特許 5923054 形状検査装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5923054

(24)【登録日】2016年4月22日

(45)【発行日】2016年5月24日

(54)【発明の名称】形状検査装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/24 20060101AFI20160510BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/24 K

   G01B11/24 A

【請求項の数】5

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2013-80648(P2013-80648)

(22)【出願日】2013年4月8日

(65)【公開番号】特開2014-202676(P2014-202676A)

(43)【公開日】2014年10月27日

【審査請求日】2015年9月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100067828

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 悦司

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100118049

【弁理士】

【氏名又は名称】西谷 浩治

(72)【発明者】

【氏名】高橋 英二

(72)【発明者】

【氏名】荒木 要

【審査官】 神谷 健一

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６３−１０８２０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平４−３２１１８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平７−４９３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１２１１２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／１４８０９５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−１６９４５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１８１３２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１３８２０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１４１２６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第５０４６６８８（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ １１／００−１１／３０

Ｂ６０Ｃ １９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

タイヤの表面形状を計測し、計測結果に基づいて前記タイヤの凹凸欠陥を検査する形状検査装置であって、
既知の形状値を持つ凹凸板が計測面に取り付けられ、前記タイヤを模擬した金属製のマスターディスクの前記計測面の表面形状を計測する計測部と、
前記凹凸板内の所定の領域を有効領域とし、前記有効領域以外の領域を無効領域とするマスクデータを用いて、前記計測部により計測された計測データから前記無効領域の計測データを除去するマスク処理部と、
前記マスク処理部により前記無効領域が除去された計測データに基づいて、前記マスターディスクの前記計測面の表面形状を示すマスターデータを生成するマスターデータ生成部とを備える形状検査装置。

【請求項2】

前記凹凸板は、前記計測面と連なる２つのベース面と、前記ベース面から突出した凸面と、前記ベース面から陥没した凹面とを備え、
前記有効領域は、一方の前記ベース面、他方の前記ベース面、前記凸面、及び前記凹面のそれぞれに１箇所ずつ設けられている請求項１記載の形状検査装置。

【請求項3】

前記マスターディスクの種類に応じたマスクデータを予め記憶する記憶部を更に備え、
前記マスク処理部は、前記計測部により計測されたマスターディスクに対応するマスクデータを用いて前記無効領域の計測データを除去する請求項１又は２記載の形状検査装置。

【請求項4】

前記計測部は、光切断法により前記計測面の表面形状を計測する請求項１〜３のいずれかに記載の形状検査装置。

【請求項5】

前記計測面はサイドウォール面である請求項１〜４のいずれかに記載の形状検査装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、タイヤの凹凸欠陥を検査する形状検査装置に関するものであり、特に形状検査装置の計測精度を確認する技術に関するものである。

【背景技術】

【0002】

タイヤの製造工程においては、最終工程でタイヤの形状の欠陥を検査する試験が行われている。この試験では、例えば、検査対象となるタイヤを１回転させ、レーザ変位計でそのタイヤを計測し、１ラインのタイヤの形状データを取得する。そして、その形状データからタイヤの凹凸欠陥や低周波のうねり（ランアウト）を求め、タイヤの良否が判断されている。

【0003】

近年、主なタイヤメーカにより１ラインのみの形状計測では不十分との要求があり、シートレーザ光をタイヤに照射し、タイヤの計測面の全域における形状データを計測し、良否判断を行うことが行われている。

【0004】

例えば、特許文献１には、ライン光照射手段から照射されるライン光がタイヤの表面に対してなす角度と、ライン光のタイヤ表面への到達点から撮像素子の中心まで伸びる線がタイヤの表面に対してなす角度とが等しくなるように、ライン光照射手段と撮像手段との位置関係が保持された形状検出装置が開示されている。

【0005】

また、特許文献２には、凹凸マークが形成されたサンプルタイヤのサイドウォール面のサンプル原画像を撮像し、サンプル原画像から凹凸マークが形成された領域を抽出し、サンプル原画像から凹凸マークの領域が除去された高さオフセット画像を予め作成しておく。そして、検査タイヤのサイドウォール面の検査画像から高さオフセット画像を差し引き、得られた凹凸除去画像から検査タイヤの形状欠陥を検査する装置が開示されている。

【0006】

特許文献３では、光切断法を用いてステータコイルの形状を検査する装置の検査精度を確認するに際し、ステータコアのコイルエンドの形状を模擬したマスターワークを検査冶具として準備し、このマスターワークを用いて、装置の精度確認を行う技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特許第５０４６６８８号公報

