DE19705047A1

DE19705047A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Profiltiefe eines Kraftfahrzeugreifens

Info

Publication number: DE19705047A1
Application number: DE1997105047
Authority: DE
Inventors: Stephan La Barre
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-02-03
Filing date: 1997-02-03
Publication date: 1998-08-06

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Profiltiefe eines Kraftfahrzeugreifens, wobei

(a) das Reifenprofil des Kraftfahrzeugreifens von Laser licht beaufschlagt wird,
(b) das von dem Reifenprofil reflektierte Licht durch einen bildauflösenden Sensor erfaßt wird und
(c) die Signale des bildauflösenden Sensors zur Erzeugung von Ausgangsdaten nach Maßgabe der Profiltiefe verar beitet werden.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Messung der Profiltiefe eines Kraftfahrzeugreifens, enthal tend

(a) einen Laser zur Erzeugung eines Laserstrahls, welcher auf die Profiloberfläche des Kraftfahrzeugreifens zur Erzeugung eines Lichtflecks ausrichtbar ist,
(b) einen bildauflösenden Sensor, durch welchen die Posi tion und/oder die Form des Lichtflecks beobachtbar ist,
(c) Bildverarbeitungsmittel, durch welche aus Positions daten des bildauflösenden Sensors Meßwerte für die Profiltiefe des Reifenprofils erzeugbar sind.

Das Profil von Kraftfahrzeugreifen ist sehr wesentlich für die Sicherheit. Über das Profil kann Regenwasser auf der Fahrbahn unter dem Reifen zur Seite abfließen, so daß es nicht zu einem Aufschwimmen des Reifens und Verlust der Bodenhaftung (Aquaplaning) kommt. Das ist besonders wichtig bei modernen, mit hoher Geschwindigkeit fahrenden Personen kraftwagen. In vielen Ländern ist daher eine Mindesttiefe des Profils gesetzlich vorgeschrieben (in Deutschland 1,6 mm). Schon bei einer Profiltiefe von unter 3,0 mm ist die Wasserverdrängung bei Regen auf nur 30% des Neureifen wertes verringert. Das Profil von Kraftfahrzeugreifen ist starkem Verschleiß unterworfen. Dieser Verschleiß ist aber für den Halter des Fahrzeugs schwer erkennbar.

Zugrundeliegender Stand der Technik

Durch die DE 43 16 984 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Ermittlung der Profiltiefe von Kraftfahrzeugreifen bekannt. Im Boden einer Meßstation ist eine teilweise lichtdurchlässige Meßplatte angeordnet.

Unterhalb der Meßplatte befindet sich ein Meßkopf. Der Meß kopf weist einen Laser und einen bildauflösenden Sensor als Triangulationseinheit auf. Zur Messung der Profiltiefe eines Kraftfahrzeugreifens wird die Meßplatte von dem Reifen überrollt oder der Reifen auf der Meßplatte abge stellt. Der Laser erzeugt dann einen Lichtfleck auf die Profiloberfläche des Reifens. Durch den Sensor wird die Position des Lichtflecks beobachtet. Die Ausgangssignale des Sensors werden einer Auswerteeinheit übergeben, die das Maß des Reifenprofils ermittelt. Der Meßkopf ist an einem Schlitten angeordnet und quer zur Abrollrichtung des Reifens bewegbar.

Bei der in der DE 43 16 984 A1 beschriebenen Vorrichtung erfolgt die Messung des Reifenprofils zwangsläufig unter Last, wobei im Bereich der Aufstandfläche des Reifens die Noppen des Reifenprofils in Radialrichtung des Reifens zusammengedrückt werden. Um ein dadurch bedingtes verfälschtes Meßergebnis zu vermeiden wird der Laser so ausgerichtet, daß der Laserstrahl auf das Reifenprofil außerhalb der Aufstandsfläche des Reifens auftrifft.

Um das Reifenprofil auch bei verschmutzten Reifen ermitteln zu können, wird im Bereich der Meßplatte eine auf das Reifenprofil ausgerichtete Austrittsdüse für Wasser ange ordnet, die das Reifenprofil vor oder während der Messung mit Wasser beaufschlagt. Weiterhin ist eine Selbst reinigungsanlage vorgesehen, welche die durch die Reinigung des Reifens verschmutzte Meßplatte reinigen soll.

Bei dieser automatischen Vorrichtung kann nicht gewähr leistet werden, daß ein für das Reifenprofil repräsenta tiver Bereich des Reifens abgetastet wird. Um die Wahr scheinlichkeit einer repräsentativen Messung zu erhöhen, werden deshalb mehrere Meßplatten und Meßköpfe hinter einander in Abrollrichtung des Reifens vorgesehen.

Die DE-OS 18 09 459 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Ermittlung der Profiltiefe von Kraftfahrzeugreifen im fließenden Verkehr. Das Meß prinzip beruht auf dem sogenannten Lichtschnittverfahren. In der Straßenoberfläche wird eine schlitzförmige Öffnung vorgesehen, unter welchem die Meßanordnung in einer Grube angeordnet ist. Durch den zu messenden Reifen wird ein photoelektrischer Kontakt betätigt, welcher einen Elektronenblitz auslöst. Durch den Elektronenblitz wird ein schmales Lichtband erzeugt. Das Lichtband wird durch die schlitzförmige Öffnung hindurch scharf auf die Reifenober fläche abgebildet. Durch das Profil der Reifenoberfläche wird das Lichtband als Stufenlinie reflektiert, wobei die Stufenhöhe proportional zu der Profiltiefe ist. Das stufen förmige Lichtbandbild wird durch ein Fernrohr und ein Kameraobjektiv vergrößert auf eine Photoschicht abgebildet. Ein Teil des abbildenden Lichtbündels wird durch einen halbdurchlässigen Spiegel auf eine Platte reflektiert, welche aus einem Raster von photoelektrischen Elementen besteht. Aus den Ausgangssignalen der photoelektrischen Elementen ermittelt ein elektronisches Auswertegerät die Stufenhöhen und damit die Profiltiefe.

