(57)【要約】【課題】タイヤ、ホース、コンベアベルトおよび防舷材などのゴム製品等の歪、特に、３次元的な歪を容易に測定することができる歪測定装置および歪測定方法を提供する。【解決手段】本発明の歪測定装置は、平面形状のマーカーを測定対象物に設け、マーカーとともに測定対象物を撮影する撮影部と、測定対象物の３次元形状データを得る３次元形状測定部と、撮影画像のマーカーの各位置の２次元位置データを算出する画像処理部と、測定対象物の３次元形状データおよびマーカーの２次元位置データを対応付けるデータ処理部と、マーカーの変形前の２次元位置データに対応付けられた測定対象物の変形前の３次元形状データ、およびマーカーの変形後の２次元位置データに対応付けられた測定対象物の変形後の３次元形状データを用いて測定対象物の歪を算出する歪測定部とを有する。マーカーは測定対象物に対して色度、彩度および明度のいずれかが異なる。【選択図】図１
2007263611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物の変形に伴い発生する歪を測定する歪測定装置であって、
平面形状のマーカーを前記測定対象物に設け、前記マーカーとともに前記測定対象物を撮影する撮影部と、
前記測定対象物の３次元形状を測定し、３次元形状データを得る３次元形状測定部と、
前記撮影部による撮影画像のマーカーの各位置の２次元位置データを算出する画像処理部と、
前記測定対象物の３次元形状データ、および前記マーカーの２次元位置データを対応付けるデータ処理部と、
前記マーカーの変形前の２次元位置データに対応付けられた前記測定対象物の変形前の３次元形状データ、および前記マーカーの変形後の２次元位置データに対応付けられた前記測定対象物の変形後の３次元形状データを用いて前記測定対象物の歪を算出する歪測定部とを有し、
前記マーカーは、前記測定対象物に対して、色度、彩度および明度のいずれかが異なるものであることを特徴とする歪測定装置。
【請求項２】
前記マーカーは、前記測定対象物に対して、色度、彩度および明度のいずれかが異なるものによりフィルムに形成されており、前記フィルムが、前記測定対象物に貼り付けられて前記測定対象物に設けられるものである請求項１に記載の歪測定装置。
【請求項３】
前記マーカーは、前記測定対象物に対して、色度、彩度および明度のいずれかが異なるインクにより、前記測定対象物に直接形成されるものである請求項１に記載の歪測定装置。
【請求項４】
前記マーカーは、正方格子状のパターンを有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の歪測定装置。
【請求項５】
前記測定対象物は、ゴム製品である請求項１〜４のいずれかに記載の歪測定装置。
【請求項６】
前記ゴム製品は、タイヤである請求項５に記載の歪測定装置。
【請求項７】
測定対象物の変形に伴い発生する歪を測定する歪測定方法であって、
平面形状のマーカーが設けられた測定対象物を変形前に前記マーカーとともに撮影するとともに、前記測定対象物の変形前の３次元形状を測定する工程と、
前記マーカーが設けられた測定対象物を変形後に前記マーカーとともに撮影するとともに、前記測定対象物の変形後の３次元形状を測定する工程と、
前記測定対象物の変形前の３次元形状の３次元形状データ、および前記測定対象物の変形前の前記マーカーの各位置の２次元位置データを得、前記マーカーの２次元位置データおよび前記測定対象物の変形前の３次元形状データを対応付ける工程と、
前記測定対象物の変形後の３次元形状の３次元形状データ、および前記測定対象物の変形後の前記マーカーの各位置の２次元位置データを得、前記マーカーの２次元位置データおよび前記測定対象物の変形後の３次元形状データを対応付ける工程と、
前記マーカーの変形前の２次元位置データに対応付けられた前記測定対象物の変形前の３次元形状データ、および前記マーカーの変形後の２次元位置データに対応付けられた前記測定対象物の変形後の３次元形状データを用いて前記測定対象物の歪を算出する工程とを有することを特徴とする歪測定方法。
【請求項８】
前記測定対象物は、ゴム製品である請求項７に記載の歪測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤ、コンベアベルト、ホース、または防舷材などのゴム製品等の変形に伴う歪を測定する歪測定装置および歪測定方法に関し、特に、タイヤ、コンベアベルト、ホース、または防舷材などのゴム製品等の３次元的な歪を容易に測定することができる歪測定装置および歪測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タイヤ、ホース、コンベアベルト、および防舷材などゴム製品においては、表面歪を高い分解能で測定することにより、故障の原因、または耐久性の向上などの設計要因を正確に知ることができる。このため、従来、ゴム製品の表面歪を測定する方法としては、測定対象物の表面に基準標識を記入し、この基準標識の変形前後の位置を測定し、表面歪を求めていた。このような表面歪の測定方法が種々提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に開示された表面歪測定方法においては、表面ひずみ測定用シートを適当な大きさに切断してから、測定対象ゴム製品であるタイヤのサイドウォール表面に貼り付ける。そして、表面ひずみ測定用シートの格子を着色し、表面ひずみ測定用シートの格子を、紙または透明なＯＨＰシート等の被記録媒体へ転写する。これにより、サイドウォールの変形前における格子パターンを得る。
