DE102019121662A1

DE102019121662A1 - Verfahren zur Prüfung eines Reifens

Info

Publication number: DE102019121662A1
Application number: DE102019121662.1A
Authority: DE
Inventors: Junli Sun; Xu Sun
Original assignee: Carl Zeiss Optotechnik GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Optotechnik GmbH
Priority date: 2019-08-12
Filing date: 2019-08-12
Publication date: 2021-02-18

Abstract

Die vorliegende Erfindung zeigt ein Verfahren zur Prüfung eines auf einer Felge montierten Reifens, bei welchem der Reifen in einem Auflagebereich mit seiner Rollfläche aufliegt und hierdurch lokal verformt wird, und bei welchem in einem Messbereich die Seitenwand des Reifens durch ein optisches Messverfahren erfasst wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Messbereich relativ zu dem Auflagebereich so angeordnet ist, dass die im Messbereich durch das optische Messverfahren erfasste Seitenwand des Reifens durch die Auflage des Reifens im Auflagebereich einer lokalen Verformung unterliegt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung eines auf einer Felge montierten Reifens, bei welchem der Reifen in einem Auflagebereich mit seiner Rollfläche aufliegt und hierdurch lokal verformt wird, und bei welchem in einem Messbereich die Seitenwand des Reifens durch ein optisches Messverfahren erfasst wird.
Ein solches Verfahren ist aus der DE 10 2009 008 468 A1 bekannt. Dabei wird die Oberfläche des Reifens ein erstes Mal vermessen, der Reifen einer mechanischen Belastung durch Erzeugung von auf den Reifen einwirkenden Zentrifugal- und/oder Anpresskräften ausgesetzt und die Oberfläche des Reifens ein zweites Mal vermessen. Aus den beiden Messungen werden die Formänderungen des Reifens aufgrund der mechanischen Belastung ermittelt. Hierdurch sollen strukturelle Schäden, welche durch die mechanische Belastung entstehen, erkannt werden. In der DE 10 2009 008 468 A1 ein zu prüfender Reifen in einem Prüfstand drehbar gelagert und durch eine Rolle, auf welcher er aufliegt, mit einer Anpresskraft beaufschlagt. Weiterhin sind drei Messvorrichtungen vorgesehen, welche den Reifen in einem von der Rolle entfernten Bereich vermessen.
Die US 3,589,182 A und US 3,640,132 A zeigen jeweils Prüfstände, auf welchem Reifen zur visuellen Prüfung auf Schäden, welche durch eine Belastung auftreten, auf einer Rolle aufliegen und durch diese belastet werden, während der Reifen rotiert.
Die bisher beschriebenen Verfahren können jedoch nur Schäden erfassen, welche durch eine Belastung hervorgerufen werden. Sie erfordern daher eine erhebliche Belastung des Reifens, durch welche die Belastung über die Lebensdauer eines Reifens oder die Belastung des Reifens in Extremsituationen simuliert werden kann. Sie sind daher nur zur stichprobenhaften Materialprüfung von Testexemplaren geeignet.
Die DE 10 2004 062 412 B4 zeigt ein Verfahren zum Erfassen der Oberfläche eines sich drehenden Reifens.
Die DE 197 30 787 A1 zeigt ein Verfahren zur Ermittlung der Bewegung von auf einer Lauffläche des Reifens angeordneten Profilelementen, bei welchem die Lauffläche durch einen im Umfang einer Trommel, auf welcher der Reifen aufliegt, angeordneten Schlitz mit Licht bestrahlt wird und über die Reflektion des Lichtes die Position der Profilelemente bestimmt wird.
Die DE 197 31 486 A1 zeigt ein Verfahren, bei welchem ein auf einem Prüfstand drehbar gelagerter Reifen geprüft wird. Hierfür wird die Oberfläche des Reifens abschnittsweise bei zwei unterschiedlichen Druckniveaus des Reifendrucks interferometrisch vermessen. Hierdurch sollen Defekte im Inneren des Reifens erkannt werden können.
Druckschrift DE 10 2004 050 355 A1 zeigt ein Verfahren zum Prüfen der Oberfläche eines Reifens, bei welchem eine erste Aufnahme eines auf den Reifen projizierten Musters hergestellt, der Reifen um seine Achse gedreht und eine weitere Aufnahme des auf den Reifen projizierten Musters gemacht wird, wobei die beiden Aufnahmen miteinander verglichen werden. Auch hierdurch sollen Defekte im Inneren des Reifens erkannt werden können.