【特許文献2】特開２０１１−１４１２６０号公報

【特許文献3】特開２０１０−１６９４５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ところで、形状検査装置の計測精度が低下すると、形状欠陥を持つタイヤが出荷されるおそれがあるため、定期的に形状検査装置の検査精度を確認する必要がある。また、この精度確認は、ユーザ側で簡便に行えることが望ましい。そのためには、精度確認用の特別な計測モードを用意するといったソフトウェアの変更を行わずに、精度確認を行えることが望ましい。

【0009】

しかしながら、特許文献１、２のいずれにも、形状検査装置の検査精度の確認に関する記載が全くなされていない。また、特許文献３では、ハードウェアの変更を要しないことは考慮されているが、ソフトウェアの変更を要しないことが考慮されていない。

【0010】

本発明の目的は、既存の形状検査装置に特別な計測モードを設けなくても、形状検査装置の計測精度を確認することができる形状検査装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

（１）本発明の一態様による形状検査装置は、タイヤの表面形状を計測し、計測結果に基づいて前記タイヤの凹凸欠陥を検査する形状検査装置であって、既知の形状値を持つ凹凸板が計測面に取り付けられ、前記タイヤを模擬した金属製のマスターディスクの前記計測面の表面形状を計測する計測部と、前記凹凸板内の所定の領域を有効領域とし、前記有効領域以外の領域を無効領域とするマスクデータを用いて、前記計測部により計測された計測データから前記無効領域の計測データを除去するマスク処理部と、前記マスク処理部により前記マスク領域が除去された計測データに基づいて、前記マスターディスクの前記計測面の表面形状を示すマスターデータを生成するマスターデータ生成部とを備える。

【0012】

この構成によれば、凹凸板内の所定の領域が有効領域、それ以外の領域が無効領域とされたマスクデータを用いて、マスターディスクの計測データから無効領域の計測データが除去され、この計測データに基づいて、マスターディスクの計測面の表面形状を示すマスターデータが生成される。

【0013】

そのため、マスターデータに含まれる凹凸板の表面形状を示すデータと凹凸板の既知の形状値とを比較することでユーザは形状検査装置の計測精度を確認することができる。また、マスターディスク全域の計測データではなく凹凸板内の有効領域の計測データのみが抽出されてマスターデータが生成されているため、影等によって実際の計測に失敗した欠陥データの影響により、マスターディスクの本来の形状から大きくずれたマスターデータが生成されることを防止することができる。

【0014】

また、既存の形状検査装置では、マスタータイヤの全域の計測データに対して凹凸マークを除去する処理やフーリエ変換処理を施してマスターデータが生成されているが、本構成では、マスターディスクの全域ではなく有効領域の計測データを用いてマスターデータが生成されている。そのため、処理対象の計測データに対して凹凸マークを除去する処理を実行しても、予期せぬ位置に凹凸マークを除去する処理が実行されたり、凹凸板の実際の形状から大きく乖離したフーリエ変換値が得られたりすることを防止することができる。そのため、既存の形状検査装置に特別な計測モードを設けなくても形状検査装置の計測精度を精度よく確認することができる。

【0015】

また、ゴム製のマスタータイヤは注入される空気の影響により大きなうねりを持つことがあるが、本構成では、金属製のマスターディスクが採用されているため、大きなうねりを持つことがない。そのため、うねりの影響により形状検査装置の計測精度が劣化していると判定されることを防止することができる。

【0016】

（２）前記凹凸板は、前記計測面と連なる２つのベース面と、前記ベース面から突出した凸面と、前記ベース面から陥没した凹面とを備え、前記有効領域は、一方の前記ベース面、他方の前記ベース面、前記凸面、及び前記凹面のそれぞれに１箇所ずつ設けられていることが好ましい。

【0017】

この構成によれば、凹凸板を構成する２つのベース面、凸面、凹面のそれぞれに１箇所ずつ有効領域が設けられているため、凹凸の変化が激しい箇所の計測データが処理対象データに含まれることを防止することができ、処理対象データに欠陥データが含まれることを防止することができる。

【0018】

（３）前記マスターディスクの種類に応じたマスクデータを予め記憶する記憶部を更に備え、前記マスク処理部は、前記計測部により計測されたマスターディスクに対応するマスクデータを用いて前記無効領域の計測データを除去してもよい。

【0019】

この構成によれば、マスターディスクの種類に対応したマスクデータが用いられるため、マスターディスクにおける実際の凹凸板の位置とは異なる位置に有効領域が設定されることを防止することができる。

【0020】

（４）前記計測部は、光切断法により前記計測面の表面形状を計測してもよい。

【0021】

この構成によれば、光切断法によりマスターディスクの計測面の形状が計測されているため、スポット光を用いる場合に比べ、計測面全域の表面形状を高速に計測することができる。

