JP2007292563A

JP2007292563A - 検査装置及び検査方法

Info

Publication number: JP2007292563A
Application number: JP2006119785A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Bihon; 和彦美本; Yasuyuki Suga; 康之菅; Ikuo Onimura; 郁男鬼村; Yukihiro Okinaka; 幸浩沖中
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2006-04-24
Filing date: 2006-04-24
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2026-04-24
Also published as: JP5017919B2

Abstract

【課題】タイヤとホイールの組付け状態をより高精度で、かつ短時間に検査すること。
【解決手段】タイヤとホイールの組付け状態を検査する検査装置において、互いに組みつけられたタイヤとホイールとをその回転軸回りに回転させる回転手段と、前記回転手段により回転する前記タイヤの側面の径方向の外形形状を前記タイヤの全周に渡って計測する計測手段と、前記計測手段の計測結果に基づき、前記タイヤの側面の径方向の複数の部位における振れ量を算出する振れ量算出手段と、前記振れ量算出手段により算出された前記複数の部位の前記振れ量の中から選択される複数の前記振れ量に基づき、前記タイヤと前記ホイールの組付け状態を評価する複数種類の評価値を算出する評価値算出手段と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明はタイヤとホイールの組付け状態を検査する検査技術に関するものである。

車両において、タイヤとホイールとの組付け状態が適正でないと車両走行時に車両の振動が激しくなったり、或いは、車両の直進性が悪くなる場合がある。このため、車両の品質管理の１つとしてタイヤとホイールとの組付け状態の検査が行なわれている。このようなタイヤ検査の方法としては、作業員が目視で判定する方法がある。しかし、目視での判定は作業員の個人差によってばらつきがあり、均一な品質管理が難しい。

また、タイヤの検査方法として、タイヤのユニフォーミティ試験機を用いてホイールを組付けたタイヤを該試験機のローラに当てながら回転させ、ローラに装着されているロードセルにより、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の力成分を測定し、ＲＦＶ（上下荷重の変動成分）、ＬＦＶ（左右横力の変動成分）、ＬＦＤ（左右横力の直進成分）の測定値を算出し、組付け状態の検査を行なうことも可能である。しかし、この検査方法は測定結果を算出するのに時間を要し、車両の生産ラインでタイヤとホイールの組付け状態を全数検査するのに用いることは困難である。更に、特許文献１のようにタイヤ検査を自動化する技術が提案されている。特許文献１に記載の装置は互いに組みつけられたタイヤとホイールとをその回転軸回りに回転させながら、タイヤの側面の径方向の外形形状をタイヤの全周に渡って計測し、その計測結果に基づき組付け状態を判定するものである。

特許第３６７７２４５号公報

しかし、特許文献１のものはリム近傍のある１箇所の振れ量等を計測して組付け状態を判定するものであり、検査精度が必ずしも高くない。また、タイヤやホイールそのものに不具合が生じている場合があり、リム近傍のある１箇所の振れ量等を検査するのみではこのような不具合を発見できない場合もある。

従って、本発明の目的は、タイヤとホイールの組付け状態をより高精度で、かつ短時間に検査することにある。

本発明によれば、タイヤとホイールの組付け状態を検査する検査装置において、互いに組みつけられたタイヤとホイールとをその回転軸回りに回転させる回転手段と、前記回転手段により回転する前記タイヤの側面の径方向の外形形状を前記タイヤの全周に渡って計測する計測手段と、前記計測手段の計測結果に基づき、前記タイヤの側面の径方向の複数の部位における振れ量を算出する振れ量算出手段と、前記振れ量算出手段により算出された前記複数の部位の前記振れ量の中から選択される複数の前記振れ量に基づき、前記タイヤと前記ホイールの組付け状態を評価する複数種類の評価値を算出する評価値算出手段と、を備えたことを特徴とする検査装置が提供される。

この検査装置では、前記振れ量算出手段により算出された前記複数の部位の前記振れ量の中から選択される複数の前記振れ量に基づき、前記評価値が算出される。前記評価値を定めるパラメータを複数部位の前記振れ量とすることで、検査精度を向上し、また、タイヤやホイールそのものの不具合も検査可能となると共に短時間で検査が行なえる。更に、前記評価値算出手段が、複数種類の前記評価値を算出することで、タイヤとホイールの組付け状態を多面的に評価することができる。