Druckschrift EP 893 670 A2 zeigt eine Reifenprüfvorrichtung mit einer Luftdruck-Steuereinrichtung zur Änderung des Reifendrucks eines Rades, mit einem Prüfkopf und einem Rechner, die vor und nach einer Änderung im Luftdruck mit kohärenter Strahlung jeweils ein Interferogramm der Reifenoberfläche erzeugen und das Interferogramm in ein Modulo-2pi-Bild umsetzen, welche in eine Wuchtmaschine integriert ist.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren erlauben bisher jedoch keine ausreichend zuverlässige Prüfung von auf einer Felge montierten Reifen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren zur Prüfung eines auf einer Felge montierten Reifens zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch die Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen der vorliegenden Erfindung gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die vorliegende Erfindung umfasst in einem ersten Aspekt ein Verfahren zur Prüfung eines auf einer Felge montierten Reifens, bei welchem der Reifen in einem Auflagebereich mit seiner Rollfläche aufliegt und hierdurch lokal verformt wird, und bei welchem in einem Messbereich die Seitenwand des Reifens durch ein optisches Messverfahren erfasst wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Messbereich relativ zu dem Auflagebereich so angeordnet ist, dass die im Messbereich durch das optische Messverfahren erfasste Seitenwand des Reifens durch die Auflage des Reifens im Auflagebereich einer lokalen Verformung unterliegt.
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben erkannt, dass sich durch die Verformung der Seitenwand des Reifens im Messbereich Fehler erheblich besser erkennen lassen als bei einer Messung in einem undeformierten Bereich der Seitenwand, welcher gemäß dem Stand der Technik für die Vermessung herangezogen wurde.
Der Messbereich ist daher relativ zum Auflagebereich so angeordnet, dass die Seitenwand im Messbereich einer Verformung unterworfen ist, welche durch die im Auflagebereich aktuell wirkende Anpresskraft hervorgerufen wird. Da sich die Seitenwand durch Fehler des Reifens anders verformt als eine fehlerfreie Seitenwand, können diese erkannt werden.
Der Messbereich überdeckt bevorzugt einen Bereich der Seitenwand des Reifens neben dem Auflagebereich. Insbesondere kann der Messbereich einen Bereich der Seitenwand des Reifens abdecken, welcher in Höhenrichtung zwischen dem Auflagebereich und der Felge des Reifens angeordnet ist. Als Höhenrichtung wird dabei eine Richtung verstanden, welche durch eine Verbindungslinie zwischen dem Mittelpunkt des Auflagebereiches und der Achse des Reifens definiert ist.
Der Messbereich kann mittig bezüglich des Auflagebereiches angeordnet sein, oder einen bezüglich des Auflagebereichs nach vorne oder hinten verschobenen Bereich abdecken.
In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden durch die Erfassung der Seitenwand durch das optische Messverfahren Defekte der inneren Struktur des Reifens erfasst. Solche Defekte der inneren Struktur des Reifens haben einen Einfluss auf die Verformung des Reifens im Messbereich, durch welche die Defekte erkannt werden können.
In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung lassen sich durch das optische Messverfahren Defekte der inneren Struktur der Seitenwand des Reifens erfassen. Die erfassten Defekte müssen jedoch nicht notwendigerweise im Messbereich liegen, da auch außerhalb des Messbereiches liegende Defekte eine Auswirkung auf die Verformung des Reifens im Messbereich aufweisen und daher indirekt erfasst werden können.
In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung lassen sich durch das optische Messverfahren Defekte der inneren Struktur der Lauffläche des Reifens erfassen. Denn auch solche Defekte weisen eine Einfluss auf die Verformung der Seitenwand auf.
In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Erfassung der Defekte durch eine digitale Bildauswertung.
Bevorzugt erfolgt die Erfassung von Defekten durch einen Vergleich eines durch das optische Messverfahren aufgenommenen Messbildes mit einem Referenzbild.
In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann das Referenzbild die Deformation eines Bereichs der Seitenwand eines Reifens ohne Defekte wiedergeben.
In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird das Referenzbild durch eine Messung an einem defektfreien Reifen erzeugt. Dies erfordert allerdings, dass dieser unter exakt den gleichen Bedingungen getestet wird wie der zu prüfenden Reifen.
In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird das Referenzbild auf Grundlage einer oder mehrerer Messbilder des zu prüfenden Reifens erzeugt.
Das Messbild und das oder die Messbilder, auf deren Grundlage das Referenzbild erzeugt wird, werden bevorzugt unter den gleichen Bedingungen aufgenommen, insbesondere mit dem gleichen Reifendruck, der gleichen Drehgeschwindigkeit des Reifens (welche auch Null sein kann), und dem gleichen Anpressdruck im Auflagebereich.
Die jeweiligen Messbilder zeigen bevorzugt den gleichen Messbereich relativ zum Auflagebereich, und können insbesondere mit einer unveränderten Position des Messkopfes, durch welchen die optische Erfassung erfolgt, relativ zum Auflagebereich aufgenommen werden.
Bevorzugt zeigen die jeweiligen Messbilder jedoch unterschiedliche Bereiche der Seitenfläche des Reifens.
Werden mehrere Messbilder eingesetzt, werden diese bevorzugt dazu herangezogen, um die Verformung eines fehlerfreien Bereiches des Reifens zu ermitteln, welche dann als Referenzbild herangezogen wird.
Beispielsweise kann das Referenzbild durch eine Mittelung über mehrere Bereiche der Seitenwand des zu prüfenden Reifens erfolgen.
