專利名稱：圓筒形狀的被測量體的測量裝置和測量方法以及輪胎外觀檢查裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圓筒形狀的被測量體的尺寸和形狀測量，例如涉及自動測量并計算 輪胎的尺寸、形狀等的裝置及其方法。
背景技術(shù)：
以往，在測量輪胎的尺寸的情況下，用刻度尺、三角規(guī)、卷尺等以手工作業(yè)測 量輪胎的各部的尺寸。此外，作為測量輪胎的尺寸的手段，有如專利文獻(xiàn)1提出的方 法，即、用CCD攝像機(jī)實(shí)施圖像處理，比較預(yù)先存儲于識別裝置中的多個圖案和由圖像 處理所得到的規(guī)定的圖案而識別輪胎，從而測量輪胎的尺寸。專利文獻(xiàn)1 日本特開平7-39827號公報但是，在用刻度尺等測量器以人手進(jìn)行測量時，不僅無法避免測量器的讀取錯 誤、測量器緊靠在被測量物的測量位置的定位誤差等測量的偏差，而且測量的作業(yè)時間 較長。而且由于測量是以接觸的方式進(jìn)行的，所以存在在測量輪胎的過程中輪胎變形而 無法準(zhǔn)確地進(jìn)行測量等的問題。此外，由于不得不將所測量到的尺寸另外輸入到記錄介 質(zhì)中，所以有時也會產(chǎn)生忘記輸入、輸入錯誤等。此外，根據(jù)專利文獻(xiàn)1的方法能夠避免由人手造成的錯誤，但若不預(yù)先將輪胎 的尺寸、圖案等輸入識別裝置，則無法容易地得到輪胎尺寸的信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決上述課題，提供一種能夠自動測量輪胎的準(zhǔn)確尺寸和形狀的測 量裝置和測量方法。作為本發(fā)明的第一技術(shù)方案，提供一種測量圓筒形狀的被測量體的測量裝置， 包括測量頭；內(nèi)表面測量器，其被保持在該測量頭上，具有相對于上述測量頭的軸心 呈放射狀配置的多個第1距離傳感器，該內(nèi)表面測量器用于測量從第1距離傳感器到上述 被測量體的中空內(nèi)表面的距離；外表面測量器，其被保持在上述測量頭上，與上述內(nèi)表 面測量器配置在相同的平面上，并且具有第2距離傳感器，該第2距離傳感器與由上述第 1距離傳感器圍成的區(qū)域隔開規(guī)定的距離地位于該區(qū)域的外側(cè)，并用于測量從第2距離傳 感器到上述被測量體的外表面的距離；位移測量器，其具有用于測量上述測量頭的高度 方向的位移的第3距離傳感器；位置計算部件，其用于基于上述內(nèi)表面測量器的輸出計 算上述被測量體的中心位置；尺寸計算部件，其用于基于上述位置計算部件的輸出結(jié)果 和來自外表面測量器、位移測量器的測量輸出結(jié)果，計算被測量體的尺寸。由此，能測 量被測量體的尺寸。特別是若使呈放射狀地配置的多個第1距離傳感器為3個，則能夠 以最小的距離傳感器的個數(shù)根據(jù)需要對被測量體的內(nèi)表面進(jìn)行充分的測量。此外，通過 利用位置計算部件處理3個距離傳感器的測量值而求出被測量體的中心。而且，能夠利 用尺寸計算部件的處理，利用上述內(nèi)表面測量器和外表面測量器以及位移測量器的測量
4值和由上述位置計算部件所求出的被測量體的中心，測量被測量體的各部分尺寸。在位 置計算部件和尺寸計算部件使用計算機(jī)時，能夠一邊進(jìn)行測量一邊向監(jiān)視器輸出計算、 運(yùn)算處理及其結(jié)果，從而使測量成為可視化。作為本發(fā)明的第一技術(shù)方案的其他方式，提供一種測量圓筒形狀的被測量體的 測量裝置，包括測量頭；內(nèi)表面測量器，其被保持在該測量頭上，具有相對于上述測 量頭的軸心呈放射狀配置的多個第1距離傳感器，該內(nèi)表面測量器用于測量從第1距離傳 感器到上述被測量體的中空內(nèi)表面的距離；外表面測量器，其被保持在上述測量頭上， 與上述內(nèi)表面測量器配置在相同的平面上，并且具有第2距離傳感器，該第2距離傳感器 與由上述第1距離傳感器圍成的區(qū)域隔開規(guī)定的距離地位于該區(qū)域的外側(cè)，并用于測量 從第2距離傳感器到上述被測量體的外表面的距離；位移測量器，其具有用于測量上述 測量頭的高度方向的位移的第3距離傳感器；形狀測量部件，其通過內(nèi)表面測量器、外 表面測量器和位移測量器的測量結(jié)果，測量被測量體的形狀。由此，能測量被測量體的 形狀。特別是若呈放射狀地配置的多個第1距離傳感器，在數(shù)量上為3個，則能夠以最 小的距離傳感器的個數(shù)根據(jù)需要對被測量體的內(nèi)表面進(jìn)行充分的測量。