【0022】

（５）前記計測面はサイドウォール面であってもよい。

【0023】

この構成によれば、サイドウォール面を計測する際の形状検査装置の計測精度を確認することができる。

【発明の効果】

【0024】

本特許発明によれば、既存の形状検査装置に特別な計測モードを設けなくても、形状検査装置の計測精度を簡便に確認することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】（Ａ）は本発明の実施の形態による形状検査装置のハードウェア構成の概要を示した図である。（Ｂ）は凹凸板の上面視からの図である。（Ｃ）は凹凸板のＣ−Ｃ方向からの断面図である。

【図2】マスターディスクの計測データの一例を示すグラフである。

【図3】ある１ラインの１周分の計測データを示したグラフである。

【図4】図３の凹凸板に対応する領域の計測データを拡大したグラフである。

【図5】図４に示す凸面の形状を示す関数と、凹面の形状を示す関数と、これら２つの関数の差分とを示したグラフである。

【図6】本発明の実施の形態によるマスクデータの模式図である。

【図7】図６の周方向に沿ったある１ラインにおける計測データを示したグラフである。

【図8】凹凸板の設計上の高さを示したグラフである。

【図9】形状検査装置を用いて計測されたマスターディスクの一方のサイドウォール面の計測データを示したグラフである。

【図10】形状検査装置を用いて計測されたマスターディスクの他方のサイドウォール面の計測データを示したグラフである。

【図11】本発明の実施の形態による形状検査装置の全体構成図である。

【図12】センサ部の詳細な構成図である。

【図13】本発明の実施の形態による形状検査装置の構成を示すブロック図である。

【図14】本発明の実施の形態による形状検査装置がマスターデータを生成する処理を示したフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0026】

図１（Ａ）は、本発明の実施の形態による形状検査装置のハードウェア構成の概要を示した図である。形状検査装置はセンサ部１０２及びアーム部１０３を備える。センサ部１０２は、撮像部及び光源を含む。光源は、マスターディスク１００或いは計測対象となるタイヤの半径方向に光切断線を照射する。撮像部は、光切断線が照射されたマスターディスク１００或いはタイヤを撮像する。アーム部１０３は、センサ部１０２の後端に設けられ、センサ部１０２を半径方向に移動させる。

【0027】

センサ部１０２を搭載した状態で、形状検査装置の計測精度を確認するためには、凹凸形状の形状値が既知である基準タイヤを用意する必要がある。基準タイヤとして、通常のタイヤと同じゴム製のタイヤを用いると、空気圧の変化や経年劣化により形状が大きく変化するおそれがあるため、ゴム製のタイヤを採用することは好ましくない。

【0028】

そこで、本実施の形態では、タイヤを模擬した金属製の擬似タイヤを作成し、これをマスターディスク１００として用いる。マスターディスク１００のサイドウォール面Ｓ１には、例えば１個の凹凸板１０１が取り付けられている。また、他方のサイドウォール面Ｓ１にも、例えば１個の凹凸板１０１が取り付けられている。凹凸板１０１は、例えば、ネジ１５０を用いてマスターディスク１００に取り付けられている。

【0029】

ここで、サイドウォール面Ｓ１において、凹凸板１０１はマスターディスク１００の中心軸１０６を中心として対称に配置されている。マスターディスク１００は、凹凸板１０１を取り付けるために空間が設けられている。凹凸板１０１の形状値は、別途、ノギス等手段を用いて、１μｍ単位で予め計測され、この形状値が基準値とされる。なお、マスターディスク１００は、金属製であるため、ゴム製のタイヤとは光学的な散乱率（反射率）が異なっている。そこで、マスターディスク１００は、黒で塗装し、ゴム製のタイヤと同程度の光学的特性を持たせることが好ましい。

【0030】

図１（Ｂ）は凹凸板１０１の上面視からの図であり、図１（Ｃ）は凹凸板１０１のＣ−Ｃ方向からの断面図である。図１（Ｃ）に示すように、凹凸板１０１は、ベース面１１０、凸面１２０、凹面１３０、及びベース面１４０を備えている。

【0031】

ベース面１１０は、サイドウォール面Ｓ１と連なっており、サイドウォール面Ｓ１と平行である。凸面１２０は、ベース面１１０から所定の高さ分突出して形成され、サイドウォール面Ｓ１と平行である。凹面１３０は、ベース面１１０から所定の高さ分陥没して形成され、サイドウォール面Ｓ１と平行である。ベース面１４０は、サイドウォール面Ｓ１と連なっており、サイドウォール面Ｓ１と平行である。凸面１２０はベース面１１０に隣接し、凹面１３０は凸面１２０に隣接し、ベース面１４０は凹面１３０に隣接している。また、図１（Ｂ）に示すように、上面視において、ベース面１１０、凸面１２０、凹面１３０、及びベース面１４０のそれぞれの形状は短冊状である。