Alternativ kann das Referenzbild durch Verwendung eines gegenüber dem Messbild räumlich verschobenen Bildes erzeugt werden. Dies kann entweder dadurch erfolgen, dass das Messbild selbst räumlich verschoben und als Referenzbild herangezogen wird, oder dass das Referenzbild mit einer veränderten Reifenposition erfasst wird. Durch den Vergleich eines solchen Referenzbildes mit dem Messbild ergibt sich ein Ergebnisbild, welches die räumliche Ableitung der Oberflächenverformung wiedergibt, und in welchem Fehler in der Struktur des Reifens sichtbar werden. Insbesondere kann hierzu ein Verfahren eingesetzt werden, wie es aus der DE 10 2004 050 355 A1 bekannt ist, nur dass erfindungsgemäß in einem deformierten Bereich der Seitenwand gemessen wird.
Weiterhin können mehrere, sich im Hinblick auf den erfassten Oberflächenbereich des Reifens teilweise überlappende Messbilder aufgenommen werden, so dass in den mehreren Messbildern ein bestimmter Punkt des Reifens jeweils in unterschiedlichen Teilen des Messbereiches angeordnet ist. Bevorzugt beträgt der Winkel, um welchen der Reifen zwischen zwei Messbildern weiter gedreht wurde, mindestens ein Hundertstel und bevorzugt ein Zehntel des durch den Messbereich abgedeckten Winkelbereiches.
Ein an einem bestimmten Punkt des Reifens vorhandener Fehler befindet sich daher in den unterschiedlichen Messbildern jeweils in unterschiedlich stark verformten Bereichen der Oberfläche des Reifens, so dass sich der Fehler jeweils in unterschiedlicher Art und Weise auf die Form der Oberfläche des Reifens auswirkt. Hierdurch können Fehlstellen des Reifens besser erfasst werden.
In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird durch das optische Messverfahren eine dreidimensionale Oberflächenform der Seitenwand des Reifens erfasst.
In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erfolgt eine Fehlererkennung durch einen Algorithmus, welcher die ersten, zweiten und/oder dritten Ableitungen der dreidimensionalen Oberflächenform berechnet und auswertet.
Die dreidimensionale Oberflächenform der Seitenwand des Reifens kann durch Aufnahme und Auswertung eines auf die Seitenwand projizierten Musters erfolgen.
Als Messbild und/oder Referenzbild im Sinne der vorliegenden Erfindung können unmittelbar durch eine Kamera erfasste Bilder, welche ggf. durch Bildverarbeitung digital nachbearbeitet wurden, eingesetzt werden.
Als Messbild und/oder Referenzbild im Sinne der vorliegenden Erfindung wird jedoch auch jeder Datensatz aufgefasst, welcher auf der Auswertung eines oder mehrerer unmittelbar erfasster Bilder beruht, beispielsweise ein Datensatz, welcher die dreidimensionale Oberfläche der Seitenwand des Reifens im Messbereich wiedergibt.
In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erfolgt das optische Messverfahren über einen optischen Messkopf, welcher mindestens eine Kamera umfasst. Die mindestens eine Kamera ist bevorzugt seitlich neben dem Reifen angeordnet und auf die Seitenwand des Reifens oberhalb des Auflagebereiches gerichtet. In einer möglichen Ausgestaltung können mehrere Kameras vorgesehen sein, welche auf den gleichen Bereich ausgerichtet sind.
Bevorzugt umfasst der Messkopf weiterhin einen Projektor. Bevorzugt projiziert der Projektor ein Muster, insbesondere ein flächiges Muster, auf die Seitenwand des Reifens. Das Muster wird bevorzugt durch die eine oder mehreren Kameras des Messkopfes erfasst.
Der Projektor kann in einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kohärentes Licht auf die Seitenwand des Reifens projizieren, insbesondere einen aufgeweiteten Laserstrahl. Hierdurch entsteht ein Speckle-Muster, welches als projiziertes Muster durch die eine oder mehreren Kameras des Messkopfes erfasst wird.
Bevorzugt beruht das optische Messverfahren auf Grundlage einer optischen Triangulation oder einer optischen Korrelation.
Insbesondere kann ein durch die Projektion von kohärentem Licht erzeugtes Speckle-Muster, welches in zwei Aufnahmen aufgenommen wurde, durch Korrelation ausgewertet werden, um die dreidimensionale Oberflächenform der Seitenwand des Reifens zu ermitteln.
In einer möglichen Ausgestaltung umfasst der Messkopf mehrere Kameras, welche aus unterschiedlichen Richtungen auf den Messbereich gerichtet sind.
In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung überdeckt der Messbereich nur einen Teilbereich der Seitenwand und insbesondere nicht den gesamten Umfang des Reifens. Insbesondere kann der Messbereich einen Winkelbereich des Reifens von weniger als 180°, bevorzugt von weniger als 90° abdecken.
In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird der Reifen zur Erfassung mehrerer Bereiche seiner Seitenwand um seine Achse gedreht.
In einer ersten Variante der vorliegenden Erfindung erfolgt die Messung bei sich drehendem Reifen, so dass die Verformung der Seitenwand des Reifens im Messbereich eine dynamische Verformung umfasst. Durch eine solche dynamische Verformung zeigen sich Defekte im inneren des Reifen noch deutlicher. Allerdings wird das Messverfahren aufwendiger und störanfälliger.