此外，能夠從內(nèi) 表面測量器和位移測量器的測量值測量被測量體的內(nèi)表面形狀，還能夠從外表面測量器 和位移測量器的測量值測量被測量體的外表面形狀。在處理內(nèi)表面測量器、外表面測量 器和位移測量器的測量結(jié)果的形狀測量部件使用計算機(jī)時，能夠一邊進(jìn)行測量一邊向監(jiān) 視器輸出被測量體的形狀。作為本發(fā)明的第一技術(shù)方案的其他方式，上述第1、第2和第3距離傳感器中至 少一距離傳感器由激光測距儀構(gòu)成。由此，能夠在瞬間測量到測量點(diǎn)的距離。通過使距 離傳感器全部為激光測距儀，能夠準(zhǔn)確地測量到所有點(diǎn)的距離。作為本發(fā)明的第一技術(shù)方案的其他方式，上述測量頭具有能夠上下移動的部 件，沿著被測量體的上下軸線方向從下端移動到上端。由此，能夠立體地測量被測量體 的內(nèi)、外表面的形狀和尺寸。特別是能容易地進(jìn)行內(nèi)表面的形狀和尺寸的測量。此外， 若測量頭的移動部件用重物等而能移動，則無需測量的動力，所以測量裝置的設(shè)定和移 動變得容易。作為本發(fā)明的第一技術(shù)方案的其他方式，上述第1、第2和第3距離傳感器互相 同步地進(jìn)行測量。由此，由各距離傳感器所測量的測量值為同一時序。例如能夠在進(jìn)行 測量的同時處理測量值的結(jié)果。作為本發(fā)明的第一技術(shù)方案的其他方式，提供一種輪胎外觀檢查裝置，其特征 在于，具有由上述結(jié)構(gòu)構(gòu)成的測量裝置。根據(jù)由本結(jié)構(gòu)構(gòu)成的輪胎外觀檢查裝置，在基于通過使攝像機(jī)的焦點(diǎn)和輪胎表 面重合而得到的高精度的圖像來檢查輪胎的外觀的裝置中，能準(zhǔn)確地測量輪胎的尺寸 (特別是輪胎的外徑和內(nèi)徑)，所以能夠提高輪胎的外觀檢查的精度。此外，在輪胎的外 觀檢查中，在測量輪胎的內(nèi)表面時需要將攝像機(jī)插入輪胎內(nèi)部，在輪胎的尺寸測量不準(zhǔn) 確的情況下，攝像機(jī)與輪胎接觸，導(dǎo)致攝像機(jī)損壞。由此，通過具有準(zhǔn)確地測量輪胎尺 寸的裝置而能防止攝像機(jī)損壞。作為本發(fā)明的第二技術(shù)方案，提供一種測量圓筒形狀的被測量體的測量方法， 包括內(nèi)表面測量步驟，其利用被保持在該測量頭上且相對于上述測量頭的軸心呈放射狀配置的多個第1距離傳感器的內(nèi)表面測量器，測量從第1距離傳感器到被測量體的中空 內(nèi)表面的距離；外表面測量步驟，其利用被保持在上述測量頭上、與上述內(nèi)表面測量器 配置在相同的平面上且具有第2距離傳感器的外表面測量器，測量從第2距離傳感器到上 述被測量體的外表面的距離，該第2距離傳感器距由上述第1距離傳感器圍成的區(qū)域隔 開規(guī)定的距離地配置于該區(qū)域的外側(cè)；位移測量步驟，其利用第3距離傳感器測量測量 頭的高度方向的位移；位置計算步驟，其基于上述內(nèi)表面測量器的測量結(jié)果計算被測量 體的中心位置；尺寸計算步驟，其基于上述計算的被測量體的中心位置、上述外表面測 量器和第3距離傳感器的測量結(jié)果，計算被測量體的尺寸。由此，能測量被測量體的尺 寸。特別是若使呈放射狀地配置的多個第1距離傳感器為3個，則能夠以最小的距離傳感 器的個數(shù)根據(jù)需要對被測量體進(jìn)行充分的測量。通過對來自內(nèi)表面測量器的內(nèi)表面測量 步驟的測量值進(jìn)行運(yùn)算處理而求出被測量體的中心。此外，通過上述內(nèi)表面測量步驟、 外表面測量步驟和位移測量步驟同步測量，能夠測量被測量體的軸高度方向的尺寸。在 用計算機(jī)進(jìn)行位置計算步驟、運(yùn)算步驟時，能夠一邊進(jìn)行測量一邊向監(jiān)視器輸出位置計 算-運(yùn)算步驟的結(jié)果，使測量成為可視化。作為上述第二技術(shù)方案的其他方式，提供一種測量圓筒形狀的被測量體的測量 方法，包括內(nèi)表面測量步驟，其利用被保持在該測量頭上且具有相對于上述測量頭的 軸心呈放射狀配置的多個第1距離傳感器的內(nèi)表面測量器，測量從第1距離傳感器到被測 量體的中空內(nèi)表面的距離；外表面測量步驟，其利用被保持在上述測量頭上、與上述內(nèi) 表面測量器配置在相同的平面上且具有第2距離傳感器的外表面測量器，測量從第2距離 傳感器到上述被測量體的外表面的距離，該第2距離傳感器距由上述第1距離傳感器圍成 的區(qū)域隔開規(guī)定的距離地配置于該區(qū)域的外側(cè)；位移測量步驟，其利用第3距離傳感器 測量測量頭的高度方向的位移；形狀測量步驟，其通過內(nèi)表面測量器、外表面測量器和 位移測量器的測量結(jié)果測量被測量體的形狀。