次に、タイヤへ荷重を作用させてサイドウォール表面を変形させて、表面ひずみ測定用シートの格子を着色し、この格子を、紙または透明なＯＨＰシート等の被記録媒体へ転写する。これにより、サイドウォールの変形後における格子パターンを得る。このようにして、特許文献１の表面歪測定方法においては、サイドウォールの変形前の格子パターンおよびサイドウォールの変形後の格子パターンを取得する。これらの格子パターンについて、格子の座標を求め、これらの座標に基づいて測定対象ゴム製品の表面ひずみを計算する。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３１７３１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された表面歪測定方法においては、表面歪を測定することはできるものの、３次元的な歪を測定することができないという問題点がある。このため、例えば、タイヤについて、インフレート前後の歪を測定した場合、歪を十分な精度で測定することができないという問題点がある。
【０００６】
本発明の目的は、前記従来技術の問題点を解決することにあり、タイヤ、ホース、コンベアベルト、および防舷材などのゴム製品等の歪、特に、３次元的な歪を容易に測定することができる歪測定装置および歪測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、測定対象物の変形に伴い発生する歪を測定する歪測定装置であって、平面形状のマーカーを前記測定対象物に設け、前記マーカーとともに前記測定対象物を撮影する撮影部と、前記測定対象物の３次元形状を測定し、３次元形状データを得る３次元形状測定部と、前記撮影部による撮影画像のマーカーの各位置の２次元位置データを算出する画像処理部と、前記測定対象物の３次元形状データ、および前記マーカーの２次元位置データを対応付けるデータ処理部と、前記マーカーの変形前の２次元位置データに対応付けられた前記測定対象物の変形前の３次元形状データ、および前記マーカーの変形後の２次元位置データに対応付けられた前記測定対象物の変形後の３次元形状データを用いて前記測定対象物の歪を算出する歪測定部とを有し、前記マーカーは、前記測定対象物に対して、色度、彩度および明度のいずれかが異なるものであることを特徴とする歪測定装置を提供するものである。
【０００８】
本発明においては、前記マーカーは、前記測定対象物に対して、色度、彩度および明度のいずれかが異なるものによりフィルムに形成されており、前記フィルムが、前記測定対象物に貼り付けられて前記測定対象物に設けられるものであることが好ましい。
また、本発明においては、前記マーカーは、前記測定対象物に対して、色度、彩度および明度のいずれかが異なるインクにより、前記測定対象物に直接形成されるものであることが好ましい。
さらに、本発明においては、前記マーカーは、正方格子状のパターンを有することが好ましい。
【０００９】
さらにまた、本発明においては、前記測定対象物は、例えば、タイヤ、コンベアベルト、ホース、または防舷材などのゴム製品である。
【００１０】
また、本発明の第２の態様は、測定対象物の変形に伴い発生する歪を測定する歪測定方法であって、平面形状のマーカーが設けられた測定対象物を変形前に前記マーカーとともに撮影するとともに、前記測定対象物の変形前の３次元形状を測定する工程と、前記マーカーが設けられた測定対象物を変形後に前記マーカーとともに撮影するとともに、前記測定対象物の変形後の３次元形状を測定する工程と、前記測定対象物の変形前の３次元形状の３次元形状データ、および前記測定対象物の変形前の前記マーカーの各位置の２次元位置データを得、前記マーカーの２次元位置データおよび前記測定対象物の変形前の３次元形状データを対応付ける工程と、前記測定対象物の変形後の３次元形状の３次元形状データ、および前記測定対象物の変形後の前記マーカーの各位置の２次元位置データを得、前記マーカーの２次元位置データおよび前記測定対象物の変形後の３次元形状データを対応付ける工程と、前記マーカーの変形前の２次元位置データに対応付けられた前記測定対象物の変形前の３次元形状データ、および前記マーカーの変形後の２次元位置データに対応付けられた前記測定対象物の変形後の３次元形状データを用いて前記測定対象物の歪を算出する工程とを有することを特徴とする歪測定方法を提供するものである。
【００１１】
本発明においては、前記測定対象物は、例えば、タイヤ、コンベアベルト、ホース、または防舷材などのゴム製品である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の歪測定装置および歪測定方法によれば、マーカーが設けられた測定対象物の変形前後を撮影し、さらに、マーカーが設けられた測定対象物の変形前後の３次元形状を測定して、測定対象物の変形前後におけるマーカーの各位置の２次元位置データを得、マーカーの変形前の２次元位置データに対応付けられた測定対象物の変形前の３次元形状データ、およびマーカーの変形後の２次元位置データに対応付けられた測定対象物の変形後の３次元形状データを用いて変形後の測定対象物の３次元的な歪を算出することにより、測定対象物の３次元的な歪を容易に測定することができる。このため、本発明の歪測定装置および歪測定方法によれば、例えば、タイヤ、コンベアベルト、ホース、または防舷材などのゴム製品等の３次元的な歪を容易に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の歪測定装置および歪測定方法を詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る歪測定装置を示す模式図である。図２は、図１に示す歪測定装置の光源部を示す模式図である。図３は、図１に示す歪測定装置の３次元測定部を示す模式図である。
【００１４】
図１に示すように、歪測定装置１０は、測定対象物１００の表面１０２の３次元形状を測定する機能を供え、光源部１２、３次元測定部１４、歪測定部１６、制御部１８、入力部１８ａ、および表示部１８ｂを有するものである。
【００１５】
ここで、本発明においては、測定対象物１００の表面１０２には、歪を測定するためのマーカー１０４が設けられている。
このマーカー１０４は、平面状のものであり、３次元形状を測定した際に、表面１０２に凹凸が生じるようなことがなく、表面１０２の形状に影響を与えるものではない。また、マーカー１０４は、測定対象物１００に対して、色度、彩度および明度のいずれかが異なるものである。
【００１６】
