专利名称：轮胎形状测定装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过对照射在相对旋转的轮胎的表面上的线型光的像(光切断线的像)进行摄像，并基于该摄像图像进行利用光切断法的形状检测从而检测轮胎的表面形状的轮胎形状测定装置。
背景技术：
在生产现场中，将产品的品质管理等作为目的，多要求以高速且非接触地测定物的表面形状(表面的高度分布)。轮胎具有叠层橡胶或化学纤维、钢丝线等各种材料而成的构造，如果在该叠层构造中存在不均勻的部分，则在充气时在耐压性相对较弱的部分产生称为鼓包的隆起部(凸部)、或者产生称为凹坑或低压区的洼部(凹部)。产生这样的凹坑或低压区等形状缺陷的轮胎，因安全上的问题或外观不良的问题，需要通过检查从发货对象中除去。以往，关于轮胎的形状缺陷的检查，通过一边用旋转机使轮胎旋转，一边用接触式或非接触式的点测定式传感器检测多个点的表面高度，从该表面高度的分布来测定轮胎的表面形状来进行。但是，在基于采用点测定式传感器的轮胎形状检测的形状缺陷的检查中， 因受排列的传感器的数量的制约及检查时间的制约，不能网罗地检测轮胎上的形状缺陷的检测对象面整体的形状，存在容易产生形状缺陷漏检的问题。另一方面，在专利文献1中，公开了对旋转的轮胎的表面照射缝光(线型光)，并对该缝光的像进行摄像，基于该摄像图像进行利用光切断法的形状检测，由此测定轮胎的表面形状的技术。根据该专利文献1所示的技术，能够网罗地(连续地)测定轮胎上的形状缺陷的检测对象面(轮胎的胎侧面或胎面)整体的形状，能够防止形状缺陷的漏检。如专利文献1所示，通常在进行利用光切断法的形状检测时，为了在检测对象面 (轮胎的胎侧面等)上形成单束的光切断线(光照射在1根线上的部分)，从该光切断线上的检测高度方向(检测的表面高度的方向)照射一个线型光，用配置在特定方向上的摄像机捕捉其散射反射光，对线状的线型光的像进行摄像。专利文献1 特开平11-1386M号公报然而，轮胎的表面(尤其是胎侧面)为黑色，而且其光泽度高，照射在轮胎的表面上的线型光散射反射的比率较低。此外，轮胎的表面(尤其是胎侧面)全部形成山形状，因此要得到必要的景深，需要缩小摄像机光圈。因此，在专利文献1中示出的轮胎的表面形状测定中，为得到照射在轮胎的表面上的线型光的清晰的像，需要增强线型光的强度(光量)，或降低摄像机的摄像速率(使快门速度减慢)，延长曝光时间。但是，在增强线型光强度时，存在因黑色而容易吸收光的轮胎可能遭受热损伤的问题。另外，采用功率大的光源(通常为激光器光源)，存在需要冷却装置，导致装置大型化、高成本化，可维护性变差的问题。此外，如果要在产品检查容许的有限的时间内，在旋转的轮胎的外周方向以足够的空间分辨率对光切断线的像进行摄像，则存在越要得到线型光的清晰像越不能降低摄像机的摄像速率(单位时间内的摄像次数)的问题。例如，轮胎的形状缺陷检查中容许的检查时间为每根轮胎1秒左右。此外，在利用光切断法的轮胎形状测定中，为了区别光切断线的像和记在轮胎的表面上的文字，需要在旋转的轮胎的周向上，至少以该文字的线宽(Imm左右)以下的空间分辨率进行摄像。而且，为了满足其检查时间及空间分辨率的主要条件，对于乘用车用轮胎需要进行每秒2000 帧的摄像，对于比乘用车大的卡车或巴士用的轮胎需要进行每秒4000帧的摄像。当今的摄像元件的摄影处理的高速化在发展，以COMS代表的高速型的摄像元件可进行每秒2000 4000帧的高速的摄像。但是，如果以每秒4000帧的高摄像速率进行摄像，根据专利文献1 所示的技术，不能得到线型光的清晰的像。此外，在利用光切断法的形状测定中，需要进行从各摄像图像(一帧的图像)提取光切断线的像(线型光的像)的处理，即基于构成摄像图像的各像素的亮度信息，进行检测亮度高的光切断线的位置(坐标)的图像处理，并从提取的光切断线的像(即，其坐标)求出轮胎的表面形状(表面高度)。通常光切断线的提取处理通过在摄像图像中的每个水平一直线量的像素组(Y坐标中的各个位置)中确定亮度最大的像素的位置(X坐标)来进行。 并且，在轮胎的形状缺陷检查中，在基于摄像图像(各像素的亮度信息)的处理中，光切断线的提取处理占据运算载荷的大部分。而且，在专利文献1中，公开了光切断线的提取处理以由CPU、ROM、RAM构成的MPU (微计算机)来执行的例子。并且，在当今的轮胎的形状缺陷检查的工序中，对于高速化的轮胎表面的摄像工序(例如1秒)，欲尽可能实时地得到形状结果的有无的判别结果的需要很高。但是，作为轮胎的形状缺陷等的检查装置(测定装置)的一部件而允许的实际应用的MPU由于其处理能力的制约，在得到一个摄像图像(一个帧的图像的亮度信息)后，促乃难以将基于该摄像图像的光切断线的提取处理在1/2000[秒] 1/4000[秒]以内执行的问题。因此，在现有的轮胎的形状缺陷的检查中，使由摄像元件摄像的摄像图像的信息存储在大容量的存储器(硬盘等)中，并在轮胎表面的摄像工序的完成后，必须执行基于摄像图像的光切断线的提取处理(由MPU进行的图像处理)，其导致轮胎的生产效率的恶化。
发明内容
本发明鉴于上述情况，其目的在于提供一种在通过对向相对地旋转的轮胎的表面照射的线型光的像(光切断线的像)进行摄像，基于该摄像图像进行由光切断法进行的形状检测，并由此测定轮胎的表面形状的情况下，即使不增强线型光的强度，以足够高的摄像速率(例如，每秒4000帧以上)进行光切断线的摄像，也能够得到清晰的光切断线的像，进而能够与此种高的摄像速率相对应地，能够降低光切断线检测所需要的图像处理的运算载荷的轮胎的形状测定装置。此外，本发明的目的在于提供一种能够从以例如每秒2000 4000帧以上的高的摄像速率进行摄像的摄像元件(CMOS传感器等)或进行分辨率非常高的图像的摄像的摄像元件输入包含照射到轮胎的表面的线型光的像(光切断线的像)的摄像图像的信息(亮度信息)，并基于该信息，使用ASIC或FPGA等实际应用的元件(回路)高速(实时)地执行提取光切断线的处理的轮胎的形状测定装置。为达到上述目的，本发明涉及的轮胎的形状测定装置是其对照射于相对旋转的轮胎的表面的线型光进行摄像，并基于该摄像图像采用光切断法进行形状检测，由此测定所述轮胎的表面形状，其具备下面的(1-1) (1-4)中所示的各结构要素。(1-1)线型光照射机构，其从与所述轮胎的表面的检测高度方向不同的方向照射多个线型光，由此在所述轮胎的表面上形成在与所述轮胎的表面的移动方向即第一方向正交的第二方向上延伸并且在该第二方向上所占的范围相互错开的多个分离的光切断线；(1-2)摄像机构，其在所述多个线型光各自的主光线相对于所述轮胎的表面正反射的方向上，对形成于所述轮胎的表面的所述多个分离的光切断线的像进行摄像；(1-3)光切断线坐标检测机构，其对根据一定单位的所述移动由所述摄像机构得到的多个摄像图像的每一个，从所述摄像机构的摄像图像的坐标系中的分别与所述多个分离的光切断线对应地预先设定的多个独立的图像处理对象区域的各个图像中，单独地检测所述光切断线的像的坐标即光切断线坐标；(1-4)表面形状计算机构，其基于由所述光切断线坐标检测机构检测的多个所述光切断线坐标，计算所述轮胎的所述第一方向上的表面高度分布。而且，“相对地旋转的轮胎的表面”包含轮胎自身以其旋转轴为中心旋转的情况， 和轮胎自身在固定的状态下，该形状测定装置中的线型光的照射及进行其像的摄像的光学系以轮胎的旋转轴为中心进行旋转的情况。在对黑色、有光泽的轮胎表面照射线型光时，正反射光的光量大于朝特定方向 (摄像机的摄像范围)的散射反射光的光量。此外，由于轮胎表面弯曲，因此即使利用所述摄像机构对线长度长的一个线型光的像(光切断线的像)在该线型光的主光线(沿中心线的光)的正反射方向进行摄像，该线型光中从主光线向两外侧偏离的光线的正反射光不会到达所述摄像机构，对于从光切断线的像整体中偏离中心的部分，还是到达所述摄像机构的反射光的光量不足，不能得到清晰的像。与此相反，在本发明涉及的轮胎的形状测定装置中，所述摄像机构在照射到轮胎的表面的线型光的正反射方向上对光切断线的像(线型光的像)进行摄像，因此即使在不增强线型光强度，以足够高的摄像速率(例如每秒4000帧以上)进行线型光的像的摄像， 也能得到清晰的光切断线的像。而且，所述线型光照射机构将线长较短的多个线型光在其长度方向(所述第二方向)中所占的范围相互错开的状态下向轮胎的表面照射，且所述摄像机构位于该多个线型光各自的主光线的正反射方向。因此，根据本发明，在所述第二方向中，对于比较宽范围的多个光切断线的像整体能够得到清晰的像。此外，在本发明中，因为多个光切断线在轮胎的表面分离地形成，因此如果将这些光切断线相互间隔相对于根据轮胎的表面形状变化的多个光切断线的位置变动宽度设定为足够的间隔，则在摄像图像的坐标系中，能够预先设定与多个光切断线的分别对应的独立的多个图像处理对象区域。此处所示的“与多个光切断线分别对应的图像处理对象区域” 是指在各图像处理对象的各个图像中仅存在与该区域一一对应的光切断线的像，除此以外的光切断线的像不会存在的区域。