本発明においては、前記評価値算出手段は、前記評価値の種類に応じて予め定められている、前記複数の部位の中から選択される特定の部位の最大振れ量、又は、前記タイヤの側面の径方向の一定の範囲における最大振れ量の積分値、の少なくともいずれかに基づいて前記評価値を算出する構成を採用することができる。この構成によれば、複数種類の前記評価値をより適切に算出できる。また、前記評価値に応じて、前記タイヤの側面の径方向の一定の範囲における最大振れ量の積分値をその算出に導入することで前記評価値をより適切に算出できる。

また、本発明においては、前記振れ量算出手段により算出される前記振れ量には、前記回転軸方向に沿う横振れ量と、前記径方向に沿う縦振れ量と、が含まれる構成を採用できる。この構成によれば、タイヤとホイールの組付け状態を多面的に評価することができる。

また、本発明においては、前記複数種類の評価値は、前記タイヤ及び前記ホイールの回転時の上下の振れ、左右の振れ及び左右の振れの中心位置を示す値である構成を採用できる。この構成によれば、タイヤとホイールの組付け状態が車両の走行性能に与える影響を多面的に評価することができる。

また、本発明によれば、タイヤとホイールの組付け状態を検査する検査方法において、互いに組みつけられたタイヤとホイールとをその回転軸回りに回転させながら、前記タイヤの側面の径方向の外形形状を前記タイヤの全周に渡って計測する計測工程と、前記計測工程の計測結果に基づき、前記タイヤの側面の径方向の複数の部位における振れ量を算出する振れ量算出工程と、前記振れ量算出工程により算出された前記複数の部位の前記振れ量の中から選択される複数の前記振れ量に基づき、前記タイヤと前記ホイールの組付け状態を評価する複数種類の評価値を算出する評価値算出工程と、を備えたことを特徴とする検査方法が提供される。この検査方法も上述した検査装置と同様の効果が得られる。

以上述べた通り、本発明によれば、タイヤとホイールの組付け状態をより高精度で、かつ短時間に検査することができる。

＜装置の構成＞
本発明の一実施形態に係る検査装置１０のブロック図である。検査装置１０はタイヤＴとホイールＷの組付け状態を検査する装置であって、互いに組みつけられたタイヤＴとホイールＷとをその回転軸回りに回転させる回転装置２０と、回転装置２０により回転するタイヤＴの側面の径方向（ｒ）の外形形状をタイヤＴの全周に渡って計測する計測装置３０と、コンピュータ４０とを備える。

回転装置２０は、鉛直方向（Ｚ）回りに回転するスピンドル２１と、スピンドル２１の駆動源となるモータ２２と、スピンドル２１の上端に設けられた支持部２３とを備える。支持部２３はタイヤＴの側面が水平になるようにホイールＷの中心の取付孔に嵌合する。回転装置２０は、また、支持部２４を備え、支持部２４は支持部２３と同心で不図示の昇降機構により上下に昇降するよう設けられホイールＷの取付孔に上側から嵌合する。しかして、回転装置２０は、支持部２３及び２４によりホイールＷ及びタイヤＴの位置決めを行い、スピンドル２１の回転によりタイヤＴ及びホイールＷを水平姿勢で、鉛直方向（Ｚ）回りに回転させる。回転装置２０は更にロータリエンコーダ等の回転センサ２５を備える。回転センサ２５はタイヤＴ及びホイールＷの回転角度を検出するためのセンサであり、本実施形態ではモータ２２の出力軸の回転角度を検出する。

