JP2020510814A - 製造工程の最後でタイヤの欠陥を検出および検査する機器 - Google Patents

Abstract

ワークステーションを含む製造工程の最後でタイヤの欠陥を検出および検査する機器を使用した方法が適用され、機器には、検査時に試験対象のタイヤ（２１）を支持する回転台（１７）を含む作業台（１９）と、タイヤの内外面の外形に関連する一連の画像をスキャンおよび検出するように構成されたプロフィロメータ手段（１、２、３、４、５）と、試験対象のタイヤのトレッド部およびショルダー部の外面をスキャンする、高解像度ＲＧＢカラーリニアカメラ手段２２、２３と、プロフィロメータ手段（１、２、３、４、５）および高解像度ＲＧＢカラーリニアカメラ手段（２２、２３）の各手段を支持および操作する、機械的手段（７、９、１１、１２、１３、１５、２０）と、電気機械オートメーション手段（モータ、ブラシレス、センサ）、および電気機械オートメーション手段を管理し、動作させる電子装置手段（ＰＬＣ、インバータ、ブラシレス駆動モータ、および制御軸）の各手段（６、８、１０、１４、１６、１８）と、ソフトウェア手段によって実装され、プロフィロメータ手段（１、２、３、４、５）および高解像度ＲＧＢカラーリニアカメラ手段（２２、２３）の各手段によって検出されるパラメータを記憶および処理し、関連する大きさおよび表面特性のサンプルとして試験対象のタイヤの３次元モデルを提供し、表面の欠陥がない場合にカテゴリ別に整理された各タイヤの種類の表面特性に関するパラメータを含むデータベースを管理し、電子装置手段および電気機械オートメーション手段のパラメータ、ならびにタイヤの表面の欠陥を検査するパラメータを設定する、プロセッサ手段と、プロセッサ手段に設けられ、作業員と機器との間で相互作用を行うインタフェースとが設けられ、プロフィロメータ手段（１、２、３、４、５）および高解像度ＲＧＢカラーリニアカメラ手段（２２、２３）は、同時に動作し、タイヤをひっくり返す前に、試験対象のタイヤの内外面の全ての外形の全体スキャンを行って欠陥が存在する場合に欠陥を検査するように構成されており、タイヤは回転台（１７）で制御された速度で回転し、ソフトウェア手段は、プロフィロメータ手段（１、２、３、４、５）および高解像度ＲＧＢカラーリニアカメラ手段（２２、２３）の各手段によって検出された試験対象のタイヤに関するパラメータと、同一カテゴリのタイヤであるが、表面の欠陥がない場合の少なくとも１つの対応するパラメータとの間でマッチングを行うアルゴリズムによって表面の欠陥が検出された場合に、表面の欠陥をその後定義および分類するように構成されることを特徴とする、機器。

Description

本発明は、タイヤの工業製造工程を自動化するシステムの分野に関する。

より詳細には、本発明は、製造工程の最後でタイヤの全表面に生じ得る欠陥の存在を検出する機器および各方法に関する。

タイヤ、すなわちニューマチックタイヤは、ホイールに取り付けられ、道路上で車両を制御することができる要素である。

タイヤは、安全には欠かせないものであるため、車両の最も重要な要素のうちの１つである。また、タイヤは、小さい接地面積を介して、あらゆる力の交換が可能であり、これにより、あらゆる天候条件下で車両を加速させ、ブレーキをかけ、方向転換を行うことを可能にする。

タイヤの製造工程は、以下の主要工程、
−配合工程：ゴム、フィラー、およびその他の成分など３０種類から構成されるタイヤのゴム化合物を巨大なミキサーに混ぜて、研削用に弾力性がある黒の化合物を生み出す工程と、
−研削工程：冷却されたゴムを、タイヤの基本構造を形成することになる小片に裁断する工程と、
−製造工程：タイヤは、内側から外側に作られ、具体的にはファブリック要素、スチールベルト、ビード、スチールワイヤー、トレッド、およびその他の要素を特殊なタイヤ製造機の中に入れる方法で製造され、その結果、出来上がりが「生タイヤ」として知られる未完成品となる、工程と、
−加硫工程：次いで、加硫プレスを用いて生タイヤを高温で加熱された鋳型において加硫処理し、加硫プレスが生タイヤの外側を膨張させることによって、全ての要素を鋳型の側壁に向けて圧縮し、トレッドパターン、および製造業者の指示を含むショルダー部上にあるタイヤそのものに最終形状を与える、工程と、
−検査工程：各タイヤの引き渡しおよび販売の準備を検討する前に、有能で訓練を受けた作業員がその各タイヤを入念に検査して、最終的に最小の欠陥または不備でさえ検出するように特殊設計された機械によって欠陥を識別する、工程と
に基づいている。

今日、タイヤ（車両用、バイク用、トラック用、自転車用などの）を製造する世界中のあらゆる産業では、配合準備、およびタイヤを構成する部分である、バンド、トレッド部、ビード部、ラベルなどの押出成形など、高度な自動タイヤ製造システムを実装および導入しているが、検査工程、すなわちタイヤの製造ラインの最後での品質管理では、依然として作業員が手作業で行っており、作業員は、各タイヤの内側および外側の両方を手に触れ、目視で検査を行い、目視でおよび手で触れて見つけられる欠陥を探している。

タイヤの品質管理は最も繊細さを要する工程の１つであり、タイヤを市場に出す前の製造工程時において生じる可能性があるタイヤ製品の欠陥がないかの検査は、重要であり、製造された全てのタイヤに対して行わなければならない。そのため、製造されたタイヤに欠陥がないかを効率的に検査する機械を導入することによって、タイヤ製造ラインでの品質管理が確実に向上する。