Bevorzugt wird eine gepulste Lichtquelle zur Projektion auf den Messbereich eingesetzt. Insbesondere kann es sich bei der Lichtquelle um einen gepulsten Laser und/oder um eine Blitzlampe handeln. Hierdurch ist eine Erfassung der Seitenwand des Reifens auch bei einem sich drehenden Reifen sicher möglich. Weiterhin kann eine Serie von Messbildern aufgenommen werden, welche unterschiedliche Bereiche der Seitenwand wiedergeben, wobei sich die Messbilder überlappen können.
In einer zweiten Variante der vorliegenden Erfindung erfolgt die Messung bei stehendem Reifen. Hierdurch umfasst die Verformung der Seitenwand des Reifens im Messbereich nur eine statische Verformung des Reifens aufgrund des Anpressdrucks im Auflagebereich.
Bevorzugt wird zur Erfassung mehrerer Bereiche der Seitenwand des Reifens zwischen den einzelnen Messvorgängen der Reifen weiter gedreht.
In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung verbleibt der Reifen mit der Felge am Fahrzeug. Hierdurch wird der Aufwand bei der Prüfung erheblich verringert. Dies ist insbesondere bei der Prüfung von Flugzeugreifen von Vorteil.
In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erfolgt die Prüfung, indem der Reifen auf einem Prüfstand abrollt.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst diese ein Verfahren zur Prüfung eines auf einer Felge montierten Reifens, insbesondere nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei welchem der Reifen in einem Auflagebereich mit seiner Rollfläche aufliegt und hierdurch belastetet wird, und bei welchem in einem Messbereich die Seitenwand des Reifens durch ein optisches Messverfahren erfasst wird. Der zweite Aspekt ist dadurch gekennzeichnet, dass der Reifen mit der Felge am Fahrzeug verbleibt und das Fahrzeug mit dem zu prüfenden Reifen verfahren wird, um unterschiedliche Bereiche der Seitenwand zu vermessen.
Hierdurch kann der Reifen ohne einen stationären Prüfstand geprüft werden, so dass der Aufwand zur Prüfung erheblich verringert werden kann.
In einer möglichen Ausgestaltung des zweiten Aspektes erfolgt das optische Messverfahren über einen Messkopf, welcher zur Durchführung des Verfahrens mit dem Fahrzeug mitbewegt wird. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Messkopf relativ zu dem zu prüfenden Reifen korrekt ausgerichtet bleibt.
In einer ersten Variante kann der Messkopf an dem Fahrzeug, an welchem der zu prüfende Reifen montiert ist, montiert werden.
In einer zweiten Variante kann der Messkopf an einem weiteren Fahrzeug montiert werden, welches das Fahrzeug, an welchem der zu prüfende Reifen montiert ist, bewegt, beispielsweise einem Flurförderfahrzeug.
In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erfolgt die Montage an einem Fahrgestell des Fahrzeugs, an welchem der zu prüfende Reifen montiert ist, insbesondere einem Fahrgestell eines Flugzeugs.
Das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt kann zunächst einem beliebig gegenüber dem Auflagebereich des Reifens angeordneten Messbereich durchgeführt werden.
Bevorzugt erfolgt das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt jedoch in Kombination mit dem ersten Aspekt, d.h. mit einem entsprechend dem ersten Aspekt angeordneten Messbereich.
Weiterhin kann das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt so erfolgen, wie dies bereits oben im Hinblick auf bevorzugte Ausgestaltungen des ersten Aspekts weiter dargelegt wurde.
Die vorliegende Erfindung umfasst weiterhin eine Reifenprüfvorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens, wie es oben beschrieben wurde, mit einem Messkopf für das optische Messverfahren und einer Auswerteeinheit zur Erfassung von Defekten des Reifens auf Grundlage der durch den Messkopf vorgenommenen Messungen.
In einer ersten Variante der vorliegenden Erfindung umfasst die Reifenprüfvorrichtung ein bewegbares Gegenelement, auf welchem der Reifen aufliegt, insbesondere eine Rolle. Alternativ oder zusätzlich kann die Reifenprüfvorrichtung eine Montageanordnung zur Verbindung des Messkopfes mit einem Prüfstand aufweisen.
In einer zweiten Variante der vorliegenden Erfindung umfasst die Reifenprüfvorrichtung eine Montageanordnung zur lösbaren Verbindung des Messkopfes mit einem Fahrzeug, an welchem der zu prüfende Reifen angeordnet ist.
Hierdurch kann eine Prüfung des Reifens erfolgen, bei welcher der Messkopf mit dem zu vermessenden Reifen bzw. dem Fahrzeug, an welchem dieser angeordnet ist, mitbewegt wird.
Bevorzugt erlaubt die Montageanordnung eine Verstellung der Position des Messkopfes relativ zu dem oder den Verbindungspunkten mit dem Fahrzeug, und weist hierfür bevorzugt eine Verstellanordnung auf.
Die Reifenprüfvorrichtung ist bevorzugt so aufgebaut und arbeitet so, wie dies bereits oben im Hinblick auf das erfindungsgemäße Verfahren dargestellt ist.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen sowie Zeichnungen näher beschrieben.