由此，能測量被測量體的尺寸和形狀。特 別是若呈放射狀地配置的多個第1距離傳感器，在數(shù)量上為3個，則能夠以最小的距離傳 感器的個數(shù)根據(jù)需要對被測量體的內(nèi)表面進(jìn)行充分的測量。此外，通過上述內(nèi)表面測量 步驟、外表面測量步驟和位移測量步驟同步測量，能夠測量被測量體的軸高度方向的形 狀。在用計算機(jī)進(jìn)行形狀測量步驟時，能夠一邊進(jìn)行測量一邊向監(jiān)視器輸出被測量體的 內(nèi)表面形狀和外表面形狀。


圖1是實(shí)施方式的測量裝置的外觀圖。圖2是實(shí)施方式的測量裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖3是實(shí)施方式的距離傳感器的配置圖。圖4是實(shí)施方式的測量傳感器的配置圖。圖5是表示計算的輪胎尺寸值的圖。圖6是通過表示一般化的計算方法的概念的測量傳感器配置導(dǎo)出輪胎中心的 圖。圖7是激光測距儀的測量概念圖。圖8是表示內(nèi)表面測量器和外表面測量器的測量結(jié)果的圖。
圖9是運(yùn)算處理裝置的處理流程圖。圖10是其他方式的測量裝置的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式圖1是表示本發(fā)明的尺寸和形狀測量裝置的外觀圖，圖2是表示尺寸和形狀測量 裝置的結(jié)構(gòu)圖。測量裝置10包括測量臺1、測量頭2和運(yùn)算處理裝置8。測量臺1包括載置輪胎等圓筒形狀物體T的載置面la、高度位移測量器6、下部 止擋件Id和支柱lc。載置面Ia位于測量臺1的上表面，在其中央部具有退避部li。在 退避部Ii設(shè)有下部止擋件Id。支柱Ic在測量臺1的側(cè)方沿上下方向延伸，包括引導(dǎo)支 承件Ig和滑輪支承件lh。引導(dǎo)支承件Ig的一端固定于支柱Ic且在另一端固定有定位引 導(dǎo)件lb。定位引導(dǎo)件Ib形成為圓筒，相對于載置面Ia沿上下方向延伸，以圓筒的中心 軸線與載置面Ia垂直的方式固定。該定位引導(dǎo)件Ib的中心軸線的延長線與載置面Ia的 交點(diǎn)成為后述的測量中的假想的測量原點(diǎn)O，成為本發(fā)明的測量的基準(zhǔn)。此外，滑輪支承件Ih設(shè)于支柱Ic的上端且與支柱Ic正交地延伸，該滑輪支承 件Ih的兩端具有滑輪5b、5b。在滑輪5b、5b上架設(shè)有鋼絲繩5a，該鋼絲繩5a的一端 安裝有配重(重物)5，另一端安裝在測量頭2的一端。由此，測量頭2沿著定位引導(dǎo)件 Ib能夠在上下方向上移動。此外，配重5的重量成為本發(fā)明的測量器移動的動力。測量頭2由測量頭支承軸2a和外表面測量器支承臂2b構(gòu)成。測量頭支承軸2a 一端與鋼絲繩5a連結(jié)，與載置面Ia垂直地延伸，在測量頭支承軸2a的另一端部具有內(nèi) 表面測量器3。外表面測量支承臂2b呈L字狀，以L字的長邊與載置面Ia平行的方式 與測量頭支承軸2a—體地組裝。上述L字狀的長邊的端部構(gòu)成為與后述的高度位移測量 器6相對應(yīng)的被測量端部2d。L字狀的短邊與載置面Ia垂直地延伸，在端部具有外表面 測量器4。圖3表示構(gòu)成本發(fā)明的內(nèi)表面測量器3和外表面測量器4的距離傳感器的配置。內(nèi)表面測量器3由激光測距儀3a、激光測距儀3b、激光測距儀3c這3個激光測 距儀構(gòu)成。激光測距儀3a、3b、3c被配置成測量方向相對于測量頭支承軸2a呈放射狀、 且彼此的測量方向成為同一平面。內(nèi)表面測量器3的激光測距儀3a、3b、3c當(dāng)中的例如 激光測距儀3a以測量方向朝向外表面測量器4的方式安裝。其他2個激光測距儀3b和 激光測距儀3c以彼此的測量方向朝向相反的方向、且與激光測距儀3a垂直的方式配置。 例如，也可以如圖4的(a)所示，將激光測距儀3a和激光測距儀3b相對于y軸對稱配 置，將激光測距儀3c配置成與上述激光測距儀3a、3b垂直。此外，也可以如圖4的(b) 所示，將激光測距儀3a 3c配置成互相隔開規(guī)定間隔。S卩，在配置作為內(nèi)表面測量器 3的激光測距儀3a、3b、3c時重要的是，預(yù)先設(shè)定激光測距儀3a、3b、3c相對于測量原 點(diǎn)O的配置位置和方向，此外，以使激光測距儀3a、3b、3c的測量的方向在同一平面上 且朝向呈放射狀地進(jìn)行設(shè)置。外表面測量器4由激光測距儀4a構(gòu)成。激光測距儀4a朝向測量方向，在與作為 內(nèi)表面測量器3的激光測距儀3a、3b、3c的測量平面相同的平面上，其中一種方式是， 例如如圖3所示被配置成激光測距儀4a的測量方向與激光測距儀3a相面對。在本例子 中，作為內(nèi)表面測量器3的激光測距儀3a和作為外表面測量器4的激光測距儀4a隔著輪