なお、マーカー１０４は、そのパターンは、特に限定されるものではなく、丸、三角または四角などの形状を呈するマークが等間隔で離散して配置されたものでもよい。さらには、マーカー１０４は、正方格子状のパターンまたは斜格子状のパターンであってもよい。
さらに、マーカー１０４は、色度、彩度および明度のいずれかが異なるインクなど用いてマークまたはパターンがフィルムに形成され、このフィルムを測定対象物に貼り付けて、測定対象物に形成されたものでもよい。
また、マーカー１０４は、測定対象物に対して色度、彩度および明度のいずれかが異なるインクを用い、所定のパターンのマスクを用いて塗装して測定対象物１００に形成されたものでもよい。さらには、マーカー１０４は、インクジェット記録方式の記録装置を用いて測定対象物１００に形成されたものでもよく、また、印刷などにより、測定対象物１００に形成されたものでもよい。
【００１７】
図２に示すように、光源部１２は、レーザーダイオード２０、投光レンズ系２２、ガルバノミラー２４およびドライバ２６を有する。レーザーダイオード２０は、レーザ光を出射する光源であり、このレーザーダイオード２０はドライバ２６に接続されている。
【００１８】
投光レンズ系２２は、レーザーダイオード２０から出射されたレーザ光をガルバノミラー２４に所定のスリット幅で照射させるものである。
ガルバノミラー２４は、投光レンズ系２２によりスリット光に形成されたレーザーダイオード２０からのレーザ光を、測定対象物１００の表面１０２に走査するものである。このガルバノミラー２４には、スリット光を偏向するための走査機構（図示せず）が設けられている。この走査機構がドライバ２６に接続されている。
ドライバ２６は、レーザーダイオード２０およびガルバノミラー２４の走査機構（図示せず）を駆動するものである。このドライバ２６は、制御部１８に接続されており、制御部１８により、ドライバ２６を介して、レーザーダイオード２０の点灯、およびガルバノミラー２４の走査、すなわち、スリット光（走査光）の走査が制御される。
【００１９】
また、図３に示すように、３次元測定部１４は、光源部１２から出射されたスリット光の反射光を受光し、解析を行い、測定対象物の３次元形状を測定し、測定対象物の３次元データを得るものである。この３次元測定部１４は、スリット光の反射光の入射側から、レンズ３０、ＣＣＤ素子３２、Ａ／Ｄ変換器３４、ＦＩＦＯ３６および画像処理部３８の順に設けられており、さらに画像処理部３８にフレームメモリ３９に接続されている。
【００２０】
レンズ３０は、スリット光をＣＣＤ素子３２に入射させるものである。また、レンズ３０には、ズーム機構（図示せず）および焦点調整機能（図示せず）が設けられている。ズーム機構および焦点調整機能は制御部１８に接続されており、この制御部１８によりズーム機構および焦点調整機能の動作が制御される。このため、測定対象物との距離が変わっても、ＣＣＤ素子３２に対して適正な位置で結像させることができ、適正な画像を得ることができる。
また、本実施形態においては、３次元測定部１４から測定対象物１００までの距離が正確に測定されるため、距離の測定結果に基づいて、制御部１８によりズーム機構および焦点調整機能を制御することにより、ＣＣＤ素子３２に対して適正な位置で結像させることができ、適正な画像を得ることができる。
ＣＣＤ素子３２は、測定対象物を撮像する撮影部の機能を果たすとともに、測定対象物１００の３次元的な位置を特定するための距離測定センサとしての機能を果たすものである。
【００２１】
Ａ／Ｄ変換器３４は、ＣＣＤ素子３２の出力信号をデジタル信号に変換するものである。
ＦＩＦＯ３６は、ＣＣＤ素子３２により得られたデジタル信号を順番に画像処理部３８に供給するものである。
【００２２】
画像処理部３８は、スリット光の反射光に基づく、測定対象物の３次元形状データ（３次元測定座標）を得るとともに、ＣＣＤ素子３２により得られた測定対象物の撮像画像に基づく、マーカーの２次元位置データ（２次元位置座標）を得るものである。
【００２３】
また、画像処理部３８において、ＣＣＤ素子の画像信号から３次元形状データを生成する処理方法としては、周知の光切断法のアルゴリズムが用いられる。この光切断法は、スリット光を測定対象物１００に照射し、測定対象物１００の表面１０２で曲がった帯状の反射光をＣＣＤ素子３２で撮影し、画像における結像位置から３次元形状データを求める方法である。このとき、３次元形状データを求める演算は、三角測量の原理に基づいて行われる。
【００２４】
また、画像処理部３８は、ＣＣＤ素子３２により得られた測定対象物の撮像画像に対して、例えば、エッジ検出により、マーカーを抽出する。そして、抽出した各マーカーの位置を表す２次元位置座標を求める。なお、このとき、測定対象物１００までの距離が正確に測定されているため、各マーカーの位置を表す３次元位置座標を求めることもできる。
【００２５】
フレームメモリ３９は、画像処理部３８で生成された測定対象物の３次元形状データ（３次元測定座標）、およびマーカーの２次元位置データ（２次元位置座標）が逐次書き込まれ、必要に応じて画像処理部３８に呼び出されるものである。
また、画像処理部３８は、歪測定部１６に接続されている。この画像処理部３８で生成された測定対象物の３次元形状データ（３次元測定座標）、およびマーカーの２次元位置データ（３次元位置座標）が、歪測定部１６のデータ処理部１６ａに出力される。
【００２６】
また、図１に示すように、歪測定部１６は、測定対象物の３次元的な歪を算出するものであり、データ処理部１６ａ、および歪算出部１６ｂを有する。
【００２７】
データ処理部１６ａは、画像処理部３８で生成された測定対象物の３次元形状データ（３次元測定座標）と、マーカーの２次元位置データ（２次元位置座標）とを対応付けるものである。この対応付けとしては、例えば、測定対象物の３次元形状データ（３次元測定座標）と、マーカーの２次元位置データ（２次元位置座標）とを同じ座標系に変換するものである。このデータ処理部１６ａにより、測定対象物１００の３次元形状データに、ＣＣＤ素子３２で撮像して得られたマーカーの２次元位置データを正確に合わせることができ、マーカーを測定対象物に対して正確な位置に配置させることができる。