而且，与所述多个分离的光切断线分别对应的所述多个独立的图像处理对象区域例如通过该形状测定装置进行预先已知形状的校正用的被测定物的测定(利用所述摄像机构进行摄像)，并能够从得到的摄像图像中的多个光切断线的像的位置(坐标)算出。然而，在向轮胎的表面照射多个线型光的情况下，也考虑在该轮胎的表面上形成一根光切断线的方式，连续地照射多个线型光。如此，对于其一根光切断线的图像，仅进行基于以往通常进行的光切断线法的图像处理，就能够测定轮胎的表面形状。但是，为在轮胎的表面上形成一根光切断线，需要高精度地进行多个线型光各自的光学系统的对位，该对位的过程及时间导致检查效率的恶化。图10是示意性地表示在轮胎的表面上排列多个光切断线而形成一根光切断线时，这些光切断线vl v3产生位置偏移的情况的图。而且，图10表示光切断线为三根(照射的线型光为三根)的例子，但也考虑其根数为两根或四根以上的情况。如图10所示，在多个光切断线的像Vl v3产生位置偏移(图中由波状线包围的部分)的情况，与光切断线的长度方向正交的方向(图10中的X轴方向)的每一行检测最高亮度的像素的位置的简单的处理中，无法正确地检测光切断线的像的位置。此外，允许轮胎表面中的多个光切断线的像vl v3相互的位置产生若干的位置偏移，如果进行考虑了该位置偏移的光切断线的坐标检测处理(图像处理)，则其运算载荷变大，通过实际应用(比较低价)的回落或处理器难以进行与高的摄像速率(例如，每秒 4000以上)相对应的高速的图像处理。另一方面，在本发明中，所述光切断线坐标检测机构从所述多个独立的图像处理对象区域的各个图像检测所述多个分离的光切断线的像的各个坐标，所以例如能够通过按每一行检测最高亮度的像素的位置这种简单的处理(高速的处理)来检测光切断线的像的坐标。即，即使以高的速率进行光切断线的像的摄像，也能够得到照射在轮胎的表面的线型光的清晰的像，进而能够与此种高的摄像速率相对应地降低光切断线检测所需要的图像处理的运算载荷。此外，在本发明中，按所述第二方向的各位置(坐标)，如果对根据一定单位的所述旋转(例如，以轮胎的旋转的一定的角度周期)，从检测的多个所述光切断线坐标算出的轮胎的表面高度进行排列，则其表示所述第一方向中的表面高度分布。因此，通过所述表面形状计算机构，至少能够算出所述第一方向上的表面高度分布。在轮胎的表面的检查中，只要得到所述第二方向的各位置上的所述第一方向(轮胎表面的旋转方向)的一维分布即足够的情况下，能够利用所述表面形状计算机构的计算结果。此外，本发明考虑具备对于所述轮胎中的多个面的每一个同时地进行所述线型光的照射及所述光切断线的像的摄像的多组所述线型光照射机构以及所述摄像机构的组合。由此，能够同时地进行轮胎的多个面(例如胎侧面及胎面)的形状测定，能够缩短轮胎的检测对象面整体的形状测定所需要的时间。在此情况下，优选与所述轮胎中的多个面分别对应的多个所述线型光照射机构分别输出不同的波长的所述线型光。例如，对于多个所述摄像机构的各个摄像图像，考虑利用规定的图像处理机构提取对应的波长(色)的像作为线型光的像。或者，也可考虑该形状测定装置在向多个所述摄像机构的每一个入射的入射光的光路上具备选择性地使对应的波长的光透过的滤光器。由此，对于轮胎的多个面，能够防止在某个面的形状测定中，在其他的面中使用的线型光成为干扰光。此外，本发明涉及的轮胎的形状测定装置进而优选具备下面(1- 或(1-6)的任一个所示的结构要素。(1-5)具备校直机构，该校直机构将由所述线型光照射机构向所述轮胎的表面照射的多个线型光分别在其线长度方向校直。(1-6)具备聚光机构，该聚光机构将由所述线型光照射机构向所述轮胎的表面照射的多个线型光分别在其线长度方向聚光。由此，即使多少延长照射在弯曲的轮胎表面上的多个线型光各自的线长，也能够使从该线型光的主光线向两外侧偏离的光线的正反射方向靠近所述摄像机构的方向。结果，能够减少线型光数，简化装置。此外，在本发明涉及的轮胎的形状测定装置中，所述线型光照射机构在所述轮胎的表面上形成在所述第二方向上相邻的光切断线之间的在该第二方向(光切断线的长度方向)上的端部位置重复的所述多个分离的光切断线。由此，能够在所述第二方向上无遗落地(连续地)得到轮胎表面的形状(高度分布)的测定数据。此外，在本发明涉及的轮胎的形状测定装置中，所述光切断线坐标检测机构对于所述多个独立的图像处理对象区域的各个图像，通过按所述第一方向的每一行来检测最高亮度的像素的坐标，以此检测所述光切断线坐标。由此，能够通过运算载荷低的简单的处理来检测光切断线的坐标。此外，如果被测定物的表面形状(表面的高度)的变动(个体差)相对于多个光切断线相互的间隔小，则与多个光切断线分别对应的所述图像处理对象区域的坐标即使固定也不会特别产生问题。但是，在表面形状的变动大的情况下，如果将多个所述图像处理对象区域的坐标固定，则光切断线的位置变为偏离与其对应的所述图像处理对象区域的状态 (以下称为偏离区域状态)，有无法正常检测光切断线的坐标之虞。但是，对于如轮胎表面形状平缓的变化的被测定物，即使其表面形状的变动大的情况下，多个光切断线对于相互的相对的位置关系在小的变动范围内保持，其整体的位置(特别是所述第一方向的位置) 较大地变动。因此，本发明涉及的轮胎的形状测定装置进而优选具备下面的(1-7)所示的结构要素。(1-7)具备图像处理对象区域自动设定机构，其检测所述摄像机构的摄像图像中的一个或多个预先设定的区域内的规定等级以上的亮度的像素的位置，并根据所述规定等级以上的亮度的像素的检测位置来移动预先设定的多个独立的基准区域的坐标，由此自动设定所述多个独立的图像处理对象区域的坐标。如此，预先设定与轮胎的表面高度为规定的标准的高度的情况相对应的所述多个独立的所述基准区域的坐标，即使轮胎表面形状的变动大，对于估计仅特定的一个光切断线一定通过其区域的区域(所述预定的区域)的图像，如果检测所述设定等级以上的亮度的像素的位置(即，所述特定的一个光切断线的一部分的位置)，并基于该检测位置，进行从所述基准区域的坐标(尤其是与所述第一方向对应的坐标)向所述图像处理对象区域的坐标的移动，则能够避免形成所述偏离区域状态。然而，在本发明中，因为在轮胎的表面上分离地形成多个光切断线，因此从一个摄像图像中的多个光切断线分别算出的轮胎表面的形状(所述第二方向上的高度分布(一维的分布))混夹有在所述第一方向上的位置不同的情况。因此，在轮胎的表面的检查中，在需要该轮胎的表面的二维(所述第一方向及第二方向)分布的情况下，本发明涉及的轮胎的形状测定装置具备下面的(1-8)即可。(1-8)所述表面形状计算机构基于由所述光切断线坐标检测机构检测的多个所述光切断线坐标、和对于与所述多个分离的光切断线相互在所述第一方向上的位置偏移量相对应的所述移动的偏移量而预先设定的设定移动信息，计算出所述被测定物的所述第一方向及所述第二方向上的表面高度分布。而且，所述移动的偏移量例如通过该形状测定装置进行预先已知形状的校正用的被测定物的测定(利用所述摄像机构进行的摄像)，并能够通过基于得到的摄像图像的图像处理等来算出。此外，在表面标记有文字的轮胎的胎侧面的形状测定中，如前所述，为识别其文字与线型光的像，需要通过以高的摄像速率进行摄像，由此确保高的空间分辨率。本发明优选适用于此种检测对象。因此，本发明涉及的轮胎的形状测定装置优选具备以下的结构。即所述线型光照射机构具备第一线型光照射机构，其在所述轮胎的胎侧面上形成在与该轮胎的半径方向大致平行的所述第二方向上延伸的所述多个分离的光切断线。进而所述摄像机构具备第一摄像机构，其对由所述第一线型光照射机构在所述轮胎的胎侧面上形成的所述多个分离的光切断线的像进行摄像。由此，能够以高速且高的空间分辨率检测轮胎的胎侧面。此外，本发明涉及的轮胎的形状测定装置也可考虑具备以下的结构。S卩，所述线型光照射机构具备第二线型光照射机构，其在所述轮胎的胎面上形成在与所述轮胎的周向正交的方向大致平行的所述第二方向上延伸的所述多个分离的光切断线。进而，所述摄像机构具备第二摄像机构，其对由所述第二线型光照射机构在所述轮胎的胎面上形成的所述多个分离的光切断线的像进行摄像。进而为达到上述目的，本发明涉及的轮胎的形状测定装置，其对照射于相对旋转的轮胎的表面的线型光进行摄像，并基于该摄像图像采用光切断法进行形状检测，由此测定所述轮胎的表面形状，其具备线型光照射机构，其以在所述轮胎的表面形成一光切断线的方式，从与该光切断线中的检测高度方向不同的方向连续地照射多个线型光；摄像机构， 其在该多个线型光各自的主光线相对于所述轮胎的表面正反射的方向上，对照射在所述轮胎的表面的所述多个现型光的像进行摄像；光切断线提取装置，其从对包含形成于所述轮胎的表面的光切断线的像的二维图像进行摄像的所述摄像机构的摄像元件输入该摄像图像中的各像素的亮度信息，并基于输入的亮度信息提取所述光切断线的像。该光切断线提取装置具备下面 (2-6)所示的各结构要素。(2-1)信息输入机构，其与规定频率的时钟信号同步地执行如下处理，即从所述摄像元件按由该摄像图像中的水平一行的像素组被进一步划分为多个的像素组构成的像素块，同时地输入亮度信息，并将输入的所述像素块的亮度信息及像素的坐标信息存储在规定的存储机构中的处理；(2-2)多个第一亮度比较机构，其在所述信息输入机构的后级侧连续地设置多级， 且与所述时钟信号同步地执行如下处理，即对分别在前一级中存储的所有的亮度信息按每两个进行比较，并将亮度高的一方的亮度信息及该像素的坐标信息存储在规定的存储机构的处理；(2-3)第二亮度比较机构，其与所述时钟信号同步地执行如下处理，即对利用最后一级的所述第一亮度比较机构所存储的亮度信息和上次存储的作为处理结果的亮度信息进行比较，并将亮度高的一方的亮度信息及该像素的坐标信息存储在规定的存储机构的处理，其中，最后一级的所述第一亮度比较机构将所述像素块的亮度信息中亮度最高的信息存储在规定的存储机构；(2-4)水平同步信号生成机构，其生成水平同步信号，该水平同步信号表示在所述第二亮度比较机构中存储的所述摄像图像中的水平方向一行的各个像素组中亮度最高的像素的亮度信息的时刻；(2-5)写入信息存储机构，其与所述水平同步信号同步地将由所述第二亮度比较机构存储的亮度信息及该像素的坐标信息依次以只可写入一次的方式写入规定的光切断线信息存储机构；(2-6)亮度初始化机构，其与所述水平同步信号同步地将由所述第二亮度比较机构存储的亮度信息初始化。而且，“相对地旋转的轮胎的表面”包含轮胎自身以其旋转轴为中心旋转的情况， 和轮胎自身在固定的状态下，该形状测定装置中的线型光的照射及进行其像的摄像的光学系以轮胎的旋转轴为中心进行旋转的情况。CMOS传感器超高速摄像元件具备与高频(例如20[MHz] 40[MHz])的时钟信号同步地执行如下处理的功能，即对于一个帧的摄像图像，按该摄像图像中的水平一行(X 轴方向一行)的像素组被进一步划分为多个的像素组(所述像素块)同时地输出(平行输出)其亮度数据的处理。所述光切断线提取装置在得到一个帧的摄像图像的信息(亮度信息)后，不执行基于该信息的光切断线提取处理，而是通过与所述高频的时钟信号同步，按摄像图像的一部分即所述像素，平行输入其亮度信息，进而将从该亮度信息中提取最高的亮度信息的处理划分为运算载荷小的单位处理(所述第一亮度比较机构和所述第二亮度比较机构的处理)，并连续地执行多级该处理，由此将从一个帧的摄像图线提取的光切断线的信息(每一水平行的最高亮度的亮度信息及其坐标)存储在所述规定的存储机构。由此，所述光切断线提取装置对于由摄像元件拍摄的一个帧的摄像完成时刻，产生若干延迟，但对于摄像元件的摄像率能够实时执行光切断线提取处理。并且，因为能够将应与所述时钟信号同步地执行的所述单位处理的运算载荷限制较小，所以光切断线提取装置能够使用ASIC或FPGA等实际应用的元件(回路)来实现。此外，因为在所述规定的存储机构中存储从一个帧的摄像图像提取的光切断线的信息，因此若利用光切断法执行形状检测测定处理的计算机依次读入该存储信息，则能够利用该计算机测定轮胎的表面的移动方向上的形状(高度分布)。