Dabei zeigen:

1: eine Prinzip-Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2: eine Prinzip-Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung und
3: eine Prinzip-Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun anhand von 1 näher beschrieben. 1 zeigt einen Reifen 2, welcher auf einer Felge 1 aufgezogen ist. Der Reifen ist im Ausführungsbeispiel um seine Drehachse 6 drehbar angeordnet.
Der Reifen 2 liegt während der Durchführung des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens mit seiner Abrollfläche 7 in einem Auflagebereich 3 auf und wird hier durch eine im Auflagebereich wirkende Anpresskraft verformt. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel liegt der Reifen 2 im Auflagebereich 3 auf einer drehbaren Rolle 4 auf. Alternativ könnte der Reifen jedoch auch auf einer statischen Fläche aufliegen.
Erfindungsgemäß wird die Seitenwand 8 des Reifens 2 über ein optisches Messverfahren erfasst. Dies erfolgt in einem Messbereich 5, welcher relativ zu dem Auflagebereich 3, in welchem der Reifen mit seiner Abrollfläche 7 aufliegt, so angeordnet ist, dass sich der Reifen im Messbereich 5 durch die Anpresskraft, welche im Auflagebereich 3 auf ihn wirkt, verformt. Erfindungsgemäß wird daher die charakteristische Verformung der Seitenwand des Reifens im Bereich des Berührungspunktes des Reifens mit dem Boden bzw. der Prüfstandsrolle gemessen.
Hierdurch können Fehler im Reifeninneren zerstörfrei erkannt werden, da diese einen Einfluss darauf haben, wie sich der Reifen im Messbereich 5 durch die Anpresskraft verformt. Insbesondere können Lufteinschlüsse, Ablösungen und Brüche des Gewebes im Inneren des Reifens erkannt werden, welche bei der Herstellung oder während der Nutzung und im Betrieb des Reifens entstanden sind.
Der Messbereich 5 ist daher oberhalb des Auflagebereichs 3 zwischen dem Auflagebereich und der Felge 1, auf welcher der Reifen aufgespannt ist, angeordnet. Im Ausführungsbeispiel überdeckt der Messbereich die gesamte Höhe der Seitenwand des Reifens.
Erfindungsgemäß werden daher keine Fehler erfasst, welche durch die Belastung des Reifens erzeugt wurden. Vielmehr wird die Verformung des Reifens im Bereich des Auflagebereiches dazu genutzt, um bereits vorhandene Fehler besser erkennen zu können, da diese durch die Verformung hervortreten. Bei der Verformung des Reifens im Messbereich 5 handelt es sich daher auch nicht um eine permanente Verformung, welche selbst einen Fehler des Reifens darstellen würde, sondern um eine Verformung, welche lokal durch den aktuell wirkenden Anpressdruck im Messbereich hervorgerufen wird.
Gemäß dem Stand der Technik erfolgte die Erfassung der Seitenwand des Reifens dagegen immer in Bereichen, welche entfernt von dem Auflagebereich angeordnet waren, um die Erfassung solcher reversibler Verformungen des Reifens gerade zu vermeiden.
In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann durch das optische Messverfahren die dreidimensionale Gestaltung des verformten Bereichs der Seitenwand gemessen und mit einem Referenzbild verglichen werden. Das Referenzbild kann bspw. am gleichen Reifen ermittelt werden, zum Beispiel durch Mittelung über mehrere Bereiche oder den gesamten Umfang des Reifens, oder durch anderweitige Identifikation nicht defekter Bereiche. Alternativ könnte das Referenzbild an einem anderen, defektfreien Reifen ermittelt werden.
In einer alternativen Ausgestaltung kann das Messbild auch mit einem Referenzbild verglichen werden, welches gegenüber dem Messbild räumlich leicht verschoben ist. Dies kann entweder durch die Erfassung zweier Messbilder mit gegeneinander leicht gedrehtem Reifen erfolgen, welche dann verglichen werden, oder durch die Überlagerung des Messbildes mit einer leicht verschobenen Version des gleichen Messbildes. Auch hier treten Fehler deutlicher zutage, da durch die Verschiebung eine Art Ableitung der Oberflächenform erzeugt wird.
Die Messbilder, bei welchen es sich auch um aus den unmittelbaren Messdaten ermittelte dreidimensionale Oberflächendaten handeln kann, können durch Methoden der Bildverarbeitung weiter verarbeitet werden, bspw. um Dickenschwankungen des Materials des Reifens, oder Aufprägungen auf dem Reifen, von Fehlern in der inneren Struktur des Reifens besser unterscheiden zu können.
Im Ausführungsbeispiel wird ein flächiger Messbereich 5 eingesetzt, und insbesondere die dreidimensionale Form der Oberfläche in einem zweidimensional ausgedehnten Bereich der Seitenwand erfasst. Dies hat für das erfindungsgemäße Verfahren erhebliche Vorteile, da hierdurch unterschiedliche Verformungsbereiche des Reifens im Messbereich 5 liegen. Denkbar wäre jedoch ggf. auch ein eindimensionaler Messbereich, insbesondere eine Messlinie oder mehrere einen Messbereich überdeckende Messlinien.