Die EP 0 469 948 A1 beschreibt ebenfalls eine Vorrichtung zur automatischen Ermittlung der Profiltiefe von Kraft fahrzeugreifen im fließenden Verkehr. Auch hier wird von einem Laser ein Lichtfleck auf die Reifenoberfläche erzeugt und der Lichtfleck durch einen bildauflösenden Sensor beobachtet. Die Meßvorrichtung befindet sich unter der Straßenoberfläche. In der Straßenoberfläche ist eine durch ein Fenster abgedeckte Öffnung vorgesehen. Es sind mehrere Meßeinheiten hintereinander in Fahrtrichtung vorgesehen.

Durch die WO 96/37754 ist ein Verfahren und ein Meßgerät zur Messung der Profiltiefe eines Kraftfahrzeugreifens bekannt, wobei ein Laser-Meßkopf verwendet wird, welcher nach dem Triangulationsverfahren arbeitet. Der Laser-Meß kopf wird so bzgl. des Kraftfahrzeugreifens positioniert, daß eine Referenzfläche eine definierte Lage zu dem Reifen einnimmt. Der Laserstrahl des Lasers wird durch die Referenzfläche hindurch unter einem Winkel auf den Grund des Reifenprofils geleitet, so daß auf dem Grund des Reifenprofils ein Lichtfleck erzeugt wird. Durch einen bildauflösenden Sensor wird die Position des Lichtflecks beobachtet und daraus ein Maß für die Tiefe des Reifen profils gewonnen. Das Meßgerät ist als mobiles Meßgerät ausgelegt, wobei der Laser-Meßkopf an einem Stab angeordnet ist. In einem separaten Gehäuse sind Auswerteeinheit, Batterie und Drucker angeordnet. Mittels des Stabes wird der Laser-Meßkopf manuell an Reifen von geparkten Kraft fahrzeugen herangeführt. Es wird auch erwähnt, daß das Meß gerät stationär ausgebildet und in einer Bremsprüfanlage oder Waschstraße eingesetzt werden kann. Zu diesem Zweck wird der Meßkopf in die Fahrbahn eingelassen und mittels Schrittmotoren über das Reifenprofil bewegt, wenn ein Reifen sich über dem Meßkopf befindet.

Offenbarung der Erfindung

Die oben erwähnten Verfahren und Vorrichtungen zur Messung der Profiltiefe eines Kraftfahrzeugreifens zeigen verschiedene Nachteile:

Bei allen bekannten Verfahren wird nur entlang einer Linie des Reifenprofils quer zur Abrollrichtung des Reifens gemessen. Dabei hängt es allein vom Zufall ab, ob die Profiltiefe an dieser Stelle des Reifens für die Profil tiefe des gesamten Reifens repräsentativ ist. Es ist auch nicht möglich, eine bestimmte Stelle der Reifenprofilober fläche auszusuchen, an der die Messung vorgenommen wird, da es völlig willkürlich ist, welche Stelle der Profilober fläche sich gerade über die Meßvorrichtung befindet.

Es ist versucht worden, diesen Nachteil durch das Vorsehen von mehreren in Fahrtrichtung hintereinander angeordneten Meßeinheiten zu vermeiden. Dies ist jedoch sehr aufwendig und führt lediglich dazu, daß mehrere Linien der Profil oberfläche gemessen werden. Auch dies kann keine repräsen tative Messung der gesamten Profiloberfläche gewährleisten.

Bei der Messung des Reifenprofils längs einer einzigen Linie quer zur Abrollrichtung des Kraftfahrzeugreifens werden die Profilnuten also nur längs einer Linie zuer zur Abrollrichtung des Reifens erfaßt. Sollte der Kraftfahr zeugreifen an dieser Stelle stark verschmutzt sein oder kleine Steine in den Profilnuten enthalten, dann wird die Messung verfälscht. Dabei ist es weder möglich, solche verfälschte Meßwerte zu erkennen noch herauszumitteln.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zuverlässig keit der Profilmessung eines Verfahrens bzw. einer Vorrich tung der eingangs genannten Art zu erhöhen.

Bezogen auf das Verfahren wird diese Aufgabe erfindungs gemäß dadurch gelöst, daß

(d) der Kraftfahrzeugreifen während der Messung rotiert wird, so daß die Messung an mehreren Stellen des Reifenprofils durchführbar ist.

Bezogen auf die Vorrichtung wird diese Aufgabe erfindungs gemäß gelöst durch

(d) Mittel zum Rotieren des Kraftfahrzeugreifens während der Messung.

Durch das Rotieren des Kraftfahrzeugreifens kann die Profiloberfläche entlang mehrerer unterschiedlicher Linien quer zur Abrollrichtung des Reifens vermessen werden, wobei die Meßeinheit stationär gehalten werden kann. Es ist somit möglich, größere Bereiche der Profiloberfläche zu vermessen und hieraus ein repräsentativen Wert für die Profiltiefe zu gewinnen. Meßwerte, welche durch lokale Verschmutzungen der Profiloberfläche oder Steine in den Profilnuten verfälscht sind, können wegen der größeren Anzahl der unabhängigen Meßwerte herausgemittelt bzw. als Ausreißer erkannt werden.

Vorteilhafterweise wird der Kraftfahrzeugreifen während der Messung um mindestens eine volle Umdrehung rotiert. Dabei kann die gesamte Profiloberfläche des Kraftfahrzeugreifens während der Messung erfaßt werden. Aus den erhaltenen Meß werten kann dann der Profilverlauf, die Mindestprofiltiefe oder eine mittlere Profiltiefe bestimmt werden.

Die Mittel zum Rotieren des Kraftfahrzeugreifens können zwei Rollen enthalten, von welchen mindestens eine antreib bar ist. Wenn der Kraftfahrzeugreifen während der Messung an den Rollen anliegt, kann der Kraftfahrzeugreifen durch das Drehen einer der Rollen rotiert werden.

Der Kraftfahrzeugreifen kann aber auch durch den kraftfahr zeugeigen Antrieb rotiert werden. Dabei können die Rollen gebremst werden, wenn der Reifen die Rollen verlassen soll.