而且，对于一组所述像素块的亮度信息的所述信息输入机构的处理及第一级的所述第一亮度比较机构的处理考虑在所述时钟信号的两个周期期间分开执行的情况下，和该两方的处理在所述时钟信号的一个周期的期间内持续地执行。例如，所述摄像元件对于320X256的分辨率的摄像图像，按将水平一行的256像素划分为16块时的像素块(16个像素组)，与20. 5[MHz]以上的时钟信号同步地平行输出其亮度信息(16个亮度信息)，如果光切断线提取装置与该20. 5 [MHz]以上的时钟信号同步地执行处理，则在理论上相对于每秒4000帧的摄像速率能够实时地执行光切断线提取处理。此外，在通常的ASICS或FPGA等实际应用的元件(回路)中，与20.5[MHz]左右或其以上(例如40[MHz]左右)的时钟信号同步地执行处理不会产生任何障碍。而且，在上述的例子的情况下，从摄像元件的摄像处理完成时(一个帧的图像中的最后的像素块的亮度信息输出开始时)至对于该摄像图像的光切断线的信息的存储完成为止之前产生数个时钟的延迟。例如，最后的像素块的亮度信息输入需要一个时钟的时钟信号、对于该像素块从16个亮度信息中确定亮度最大的一个亮度信息的处理(所述第一亮度比较机构的处理)需要四个时钟、从摄像图像中的最后的一行(16个像素块)的亮度信息中确定最大的一个亮度信息的处理(对于最后一行的图像，所述第二亮度比较机构执行的最后的处理)需要一个时钟，以及所述信息存储机构的处理需要一个时钟的情况下， 产生共计七个时钟的延迟时间。此外，考虑所述光切断线提取装置进而具备下面的(2-7)所示的结构要素。(2-7)具备信息传送机构，其与检测一定单位(相对的旋转每隔一定单位前进)的所述旋转并输出该检测信号的旋转检测机构(例如设置于旋转的轮胎的旋转轴的旋转编码器)的检测信号同步，将由所述信息存储机构写入到所述规定的光切断线信息存储机构的信息向外部传送。由此，所述角度变化检测信号为摄像图像中的垂直同步信号，与该垂直同步信号同步，从一个帧的图像提取的光切断线的信息例如向采用光切断法执行形状测定处理的计算机等装置传送。其结果，能够测定轮胎的表面方向上的形状(高度分布)。发明效果根据本发明，在通过对相对地旋转的轮胎的表面照射的线型光的像进行摄像，基于该摄像图像进行由光切断法进行的形状检测，并由此测定轮胎的表面形状的情况下，即使不增强线型光的强度，以足够高的摄像速率(例如，每秒4000帧以上)进行线型光的摄像，也能够得到照射于轮胎的表面的清晰的线型光的像。其结果，不至于对轮胎产生热损伤，能够高速且高的空间分辨率检测其表面形状。进而，根据本发明，例如从所述多个独立的图像处理对象区域的各个图像检测所述多个分离的光切断线的各个像，因此例如按一行检测最高亮度的像素的位置此种单纯的处理(高速的处理)，由此能够检测光切断线的像的坐标。其结果，能够降低为可应对高的摄像速率的光切断线检测所需要的图像处理的运算载荷。此外，根据本发明，例如每秒2000 4000帧以上的高的摄像速率进行摄像的摄像元件(CMOS传感器等)或进行分辨率非常高的图像的摄像的摄像元件输入包含照射到轮胎的表面的线型光的像(光切断线的像)的摄像图像的亮度信息，并基于该信息，使用ASIC 或FPGA等实际应用的元件(回路)高速(实时)地执行提取光切断线的处理。
图1是表示本发明的实施方式涉及的形状测定装置W的概略结构的图。图2是示意性地表示形状测定装置W具备的传感器单元中的光源及摄像机的三维配置的图。图3是示意性地表示从特定的方向(Y轴方向)观察时的传感器单元中的线型光源及摄像机的配置的图。图4是示意性地表示线型光的主光线到达的位置的与轮胎表面垂直的方向观察的传感器单元中的线型光源及摄像机的配置的图。图5是示意性地表示在传感器单元中校直线型光的情况的图。图6是示意性地表示传感器单元中聚光线型光的情况的图。图7是示意性地表示利用形状测定装置W中的摄像机拍摄的轮胎的摄像图像的一例的图。图8是示意性地表示由形状测定装置W得到的测定数据的分布及数据移动的情况的图。图9是示意性地表示利用形状测定装置W中的摄像机拍摄的校正用的被测定物的摄像图像的一例的图。图10是示意性地表示在轮胎的表面上使多个光切断线连续地形成一根光切断线时，这些光切断线产生位置偏差的情况的图。图11是表示具备本发明的实施方式涉及的光切断线提取装置X的形状测定装置 W的概略结构的图。图12是示意性地表示形状测定装置W具备的传感器单元中的光源及摄像机的三维配置的图。图13是表示光切断线提取装置X及与其进行信号收发处理的设备的概略结构的图。图14是光切断线提取装置X具备的图像处理回路的概略框图。图15是示意性地表示摄像图像与光切断线提取装置X检测的检测数据的对应关系的图。图中，W-形状测定装置；1-轮胎；2-轮胎旋转机；3-传感器单元；4-单元驱动装置；5-编码器；6-图像处理装置；10-投光装置；11、12、13_线型光源；20-摄像机；21-摄像元件；22-摄像机透镜山81、1^2、1^3-光切断线。
具体实施例方式以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明，以便理解本发明。另外，以下的实施方式只是具体实施本发明的一例，并不限定本发明的技术范围。而且在本说明书中对相同或等同部分标注相同的标记。此处，图1是表示本发明的实施方式的轮胎形状测定装置W的简要构成的图示， 图2是示意性地表示形状测定装置W具备的传感器单元中的光源及摄像机的三维配置的图示，图3是示意性地表示从特定方向(Y轴方向)观察时的传感器单元中的线型光源及摄像机的配置的图示，图4是示意性地表示从与线型光的主光线到达的位置的轮胎的表面垂直的方向观察时的传感器单元中的线型光源及摄像机的配置的图示，图5是示意性地表示在传感器单元中校准线型光的情况的图示，图6是示意性地表示在传感器单元中聚光线型光的情况的图示，图7是示意性地表示由形状测定装置W中的摄像机拍摄的摄像图像的一例的图示，图8是示意性表示由形状测定装置W得到的测定数据的分布及数据移动的情况的图示，图9是示意性地表示由形状测定装置W中的摄像机拍摄的校正用的轮胎的摄像图像的一例的图示，图10是示意性地表示在轮胎的表面上排列多个光切断线而形成一根光切断线时，这些光切断线产生位置偏移的情况的图。首先，参照图1对本发明的实施方式的轮胎形状测定装置W的整体结构进行说明。本发明的实施方式的轮胎形状测定装置W，是通过摄像机对照射在旋转的轮胎1 的表面上的线型光的像Vl v3 (光切断线的像)进行摄像，基于该摄像图像进行利用光切断法的形状检测，由此检测轮胎1的表面形状的装置。如图1所示，轮胎形状测定装置W具备轮胎旋转机2、传感器单元3、单元驱动装置 4、编码器5及图像处理装置6等。所述轮胎旋转机2是使形状检测的对象即轮胎1以其旋转轴Ig为中心旋转的电机等旋转装置。例如，所述轮胎旋转机2以60rpm的旋转速度使轮胎1旋转。由此，形状测定装置W，在使轮胎1旋转一圈的一秒间，通过后述的传感器单元3，检测轮胎1的胎面及胎侧面的全周范围的表面形状。所述传感器单元3是组装有向旋转的轮胎1的表面照射光的光源及对轮胎1的表面上的光切断线的像(线型光的像)进行摄像的摄像机等的单元。在本实施方式中，将用于轮胎1的2个胎侧面各自的形状测定的两个传感器单元3a、3c、和与用于轮胎1的胎面的形状测定的一个传感器单元北加在一起，具备三个传感器单元3。关于这些传感器单元3 的详细情况，后述。所述单元驱动装置4是以伺服电机等驱动装置作为驱动源可移动地支撑各个传感器单元3，且定位各传感器单元3相对于轮胎1的位置的装置。所述单元驱动装置4根据对规定的操作部的操作，或根据来自外部装置的控制指令，在相对于所述轮胎旋转机2装卸轮胎1之前，将各传感器单元3定位在远离轮胎1的规定的避让位置，在将新的轮胎1装在所述轮胎旋转机2上后，将各传感器单元3定位在接近轮胎1的规定的检查位置。所述编码器5是检测所述轮胎旋转机2的旋转轴的旋转角度，即轮胎1的旋转角度的传感器，其检测信号被用于所述传感器单元3具备的摄像机的摄像定时的控制。所述图像处理装置6，基于所述编码器5的检测信号，进行所述传感器单元3具备的摄像机的快门控制(摄像定时的控制)。例如，所述图像处理装置6，每当通过所述编码器5检测到以60rpm的速度旋转的轮胎1旋转0. 09° ( = 360° /4000)时按下所述摄像机的快门，如此进行控制。由此，在1秒间可进行4000帧的摄像速率的摄像。另外，所述图像处理装置6，输入由所述传感器单元3具备的摄像机拍摄的图像， 即照射在轮胎1的表面上的线型光的像(光切断线的像)的摄像图像的数据，基于该摄像图像进行利用光切断法的形状检测处理，将其检测结果即形状数据(表示轮胎1表面的高度分布的数据)输出给未图示的主计算机。此时，所述图像处理装置6，通过对轮胎1的胎侧面进行规定的图像处理，除去记在此处的文字的图像，只提取线型光的图像，基于提取的线型光的图像，进行利用光切断法的形状检测处理。该图像处理装置6，例如可通过FPGA(现场可编程门阵列，Field Programmable Gate Array)或 ASIC(专用集成电路，Application Specific Integrated Circuit)等来实现。然后，所述主计算机判断按轮胎1的每个面检测出的表面形状是否满足按轮胎1 的每个面预设的容许条件，并将其判断结果显示在规定的显示部，或作为规定的控制信号输出。再有，由于利用光切断法的形状检测处理是众所周知的，因此这里省略说明。接着，参照图2 图4对所述传感器单元3进行说明。如图2所示，所述传感器单元3具备输出多个线型光的投光装置10、和摄像机20。在图2中，X轴表示与轮胎1的形状检测位置上的轮胎旋转的圆周相接的方向，Z 轴表示轮胎1的形状检测位置上的检测高度方向(检测的表面高度的方向)，Y轴表示与X 轴及Z轴正交的方向。也就是说，在用于轮胎1的胎侧面的形状测定的所述传感器单元3a、3c中，Z轴是轮胎1的旋转轴Ig的方向，Y轴是轮胎1的半径方向(相对于轮胎1的旋转轴Ig的法线的方向)。此外，在轮胎1的胎面的形状测定中所用的所述传感器单元北中，Z轴为轮胎1的半径方向，Y轴为轮胎1的旋转轴Ig的方向。