DE3904122C2

DE3904122C2 -

Info

Publication number: DE3904122C2
Application number: DE19893904122
Authority: DE
Inventors: Gerd R. 6906 Leimen De Wetzler
Original assignee: Individual
Current assignee: Rabotek Industrie-Computer 67098 Bad Duerkhe GmbH
Priority date: 1989-02-11
Filing date: 1989-02-11
Publication date: 1991-05-16
Also published as: DE3904122A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Die Erfindung geht aus von einem Stand der Technik, wie er z.B. in dem Artikel "Recent Developments in the Use of Infrared for Nondestructive Tire Testing" in Materials Evalution", July 1974, S. 147-152 offenbart ist. Danach ist es bekannt, mit einer parallel zur Rotationsachse des Reifens verschiebbaren Meßeinrichtung die Reifenoberfläche abzuscannen, wobei über eine Spiegelanordnung auch die Reifenwände erfaßt werden können. Ein mit der Rotationsachse verbundener Winkelgeber läßt dabei die jeweilige Winkelstellung des Reifens erkennen.

Ferner wird der Stand der Entwicklung auf diesem Gebiet der Technik noch dokumentiert durch die entsprechenden Abschnitte in "Infrarottechnik", Hüthig Verlag Heidelberg, 1980, S. 140-149, sowie den Aufsatz "TYRE TESTING, An infrared scanning System" in "Automobile Engineer", August 1971, S. 25.

Gemäß diesem Stand der Technik ist es möglich, die Oberfläche eines rotierenden Reifens zu scannen und über die Reifentemperatur Diagramme zu zeichnen und Meßdaten festzuhalten. Aus der seitlichen Verschiebung der Meßeinrichtung und der Winkelstellung des Reifens läßt sich nach Diagrammauswertung auch eine eventuelle Heißstelle am Reifen wiederfinden; jedoch ist dieses Wiederfinden wegen der erforderlichen Diagrammauswertung sehr zeitaufwendig und allenfalls im Laborbetrieb zu realisieren. Für eine Anwendung in der Werkstatt sind derartige Meßvorrichtungen nicht geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik, eine Meßanordnung zu schaffen, durch die das Wiederauffinden eines Heißpunktes wesentlich vereinfacht wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im Anspruch 1 gelöst.

In der Zeichnung ist die Erfindung in einem auf einen Automobil reifen bezogenen Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch den Aufbau der Anordnung,

Fig. 2 eine teilweise Draufsicht auf die Fig. 1 in Pfeilrichtung A,

Fig. 3 schematisch die Meßeinheit mit Infrarotsensor, Lichtzeiger und Kalibrier-Referenzelement,

Fig. 4 eine Reifenabwicklung mit Temperaturmeßpunkten,

Fig. 5 die Oszilloskopaufnahme eines Meßlaufes in einer Spur.

In Fig. 1 ist mit 1 der zu prüfende Reifen bezeichnet, der auf einer Rotationswelle (Welle) 2 angeordnet ist und von einem Antriebs rad 3 angetrieben wird. Andere Antriebsarten des Reifens 1 sind ebenfalls möglich, z.B. durch ein am Reifen 1 anlie gendes Band, das geeignet ist, die Straße zu simulieren.

Mit der Welle 2 ist ein Winkelgeber 4 fest verbunden. Als solcher Winkelgeber 4 kann jeder konventionelle Winkelgeber verwandt werden, der einen Null-Impuls und eine der jeweils geforderten Auflösung entsprechende Anzahl von Impulsen pro Umdrehung ausgibt.

Neben den Reifenwänden stehen unter 45° zur Welle 2 geneigt je ein Meßspiegel 7, deren Lage und Stellung insbesondere aus Fig. 2 erkennbar ist.