【0032】

図２は、マスターディスク１００の計測データの一例を示すグラフである。図２において、縦軸は高さピクセル単位で示し、横軸はサイドウォール面Ｓ１の１周分のサンプル点を示している。図２の例では、マスターディスク１００を１回転させ、その間にセンサ部１０２で所定回数（例えば、１０００〜５０００回）、マスターディスク１００を撮像し、得られた画像データから計測データを求めている。１枚の画像データには、光切断線と交差する方向に、所定本数（例えば、画像データの垂直方向の解像度に応じた本数）の水平ラインが含まれている。そして、図２の例では、中央の水平ラインのサンプル点のうち、凹凸板１０１が存在しているサンプル点の計測データが示されている。図２の縦軸に示すように、凹凸板１０１の高さは所定範囲内で変動していることが分かる。

【0033】

図２において、縦軸の中央付近を通り、横軸と平行なベースラインＡ２０５は、ベース面１１０、１４０を基準としたときの凸面１２０及び凹面１３０の高さを決定するための補助ラインである。

【0034】

ベースラインＡ２０５は、例えば、ベース面１１０に対応する領域Ａ１０１の計測データに基づいて決定される。図２に示すように、領域Ａ１０１の計測データを全て用いてベースラインＡ２０５を決定すると、領域Ａ１０１内の計測データはギザついているため、本来のベース面１１０の傾きからずれた傾きを持つベースラインＡ２０５が算出されるおそれがある。

【0035】

更に、図２に示すように、凹面１３０の右端に対応する領域Ａ２０２には、凹面１３０とベース面１４０との段差による影の影響により計測できない欠陥サンプル点が発生することもある。この欠陥サンプル点が存在すると、この欠陥サンプル点の影響によりベースラインＡ２０５が本来のベース面１１０の傾きからずれるおそれがある。

【0036】

したがって、後述するマスク処理を行って、凹凸板１０１の全域の計測データではなく、凹凸板１０１内の一部の計測データを用いてベース面１１０、１４０、凸面１２０、凹面１３０の傾き求めた方が、これらの面が本来持つ傾きを正確に求めることができる。したがって、本実施の形態では、後述するマスク処理を行う。

【0037】

図３は、ある１ラインの１周分の計測データを示したグラフである。図４は、図３の凹凸板１０１に対応する領域Ａ３０１の計測データを拡大したグラフである。図５は、図４に示す凸面１２０の形状を示す関数と、凹面１３０の形状を示す関数と、これら２つの関数の差分とを示したグラフである。

【0038】

図３、図４において、縦軸及び横軸は、図２と同じである。図５において、左側の縦軸はベースラインを基準としたときの凸面１２０及び凹面１３０の高さをピクセル単位で示し、右側の縦軸は、凸面１２０の高さと凹面１３０の高さとの差分をピクセル単位で示している。

【0039】

図４に示すように、凸面１２０の計測データから凸面１２０の形状を示す関数を算出すると、その関数はｙ＝ａ１・ｘ＋ｂ１であった。ここで、ｘは横軸、ｙは縦軸を示す。また、凹面１３０の形状を示す関数は、ｙ＝ａ２・ｘ＋ｂ２であった。また、ベース面１１０の形状を示す関数は、ｙ＝ａ３・ｘ＋ｂ３であった。また、ベース面１４０の形状を示す関数は、ｙ＝ａ４・ｘ＋ｂ４であった。

【0040】

このように、計測データのギザつきや欠陥サンプル点の存在により、ベース面１１０、１４０、凸面１２０、及び凹面１３０の傾きは本来０になるべきところであるが、０になっていないことが分かる。

【0041】

したがって、図５のグラフに示すように、どのサンプル点の計測データを用いるかによって、凸面１２０及び凹面１３０の高さが大きく変動することが分かる。

【0042】

以上のように全ての計測データをそのまま使用すると、計測データのギザつきや、欠陥サンプル点に引きずられて、形状検査装置の計測精度を正しく判定できないおそれがある。

【0043】

また、特許文献２に示すように、既存の形状検査装置では、基準となるサンプルタイヤの計測データからマスターデータを生成しておき、このマスターデータを用いて検査対象となるタイヤの計測データから凹凸マークを除去し、除去後の計測データからタイヤの形状が評価されている。また、タイヤ形状の評価試験においては、計測データの所定次数（例えば１６〜１００次程度）以上のフーリエ変換値を用いて評価することが定められている。

【0044】

そのため、既存の形状検査装置では、サンプルタイヤの計測データから凹凸マークを検出して除去し、フーリエ変換値を求めてマスターデータを算出するソフトウェアモジュールが組み込まれている。