所述投光装置10，是具备多个(在图2中为3个)线型光源11 13，通过这些多个线型光源11 13以在轮胎1的表面上形成等数(多个)分离的光切断线Lsl Ls3的方式，从与该光切断线Lsl Ls3中的检测高度方向(Z轴方向)不同的方向照射的装置。图7是示意性地表示由摄像机20拍摄的轮胎1的摄像图像的一例的图。如图7 所示，投光装置10在轮胎1的表面上形成在与由旋转形成的轮胎1的表面的移动方向即X 轴方向(与所述第一方向相当)正交的Y轴方向(与所述第二方向相当)上延伸，且在该 Y轴方向上所占的范围相互偏离(在Y轴方向上中心位置分别不同)的多个分离的光切断线Lsl Ls3 (所述线型光照射机构的一例)。这些光切断线Lsl Ls3各自的X轴方向的坐标根据轮胎1的表面高度而变化。此外，如图7所示，投光装置10在轮胎1的表面上形成多个分离的光切断线Lsl Ls3，且对于在Y轴方向上相邻的光切断线，其Y轴方向上(光切断线Lsl Ls3的长度方向)上的端部位置重复。由此，能够在Y轴上无遗漏地(连续地)得到轮胎表面的形状(高度分布)的测定数据。而且，在图7所示的例子中，一部分的光切断线Lsl、Ls3的X轴方向的坐标大致相同，但也可认为所有的光切断线Lsl Ls3的各自的X轴方向的坐标不同。此外，所述摄像机20具备摄像透镜22及摄像元件21 (受光部)，对照射在轮胎1 的表面上的多个线型光的像vl v3 (光切断线的像)，在这些多个线型光各自的主光线 Lil Li3相对于轮胎1的表面正反射的方向上进行摄像(所述摄像机构的一例)。因此，在胎侧面用的所述传感器单元3a、3c中，所述投光装置10以在与轮胎1的胎侧面中的轮胎1的半径方向平行的Y轴方向上形成多个光切断线Lsl Ls3的方式，从与由该光切断线Lsl Ls3检测的检测高度方向(Z轴方向)不同的方向照射多个线型光 (所述第一线型光照射机构的一例)。
另一方面，在胎面用的所述传感器单元北中，所述投光装置10以在与轮胎1的胎面中的轮胎的周向(轮胎表面的移动方向)正交的方向即Y轴方向上形成多个光切断线 Lsl Ls3的方式，从与由该光切断线Lsl Ls3检测的检测高度方向(Z轴方向)不同的方向照射多个线型光(所述第二线型光照射机构的一例)。再有，在本实施方式中，例示对轮胎1的每个面(每个所述传感器单元幻照射三个线型光，但是也可考虑通过增减所述线型光源11 13的数目，对轮胎1的每个面照射两个线型光、或四个以上的线型光。此外，所述投光装置10及摄像机20，通过未图示的保持机构以如下方式保持，即 从线型光源11 13输出的多个线型光各自的主光线(沿着中心线的光)相对于所述轮胎 1的表面正反射的方向上存在摄像机20的视野范围。由此，摄像机20在多个线型光各自的主光线相对于所述轮胎1表面正反射的方向上拍摄多个线型光的像(所述摄像机构的一例)。例如，投光装置10及摄像机20的位置关系，首先，可考虑根据在将摄像机20的位置及朝向设定在与光切断线的检测高度方向不同的方向后，以线型光的各主光线的正反射光朝向该摄像机20的摄像范围的方式，设定投光装置10中的各线型光源11 13的位置及朝向的过程来进行设计。当然，也可以按其相反的顺序设定投光装置10及摄像机20的位置关系。也就是说，胎侧面用的所述传感器单元3a、3c中的摄像机20，在多个线型光各自的主光线的正反射光相对于胎侧面正反射的方向，对通过投光装置10照射在轮胎1的胎侧面上的多个线型光的像Vl v3 (光切断线Lsl Ls3的像)进行摄像(所述第一摄像机构的一例)。此外，胎面用的所述传感器单元北中的摄像机20，在多个线型光各自的主光线的正反射光相对于胎面正反射的方向上，对通过所述投光装置10照射在轮胎1的胎面上的多个线型光的像Vl V3(光切断线Lsl Ls3的像)进行摄像(所述第二摄像机构的一例)。图3及图4是示意性地表示所述传感器单元3中的投光装置10及摄像机20的配置的图示。图3表示从Y轴方向观察时的状态，图4表示从与线型光的主光线各自到达的位置P1、P2、P3(以下称为主光线到达位置)的轮胎的表面垂直的方向观察时的状态。再有，图3(a)、图4(a)及图4(c)是有关胎侧面用的所述传感器单元3a、3c的图，图3(b)及图 4(b)是有关胎面用的所述传感器单元北的图。如图3(a)、(b)所示，在对于胎侧面及胎面的任一个面的所述传感器单元3中，各线型光源11 13和摄像机20以如下方式保持，即在从Y轴方向观察时，多个线型光各自的主光线Lil、Li2、Li3相对于Z轴形成的角度(或相对于轮胎1表面形成的角度)与将与其对应的所述主光线到达位置P1、P2、P3和所述摄像机20的摄像元件21的中心连结的线 (以下称为摄像中心线Lol、Lo2、Lo3)相对于Z轴形成的角度(或相对于轮胎1表面形成的角度)相等。此外，如图4(a) (c)所示，在相对于胎侧面及胎面任一面的所述传感器单元3 中，各线型光源11 13和摄像机20以如下方式保持，即在从与所述主光线到达位置P1、 P2、P3的轮胎表面垂直的方向观察时，多个线型光各自的主光线Lil、Li2、Li3和与其对应的所述摄像中心线Lol、Lo2、Lo3形成一直线。
再有，以上所示的所述投光装置10及所述摄像机20的位置关系，作为以线型光的主光线到达的轮胎1的表面(所述主光源到达位置Pl P3的面)为基准设定的位置关系示出。该位置关系不是指按每个作为被检测体的轮胎1设定所述投光装置10及所述摄像机20的位置，而是指以成为检测对象的轮胎1的平均的表面形状为基准设定。例如，假设一个表示成为检测对象的轮胎1的平均的表面形状的假想的基准面，通过规定的保持机构以如下方式保持所述投光装置10及所述摄像机20，即所述摄像机20的摄像范围位于向轮胎1的表面照射的多个线型光各自的主光线相对于所述基准面正反射的方向。另一方面，所述图像处理装置6执行光切断线坐标检测处理，其对于轮胎1旋转一周期间每当由编码器5检测到轮胎1旋转了规定的单位角度(例如，0.09° )时(S卩，以一定的角度周期)由摄像机20得到的多个摄像图像(旋转一周(360度)的图像)的每一个， 从在该摄像机20的摄像图像的坐标系中的预先设定的多个独立的图像处理对象区域Al A3(参照图7)的各个图像分别检测光切断线Lsl Ls3的像vl v3的坐标(以下，称为光切断线坐标)(所述光切断线坐标检测机构的一例)。此处，多个独立的图像处理对象区域Al A3是分别与形成在轮胎1表面的多个分离的光切断线Lsl Ls3对应地预先设定其坐标的区域。如图7所示，形状测定装置W使多个光切断线Lsl Ls3在轮胎1的表面上分离地形成。因此，如果将这些光切断线Lsl Ls3的相互间隔相对于根据轮胎1的表面形状变化的多个光切断线Lsl Ls3的位置变动宽度设定为足够的间隔，则在摄像机20的摄像图像的坐标系中，能够预先设定与多个光切断线Lsl Ls3的每一个对应的独立的多个图像处理对象区域Al A3。在图7所示的例子中，X坐标在Xl以上且Y坐标不足yl的区域Al是与光切断线 Lsl对应的区域。此外，X坐标在不足xl且Y坐标在yl以上、y2以下的区域A2是与光切断线Ls2对应的区域。同样地，X坐标在xl以上且Y坐标在y2以上的区域A3是与光切断线Ls3对应的区域。这些图像处理对象区域Al A3是在各图像处理对象Al A3的图像中仅存在与该区域一一对应的光切断线Lsl Ls3的像vl v3，除此以外的光切断线的像不会存在的区域。这些多个独立的图像处理对象区域Al A3例如通过该形状测定装置W进行事先已知形状的校正用的被测定物的测定(利用摄像机20进行摄像)，并基于得到摄像图像中的多个光切断线Lsl Ls3的像vl v3的位置(坐标)、和轮胎1的表面形状的变动范围的推定宽度而算出，并存储在图像处理装置6的存储器中。此外，图像处理装置6对于多个独立的图像处理对象区域Al A3的图像，通过在 X轴方向(轮胎表面的移动方向、相当于所述第一方向)的每一行检测最高亮度的像素的坐标来检测所述光切断线坐标。如此，图像处理装置6从多个独立的图像处理对象区域Al A3的各个图像检测多个分离的光切断线Lsl Ls3的像vl v3的各个坐标，因此能够通过对每一行检测最高亮度的像素的位置这种简单的处理(高速的处理)来检测光切断线 Lsl Ls3的像vl v3的坐标。其结果，即使以高的摄像速率(例如，1秒钟4000帧)进行光切断线Lsl Ls3的像的摄像，也能够与此种高的摄影速率对应地降低光切断线检测所需要的图像处理的运算载荷。如以上得到的各光切断线Lsl Ls3的Y坐标分别表示光切断线Lsl Ls3的长度方向的位置，即在轮胎1的胎侧面中表示轮胎1的半径方向的位置，在轮胎1的胎面中表示轮胎1的旋转轴方向的位置。此外，各光切断线Lsl Ls3的X坐标表示轮胎1的表面尚度。并且，图像处理装置6对于从摄像图像检测的光切断线Lsl Ls3的坐标(根据旋转角度检测的多个光切断线坐标)，利用预先设定的换算系数将X坐标换算为轮胎的表面高度，并将换算后的轮胎表面的形状信息，即轮胎ι的旋转角度的信息(例如，编码器5 的计数)与光切断线Lsl Ls3的Y坐标及轮胎表面高度的对应信息向主计算机输出。此处，如果在Y轴方向(相当于所述第二方向)的各位置(坐标)上排列从根据轮胎1的旋转角度(以一定的角度周期)检测出的多个所述光切断线坐标算出的轮胎1的表面高度，则其表示在轮胎表面的移动方向上的一维的表面高度分布。从而，轮胎1的旋转角度的信息与光切断线Lsl Ls3的Y坐标及轮胎表面高度的对应信息是表示在轮胎1的表面的移动方向(相当于所述第一方向)上的表面高度分布信息。而且，执行将X坐标换算为轮胎1的表面高度的处理的图像处理装置6是所述第一表面形状计算机构的一例。在设定将光切断线Lsl Ls3的X坐标换算为轮胎1的表面高度的换算系数时， 例如，通过该形状测定装置W进行预先已知形状的校正用的被测定物的测定(利用摄像机 20进行摄像)，且从得到的摄像图像中的多个光切断线Lsl Ls3的像的位置(坐标)与校正用的被测定物的表面高度的对应关系算出所述换算系数，其计算结果存储在图像处理装置6的存储器中。或者，也可考虑利用所述校正用的被测定物的测定，预先算出将轮胎1的表面高度换算成光切断线Lsl Ls3的X坐标的换算系数，并存储于主计算机的存储器中，在主计算机中，根据X坐标的大小来评价轮胎的表面形状。然而，在轮胎表面的检查中，在Y轴方向的各位置处，在只要得到X轴方向(轮胎表面的移动方向)的一维轮廓即可的情况下，只要进行将所述的X坐标向表面高度的换算即足够。另一方面，在轮胎表面的检查中，在需要轮胎表面的二维(X轴方向及Y轴方向) 的轮廓的情况下，仅进行X坐标向表面高度的换算是不够的。图8是示意地表示利用形状测定装置W得到的测定数据的分布及数据移动的情况的图。图8 (a)是对于各图像处理对象区域Al A3示意性地表示将数据测定时的轮胎1 的旋转角度的信息(旋转角度或编码器5的输出脉冲的计数等)作为图表的横轴，将光切断线Lsl Ls3的Y坐标(光切断线的长度方向)作为图表的纵轴而排列轮胎表面的高度信息的情况的图。在形状测定装置W中，如图7所示，与图像处理对象区域Al A3分别对应的光切断线Lsl Ls3分离地形成，因此从一个摄像图像中的多个光切断线Lsl Ls3分别算出的轮胎表面的形状(光切断线的长度方向上的高度分布)混夹有在轮胎表面的移动方向(X 轴方向)上的位置不同的情况。在图8中表示了关于区域Al及A3的各自的一部分的测定数据dll、d31与关于区域A2的一部分的测定数据d22为在轮胎表面的移动方向上的位置一致的数据。而且，图8所示的例子是与图像处理对象区域Al、A3分别对应的测定数据在 X轴方向上的位置没有偏移的情况的例子。