Erfindungsgemäß können unterschiedliche optische Messverfahren zum Einsatz kommen. Bevorzugt erlauben die optischen Messverfahren eine Erfassung der dreidimensionalen Oberflächenform der Seitenwand des Reifens. Bevorzugt weist das optische Messverfahren eine Auflösung im Bereich zwischen einem und zehn Mikrometern auf.
Die Erkennung von Fehlstellen des Reifens kann dann durch einen Algorithmus erfolgen, welcher die ersten, zweiten und/oder dritten räumlichen Ableitungen der dreidimensionalen Oberflächenform berechnet und auswertet.
Insbesondere kann der Algorithmus so ausgestaltet sein, dass er eine oder mehrere der folgenden räumlichen Ableitungen berechnet und auswertet: $\begin{array}{l} \frac{\partial V}{\partial x}; \frac{\partial V}{\partial y}; \\ \frac{\partial^{2} V}{\partial x^{2}}; \frac{\partial^{2} V}{\partial y^{2}}; \frac{\partial^{2} V}{\partial x \partial y}; \\ \frac{\partial^{3} V}{\partial x^{3}}; \frac{\partial^{3} V}{\partial x^{2} \partial y}; \frac{\partial^{3} V}{\partial x \partial y^{2}}; \frac{\partial^{3} V}{\partial y^{3}} \end{array}$
Mögliche optische Messverfahren, welche eingesetzt werden könnten, sind bspw.:

- Die Projektion eines Musters auf den Reifen, welches von einer oder mehreren Kameras erfasst wird. Insbesondere kann es sich bei dem Muster um ein Streifenmuster handeln. Die Projektion kann mit nicht-kohärentem Licht erfolgen.
- Korrelationsverfahren, bei welchen von mehreren Kameras aufgenommene Bilder korreliert werden, um die dreidimensionale Ausgestaltung der Oberfläche zu erfassen. Hierfür können Marker auf der Oberfläche des Reifens oder charakteristische Stellen am Reifen erfasst werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein Muster auf die Oberfläche des Reifens aufgebracht oder auf diese aufprojiziert werden, welches durch mindestens zwei Kameras erfasst und korreliert wird. Bei dem Muster kann es sich insbesondere um ein durch die Projektion von kohärentem Licht erzeugtes Speckle-Muster handeln.
- Interferometrie: Insbesondere könnte eine Erfassung der dreidimensionalen Oberfläche des Reifens durch Shearographie erfolgen. Weiterhin könnte auch eine Speckle-Interferometrie oder Holographie eingesetzt werden. Diese Verfahren sind jedoch anfällig für Störungen.
- Laserscanner, bei welchem über einen Laser ein Punkt, eine Linie oder mehrere Linien auf die Oberfläche des Reifens im Messbereich aufprojiziert werden. Bevorzugt werden hier zumindest eine Mehrzahl von Linien eingesetzt.

Weiterhin können die erfindungsgemäß einsetzbaren optischen Messverfahren gemäß der jeweiligen Auswertung wie folgt kategorisiert werden:

- Optische Triangulation (diese wird insbesondere bei der Streifenprojektion, welche üblicherweise mit nicht kohärentem Licht erfolgt, oder bei einem Laserscanner eingesetzt).
- Optische Korrelation (diese kann insbesondere beim Einsatz von moduliertem, nicht kohärentem Licht oder mit kohärentem Licht und damit Laser-Speckles eingesetzt werden).

Bevorzugt wird erfindungsgemäß das optische Messverfahren durch optische Korrelation der Bilder mindestens zweier Kameras, welche den Messbereich 5 beobachten, durchgeführt.
In 2 ist beispielhaft ein Messkopf dargestellt, wie er bei dem in 1 dargestellten Verfahren zum Einsatz kommen kann. Der Messkopf ist neben dem Reifen angeordnet und auf die Seitenwand 8 des Reifens oberhalb des Auflagebereiches 3 gerichtet.
Der Messkopf weist im Ausführungsbeispiel zwei Kameras 11 auf, welche beide auf den Messbereich 5 gerichtet sind, sowie einen Projektor 10, welcher ein Muster auf den Messbereich 5 projiziert, welches von den Kameras 11 erfasst wird. In alternativen Ausgestaltungen könnte auch nur eine Kamera eingesetzt werden, oder noch mehrere Kameras. Weiterhin könnte ggf. auf den Projektor verzichtet werden.
Die erfindungsgemäße Reifprüfvorrichtung kann als ein stationärer Prüfstand ausgestaltet sein, bei welchem der Reifen 2 wie in 2 dargestellt auf einer Rolle 4 aufliegt und auf dieser abrollt.
Der Reifen könnte in einer ersten Version am Auto verbleiben, und auf einer oder mehrere Rollen des Prüfstands aufliegen und über diese bewegt werden. Hierfür kann beispielsweise ein bereits für anderen Prüfungen vorhandener Prüfstand lediglich mit einem optischen Messkopf gemäß der vorliegenden Erfindung, welche den Reifen im Auflagebereich überprüft, sowie einer entsprechenden Auswertelektronik, ausgestattet werden. In einer zweiten Variante könnte der Reifen vom Fahrzeug abgenommen und mittels der Felge 1 auf einer Achse einer Prüfstation montiert werden.