7胎T的半徑以上的距離配置。高度位移測量器6由激光測距儀6a構(gòu)成。激光測距儀6a以不從載置面Ia突出 的方式固定在測量臺1內(nèi)部，測量方向朝向位于上方的外表面測量器支承臂2b的被測量 端部2d。根據(jù)本結(jié)構(gòu)，在測量頭2上下移動的情況下，能測量輪胎高度方向的位移。即，使由內(nèi)表面測量器3和外表面測量器4所測量的測量值和由高度位移測量器 6所測量的輪胎T的高度方向的位移相一致，能測量輪胎T的高度方向的形狀變化。另外，高度位移測量器6安裝在測量臺1內(nèi)部，但是只要是能夠測量測量頭2的 隨著移動出現(xiàn)的高度方向位移的位置，也可以設(shè)置于其它部位(參照圖10)。另外，在本實(shí)施方式中，作為用于內(nèi)表面測量器3、外表面測量器4和高度位移 測量器6的距離測量器的距離傳感器，使用了激光測距儀，但是距離傳感器不限于此。由上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行的測量如下，內(nèi)表面測量器3的激光測距儀3a、3b、3c、外表 面測量器4的激光測距儀4a、高度位移測量器6的激光測距儀6a全部同步地進(jìn)行測量， 通過各激光測距儀3a、3b、3c、4a、6a的測量而得到的測量值同時向運(yùn)算處理裝置8輸 送。圖5表示輪胎的由測量尺寸和運(yùn)算尺寸限定的尺寸位置。在輪胎的尺寸測量中，運(yùn)算處理裝置8將即使輪胎T的輪胎中心O'與測量原點(diǎn) O不一致也自動地測量輪胎中心O'的計算式收納于儲存裝置內(nèi)，由此計算各部尺寸。例如，對圖5所示的輪胎外半徑Tl、輪胎內(nèi)半徑T2、輪胎總寬度T3、輪胎截 面寬度T4、輪胎胎面寬度T5、輪胎高度T6和輪胎胎面厚度T7等自動運(yùn)算并計算尺寸。 在本實(shí)施方式中，運(yùn)算處理裝置8使用計算機(jī)，通過內(nèi)置計算式等而進(jìn)行輪胎的尺寸測 量，然而即使是計算機(jī)以外的運(yùn)算處理裝置也可以，只要是具有輸入輸出、運(yùn)算和存儲 的功能的裝置即可，只要是具有輸入、處理、運(yùn)算、存儲和輸出來自上述所有的激光測 距儀3a、3b、3c、4a和6a的輸出信息，控制各激光測距儀3a、3b、3c、4a和6a的功能 的設(shè)備，即能夠與本方式相同地自動測量被測量體的尺寸和形狀。圖10表示其他方式的測量裝置。另外，對與上述實(shí)施方式相同的結(jié)構(gòu)用相同的 附圖標(biāo)記，省略說明。在本例子中，支承構(gòu)件Ij 一端被固定于軌道9，朝向載置面Ia延伸。支承構(gòu)件 Ij與上述實(shí)施方式相同，具有滑輪支承件Ih和引導(dǎo)支承件lg，除此之外還具有位移測量 器支承臂lk。在引導(dǎo)支承件Ig上安裝有支承定位引導(dǎo)件lb，用于支承測量頭2。此外， 在安裝于滑輪支承件Ih兩端的滑輪5b、5b上架設(shè)有鋼絲繩5a，該鋼絲繩5a的一端安裝 在測量頭2上，另一端安裝在配重5上，測量頭2在上下方向上能夠移動。位移測量器 支承臂Ik具有測量方向朝向測量臺1方向的高度位移測量器6。高度位移測量器6從上 方測量測量頭2的位移。測量頭2的測量頭支承軸2a隔著定位引導(dǎo)件Ib在上方和下方 具有止擋件。上方的止擋件Im是限定由測量頭2進(jìn)行測量的測量開始位置的定位止擋 件，下方的止擋件In是限定測量結(jié)束位置的定位止擋件。上方的止擋件Im在下表面上 具有開關(guān)If。在測量頭2被壓下、到達(dá)測量開始位置時，上方的止擋件Im與定位引導(dǎo) 件Ib抵接，從而按壓開關(guān)If。由于開關(guān)If被打開，開關(guān)If向運(yùn)算處理裝置8發(fā)出開始 測量的信號。以下的測量與上述實(shí)施方式相同。利用如本實(shí)施例那樣的測量裝置20也 能進(jìn)行與上述實(shí)施方式相同的測量。