これにより、変形前後のマーカーの２次元位置座標を測定対象物に対して正確に合わせることができ、変形前のマーカーと変形後のマーカーとの対応関係から歪を正確に求めることができる。
また、測定対象物１００までの距離が正確に測定されているため、各マーカーの位置を表す３次元位置座標を求めることができるため、画像処理部３８で生成された測定対象物の３次元形状データ（３次元測定座標）と、マーカーの３次元位置データ（３次元位置座標）とを対応付けて、変形前のマーカーと変形後のマーカーとの対応関係から３次元的な歪を正確に求めることができる。
【００２８】
なお、画像処理部３８で生成された測定対象物の３次元形状データ（３次元測定座標）と、マーカーの２次元位置データ（２次元位置座標）とを対応付けるものである。この対応付けは、特に限定されるものではなく、測定対象物の３次元形状データ、およびマーカーの２次元位置データを、いずれとも異なる座標系の値に変換して対応させてもよい。
【００２９】
ここで、本実施形態においては、ＣＣＤ素子３２が距離を測定するためのセンサと、測定対象物を撮影する撮像素子とを兼ねるものであるため、ＣＣＤ素子３２の各画素が、測定対象物の各測定点と対応する。このことから、ＣＣＤ素子３２により撮像された撮像画像における各画素について３次元位置座標が測定されていることになる。このため、測定対象物に設けられたマーカーを抽出し、そのマーカーの位置を示す２次元位置データ（２次元位置座標）を求め、このマーカーの２次元位置座標を測定対象物に合わせ込むことにより、測定対象物１００の表面１０２に、マーカーを正確に配置することができる。
この場合、測定対象物の３次元形状の測定条件と、測定対象物の撮影条件とは必ずしも一致するものではないため、データ処理部１６ａにおいては、測定対象物の撮影条件と、測定対象物の３次元形状の測定条件とにおける撮影倍率、画角などの違い（レンズ３０の位置の違い）などに基づいて、測定対象物の３次元形状の３次元形状データと、マーカーの交点の２次元位置座標とを対応付ける。
【００３０】
例えば、データ処理部１６ａにおいては、予め、種々の撮影条件において得られたマーカーの２次元位置データと、３次元測定部１４ａについて種々の測定条件において得られた測定対象物の３次元形状データとの関係を調べ、マーカーの２次元位置データと測定対象物の３次元形状データとの変換式を備えている。データ処理部１６ａにおいては、この変換式を用いて、測定対象物の３次元形状の３次元形状データと、マーカーの交点の２次元位置座標とを対応付ける。これにより、マーカーの２次元位置座標を３次元形状データに正確に合わせ込むことができる。
【００３１】
歪算出部１６ｂは、測定対象物の変形前後における各マーカーの位置の変化に基づいて、歪を算出するものである。また、この歪算出部１６ｂは、測定対象物１００の歪の分布ならびに変形量および変形量の分布を算出することもできる。
【００３２】
制御部１８は、光源部１２、３次元測定部１４および歪測定部１６に接続されており、これらの各光源部１２、３次元測定部１４および歪測定部１６の各機器の動作を制御するものである。この制御部１８は、駆動タイミングを合わせるためのクロックジェネレータ（図示せず）を備えている。
【００３３】
また、制御部１８には、入力部１８ａおよび表示部１８ｂが接続されており、例えば、オペレータが表示部１８ｂを見ながら、入力部１８ａから指示入力がなされる。
入力部１８ａは、マウスおよびキーボードなどの入力機器である。
また、表示部１８ｂは、測定対象物の３次元形状データを用いて再現される３次元形状、およびＣＣＤ素子３２により撮像された撮像画像などを表示するものである。また、各種処理のための入力画面を表示するものでもある。
【００３４】
本実施形態の歪測定装置１０においては、オペレータの入力部１８ａから指示入力により、制御部１８が測定開始のトリガー信号を生成し、クロックジェネレータを起動してクロック信号を生成する。このクロック信号は、ＣＣＤ素子３２、Ａ／Ｄ変換器３４、ＦＩＦＯ３６および画像処理部３８に供給される。
一方、制御部１８は、トリガー信号をドライバ２６に出力し、このドライバ２６がレーザ光照射の信号を生成し、レーザーダイオード２０に供給し、レーザーダイオード２０がレーザ光を出射する。次に、投光レンズ系２２を介してレーザ光をスリット光とし、このレーザ光の照射の信号に合わせて、ガルバノミラー２４を走査駆動機構により走査させて、測定対象物１００の表面１０２をスリット状のレーザ光を走査する。また、ＣＣＤ素子３２は、測定対象物１００をマーカー１０４とともに撮像する。
【００３５】
また、本実施形態の歪測定装置１０においては、３次元測定部１４のＣＣＤ素子３２を、測定対象物に設けたマーカーの撮像、および３次元形状測定のセンサとして用い、さらに画像処理部３８において、マーカーの２次元位置座標を求め、更には、歪測定部１６のデータ処理部１６ａで、ＣＣＤ素子３２で撮像して得られたマーカーの２次元位置座標と、測定対象物１００の３次元形状データとを対応付けた場合、測定対象物に対してマーカーを正確な位置に配置させることができる。このため、変形前後のマーカーの位置を測定対象物に対して正確な位置とすることができ、変形前のマーカーと変形後のマーカーとの対応関係から歪を正確に求めることができる。しかも、測定対象物までの距離も測定しているため、測定対象物の歪を３次元で求めることができる。
なお、このような歪測定装置１０としては、例えば、光切断方法を用いた非接触３次元デジタイザＶＩＶＩＤ９ｉ（（株）コニカ  ミノルタ社製）を用いることができる。
【００３６】
次に、本実施形態の歪測定装置１０を用いた歪測定方法について、ゴムなどの弾性体からなる角柱の歪を例にして説明する。
図４（ａ）は、弾性体からなる角柱を示す斜視図であり、（ｂ）は、図４（ａ）の角柱に圧縮荷重を作用させて、変形させた状態を示す斜視図である。
また、図５（ａ）は、図４（ａ）に示す角柱の側面図であり、（ｂ）は、図４（ｂ）に示す角柱の側面図である。
【００３７】