Bei der soeben beschriebenen Ausgestaltung der Reifenprüfvorrichtung ist der optische Messkopf während des Prüfvorgangs stationär angeordnet. Unterschiedliche Bereiche der Seitenfläche des Reifens könnten geprüft werden, indem der Reifen um die ebenfalls stationäre Achse des Fahrzeugs oder des Prüfstands gedreht wird und auf der Rolle abrollt, sodass unterschiedliche Bereiche der Seitenfläche des Reifens in den Messbereich des Messkopfes gelangen.
In einer alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann der Messkopf mit dem Reifen mitbewegt werden, während dieser auf einer statischen Fläche abrollt.
Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist in 3 gezeigt. Hier ist eine Reifenprüfvorrichtung gezeigt, welche zusammen mit dem Fahrzeug, an welchem der zu prüfende Reifen angeordnet ist, mitbewegt wird.
Im Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Fahrzeug um ein Flugzeug 15, an welchem der Reifen 2 mit der Felge 1 über ein Fahrwerk 14 angeordnet ist. Wird das Flugzeug 15 bewegt, dreht sich daher der Reifen 2 um die Achse 6 des Fahrwerks.
Der Messkopf wird mit dem sich bewegenden Fahrzeug mitgeführt, ist jedoch immer auf den oberhalb des Auflagebereiches vorgesehenen Messbereich ausgerichtet. Der Messbereich verbleibt daher relativ zum Fahrzeug in der gleichen Position, während unterschiedliche Bereiche der Seitenfläche des Reifens durch die Bewegung des Fahrzeuges in den Messbereich gelangen.
Hierfür ist der Messkopf, welcher im Ausführungsbeispiel wieder ein Projektor 10 und ein oder mehrere Kameras 11 aufweist, über eine Montageanordnung 13 lösbar mit dem Fahrzeug 15, und insbesondere mit dem Fahrwerk 14 des Flugzeugs verbindbar. Die Montageanordnung 13 kann an einem oder mehreren Montagepunkten 16 am Fahrwerk 14 befestigt werden. Bevorzugt ist eine Einstellvorrichtung, durch welche der Messkopf auf den Messbereich 5 oberhalb der Auflagefläche des Reifens mit dem Boden, ausgerichtet werden kann, vorgesehen. Der Projektor 10 und die Kamera 11 bzw. Kameras 11 sind im Ausführungsbeispiel über eine Basis 12 miteinander verbunden, welche über die Montageanordnung 13 entsprechend positioniert werden kann.
Das Ausführungsbeispiel zeigt eine Reifenprüfvorrichtung, welche an einem Flugzeug montierbar ist, um den Reifen auf Fehler zu prüfen. Dies hat den Vorteil, dass die Reifen nicht mehr demontiert werden müssen.
Ein entsprechend an dem Fahrzeug befestigbarer Messkopf ist auch bei anderen Fahrzeugen wie einem Lastwagen oder PKW einsetzbar.
Alternativ könnte der Messkopf auch an einem Flurförderwagen angeordnet sein, welcher das Fahrzeug zieht.
In 3 ist weiterhin schematisch eine Auswerteelektronik 17 gezeigt, welche mit dem Messkopf in Verbindung steht und die von der oder den Kameras aufgenommenen Bilder auswertet und/oder den Projektor 10 ansteuert. Die Auswerteelektronik 17 kann weiterhin ein Display 18, auf welchem die Seitenwand des Reifens bzw. Fehler der Seitenwand des Reifens dargestellt werden, umfassen, und/oder Eingabeelemente zur Bedienung der Prüfvorrichtung.
Das erfindungsgemäße Messverfahren kann sowohl bei einer dynamischen Belastung des Reifens, als auch bei einer statischen Belastung des Reifens angesetzt werden. Bei einem dynamischen Verfahren rollt der Reifen ab, während die Messung durchgeführt wird. Hierdurch ergibt sich zusätzlich zur statischen Verformung durch die Anpresskraft eine dynamische Verformung, bei welcher der Reifen auf seiner in Abrollrichtung vorderen Seite nach außen, auf der in Abrollrichtung hinteren Seite nach innen verformt wird. Diese Verformung ist mit einer statischen Verformung überlagert, welche insgesamt zu einer Ausbauchung des Reifens im Bereich der Seitenwände oberhalb des Auflagebereiches führt. Eine solche dynamische Belastung eignet sich besonders gut, um Fehler der inneren Struktur des Reifens zu erkennen und bspw. von Dickenschwankungen des Materials zu unterscheiden. Soll ein dynamisch bewegter Reifen gemessen werden, wird bevorzugt eine gepulste Lichtquelle eingesetzt. Bspw. könnte ein gepulster Laser oder ein Blitz eingesetzt werden.
Alternativ kann ein statisches Verfahren eingesetzt werden, bei welchem der Reifen nach einer Drehung jeweils stoppt, um vermessen zu werden.