如果将轮胎表面的移动方向(X轴方向)上的位置偏移这样地换算为旋转角度后的量作为轮胎旋转角度的移动量θ s，则如图8(a)所示，在分别与图像处理对象区域Α1、Α2 对应的测定数据相互间，为使在轮胎表面的X轴方向(轮胎表面移动方向)的位置一致，对于测定时的旋转角度则必须移动θ S。图8(b)是对于与各图像处理对象区域Al、Α2对应的测定数据，示意性地表示将轮胎表面中的该移动方向的位置的信息作为图表的横轴，将光切断线Lsl Ls3的Y坐标 (光切断线的长度方向)作为图表的纵轴而排列测定时移动旋转角度θs后的与各图像处理对象区域Al A3对应的轮胎表面的高度信息的情况的图。因此，在形状测定装置W中，也可考虑图像处理装置6或所述主计算机基于由图像处理装置6根据轮胎1的旋转角度检测的多个所述光切断线坐标、和与多个分离的光切断线Lsl Ls3相互的X轴方向(相当于所述第一方向)中的位置偏移量相对应的轮胎旋转角度的移动量9S相关的设定信息(以下称为角度移动信息)，算出轮胎1的X轴方向(所述第一方向)及Y轴方向(所述第二方向)中的表面高度分布(所述第二表面形状计算机构的一例)。此处，角度移动信息是轮胎旋转角度的移动量θ s或与其相当的信息，是预先设定的信息(预先存储于图像处理装置6或所述主计算机的存储器中的信息)。而且，角度移动信息是对于与多个分离的光切断线Lsl Ls3相互的X轴方向(相当于所述第一方向)上的位置偏移量相对应的旋转移动的偏移量(此处为旋转角度的偏移量)而预先设定的信息，是所述设定移动信息的一例。更具体地，图像处理装置6对于根据旋转角度检测的多个光切断线坐标，通过执行由预先设定的换算系数将X坐标换算成轮胎表面的高度的处理，和根据预先设定的所述角度移动信息将在图像处理对象区域Al A3分别检测的多个光切断线坐标相互移动与轮胎旋转角度的移动量θs相当的量的处理。由此算出轮胎1表面的移动方向(所述第一方向)及与其正交的方向(所述第二方向)上的表面高度分布。此外，轮胎旋转角度的移动量θ s是利用该形状测定装置W，进行预先已知形状的校正用的被测定物的测定(利用摄像机20进行摄像)，并由基于得到的摄像图像的图像处
理等而计算的信息。图9是示意性地表示由形状测定装置W的摄像机拍摄形状已知的校正用的被测定物而得到的摄像图像的一例的图。与图9所示的摄像图像对应的所述校正用的被测定物的测定面为平面，且在该测定面上标记用来表示轮胎的旋转角度的刻度mk。利用形状测定装置W事先进行此种校正用的被测定物的测定(利用摄像机20进行摄像)，且对于得到的摄像图像，如果由刻度mk读取与光切断线Lsl Ls3相互的X轴方向上的位置偏移宽度相当的轮胎的旋转角度，则该读取角度为轮胎旋转角度的移动量θ S。在使用了形状测定装置W的测定中，如果轮胎表面形状(轮胎表面的高度)的变动(个体差)相对于多个光切断线Lsl Ls3相互的间隔小，则与多个光切断线Lsl Ls3 分别对应的所述图像处理对象区域Al A3的坐标即使固定也不会特别产生问题。但是，在轮胎表面形状的变动大的情况下，如果将多个所述图像处理对象区域 Al A3的坐标固定，则光切断线Lsl Ls3的位置变为偏离与其对应的所述图像处理对象区域Al A3的状态(以下称为偏离区域状态)，有无法正常检测光切断线Lsl Ls3的坐标之虞。但是，由轮胎1的表面形状平缓的变化这一特质，在轮胎的表面形状的变动大的情况下，多个光切断线Lsl Ls3对于相互的相对的位置关系在小的变动范围内保持，其整体的位置(特别是X轴方向的位置)较大地变动。因此，在形状测定装置W中，考虑图像处理装置6在事先(本测定之前)执行自动设定图像处理对象区域Al A3的坐标(所述图像处理对象领域自动设定机构的一例)的处理。更具体地，图像处理装置6检测摄像机20的摄像图像中的一或多个预先设定的区域A0(以下称为试行区域)内规定的设定等级以上的亮度的像素的位置，并根据所述试行区域中的所述设定等级以上的亮度的像素的检测位置，移动预先设定的多个独立的基准区域的坐标(与图像处理对象区域Al A3分别对应的作为基准的区域)，由此自动设定多个独立的图像处理对象区域Al A3的坐标。此处，所述基准区域的坐标例如通过该形状测定装置W进行预先预先已知形状的校正用的被测定物的测定(利用摄像机20进行摄像)，并基于得到的摄像图像中的多个光切断线Lsl Ls3的像的位置(坐标)而算出，并存储于图像处理装置6的存储器。此外，所述设定等级只要是其以上的亮度的像素就都认为是光切断线的一部分的
亮度等级。例如，如图7所示，图像处理装置6对从Y轴方向的坐标最小的位置至该坐标为规定值y0的位置为止的所述试行区域A0，从Y轴方向的坐标最小的位置依次检测X轴方向的每行最高亮度的像素的坐标及其亮度，并且判别其最高亮度是否在所述设定等级以上。进而，图像处理装置6对其最高亮度的像素的亮度最初达到所述设定等级以上时的那个像素的X坐标，或其最高亮度的像素的亮度最初连续的规定行(例如，2 3行)，根据达到所述设定等级以上时的这些像素的X坐标的平均值，移动多个独立的所述基准区域整体的X坐标，并将移动后的坐标作为所述图像处理对象区域Al A3自动设定，并存储在规定的存储
ο例如，在图7所示的例子中，将所述设定等级以上的亮度的像素的X坐标与由所述校正用的被测定物的测定得到的光切断线Lsl的X坐标的差作为从所述基准区域的坐标向所述图像处理对象区域Al A3的坐标的移动量。如此，预先设定与轮胎1的表面高度为规定的标准的高度(已知的高度)的情况相对应的多个独立的所述基准区域的坐标，即使轮胎表面形状的变动大，对于估计仅特定的一个光切断线(图7所示例子中为光切断线Lsl) —定通过其区域的所述试行区域AO的图像，能够检测所述设定等级以上的亮度的像素的位置(即，所述特定的一个光切断线的一部分的位置)，并基于该检测位置，进行从所述基准区域的坐标向所述图像处理对象区域 Al A3的坐标的移动(尤其是X轴坐标的移动)，则能够避免形成所述偏离区域状态。如以上所述，在使用了轮胎形状测定装置W的轮胎形状的测定中，所述投光装置 10及所述摄像机20通过未图示的保持机构以如下方式保持，即所述摄像机20的视野范围位于多个线型光各自的主光线(沿着中心线的光)相对于轮胎1表面正反射的方向。而且，在如上所述地保持所述投光装置10及所述摄像机20的状态下，通过所述投光装置10 对轮胎1的表面照射多个线型光，并利用摄像机20以轮胎1的旋转中的一定的角度周期对该多个线型光的像(光切断线Lsl Ls3的像)进行摄像(所述线型光照射/摄像工序的一例)。进而，图像处理装置6 (运算机构的一例)对于由摄像机20得到的多个摄像图像的每一个，分别从摄像机20的摄像图像的坐标系中的与多个分离的光切断线Lsl Ls3分别对应地预先设定的多个独立的图像处理对象区域Al A3的图像中单独地检测光切断线 Lsl Ls3的像的坐标(所述光切断线坐标)(所述光切断线坐标检测工序的一例)。进而，图像处理装置6或所述主计算机(运算机构的一例)基于根据轮胎的旋转角度检测的多个所述光切断线坐标，算出轮胎的表面高度分布(一维的分布或二维的分布)(所述表面形状计算工序的一例)。在对黑色、有光泽的轮胎1表面照射线型光时，正反射光的光量大于朝特定方向 (摄像机的摄像范围)的散射反射光的光量。此外，由于轮胎1表面(尤其是侧面)弯曲， 因此即使利用所述摄像机20对线长度长的一个线型光的像在该线型光的主光线的正反射方向进行摄像，该线型光中从主光线向两外侧偏离的光线的正反射光不会到达所述摄像机 20。例如，在图2中，在将中央的所述线型光源12输出的线型光的长度加长时，该线型光两端附近的光的正反射光朝向与所述摄像机20的方向完全不同的方向。因此，关于线型光的整个像中的从中心偏离的部分，到达所述摄像机20的反射光的光量仍是不足，不能得到清晰的像。另一方面，所述形状测定装置W由于通过在向轮胎1表面照射的线型光的正反射方向上配置的所述摄像机20拍摄线型光的像，因此即使在不增强线型光强度的情况下(在不采用高功率的线型光源的情况下)，以足够高的摄像速率(例如每秒4000帧以上)进行线型光的像的摄像，也能得到照射在轮胎1表面上的线型光的清晰像。而且，由于通过多个所述线型光源11 13，向轮胎的表面照射线长比较短的多个线型光，所述摄像机20位于该多个线型光各自的主光线的正反射方向，因此对于多个线型光的整个像，都能得到清晰的像。结果，能够在不使轮胎1产生热损伤的情况下，高速且以高的空间分辨率检测轮胎1的表面形状。此外，所述形状测定装置W具备多个分别具有一组所述投光装置10 (线型光照射机构)及摄像机20的组合的传感器单元3，通过这些传感器单元3，对轮胎1上的多个面 (表里的胎侧面及胎面)分别同时地进行利用所述投光装置10的线型光的照射及利用所述摄像机20的该光切断线的像的摄像。由此，能够同时进行轮胎的多个面(胎侧面及胎面) 的形状测定，能够缩短轮胎1的检测对象面整体的形状测定所需的时间。可是，如图5所示，可考虑本发明的实施方式的形状测定装置W具备将通过所述投光装置10 (所述线型光照射机构的一例)照射在轮胎1的表面上的多个线型光分别在其线长方向上校直的校直透镜30 (相当于所述校直机构)。或者，如图6所示，可考虑所述形状测定装置W具备将通过所述投光装置10 (所述线型光照射机构的一例)照射在轮胎1表面上的多个线型光分别在该线长方向上聚光的聚光透镜40 (相当于所述聚光机构)。