【0045】

マスターディスク１００の全サンプル点の計測データをこのソフトウェアモジュールに通すと、ギザつきの大きなサンプル点が凹凸マークを構成するデータとみなされて予期しない位置の計測データが除去されるおそれがある。また、欠陥サンプル点やギザつきの大きなサンプル点の影響により、フーリエ変換値が本来の形状を表す値から大きくずれてしまうおそれがある。

【0046】

本実施の形態では、形状検査装置に新たに計測モードを設けることなく、形状検査装置の計測精度を確認することを目的としている。そこで、マスターディスク１００の全サンプル点のうち装置の計測精度の確認に必要となる計測データのみをマスクデータを用いて抽出し、得られた計測データをこのソフトウェアモジュールに処理させてマスターデータを算出し、得られたマスターデータと凹凸板１０１の既知の形状値とを比較することで形状検査装置の計測精度を確認する。

【0047】

図６は、本発明の実施の形態によるマスクデータの模式図である。図６では、マスターディスク１００の計測データに重畳するようにマスクデータが示されている。図６において、横軸は周方向を示し、縦軸は半径方向を示している。図６において、明暗は高さを示しており、明るくなるにつれて高い箇所が示され、暗くなるにつれて低い箇所が示されている。

【0048】

図６において画面全域に帯状に表れている領域４０１は、マスターディスク１００のサイドウォール面の計測データが配置された領域である。領域４０１の中央には、縦方向を長手方向とする四角形の４つの有効領域４１１〜４１４が設けられている。有効領域４１１〜４１４は、それぞれ、図１（Ｃ）に示す、ベース面１１０、凸面１２０、凹面１３０、及びベース面１４０に対応して設けられている。有効領域４１１〜４１４以外の領域は無効領域である。マスクデータを用いて計測データにマスク処理を実行すると、有効領域４１１〜４１４のみの計測データが抽出され、それ以外の無効領域の計測データ無効とされる。

【0049】

図７は、図６の周方向に沿ったある１ラインにおける計測データを示したグラフであり、縦軸は高さをｍｍ単位で示し、横軸はサンプル点を示している。

【0050】

図７に示すように、有効領域４１１は、ベース面１１０の全域ではなく、凸面１２０との境界位置が含まれないように、ベース面の中央に設けられている。また、有効領域４１２は、凸面１２０の全域ではなく、ベース面１１０及び凹面１３０との境界位置が含まれないように凸面１２０の中央に設けられている。また、有効領域４１３は、凹面１３０の全域ではなく、凸面１２０及びベース面１４０との境界位置が含まれないように凹面１３０の中央に設けられている。また、有効領域４１４は、ベース面１４０の全域ではなく、凹面１３０との境界位置が含まれないようにベース面１４０の中央に設けられている。

【0051】

これにより、欠陥サンプル点が除去された計測データを用いて、装置の計測精度を確認することができる。

【0052】

なお、有効領域及び無効領域の設定は、形状計測装置の製造メーカによって予め行われている。つまり、形状計測装置の製造メーカは、マスターディスク１００とセットで、そのマスターディスク１００に対応するマスクデータを提供する。なお、形状計測装置の製造メーカの開発者は、マスターディスク１００の計測データを表示画面に表示させ、ベース面１１０、１４０、凸面１２０、及び凹面１３０に対応する計測データ上の位置を目視により特定し、有効領域及び無効領域を設定することでマスクデータを作成する。

【0053】

ここで、無効領域の各サンプル点の計測データは、ベース面１１０、１４０に対応する有効領域４１１、４１４の計測データを用いて算出されてもよい。例えば、有効領域４１１、４１２から数点のサンプル点を取り出し、取り出したサンプル点の計測データを、無効領域内に等間隔でプロットしていき、線形補間することで、無効領域の各サンプル点の計測データを求めてもよい。

【0054】

図８は、凹凸板１０１の設計上の高さを示したグラフであり、縦軸は、高さをｍｍ単位で示し、横軸は周方向のサンプル点を示している。図８の凹凸板１０１では、ベース面１１０、１４０を基準としたときの凸面１２０の高さ５０１の平均は、例えば、０．５〜３．０ｍｍ程度である。また、ベース面１１０、１４０を基準としたときの凹面１３０の高さ５０２の平均は、例えば、−０．５〜−３．０ｍｍ程度である。

【0055】

図９は、形状検査装置が生成したマスターディスク１００の一方のサイドウォール面のマスターデータを示したグラフであり、縦軸は高さをｍｍ単位で示し、横軸は周方向のサンプル点を示している。図１０は、形状検査装置が生成したマスターディスク１００の他方のサイドウォール面のマスターデータを示したグラフであり、縦軸は高さをｍｍ単位で示し、横軸は周方向のサンプル点を示している。