「欠陥」という言葉は望ましい状態からの逸脱を意味するが、こうした逸脱によりタイヤの性能が低下する（要するに検査不合格となる、もしくは等級が下がる可能性がある）かどうか、またはタイヤを検査不合格としない、もしくは等級を下げない単純な欠陥（例えば、外観に関する）となり得るかどうかとは関係ない。欠陥とは、以下のものであり得る。
構造タイプ：−非加硫化合物を備える部分、形状変化、切り口、カーカスの滑り、偏心、タイヤの周囲に沿う平面の存在、タイヤ部分の厚み、許容限度を超える距離、層の不足、および、組み立て工程時のオープンジョイントの存在。
−表面タイプ：表面上の異物の存在、傷、すり傷、気泡、剥離、亀裂、ブラダ、欠落要素、異物、ゴムの過剰、ゴムの不足、など。
−色に起因するもの：タイヤ製造業者は製造工程時に、特に以下を含む様々な目的で色を利用する。
・タイヤのコマーシャルコードをトレッド部に書き込む。
・製造されたタイヤの種類をコード化するために色線を引く。当該色線はトレッド部の全周に設けられる。このコード化は、コンベヤー上のカラーセンサによって読まれ、タイヤを様々な製造部門に自動発送するために使用される。
・タイヤブランドを目立たせる。
・また、タイヤの黒という色合いを変化させて示すことにより、ゴム化合物の中に存在する異物を目立たせることが可能となり、加硫工程時に鋳型の内部が膨張することによる高圧空気の漏れを目立たせることを可能にする。

手作業で行われる現在のタイヤの品質管理ステーションでは、以下のオペレーションが行われる。
−試験対象の各タイヤを作業台に運ぶ。
−手作業でタイヤ（内側および外側）の検査を行い、変形、傷、ベシクル、気泡などを検査する。
−目視によるタイヤ（内側および外側）の検査を行い、目視で検出できる構造上の（または審美的な）欠陥を検査する。

この種の「人」の目視による検査は、オペレーションの反復、分析対象の部分の複雑性、および、工業生産において課される短時間および高速性に起因する危険性を有し、さらに、目視作業を行うことで疲労、ストレス、身体的状態、およびその他の不随要因など、多くの要因に影響を受けやすい作業員の状態に関わることであるため、タイヤの客観的な検査ができない。

タイヤの自動製造工程などの技術進歩は、当該危険性を下げ、コストを削減することを可能にし得て、結果の客観性という利点がある。

タイヤ製造業者はさらに、長時間勤務が原因で多くの欠陥製品を誤って市場に出したり、最終的に企業イメージという評判を傷つけ、顧客維持を困難にさせる可能性がある偽陰性を再発させたり、製品を投棄したり、原料および資源を環境的に無駄遣いしたり、最終的に路上のドライバーの安全を危険にさらしたりする作業員がこれまで専ら行ってきた欠陥検査活動に対して自動化という解決策を求めている。

すなわち、こうした解決策の研究の前提にある概念は、目視による工業用製品の品質管理が、非常に専門的であるが、極めて繰り返しの多い作業ではある作業の１つであるという見解が基点になっている。

作業員（３交替制での３人の専門作業員）がいる手作業ステーションではなく、自動欠陥検査ステーションを製造ラインに導入することにより、客観的な結果、および、検査時間の保証という明確な利点に加え、年間で大幅な節約が実現できる。

製造工程の最後でタイヤのある部分に対して品質検査試験を行う自動検査ステーションは先行技術で知られており、自動検査ステーションにより、最終製品の欠陥を検出することが可能となり、その結果、タイヤ製造業者に重要な競争優位性がもたらされ、技能労働者というコストの発生および各検査工程での客観性の必要性が配慮されることになる。

これらの自動検査ステーションは、単一の要素、すなわち３Ｄカメラおよびオートマティズムを組み立てることによって作られることがほとんどであり、タイヤ製造工程にそのまま導入される完全かつ十分な一体型の自動品質管理システムを提供しない。

幾つかの周知のシステム（ＳＩＣＫ社、ＣＯＧＮＥＸ社、ＩＮＴＥＧＲＯ Ｔｅｃｈｎｏｇｉｅｓ社、ＴＥＳＴＩＮＤＯ社のシステム）は、取得データを処理する制御装置が設けられた簡易な装備を使用することをベースにしており、タイヤはまたその要素ならびに各構造および表面タイプの欠陥を検査するための装置およびレーザープロフィロメータが設けられた完全なマシン（本発明の機器参照）ではない。

タイヤを検査するシステムおよび方法に関する特許は先行技術で知られており、多くの関連特許のうち幾つかを以下に記載する。

特許文献ＥＰ１１４８３２８は、タイヤの圧力を変えることにより、その結果タイヤおよび構造的特徴／欠陥の形状を変化させ、三角測量によってタイヤ表面にある特定の地点に投影される光をカメラによって観察および取得し、画像を処理システムに送信し、タイヤのモデルを処理し、この工程が繰り返して、様々なタイヤの圧力で様々なモデルを比較することを含む方法を記載する。

しかしながら、当該方法は、タイヤを異なる圧力で膨張させ、異なる圧力でタイヤの異なる形状を取得した後に、タイヤの構造上の違いを検出するが、タイヤの欠陥は検出しない。このシステムは、製造ラインからタイヤの構造部分を検査するのに使用できるだけであり、タイヤを膨張させることができるリムにタイヤを結合させる必要がある。

特許文献ＷＯ２０１３／０４５５９４は、タイヤ内面の起伏における要素の高速分析法を記載し、この方法は、表面の３次元画像を取り込むために、その地点の地形***に対応するグレースケール値を画像の各画素に割り当てることで開始画像を取得する段階と、取り込んだ３次元画像を、横軸が外周値を示し、縦軸が半径値を示す直交座標参照システムに変換する段階と、高度勾配値を表面の画像の各画素に割り当てるために、当該***と、各画素を通る直線の上に配置され、円周方向に配向される、離散した、数が少ない地点の***とを比較する段階とを含む。

特許文献ＩＴ１０２０１５００００２８９５６は、「タイヤ表面の欠陥を検出する方法および機器」を記載し、これらは、以下の段階、すなわち、タイヤを準備する段階と、表面部分のメッシュが有する直線状要素の典型的な広がりと、生じ得る典型的な細長い欠陥とを含む構造体を備えるデジタル画像を取得する段階であって、当該構造体の広がりが各向きを有するものである段階と、表面部分のメッシュのモデルを示し、各画素は、画素がメッシュ部分に属しているか否かを示す第１の指標と、メッシュが当該画素を通って広がる少なくとも局所方向を示す第２の指標と関連付けられる段階と、構造体が当該画素を通って広がる向きを示す第３の指標を、構造体の各画素に対して算出する段階と、メッシュに属するメッシュパターン内の対応する画素を有した構造体の各画素に対して、メッシュモデルの対応する画素と関連付けられる第３の指標および第２の指標を比較することに基づいて当該構造体の画素が所定の欠陥に属するかどうかを決定する段階とを含む。