計測装置３０は本実施形態の場合、タイヤＴの表側（上側）側面、裏側（下側）側面の径方向（ｒ）の外形形状を計測すべく、タイヤＴの表側、裏側に対峙する位置にそれぞれ配設され、合計２つ配設されている。計測装置３０は、本実施形態の場合、レーザ光の照射ユニット３１と、撮像ユニット３２と、を備える。照射ユニット３１はタイヤＴの側面から鉛直方向（Ｚ）に所定距離を置いて配設され、タイヤＴの側面に垂直に、タイヤＴの径方向（ｒ）に沿うスリット光を照射する。撮像ユニット３２はＣＣＤセンサ及び光学系からなり、タイヤＴの側面の、スリット光の照射領域を撮影する。撮影された画像３０ａはタイヤＴの側面の径方向断面形状の外周部分の輪郭（外形形状）を示すことになる。なお、計測装置３０としては、この他にも、例えば、レーザ距離計をタイヤＴの径方向に走査させる装置も採用可能である。

計測装置３０はタイヤＴ及びホイールＷの回転角度に応じてタイヤＴの側面の外形形状を撮影し、例えば、１０度単位でタイヤＴの全周に渡って撮影する。１０度単位で撮影した場合、得られる画像は３６枚となる。これらの画像は、タイヤＴの側面の径方向（ｒ）の外形形状を２次元座標（Ｚ−ｒ平面）で表すデータに変換される。図２はタイヤＴの側面の径方向（ｒ）の外形形状を２次元座標で表したデータであり、タイヤＴ及びホイールＷの各回転角度におけるデータを重ねて表示したものである。図２におけるデータの線の幅がタイヤＴの側面の振れを表している。

図１に戻り、コンピュータ４０は後述する検査処理を実行するＣＰＵ４１と、一時的なデータ等が格納されるＲＡＭ４２と、固定的なデータ、プログラム等が格納されるＲＯＭ４３と、後述する検査処理のプログラムや計測装置３０の計測結果であるデータをハードディスクに格納するるハードディスクドライブ（ＨＤＤ）４４と、を備える。なお、ＲＡＭ４２、ＲＯＭ４３及びＨＤＤ４４は他の種類の記憶手段でもよい。

インターフェース（Ｉ／Ｆ）４５ａはモータ２２の駆動回路（不図示）、回転センサ２５、及び、計測装置３０とＣＰＵ４１とのデータのやり取りを行なう入出力インターフェースである。Ｉ／Ｆ４５ｂは、キーボード、マウス等の入力デバイスである操作ユニット４６とＣＰＵ４１とのデータのやり取りを行なう入力インターフェースである。操作ユニット４６は後述する検査処理の実行の指示や、各種の設定等をユーザが行なうためのユニットである。Ｉ／Ｆ４５ｃはディスプレイ４７とＣＰＵ４１とのデータのやり取りを行なう出力インターフェイスである。ディスプレイ４７は検査結果等を表示する表示装置である。

＜検査の概要＞
本実施形態では計測装置３０の計測結果に基づき、まず、タイヤＴの側面の径方向（ｒ）の複数の部位における振れ量を算出する。次に、算出された複数の部位の振れ量の中から選択される複数の振れ量に基づき、タイヤＴとホイールＷの組付け状態を評価する複数種類の評価値を算出する。そして、その評価値に応じて組付け状態の良否を判定する。

図３（ａ）は本実施形態における評価値の説明図である。本実施形態ではタイヤＴの車両実装時におけるタイヤＴの回転時の上下方向の振れに関するＹ１、左右の振れに関するＹ２及び左右の振れの中心に関するＹ３の３種類の評価値を用いる。評価値Ｙ１は車両の振動に影響する評価要素である。評価値Ｙ２は車両の振動と直進性に影響する評価要素である。評価値Ｙ３は車両の直進性に影響する評価要素であり、タイヤＴの左右の中心からタイヤＴの左右の振れの中心がずれていれば車両が斜行することに着目したものである。上記評価値Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３はタイヤＴ単体のＲＦＶ、ＬＦＶ、ＬＦＤの値と、タイヤＴとホイールＷを組付けた状態でのＲＦＶ、ＬＦＶ、ＬＦＤの値の差、すなわち、ＲＦＶ、ＬＦＶ、ＬＦＤの変化量に相当するものである。