但是，需要在測量臺1的載置被測量體的載置面Ia上設(shè)有使測量頭2所具有的內(nèi)表面測量器3能夠位于載置面Ia的退避部li，并且需要測 量臺1的尺寸滿足在表面測量器3位于退避部Ii時外表面測量器4不與測量臺1接觸。圖6表示3個激光測距儀3a、3b、3c的測量方向呈放射狀朝向地配置，計算作 為被測量體的輪胎中心O'的一般化的計算方法的概念。通過激光測距儀的配置，從由各激光測距儀3a、3b、3c所測量的測量值容易求 出輪胎T的測量點(diǎn)A、測量點(diǎn)B、測量點(diǎn)C的位置。以下說明從由內(nèi)表面測量器3所測量的測量值求出輪胎T的中心O'的計算式。 一般而言，為了求出圓的中心，至少通過確定同一圓周上的3點(diǎn)的位置而求出。分別將 由3個激光測距儀3a、3b、3c所測量的輪胎T內(nèi)表面的測量點(diǎn)作為測量點(diǎn)Α、測量點(diǎn)B、 測量點(diǎn)C。如圖6所示，將由內(nèi)表面測量器3的激光測距儀3a、3b、3c分別測量的從各 激光測距儀3a、3b、3c到測量點(diǎn)Α、測量點(diǎn)B、測量點(diǎn)C的距離與從測量原點(diǎn)O到各激 光測距儀3a、3b、3c的距離的和設(shè)為La、Lb、Lc0獎從測量原點(diǎn)O起連結(jié)測量點(diǎn)A、 測量點(diǎn)B、測量點(diǎn)C的直線和χ軸正方向的夾角設(shè)為α、β、Υ(其中，-π<α、β、
此外，y軸的正方向?yàn)閺摩州S正方向起繞逆時針旋轉(zhuǎn)90度一側(cè)的y軸的方向。若各測量點(diǎn)A、測量點(diǎn)B、測量點(diǎn)C位于同一圓的圓周上，則由各激光測距儀 3a、3b、3c所測量的測量點(diǎn)A、B、C距測量原點(diǎn)O的位置，像以下那樣表示。由激光測距儀3a測量的測量點(diǎn)A為A (Xa、Ya) = A (LaX cos α、LaX sin α )、由激光測距儀3b測量的測量點(diǎn)B為B (Xb、Yb) =B (Lb X cos β、Lb X sin β )、由激光測距儀3c測量的測量點(diǎn)C為C (Xe、Yc) = C (LcXcos Y > LcX sin Y )。如上所述，若將要求出的輪胎T的中心設(shè)為輪胎中心O' (X、Y)，則輪胎中心 O'和測量點(diǎn)Α、輪胎中心O'和測量點(diǎn)B、輪胎中心O'和測量點(diǎn)C的距離全部相等，首先，通過O' A = O' B的關(guān)系，求出距測量點(diǎn)A和測量點(diǎn)B的距離相等的 直線，能夠表示為alX+blY+cl = 0。在此，al= 2 (Xa-Xb)、bl = 2 (Ya-Yb) > cl = Xb2-Xa2+Yb2_Ya2接著，通過O' B = O' C的關(guān)系，同樣地求出距測量點(diǎn)B和測量點(diǎn)C的距離 相等的直線，能夠表示為a2X+b2Y+C2 = O。在此，a2= 2 (Xb-Xc)、b2 = 2 (Yb-Yc)、c2 = Xc2-Xb2+Yc2_Yb2通過上述O' A = O' B且O' B = O' C的關(guān)系，利用距測量點(diǎn)A、B和測
量點(diǎn)B、C各自的點(diǎn)距離相等的2條直線的式子求出該2條直線的交點(diǎn)，從而確定輪胎中 心O'的位置。X= (C2bl-clb2)/(alb2-a2bl)Y= (c2al-cla2)/(a2bl-alb2)由上述式所求出的值表示輪胎中心O' (X、Y)的位置。在本方式中，為了簡化求出上述所示的圓的中心的一般式(X、Y)的運(yùn)算，如圖 3所示那樣配置激光測距儀3a、3b、3c。激光測距儀3a、3b、3c當(dāng)中的激光測距儀3a以與外表面測量器4的激光測距儀 4a相對的方式配置，以連結(jié)該激光測距儀3a和激光測距儀4a的直線的延長線經(jīng)過測量臺 1的測量原點(diǎn)O的方式配置激光測距儀3a和激光測距儀4a。以上述延長線為χ軸，以從 測量原點(diǎn)O朝向激光測距儀4a所處方向?yàn)棣州S正方向，以與χ軸正交且通過測量原點(diǎn)O