しかしながら、タイヤの生産工場において「インライン」に使用される品質管理を実現するためには、品質管理そのものを迅速かつ低コスト制限で行う必要があることを考えると、当該システムには欠点がある。この文脈において、処理アルゴリズムのコンピューティングの需要は重要である。なぜなら、過剰であるときは、制御時間が容認できないほど長くなり、および／または、必要な計算能力により、制御が実行不可能になるからである。

特許文献ＵＳ２０１６３２０２６５は、タイヤの製造工程においてタイヤの欠陥を検出する方法を記載し、この方法は、以下の段階、すなわち、タイヤを準備する段階と、タイヤ表面部分の３次元画像を取得する段階と、試験対象のタイヤ表面部分が有する外形の高さの寸法を示す複数の値を、取得した画像に応じて生成する段階と、取得した複数の値に応じて、および基準外形と比較して検査対象のタイヤ表面部分の評価を示す複数の補間値に応じて処理する段階と、基準外形の値に対する当該測定値に応じて、取得値を算出および比較することでタイヤ表面部分の生じ得る欠陥を検出する段階とを含む。

当該方法の前提となる技術は、タイヤ全体の欠陥ではなく、タイヤ表面部分の欠陥だけを検出するマトリックスカメラを利用することである。この方法は、ＲＧＢカラー検出を使用した技術で欠陥を検出するわけではない。

特許文献ＷＯ２０１６１０３１３１は、タイヤ表面部分に欠陥がない参照画像と、試験対象のタイヤ表面部分のサンプル画像との間の比較に基づきタイヤの欠陥を検出する方法および機器を記載し、この方法は、サイドライト光源が光を当てることで、生じ得る欠陥を検出する。

当該特許文献（ＷＯ２０１６１０３１３１）の方法は、完成機ではなく特殊機器を使用する。この特殊機器は、タイヤ全体ではなく、タイヤ表面部分を検査する。欠陥を検出するために、この特殊機器は、サイドライトの使用に基づく技術を利用して、試験対象のタイヤの突起部または欠陥を目立たせ、タイヤのモデルを示すために、３次元モデルを示すのではなく２次元画像を取得する。

特許文献ＵＳ７８０５９８７では、タイヤの領域間の様々な膨張（または収縮）を測定するために、少なくとも２つの異なるそれぞれの静圧でタイヤの外形の高さを構築してタイヤの欠陥を検出する。光源が、複数の照射されたラインをタイヤに投影し、カメラを使用して照射されたラインの位置を記録し、回転可能に固定された位置のタイヤの外形の高さを構築する。

この方法は、巨視的欠陥を検出するために、異なる圧力でタイヤを膨張させることにより、その結果、タイヤに投影され、カメラが取得した光線の位置の変化を検査することに基づいている。しかし、この方法は、あらゆる３Ｄ検出を行わず、試験対象のタイヤ表面の小さな変形および欠陥に対して検査をすることができない。この方法を利用して、投影されたラインの位置に応じてタイヤを異なる圧力で膨張させることによって、およびタイヤの外形を描画することによって目立たせられたタイヤの構造上の大きな欠陥を検出する。いかなる場合でも、タイヤを膨張させる必要があるので、タイヤをリムに取り付けなければならず、この機器は、ずれを検査するように設計される。さらに、当該方法は、タイヤの内側部分に適用することができない。

特許文献ＷＯ２０１１１１５２５６で示される方法では、分析対象のタイヤ表面に偏光を照射し、光の強度を測定し、凹凸を識別するカメラを用いてタイヤ表面に反射された偏光を検出する。カメラには、少なくとも３つ以上の異なる方向を有する偏光器が備え付けられるのが望ましい。

当該機器は偏光およびカメラを利用し、これらはタイヤの欠陥を検出し、目立たせることができるが、タイヤの欠陥を特徴付けることはできない。欠陥を検出する重要な要素として光を利用する本特許文献は、タイヤの構造が異なり、入射角に応じて吸光特性が可変であるため様々な反射が生じる結果として、および、タイヤが膨張せずにリムに取り付けられる加硫工程の最後で、タイヤには間隙を介するタイヤの曲率および様々な大きさの曲率がある結果として、小さな欠陥を検出することができない。さらに、当該方法は、タイヤの内側部分に適用することができない。

本発明の主要目的は、タイヤ製造工程の最後でそのまま導入される完全一体型で自動の総合的な品質管理機器によって、タイヤの欠陥を検出する先行技術の技術が有する多くの欠点を克服することである。そのためには、本発明は、タイヤ製造工程の最後でタイヤの全表面にある欠陥の存在を検出するために、高解像度の観察を可能にする高度なデジタル検出器具を使用する方法および各機器を提供する。

特別に開発された複雑なアルゴリズムを利用してタイヤのあらゆる表面および部分を検査し、生じ得る欠陥を識別し、タイヤを検査不合格にするか、修復するかを明確に定める有用なデータと、検査不合格品をなくすための適切な是正措置を行うタイヤ製造工程上流の情報と、を提供する適切な処理手段が、当該デジタル検出手段によって収集されたデータ量を処理する。

