JP6988434B2 - トレッド形状測定方法及びトレッド形状測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、非接触式のレーザ変位計を用いてタイヤの周方向のトレッド表面形状を測定するトレッド形状測定方法及びトレッド形状測定装置に関する。
に関する。

従来、レーザ変位計を用いてタイヤのトレッド部の表面形状を計測する装置が、種々提案されている。例えば、下記特許文献１では、一つのレーザ変位計をタイヤ軸方向に移動させながら、測定された距離データに基づいてトレッド部の形状を測定する装置が開示されている。

特開２００１−５６２１５号公報

しかし、上記特許文献１に記載された装置では、レーザ光の軸線が、タイヤ赤道面と平行かつタイヤ軸心に向くようにレーザ変位計が配されている。そのため、図８に示すように、トレッド部ａにトレッド溝ｂが形成されている場合、トレッド溝ｂの側壁面ｂｓがレーザ光ｃの軸線と略平行となる結果、レーザ光ｃの反射光が検知されない傾向となる。これに伴い、側壁領域ｙにてデータの欠落が生じ、トレッド溝の断面形状を精密に測定できない傾向がある。

本発明は、特に、ラグ溝が周方向に隔設されたトレッド部の周方向の表面形状を測定するのに好適であり、ラグ溝の側壁領域でのデータの欠落を抑制でき、ラグ溝の断面形状を含む周方向の表面形状を精度良く測定しうるトレッド形状測定方法及びトレッド形状測定装置を提供することを主たる目的としている。

本願第１発明は、タイヤのトレッド部の周方向の表面形状を測定するための方法であって、
タイヤ軸心であるＹ軸に対して直角な基準面上に配置されるとともに、前記基準面上で前記Ｙ軸と直角に交わるＸ軸の両側かつ該Ｘ軸から等距離Ｌａを隔てて位置し、しかも前記基準面上で前記Ｙ軸及びＸ軸と直角に交わるＺ軸からＸ軸方向に距離Ｌｂを隔てて位置し、かつ各レーザ光の軸線をＸ軸と平行に向けて配される第１、第２のレーザ変位計を含む複数のレーザ変位計を用い、
タイヤを前記Ｙ軸回りで回転させながら、前記第１、第２のレーザ変位計からそれぞれ前記トレッド部の表面までのＸ軸方向の距離データＬｘを測定する測定工程、
及び、前記第１レーザ変位計によって測定された第１距離データＬｘ_１と、前記第２レーザ変位計によって測定された第２距離データＬｘ_２とを合成して、前記トレッド部の表面形状を表すデータを得る計算工程とを含むことを特徴としている。

本発明に係るトレッド形状測定方法では、前記トレッド部の表面にラグ溝が周方向に隔設されるとともに、前記ラグ溝の溝巾をＷ、溝深さをＤ、タイヤの半径をＲとしたとき、前記距離Ｌａは、次式（１）を満たすことが好ましい。
Ｌａ≦（０．５×Ｗ×Ｒ）／Ｄ −−−（１）

本発明に係るトレッド形状測定方法では、前記計算工程は、前記第１距離データＬｘ_１及び第２距離データＬｘ_２を、それぞれ、次式（２）、（３）に基づいて、タイヤ周上の角度位置θ、及びタイヤ半径方向の距離ｒに変換する変換ステップを有することが好ましい。
ｒ＝√｛Ｌａ^２＋（Ｌｂ−Ｌｘ）^２｝ −−−（２）
θ＝arctan{Ｌａ／（Ｌｂ−Ｌｘ）｝ −−−（３）
（Ｌｘは、Ｌｘ_１、Ｌｘ_２を総称している）

本願第２発明は、タイヤのトレッド部の周方向の表面形状を測定するための装置であって、
タイヤをその軸心回りで回転可能に支持するタイヤ支持部、
前記軸心であるＹ軸に対して直角な基準面上に配置されるとともに、前記基準面上で前記Ｙ軸と直角に交わるＸ軸の両側かつ該Ｘ軸から等距離Ｌａを隔てて位置し、しかも前記基準面上で前記Ｙ軸及びＸ軸と直角に交わるＺ軸からＸ軸方向に距離Ｌｂを隔てて位置し、かつ各レーザ光の軸線をＸ軸と平行に向けて配される第１、第２のレーザ変位計を含む複数のレーザ変位計、
及び、前記第１レーザ変位計によって測定された前記第１レーザ変位計から前記トレッド部の表面までのＸ軸方向の第１距離データＬｘ_１と、前記第２レーザ変位計によって測定された前記第２レーザ変位計から前記トレッド部の表面までのＸ軸方向の第２距離データＬｘ_２とを合成して、前記トレッド部の表面形状を表すデータを得る計算手段を含むことを特徴としている。