9的直線為y軸。如圖3所示，激光測距儀3b和激光測距儀3c位于y軸上，被配置成相 對于χ軸對稱且彼此的測量方向朝向輪胎內(nèi)表面。根據(jù)上述配置，測量點(diǎn)A、測量點(diǎn)B、測量點(diǎn)C能像以下那樣表示。測量點(diǎn)A 為 A(Xa、Ya) =A(La、0)測量點(diǎn)B 為 B(Xb、Yb)=B(0、Lb)測量點(diǎn)C 為 C(Xc、Yc)=C(0、-Lc)將上述條件代入上述導(dǎo)出的用于求出圓的中心的一般式，在此，al= 2X (Xa)、bl = 2X (-Yb)、cl = _Xa2+Yb2a2 = 0、b2 = 2X (Yb-Yc)、c2 = Yc2_Yb2簡化后將上述式代入下述式而能夠求出輪胎中心O'。X= (C2bl-clb2)/(alb2)Y= (c2al)/(-alb2)因此，能夠以下式表示，艮P，O' (X、Y)=0' ((c2bl_clb2)/(alb2)、(c2al)/(_alb2))。如上所述，與一般式相比能使運(yùn)算項(xiàng)目減少。特別是在用運(yùn)算尺寸的情況下， 運(yùn)算的必要次數(shù)越少其精度越高。而且在如圖6所示那樣配置等情況下，由于在運(yùn)算中 需要用三角函數(shù)，所以與用一般化的計算式相比，用如圖3所示的激光測距儀3a、3b、 3c那樣的配置較佳。根據(jù)上述計算式，輪胎中心O'能夠從激光測距儀3a、3b、3c的測量值計算。 基于被計算的結(jié)果，利用運(yùn)算處理裝置8求出各測量點(diǎn)與新確定的輪胎中心O'的距離， 從而能夠計算輪胎T的各尺寸(圖5)。圖7是表示利用內(nèi)表面測量器3和外表面測量器4測量輪胎T的測量的概念。 此外，圖9表示在測量過程中的從測量開始到向運(yùn)算處理裝置8輸入測量值的測量處理的 流程。以下表示測量的順序。第一，測量員將輪胎T載置到測量臺1的載置面Ia上。在該情況下，無需使輪 胎T的中心O'和測量原點(diǎn)O對齊。接著，測量員將測量頭2從測量待命位置壓下到測 量開始位置。此時，設(shè)于測量頭2上的內(nèi)表面測量器3下降到測量臺1的退避部li，與 作為測量開始位置的下部止擋件Id抵接。由此，內(nèi)表面測量器3和外表面測量器4位于 載置面Ia的下方，所以能夠自輪胎T的下端進(jìn)行測量。在被測量員壓下的測量頭2到達(dá)比測量臺1的載置面Ia靠下的測量開始位置時， 設(shè)于下部止擋件Id的用于控制測量開始的開關(guān)If被壓下。被壓下一次的開關(guān)If打開 開關(guān)，從而運(yùn)算處理裝置8向所有的激光測距儀3a、3b、3c、4a、6a輸送測量開始的信 號，測量同步開始。在該狀態(tài)下，測量員放開手，測量頭2由于配重5的作用而逐漸上升。利用該 上升，內(nèi)表面測量器3測量輪胎T的與載置面Ia相接觸的面?zhèn)龋瑥妮喬?cè)面測量胎圈形 狀、輪胎內(nèi)表面形狀，測量與載置面?zhèn)瘸蓪Φ奶トπ螤钜约拜喬?cè)面的距離。另外，作為內(nèi)表面測量器3和外表面測量器4以及高度位移測量器6的激光測距 儀3a、3b、3c、4a、6a所進(jìn)行的測量是由測量頭2的上升速度的高低而決定測量的精度 的。因此，只要根據(jù)所需的測量精度，從測量頭2和配重5的力的平衡的目的出發(fā)來調(diào)節(jié)配重5的重量，適當(dāng)決定測量頭2的上升速度即可。圖8表示由激光測距儀3a或3b、3c輸出的內(nèi)表面測量的測量結(jié)果和由激光測距 儀4a測量的外表面測量的結(jié)果。根據(jù)上述輪胎內(nèi)表面的測量，通過內(nèi)置于運(yùn)算處理裝置8的位置計算式計算輪 胎中心O'。基于該計算的運(yùn)算值，計算輪胎內(nèi)徑(T2X2)和輪胎縱深T8。此外，通 過內(nèi)表面測量器3向上方移動，測量點(diǎn)的位置發(fā)生變化，因而能得到各測量點(diǎn)A、B、C 處的輪胎橫截面方向的形狀。由此，能夠測量輪胎T與圖外的輪圈緊密結(jié)合的部分的胎 圈形狀。而且，能夠測量輪胎胎面的背面的縱深形狀(參照圖8的(b))。另一方面，外表面測量器4隨著測量頭2的上升，從輪胎側(cè)面測量胎肩部和胎面 的形狀，測量與載置面?zhèn)瘸蓪Φ奶ゼ绮亢洼喬?cè)面。通過外表面測量器4測量輪胎外表面，能測量輪胎表面形狀(參照圖8的(a))， 并能測量胎面寬度T5、輪胎截面寬度T4和輪胎總寬度T3。此外，外表面測量器4的激 光測距儀4a的位置和測量原點(diǎn)O的關(guān)系由向測量頭2安裝激光測距儀4a而決定，所以通 過自從測量原點(diǎn)O到外表面測量器4的距離中減去從測量原點(diǎn)O到測量點(diǎn)A的距離La和 由外表面測量器4所測量的距離Ld，能夠測量測量點(diǎn)A處的近似的輪胎胎面厚度T7和輪 胎外徑(T1X2)。而且，利用所計算的輪胎外徑和由內(nèi)表面測量器3測量的輪胎內(nèi)徑， 計算輪胎高度T6(參照圖5)。