本発明の方法および関連機器のさらなる目的ならびに利点は、
−本発明により、タイヤの全表面の３次元再構成が実行可能となる。
−本発明により、タイヤ表面（傷、すり傷、気泡、剥離、亀裂、小疱、欠落部分、異物、ゴムの過剰、ゴムの不足、など）の形を変えてしまう欠陥だけでなく、さらにタイヤの形状（偏心距離、タイヤの周囲に沿う平面部分の存在、タイヤ部分の厚み、許容限度を超える距離など）を変えてしまう構造上の欠陥を３Ｄによって検出することが可能となる。
−本発明により、タイヤの各内面または外面およびタイヤのあらゆる領域（トレッド部、縁部、サイドウォール部、ショルダー部、ビード部、側面）の欠陥の検査および検出が可能となる。
−本発明により、カラー文字を誤って印刷してしまうことで予期せぬ色の存在の検出が可能となるが、色を使用すると、
・色線の位置を間違えることによって、
・コマーシャルコードの位置を間違えることによって、
・色線およびコマーシャルコードに色のシミが生じることによって、
・タイヤに書き込む段階で色の純度が異なってしまうことによって、
・タイヤのモデルに対して色が異なってしまうことによって、
・タイヤブランドの文字を部分的に目立たせてしまうことによって、
欠陥を作り出してしまう場合がある。
−本発明により、タイヤの黒という色合いの変化を識別し、その結果、ゴム化合物の汚れから生じる欠陥、加硫工程時の蒸気の漏れ、または組み立て工程時（タイヤの内部鋼線部分を見ることができる）の一部層の不足、を示すことが可能となる。
−本発明は、あらゆる種類のタイヤに適用可能であり、タイヤは、コマーシャルコードに応じて、異なるリム、トレッド部、ショルダー部の大きさを有する。
−本発明は、製造部門ですでに稼働している新しい製造ライン、または改良中の製造ラインといった、あらゆる製造ラインの最後に組み込むことが可能であり、本機器は、標準プロトコル（プロフィバス、イーサネット（登録商標）ＴＣＰ／ＩＰ、モドバスなど）を用いて製造ラインとインタフェースをとる。
−本発明は、実験室ではなく、現場で製造される全てのタイヤを検査することができる。
−本発明は、タイヤの製造ラインの最後に不規則に次々と到着するあらゆる種類のタイヤの一体型の自動品質管理を可能にする。

当該目的および利点のために、本発明は、製造サイクルの最後でタイヤに存在するあらゆる欠陥を自動的に検出する３次元観察および色分析を行う方法および機器を提供する。

本機器は、「レーザープロフィロメトリー」技術を利用して、タイヤ表面に存在する欠陥を識別および認識する。

この革新的技術は、表面を検査する様々な部門に適用され、光学素子を備えたレーザおよびカメラを同レーザープロフィロメトリーのコンテナ内に組み込む規格品である２Ｄおよび３Ｄスマートセンサを備える。

当該規格品は、現時点で搭載されるソフトウェアアルゴリズムを利用して、小さな物体の３次元分析を行い、個々の表面に関連する高さ、長さ、幅、傾斜、および容積を測定することができる。

当該技術（レーザープロフィロメトリー）は、タイヤ全体の３次元モデルを再構築し、連続的な処理を行うことによって、時間およびコストの点で高効率および大幅な節約で、欠陥の存在を検出し、全種類の構造的欠陥または表面の欠陥を自動的に認識かつ分類することを可能にする。

さらに、本機器は、ＲＧＢカラーカメラを使用することによって、タイヤの製造業者およびタイヤの大きさにかかわらず、あらゆるタイヤの外面、トレッド部、およびショルダー部上の色の欠陥を認識する。

本機器は、タイヤの製造業者およびタイヤの大きさにかかわらず、あらゆるタイヤの内側部分および外側部分の検査を可能にする５つのレーザーカメラアセンブリと、タイヤの外側部分、トレッド部、およびショルダー部の検査を可能にする３つの高解像度ＲＧＢカメラ照射アセンブリと、を使用する。

レーザーカメラアセンブリおよび高解像度ＲＧＢカメラ照射アセンブリは、軸付きの自動ガイドに取り付けられ、試験対象のタイヤの大きさに応じてプログラムされた位置に自動的に配置されて、ミリメートルごとにタイヤをスキャンする。

タイヤの内外面の欠陥を検査するためには、タイヤの全部分にわたってスキャンする必要がある。

次いで、欠陥分析ソフトウェアが、タイヤの全部分の３次元画像、ならびにトレッド部および外側ショルダー部のカラー画像を処理し、試験対象のタイヤのモデルと比較して異なる場合に処理される特定部分を識別する。欠陥が識別されれば、そのタイヤは磨かれるか、または修復される。

本発明のさらなる特徴および利点は、製造工程の最後でタイヤの欠陥を検査する方法および機器の好ましいが、これに限定されるわけではない、実施形態の詳細な説明に照らし合わせると明らかになるであろう。方法および装置の好ましいが、これに限定されるわけではない、実施形態の詳細な説明は、添付図面の助けを借りて非限定的な例として図示される。

単一の制御ステーションを備えた機器の配置図である。 ２つのステーションを備えた機器の制御ステーションの配置図である。 図２の機器の別の制御ステーションの配置図である。 ａ）タイヤを構成する内側と外側の両部分であり、欠陥を示すことができ、ｂ）タイヤ全体をスキャンすることができるように様々なプロフィロメータが関連付けられるタイヤ部分であり、ｃ）ＲＧＢカラーカメラによってスキャンされるタイヤ部分である。 タイヤの外側ショルダーをスキャンした後の３Ｄ再構成である。 摩耗欠陥が示されるタイヤのトレッド部の外面をスキャンした後の３Ｄ再構成である。 図６のタイヤ表面、およびタイヤ表面を構成する単一地点の位置をスキャンした後の３Ｄ再構成である。 タイヤの基準サンプルが有する外側ショルダーの部分をスキャンした後の３Ｄ再構成である。 試験対象のタイヤのサンプルである図８の３Ｄ再構成に対応する外側ショルダーの部分をスキャンした後の、目立った部分に欠陥を有する３Ｄ再構成である。 タイヤに生じ得る構造上の欠陥および表面の欠陥の一部である。 タイヤに生じ得る構造上の欠陥および表面の欠陥の一部である。 タイヤに生じ得る構造上の欠陥および表面の欠陥の一部である。 タイヤに生じ得る構造上の欠陥および表面の欠陥の一部である。 タイヤのトレッド部に生じ得る、バーコード、文字、および基準コマーシャルコードに関連した色の欠陥の一部である。 タイヤのトレッド部に生じ得る、バーコード、文字、および基準コマーシャルコードに関連した色の欠陥の一部である。 タイヤのトレッド部に生じ得る、バーコード、文字、および基準コマーシャルコードに関連した色の欠陥の一部である。