Die Rollen können Teile einer Bremsprüfmeßvorrichtung sein. Eine Bremsprüfvorrichtung enthält i.a. zwei Rollen, durch welche der Kraftfahrzeugreifen während der Bremsprüfung z. B. mit einer Geschwindigkeit von 5 km/h rotiert wird. Unterhalb der Rollen befindet sich i.a. eine Grube. In diesem Fall kann der Laser und der bildauflösenden Sensor in dieser ohnehin schon vorhandenen Grube angeordnet werden. Die Profilmessung kann vor, während oder nach der Bremsprüfmessung erfolgen.

Bei der Verwendung von Rollen liegt der Kraftfahrzeugreifen ausschließlich an den Rollen an. Die übrige Reifenprofil oberfläche ist für die Profilmessung frei zugänglich, so daß die Profilmessung nicht an einer belasteten Stelle des Reifens erfolgen muß, auch wenn die Messung vertikal von unten erfolgt.

Wenn der Kraftfahrzeugreifen rotiert, werden Fliehkräfte wirksam, durch welche Verschmutzungen und lose sitzende Steine von der Profiloberfläche entfernt werden. Wenn die Profilmessung erst dann erfolgt, wenn der Kraftfahrzeug reifen einige Umdrehungen ausgeführt hat, wird dadurch die Messung des Profils verbessert.

Es ist vorteilhaft, wenn der Laser und der bildauflösende Sensor vor Verschmutzung geschützt ist. Dies kann beispielsweise durch eine schwenkbare Schutzvorrichtung erfolgen, welche den Laser und den Sensor nur während der Messung freigibt. Es kann aber auch dadurch erfolgen, daß der Laser und der Sensor selbst schwenkbar sind.

Bei der Messung des Profils kann die Profiloberfläche von einem punktförmigen Laserstrahl beaufschlagt werden, wobei der Laserstrahl rasterförmig über die Profiloberfläche geführt wird.

Die Profiloberfläche kann aber auch von einem linien förmigen Laserstrahl beaufschlagt werden. Zu diesem Zweck können erste optisch abbildende Mittel (z. B. eine Zylinder- oder Stablinse) zur Erzeugung eines linienförmigen Licht flecks auf der Profiloberfläche des Kraftfahrzeugreifens zwischen dem Laser und der Profiloberfläche angeordnet sein. Diese ersten optisch abbildenden Mittel weiten also den Laserstrahl in einer Richtung auf.

Das auf der Profiloberfläche entstehende Bild des linien förmigen Laserstrahls kann z. B. mit einer CCD-Kamera aufge nommen und ausgewertet werden. Diese Art der Aufzeichnung führt jedoch zu einer großen Menge an Daten, da CCD-Kameras in der Regel über 512 × 512 Pixel verfügen, welche alle digitalisiert, gespeichert und nachträglich mittels Soft ware ausgewertet werden müssen. Bei der Vermessung des Profils eines Kraftfahrzeugreifens ist oft nur die Profil tiefe und nicht der genaue Profilverlauf auf der Profil oberfläche von Interesse. In diesem Fall ist es vorteil haft, wenn das von der Profiloberfläche reflektierte Laser licht durch zweite optisch abbildende Mittel (z. B. einer Zylinder- oder Stablinse) anamorphotisch auf den bildauf lösenden Sensor abgebildet wird, wobei der bildauflösende Sensor dann nur aus einer einzigen Sensorzeile bestehen kann. (Unter einer "anamorphotischen Abbildung" wird eine optische Abbildung verstanden, bei der der Abbildungs maßstab in zwei zueinander senkrechten Richtungen verschieden ist. Das Bild ist gegenüber der Abmessungen des abgebildeten Objekts in der Richtung des größten Bild winkels kontrahiert. Derartige Abbildungen lassen sich mit einem Anamorphoten, z. B. einer Zylinder- oder Stablinse realisieren.) Das zweidimensionale Bild der Laserlichtlinie auf der Profiloberfläche wird also optisch im wesentlichen zu einem eindimensionalen Bild reduziert, wodurch die Daten optisch reduziert werden. Der Verzicht auf ein zwei dimensionales Detektorelement bringt neben einer Kosten senkung auch den Vorteil mit sich, daß der Ausleseprozeß einfacher ist und damit die Kosten für die Auslese elektronik reduziert werden können. Ein weiterer Vorteil ist die große Verfügbarkeit von Zeilensensoren mit einer großen Anzahl von Einzelelementen, die entscheidend für die Auflösung des Gesamtsystems ist. Weiterhin kann die Meß geschwindigkeit erhöht werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung und zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrich tung,

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung und veranschau licht die Wirkungsweise einer auf dem Triangula tionsverfahren beruhenden Laser-Sensor-Meßvorrich tung,

Fig. 3 ist ein Flußdiagramm und veranschaulicht einen möglichen Ablauf der Messung der Reifenprofil tiefen bei dem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 4 ist ein Flußdiagramm und veranschaulicht eine Möglichkeit der Datenauswertung bei der Messung der Reifenprofiltiefen bei dem ersten Ausführungs beispiel,

Fig. 5 ist eine schematische Darstellung und zeigt den Verlauf des Laserstrahls auf der Profiloberfläche bei Verwendung des Lichtschnittverfahrens mit linienförmiger Beleuchtung,

Fig. 6 veranschaulicht die Abbildung des von der Profil oberfläche reflektierte Laserlicht auf einer einzigen Sensorzeile bei der Verwendung des Licht schnittverfahrens von Fig. 3,

Fig. 7 ist ein Flußdiagramm und veranschaulicht einen möglichen Ablauf der Messung der Reifenprofil tiefen bei dem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 8 ist ein Flußdiagramm und veranschaulicht eine Möglichkeit der Datenauswertung bei der Messung der Reifenprofiltiefen bei dem zweiten Ausfüh rungsbeispiel.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

In Fig. 1 ist mit 10 ein Kraftfahrzeugreifen bezeichnet, dessen Profil gemessen werden soll. Die Drehachse des Kraftfahrzeugreifens 10 ist mit 12 bezeichnet. Der Kraft fahrzeugreifen 10 liegt an einer ersten und einer zweiten Rolle 14 bzw. 16 eines (nicht im einzeln gezeigten) Brems prüfstandes 18 an. Die Rollen 14 und 16 sind um jeweils eine Drehachse 20 bzw. 22 drehbar gelagert.