本発明のトレッド形状測定方法では、タイヤの軸心（Ｙ軸）と直角な基準面上に配置された第１、第２のレーザ変位計が用いられる。

この第１、第２のレーザ変位計は、各レーザ光の軸線がＸ軸と平行となる向きで、Ｘ軸の両側かつ該Ｘ軸から等距離Ｌａを隔てた位置に配される。従って、トレッド部にラグ溝が形成されている場合、第１、第２のレーザ変位計は、ラグ溝を、その溝中心線であるタイヤ半径方向に対して傾斜する向きでレーザ光を照射こととなる。これにより、第１のレーザ変位計により、ラグ溝の一方の側壁面までの距離が測定可能となり、又第２のレーザ変位計により、ラグ溝の他方の側壁面までの距離が測定可能となる。

又計算工程では、第１、第２のレーザ変位計によって測定された第１、第２距離データが合成される。これにより、ラグ溝の両側の側壁領域を含む全領域のデータを、欠損を招くことなく得ることができ、ラグ溝の断面形状を含むトレッド部の周方向の全表面形状を精度良く測定できる。

本発明のトレッド形状測定方法に使用されるトレッド形状測定装置の一実施形態を示す側面図である。 上記トレッド形状測定装置の主要部を示す正面図である。 レーザ変位計の位置関係を、第１のレーザ変位計を代表して説明する正面図である。 角度位置θとラグ溝の溝巾及び溝深さの関係を示す部分断面図である。 （Ａ）はレーザ変位計による作用を説明する断面図、（Ｂ）は距離データＬｘを概念的に示すグラフである。 （Ａ）は第１のレーザ変位計を用いて測定したラグ溝の表面形状のグラフ、（Ｂ）は第２のレーザ変位計を用いて測定したラグ溝の表面形状のグラフ、（Ｃ）は、第１距離データと第２距離データとを合成して得たラグ溝の表面形状のグラフである。 Ｘ軸上の一つのレーザ変位計を用いて測定したラグ溝の表面形状のグラフである。 従来のトレッド形状測定装置による問題点を説明する断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１、２に示すように、本実施形態のトレッド形状測定装置１は、タイヤ１００をその軸心回りで回転可能に支持するタイヤ支持部２と、タイヤ１００のトレッド部１０１の周方向の表面形状を測定するための形状測定部３と、該形状測定部３から出力されたデータを処理するデータ処理部４とを有する。

本例のトレッド形状測定装置１は、複数のラグ溝１０２が周方向に隔設されたトレッド部１０１の周方向の形状測定に採用される。

前記タイヤ支持部２は、リム組みされたタイヤ１００を支持する支持軸２２と、支持軸２２を一定の角速度で回転駆動するモータ等の駆動手段２３とを含む。

前記形状測定部３は、第１、第２のレーザ変位計３１、３２を含む。各レーザ変位計３１、３２は、周知のように、測定対象物にレーザ光Ｋを照射してその反射光を電気信号に変換することにより、レーザ変位計３１、３２から測定対象物までの距離データを測定する。各レーザ変位計３１、３２とデータ処理部４とは、有線又は無線の通信手段（図示せず）によって接続され、各レーザ変位計３１、３２によって測定された距離に相当する電気信号（距離データ）は、計算手段であるデータ処理部４に転送される。

データ処理部４（計算手段）として、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、ハードディスク装置等を有するコンピューター装置が適用されうる。データ処理部４（計算手段）は、ハードディスク装置等に格納されているプログラムに応じて動作する。例えば、データ処理部４（計算手段）は、各レーザ変位計３１、３２から転送された距離データ等を記憶し、ＣＰＵが各種の演算処理、情報処理等を実行することにより、トレッド部１０１の周方向の表面形状を取得する。