Vor dem Reifen 1 ist eine Meßeinheit 5 auf einer mecha nischen Scaneinrichtung (Traversiereinrichtung) 6 mit Wegsensor 6a angeordnet und durch diese parallel zur Welle 2 verschiebbar. Zur Spannungsversorgung der Traversiereinrichtung 6 mit Wegsensor 6a, des Winkelgebers 4, der in der Meßeinheit 5 integrierten und noch zu beschreibenden Infrarot-Sensorik, sowie eines Lichtzeigers, und ferner zur Ansteuerung eines eben falls noch zu beschreibenden Schrittmotors für eine Chopper scheibe und der Traversiereinrichtung 6 mit Wegsensor 6a, und zur Kühlerregelung eines Infrarot-Sensors und zur Regelung des in der Meßeinheit enthaltenen Referenzelementes ist eine Analog-Hardware 8 vorgesehen, die aus konventionellen Bauelementen aufgebaut und daher hier nur in Kastenform wiedergegeben ist.

Die Auswertung der von der Meßeinheit 5 und von den anderen Baueinheiten ausgegebenen Signale erfolgt mittels eines Aus wertecomputers 9. Als solcher kann jeder geeignete Prozeß rechner dienen, z.B. auch ein Industrie-PC. In ihm geschieht die Analog/Digital-Wandlung der Meßdaten, die Erfassung der Winkelgeberimpulse und deren Synchronisation mit den Positionsangaben des Wegsensors 6a der Traversiereinrichtung. Ferner wird hier die Zuordnung der Meß- zu den Positions werten vorgenommen, sowie die Ablaufsteuerung und die Normierung und Linearisierung der Meßwerte. Außerdem erfolgt auch die Auswertung und geeignete Darstellung der Meßwerte und die Ermittlung der Abschalttemperatur und die Abschal tung des Reifenantriebes beim Übersteigen einer vorgegebenen absoluten oder relativen Temperatur oder eines Tempe raturgradienten.

An den Auswertecomputer (Computer) 9 sind Peripherie-Geräte zur Darstellung der Meßwerte in optisch wahrnehmbarer Form angeschlossen, z.B. ein Drucker 10 und ein Plotter 11; außerdem noch ein Terminal 12 mit Tastatur 13 zur Pro grammierung des Computers 9.

Der Aufbau der Meßeinheit 5 ist aus Fig. 3 erkennbar. In einem Gehäuse 13 ist hinter einer Optik 14 der Infrarot-Sensor 15 angeordnet, dessen Ausgangssignal über einen Vorver stärker 15a auf den Computer 9 gegeben wird. Durch diese Elemente wird eine Meßachse 16 definiert.

Zwischen der Optik 14 und dem Infrarot-Sensor 15 steht außerdem noch eine Chopperscheibe 17, die von einem Schrittmotor 18 ange trieben wird. Die Chopperscheibe 17 dient zur Erzeugung einer Abtastfrequenz von z.B. 30 KHz.

In dem Gehäuse 13 ist ferner noch ein Schieber 19 ange ordnet, der senkrecht zur Meßachse 16 verschiebbar ist, und zwar mittels eines außerhalb des Gehäuses 13 zugäng lichen Schieberteiles 19a. Auf diesem Schieber 19 sitzen ein Kalibrier-Referenzelement 20 und ein Lichtzeiger 21. Letzterer besteht aus einer Lichtquelle im Focus einer vorgeschalteten Sammellinse und einer vorgeschalteten Blende, durch die ein eng begrenzter Lichtstrahl parallel zur Meßachse 16 austritt. Außerdem enthält der Schieber 19 ein Loch 22 durch das der Meßstrahl frei auf den Infrarot-Sensor 15 fallen kann, sofern dieses Loch 22 in der Meßachse 16 steht.

Statt auf einem Schieber 19 können das Kalibrier-Referenz element 20 und der Lichtzeiger 21 z.B. auch auf einer drehbaren Scheibe mit Loch angeordnet sein. Es kommt lediglich darauf an, daß das Kalibrier-Referenz-Element 20, der Lichtzeiger 21 und das Loch 22 in irgendeiner zweckentsprechenden Weise in die Meßachse 16 bringbar sind. Hinsichtlich des Lichtzeigers 21 kann dies z.B. auch dadurch geschehen, daß die optische Einrichtung (Lichtquelle, Linse, Blende) stationär gehalten wird und der Lichtstrahl des Lichtzeigers 21 durch einschwenkbare Spiegel oder durch stationäre dichroitische Spiegel in die Meßachse 16 gebracht wird.