Entscheidend ist in beiden Fällen, dass jener Bereich, in welchem der Reifen belastet wird, optisch erfasst wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009008468 A1 [0002]
US 3589182 A [0003]
US 3640132 A [0003]
DE 102004062412 B4 [0005]
DE 19730787 A1 [0006]
DE 19731486 A1 [0007]
DE 102004050355 A1 [0008, 0031]
EP 893670 A2 [0009]

Claims

Verfahren zur Prüfung eines auf einer Felge montierten Reifens, bei welchem der Reifen in einem Auflagebereich mit seiner Rollfläche aufliegt und hierdurch lokal verformt wird, und bei welchem in einem Messbereich die Seitenwand des Reifens durch ein optisches Messverfahren erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Messbereich relativ zu dem Auflagebereich so angeordnet ist, dass die im Messbereich durch das optische Messverfahren erfasste Seitenwand des Reifens durch die Auflage des Reifens im Auflagebereich einer lokalen Verformung unterliegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Messbereich einen Bereich der Seitenwand des Reifens neben dem Auflagebereich überdeckt, insbesondere einen Bereich der Seitenwand des Reifens, welcher in Höhenrichtung zwischen dem Auflagebereich und der Felge des Reifens angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei durch die Erfassung der Seitenwand durch das optische Messverfahren Defekte der inneren Struktur des Reifens erfasst werden, wobei die Erfassung von Defekten insbesondere durch einen Vergleich eines durch das optische Messverfahren aufgenommenen Messbildes mit einem Referenzbild erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Referenzbild durch eine Messung an einem defektfreien Reifen erzeugt wird, oder wobei das Referenzbild auf Grundlage einer oder mehrerer Bilder des zu prüfenden Reifens erzeugt wird, insbesondere durch eine Mittelung über mehrere Bereiche der Seitenwand des zu prüfenden Reifens oder durch Verwendung eines gegenüber dem Messbild räumlich verschobenen Messbildes.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei durch das optische Messverfahren eine dreidimensionale Oberflächenform der Seitenwand des Reifens erfasst wird, wobei bevorzugt eine Fehlererkennung durch einen Algorithmus erfolgt, welcher die ersten, zweiten und/oder dritten Ableitungen der dreidimensionalen Oberflächenform berechnet und auswertet.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das optische Messverfahren über einen optischen Messkopf erfolgt, welcher einen Projektor und mindestens eine Kamera umfasst, und/oder wobei das optische Messverfahren auf Grundlage einer optischen Triangulation oder einer optischen Korrelation arbeitet und insbesondere mit kohärentem Licht arbeitet, wobei der Messkopf bevorzugt mehrere Kameras aufweist, welche aus unterschiedlichen Richtungen auf den Messbereich gerichtet sind.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Reifen zur Erfassung mehrerer Bereiche seiner Seitenwand um seine Achse gedreht wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Messung bei sich drehendem Reifen erfolgt, so dass die Verformung der Seitenwand des Reifens im Messbereich eine dynamische Verformung umfasst, wobei bevorzugt eine gepulste Lichtquelle zur Projektion auf den Messbereich eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Messung bei stehendem Reifen erfolgt, wobei bevorzugt zur Erfassung mehrerer Bereiche der Seitenwand des Reifens zwischen den einzelnen Messvorgängen der Reifen weiter gedreht wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Reifen mit der Felge am Fahrzeug verbleibt, wobei der Reifen bevorzugt auf einem Prüfstand abrollt.
Verfahren zur Prüfung eines auf einer Felge montierten Reifens, insbesondere nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei welchem der Reifen in einem Auflagebereich mit seiner Rollfläche aufliegt und hierdurch belastetet wird, und bei welchem in einem Messbereich die Seitenwand des Reifens durch ein optisches Messverfahren erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Reifen mit der Felge am Fahrzeug verbleibt und das Fahrzeug mit dem zu prüfenden Reifen verfahren wird, um unterschiedliche Bereiche der Seitenwand zu vermessen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das optische Messverfahren über einen Messkopf erfolgt, welcher zur Durchführung des Verfahrens mit dem Fahrzeug mitbewegt wird, bevorzugt indem er am Fahrzeug oder einem das Fahrzeug bewegenden weiteren Fahrzeug montiert wird, wobei die Montage bevorzugt an einem Fahrgestell des Fahrzeugs erfolgt, insbesondere einem Fahrgestell eines Flugzeugs.
Reifenprüfvorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Messkopf für das optische Messverfahren und einer Auswerteeinheit zur Erfassung von Defekten des Reifens auf Grundlage der durch den Messkopf vorgenommenen Messungen.
Reifenprüfvorrichtung nach Anspruch 13 mit einem bewegbaren Gegenelement, auf welchem der Reifen aufliegt, wobei es sich bei dem Gegenelement bevorzugt um eine Rolle handelt, und/oder mit einer Montageanordnung zur Verbindung des Messkopfes mit einem Prüfstand.
Reifenprüfvorrichtung nach Anspruch 13 mit einer Montageanordnung zur lösbaren Verbindung des Messkopfes mit einem Fahrzeug, an welchem der zu prüfende Reifen angeordnet ist, wobei die Montageanordnung bevorzugt eine Verstellung der Position des Messkopfes relativ zu dem oder den Verbindungspunkten mit dem Fahrzeug erlaubt.