各レーザ変位計３１、３２は、支持部３３によって所定位置に支持される。前記所定位置とは、タイヤ軸心をＹ軸、このＹ軸に対して直角な面を基準面Ｓ、前記基準面Ｓ上でＹ軸と直角に交わる軸をＸ軸、前記基準面Ｓ上でＹ軸及びＸ軸と直角に交わる軸をＺ軸と定義したとき、以下のように示される。

即ち、各レーザ変位計３１、３２は、前記基準面Ｓ上に、各レーザ光Ｋの軸線をＸ軸と平行に向けて配される。又レーザ変位計３１、３２は、前記Ｘ軸の両側かつ該Ｘ軸から等距離Ｌａを隔てた位置、しかも前記Ｚ軸からＸ軸方向に距離Ｌｂを隔ててた位置に配される。なおレーザ変位計３１、３２の位置及び距離Ｌａ、Ｌｂ１等は、厳密には、レーザ光Ｋの投光部Ｋａの位置で特定される

各レーザ変位計３１、３２は、本例では、移動手段３４により前記所定位置を維持したまま、Ｙ軸方向に移動可能に支持される。これにより、トレッド部１０１の周方向の表面形状を、トレッド巾全域に亘って測定しうる。本例の移動手段３４は、前記支持部３３を案内するＹ軸方向のレール３４Ａと、例えばボールネジ機構などを用いた適宜の駆動装置（図示しない）とを含んで構成される。

そして、トレッド形状測定方法では、測定工程と計算工程とを含む。前記測定工程では、タイヤ１００をＹ軸回りで回転させながら、各レーザ変位計３１、３２からトレッド部１０１の表面までのＸ軸方向の距離データＬｘを測定する。

図５（Ａ）、（Ｂ）に、タイヤ回転により、ラグ溝１０２がＡ位置（一点鎖線）からＢ位置（実線）まで移動したときの、第１のレーザ変位計３１による距離データＬｘの測定状態が示される。Ａ位置は、ラグ溝１０２の回転方向側の溝エッジＥａが、レーザ光Ｋの照射位置Ｐに到達したときの位置である。Ｂ位置は、ラグ溝１０２の他方の溝エッジＥｂが、レーザ光Ｋの照射位置Ｐから出て行くときの位置である。

同図に示すように、本発明では、レーザ光Ｋが、Ｘ軸と平行かつＸ軸から距離Ｌａを隔てて照射される。即ち、レーザ光Ｋが、ラグ溝１０２に対して、その溝中心線であるタイヤ半径方向とは傾斜する向きで照射される。そのため、ラグ溝１０２の一方（タイヤ回転方向側）の側壁面ｗａを照射でき、その距離データＬｘ（第１距離データＬｘ_１）を得ることが可能となる。

これに対してＢ位置からは、レーザ光Ｋが、溝エッジＥｂによって遮られるため、他方の側壁面ｗｂの距離データＬｘは欠落する。そのため測定工程では、第２のレーザ変位計３２を用いて、他方の側壁面ｗｂの距離データＬｘ（第２距離データＬｘ_２）を測定している。なお第２のレーザ変位計３２による第２距離データＬｘ_２の測定状態は、前述の第１のレーザ変位計３１による第１距離データＬｘ_１の測定状態とは、Ｘ軸を中心として略線対称であるので、その説明は省略する。

そして本発明では、計算工程により、前記第１距離データＬｘ_１と第２距離データＬｘ_２とを合成している。これにより、ラグ溝１０２の両側の側壁面ｗａ、ｗｂを含む全領域のデータを、欠損を招くことなく得ることができる。なお計算工程は、計算手段である前記データ処理部４（計算手段）によって行われる。

ここで、図５（Ｂ）に示すように、レーザ変位計３１によって得られる距離データＬｘと実際のラグ溝１０２の断面形状（一点鎖線）とは相違している。そのため、前記計算工程では、合成に先駆け、第１距離データＬｘ_１及び第２距離データＬｘ_２を補正するための変換ステップを具える。この変換ステップでは、第１距離データＬｘ_１及び第２距離データＬｘ_２を、それぞれ、次式（２）、（３）に基づいて、タイヤ周上の角度位置θ、及びタイヤ半径方向の距離ｒに変換する。
ｒ＝√｛Ｌａ^２＋（Ｌｂ−Ｌｘ）^２｝ −−−（２）
θ＝arctan{Ｌａ／（Ｌｂ−Ｌｘ）｝ −−−（３）
（Ｌｘは、Ｌｘ_１、Ｌｘ_２を総称している）