これらの評価値Ｙ１〜Ｙ３を算出する式は、本実施形態の場合、回帰分析により求め、上記ＲＦＶ、ＬＦＶ、ＬＦＤの変化量と相関性がある。回帰分析に用いる重回帰式は本実施形態では評価値Ｙ１〜Ｙ３を従属変数とした以下の式を用いる。
評価値Ｙ＝ａ₁・Ａ₁＋・・・＋ａ_k・Ａ_k＋ｂ₁・Ｂ₁＋・・・＋ｂ_m・Ｂ_m＋ｃ₁・Ｃ₁＋・・・＋ｃ_n・Ｃ_n＋Ｄ
ここで、ａ、ｂ、ｃは回帰係数であり、Ｄは定数である。また、Ａ、Ｂ、Ｃは独立変数であり、それぞれ以下の通りである。

図３（ｂ）は独立変数Ａ〜Ｃの説明図である。同図において、最大値及び最小値は計測装置２０の計測結果の最大値、最小値（タイヤＴの側面の径方向（ｒ）の任意の位置における鉛直方向（Ｚ）の最大値、最小値）である。独立変数ＡはタイヤＴの側面の径方向（ｒ）のある特定の部位における、径方向（ｒ）に沿う最大振れ量（縦振れ量）であり、車両実装時で言うとその部位での上下方向の最大振れ量である。独立変数ＢはタイヤＴの側面の径方向（ｒ）のある特定の部位における、タイヤＴの回転軸方向（Ｚ方向）に沿う最大振れ量（横振れ量）であり、車両実装時で言うとその部位での左右方向の最大振れ量である。独立変数ＣはタイヤＴの側面の径方向（ｒ）の一定の範囲における最大振れ量の積分値、つまり、横振れ量の積分値である。なお、上記式における回帰係数及び独立変数の添え字はタイヤＴの側面の径方向（ｒ）の各部位を特定する数字である。

回帰係数ａ〜ｃは予め実験により算出する。実験は、例えば、互いに組付けた同種のタイヤＴ及びホイールＷの良品と不良品とをサンプルとして数十点用意する。不良品は、例えば、タイヤＴとホイールＷとの間に異物を噛ませて、組付け状態が不適切であるサンプルを意図的に作製する。異物は厚さが異なるものを複数種類用意し、複数種類の不良品を作成する。

数十点のサンプルのそれぞれについて、検査装置１０又はこれと同種の装置により、タイヤＴの側面の径方向（ｒ）の外形形状を計測し、また、前述のユニフォーミティ試験機を用いてサンプルのタイヤＴとホイールＷを組付けた状態でのＲＦＶ、ＬＦＶ、ＬＦＤの値を測定する。外形形状の計測結果から、各独立変数Ａ〜Ｃを算出し、評価値Ｙ１〜Ｙ３毎に、上記の重回帰式にタイヤＴ単体のＲＦＶ、ＬＦＶ、ＬＦＤの値と上記組付けた状態でのＲＦＶ、ＬＦＶ、ＬＦＤの測定値との差、すなわち、ＲＦＶ、ＬＦＶ、ＬＦＤの変化量をそれぞれＹに代入すると共に各独立変数Ａ〜Ｃを代入する。代入した重回帰式から最小二乗法等により各回帰係数ａ〜ｃを算定する。また、各評価値Ｙ１〜Ｙ３に影響の少ない独立変数の項は削除する。なお、上記重回帰式に、タイヤＴ単体のＲＦＶ、ＬＦＶ、ＬＦＤの値と上記組付けた状態でのＲＦＶ、ＬＦＶ、ＬＦＤの測定値との差、すなわち、ＲＦＶ、ＬＦＶ、ＬＦＤの変化量をそれぞれＹに代入することで、タイヤＴとホイールＷの組付け状態における重回帰式の精度（妥当性）を高めることができる。