Die vorbeschriebene Anordnung der Bauteile funktioniert in der folgenden Weise:

Zunächst wird der Schieber 19 in die Stellung "Kalibrieren" geschoben, in der das Kalibrier-Referenzelement 20 in der Meßachse 16 steht. In dieser Stellung wird der Gesamt- Meßweg durchfahren und eine Referenz-Temperaturspanne ermittelt, die im Auswertecomputer 9 in Form einer Kali briertabelle abgelegt wird.

Danach wird die gesamte Anordnung eingerichtet. Zu diesem Zwecke wird der Schieber 19 in die Stellung "Lokalisieren" geschoben, in welcher der Lichtzeiger 21 in der Meßachse 16 steht. Mittels des Lichtstrahles des Lichtzeigers 21 erfolgt die Feinju stierung der Meßspiegel 7 für die Messung der Reifenwände und nach Einschalten der Traversiereinrichtung 6 auch das Setzen der Rand- und Umkehrmarken der Reifenlauffläche und der Reifenwände.

Für den nachfolgenden Meßlauf wird der Schieber 19 in die Stellung "Messen" geschoben, in der das Loch 22 in der Meßachse 16 steht und mithin die vom Reifen 1 ausgehenden Infrarot-Strahlen frei zum Infrarot-Sensor 15 gelangen können.

Während des Meßlaufes kann der momentane Meßort durch den Lichtzeiger 21, der definiert parallel nach oben zum Meß strahl versetzt ist, beobachtet werden.

Die einzelnen Meßpunkte werden eingelesen und im Computer 9 den ortsbestimmenden Werten des Winkelgebers 4 und den Linearpositionswerten des Wegsensors 6a der Traver siereinrichtung 6 zugeordnet. Nach erfolgter Auswertung (je nach Betriebsart) werden die Meßwerte in einem geeig neten Speichermedium des Computers 9 abgelegt. Damit ist neben einer quasi On-Line-Darstellung auch die Darstellung zeitlich zurückliegender Meßwerte, z.B. in Form von Temperaturbildern, möglich.

Zur Ermittlung eines Heißpunktes (Hot-Spot-Ermittlung), die als eine weitere Betriebsart der Anordnung anzusehen ist, muß nach Abschaltung des Meßlaufes (Freischaltung des Reifens 1) die örtliche Lage des Heißpunktes zur Kennzeichnung für weitere Maßnahmen schnell aufgefunden werden.

Hierzu wird der Computer 9 in die Betriebsart "Lokali sieren" gebracht und auch der Schieber 19 in die Stellung "Lokalisieren" gestellt, in welcher der Lichtstrahl des Lichtzeigers 21 ohne parallelen Versatz in der Meßachse 16 steht. Die Traversierein richtung 6 verfährt daraufhin die Meßeinheit 5 in die bei der Messung des Heißpunktes ermittelte "Spur". Danach wird durch Drehen des Reifens 1 die Winkellage des Heißpunktes geortet. Die richtige Lage kann dabei durch eine optische Kennzeichnung, z.B. durch Blinken des Lichtstrahles, markiert werden.

Fig. 4 zeigt schematisch die Anordnung der Meßpunkte 23 auf einer abgewickelten Reifenfläche des Umfanges U.

Nach den bisherigen Erläuterungen ist es verständlich, daß die Auflösung der Reifenumfangs- und Seitenflächen in die einzelnen Meßpunkte 23 zustandekommt durch das Zusammenwirken der Rotationsgeschwindigkeit des Reifens 1, der Chopperfrequenz, und dem Seitenver satz der Meßeinheit 5, letztere ist bewirkt durch den Wegsensor 6a der Traversiereinrichtung 6.

Unterhalb der abgewickelten Flächen des Reifens 1 sind Schalter 24 gezeigt. Diese stehen sinnbildlich für die Rand- und Umkehrmarken, die während des Vorganges "Lokalisieren" in den Computer 9 einprogrammiert werden.

In Fig. 5 ist schematisch eine Oszilloskop-Aufnahme eines Meßvorganges wiedergegeben. Die Abszisse stellt dabei den vollen Reifenumfang 21 dar, d.h. eine 360°-Drehung des Reifens 1. In der Ordinate ist die Temperatur aufgetragen. Die Kurve 25 ist aufgenommen bei abgeschalteter Traver siereinrichtung 6 und zeigt mithin die Temperatur einer einzigen "Spur" auf dem Reifenumfang 21. Bei eingeschalteter Traversiereinrichtung 6, welche die Meßeinheit 5 z.B. um jeweils 3 mm pro Schritt weiterschaltet, erhält man somit pro 3 mm-Schritt eine solche Kurve 25.