図３に示すように、タイヤ軸心（Ｙ軸）から被測定点Ｑまでのタイヤ半径方向の距離ｒは、式（２）で示すことができる。又、Ｘ軸から被測定点Ｑまで中心角度θは、式（３）で示すことができる。この中心角度θは、タイヤ周上における角度位置θに相当する。そして式（２）、（３）を用いることで、距離データＬｘから、被測定点Ｑにおける「タイヤ周上における角度位置θ」及び「タイヤ半径方向の距離ｒ」を得ることができる。言い換えると、被測定点Ｑの位置を、タイヤ軸心を原点とした極座標にて表すことができる。

図４に示すように、ラグ溝１０２の溝巾Ｗの少なくとも１／２の範囲を測定するためには、次式（４）を充足する必要がある。式（４）から外れる場合、第１距離データＬｘ_１と第２距離データＬｘ_２とを合成した場合にも、溝底部分において、距離データの欠損が発生することとなる。
tanθ≦（０．５×Ｗ）／Ｄ −−−（４）

他方、前記式（３）から次式（３Ａ）が得られる。
tanθ＝Ｌａ／（Ｌｂ−Ｌｘ）≧Ｌａ／Ｒ −−−（３Ａ）
又式（４）、（３Ａ）から式（５）が得られるとともに、この式（５）から式（１）が求まる。
Ｌａ／Ｒ≦tanθ≦（０．５×Ｗ）／Ｄ −−−（５）
Ｌａ≦（０．５×Ｗ×Ｒ）／Ｄ −−−（１）
即ち、第１、第２のレーザ変位計３１、３２のみを用いた場合、ラグ溝１０２の溝底部分に距離データの欠損を招かないためには、上記式（１）を充足する必要がある。

しかし、第１、第２のレーザ変位計３１、３２の間、好ましくはＸ軸上に第３のレーザ変位計（図示しない）を配した場合には、上記式（１）を充足する必要はなく、第１距離データＬｘ_１と、第２距離データＬｘ_２と、第３のレーザ変位計による第３距離データＬｘ_３とを合成することで距離データの欠損を防止できる。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。

図１、２に示すトレッド形状測定装置を用い、空気入りタイヤ（サイズ：２３５／５０Ｒ１８）におけるトレッド部の周方向の表面形状を測定した。

測定条件は以下の通りである。
リム：１８×７JJ
内圧：２４０kPa
タイヤ半径Ｒ：348mm
タイヤ回転数：６０rpm
第１、第２のレーザ変位計：LMI Techinologies社製（レーザSLS5000）
計測点数：４０９６点／１周 （３６０／４０９６度間隔で測定）
距離Ｌａ：１００mm
距離Ｌｂ：４５０mm

図６（Ａ）は、第１のレーザ変位計によって測定された第１距離データＬｘ_１、及び式（２）、（３）によって変換したタイヤ周上の角度位置θとタイヤ半径方向の距離ｒとのデータを示すグラフである。図６（Ｂ）は、第２のレーザ変位計によって測定された第２距離データＬｘ_２、及び式（２）、（３）によって変換したタイヤ周上の角度位置θとタイヤ半径方向の距離ｒとのデータを示すグラフである。図６（Ｃ）は、第１距離データＬｘ_１から変換された角度位置θと距離ｒとのデータ、及び第２距離データＬｘ_２から変換された角度位置θと距離ｒとのデータを合成したグラフである。

比較例として、Ｘ軸上に配する一つのレーザ変位計を用いてトレッド部の周方向の表面形状を測定したときの結果を図７に示す。なお比較例では、レーザ変位計がＸ軸上に配されること以外、実質的に同仕様である。

図７に示すように、比較例では、ラグ溝の側壁領域にてデータの欠落が生じているのに対し、実施例では図６（Ｃ）に示すように、データの欠落がなく、ラグ溝の断面形状が正確に測定されているのが確認できる。

１ トレッド形状測定装置
２ タイヤ支持部
４ 計算手段
３１ 第１のレーザ変位計
３２ 第２のレーザ変位計
１００ タイヤ
１０１ トレッド部
１０２ ラグ溝
Ｋ レーザ光