わかりやすくするために重要な参照数字を以下で使用する。
１ トレッド部の外面をスキャンするプロフィロメータ
２ ショルダー部、およびタイヤをひっくり返した後のもう一方のショルダー部の外面をスキャンするプロフィロメータ
３ トレッド部の内面をスキャンするプロフィロメータ
４ ショルダー部、およびタイヤをひっくり返した後のもう一方のショルダー部の内面をスキャンするプロフィロメータ
５ ビード部を結合するタイヤのリムをスキャンするプロフィロメータ
６ サイズを特定の比で拡大縮小させるＺ軸上のトレッド部プロフィロメータモータ
７ Ｚ軸上のトレッド部プロフィロメータ
８ サイズを特定の比で拡大縮小させるＺ軸上の外側ショルダー部プロフィロメータモータ
９ Ｚ軸上の外側ショルダー部プロフィロメータ
１０ サイズを特定の比で拡大縮小させるＸ軸上の外側プロフィロメータモータ
１１ Ｘ軸上の外側プロフィロメータ
１２ Ｚ軸上の内側ショルダー部プロフィロメータ
１３ Ｚ軸上の内側プロフィロメータ
１４ サイズを特定の比で拡大縮小させるＺ軸上の内側プロフィロメータモータ
１５ Ｘ軸上の内側プロフィロメータ
１６ サイズを特定の比で拡大縮小させるＸ軸上の内側プロフィロメータモータ
１７ 回転台
１８ サイズを特定の比で拡大縮小させる回転台のモータ
１９ 作業台
２０ Ｘ軸からＺ軸上の内側プロフィロメータのかせ枠
２１ タイヤ
２１.１ ショルダー部の外面
２１.２ ショルダー部の内面
２１.３ トレッド部の外面
２１.４ トレッド部の内面
２１.５ ビード部を結合するタイヤのリム
２２ トレッド部の外面を検出するＲＧＢカラーカメラ
２３ ショルダー部、およびタイヤをひっくり返した後のもう一方のショルダー部の外側の外面を検出するＲＧＢカラーカメラ

当該図を参照すると、製造工程の最後でタイヤ２１の欠陥を検出し、以下の主要構成要素を備える機器の幾つかの実施形態例が以下で記載される。以下の主要構成要素は、
−試験対象のタイヤ２１を支持し、移動させる回転台１７を含む作業台１９、
−タイヤの様々な部分の表面をスキャンし、タイヤの外形を検出し、測定対象のタイヤ表面にレーザー線を投影し、リニアカメラによって光から描かれる外形を継続的に取得するように適合された装置を備える、プロフィロメータ手段１、２、３、４、５、
−タイヤの外側部分、トレッド部およびショルダー部をスキャンし、カラー画像を創出する高解像度ＲＧＢカラーリニアカメラ手段２２、２３、
−当該スキャンアセンブリ（プロフィロメータおよびＲＧＢカラーカメラ）を支持し、移動させる機械的手段７、９、１１、１２、１３、１５、２０、
−電気機械オートメーション手段（モータ、ブラシレス、センサ）、および当該電気機械オートメーション手段を管理し、動作させる電子装置手段（ＰＬＣ、インバータ、ブラシレス駆動モータおよび制御軸）の各手段６、８、１０、１４、１６、１８、
−プロフィロメータおよびＲＧＢカラーカメラからのデータを処理し、検査中のタイヤの３Ｄモデルおよびカラーモデルを創出し、自動設定を行う特徴、ならびに３Ｄで分析を行うモデルおよび色の欠陥の特徴の両方、すなわち製造されたタイヤの全ての特徴に関するデータベースを管理する好適なソフトウェアを備えたコンピュータ手段、
−コンピュータに搭載され、製造作業員と本機器との間で相互作用を行う作業員インタフェースである。

プロフィロメータおよびＲＧＢカメラによって同時に行うスキャンは、タイヤ２１が配置される回転台１７を制御された速度で回転することによって実現され、１つ以上の欠陥の検出、特徴付け、および分類は、スキャンされる試験対象のタイヤサンプルの検出領域と、欠陥がないタイヤの基準サンプルの対応する検出領域との間でマッチングを行うアルゴリズムを利用したソフトウェアによって一義的に行われる。

一部の配置図、それぞれ単一の検査ステーション（図１）および２つの検査ステーション（図２および図３）で示される本発明の機器により、試験対象の表面の１つ１つの外形を取得するためにレーザープロフィロメトリー技術を利用してタイヤの欠陥を検査および検出することが可能となる。

レーザープロフィロメータ１、２、３、４、５は、三角測量法を利用してタイヤ表面の外形を検出し、タイヤ表面それ自体の測定を行う。

三角測量法は、レーザー線を試験対象のタイヤ表面に投影する方法であり、レーザーに対して２５°から４５°の角度で配置されるリニアカメラを使用して光によって描かれた外形を継続的に取得することで、その結果２つの軸ＸおよびＺに沿ってその外形の大きさを記録することを目的とする。

３Ｄ画像を得るために、レーザー装置がさらにＹ軸に沿って相対運動を行うことで、ＲＧＢカメラが示す外形が継続的に取得される。タイヤが配置される回転台１７を制御された速度で回転することによって当該相対運動が実現される。

アプリケーション用に特別に開発されたソフトウェアは、Ｙ軸に沿って取得した単一の外形を集めることによって、スキャンされたタイヤ表面の３Ｄ再構成を可能にする。

各プロフィロメータには、リニアカメラおよび個別のレーザーが備わり、タイヤ部分を分析するのに不可欠な技術的機能（カメラの取得速度、解像度、光学素子、フィルター、レーザー出力、レーザーとカメラ間の距離、フレーム部分、など）が備わっている。

本機器は、本システムの必要不可欠な機能と、その機能のアプリケーションおよびインテグレーションと、に応じて、市場で選ばれるハイテク商品を使用する必要がある。

単一のタイヤ表面の３次元画像の再構成は、ソフトウェアデータ形式、または単一の外形の空間を点群にする形式で、ＲＧＢカメラを使用して得られた原始関数によって実現される。スキャンされたタイヤの全表面（トレッド部、ショルダー部、ビード部）の３Ｄモデルを創出するハイレベルソフトウェアに当該原始関数が組み込まれる。

図４で示されるように、好適な大きさのレーザーカメラ一式が、タイヤを形成する各タイヤ表面、すなわちトレッド部の内面２１．４および外面２１．３、ショルダー部の内面２１．２および外面２１．１、ビード部表面を結合するタイヤのリム２１．５、の合計５面に対して設置されており、各タイヤ表面にはレーザーカメラ一式と対応付けられたタイヤ表面の３Ｄ画像がもたらされる。