通过设置这些校直透镜30或聚光透镜40，即使多少延长照射在弯曲的轮胎1表面上的多个线型光各自的线长，也能够使从该线型光的主光线向两外侧偏离的光线的正反射方向靠近所述摄像机20的摄像范围。结果，能够减少线型光数，简化装置。此外，在所述的实施方式中，示出了具备多个光源(所述线型光源11 13)的所述投光装置10，但是作为为了在轮胎的表面上形成多个光切断线Lsl Ls3而照射多个线型光的投光装置，也可以考虑其它构成。例如，所述投光装置10也可以考虑具备一个线型光源、和将从该线型光源射出的线型光分路成多个线型光，并以在轮胎表面上形成多个分离光切断线Lsl Ls3的方式照射分路后的多个线型光的光学设备。由此，可减少光源数。此外，还可考虑按轮胎1的每个检查对象面设置的多个所述投光装置10具备对每个检查对象面分别输出不同的波长的线型光的所述光源11 13。在此种情况下，可在多个所述传感器单元3各自中，在射向所述摄像机20的入射光的光路上设置滤光器，选择性地使与该摄像机20对应的所述投光装置10输出的规定波长的光透过。例如，可考虑各传感器单元3a 3c中的所述投光装置10分别输出650nm、670nm、 690nm的波长的线型光，并在拍摄该线型光的像的摄像机20的前面配置分别选择性地使波长为650士5nm、670nm士5nm、690nm士5nm的光透过的带通滤波器。由此，在轮胎1的某面的形状检测中，能够防止其它面所用的线型光成为干扰光。此外，也可以考虑，多个所述投光装置10分别输出不同色(波长)的线型光，所述图像处理装置6从摄取彩色图像的所述摄像机20各个摄像图像(彩色图像)中，作为线型光的图像提取出对应的色(波长)的图像。此外，在所述的实施方式中，示出了一边通过所述轮胎旋转机2使轮胎1以其旋转轴Ig为中心旋转，一边进行检测的例子。但是，也可以考虑，以轮胎1本身被固定的状态，使该形状测定装置W整体或其一部的所述传感器单元3 (3a 3c)通过规定的旋转装置以轮胎1的旋转轴Ig为中心旋转。此外，最好在所述形状测定装置W中设置接近传感器，用于检测所述传感器单元 3 (3a 3c)是否比规定距离接近轮胎1，所述单元驱动装置4最好具备基于该接近传感器的检测结果进行控制，使所述传感器单元3 (3a 3c)不与轮胎1接触的功能。此外，所述传感器单元3 (3a 3c)的支撑机构支撑各个所述传感器单元3 (3a 3c)，并且最好具备具有在轮胎1的旋转方向上施加规定以上的力时可向轮胎1的旋转方向折弯的关节部、或吸收其冲击的缓冲器。由此，即使在所述传感器单元3万一与轮胎1接触时，也能防止装置损坏。此外，在所述实施方式中，例示了将旋转的轮胎1作为被测定物，并测定利用其旋转而移动的轮胎表面的形状测定装置W，但利用同样的机器结构也可测定移动的金属部件等被测定物的表面形状。例如，使所述传感器单元3与在直线方向移动的带状或板状的轧制材料的单面或表背各面相对地配置，且所述图像处理装置6及所述主计算机(未图示)执行与所述实施方式中的处理同样的处理，则能够高速且非接触地进行轧制材料的表面形状的测定。此外，如实施方式所示，除在传感器单元3固定的状态下使轧制材料的表面移动的装置结构外，也可考虑在被测定物固定的状态下，使传感器单元3沿被测定物的表面移动(直线移动或旋转移动)的装置结构。
(2)图11是表示本发明的实施方式涉及的具备光切断线提取装置X的形状测定装置 W的概略结构的图，图12是示意性地表示形状测定装置W具备的传感器单元中的光源及摄像机的三维配置的图，图13是表示光切断线提取装置X及与其进行信号收发的设备的概略结构的框图，图14是光切断线提取装置X具备的图像处理回路的概略框图，图15是示意性地表示摄像图像与由光切断线提取装置X检测的检测数据的对应关系的图。首先，参照图11及图12，对具备光切断线提取装置X的本发明涉及的轮胎形状测定装置W整体及传感器单元的结构进行说明。形状测定装置W是利用摄像机20 (摄像机20具备摄像元件即CMOS传感器21)对照射在旋转的轮胎1的表面的线型光(狭缝光)的像(光切断线Ls的像)进行摄像，基于该摄像图像采用光切断法进行形状检测，由此检测轮胎1的表面形状的装置。通过轮胎1 绕其旋转轴Ia旋转，轮胎1的表面相对于线型光或摄像机移动。此外，形状测定装置W具备的光切断线提取装置X是执行光切断线提取处理的装置，从对包含形成在旋转的轮胎1的表面的光切断线的像进行摄像的摄像元件输入该摄像图像中的各像素的亮度数据，基于输入的亮度数据提取光切断线的像(检测光切断线的像的坐标)。如图11所示，形状测定装置W具备轮胎旋转机2、传感器单元3、单元驱动装置4、 编码器5、光切断线提取装置X及主计算机7等。所述轮胎旋转机2是使形状检测的对象即轮胎1以其旋转轴Ig为中心旋转的电机等旋转装置。例如，所述轮胎旋转机2以60rpm的旋转速度使轮胎1旋转。由此，形状测定装置W，在使轮胎1旋转一圈的一秒间，通过后述的传感器单元3，检测轮胎1的胎面及胎侧面的全周范围的表面形状。所述传感器单元3是嵌入有向旋转的轮胎1的表面照射光的光源及对轮胎1的表面上的光切断线Ls的像(线型光的像)进行摄像的摄像机20等的单元。在本实施方式中， 将用于轮胎1的两个胎侧面各自的形状测定的两个传感器单元3a、3c、和与用于轮胎1的胎面的形状测定的一个传感器单元北加在一起，具备三个传感器单元3。所述单元驱动装置4是以伺服电机等驱动装置作为驱动源可移动地支撑各个传感器单元3，且定位各传感器单元3相对于轮胎1的位置的装置。所述单元驱动装置4根据对规定的操作部的操作，或根据来自外部装置的控制指令，在相对于所述轮胎旋转机2装卸轮胎1之前，将各传感器单元3定位在远离轮胎1的规定的避让位置，在将新的轮胎1装在所述轮胎旋转机2上后，将各传感器单元3定位在接近轮胎1的规定的检查位置。所述编码器5设置于所述轮胎旋转机2的旋转轴，是检测其旋转轴的旋转角度，即检测轮胎1的旋转角度每隔规定的单位角度变化，并将检测信号(脉冲信号)作为后述的重置信号RESET输出的传感器(所述角度变化检测机构的一例)，其检测信号(重置信号 RESET)被用于所述传感器单元3具备的摄像机的摄像定时的控制及从光切断线提取装置X 向主计算机7传送数据时刻的控制。而且，编码器5是检测轮胎1的表面的一定单位的旋转，并输出其检测信号的所述旋转检测机构的一例。此外，所述传感器单元3如图12所示，具备输出线型光(狭缝光)的投光装置10、 和摄像机20。而且，图12表示测定对象面为轮胎1的胎侧面的情况的一例。
如图12所示，投光装置10和摄像机20以如下方式配置，即摄像机20的摄像图像的坐标系中的X轴方向(水平线方向)与由于旋转而形成的轮胎1表面的移动方向R平行，摄像图像的坐标系中的Y轴方向与轮胎1表面中的其移动方向正交的方向平行。此外，投光装置10以如下方式设定其输出光(线型光)的朝向，S卩形成在轮胎1 表面的光切断线Ls的像在摄像图像的坐标系中的Y轴方向延伸地形成。以上的设置在测定对象面为轮胎1的胎侧面的情况和胎面的情况都相同。S卩，在轮胎1的胎侧面的测定中，与轮胎1的半径方向(相对于轮胎1的旋转轴Ig 的法线的方向)及轮胎1的旋转轴Ig的方向两方正交的方向与坐标系的X轴方向平行，轮胎1的半径方向与坐标系的Y轴方向平行，此外，光切断线Ls在轮胎1的半径方向上延伸地形成。此外，在轮胎1的胎面的测定中，轮胎1的旋转轴Ig的方向与坐标系的Y轴方向平行，轮胎1的外周圆的切线方向与坐标系的X轴方向平行，此外，光切断线Ls在轮胎1的旋转轴Ig的方向上延伸地形成。接下来，参照图13所示的框图，对光切断线提取装置X及与其进行收发信号的设备的关系进行说明。如图13所示，光切断线提取装置X具备图像处理回路61、SDRAM62及平行I/O接口 63 (图3中标记为PIO I/F)。图像处理回路 61 是通过可编程的 LSI 即 FPGA (Field Programmable Gate Array) 或ASIC (Application Specific Integrated Circuit)等来实现的回路，主要执行光切断线提取处理的回路。SDRAM62是暂时存储图像处理回路61的处理结果即光切断线的数据的高速存储器。而且，本存储器也可考虑采用SRAM等其他的高速存储器。平行I/O接口 63是每当一个帧的摄像图像中的光切断线的数据储存(存储)在 SDRAM62时，通过平行传送将该光切断线的数据向主计算机7进行高速传送的回路。而且， 主计算机7具备与光切断线提取装置X的平行I/O接口 63之间进行数据传送的平行I/O 接口 71，通过其将光切断线的数据读入到主存储器内。并且主计算机7基于通过平行I/O接口 71取得的光切断线的数据，执行采用光切断法的形状测定装置。例如，主计算机7基于取得的光切断线的数据，求得轮胎1表面的旋转方向中的形状(高度分布)，并执行将其形状显示在未图示的显示装置，或通过判别其形状是否满足预定的合格条件(或者不合格条件)而判别轮胎形状的缺陷有无的处理。而且，主计算机7在取得的光切断线的数据中，对于亮度数据的亮度等级未达到规定的等级的数据作为光切断线不存在的区域的数据来处理。此外，所述摄像机20具备未图示的对物透镜、对由该对物透镜成像的成像图像进行摄像的摄像元件即CMOS传感器21、将表示从该CMOS传感器21输出的摄像数据的模拟信号变换为数值信号的A/D转换器22 (图13中表示ADC)。CMOS传感器21与高频(例如4000 [Hz]以上)的时钟信号CLK同步，对于一个帧的摄像图像，对每个由将其摄像图像中的水平一行(X轴方向一行)的像素组进一步划分为多个像素组所构成的所述像素块，同时地输出其亮度数据(平行输出)。每个像素块的亮度数据DlDk通过A/D转换器22传送到光切断线提取装置X中的图像处理回路61。此时，CMOS传感器21在输出亮度数据DWc时，其亮度数据DWc与表示一个帧的图像中的第几个像素块的数据的块序号数据BN同时(与亮度数据Dbk的输出同时)输出。该块序号数据BN是表示一个帧的图像中的各像素块的位置的信息，其也被传送到光切断线提取装置X中的图像处理回路61。而且，时钟信号CLK从设置于光切断线提取装置X的内部或者外部的规定的振荡回路30供给。此外，CMOS传感器21与编码器5的检测信号(所述重置信号RESET)同步，进行一个帧的图像的摄像。例如，CMOS传感器21每当由编码器5检测以60rpm的速度旋转的轮胎1旋转了 0. 