高度位移測量器6在上述測量過程中使激光測距儀3a、3b、3c和4a的測量值與 高度方向的變化一致，將測量值轉(zhuǎn)換為輪胎寬度方向的測量。運(yùn)算處理裝置8測量由隨著輪胎T的寬度方向的位移相伴陳升的由內(nèi)表面測量器 3的激光測距儀3a、3b、3c、外表面測量器4的激光測距儀4a和高度位移測量器6的激 光測距儀6a同步輸出的測量值，并且利用存儲于運(yùn)算處理裝置8內(nèi)的位置和尺寸計算式 進(jìn)行運(yùn)算，將測量值轉(zhuǎn)換為規(guī)定的輸出值。另外，在上述測量中，運(yùn)算處理裝置8忽視 顯著地變化的測量值。如上述說明那樣，利用計算式求出輪胎中心O'、計算或處理了輪胎的各尺寸 信息后，將它們輸送向后道工序的檢查器。經(jīng)過以上的過程，在內(nèi)表面測量器3和外表面測量器4的測量平面結(jié)束了輪胎T 的上端面?zhèn)鹊臏y量后，測量頭2進(jìn)一步上升，與上部止擋件Ie抵接而靜止。由于測量頭 2靜止，激光測距儀6a的測量值變化為零，運(yùn)算處理裝置8向內(nèi)表面測量器3、外表面測 量器4和高度位移測量器6輸送測量結(jié)束的信號，完成輪胎T的測量。另外，在本實(shí)施方式中，說明了設(shè)置運(yùn)算部件和形狀測量部件這兩者來測量尺 寸和形狀，然而，也可以設(shè)置運(yùn)算部件和形狀測量部件中的其中任一方的部件而測量尺 寸或形狀。產(chǎn)業(yè)上的可利用性如以上說明那樣，根據(jù)本發(fā)明的裝置，不限于輪胎，只要是配管、法蘭等中空 的、即相對于被測量體的中心軸線其橫截面由圓形成內(nèi)表面和外表面的構(gòu)件，就能夠通 過將其載置在裝置的測量臺上，僅使測量頭下降，就能自動且高精度地進(jìn)行內(nèi)徑、外徑 和寬度等規(guī)定的尺寸和形狀的測量，在本裝置中，由于除了測量設(shè)備的電源以外無需電 動力，所以能不用選擇設(shè)置場所地安靜地進(jìn)行測量。
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附圖標(biāo)記說明1、測量臺；la、載置面；lb、定位引導(dǎo)件；lc、支柱；Id、下部止擋件； le、上部止擋件；If、開關(guān)；lg、引導(dǎo)支承件；lh、滑輪支承件；i、退避部；lj、支承 構(gòu)件；lk、位移測量器支承臂；lm、上方的止擋件；In、下方的止擋件；2、測量頭； 2a、測量頭支承軸；2b、外表面測量器支承臂；2d、被測量端部；3、內(nèi)表面測量器； 3a、激光測距儀；3b、激光測距儀；3c、激光測距儀；4、外表面測量器；4a激光測距 儀；5、配重；5a、鋼絲繩；5b、滑輪；6、高度位移測量器；6a、激光測距儀；8、 運(yùn)算處理裝置；9、軌道；10、測量裝置；20、其他方式的測量裝置；O、測量原點(diǎn)； O'、輪胎中心；T、輪胎；Tl、輪胎外半徑；T2、輪胎內(nèi)半徑；T3、輪胎總寬度； T4、輪胎截面寬度；T5、輪胎胎面寬度；T6、輪胎高度；T7、輪胎胎面厚度；T8、輪 胎縱深；T9、輪圈接觸面寬度。
權(quán)利要求
1.一種測量裝置，其用于測量圓筒形狀的被測量體，其特征在于，包括 測量頭；內(nèi)表面測量器，其被保持在該測量頭上，具有相對于上述測量頭的軸心呈放射狀配 置的多個第1距離傳感器，該內(nèi)表面測量器用于測量從第1距離傳感器到上述被測量體的 中空內(nèi)表面的距離；外表面測量器，其被保持在上述測量頭上，與上述內(nèi)表面測量器配置在相同的平面 上，并且具有第2距離傳感器，該第2距離傳感器與由上述第1距離傳感器圍成的區(qū)域隔 開規(guī)定的距離地位于該區(qū)域的外側(cè)，并用于測量從該第2距離傳感器到上述被測量體的 外表面的距離；位移測量器，其具有用于測量上述測量頭的高度方向的位移的第3距離傳感器； 位置計算部件，其用于基于上述內(nèi)表面測量器的輸出計算上述被測量體的中心位置；尺寸計算部件，其用于基于上述位置計算部件的輸出結(jié)果和來自外表面測量器、位 移測量器的測量輸出結(jié)果，計算被測量體的尺寸。