【0056】

図９において、有効領域４１１〜４１４の計測データを用いて、ベース面１１０、１４０を基準としたときの、凸面１２０及び凹面１３０の高さの平均値を算出した。すると、凸面１２０及び凹面１３０の高さの平均値はマスターディスク１００の凸面１２０及び凹面１３０の設計上の高さとほぼ一致した。

【0057】

また、図１０において、有効領域４１１〜４１４の計測データを用いて、ベース面１１０、１４０を基準としたときの、凸面１２０及び凹面１３０の高さの平均値を算出した。すると、凸面１２０及び凹面１３０の高さの平均値は設計上のマスターディスク１００の凸面及び凹面１３０の設計上の高さの平均値とほぼ一致した。そのため、計測データに対してマスクデータを用いたマスク処理を施すことで、凸面１２０及び凹面１３０の正確な高さが得られていることが分かる。

【0058】

図１１は、本発明の実施の形態による形状検査装置の全体構成図である。形状検査装置は、回転部２、センサ部１０２、エンコーダ４、制御部５、及びユニット駆動部１０を含む。回転部２は、タイヤ又はマスターディスク（以下、両者を纏めて計測物Ｔと記述する）を回転軸Ｒを中心軸として回転させる。具体的には、回転部２は、計測物Ｔの中心軸に取り付けられるシャフト及びシャフトを回転させるためのモータ等を含む。回転部２による計測物Ｔの回転速度としては、例えば６０ｒｐｍが採用される。

【0059】

センサ部１０２は、計測物Ｔのトレッド面側に設けられたセンサ部３１と、計測物Ｔのサイドウォール面の上側に設けられたセンサ部３２と、計測物Ｔのサイドウォール面の下側に設けられたセンサ部３２とが存在する。センサ部３１はトレッド面を計測する際に用いられ、センサ部３２は上側のサイドウォール面を計測する際に用いられ、センサ部３３は下側のサイドウォール面を計測する際に用いられる。

【0060】

センサ部３１は、回転中の計測物Ｔに対して半径方向にスリット状の光切断線を照射することで光切断線をトレッド面の周方向に走査し、計測物Ｔからの反射光を受光し、トレッド面の全域の計測データを取得する。

【0061】

センサ部３２、３３も、センサ部３３と同様にして、それぞれ、光切断線を計測物Ｔに照射し、サイドウォール面の全域の計測データを取得する。

【0062】

エンコーダ４は、計測物Ｔが所定角度回転する毎に、回転角度を示す角度信号を制御部５に出力する。角度信号は、センサ部１０２の計測タイミングを決定するために用いられる。

【0063】

制御部５は、例えば、専用のハードウェア回路や、ＣＰＵ等により構成され、センサ部１０２から出力された計測データに対して後述する処理を行う。ユニット駆動部１０は、センサ部３１〜３３を位置決めするための３本のアーム部（図略）及び３本のアーム部をそれぞれ移動させるための３個のモータ等を含み、制御部５の制御の下、センサ部３１〜３３を位置決めする。

【0064】

なお、図１１において、センサ部１０２としてセンサ部３１〜３３を設ける態様を示したが、これに限定されない。例えば、センサ部３１〜３３のうちいずれか１個又は２個を省いてもよい。

【0065】

図１２は、センサ部１０２の詳細な構成図である。図１２では、トレッド面を計測する際のセンサ部１０２が示されている。図１２において、Ｙ軸は回転軸Ｒ（図１１参照）と平行な方向を示し、Ｚ軸はトレッド面の法線方向を示し、Ｘ軸はＹ軸及びＺ軸のそれぞれと直交する方向を示している。

【0066】

光源７は、半導体レーザ及びシリンドリカルレンズ等を含む光源であり、光切断線を計測物Ｔに照射する。ここで、光源７は、Ｚ軸と交差する方向から光切断線を照射する。計測物Ｔは回転部２によって回転されているため、光切断線は計測物Ｔのドレッド面の全域を走査することができる。

【0067】

カメラ６は、カメラレンズ８、及び撮像素子９を含む。カメラレンズ８はトレッド面からの反射光を撮像素子９に導く。撮像素子９は、例えば、ＣＣＤやＣＯＭＳ等のイメージセンサにより構成され、カメラレンズ８を介して反射光を受光する。撮像素子９は、制御部５の制御の下、トレッド面を撮像する。なお、反射光は正反射光が好ましいため、カメラレンズ８は正反射光を撮像素子９に導くように構成される。

【0068】

図１３は、本発明の実施の形態による形状検査装置の構成を示すブロック図である。形状検査装置は、光源７、撮像素子９（計測部の一例）、制御部５、操作部８２０、記憶部８３０、及び表示部８４０を備えている。撮像素子９は、光切断線が照射されたマスターディスク１００を所定のフレームレートで撮像する。

