃを傷口が大きくなる部分で検知できるようになるので、より正確に検知できる。
【００２１】
照明具２０は、電源２１から電力を供給されるハロゲンランプやＬＥＤ等の光源で構成され、また、タイヤ裏側等の狭い処を照明する場合には光ファイバーを使用してこれらの光源から照明光を得たりする。そして、撮影部位Ｐｓに対してタイヤ軸方向Ｘとなす角度αが０°〜３０°の方向から、好ましくはタイヤ軸方向Ｘと平行な方向（α＝０°）から照明光を照射できるように、空気入りタイヤ１０の軸方向に離れた位置に配置される。これにより、照射方向が、傷Ｃの奥行き方向と同じ方向になり、傷Ｃの内部に入った照明光が、カメラ３０の方向に漏れないようになる。
【００２２】
また、カメラ３０は、ＣＣＤカメラ等で形成し、撮影部位Ｐｓをより良く撮影できるように、タイヤ接地部位１１の斜め上側に配置し、空気入りタイヤ１０の接地部位１１の斜め上方からタイヤ接地部位１１の直上位置、即ち、タイヤ接地部位１１の上方の位置で、かつ、直近の位置となる監視部位Ｐを含む範囲を撮影部位Ｐｓとして、この撮影部位Ｐｓを狙って撮影する。つまり、監視部位Ｐが空気入りタイヤ１０の回転に伴って通過する撮影部位Ｐｓをカメラ３０で照明光の照射方向に対して斜めとなる方向から、好ましくは、照射方向となす角度βが２０°〜６０°となる方向から撮影する。
【００２３】
このカメラ３０は、空気入りタイヤ１０の回転方向に関して、一回の撮影ではカメラ３０の視野である撮影部位Ｐｓの位置にある監視部位Ｐの周方向の一部分のみを撮影し、複数回撮影することにより、撮影部位Ｐｓを通過する監視部位Ｐの全周分を撮影できるように構成する。通常は、解析が容易なように各回撮影の画像の端部が次回撮影の端部と重なるように高速度シャッターを使用して空気入りタイヤ１０の１回転中で連続撮影するが、空気入りタイヤ１０の回転速度が速い場合やシャッタースピードが遅い場合には、空気入りタイヤ１０の１回転中に全周を撮影できなくても、何回かの回転にわたる撮影で空気入りタイヤ１０の監視部位Ｐの全体を網羅できれば良い。
【００２４】
そして、画像解析装置４０は、カメラ３０で撮影した画像を取り込み、画像を構成する画素、又はこれらの集合からなるセグメント等で形成される画像要素の濃度を解析し、この解析において、予め設定した所定値を越える、即ち、ポジ画面では所定値より暗くなる画像要素の数が、予め設定した所定数より多くなった場合に、傷Ｃが発生したと見なし、この傷Ｃの発生をタイヤ耐久性能試験機のオペレータに音声やブザー等の聴覚的な通知、又は、警報ランプや画面表示等の視覚的な通知を行うように構成される。
【００２５】
あるいは、画像要素の濃度が所定値を越えると傷が発生していると判断する代りに、隣接する画像要素間の相対的な濃度差が所定値以上となると傷が発生していると判断するように構成してもよい。
【００２６】
このタイヤ故障検知システム１を使用したタイヤ故障検知方法は次のようにして行われる。
【００２７】
タイヤ室内耐久試験装置５０の駆動装置５１の回転軸に空気入りタイヤ（試験タイヤ）１０を装着して、この空気入りタイヤ１０を回転して走行面（回転ドラム外周面）５２を走行させて、耐久試験を始めると共に、照明具２０により、撮影部位Ｐｓに対してタイヤ軸方向Ｘとなす角度αが０°〜３０°の方向から、好ましくはタイヤ軸方向Ｘと平行な方向から照明光を照射する。
【００２８】
そして、カメラ３０で、照明光の照射方向に対して斜めとなる方向から、好ましくは、照射方向となす角度βが２０°〜６０°となる方向から撮影する。例えば、空気入りタイヤ１０の斜め上方から、好ましくは、空気入りタイヤ１０の接地部１１の直上部位の撮影部位Ｐｓを撮影する。
【００２９】
この照明角度と撮影角度により、撮影画像上で、タイヤ表面に発生し、表面から内側方向に拡がって行く傷Ｃに対応する画像要素と、傷Ｃが発生していない部分に対応する画像要素との間の濃度等のコントラストが大きくなるようにすることができる。つまり、照明の照射方向と撮影方向との関係により、傷Ｃが存在すると照明光線がカメラ３０に入射せず、傷Ｃの部分が暗く撮影される。更に、撮影した画像を解析する解析対象画面の明るさとコントラストを調整して、傷Ｃの部分だけが黒く残るように調整する。
【００３０】
この撮影においては、高速度シャッターで、例えば、１／２０，０００秒（０．０５ｍｓ）で、画像として連続的に収録する。１回の撮影では空気入りタイヤ１０の監視部位Ｐの一部分、例えば、タイヤ周方向で６０°分を撮影して解析し、複数回の連続撮影によって、空気入りタイヤ１０の監視部位Ｐの全周部分、即ち３６０°分を含むように撮影して解析する。この部分撮影と複数回の連続撮影とを組み合わせることにより、カメラ３０の狭い視野で細かく精度良く傷Ｃの検知を行うと共に、傷Ｃの発生し易い監視部位Ｐ全体の検査を行うことができる。なお、回転中の空気入りタイヤ１０の傷Ｃの発生状況は時々刻々変化するので、極短時間、例えば、７ｍｓ間隔で、撮影部位Ｐｓを撮影し、取得した画像をリアルタイムで連続して解析する。