取得された全画像は、タイヤとレーザーカメラシステムとの間で相対運動が生み出されることによって得られる。この全画像を処理して、本機器にインストールされた欠陥処理ソフトウェアによって処理される完成されたタイヤの３Ｄモデルを取得する。

タイヤの特定部分および細部の欠陥を分析する場合、または、市場で購入できる規格品の技術的機能ほど厳密な技術的機能を必要としない、例えばオートバイのタイヤなど、小さいサイズのタイヤの場合、本発明の機器は、標準プロフィロメータをスマートセンサとして本機器に組み込んだレーザーカメラ一式ではなく、標準プロフィロメータをタイヤの一部に対して使用する。

したがって、各プロフィロメータは、空間が点群で構成される回転するタイヤ部分の外形を順次取得し、各プロフィロメータは、点群（トレッド部、ショルダー部など）と対応付けられている。

タイヤによっては８０００から１２０００もの外形があるこれらの外形が、処理コンピュータによって記憶される。

図５を参照すると、試験対象のタイヤ表面の３次元画像は、本機器のソフトウェアを使用して、すなわち、カメラのソフトウェア原始関数によって得られ、タイヤ自体の空間内にある各地点のＸＹＺ座標を含む。例えば、図６で示される摩耗欠陥を含むトレッド部は、図７で参照される同部分の３Ｄ再構成内にある各地点のＸＹＺ座標を示す。

工場内で製造されるタイヤの各コマーシャルコードの場合、欠陥がないタイヤの基準サンプルからモデルが創出される。タイヤの全表面をスキャンしてモデルを創出する。

このモデル創出工程時、モデル創出ソフトウェアには、本機器に装備される使いやすいインタフェースを利用して、タイヤの全部分の許容パラメータを定義する部分、および各欠陥のパラメータを設定する部分を選択するために本システムと相互作用する製造エンジニアの存在が不可欠である。

３Ｄモデル創出の工程の最後で、３Ｄモデルはデータベースに記憶され、その３Ｄモデルをタイヤのコマーシャルコードとマッチングする。

製造工程時、自動スキャンによってタイヤの試験を行ない、３Ｄ画像を再構成し、タイヤの領域および部分を、対応する３Ｄデフォルトモデルと比較する。

デフォルトモデルの部分と比較して違いが見つかった部分には、欠陥を識別するために連続分析がかけられる。この処理は、モデル創出工程時に設定されたパラメータに従って、欠陥が存在する分類された各部分に対して特別に行われる。

図８および図９は、タイヤの外側ショルダー部分をスキャンした後に取得した２つの３Ｄ画像を示す。第１の３Ｄ画像は、タイヤの基準サンプルであるモデルのショルダー部分に関する３Ｄ画像であり、第２の３Ｄ画像は、リムの内部に目立った部分の欠陥を有する試験対象のタイヤの同部分の３Ｄ画像である。参照できるように、２つの３Ｄ画像は、目立ったサークルの内部に存在する欠陥以外は同じ画像である。

本発明の機器はさらに色の欠陥分析も可能にする。色の欠陥分析は、タイヤ製造業者がタイヤ製造工程時に様々な目的で色を利用するため、かなり重要である。

こうした色の欠陥は、本機器内に存在し、タイヤのトレッド部およびショルダー部の外部をスキャンし、その外部のカラー画像を創出する、高解像度ＲＧＢカラーリニアカメラを使用して識別される。以当該憶された同じタイヤモデルのカラー画像に応じてその外部のカラー画像を分析することによって、試験対象のタイヤがタイヤの基準サンプルと比較して異なっているかを検査することができ、タイヤ表面の色の違いから生じる欠陥を判定することができる。

全ての欠陥の検査時に、本機器が自動的に行う段階、
ａ．製造ラインから試験対象のタイヤを選び、本機器の回転台に同タイヤを配置する段階であって、タイヤは、タイヤを本機器の回転台の中心に置くことを確実にするロボット、または特殊な機械で選ばれる、段階と、
ｂ．制御軸に取り付けられるプロフィロメータおよびＲＧＢカラーカメラといった移動可能な機材の自動的な配置を、タイヤの種類に応じて、開始する段階と、
ｃ．タイヤが配置される回転台を回転させ始め、３６０°の全体スキャンを行うのと同時に、
タイヤ（トレッド部外面、ショルダー部外面、トレッド部内面、もう一方のショルダー部内面、ビード部を結合するタイヤのリム）の全周および内側外側に沿って外形および色の欠陥を取得する段階と、
ｄ．取得した外形を処理し、タイヤ表面の３Ｄ再構成、およびＲＧＢカメラで取得した画像の３Ｄ再構成を行う段階と、
ｅ．すでにスキャンされた試験対象のタイヤのサンプルと、欠陥がない対応するタイヤの基準サンプル（同じモデル／同じ種類の）と、をマッチングすることによって１つ以上の欠陥を検出する工程であって、試験対象のタイヤの検出部分と、タイヤの基準サンプルの対応する検出部分との間でマッチングを行うアルゴリズムを利用して当該欠陥を検出し、高性能なアルゴリズムにより、あらゆる欠陥（種類、形状、大きさ、色など）を一義的に検出、特徴付け、および分類することを可能にする、段階と、
ｆ．当該プロフィロメータ手段および当該ＲＧＢカラーカメラを停止、および開始状態に再配置する段階と、
ｇ．タイヤを同回転台に自動的にひっくり返す、およびタイヤを同回転台に自動配置して、本機器が以前スキャンできなかったタイヤの残りの表面をスキャンできるようにする段階と、
ｈ．段階ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆを繰り返す段階と、
ｉ．検査オペレーションの最後でタイヤを最終選択し、欠陥検査の結果に応じて、同タイヤをタイヤ製造ラインに再配置し、ロボット、または特殊な機械でタイヤの選択を行う段階と
を記載する。

上記のサイクルは、単一の回転台を備えた単一の検査ステーション機器（図１で図示される）に関し、トレッド部、外側ショルダー部の内外面、タイヤをひっくり返した後の内側ショルダー部のもう一方の内外面、タイヤをひっくり返した後のビード部を結合するタイヤのリムのもう一方の内外面を単一の回転台でスキャンする。