Claims (6)

1. タイヤのトレッド部の周方向の表面形状を測定するための方法であって、
   タイヤ軸心であるＹ軸に対して直角な基準面上に配置されるとともに、前記基準面上で前記Ｙ軸と直角に交わるＸ軸の両側かつ該Ｘ軸から等距離Ｌａを隔てて位置し、しかも前記基準面上で前記Ｙ軸及びＸ軸と直角に交わるＺ軸からＸ軸方向に距離Ｌｂを隔てて位置し、かつ各レーザ光の軸線をＸ軸と平行に向けて配される第１、第２のレーザ変位計を含む複数のレーザ変位計を用い、
   タイヤを前記Ｙ軸回りで回転させながら、前記第１、第２のレーザ変位計からそれぞれ前記トレッド部の表面までのＸ軸方向の距離データＬｘを測定する測定工程、
   及び、前記第１レーザ変位計によって測定された第１距離データＬｘ_１と、前記第２レーザ変位計によって測定された第２距離データＬｘ_２とを合成して、前記トレッド部の表面形状を表すデータを得る計算工程とを含むことを特徴とするトレッド形状測定方法。
2. 前記トレッド部の表面にラグ溝が周方向に隔設されるとともに、
   前記第１レーザ変位計は、少なくとも前記ラグ溝の一方の溝エッジから前記ラグ溝の底までの領域に前記レーザ光を照射することができ、
   前記第２レーザ変位計は、少なくとも前記ラグ溝の他方の溝エッジから前記ラグ溝の底までの領域に前記レーザ光を照射することができる請求項１に記載のトレッド形状測定方法。
3. 前記トレッド部の表面にラグ溝が周方向に隔設されるとともに、前記ラグ溝の溝巾をＷ、溝深さをＤ、タイヤの半径をＲとしたとき、前記距離Ｌａは、前記溝巾Ｗ、前記溝深さＤ、前記半径Ｒに基づいて決定される請求項１又は２記載のトレッド形状測定方法。
4. 前記トレッド部の表面にラグ溝が周方向に隔設されるとともに、前記ラグ溝の溝巾をＷ、溝深さをＤ、タイヤの半径をＲとしたとき、前記距離Ｌａは、次式（１）を満たすことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のトレッド形状測定方法。
   Ｌａ≦（０．５×Ｗ×Ｒ）／Ｄ −−−（１）
5. 前記計算工程は、前記第１距離データＬｘ _１ 及び第２距離データＬｘ _２ を、それぞれ、次式（２）、（３）に基づいて、タイヤ周上の角度位置θ、及びタイヤ半径方向の距離ｒに変換する変換ステップを有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のトレッド形状測定方法。
   ｒ＝√｛Ｌａ ^２ ＋（Ｌｂ−Ｌｘ） ^２ ｝ −−−（２）
   θ＝arctan{Ｌａ／（Ｌｂ−Ｌｘ）｝ −−−（３）
   （Ｌｘは、Ｌｘ _１ 、Ｌｘ _２ を総称している）
6. タイヤのトレッド部の周方向の表面形状を測定するための装置であって、
   タイヤをその軸心回りで回転可能に支持するタイヤ支持部、
   前記軸心であるＹ軸に対して直角な基準面上に配置されるとともに、前記基準面上で前記Ｙ軸と直角に交わるＸ軸の両側かつ該Ｘ軸から等距離Ｌａを隔てて位置し、しかも前記基準面上で前記Ｙ軸及びＸ軸と直角に交わるＺ軸からＸ軸方向に距離Ｌｂを隔てて位置し、かつ各レーザ光の軸線をＸ軸と平行に向けて配される第１、第２のレーザ変位計を含む複数のレーザ変位計、
   及び、前記第１レーザ変位計によって測定された前記第１レーザ変位計から前記トレッド部の表面までのＸ軸方向の第１距離データＬｘ _１ と、前記第２レーザ変位計によって測定された前記第２レーザ変位計から前記トレッド部の表面までのＸ軸方向の第２距離データＬｘ _２ とを合成して、前記トレッド部の表面形状を表すデータを得る計算手段を含むことを特徴とするトレッド形状測定装置。
   

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