【0069】

光源７は、計測物Ｔに光切断線を照射する。制御部５は、例えば、ＦＰＧＡにより構成され、計測データ算出部８１１（計測部の一例）、マスク処理部８１２、及びマスターデータ生成部８１３を備えている。操作部８２０は、例えば、キーボードやマウス等の入力装置により構成され、ユーザからの操作指示を受け付ける。

【0070】

計測データ算出部８１１は、撮像素子９により撮像された撮像データから光切断線の位置を検出する。具体的には、計測データ算出部８１１は、撮像素子９が１枚の撮像データを撮像する都度、その撮像データに含まれる光切断線ＣＬの位置を検出する。計測データ算出部８１１は、図１２に示すように撮像素子９において、光切断線ＣＬに交差する方向に垂直座標が設定され、光切断線ＣＬに沿う方向に水平座標が設定されているとすると、垂直方向の各ラインにおいて輝度のピークとなる座標をピクセルレベル又はサブピクセルレベルで検出し、その座標を光切断線ＣＬの位置として検出する。

【0071】

そして、計測データ算出部８１１は、検出した位置から三角測量の原理を用いて光切断線の各位置の高さデータを算出し、この高さデータからなるデータ群を半径方向に沿った１ラインの計測データとして算出する。

【0072】

そして、計測データ算出部８１１は、１ラインの計測データをマトリックス状に配列し、計測物Ｔの計測面の全域の計測データを算出する。例えば、１ラインの計測データを構成する高さデータの数がＭ個、撮像素子９が撮像した撮像データの枚数がＮ個とすると、計測データは、高さデータがＭ行×Ｎ列で配列されたデータとなる。なお、計測データ算出部８１１は、検査対象となるタイヤの計測データについても、マスターディスク１００と同様にして算出する。

【0073】

マスク処理部８１２は、計測データ算出部８１１により算出された計測データに対して、マスクデータを用いたマスク処理を実行し、得られた計測データを処理対象データとしてマスターデータ生成部８１３に出力する。なお、本実施の形態では、形状検査装置の計測精度を評価するときのみ、マスク処理部８１２はマスク処理を行い、それ以外のときは、マスク処理を行わない。この場合、計測データ算出部８１１で算出された計測データは、マスターデータ生成部８１３に出力される。

【0074】

マスクデータとしては、図６に示したマスクデータ、すなわち、ベース面１１０、１４０、凸面１２０、及び凹面１３０の一部が有効領域４１１〜４１４、有効領域４１１〜４１４以外の領域が無効領域とされたマスクデータが採用される。

【0075】

そして、マスク処理部８１２は、マスターディスク１００の計測データから有効領域４１１〜４１４の計測データを抽出する。

【0076】

また、マスク処理部８１２は、ベース面１１０、１４０に対応する有効領域４１１、４１４を構成する数点のサンプル点の計測データを無効領域にプロットして、線形補間により無効領域の計測データを求める。例えば、図６に示す無効領域において、垂直方向に４つ、水平方向に４つの合計１６個の計測データをプロットする場合、ベース面１１０から８個の計測データを取り出し、これら８個の計測データを有効領域４１１の左側の無効領域に４行×２列で等間隔にプロットし、ベース面１４０から８個の計測データを取り出し、これら８個の計測データを有効領域４１４の右側の無効領域に４行×２列で等間隔にプロットすればよい。そして、マスク処理部８１２は、プロットした１６個の計測データを線形補間して、無効領域の各サンプル点における計測データを求めればよい。そして、マスク処理部８１２は、得られた無効領域の計測データと有効領域の計測データとを処理対象データとして、マスターデータ生成部８１３に出力してもよい。

【0077】

マスターデータ生成部８１３は、上述した、サンプルタイヤの計測データから凹凸マークを検出して除去し、フーリエ変換値を求めてマスターデータを算出するソフトウェアモジュールにより構成されている。ここで、処理対象データは、欠陥サンプル点が除去されているため、凹凸マークを検出して除去する処理が実行されても、凹凸マークが検出されない。なお、マスターデータはマスターディスク１００の計測面の表面形状を示すデータである。

【0078】

また、マスターデータ生成部８１３は、マスターデータを例えばグラフ化して表示部８４０に表示させる。これにより、ユーザは、このマスターデータと凹凸板１０１の既知の形状値とを比較することで、形状検査装置の計測精度を評価する。例えば、図２において、凸面１２０や凹面１３０の傾きが水平方向から傾いたマスターデータが表示部８４０に表示されたとする。この場合、ユーザは形状検査装置の計測精度が悪いと判定することができる。そして、ユーザは、形状検査装置の計測精度が改善されるように形状検査装置の調整を行う。