当該工程のタイヤを分析するのに必要なサイクル時間はおよそ６０秒である。

短いサイクル時間での欠陥分析が求められる場合、本機器には機械的に全く同じである２つのステーション（図２および３）が備え付けられ、各ステーションには、割り当てられた表面をスキャンする必要があるプロフィロメータおよびＲＧＢカラーカメラが備え付けられる。

オペレーションソフトウェアおよび欠陥スキャニングソフトウェアおよび分析ソフトウェアは、単一のステーションの機器にインストールされたソフトウェアと全く同じであり、本ステーションを全く同じものにするだけで２つのタイヤを同時にスキャンでき、サイクル時間が明らかに短縮されれば、全面的な検査時にタイヤごとにおよそ４０秒間のサイクル時間が達成される。

図１０、図１１、図１２、図１３は、例えば、タイヤに生じ得る部分的な構造上の欠陥および表面の欠陥を示す。各欠陥と関連付けられた３つの画像は、
−タイヤの写真（欠陥のあるタイヤ部分の写真）、
−３Ｄ再構成（欠陥が配置されるタイヤ部分の３Ｄ画像再構成）、
−処理結果（位置および大きさを示す識別された欠陥）、
である。

図１４、図１５、図１６は、例えば、バーコード、文字、および基準コマーシャルコードに関連した、タイヤのトレッド部に生じ得る欠陥の一部を示す。欠陥の一部とは、線の配置間違い（図１４）、文字の歪み（図１５）、文字の配置間違い（図１６）、である。

本発明の機器および方法は、現在の技術と比較して以下の改善、
−レーザープロフィロメータおよびＲＧＢカメラを使用したスキャニング（タイヤの各部分、ほとんど隠れてしまった部分でさえスキャンする）による、タイヤの内側部分および外側部分の全分析、
−プロフィロメータおよび内側外側のＲＧＢカメラといった可動可能な機材の、タイヤの種類に応じた、自動的な配置、
−レーザーおよびＲＧＢカメラを使用した２つの光学的検出技術のマッチング、
−当該光学的検出技術をマッチングすることによる各表面の欠陥および色の欠陥の検出、３Ｄモデリング、および分類、
を可能にする。

自動欠陥検査ステーションをタイヤ製造ラインに導入し、作業員（３交替制での３人の専門作業員）がいる手作業ステーションを取り替えることによって、
−客観性のある期待した実績、および検査時間が保証されるという明確な利点に加え、年間で大幅な節約を実現すること、
−具体的には作業員が特別なスキルもなく、訓練も受けていない特定の地域で、今日特に費用がかかり、危険な製造ラインの最後でタイヤの品質検査工程を自動化すること、
−作業員が手作業で検出することなく、欠陥のある製品が市場で取引される可能性を小さくすることによって品質問題を解決すること、
がさらに可能となる。

本方法のサイクル時間は、試験対象の各タイヤに対して４０秒から６０秒である。当該サイクル時間は、有能な作業員が一般的に費やしたサイクル時間と比べても全くひけをとらないだけでなく、自動欠陥検査ステーションは繰り返し精度というかなり良い成果を有する完全自動化機器であり、１人の作業員の成果よりも繰り返し精度というかなり良い成果を保証するため、高効率が保証される。

幾つかの好ましい実施形態で示される本発明の欠陥検出機器は、モジュール式であり、製造需要に応じて非常に多くの修正および変更を受けやすく、本機器の操作の原則は不変である。ある製造工程では、例えば、検出装置（プロフィロメータおよびＲＧＢカメラ）の数および位置を変えることが必要となる場合があり、また、別の事例では、検出装置のうちの一部が存在する場合もあれば、ない場合もある。

実際、タイヤの色の欠陥の検出が不要になるというニーズ、または、タイヤの内側の色の欠陥（ゴムの汚れ、または加硫プレスが膨張させることによる蒸気の漏れが原因となる欠陥）を検出するＲＧＢカメラの導入が必要になるというニーズが生じ得る。

こうしたニーズにより、例えばショルダー部の大きさがかなり小さい薄型タイヤ、またはさらに新しいデザインの対象となる特殊な外形を備えたその他のタイヤを製造するためにより詳細な欠陥分析が必要となる特殊なタイヤの表面を検出するために、外部の特殊なプロフィロメータを本機器に備え付けるというさらなる可能性がもたらされるかもしれない。

個々の製造業者がタイヤを製造する場合、タイヤの特定部分のスキャンを可能にするために、プロフィロメータおよび／または追加軸を本機器に導入することが必要になる場合がある。

本機器は、さらに見出し文字およびコマーシャルコードが印刷されたタイヤの全表面、およびショルダー部の表面の３Ｄ再構成を行う。この３Ｄ再構成は、製造ラインが当該コマーシャルコードを入力せずに本機器を設定した場合に必要である。

当該見出し文字およびコマーシャルコードを認識するために、本機器には、ＯＣＲ（光学式文字認識）アルゴリズムを使用する特殊なソフトウェアが設けられる。

本機器を利用することで、様々な形状、色、大きさのタイヤに存在するあらゆる種類の欠陥を検出することが可能である。

さらに本発明の機器は、製造工程の外部でタイヤの状態のメンテナンスチェックおよび検査にも適用される。

本発明の目的は多くの変化および変動の影響を受けやすく、その変化および変動の全てが、添付された特許請求の範囲に記載される発明概念にあたる。

本発明の保護範囲を逸脱することなく、全ての部分を技術的に等価な他の要素と取り替えることができ、材料はニーズに応じて異なってもよい。

特に添付図を参照すると、本目的が記載されているが、説明および特許請求の範囲で使用される参照符号は本発明をよく理解するために使用されており、開示された保護範囲への限定を一切構成するものではない。

Claims (7)