In einer Ausnehmung in dem Bremsprüfstand 18 unterhalb der beiden Rollen 14 und 16 ist ein Laser 24 und ein bildauf lösender Sensor 26 angeordnet. Der bildauflösende Sensor 26 ist mit (nicht gezeigten) Bildverarbeitungsmitteln in Form einer elektronischen Signalauswerteeinheit verbunden. Als Laser, Sensor und Signalauswerteeinheit werden handels übliche Komponenten verwendet.

Der Laser 24 ist so angeordnet, daß der Laserstrahl 28 des Lasers 24 mit der Normalen der Profiloberfläche 30 des Kraftfahrzeugreifens 10 einen Winkel bildet.

Die Funktionsweise der aus Laser und Sensor bestehende Meß vorrichtung kann unterschiedlich sein. Im folgenden sollen zwei unterschiedliche Meßverfahren beispielhaft dargestellt werden.

Anhand von Fig. 2 soll zunächst das Triangulationsverfahren kurz dargestellt werden. Diese Wirkungsweise entspricht der Wirkungsweise des in der WO 96/37754 beschriebenen Meß gerätes.

Der Laser 24 und der Sensor 26 ist dann vorzugsweise als Einheit (Laser-Meßkopf) ausgebildet, wobei die Einheit quer zur Profiloberfläche verschiebbar ist. Die Profiloberfläche wird von dem Laserstrahl punktförmig abgetastet. Eine solche Vorrichtung ist aus der DE-OS-43 16 984 bekannt und wird hier nicht näher beschrieben.

In der schematischen Fig. 2 ist mit 10 ein Kraftfahrzeug reifen angedeutet, der eine Profiloberfläche 30 mit Profil nuten 32 aufweist. Die Profilnuten 32 bilden einen Grund 34. Ein Laser 24 und ein bildauflösender Sensor 26 befinden sich in einem Laser-Meßkopf. Der Laser-Meßkopf hält eine Referenzebene 36 in definiertem Abstand von der Oberfläche des Reifens 10. Der Laserstrahl 28 bildet mit der Normalen 38 zu der Referenzebene 36 und mit dem Grund 34 der Profil nut 32 einen Winkel α. Der Winkel α ist so gewählt, daß der Laserstrahl 28 jedenfalls bei bestimmten relativen Posi tionen von Meßkopf und Reifen in eine Profilnut 32 bis zu deren Grund 34 eindringen kann, wie in Fig. 2 dargestellt ist.

In der Referenzebene 36 ist eine Spaltblende 40 mit einem Spalt 42 angeordnet. Die gesamte Spaltblende 40 kann in einer Ebene liegen. Es ist jedoch vorteilhaft, wenn der in Fig. 2 linke Teil 44 der Spaltblende 40 gegenüber dem rechten Teil 46 etwas nach oben versetzt angeordnet ist, um die effektive Öffnung des Spaltes 42 zu erhöhen.

Im Abstand hinter der Spaltblende 40 ist eine als Zeile 48 von lichtempfindlichen Detektoren angeordnet. Die Zeile 48 liegt in einer den Laserstrahl 28 enthaltenden Ebene. Die Längsrichtung der Zeile 48 ist gekreuzt zu dem Spalt 42. Anders ausgedrückt: Der Laserstrahl 28 und die Zeile 48 definieren eine Ebene. Das ist die Papierebene in Fig. 2. Der Spalt 42 erstreckt sich in der Referenzebene 36 senk recht zu dieser Ebene.

Der Laserstrahl 28 erzeugt einen Lichtfleck 50 auf dem Grund 34 der Profilnut 32. Die seitliche Lage dieses Licht fleckes 50 hängt von der Tiefe der Profilnut 32 ab. Wenn der Grund 34 der Profilnut 32 in der gestrichelt angedeute ten Höhe läge, dann ergäbe sich ein Lichtfleck im Punkt 52. Die Lage des Lichtfleckes wird von dem bildauflösenden Sensor 26 beobachtet. Dieser bildauflösender Sensor 26 ist hier von der Spaltblende 40 und der Zeile 48 von licht empfindlichen Detektoren gebildet. Von dem diffus reflek tierten Licht des Lichtfleckes 50 fällt ein Lichtstrahl 54 durch den Spalt 42 auf einen Detektor 56 der Zeile 48. Von einem Lichtfleck 52 würde ein Lichtstrahl 58 durch den Spalt 42 auf einen Detektor 60 der Zeile 48 fallen. Es ist ersichtlich, daß sowohl die seitliche Verlagerung des Lichtfleckes nach links in Fig. 2 als auch die vertikale Verlagerung nach oben in Fig. 2 im Sinne einer Verschwenkung des Lichtstrahls 54 bzw. 58 um den Spalt 42 im Uhrzeiger sinn wirkt, so daß der Lichtstrahl 58 einen weiter rechts in Fig. 2 liegenden Detektor der Zeile 48 trifft. Aus dem Bild des Lichtfleckes auf der Zeile von lichtempfindlichen Detektoren kann somit auf die Lage des Grundes 34 bezogen auf die Referenzebene 36 und damit auf die Tiefe der Profilnut 32 geschlossen werden.