図４（ａ）に示す角柱４０は、側面４０ａに格子パターンのマーカー４２が形成されている。このマーカー４２は、色度、彩度および明度のいずれかが異なるインクなどによりフィルムに、正方格子状のパターンが印刷され、このフィルムが角柱４０の側面４０ａに貼り付けられて設けられたものである。
【００３８】
本実施形態の歪測定方法においては、先ず、角柱４０の側面４０ａについて、３次元測定部１４で３次元形状の測定を行う。
また、角柱４０の側面４０ａが３次元測定部１４のＣＣＤ素子３２により、側面４０ａがマーカー４２とともに撮像される。
次に、３次元測定部１４の画像処理部３８において、角柱４０の側面４０ａの３次元形状の３次元形状データが得られる。
また、ＣＣＤ素子３２の撮像画像について、画像処理部３８において、例えば、エッジ検出を用いて、マーカー４２の抽出を行う。そして格子パターンの交点を求める。次に、画像解析部３８により、撮影画像におけるマーカー４２の交点の２次元位置座標を求める。
【００３９】
次に、角柱４０の側面４０ａの３次元形状の３次元形状データ、およびマーカー４２の交点の２次元位置座標をフレームメモリ３９に記憶させる。
次に、角柱４０の側面４０ａの３次元形状の３次元形状データ、およびマーカー４２の交点の２次元位置座標を歪測定部１６のデータ処理部１６ａに出力し、角柱４０の側面４０ａの３次元形状の３次元形状データ、およびマーカー４２の変形前の交点の２次元位置座標を対応付け、マーカー４２の交点の２次元位置座標を、変形前の側面４０ａの３次元形状データにおける正確な位置に合わせる。
このとき、測定対象物の撮影条件と、測定対象物の３次元形状の測定条件とにおける撮影倍率、画角などの違い（レンズ３０の位置の違い）などに基づいて、角柱４０の側面４０ａの３次元形状の３次元形状データにマーカー４２の変形前の交点の２次元位置座標が対応付けられる。
【００４０】
次に、図４（ｂ）に示すように、角柱４０に圧縮荷重Ｆをかけて、圧縮荷重Ｆ方向と直交する方向に側面４０ａを変位量δだけ変形させた。このとき、角柱４０の側面４０ａについて、変形前と同様に３次元形状測定を行う。
角柱４０の側面４０ａについて、３次元測定部１４で３次元形状の測定が行われ、３次元測定部１４の画像処理部３８において、変形後の角柱４０の側面４０ａの３次元形状の３次元形状データが得られる。このとき、側面４０ａは、圧縮荷重Ｆ方向に対して直交する方向に変位量δだけ、変位しており、この変位量δが３次元形状の３次元形状データに反映されている。
【００４１】
また、３次元測定部１４のＣＣＤ素子３２により、マーカー４２ａとともに撮影された側面４０ａの撮像画像について、画像処理部３８において、例えば、エッジ検出を用いて、マーカー４２ａの抽出を行う。そして格子パターンの交点を求める。次に、画像解析部３８により、撮影画像におけるマーカー４２ａの交点の２次元位置座標を求める。
【００４２】
次に、変形後の角柱４０の側面４０ａの３次元形状の３次元形状データ、およびマーカー４２ａの交点の２次元位置座標を歪測定部１６のデータ処理部１６ａに出力し、データ処理部１６ａにおいては、測定対象物の撮影条件と、測定対象物の３次元形状の測定条件とにおける撮影倍率、画角などの違い（レンズ３０の位置の違い）などに基づいて、変形後の角柱４０の側面４０ａの３次元形状の３次元形状データ、およびマーカー４２ａの交点の２次元位置座標を対応付け、マーカー４２の交点の２次元位置座標を変形後の側面４０ａの３次元形状データにおける正確な位置に合わせる。
【００４３】
次に、歪測定部１６の歪算出部１６ｂにおいて、変形前のマーカー４２の交点の対応付けられた３次元位置座標と、変形前のマーカー４２に対応する変形後のマーカー４２ａの交点の対応付けられた３次元位置座標とを比較し、３次元的な歪を算出する。また、歪以外にも変形量を求めることができるため、変形量状態の分布などを得ることもできる。この場合、マーカー４２の交点（３次元位置座標）に対して、識別番号を付しておくことにより、変形後のマーカー４２ａの交点（３次元位置座標）に対応させることができる。
【００４４】
図５（ａ）に示すように、変形前のマーカー４２の交点において、正方形の角となる交点にＰ１〜Ｐ４の識別番号を付ける。図５（ｂ）に示すように、変形後のマーカー４２ａにおいては、各交点Ｐ１〜Ｐ４を結んだ場合、歪んだ正方形となる。このとき、交点Ｐ１〜Ｐ４については、３次元計測により、変形前後において正確な３次元位置座標が得られているため、本実施形態の歪測定方法においては、３次元的な歪を正確に求めることができる。
【００４５】
なお、歪の算出結果は、制御部１８に出力される。制御部１８により、表示部１８ｂに歪の結果を数値として表示させる。また、制御部１８により、表示部１８ｂに歪の結果を線画でコンターマップとして表示させることもでき、更には、制御部１８により、表示部１８ｂに歪のレベルに応じて色などを変えて表示させるようにしてもよい。
【００４６】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図６は、本発明の第２の実施形態に係る歪測定装置を示す模式図であり、図７は、図６に示す歪測定装置の撮影部を示す模式図である。
なお、図１〜図３に示す本発明の第１の実施形態に係る歪測定装置１０と同一構成物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４７】
本実施形態の歪測定装置５０は、第１の実施形態の歪測定装置１０（図１参照）に比して、撮影部５２が設けられており、さらに３次元測定部１４ａにおいて、ＣＣＤ素子３２が測定対象物を撮像しないとともに、画像処理部３８がＣＣＤ素子３２により撮像された画像からマーカーの２次元位置座標を求めるものではない点、および歪測定部１６のデータ処理部１６ａのデータ処理が相違する点が異なり、それ以外の構成は、第１の実施形態の歪測定装置１０と同様の構成であるため、その詳細な説明は省略する。
【００４８】
本実施形態の歪測定装置５０において、撮影部５２は、２つの撮影ユニットにより、２方向から測定対象物１００の測定領域を撮影し、マーカー１０４の３次元位置データを得るものである。