【００３１】
そして、撮影した画像を画像解析装置４０による解析において、撮影画像を解析用の濃度差による階調画像に変換し、画像を構成する画素、又は、単数個又は隣接する複数個の画素で構成するセグメントにより、濃度差による解析に用いる画像要素を構成する。従って、これらの画像要素により撮影した画像が構成されることになる。つまり、撮影した画像をこの画像要素で分割し、各画像要素の濃度を比較する。なお、画像要素を複数の画素で構成するセグメントで画像要素を構成する場合には、この画素の平均の濃度をこの画像要素の濃度とする。
【００３２】
この濃度の絶対値や差は、照明具１０の照明強度やカメラ３０の撮影感度によって変化でき、また、撮影後の画像処理においても変化できる。そして、この濃度の絶対値や差を変化できる照明強度や撮影感度や画像処理は、予め実験を繰り返し、この実験等で把握した、傷Ｃの発生検知に十分な濃度の段階付けができるように調整して、照明、撮影及び画像解析を行う。
【００３３】
この画像解析では、照明強度や撮影感度や画像処理等により調整した濃度分布において、予め設定した所定値（所定の閾値）を越えて暗くなる画像要素の数が予め設定した所定数より多くなった場合に傷Ｃが発生したと判定する。なお、傷Ｃをより鮮明にするために、この所定値（閾値：２値化レベル）より明るい画像要素を白に置き換え、この所定値より暗い画像要素を黒に置き換える２値化処理を行ってもよい。この場合は、黒の画像要素の数が予め設定した所定数より多くなった場合に傷Ｃが発生したと判定する。
【００３４】
より具体的には、設定した対象部の画面（幅×長さ）をセグメントに分け、各セグメント毎の平均濃度を、縦または横方向に濃淡差を認識して行く。そして、そのラインの中で、所定の閾値（濃度）以上のセグメント数の個数が所定の閾値（個数）以上になったら、傷（クラック）Ｃがあると判定する。
【００３５】
また、別の検知モードとして、そのライン中で、予め定めた濃度以上の濃度になったセグメントの個数が、所定の閾値（個数）以上になったら傷Ｃがあると判定するモード、そのライン中で、予め定めた幅以上のエッジがあったら傷Ｃがあると判定するモード、及び、文字等の画像解析ノイズを除去するために、傷Ｃが有るあるいは有るらしいと判定されたライン数が所定の閾値（ライン数）以上になった時に傷があると判定するモード等を、使用することができる。
【００３６】
これらのモードは単独でも、また、幾つかを組み合わせて行うこともできるように構成され、実際の現場に合わせて、適宜選択される。
【００３７】
この傷Ｃの発生の判定が下された場合に、音声やブザー等や画面表示等で傷の発生をオペレータに通知する。これにより、傷が発生した初期段階で故障発生を知って試験を終了させることができる。従って、タイヤ室内耐久試験装置５０のオペレータが、定期的に試験を中断させて、目視で傷の発生を確認する必要がなくなり、故障解析の精度を向上できる。
【実施例】
【００３８】
実施例として、２６５／７０Ｒ１６の供試タイヤに対して、本発明のタイヤ故障検知方法及びタイヤ故障検知システムを使用して、空気入りタイヤの傷の発生状態を検出した。この試験では、１８２３ｋｍ走行し、正面からの照射でカメラには、株式会社キーエンスの「ＣＶ−２０００」等の超高速デジタル画像センサ（ＣＣＤカメラ）を使用し、シャッター速度１／２０，０００秒（０．０５ｍｓ）、判断所要時間７ｍｓ、１４２枚／秒、セグメント内の画素数１２×１２の画素、濃淡差６７階調で撮影し、図２及び図３に示す結果を得た。
【００３９】
図２は走行速度５０ｋｍ／ｈであり、図３は走行速度１００ｋｍ／ｈである。いずれも、撮影画面に、タイヤ表面に発生し表面から内側に拡がって行く傷が鮮明に黒く写っており、本発明の照明方向と撮影方向を組み合わせることにより、非常に鮮明に傷を捉えることができることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態のタイヤ故障検知システムの構成図である。
【図２】本発明の実施の形態の照明具とカメラの位置関係を模式的に示す図である。
【図３】実施例で、５０ｋｍ／ｈ走行時に連続撮影した撮影画像の図である。
【図４】実施例で、１００ｋｍ／ｈ走行時に連続撮影した撮影画像の図である。
【符号の説明】
【００４１】
１    タイヤ故障検知システム
１０    空気入りタイヤ
１１    接地部  
２０    照明具
３０    カメラ
４０    画像解析装置
５０    タイヤ室内耐久試験装置
Ｃ    傷（クラック）
Ｐ    監視部位
Ｐｓ  撮影部位
Ｘ    タイヤ軸方向
【図１】
2005164254.tif 000003
【図２】
2005164254.tif 000004
【図３】
2005164254.tif 000005
【図４】
2005164254.tif 000006