Quantitativ ergibt sich folgendes:
Es bezeichnen:
t den Abstand des Grundes 34 der Profilnut 32 von der Referenzebene,
α den Winkel zwischen Laserstrahl 28 und der Normalen 38 zur Referenzebene 36,
β den Winkel zwischen dem Lichtstrahl 54 und der Normalen 38 zur Referenzebene 36,
a den in Fig. 2 horizontalen Abstand zwischen dem Anfang der Zeile 48 von lichtempfindlichen Detektoren und dem Spalt 42,
b den in Fig. 2 horizontalen Abstand zwischen dem Durch stoßpunkt des Laserstrahls 28 durch die Referenzebene 36 und dem Spalt 42,
c den in Fig. 2 vertikalen Abstand zwischen der Referenz ebene 36 und der oberhalb der Referenzebene angeordneten Zeile 48,
d den in Fig. 2 horizontalen Abstand zwischen dem Spalt 42 und dem Auftreffpunkt des Lichtstrahls 54 auf der Zeile 48 von lichtempfindlichen Detektoren,
e den Abstand des Auftreffpunktes des Lichtstrahls 54 auf der Zeile 48 von dem Anfang der Zeile 48,
f den in Fig. 2 horizontalen Abstand zwischen dem Durch stoßpunkt des Laserstrahls 28 durch die Referenzebene 368 und dem Lichtfleck 50 und
g den in Fig. 2 horizontalen Abstand zwischen dem Licht fleck 50 und dem Spalt 42.

Es gelten dann folgende Beziehungen:

e = a + d (1)
b = f + g (2)
f = t tanα (3)
g = t tanβ (4)
d = c tanβ (5)

Durch Einsetzen von Gleichung (3) und (4) in Gleichung (2) ergibt sich:

b = t tanα + t tanβ
b/t = tanα + tanβ
tanβ = b/t - tanα
= arctg(b/t - tanα) (6)

Durch Einsetzen von Gleichung (5) in Gleichung (1) ergibt sich

e = a + c tanβ (7)
Setzt man Gleichung (6) in Gleichung (7) ein, dann erhält man:

e = a + c tan(arctg(b/t - tanα))
e = a + c(b/t - tanα)
(e-a)/c = b/t - tanα
(e-a)/c + tanα = b/t
t = b/((e-a)/c + tanα) (8)

Das stellt die gesuchte Tiefe der Profilnut 32 (bezogen auf die Referenzebene 36) als Funktion der Lage des in der Zeile 48 den Lichtfleck 50 beobachtenden Detektors 56 dar. Die Größen a, b und c sind Apparatekonstanten. Die Tiefe "t" ist um so kleiner, je größer (e-a) ist, d. h. je weiter rechts von dem Spalt 42 in Fig. 2 der von dem Lichtstrahl 54 getroffene Detektor der Zeile 48 liegt. Das ist anhand des gestrichelten Lichtstrahls 58 in Fig. 2 unmittelbar einsich tig. Die Tiefe ist bei gleicher Lage des belichteten Detektors, z. B. 56 um so größer, je größer "c" ist. Wenn man die Zeile 48 mit dem Detektor 56 parallel nach oben in Fig. 2 verschiebt, also den Abstand "c" zwischen Zeile 48 und Referenzebene 36 größer macht, dann schwenkt der Licht strahl 54 entgegen dem Uhrzeigersinn um den Spalt 42. Der Lichtstrahl 54 schneidet daher den Laserstrahl 28 weiter unten in Fig. 2. Schließlich ist die gemessene Tiefe "t" bei im übrigen unveränderter Geometrie kleiner, wenn α größer wird, der Laserstrahl 28 also um seinen Durchstoßpunkt durch die Referenzebene 36 entgegen dem Uhrzeigersinn in Fig. 2 verschwenkt wird.

Bei der Durchführung der Messung wird der aus Laser 24 und Sensor 26 bestehende Laser-Meßkopf über das Profil geführt, und es werden Maxima der gemessenen Tiefen als Tiefen der Profilnuten 32 des Reifenprofils bestimmt. Die Vorgehens weise soll nun anhand von Fig. 3 und 4 beschrieben werden:

Zunächst wird der Reifen an den zwei Rollen 14 und 16 (Fig. 1) in der in Fig. 1 gezeigten Position gebracht. Dies ist durch Block 62 in Fig. 3 dargestellt. Die Messung wird gestartet (Block 64). Dies kann durch Betätigung einer entsprechenden (nicht dargestellten) Drucktaste erfolgen. Durch die Betätigung der Drucktaste wird der Laser 24 eingeschaltet. Der Laser-Meßkopf wird dann quer über das Reifenprofil quer zur Abrollrichtung des Reifens geführt (Block 66), wobei die Meßwerte "e" (Fig. 2) erfaßt werden (Block 68). Das erfolgt dadurch, daß die lichtempfindlichen Detektoren (z. B. Photodioden) der Zeile 48 (z. B. Dioden array mit 128 Dioden) die Intensität des von der jeweiligen Diode getroffenen Lichts in eine zu der jeweiligen Licht intensität proportionale Spannung umwandelt. Durch die gewisse Divergenz der Strahlen hinter dem Spalt 42 (Fig. 2) wird im allgemeinen nicht nur eine Diode mit Licht beauf schlagt, sondern auch benachbarte Dioden. Diese Spannungs werte werden seriell mit einer bestimmten Taktfrequenz T ausgelesen und durch einen A/D-Wandler in digitale Werte (8 Bit) umgewandelt. Diese digitalem Werte werden in einem FIFO-Speicher (256 kB) gespeichert.

Nachdem der Laser-Meßkopf (ein oder mehrere Male) quer über das Reifenprofil geführt worden ist, wird abgefragt, ob eine vorbestimmte Anzahl von Abtastungen erreicht worden ist (Block 70). Falls dies nicht der Fall ist, wird der Reifen um einen bestimmten Winkel gedreht (Block 72) und die Messung (Block 64 bis 70) erneut durchgeführt, diesmal jedoch an einer anderen Stelle des Reifenprofils. Wenn die gewünschte Anzahl von Abtastungen erreicht worden ist, wird die Messung automatisch beendet (Block 74). Die Meßwerte werden dann ausgewertet. Das ist durch Block 76 dargestellt und wird später anhand von Fig. 4 näher beschrieben. Die Ergebnisse der Auswertung werden gespeichert (Block 78) und die Meßergebnisse ausgegeben (Block 80). Die Ausgabe der Meßergebnisse kann automatisch oder durch Betätigung eines (nicht dargestellten) Druckknopfes erfolgen, durch welchen ein (nicht dargestellter) Drucker aktiviert wird.