この撮影部５２は、図７に示すように、２つのレンズ６０ａ、６０ｂ、２つのＣＣＤ素子６２ａ，６２ｂ、２つのＡ／Ｄ変換器６４ａ、６４ｂおよび画像処理部６６を有する。各Ａ／Ｄ変換器６４ａ、６４ｂが画像処理部６６に接続されている。
また、レンズ６０ａ、ＣＣＤ素子６２ａ、Ａ／Ｄ変換器６４ａが１つの撮影ユニットを構成し、レンズ６０ｂ、ＣＣＤ素子６２ｂ、Ａ／Ｄ変換器６４ｂが残る１つの撮影ユニットを構成する。
また、受光側からレンズ６０ａ、６０ｂ、ＣＣＤ素子６２ａ，６２ｂ、Ａ／Ｄ変換器６４ａ、６４ｂおよび画像処理部６６の順で配置されている。
【００４９】
レンズ６０ａは、ＣＣＤ素子６２ａに光を結像させるものである。また、レンズ６０ａには、ズーム機構（図示せず）および焦点調整機能（図示せず）が設けられている。ズーム機構および焦点調整機能は、制御部１８に接続されており、この制御部１８によりズーム機構および焦点調整機能の動作が制御される。このため、測定対象物との距離が変わっても、ＣＣＤ素子６２ａに対して適正な位置で結像させることができ、適正な画像を得ることができる。
また、制御部１８においては、光源部１２、３次元測定部１４ａおよび撮影部５２の幾何学的な配置関係が記憶されている。
【００５０】
ＣＣＤ素子６２ａは、測定対象物を撮像するものである。
Ａ／Ｄ変換器６４ａは、ＣＣＤ素子６２ａの出力信号をデジタル信号に変換するものである。
なお、レンズ６０ｂ、ＣＣＤ素子６２ｂ、およびＡ／Ｄ変換器６４ｂは、レンズ６０ａ、ＣＣＤ素子６２ａ、およびＡ／Ｄ変換器６４ａと同じ構成であるため、その詳細な説明は省略する。
【００５１】
画像処理部６６は、ＣＣＤ素子６２ａ、６２ｂにより得られた測定対象物を２方向から撮影した２つの撮像画像を用い、三角測量の原理に基づく公知の写真測量法（ステレオ法）により、マーカーの３次元位置データ（３次元位置座標）を得るものである。
また、画像処理部６６において、ＣＣＤ素子６２により得られた測定対象物の撮像画像に対して、例えば、エッジ検出により、マーカーを抽出する。そして、抽出した各マーカーの位置を示す３次元位置座標を、２つの撮影画像を用いた公知の写真測量法（ステレオ法）により求める。また、画像処理部６６は歪測定部１６のデータ処理部１６ａに接続されている。そして、マーカーの３次元位置座標を歪測定部１６のデータ処理部１６ａに出力する。
【００５２】
本実施形態においては、ＣＣＤ素子３２が距離を測定するためのセンサと、測定対象物を撮影する撮像素子とを兼ねるものではなく、ＣＣＤ素子３２の各画素が測定対象物の各測定点と対応していない。このことから、撮影部５２で得られたマーカーの２次元位置データと、３次元測定部１４ａで得られた測定対象物１００の３次元形状データとは、必ずしも一致するものではない。このため、データ処理部１６ａにおいては、予め、撮影部５２について種々の撮影条件において得られたマーカーの３次元位置データと、３次元測定部１４ａについて種々の測定条件において得られた測定対象物の３次元形状データとの関係を調べ、マーカーの３次元位置データと測定対象物の３次元形状データとの変換式を備えている。データ処理部１６ａにおいては、この変換式を用いて、測定対象物の３次元形状の３次元形状データと、マーカーの交点の３次元位置座標とを対応付ける。これにより、マーカーの３次元位置座標を３次元形状データに正確に合わせ込むことができる。
【００５３】
次に、本実施形態の歪測定装置５０を用いた歪測定方法について、第１の実施形態と同様に、角柱４０（図４（ａ）および（ｂ）ならびに図５（ａ）および（ｂ）参照）を用いて説明する。
本実施形態の歪測定装置５０を用いた歪測定方法は、第１の実施形態の歪測定装置１０を用いた歪測定方法に比して、３次元測定部１４ａにおいて、マーカーの２次元位置座標を求めずに撮影部５２によりマーカーの３次元位置座標を求める点、およびデータ処理部１６ａにおいて、測定対象物の３次元形状データと、マーカーの３次元位置データとを対応付ける点が異なり、それ以外の歪測定方法は、第１の実施形態の歪測定装置１０を用いた歪測定方法と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
【００５４】
本実施形態の歪測定装置５０を用いた歪測定方法においては、先ず、変形前の角柱４０に対して、光源部１２からスリット光を角柱４０の表面４０ａに照射し、その反射光を３次元測定部１４で解析し、角柱４０の３次元形状データを得る。
このとき、撮影部５２においても、角柱４０の表面４０ａを２方向から撮像し、２つの撮像画像を得る。この撮影部５２において、２つの撮像画像に対して、公知の写真測量法により、変形前のマーカーの３次元位置座標を求める。
【００５５】
次に、歪測定部１６のデータ処理部１６ａにおいては、測定対象物の撮影条件と、測定対象物の３次元形状の測定条件とにおける撮影倍率、画角などの違い（レンズ３０の位置の違い）などに基づいて、変形前の３次元形状データとマーカーの３次元位置座標とを対応付け、変形前の角柱４０の表面４０ａの３次元形状データにマーカー４２の３次元位置座標を正確に合わせる。
【００５６】
次に、変形後の角柱４０に対して、光源部１２からスリット光を角柱４０の表面４０ａに照射し、３次元測定部１４で角柱４０の表面４０ａの３次元形状データを得る。このとき、撮影部５２においても、変形後の角柱４０の表面４０ａに対して２方向から撮影された２つの撮影画像を用い、公知の写真測量法により、変形後のマーカーの３次元位置座標を求める。
【００５７】
次に、歪測定部１６のデータ処理部１６ａにおいては、測定対象物の撮影条件と、測定対象物の３次元形状の測定条件とにおける撮影倍率、画角などの違い（レンズ３０の位置の違い）などに基づいて、変形後の３次元形状データとマーカーの３次元位置座標とを対応付け、変形後の角柱４０の表面４０ａの３次元形状データにマーカーの３次元位置座標を正確に合わせる。
【００５８】
次に、歪測定部１６の歪算出部１６ｂにおいて、変形前後のマーカーの３次元位置座標から、歪を算出する。このようにして、本実施形態の歪測定装置５０を用いた歪測定方法においても、変形後の角柱４０の表面４０ａの歪を算出することができる。なお、本実施形態の歪測定装置５０においても、歪以外にも、歪の分布ならびに変形量および変形量の分布を算出することができる。