Die Kurve 25 läßt mehrere Heißpunkte 26 in dieser einen abgefahrenen "Spur" erkennen, insbesondere einen solchen Heißpunkt nach einer Drehung des Reifens 1 von knapp 60°. Dieser Heißpunkt führte bei der weiteren Messung zur Zer störung des Reifens 1.

Die Punkte B und C stellen den Anfangs- und den Endpunkt der Umdrehung dar; sie sind auf dem Reifen 1 somit die gleichen Punkte, woraus sich erklärt, daß an ihnen die gleiche Temperatur gemessen wird, abgesehen von geringen Meßungenauigkeiten.

Als Abschaltkriterium für die Freischaltung des Reifens 1 kann in den Computer 9 eine absolute Temperatur einge geben werden, so daß der Reifenantrieb 3 immer dann unter brochen wird, wenn die Oberflächentemperatur diese absolute Temperatur übersteigt.

Es kann aber auch zunächst eine mittlere Reifentemperatur ermittelt und die Antriebsabschaltung derart gesteuert werden, daß diese erfolgt, wenn die Oberflächentemperatur die mittlere Reifentemperatur um einen vorgegebenen Prozentsatz überschreitet.

Schließlich kann auch noch die Geschwindigkeit, mit welcher die Oberflächentemperatur ansteigt, als Kriterium für die Freischaltung des Reifens 1 gewählt werden. Zu diesem Zwecke kann in den Computer 9 ein Temperaturgra dient einprogrammiert werden, und wenn dieser über schritten wird, so wird der Reifenantrieb 3 unterbrochen.

Claims

Anordnung zur Messung, Überwachung und Darstellung der Oberflächentemperatur von rotierenden Automobilreifen (Reifen) und zur Entdeckung von Heißpunkten an deren Reifenlauffläche und Reifenwänden, unter Verwendung eines hinter einer eine Meßachse definierenden Optik angeordneten Infrarotsensors (Optik + Sensor = Meßeinheit) und einer nachgeordneten Auswerteelektronik, wobei die Meßeinheit durch eine Scaneinrichtung parallel zur Rotationswelle des Reifens über eine Meßstrecke verschiebbar ist, die einer Breite der Reifenlauffläche plus zwei Breiten der Reifenwand entspricht, und bei der in der Meßeinheit zwischen dem Infrarotsensor und der Optik eine von einem Schrittmotor angetriebene Chopperscheibe angeordnet ist, die einen in die Meßeinheit einfallenden Meßstrahl in definierten zeitlichen Abständen periodisch unterbricht, gekennzeichnet durch durch die Kombination folgender Merkmale:
- a) mit der Rotationswelle (2) des Reifens (1) ist ein Winkelgeber (4) fest verbunden, der einen Null-Impuls und pro Reifenumdrehung eine vorbestimmte Anzahl von Impulsen ausgibt,
- b) neben den beiden Reifenwänden ist unter etwa 45° zur Rotationswelle (2) je ein Meßspiegel (7) angeordnet, welche die von den Reifenwänden ausgehenden Infrarot-Strahlen parallel zur Meßachse (16) hin umleiten,
- c) die Meßeinheit (5) enthält eine Lichtzeigereinrichtung (21), die einen eng begrenzten Lichtstrahl parallel zur oder mit der Meßachse (16) zusammenfallend aussendet, und
- d) zur Auswertung der Meßwerte der Meßeinheit (5), sowie der Signale des Winkelgebers (4) und der Scaneinrichtung (6) mit Wegsensor (6a) ist ein Auswertecomputer (9) vorgesehen, durch den die Meßeinheit (5) nach Beendigung der Messung automatisch in eine solche Position verfahrbar und der Reifen (1) in eine solche Winkelstellung drehbar ist, daß der Lichtstrahl der Lichtzeigereinrichtung (21) unmittelbar auf den Heißpunkt des Reifens (1) zeigt.