Die durch Block 76 in Fig. 3 dargestellte Auswertung der Meßwerte ist in Fig. 4 näher beschrieben. Als erstes werden die bei dem ersten Taktsignal in den FIFO-Speicher einge lesenen Daten (Block 68, Fig. 3) ausgelesen (Block 82). Der höchste Wert dieser Daten wird ermittelt (Block 84). Die entsprechende Adresse im FIFO-Speicher entspricht die Nummer der Diode, welche bei der entsprechenden Messung mit der höchsten Intensität des Laserlichtes getroffen wurde. Jetzt wird der dieser Diode entsprechende Tiefenmeßwert t (Fig. 2) ermittelt. Dies ist durch Block 86 dargestellt. Die Diodennummer wird mit einer in einem Speicher gespeicherten Eichtabelle verglichen. Aus der Eichtabelle erhält man dann den entsprechenden Tiefenmeßwert. Dieser Tiefenmeßwert wird gespeichert. Es erfolgt eine Abfrage, ob der FIFO-Speicher leer ist (Block 88). Wenn der FIFO-Speicher nicht leer ist, werden die bei dem nächsten Taktsignal in den FIFO-Speicher eingelesenen Daten ausgelesen (Block 82) und entsprechend Block 84 bis 88 verfahren. Wenn der FIFO-Speicher leer ist, dann werden die gespeicherten Tiefenmeßwerte ausgewertet. Dies ist durch Block 90 dargestellt. Die Auswertung besteht darin, daß die Rillen des Reifens aus den Tiefenmeßwerten ermittelt werden. Dabei entsprechen Tiefenmeßwerte von 0 mm der Oberfläche des Reifens. Wenn eine bestimmte Anzahl (beispielsweise 10) von nacheinander gespeicherten Tiefen meßwerte sich von 0 mm unterscheiden, dann werden diese und die folgenden Tiefenmeßwerte, bis wieder der Tiefenmeßwert 0 mm auftritt, einer Rille zugeordnet. Auf diese Weise erhält man eine bestimmte Anzahl von Rillen, welche davon abhängt, wieviele Rillen mit dem Laser-Meßkopf bei der Messung erfaßt worden sind.

Die Tiefe der einzelnen Rillen wird folgendermaßen ermittelt: Ausgehend von dem höchsten Tiefenmeßwert in einer bestimmten Rille wird ermittelt, wieviele weitere Tiefen meßwerte sich innerhalb einer Grenze von beispielsweise +/- 5% dieses Tiefenmeßwertes befinden. Falls mehr als 5 solcher Tiefenmeßwerte vorhanden sind, wird der kleinste dieser Tiefenmeßwerte als tatsächliche Rillentiefe defi niert. Falls weniger als 5 solcher Tiefenmeßwerte vorhanden sind, wird von dem nächsthöheren Tiefenmeßwert ausgegangen und in der gleichen Weise verfahren, bis die Rillentiefe erhalten wird.

Die so ermittelte Anzahl der Rillen und die entsprechenden Rillentiefen werden gespeichert (Block 92). Jetzt erfolgt eine Bewertung der Rillentiefen. Zunächst werden die Rillen nach Rillentiefe sortiert (Block 94). Dann wird, ähnlich wie bei der Ermittlung der Tiefen der einzelnen Rillen, von der größten Rillentiefe ausgegangen (Block 96) und ermittelt, wieviele weitere Rillentiefen sich innerhalb einer Grenze von beispielsweise +/- 5% dieser Rillentiefen befinden. Falls mindestens zwei weitere Rillentiefen inner halb dieser Grenze liegen (Block 98), wird der kleinste dieser Rillentiefen als tatsächlicher Reifenprofilwert definiert (Block 100). Falls weniger als zwei solche Rillentiefen gefunden werden, wird von dem nächst größeren Rillentiefe ausgegangen (Block 96) und in der gleichen Weise verfahren, bis der Reifenprofilwert erhalten wird.

Die Parameter α und a, b, c könnten gemessen und direkt einjustiert werden. Die Parameter können jedoch auch durch Eichung bestimmt werden. Zu diesem Zweck werden vier Teile mit bekannten, unterschiedlichen Profiltiefen vermessen. Zu jedem bekannten "t" wird das zugehörige "e" bestimmt. Daraus ergeben sich dann vier Gleichungen von der Form von Gleichung (8) mit jeweils bekanntem "t" und bekanntem "e". Aus diesen vier Gleichungen können die vier Parameter α, a, b und c bestimmt werden.

In Fig. 5 und 6 ist ein anderes Verfahren zur Messung des Profils mittels Laser und Sensor dargestellt. Dieses Verfahren ist als Lichtschnittverfahren bekannt (s. beispielsweise Firmenpublikation "Strahlformungsoptiken" der Firma Schäfter & Kirchhoff, Celsiusweg 15, 22761 Hamburg). Die Profiloberfläche wird hier nicht punktförmig abgetastet, sondern von einem linienförmigen Laserstrahl des Lasers 24 beleuchtet. Der linienförmige Laserstrahl erstreckt sich quer zur Abrollrichtung des Kraftfahrzeug reifens 10 und kann entweder nur einen Teil der Breite oder die gesamte Breite der Profiloberfläche 30 erfassen. In Fig. 5 und 6 erfaßt der linienförmige Laserstrahl drei Längsrillen 102, 104 und 106 der Profiloberfläche 30.

Wie aus Fig. 5 und 6 ersichtlich ist, trifft der linien förmige Laserstrahl auf die Profiloberfläche 30 in einem bestimmten Winkel zur Radialrichtung des Reifens 10 (d. h. zur Normalen der Profiloberfläche 30). (Der linienförmige Laserstrahl kann jedoch auch senkrecht auf die Profilober fläche 30 gerichtet sein.) Dadurch entsteht an der Reifen oberfläche 30 eine gestufte Laserlichtlinie, wobei jede Stufenhöhe einer bestimmten Profiltiefe entspricht. Die drei Längsrillen 102, 104 und 106 der in Fig. 5 und 6 darge stellten Profiloberfläche 30 besitzen die gleiche Profil tiefe. Die gezeigte stufenförmige Laserlichtlinie besteht aus vier der Profiltiefe Null entsprechenden Abschnitten 108, 110, 112 und 114 und drei der Profiltiefe der Längs rillen 102, 104 und 106 entsprechenden Abschnitten 116, 118 und 120.