1. ワークステーションを含む製造工程の最後で、タイヤの欠陥を検出および検査する機器であって、前記機器には、
   前記検査中に試験対象のタイヤを支持する回転台を含む作業台と、
   前記タイヤの内外面の外形に関連する一連の画像をスキャンおよび検出するように構成されたプロフィロメータ手段と、
   前記試験対象のタイヤのトレッド部およびショルダー部の外面をスキャンする高解像度ＲＧＢカラーリニアカメラ手段と、
   前記プロフィロメータ手段および前記高解像度ＲＧＢカラーリニアカメラ手段の各手段を支持および操作する、機械的手段と、
   電気機械オートメーション手段（モータ、ブラシレス、センサ）、および前記電気機械オートメーション手段を管理し、動作させる電子装置手段（ＰＬＣ、インバータ、ブラシレス駆動モータ、および制御軸）の各手段と、
   ソフトウェア手段によって実装され、前記プロフィロメータ手段および前記高解像度ＲＧＢカラーリニアカメラ手段の各手段によって検出されるパラメータを記憶および処理し、関連する大きさおよび表面特性のサンプルとして前記試験対象のタイヤの３次元モデルを提供し、表面の欠陥がない場合にカテゴリ別に整理された各タイヤの種類の表面特性に関するパラメータを含むデータベースを管理し、前記電子装置手段および前記電気機械オートメーション手段のパラメータ、ならびに前記タイヤの表面の欠陥を検査するパラメータを設定する、プロセッサ手段と、
   前記プロセッサ手段に設けられ、作業員と前記機器との間で相互作用を行うインタフェースと
   が設けられ、
   前記プロフィロメータ手段および前記高解像度ＲＧＢカラーリニアカメラ手段の各手段は、同時に動作し、前記タイヤをひっくり返す前に、前記試験対象のタイヤの内外面の全ての前記外形の全体スキャンを行って欠陥が存在する場合に欠陥を検査するように構成されており、前記タイヤは前記回転台で制御された速度で回転し、前記ソフトウェア手段は、前記プロフィロメータ手段および前記高解像度ＲＧＢカラーリニアカメラ手段の各手段によって検出された、試験対象のタイヤに関するパラメータと、同一カテゴリのタイヤであるが、表面の欠陥がない場合の少なくとも１つの対応するパラメータとの間でマッチングを行うアルゴリズムによって前記表面の欠陥が検出された場合に、前記表面の欠陥をその後定義および分類するように構成される、
   機器。
2. 前記プロフィロメータ手段が５つのプロフィロメータを含み、前記高解像度ＲＧＢカラーリニアカメラ手段が２つの高解像度カラーリニアカメラを含む、請求項１に記載の機器。
3. 前記タイヤをひっくり返す前に、６０秒以内に前記タイヤの前記スキャンを完了するように構成される、請求項２に記載の機器。
4. 前記プロフィロメータ手段は、それぞれ、
   前記トレッド部の外面をスキャンする少なくとも１つのプロフィロメータと、前記タイヤのショルダー部の外面をスキャンし、前記タイヤをひっくり返す前に、反対側の前記ショルダー部の外面をスキャンする、少なくとも１つのプロフィロメータと、前記トレッド部の内面をスキャンする少なくとも１つのプロフィロメータと、前記タイヤのショルダー部の内面をスキャンし、前記タイヤをひっくり返す前に、反対側の前記ショルダー部の内面をスキャンする少なくとも１つのプロフィロメータと、前記タイヤのビード部の表面をスキャンする少なくとも１つのプロフィロメータと、を含み、
   前記高解像度ＲＧＢカラーリニアカメラ手段が、前記トレッド部の外面をスキャンする少なくとも１つのカラーカメラと、前記タイヤのショルダー部の外面をスキャンし、前記タイヤをひっくり返す前に反対側のショルダー部の表面をスキャンする少なくとも１つのカラーカメラとを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の機器。
5. 各前記プロフィロメータ手段が、
   前記タイヤの外形を検出するように設定するレーザー装置と、
   前記レーザー装置に対して２５°から４５°の傾斜で配向され、前記レーザー装置によって検出されるパラメータを継続的に取得するように設定される、前記プロフィロメータ手段上のリニアカメラと、
   を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の機器。
6. 前記プロフィロメータ手段上の前記高解像度ＲＧＢカラーリニアカメラ手段に関連する取得速度、解像度、光学素子およびフィルター、各出力、前記プロフィロメータ手段の前記高解像度ＲＧＢカラーリニアカメラ手段からの距離およびレーザー装置に関連して検出される領域など、異なる所定のパラメータに基づいて、前記プロフィロメータ手段上の前記高解像度ＲＧＢカラーリニアカメラ手段および前記レーザー装置が、前記試験対象のタイヤの各関連部分に関連する各プロフィロメータ手段において設定される、請求項１から５のいずれか一項に記載の機器。
7. 請求項１に記載の機器によって製造工程の最後でタイヤの表面の欠陥の検査および検出を行う方法であって、
   ａ．製造ラインから前記試験対象のタイヤを移動させ、作業台の回転台に配置する段階と、
   ｂ．プロフィロメータ手段およびカラーリニアカメラ手段の各手段を支持し、移動させる機械的手段によって、前記プロフィロメータ手段および前記カラーリニアカメラ手段の各手段を操作し、前記試験対象のタイヤの特徴に関連して位置を設定し、スキャン操作を開始する、段階と、
   ｃ．前記タイヤが配置される前記回転台の回転速度を決定して、前記タイヤの３６０°全体スキャンを行う段階と、
   ｄ．前記プロフィロメータ手段および前記カラーリニアカメラ手段の各手段によって検出されるパラメータを処理し、前記プロフィロメータ手段および前記カラーリニアカメラ手段の各手段によって検出された情報に基づいて、前記試験対象のタイヤの３次元モデルを提供する段階と、
   ｅ．前記試験対象のタイヤに関連して検出されるパラメータと、同一カテゴリの前記試験対象のタイヤに関連するが、表面の欠陥がない場合の少なくとも１つの対応するパラメータとの間でマッチングを行なうアルゴリズムによって表面の欠陥が検出された場合に、前記表面の欠陥の特徴付けおよび分類を行う段階と、
   ｆ．前記プロフィロメータ手段およびカラービデオカメラ手段の各手段を停止、および開始状態に再配置する段階と、
   ｇ．前記タイヤを前記回転台の上で自動的にひっくり返して、以前スキャンできなかった前記タイヤの残りの表面のスキャンを可能にする段階と、
   ｈ．段階ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆを繰り返す段階と、
   ｉ．検査オペレーションの最後で前記タイヤを移動させ、行われた表面の欠陥の検査および検出オペレーションの結果に応じて、前記タイヤを前記製造ラインの対応する位置に再配置する段階と
   を含む方法。

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