【0079】

一方、図７に示すように、凸面１２０や凹面１３０の傾きが水平方向と平行なマスターデータが表示部８４０に表示された場合、ユーザは形状検査装置の計測精度は良好であると判定することができる。

【0080】

記憶部８３０は、ユーザにより予め作成されたマスクデータを記憶する。ここで、マスクデータは、マスターディスク１００の種類に応じて複数作成されており、記憶部８３０は、マスクデータを特定するディスクＩＤと関連付けてマスターデータを記憶すればよい。なお、マスク処理部８１２は、マスターディスク１００の計測時において、ユーザによりディスクＩＤが指定されると、そのディスクＩＤに対応するマスクデータを記憶部８３０から読み出してマスク処理を行う。また、記憶部８３０は、マスターデータ生成部８１３により生成されたマスターデータを記憶する。

【0081】

表示部８４０は、例えば、液晶ディスプレイにより構成され、計測データ算出部８１１により算出された計測データをグラフ化して表示したり、マスターデータ生成部８１３により生成されたマスターデータを表示したりする。

【0082】

図１４は、本発明の実施の形態による形状検査装置がマスターデータを生成する処理を示したフローチャートである。まず、撮像素子９は、光切断線が照射されたマスターディスク１００を撮像し、１枚の撮像データを得る（Ｓ９０１）。次に、マスターディスク１００が１周していなければ（Ｓ９０２でＮＯ）、撮像素子９は処理をＳ９０１に戻し、次の１枚の撮像データを得る。一方、マスターディスク１００が１周すると（Ｓ９０２でＹＥＳ）、処理がＳ９０３に進められる。つまり、撮像素子９は、マスターディスク１００が１周するまで、所定のフレームレートで光切断線が照射されたマスターディスク１００を繰り返し撮像するのである。

【0083】

Ｓ９０３において、計測データ算出部８１１は、撮像素子９により撮像された各撮像データに対して光切断線の位置を検出し、検出した位置から三角測量の原理を用いて光切断線が照射された各位置の高さデータを算出し、マスターディスク１００の全域の計測データを算出する。

【0084】

次に、マスク処理部８１２は、計測データに対してマスクデータを用いたマスク処理を実行する（Ｓ９０４）。次に、マスク処理部８１２は、有効領域の計測データを用いて無効領域の各サンプル点の計測データを補間する（Ｓ９０５）。

【0085】

次に、マスク処理部８１２は、有効領域の計測データと、補間された無効領域の計測データとを処理対象データとして、マスターデータ生成部８１３に出力する（Ｓ９０６）。次に、マスターデータ生成部８１３は、確認用データに対して、凹凸マークを除去する処理及びフーリエ変換値を求める処理を実行してマスターデータを算出する（Ｓ９０７）。

【0086】

次に、マスターデータ生成部８１３は、マスターデータをグラフ化し、表示部８４０に表示する。ここで、マスターデータ生成部８１３は、周方向のある１ラインをグラフ化したマスターデータを表示部８４０に表示すればよい。また、マスターデータ生成部８１３は、操作部８２０によりユーザから周方向のラインを指定する指示を受け付けると、そのラインのグラフ化したマスターデータを表示部８４０に表示すればよい。

【0087】

ユーザは、表示部８４０に表示されたマスターデータを目視し、形状検査装置の計測精度を確認する。

【0088】

このように、本実施の形態の形状検査装置によれば、マスターディスク１００に設けられた凹凸板１０１のベース面１１０、１４０、凸面１２０、及び凹面１３０の一部の計測データのみを用いて、マスターデータが生成されている。そのため、既存の形状検査装置に特別な計測モードを設けなくても、マスターディスク１００の形状が正確に反映されたマスターデータが得られ、形状検査装置の計測精度の確認を精度よく行うことができる。

【0089】

なお、上記実施の形態では、有効領域のサンプル点の計測データを用いて無効領域のサンプル点の計測データを補間したが、本発明はこれに限定されず、有効領域の計測データを処理対象データとしてマスターデータを算出してもよい。

【0090】

また、上記実施の形態では、サイドウォール面を計測面としたが、トレッド面を計測面としてもよい。この場合、トレッド面に凹凸板１０１を設ければよい。

【符号の説明】

【0091】

９ 撮像素子
７ 光源
３１、３２、３３、１０２ センサ部
１００ マスターディスク
１０１ 凹凸板
１１０ ベース面
１２０ 凸面
１３０ 凹面
１４０ ベース面
４１１、４１２、４１３、４１４ 有効領域
８１１ 計測データ算出部
８１２ マスク処理部
８１３ マスターデータ生成部
８２０ 操作部
８３０ 記憶部
８４０ 表示部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図6】