Die Auswertung der gestuften Laserlichtlinie 108, 110, 112, 114, 116, 118, 120 kann durch verschiedene Verfahren erfolgen. Beispielsweise kann die Laserlichtlinie von einer CCD-Kamera aufgenommen werden, welche in einem bestimmten Winkel zum Laserstrahl positioniert ist. Dies ist in Fig. 5 durch das Gesichtsfeld 122 der Kamera angedeutet. In Abhän gigkeit von der Tiefe der Profilnuten 102, 104 und 106 wird das Bild der Abschnitte 116, 118 und 120 an der Kamera an unterschiedlichen Stellen erscheinen. Die Auswertung des Bildes ergibt die Profillinieninformation des vom Laser 24 belichteten Bereichs. Diese Auswertung des aufgenommen Bildes erfolgt über Triangulation in bekannter und hier nicht näher beschriebener Weise.

In Fig. 6 ist eine zweite Möglichkeit der Abbildung der gestuften Laserlichtlinie 108, 110, 112, 114, 116, 118, 120 schematisch dargestellt. Die gestufte Laserlichtlinie 108, 110, 112, 114, 116, 118, 120 wird durch eine (durch zwei gekreuzte Doppelpfeile dargestellte) Zylinderlinse 124 anamorphotisch auf einen Zeilendetektor 126 (z. B. Dioden zeile) abgebildet. Diese Abb. führt dazu, daß alle einer bestimmten Profiltiefe zugeordneten Laserlichtlinien abschnitte auf einer einzigen Diode in der Diodenzeile 126 abgebildet werden, unabhängig davon, von welcher Profilrille das Laserlicht reflektiert wird. In Fig. 6 werden also die Laserlichtlinienabschnitte 108, 110, 112 und 114 auf die Diode 128 und die Laserlichtlinienabschnitte 116, 118, 120 auf die Diode 130 der Diodenzeile 126 abgebildet. (Dabei geht also die Information verloren, an welcher Stelle der Profiloberfläche eine bestimmte Profiltiefe gemessen wurde.) Der Abstand der beiden Dioden 128 und 130 ist proportional zu der Profiltiefe der Rillen 102, 104 und 106. Jede Diode der Diodenzeile entspricht also einer bestimmten Profiltiefe. Werden nun mehrere Dioden der Diodenzeile 126 von dem Laserlicht beaufschlagt, kann aus dem Intensitätsverhältnis des Laserlichtes an den einzelnen Dioden zur Gesamtintensität auf den Flächenanteil der entsprechenden Profiltiefe zur gesamten Profiloberfläche geschlossen werden.

Eine Möglichkeit des Ablaufs der in Fig. 6 dargestellten Messung soll nun anhand von Fig. 7 und 8 beschrieben werden. Bei dieser beschriebenen Messung wird der Reifen 10 konti nuierlich mit konstanter Geschwindigkeit (z. B. 5 km/h) rotiert.

Zunächst wird der Reifen 10 in Position gebracht, indem der Reifen 10 an den zwei Rollen 14 und 16 (Fig. 1) in die in Fig. 1 gezeigten Position gebracht wird. Dies ist durch Block 132 in Fig. 7 dargestellt. Dann wird der Laser-Meßkopf in Position zum Reifen 10 gebracht (Block 134). Dies ist z. B. dann notwendig, wenn der Laser-Meßkopf zwischen den Messungen weggeschwenkt wird oder wenn eine Höhenanpassung an die Größe des Reifens 10 erfolgt. Die Messung wird gestartet (Block 136). Dies kann durch Betätigung einer entsprechenden (nicht dargestellten) Drucktaste erfolgen.

Durch die Betätigung der Drucktaste wird der Laser 24 (Fig. 5) eingeschaltet. Dann werden die Meßwerte der Reifen profiltiefe erfaßt (Block 138). Das erfolgt dadurch, daß die lichtempfindlichen Detektoren (z. B. Photodioden) der Zeile 126 (z. B. Diodenarray mit 128 Dioden) die Intensität des von der jeweiligen Diode getroffenen Lichts in einer zu der jeweiligen Lichtintensität proportionalen Spannung umwandelt. Diese Spannungswerte werden seriell mit einer bestimmten Taktfrequenz T ausgelesen und durch einen A/D-Wand ler in digitale Werte (8 Bit) umgewandelt. Diese digitalen Werte werden gespeichert. Die Messung wird nach einer oder mehreren Umdrehungen des Reifens 10 beendet (Block 140) und die Meßwerte ausgewertet. Das ist durch Block 142 dargestellt und wird später anhand von Fig. 8 näher beschrieben. Die Ergebnisse der Auswertung werden gespeichert (Block 144) und die Meßergebnisse ausgegeben (Block 146). Die Ausgabe der Meßergebnisse kann automatisch oder durch Betätigung eines (nicht dargestellten) Druck knopfes erfolgen, durch welchen ein (nicht dargestellter) Drucker aktiviert wird.

Die durch Block 142 in Fig. 7 dargestellte Auswertung der Meßwerte ist in Fig. 8 näher beschrieben. Als erstes werden die bei jedem Taktsignal gespeicherten Zeilendaten gelesen (Block 148). Dabei entspricht jedes Element des Datenarrays einer Diode des Diodenarrays, d. h. einem Positionswert des Reifenprofils. Die in der Nähe eines ersten Endes des Diodenarrays 126 befindlichen Dioden (z. B. Diode 128 in Fig. 6) entsprechen dabei Positionswerte, welche der Ober fläche des Reifenprofils zugeordnet sind, und die in der Nähe eines zweiten Endes des Diodenarrays 126 befindlichen Dioden (z. B. Diode 130 in Fig. 6) entsprechen Positions werte, welche der größten Profiltiefe des Reifenprofils zugeordnet sind. Die Zeilendaten werden aufaddiert (Block 150). Beginnend von dem der Oberfläche des Reifens zuge ordneten Ende der Zeile wird nun das erste ausgeprägte Maximum der Zeile ermittelt (Block 152). Dieses Maximum entspricht der Diode 128 in der schematischen Darstellung von Fig. 6. Dieses Maximum wird der Oberfläche des Reifens zugeordnet, d. h. der Profiltiefe Null. Die gemessene Inten sität der vor diesem Maximum liegenden Dioden des Dioden arrays (d. h. unterhalb der Diode 128 in Fig. 6) stammt von Verschutzungen an der Profiloberfläche und erzeugen kein ausgeprägtes Maximum. Dann wird das letzte ausgeprägte Maximum der Zeile ermittelt (Block 154). Dieses Maximum entspricht der Diode 130 in der schematischen Darstellung von Fig. 6. Dieses Maximum stellt ein vernünftiges Maß für die zu ermittelnde Reifenprofiltiefe dar. Der Abstand der beiden Maxima ist dann proportional zu dem Reifenprofil wert.