以上により各評価値Ｙ１〜Ｙ３毎に回帰係数を得て、重回帰式を得る。本発明の発明者が行なった実験では、あるタイヤとホイールとについて重回帰式は例えば以下のように得られた。なお、下記の式の独立変数の内容を図４（ａ）及び（ｂ）に示す。図４（ａ）はタイヤＴの表側の側面の外形形状、図４（ｂ）はタイヤＴの裏側の側面の外形形状である。
評価値：Ｙ１＝ｃ₁₁・Ｃ₁＋ｃ₁₂・Ｃ₂＋Ｄ₁ （式１）
評価値：Ｙ２＝ｃ₂₁・Ｃ₁＋ｃ₂₂・Ｃ₂−ｂ₂₁・Ｂ₁＋ｂ₂₂・Ｂ₂＋Ｄ₂ （式２）
評価値：Ｙ３＝ｃ₃₁・Ｃ₂＋ｃ₃₂・Ｃ₃−ａ₁・Ａ₁＋Ｄ₃ （式３）
サンプルのタイヤＴの側面の幅（組付け状態で見える幅）はおよそ７ｃｍ程度であり、独立変数Ａ１はタイヤＴの表側側面の、ホイールＷ近傍の縦振れ量である。独立変数Ｂ１はタイヤＴの表側側面の、ホイールＷから５ｃｍ程度の部位の横振れ量である。独立変数Ｂ２はタイヤＴの裏側側面の、ホイールＷから４ｃｍ程度の部位の横振れ量である。独立変数Ｃ１乃至Ｃ３はタイヤＴの表側側面の横振れ量の積分値であり、順にホイールＷから約１ｃｍ〜１．５ｃｍ、約１．５ｃｍ〜２ｃｍ、約４ｃｍ〜４．５ｃｍの範囲の横振れ量の積分値である。

各回帰係数の具体的な値は特に示さないが以下の関係があった。
ｃ₁₁＞ｃ₁₂
ｂ₂₂＞ｂ₂₁＞ｃ₂₁＞ｃ₂₂
ａ₁＞ｃ₃₁＞ｃ₃₂
なお、Ｄ₁、Ｄ₂、Ｄ₃は回帰分析により算出された定数である。このようにして回帰係数が定められた上記の各重回帰式はＨＤＤ４４に予め格納されることになる。

＜検査処理＞
次に、上記式１〜式３を用いて検査装置１０による検査の手順について説明する。図５はＣＰＵ４１が実行する検査処理のフローチャートである。互いに組み付けられたタイヤＴ及びホイールＷが回転装置２０にセットされるとＣＰＵ４１は図５の処理を実行する。Ｓ１では回転装置２０を作動させてタイヤＴ及びホイールＷを一定の速度で回転させる。Ｓ２では回転センサ２５の検知結果を参照し、タイヤＴ及びホイールＷの回転角度が計測角度であるかの判定を行なう。該当する場合はＳ３へ進み、該当しない場合は待ちとなる。

Ｓ３では計測装置３０によりタイヤＴの径方向（ｒ）の外形形状を計測する。Ｓ４では計測データをＨＤＤ４４に保存する。Ｓ５ではタイヤＴの全周について計測装置３０により計測を行なったか否かを判定する。該当する場合はＳ６へ進み、該当しない場合はＳ２へ戻る。Ｓ６では回転装置２０によるタイヤＴ及びホイールＷの回転を停止する。

Ｓ７ではＳ４で保存した計測データに基づき、タイヤＴの側面の径方向（ｒ）の複数の部位における振れ量を算出する。振れ量は上記式１〜式３で用いる独立変数を定めるために必要な分のみでよい。Ｓ８ではＳ７で算出された複数の部位の振れ量の中から評価値Ｙ１〜Ｙ３に応じて振れ量を選択して各独立変数Ａ１、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１乃至Ｃ３を設定し、ＨＤＤ４４に格納された上記式１〜式３にこれを代入して、評価値Ｙ１〜Ｙ３を算出する。

Ｓ９では組付け状態の良否判定を行なう。ここでは、評価値Ｙ１、Ｙ２が予め設定したそれぞれの閾値を超えたら不良品、閾値以下であれば良品と判定し、評価値Ｙ３が予め設定した所定範囲の閾値内であれば良品、所定範囲の閾値より外れていれば不良品と判定する。Ｓ１０ではＳ９の判定結果をディスプレイ４７に表示する。判定結果は各評価値Ｙ１〜Ｙ３毎に表示することができる。検査者はこの評価結果を見てそのタイヤＴ及びホイールＷを使用するか否かを決定することになる。