09° ( = 360° /4000)时，执行一个帧的图像的摄像。以一秒钟4000帧的摄像速率进行摄像。在本实施方式中，CMOS传感器21对于320X256的分辨率的摄像图像，对每个将水平一行的256像素划分为16个块时的像素块(16个像素组)，将其亮度数据(16个亮度数据DOO DOf)与40 [MHz]的时钟信号CLK同步地平行输出。而且，40 [MHz]的时钟信号 CLK的频率相对于能够与一秒钟4000帧的摄像速率相对应的理论上的必要频率20. 5 [MHz] 是足够充裕的频率。此外，如果摄像图像的分辨率为256X256，则时钟信号CLK的频率在 20 [MHz]左右也足够。进而，CMOS传感器21每当输出摄像图像中的水平一行(X轴方向一行)的像素组的亮度数据时，即每当输出水平一行的像素组中的最后的像素块的亮度数据Dbk时，输出行结束信号END-LINE。时钟信号CLK及行结束信号END-LINE也输入到光切断线提取装置 X中的图像处理回路61。而且，作为代替CMOS传感器21的摄像元件也考虑采用CXD等。此外，利用所述编码器5检测的轮胎1的旋转角度变化的检测信号作为所述重置信号RESET，输入到光切断线提取装置X中的图像处理回路61及平行1/0接口 63。图15是示意性表示由CMOS传感器21拍摄的轮胎1的摄像图像(图15中的下侧的图)与由光切断线提取装置X检测的检测数据(Xp、Yi、Kp)(图15中的上侧的图)的对应关系的图。而且，在图15(b)中，为了方便，摄像图像中的光切断线Ls的像以黑色，其背景以白色表示，但实际的摄像图像是光切断线Ls的像的部分的亮度高，其背景的区域的亮度低的像。图像处理回路61依次输入所述像素块的亮度数据Dbk，每当其输入数据构成水平一行的数据时，在一定的延迟时间后，将该水平一行的像素的亮度数据中最高亮度的高亮度数据(行内最高亮度数据Kp)和能够确定与该行内最高亮度数据Kp对应的像素的位置的X坐标(Xp)及Y坐标(Yi)的坐标信息作为光切断线的提取数据存储在SDRAM62中。但是，在本实施方式中，Y坐标(Yi)由行内最高亮度数据Kp的数据列中的各数据Kp的排列顺序确定，表示各个Y坐标(Yi)的单独数据不直接存储在SDRAM62中。接下来，参照图14所示的框图，对图像处理回路61的结构及处理进行说明。图像处理回路61是将进行向寄存器存储简易的数据处理及其处理结果的处理的回路(以下称为单工序回路)多级连接，该单工序回路分别与从振荡回路30输出的时钟信号CLK同步(每当输入脉冲信号时)，分别同时地执行担当的处理的回路。此处，第一级的单工序回路执行如下处理，即与时钟信号CLK同步地从CMOS传感器21输入所述像素块的亮度数据Dbk，并将该输入数据存储在预先设定的寄存器(例如，后一级的单工序回路具备的寄存器)中。第二级以后的单工序回路执行如下处理，即基于由各自前一级的单工序回路存储在寄存器中的数据的数据处理以及将其处理结果存储在寄存器(例如，后一级的单工序回路具备的寄存器)中的处理。更具体地，第一级的单工序回路610是与时钟信号CLK同步地执行如下处理的回路，即对每个所述像素块从CMOS传感器21同时地输入其亮度数据Dbk (D00 DOf)与所述块序号数据BN，并将输入的像素块的亮度数据DWc以及块序号数据BN存储在规定的输入缓存器中(所述信息输入机构、所述信息输入回路的一例)。此处，块序号数据BN是表示与输入数据对应的像素块的摄像图像中的位置(坐标)的信息，此外，输入的亮度数据DOO DOf的存储位置(寄存器的地址)与像素块内的各像素的位置(顺序)对应，因此，第一级的单工序回路610构成将输入的像素块的亮度数据DWc与该像素块的像素的坐标信息存储在寄存器中的回路。此外，第一级的单工序回路610与编码器5的角度变化检测信号即所述重置信号 RESET同步，将已经存储在所述输入缓存器中的亮度数据DOO DOf初始化(更新为最低亮度值0)。而且，如上所述，亮度数据DWc是由CMOS传感器21中的摄像图像中的水平一行的像素组被进一步划分为多个的像素组构成的像素块的亮度数据。图4所示的例子是同时输入由16像素构成的像素块的亮度数据(16个亮度数据DOO DOf)的例子。此外，与第一级的单工序回路610中的重置信号RESET相应的亮度数据的初始化并不一定需要。第二 第五级的单工序回路61 Ia 61 Id是与时钟信号同步地执行如下处理的多个(此处为四个)数据比较回路，即在数据输入用的第一级的单工序回路610的后级侧连续地设置多级(此处为四级)，并将由各自前一级的单工序回路存储的所有的亮度数据以每两个进行比较，将亮度高的亮度数据及其像素的坐标信息存储在预先设定的寄存器(此处为后一级的单工序回路具备的寄存器)的处理(所述第一亮度比较机构、所述第一亮度比较回路的一例)。S卩，第二级的单工序回路611a与时钟信号CLK同步，以每两个比较由第一级的单工序回路610存储的所有的亮度数据DOO DOf，并将亮度高的亮度数据DlO D17、和表示该亮度数据DlO D17相对应的像素的位置(坐标)的坐标信息BN、ClO C17存储在后一级的单工序回路具备的存储器中。此处，坐标信息中包含所述块序号数据BN、和表示判别为两个像素中亮度高的一方的像素的像素块内的位置(顺序)的块内像素序号数据ClO C17。此外，第三级的单工序回路611b与时钟信号CLK同步，以每两个比较由第二级的单工序回路611a存储的所有的亮度数据DlO D07，并将亮度高的亮度数据D20 D23、和表示该亮度数据D20 D23相对应的像素的位置(坐标)的坐标信息BN、C20 C23存储在后一级的单工序回路具备的存储器中。此处，坐标信息中包含所述块序号数据BN、和表示判别为两个像素中亮度高的一方的像素的像素块内的位置(顺序)的块内像素序号数据 C20 C23。以下，第四级的单工序回路61 Ic以及第五级的单工序回路61 Id也与时钟信号CLK 同步地执行分别与第三级的单工序回路611b同样的处理。
由此，在第二级 第五级的单工序回路61 Ia 61 Id中，最终级的单工序回路61 Id 构成将一个所述像素块的亮度数据DOO DOf中亮度最高的亮度数据D40及其坐标信息 BN、C40存储在寄存器(此处为第六级的单工序回路61 具备的寄存器)中的回路。S卩，所述像素块在由2N(其中，N为2以上的整数)个像素构成的情况下，图像处理回路61具备分别与第二级 第五级的单工序回路611a 611d相当的单工序回路连接有N级的回路。而且，第一级的单工序回路610仅进行单纯输入所述像素块的亮度数据DOO DOf 的轻处理(不伴随运算的处理)，因此也可构成为在时钟信号CLK的一个周期期间，进行第一级的单工序回路610的处理和第二级的单工序回路611a的处理两者。由第六级的单工序回路61 以及第七级的单工序回路612b构成的6/7级单工序回路612与时钟信号CLK同步地执行如下处理，即对由保持有像素块的亮度数据DOO DOf中亮度最高的数据的第五级的单工序回路611d(相当于最终级的所述第一亮度比较机构)存储的亮度数据D40、和该第六级的单工序回路612上次向寄存器存储的处理结果即亮度数据D50’进行比较，并将亮度高的亮度数据D50以及其像素的坐标信息ADDR存储在规定的寄存器(第七级的单工序回路612b具备的寄存器以及输出寄存器61y)的处理(所述第二亮度比较机构、所述第二亮度比较回路的一例)。更具体地，第六级的单工序回路61 与时钟信号CLK同步，对由第五级的单工序回路611d存储的亮度数据D40、和该第六级的单工序回路612上次在第七级的单工序回路 612b的寄存器中存储的处理结果即亮度数据D50’进行比较，并将亮度高的亮度数据D50以及其像素的坐标信息ADDR存储在第七级的单工序回路612b具备的寄存器。此处，坐标信息ADDR是组合有所述块序号数据BN和所述块内像素序号数据C40的信息。而且，第六级的单工序回路61 在由第五级的单工序回路611d存储的亮度数据D40的亮度更高的情况下，将组合有由第五级的单工序回路611d存储的所述块序号数据BN以及所述块内像素序号数据C40的坐标信息ADDR存储在寄存器，在不是此种的情况下，将已经存储在第七级的单工序回路612b的寄存器中的坐标信息ADDR维持在相同的内容(包括重写相同的内容)。此外，第七级的单工序回路612b是与时钟信号CLK同步，在将由第六级的单工序回路612存储的亮度数据50及其像素的坐标信息ADDR整形为预定的数据格式的状态(例如，添加无效数据将数据长度变换为预定的数据长的状态)下，存储在所述输出寄存器61y 中的回路。进而，第七级的单工序回路612b与后述的水平同步信号Hsync同步，将已经存储在该第七级的单工序回路612b具备的寄存器中的亮度数据D50及其像素的坐标信息 ADDR(第6/7级单工序回路612存储的信息)初始化(更新为最低亮度值0)(所述亮度初始化机构、所述亮度初始化回路的一例)。此外，第二级 第七级的单工序回路610、611a 611d、612a、612b与编码器5的角度变化检测信号即所述重置信号RESET同步，将已经存储在寄存器中的亮度数据DlO 017、020 023、030、031、040、050初始化(更新为最低亮度值0)。而且，第二级 第七级的单工序回路610、611a 611d、612a、6Ub是所述亮度初始化机构及所述亮度初始化回路的一例。通过以上所示的第一级 第七级的单工序回路610、611a 611d、612a、612b的处理，对于变为初始状态(数据的初始化完成状态)后输入的全部像素块，在寄存器61y中存储亮度最高的像素的亮度数据D50及其像素的坐标信息ADDR。然而，在图14所示的回路的例子中，通过第一级的单工序回路610，从摄像图像中的水平一行的像素组中最后的像素块的亮度数据DOO DOf输入图像处理回路61的时刻， 即从所述行结束信号END-LINE输入的时刻起至其水平一行的全部像素组中亮度最高的像素的亮度数据Dmax及其像素的坐标信息Amax向输出寄存器61y的存储处理开始(利用第六级单工序回路进行的处理)为止，在时钟信号CLK中需要六个时钟量的阶越(时间)。 因此，使行结束信号END · LINE延迟(移动)时钟信号CLK的六个时钟的信号变为表示由 6/7级单工序回路612将摄像图像中的水平一行的各个像素组中亮度最高的像素的亮度数据存储于输出寄存器61y (存储完成)时刻的信号，即以输出寄存器61y的存储数据为基准时的水平同步信号Hsync。