このように、本実施形態の歪測定装置５０およびこれを用いた歪測定方法においても、第１の実施形態の歪測定装置１０およびこれを用いた歪測定方法と同様の効果を得ることができる。
【００５９】
次に、本発明の第１の実施形態の歪測定装置１０を用いたタイヤ表面の歪測定装置（以下、タイヤ歪測定装置という）について説明する。
図８は、本発明の第１の実施形態の歪測定装置を備えたタイヤ表面の歪測定装置を示す模式的斜視図であり、図９は、図８に示す本発明の第１の実施形態の歪測定装置を備えたタイヤ表面の歪測定装置を示す模式的平面図である。
【００６０】
図８に示すタイヤ歪測定装置７０は、タイヤ９０と、ホイール９２との組立体である空気入りタイヤＴ（測定対象物）の３次元形状を予め定めた位置及び向きに合わせて配置したときの空気入りタイヤＴ全体の３次元形状データを算出し、さらに空気入りタイヤＴにおいてタイヤ９０に空気を入れてインフレートさせたときにおけるタイヤ９０の表面９０ａの歪を測定し、記録保持するものである。
【００６１】
タイヤ歪測定装置７０は、回転シャフト７２を備えるタイヤスタンド７４と、歪測定装置１０と、この歪測定装置１０の光源部１２、３次元測定部１４、歪測定部１６、制御部１８が収納されたケース７６と、このケース７６を載置した移動台７８が、回転シャフト７２の回転軸上の点Ａを中心点として、回転軸を含む平面上で円弧状に移動する移動機構８０とを有するものである。タイヤ歪測定装置７０においては、入力部１８ａ、および表示部１８ｂは、ケース７６の外部に設けられている。
【００６２】
タイヤスタンド７４は、空気入りタイヤＴのホイール９２を軸支する回転シャフト７２を備え、測定対象用の軸支された空気入りタイヤＴを自動的に、またはオペレータのマニュアル操作で自在に回転することができる。
移動台７８は、回転シャフト７２の回転軸上の点Ａに対して鉛直下方の点Ｂを中心に回転移動する回転移動板８２上に設けられている。移動台７８には、歪測定装置１０の一部（光源部１２、３次元測定部１４、歪測定部１６および制御部１８）が収納されたケース７６が載置されている。
また、回転移動板８２は、点Ｂを中心として回転する駆動シャフト８４に固定されており、点Ｂの下方にて接続されているモータ（図示せず）の回転、またはオペレータの手動操作により、回転するように駆動シャフト８４が構成されている。移動台７８に載せられたケース７６は、回転移動板８２が移動することにより、点Ａを中心点として、回転シャフト７２の回転軸を含む平面上で円弧状に移動する。
【００６３】
なお、図９に示すように、回転シャフト７２に軸支される空気入りタイヤＴは、回転シャフト７２の軸方向の、設定されたタイヤ装着範囲内に取り付けられるが、点Ａは、このタイヤ装着範囲内に設けられている。点Ａをタイヤ装着範囲内に設定するのは、歪測定装置１０のケース７６が円弧状に移動しても、歪測定装置１０から空気入りタイヤＴまでの距離が大きく変化しないようにするためである。これにより、レーザ光を用いる歪測定装置１０の光学系の焦点調整が不要となる。
【００６４】
歪測定装置１０は、測定空間内に位置する空気入りタイヤＴ及び回転シャフト７２の３次元形状を測定し、さらに３次元的な歪を算出するものである。この歪測定装置１０は、タイヤ周方向の限られた範囲のタイヤの３次元形状を測定するものであり、歪測定装置１０は、空気入りタイヤＴを軸支した回転シャフト７２を一定角度ずつ回転することにより、タイヤ周方向の全周の範囲を測定するように構成されている。
【００６５】
以下、タイヤ９０の表面９０ａの歪測定方法について説明する。
図１０は、タイヤの表面の３次元形状測定結果を示す模式図であり、図１１は、タイヤの表面の撮影画像を示す模式図である。また、図１２（ａ）は、インフレート前のタイヤの測定結果を示す模式図であり、（ｂ）は、インフレート後のタイヤの測定結果を示す模式図である。
【００６６】
なお、タイヤ歪測定装置７０における空気入りタイヤＴの３次元形状の測定方法は、上述の第１の実施形態の歪測定装置１０における測定方法と基本的には同じである。
なお、測定に用いるタイヤ９０は、その表面９０ａに、複数のパターンの陸部９４ａ〜９４ｅ、複数の溝部９８が形成されている。また、パターンの陸部９４ａ〜９４ｅには、正方格子状のパターンがプリントされたフィルムを貼り付けてマーカー９６ａ〜９６ｅを設けている。
【００６７】
タイヤ９０の表面９０ａの歪測定方法においては、先ず、タイヤ９０のホイール９２を回転シャフト７２に取り付ける。
次に、タイヤ９０をホイール９２に装着した状態、すなわち、タイヤ９０に空気を入れていない状態で、かつタイヤ９０がホイール９２にフィットした状態で、タイヤ９０の表面９０ａの３次元形状を測定し、３次元データを得る。このとき、マーカー９６ａ〜９６ｅはフィルムにプリントされたものであるため、凹凸が小さく、タイヤ９０の表面９０ａにマーカー９６ａ〜９６ｅが設けられているものの、図１０に示すように、マーカー９６ａ〜９６ｅは、３次元形状測定の結果に反映されず、タイヤ９０の表面９０ａにおける複数のパターンの陸部９４ａ〜９４ｅおよび複数の溝部９８の３次元形状だけが得られる。
【００６８】
また、タイヤ９０の表面９０ａを３次元測定部１４のＣＣＤ素子３２で撮影し、撮影画像を得る。このとき、図１１に示すように、マーカー９６ａ〜９６ｅは、色度、彩度および明度のいずれかが異なるものであるため、複数のパターンの陸部９４ａ〜９４ｅ、および溝部９８とともに撮影画像に存在する。
【００６９】
以下、タイヤ９０の表面９０ａに形成された複数のパターンの陸部９４ａ〜９４ｅのうち、パターンの陸部９４ｂを例に、歪測定ついて説明する。
インフレート前のパターンの陸部９４ｂについて、３次元計測を行い、３次元形状データを得る。
一方、パターンの陸部９４ｂの撮影画像から、マーカー９６ｂについて、エッジ抽出を行い、インフレート前のパターンの陸部９４ｂにおける交点の２次元位置データ（３次元位置座標）を得る。
【００７０】