2.—種測量裝置，其用于測量圓筒形狀的被測量體，其特征在于，包括 測量頭；內(nèi)表面測量器，其被保持在該測量頭上，具有相對于上述測量頭的軸心呈放射狀配 置的多個第1距離傳感器，該內(nèi)表面測量器用于測量從第1距離傳感器到上述被測量體的 中空內(nèi)表面的距離；外表面測量器，其被保持在上述測量頭上，與上述內(nèi)表面測量器配置在相同的平面 上，并且具有第2距離傳感器，該第2距離傳感器與由上述第1距離傳感器圍成的區(qū)域隔 開規(guī)定的距離地位于該區(qū)域的外側(cè)，并用于測量從該第2距離傳感器到上述被測量體的 外表面的距離；位移測量器，其具有用于測量上述測量頭的高度方向的位移的第3距離傳感器； 形狀測量部件，其用于通過內(nèi)表面測量器、外表面測量器和位移測量器的測量結(jié) 果，測量被測量體的形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測量裝置，其特征在于，上述第1、第2和第3距離傳感器中至少其中之一由激光測距儀構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的測量裝置，其特征在于，上述測量頭具有能夠上下移動的部件，上述測量頭沿著被測量體的上下軸線方向從 下端移動到上端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的測量裝置，其特征在于， 上述第1、第2和第3距離傳感器互相同步地進(jìn)行測量。
6.—種輪胎外觀檢查裝置，其特征在于，具有權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的測量裝置。
7.—種測量方法，其用于測量圓筒形狀的被測量體，其特征在于，包括 測量頭；內(nèi)表面測量步驟，其利用被保持在測量頭上且具有相對于上述測量頭的軸心呈放射 狀配置的多個第1距離傳感器的內(nèi)表面測量器，測量從第1距離傳感器到被測量體的中空內(nèi)表面的距離；外表面測量步驟，其利用被保持在上述測量頭上、與上述內(nèi)表面測量器配置在相同 的平面上且具有第2距離傳感器的外表面測量器，測量從第2距離傳感器到上述被測量體 的外表面的距離，該第2距離傳感器距由上述第1距離傳感器圍成的區(qū)域隔開規(guī)定的距離 地配置于該區(qū)域的外側(cè)；位移測量步驟，其利用第3距離傳感器測量測量頭的高度方向的位移； 位置計算步驟，其基于上述內(nèi)表面測量器的測量結(jié)果計算被測量體的中心位置； 尺寸計算步驟，其基于上述計算的被測量體的中心位置、上述外表面測量器和第3 距離傳感器的測量結(jié)果，計算被測量體的尺寸。
8. —種測量方法，其用于測量圓筒形狀的被測量體，其特征在于，包括 測量頭；內(nèi)表面測量步驟，其利用被保持在測量頭上且具有相對于上述測量頭的軸心呈放射 狀配置的多個第1距離傳感器的內(nèi)表面測量器，測量從第1距離傳感器到被測量體的中空 內(nèi)表面的距離；外表面測量步驟，其利用被保持在上述測量頭上、與上述內(nèi)表面測量器配置在相同 的平面上且具有第2距離傳感器的外表面測量器，測量從第2距離傳感器到上述被測量體 的外表面的距離，該第2距離傳感器距由上述第1距離傳感器圍成的區(qū)域隔開規(guī)定的距離 地配置于該區(qū)域的外側(cè)；位移測量步驟，其利用第3距離傳感器測量測量頭的高度方向的位移； 形狀測量步驟，其通過內(nèi)表面測量器、外表面測量器和位移測量器的測量結(jié)果測量 被測量體的形狀。
全文摘要
本發(fā)明提供圓筒形狀的被測量體的測量裝置和測量方法以及輪胎外觀檢查裝置。為了自動測量圓筒形狀的物體的高度、內(nèi)表面和外表面的尺寸和形狀，由測量頭(2)、高度位移測量器(6)、運(yùn)算處理裝置構(gòu)成，該測量頭(2)跟隨由與測量臺(1)一體形成的支柱(1c)支承的定位引導(dǎo)件(1b)上下移動，高度位移測量器(6)由設(shè)于測量臺(1)的激光測距儀(6a)構(gòu)成，利用重物(5)使測量頭(2)從測量臺(1)的測量開始位置上升而開始測量，基于包括安裝在測量頭(2)上的3個激光測距儀(3a、3b、3c)的內(nèi)表面測量器(3)、由激光測距儀(4a)構(gòu)成的外表面測量器(4)、高度位移測量器(6)測量測量頭(2)的位移變化，測量輪胎(T)的內(nèi)外表面，利用運(yùn)算處理裝置通過運(yùn)算測量到的測量值而得到規(guī)定的尺寸值。
文檔編號G01B21/20GK102016499SQ200980115710
公開日2011年4月13日 申請日期2009年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月1日
發(fā)明者本田德弘, 金子智之 申請人:株式會社普利司通