并且，图像处理回路61具备延迟回路614，其通过使行结束信号END-LINE延迟 (移动)时钟信号CLK的六个时钟而生成其水平同步信号Hsync (所述水平同步信号生成机构、所述水平同步信号生成回路的一例)。而且，如前所述，在时钟信号CLK的一个周期的周期内进行第一级的单工序回路 610及第二级的单工序回路611a的两方的处理的情况下，延迟回路614只要使行结束信号 END-LINE延迟(移动)时钟信号CLK中的五个时钟即可。如上所述，通过第一级 第七级的单工序回路610、611a 611d、612a、612b的处理，对于在变为初始状态(数据的初始化完成状态)后输入的全部像素块，亮度最高的像素的亮度数据D50及其像素的坐标信息ADDR存储于输出寄存器61y。此外，通过第七级的单工序回路612b，与水平同步信号Hsync同步，因为已经存储在该第七级的单工序回路612b具备的寄存器中的亮度数据D50及其像素的坐标信息ADDR 被初始化(更新为最低亮度值0)，因此变为在输出寄存器61y中，在水平同步信号Hsync产生的时刻，记录(存储)有水平一行的像素组中亮度最高的像素的亮度数据及其像素的坐标信息的状态。并且，图像处理回路61具备与水平同步信号Hsync同步地执行如下处理的作为第八级的单工序回路的门电路613，即将存储在输出寄存器61y中的数据写入所述SDRAM62 的处理。该门电路613执行如下的处理，即与所述水平同步信号Hsync同步地依次变更存储位置，并将存储在输出寄存器61y中的亮度数据D50及该像素的坐标数据ADDR写入 SDRAM62(所述规定的光切断线信息存储机构的一例)的存储区域(即，依次以只可写入一次的方式地写入)(所述信息存储机构、所述信息存储回路的一例)。通过以上所示的图像处理回路61的处理，从产生编码器5的角度变化检测信号即重置送信号RESET至下一个重置信号RESET产生为止之前，对一个帧的摄像图像储存(存储)光切断线的数据。此处，光切断线的数据是指包含表示每一水平行(对于Y坐标方向的各位置Yi)中亮度最高的像素的亮度值Kp的数据D50、和表示该像素的坐标Xp的坐标信息ADDR的数据。并且，所述平行I/O接口 63与编码器5的角度变化检测信息即重置信号RESET同步，即每当在SDRAM62中储存(存储)对于一个帧的摄像图像的光切断线的数据时，利用平行传送将利用门电路613写入到SDRAM62的数据(光切断线的数据)高速传送到外部的主计算机7 (所述信息传送机构、所述信息传送回路的一例)。以上所示的光切断线提取装置X在得到全部一个帧的摄像图像的信息(亮度信息)后，不执行基于该信息的光切断线提取处理，而是与高频的时钟信号CLK同步，利用所述各单工序回路，将对于每个摄像图像的一部分即所述像素块平行输入其亮度数据Dbk，进而从其亮度数据Dbk中提取最高亮度的数据的处理分为运算载荷小的处理，并连续多级地执行这些处理，由此将从一个帧的摄像图像提取的光切断线数据(每一个水平行的最高亮度的亮度数据及其坐标)存储在SDRAM62中。由此，光切断线提取装置X对于由CMOS传感器21拍摄的一个帧的摄像完成时刻， 产生若干延迟，但对于CMOS传感器21的摄像率能够实时执行光切断线提取处理。并且，因为能够将应与时钟信号CLK同步地执行的处理(各单工序回路的处理)的运算载荷限制较小，所以本发明涉及的光切断线提取装置能够使用ASIC或FPGA等实际应用的元件(回路) 来实现。此外，光切断线提取装置X按比较少数的像素组(像素块)输入其亮度数据，通过对每两个数据进行比较，依次仅剩下亮度高的数据(存储在寄存器中)，所以由仅具备比较小的容量的存储器(寄存器)即可，通过简单的装置(回路)结构来实现。此外，光切断线提取装置X在由于摄像图像的分辨率高每单位输入的亮度数据的数量多的情况下，产生相对于一个帧的摄像完成时刻的延迟，但对于连续的摄像能够实时执行光切断线提取处理。此外，在SDRAM62中与CMOS传感器21的摄像速率(例如，1/4000 [秒])大致同步地存储光切断线的数据，并将其传送到主计算机7。并且，作为主计算机7采用实际应用的计算机(个人计算机等)的情况下，对于该主计算机7通过平行I/O接口 71取得光切断线的数据，并基于该数据进行轮胎表面的旋转方向上的形状(高度分布)测定或基于该测定数据的轮胎1的合格与否的判定所需要的时间只要1/4000[秒]左右即足够。从而，如果使用光切断线提取装置X，在轮胎的形状缺陷检查的工序中，对于高速化的轮胎1表面的摄像工序(例如1秒)，能够实时得到形状结果的有无的判别结果。以上所示的光切断线提取装置X例示了从CMOS传感器21取得行结束信号 END-LINE,并基于该行结束信号END-LINE生成所述水平同步信号Hsync，但也可考虑采用其他的方法来生成水平同步信号Hsync。例如，也可考虑在图像处理回路61中设置计数器回路，其对输入重置信号RESET 后的时钟信号CLK的输入数进行计数，当该计数达到预先设定的数时，产生所述水平同步信号Hsync。同样地，也可考虑在图像处理回路61中设置生成所述块序号数据BN的回路。作为此种回路例如考虑每当输入重置信号RESET时，将块序号数据初始化，然后对时钟信号 CLK的输入数进行计数，当该计数达到预先设定的数时，将所述块序号数据BN的值向上计数，由此生成所述块序号数据BN的回路等。此外，在图14所示的图像处理回路61中，也可考虑将门电路613作为将存储在第七级单工序回路612b具备的寄存器中的数据写入SDRAM62的回路，并省略所述输出寄存器 61y以及向该输出寄存器61y的存储处理的结构。但是，在该情况下，利用所述延迟回路614
27形成的行完结信号END-LINE的延迟时钟数为五个时钟。在所述的实施方式中，表示了在固定传感器单元的状态下，通过使轮胎1移动而扫描轮胎的表面的装置结构，但也可考虑在固定轮胎的状态下，通过使传感器单元3沿轮胎的表面移动(直线移动或旋转移动)，扫描轮胎的表面的装置结构。(3)如上所述，对本发明详细地并参照特定的实施方式进行了说明，但对本领域技术人员来说只要不脱离本发明的精神和范围可以进行各种变更和修改。例如，在所述(1)中说明的轮胎的形状测定装置也可具备所述(2)中说明的光切断线提取装置。采用该结构的轮胎的形状测定装置即使以高的摄像速率(例如，每秒4000帧以上)进行光切断线的像的摄像，能够以高速(实时)提取照射在轮胎的表面的光切断线的清晰的图像。本申请基于2007年8月6日申请的日本专利申请(特愿2007-20似66)以及2007 年8月9日申请的日本专利申请(特愿2007-208353)，其内容作为参照引入。
权利要求
1.一种轮胎形状测定装置，其对照射于相对旋转的轮胎的表面的线型光进行摄像，并基于该摄像图像采用光切断法进行形状检测，由此测定所述轮胎的表面形状，其特征在于， 具备线型光照射机构，其以在所述轮胎的表面形成一光切断线的方式，从与所述轮胎的表面的检测高度方向不同的方向连续地照射多个线型光；摄像机构，其在该多个线型光各自的主光线相对于所述轮胎的表面正反射的方向上， 对照射在所述轮胎的表面的所述多个线型光的像进行摄像；光切断线提取装置，其从对包含形成于所述轮胎的表面的光切断线的像的二维图像进行摄像的所述摄像机构的摄像元件输入该摄像图像中的各像素的亮度信息，并基于输入的亮度信息提取所述光切断线的像，所述光切断线提取装置具备信息输入机构，其与规定频率的时钟信号同步地执行如下处理，即从所述摄像元件针对每一个由该摄像图像中的水平方向的一行像素组被进一步划分为多个而得到的像素组所构成的像素块，同时地输入亮度信息，并将输入的所述像素块的亮度信息及像素的坐标信息存储在规定的存储机构中的处理；多个第一亮度比较机构，其在所述信息输入机构的后级侧连续地设置多级，且与所述时钟信号同步地执行如下处理，即对分别在前一级中存储的所有的亮度信息按每两个进行比较，并将亮度高的一方的亮度信息及该像素的坐标信息存储在规定的存储机构的处理；第二亮度比较机构，其与所述时钟信号同步地执行如下处理，即对利用最后一级的所述第一亮度比较机构所存储的亮度信息和上次存储的作为处理结果的亮度信息进行比较， 并将亮度高的一方的亮度信息及该像素的坐标信息存储在规定的存储机构的处理，其中， 最后一级的所述第一亮度比较机构将所述像素块的亮度信息中亮度最高的信息存储在规定的存储机构；水平同步信号生成机构，其生成水平同步信号，该水平同步信号表示在所述第二亮度比较机构中存储的所述摄像图像中的水平方向一行的各个像素组中亮度最高的像素的亮度信息的时刻；写入信息存储机构，其与所述水平同步信号同步地将由所述第二亮度比较机构存储的亮度信息及该像素的坐标信息依次以只可写入一次的方式写入规定的光切断线信息存储机构；亮度初始化机构，其与所述水平同步信号同步地将由所述第二亮度比较机构存储的亮度信息初始化。
2.根据权利要求1所述的轮胎形状测定装置，其特征在于，所述光切断线提取装置具备信息传送机构，该信息传送机构与当所述旋转每进行了一定单位时进行检测，并输出该检测信号的旋转检测机构的检测信号同步，将由所述信息存储机构写入到所述规定的光切断线信息存储机构的信息向外部传送。
3.根据权利要求1所述的轮胎形状测定装置，其特征在于，所述摄像元件是CMOS传感器。
全文摘要
本发明提供一种轮胎形状测定装置，其在基于向相对旋转的轮胎表面照射的线型光的像(光切断线的像)，采用光切断法进行形状检测的表面形状测定中，本发明的轮胎的形状测定装置具备投光装置(10)，其以在轮胎的表面上形成多个分离的光切断线的方式，从与检测高度方向不同的方向照射多个线型光；摄像机(20)，其对该线型光的像从多个线型光各自的主光线相对于轮胎的表面正反射的方向上进行摄像，对于根据轮胎表面的一定单位的旋转得到的多个摄像图像，从预先设定的多个独立的图像处理对象区域的各个图像单独地检测光切断线的像的坐标，并基于检测坐标算出轮胎的表面形状(高度分布)。由此，即使不增强线型光的强度，以高的摄像速率进行光切断线的摄像，也能够得到清晰的光切断线的像，并能够降低光切断线检测所需要的图像处理的运算载荷。
文档编号G01B11/25GK102425997SQ20111027335
公开日2012年4月25日 申请日期2008年8月6日 优先权日2007年8月6日
发明者森本勉, 迫田尚和, 高桥英二 申请人:株式会社神户制钢所