Es sei ausdrücklich erwähnt, daß dieses Verfahren zur Ermittelung der Reifenprofiltiefe nur ein von vielen Möglichkeiten der Auswertung der Meßdaten darstellt. Die Meßdaten des Datenarrays enthalten mehr Informationen als bei diesem Verfahren verwendet wird. Beispielsweise kann nicht nur ein einziger Wert der Reifenprofiltiefe ermittelt werden, sondern mehrere Werte oder der gesamte Profil tiefenverlauf des Reifens. Es ist also möglich, auch Informationen über die Tiefe und Flächenanteile von Profil nuten zu erhalten, dessen Positionswerte zwischen der Posi tionswerte der Oberfläche des Reifens und der Positions werte des mit dem oben beschriebenen Verfahren ermittelten Reifenprofilwertes liegen.

Es sei noch erwähnt, daß Bereiche der Profiloberfläche, welche von der Mitte der Profiloberfläche weit entfernt sind, einen relativ kleinen Beitrag zu der Intensität der Dioden liefern. Dies hängt mit der Winkelverteilung sowohl des reflektierten als auch des eingestrahlten Laserlichtes zusammen (Lambertsche Kosinusgesetz). Diese Tatsache beein flußt die Messung in einer günstigen Weise. Die Profilober fläche des Reifens ist nämlich in der Regel leicht gekrümmt, so daß Messungen weit entfernt von der Mitte zu verfälschten Meßwerten führen. Diese Meßwerte werden also "optisch gedämpft".

Vor dem Einsatz der in Fig. 5-8 dargestellten Ausführungs beispiel ist es sinnvoll, die Meßzeit zwischen zwei Aus lesungen des Zeilendetektors so eingestellt, daß keine der Dioden während der Messung in die Sättigung geht, weil das Meßergebnis sonst verfälscht wird.

Claims

1. Verfahren zur Messung der Profiltiefe eines Kraftfahr zeugreifens (10), wobei

(a) das Reifenprofil des Kraftfahrzeugreifens (10) von Laserlicht beaufschlagt wird,
(b) das von dem Reifenprofil reflektierte Licht durch einen bildauflösenden Sensor (26; 126) erfaßt wird und
(c) die Signale des bildauflösenden Sensors (26; 126) zur Erzeugung von Ausgangsdaten nach Maßgabe der Profiltiefe verarbeitet werden,
dadurch gekennzeichnet, daß
(d) der Kraftfahrzeugreifen (10) während der Messung rotiert wird, so daß die Messung an mehreren Stellen des Reifenprofils durchführbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftfahrzeugreifen (10) während der Messung um mindestens eine volle Umdrehung rotiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die gesamte Profiloberfläche (30) des Kraftfahrzeugreifens (10) während von der Messung erfaßt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Profiloberfläche (30) von einem punktförmigen Laserstrahl (28) beaufschlagt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Profiloberfläche (30) von einem linienförmigen Laserstrahl (108, 110, 112, 114, 116, 118, 120) beaufschlagt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Profiloberfläche (30) reflektierte Laser licht durch optisch abbildende Mittel (124) anamor photisch auf den bildauflösenden Sensor abgebildet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Profiloberfläche (30) reflektierte Laser licht auf einer Sensorzeile (126) abgebildet wird.

8. Vorrichtung zur Messung der Profiltiefe eines Kraft fahrzeugreifens, enthaltend

(a) einen Laser (24) zur Erzeugung eines Laserstrahls, welcher auf die Profiloberfläche (30) des Kraft fahrzeugreifens (10) zur Erzeugung eines Licht flecks (50; 108, 110, 112, 114, 116, 118, 120) ausrichtbar ist,
(b) einen bildauflösenden Sensor (24; 126), durch welchen die Position und/oder die Form des Licht flecks (50; 108, 110, 112, 114, 116, 118, 120) beobachtbar ist,
(c) Bildverarbeitungsmittel, durch welche aus Posi tionsdaten des bildauflösenden Sensors (24; 126) Meßwerte für die Profiltiefe des Reifenprofils erzeugbar sind, gekennzeichnet durch
(d) Mittel (14;16) zum Rotieren des Kraftfahrzeug reifens während der Messung.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Rotieren des Kraftfahrzeugreifens zwei Rollen (14, 16) enthalten, von welchen mindestens eine antreibbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (14, 16) Teile einer Bremsprüfmeß vorrichtung sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekenn zeichnet durch erste, zwischen dem Laser und der Profiloberfläche angeordnete, optisch abbildende Mittel zur Erzeugung eines linienförmigen Lichtflecks (108, 110, 112, 114, 116, 118, 120) auf der Profiloberfläche (30) des Kraftfahrzeugreifens (10).

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch zweite optisch abbildende Mittel (124), welche

(a) zwischen der Profiloberfläche (30) des Kraftfahr zeugreifens (10) und dem bildauflösenden Sensor (126) angeordnet sind und
(b) das von der Profiloberfläche (30) reflektierte Laserlicht anamorphotisch auf den bildauflösenden Sensor (126) abbilden.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite optisch abbildende Mittel (126) eine Zylinder- oder Stablinse enthalten.