このように本実施形態の検査装置１０では、評価値Ｙ１〜Ｙ３を定めるパラメータ（独立変数）をタイヤＴの径方向（ｒ）の複数部位の振れ量とすることで、検査精度を向上することができる。また、複数部位の振れ量を見ることで、単なる組付けミスの発見のみならず、タイヤＴやホイールＷそのものの不具合も検査可能となる。更に、複数種類の評価値Ｙ１〜Ｙ３を算出することで、タイヤＴとホイールＷの組付け状態を多面的に評価することができる。また、ユニフォーミティ試験機と比べて短時間で検査が行なえ、全数検査も可能となる。

また、評価値Ｙ１〜Ｙ３を定めるパラメータ（独立変数）として、最大振れ量（縦振れ量、横振れ量）の他に径方向（ｒ）の一定の範囲における最大振れ量の積分値という、評価値と相関関係にあるパラメータを見出し、評価値Ｙ１〜Ｙ３の種類に応じてこれらを用いることで、評価値Ｙ１〜Ｙ３をより適切に算出できる。

また、評価値Ｙ１〜Ｙ３を定めるパラメータ（独立変数）として、縦振れ量、横振れ量を用いることで、タイヤＴの上下、左右の振れ、左右の振れの中心といったタイヤＴとホイールＷの組付け状態を多面的に評価することができる。

また、本発明においては、評価値Ｙ１〜Ｙ３として、タイヤＴ及びホイールＷの回転時の上下の振れ（Ｙ１）、左右の振れ（Ｙ２）及び左右の振れの中心位置（Ｙ３）を採用することでタイヤとホイールの組付け状態が車両の走行性能に与える影響を多面的に評価することができる。

本発明の一実施形態に係る検査装置１０のブロック図である。タイヤＴの側面の径方向の外形形状を２次元座標で表したデータである。（ａ）は評価値Ｙ１乃至Ｙ３の説明図、（ｂ）は独立変数の説明図である。（ａ）及び（ｂ）は独立変数の説明図である。検査装置１０のＣＰＵ４１が実行する処理の例を示すフローチャートである。

符号の説明

１０検査装置
２０回転装置
３０計測装置
Ｔタイヤ
Ｗホイール

Claims

タイヤとホイールの組付け状態を検査する検査装置において、
互いに組みつけられたタイヤとホイールとをその回転軸回りに回転させる回転手段と、
前記回転手段により回転する前記タイヤの側面の径方向の外形形状を前記タイヤの全周に渡って計測する計測手段と、
前記計測手段の計測結果に基づき、前記タイヤの側面の径方向の複数の部位における振れ量を算出する振れ量算出手段と、
前記振れ量算出手段により算出された前記複数の部位の前記振れ量の中から選択される複数の前記振れ量に基づき、前記タイヤと前記ホイールの組付け状態を評価する複数種類の評価値を算出する評価値算出手段と、
を備えたことを特徴とする検査装置。
前記評価値算出手段は、
前記評価値の種類に応じて予め定められている、前記複数の部位の中から選択される特定の部位の最大振れ量、又は、前記タイヤの側面の径方向の一定の範囲における最大振れ量の積分値、の少なくともいずれかに基づいて前記評価値を算出することを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
前記振れ量算出手段により算出される前記振れ量には、前記回転軸方向に沿う横振れ量と、前記径方向に沿う縦振れ量と、が含まれることを特徴とする請求項１又は２に記載の検査装置。
前記複数種類の評価値は、
前記タイヤ及び前記ホイールの回転時の上下の振れ、左右の振れ及び左右の振れの中心位置を示す値であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の検査装置。
タイヤとホイールの組付け状態を検査する検査方法において、
互いに組みつけられたタイヤとホイールとをその回転軸回りに回転させながら、前記タイヤの側面の径方向の外形形状を前記タイヤの全周に渡って計測する計測工程と、
前記計測工程の計測結果に基づき、前記タイヤの側面の径方向の複数の部位における振れ量を算出する振れ量算出工程と、
前記振れ量算出工程により算出された前記複数の部位の前記振れ量の中から選択される複数の前記振れ量に基づき、前記タイヤと前記ホイールの組付け状態を評価する複数種類の評価値を算出する評価値算出工程と、
を備えたことを特徴とする検査方法。