次に、インフレート前のパターンの陸部９４ｂの３次元形状データと、マーカー９６ｂの交点の２次元位置座標とを、例えば、同じ座標系に変換して対応付ける。パターンの陸部９４ｂの３次元形状データに、マーカー９６ｂの変形前の交点の位置を正確に合わせる。これにより、図１２（ａ）に示すように、インフレート前のタイヤ９０において、パターンの陸部９４ｂに対して、マーカー９６ｂが正確な位置に配置された状態となる。
【００７１】
次に、タイヤ９０に空気を充填し、例えば、タイヤ９０の内圧を９００ｋＰａにする。このように、タイヤ９０に空気を充填した状態、すなわち、タイヤ９０をインフレートした状態におけるタイヤ９０の表面９０ａについて３次元計測を行い、表面形状を測定し、インフレート後のパターンの陸部９４ｂの３次元形状データを得る。
一方、マーカー９６ｂについて、エッジ抽出を行い、インフレート後のパターンの陸部９４ｂにおける交点の２次元位置座標を得る。
【００７２】
次に、インフレート後のパターンの陸部９４ｂの３次元形状データと、マーカー９６ｂの交点の２次元位置座標とを対応付け、パターンの陸部９４ｂの３次元形状データに、マーカー９６ｂの変形後の交点の位置を正確に合わせる。これにより、図１２（ｂ）に示すように、インフレート後のタイヤ９０において、パターンの陸部９４ｂに対して、マーカー９６ｂが正確な位置に配置された状態となる。
次に、歪測定部１８において、インフレート前後のマーカー９６ｂの交点の対応付けられた３次元位置座標を比較し、変形量を求め、更には３次元的な歪を求める。
【００７３】
本実施形態のタイヤ９０は、例えば、マーカー９６ｂにおいて、図１２（ａ）に示すように、略正方形の角となる交点Ｐ１１〜Ｐ１４が、インフレート後では、図１２（ｂ）に示すように、変形により、各交点Ｐ１１〜Ｐ１４間を結んだ場合、略平行四辺形となった。
また、インフレート前後で、タイヤ９０の表面９０ａの位置（図９参照）も変わるものの、３次元計測しているため、タイヤ９０の表面９０ａの位置の変化についても測定されている。これにより、タイヤ９０のインフレート前後の歪を３次元のものとして算出することができる。
【００７４】
このように、タイヤ９０の表面９０ａの３次元的な歪を正確にかつ容易に測定できるため、タイヤ９０において問題となるインフレート時に生じる３次元的な歪を容易に得ることができる。このため、タイヤ９０の表面９０ａのどの部分の３次元的な歪が大きいかなどを、容易、かつ正確に測定することができる。この測定した３次元的な歪により、空気入りタイヤＴを評価することができる。
なお、上述の如く、歪だけではなく、歪の分布、変形量、および変形量の分布についても、容易、かつ正確に測定することができる。
【００７５】
また、タイヤ歪測定装置７０においては、適用される歪測定装置は、第１の実施形態の歪測定装置１０に限定されるものではなく、第２の実施形態の歪測定装置５０を用いてもタイヤ９０の表面９０ａの歪を正確にかつ容易に測定でき、第１の実施形態の歪測定装置１０と同様の効果を得ることができる。
また、本発明の歪測定装置は、タイヤの歪測定に限定されるものではなく、コンベアベルト、ホース、防舷材などの各種ゴム製品等の歪測定に用いることができる。さらには、各種ゴム製品以外の歪測定に用いることもできる。
【００７６】
以上、本発明の歪測定装置および歪測定方法について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良または変更を行ってもよいのは、もちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る歪測定装置を示す模式図である。
【図２】図１に示す歪測定装置の光源部を示す模式図である。
【図３】図１に示す歪測定装置の３次元測定部を示す模式図である。
【図４】（ａ）は、弾性体からなる角柱を示す斜視図であり、（ｂ）は、図４（ａ）の角柱に圧縮荷重を作用させて、変形させた状態を示す斜視図である。
【図５】（ａ）は、図４（ａ）に示す角柱の側面図であり、（ｂ）は、図４（ｂ）に示す角柱の側面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る歪測定装置を示す模式図である。
【図７】図６に示す歪測定装置の撮影部を示す模式図である。
【図８】本発明の第１の実施形態の歪測定装置を備えたタイヤ表面の歪測定装置を示す模式的斜視図である。
【図９】図８に示す本発明の第１の実施形態の歪測定装置を備えたタイヤ表面の歪測定装置を示す模式的平面図である。
【図１０】タイヤの表面の３次元形状測定結果を示す模式図である。
【図１１】タイヤの表面の撮影画像を示す模式図である。
【図１２】（ａ）は、インフレート前のタイヤの測定結果を示す模式図であり、（ｂ）は、インフレート後のタイヤの測定結果を示す模式図である。
【符号の説明】
【００７８】
１０、５０  歪測定装置
１２  光源部
１４  ３次元測定部
１６  歪測定部
１８  制御部
１８ａ  入力部
１８ｂ  表示部
５２  撮影部
７０  タイヤ表面の歪測定装置（タイヤ歪測定装置）
７２  回転シャフト
７４  タイヤスタンド
７６  ケース
７８  移動台
８０  移動機構
８２  回転移動板
８４  駆動シャフト
９０  タイヤ
９２  ホイール
９４ａ〜９４ｅ  パターンの陸部
９６ａ〜９６ｅ、１０４  マーカー
１００  測定対象物
１０２  表面
Ｐ１〜Ｐ４、Ｐ１１〜Ｐ１４  交点
Ｔ  空気入りタイヤ
【図１】
2007263611.tif 000003
【図２】
2007263611.tif 000004
【図３】
2007263611.tif 000005
【図４】
2007263611.tif 000006
【図５】
2007263611.tif 000007
【図６】
2007263611.tif 000008
【図７】
2007263611.tif 000009
【図８】
2007263611.tif 000010
【図９】
2007263611.tif 000011
【図１０】
2007263611.tif 000012
【図１１】
2007263611.tif 000013
【図１２】
2007263611.tif 000014