KR20000014186A - 회전하는 타이어의 형상측정방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

회전하는 타이어의 형상측정방법 및 그 방법을 사용한 장치에 관한 것이다.

본 발명의 방법은 (a) 피측정 타이어를 회전시키면서 피측정 타이어의 표면에 슬릿광을 조사(照射)하는 단계와, (b) 수광기준면이 슬릿광의 입사면에 대해서 각도 ψ만큼 틀어져서 위치하고 있는 수광수단을 이용하여, 피측정 타이어의 표면에서 반사되어 오는 광을 슬릿광의 입사면에 대하여 각도 θ만큼 회전한 위치에서 수광(受光)하는 단계와, (c) 형상깊이 Z_ref(x)를 알고 있는 피측정물을 사용하여 상기 단계 (a),(b)를 거쳐서 측정하였을 때의 슬릿광의 변형깊이 ΔR_ref(x)로부터 교정인자 f(x)=Z_ref(x)/ΔR_ref(x)를 계산하여 두는 단계와, (d) 실제로 측정하고자 하는 타이어를 사용하여 상기 단계 (a), (b)를 거쳐서 측정된 슬릿광의 변형깊이 ΔR(x)로부터 다음 식 Z(x)=ΔR(x)f(x)를 이용하여 피측정 타이어의 외형변화를 계산하는 단계를 구비한다.

Description

회전하는 타이어의 형상측정방법 및 그 장치

본 발명은 회전하는 타이어의 형상측정방법 및 그 방법을 사용한 장치에 관한 것이다.

차량의 최대속도가 증가되고, 도로의 주행조건이 개선됨에 따라서 고속주행시에 운전자에게 안락감을 줄 수 있는 타이어에 대한 요구가 늘고 있다. 주행시의 안락감은 타이어의 형상에 크게 좌우된다. 따라서, 요즈음에 타이어의 형상을 변화시켜 성능을 개선시키고자 하는 연구가 진행되고 있다. 이러한 연구내용들은 정적인 상태를 최적화하거나 회전상태의 형상을 고려한 설계로 타이어의 성능을 개선하고자 의도하고 있다.

종래에, 최적의 타이어를 설계하여 제조된 타이어의 회전중의 형상 변화를 측정하기 위한 방법으로 그림자를 이용한 방법이 있다. 이 방법에서는, 회전중인 타이어의 측면에 빛을 쪼이고 다른쪽의 그림자를 측정하여 형상의 변화를 측정하도록 되어 있다. 즉, 도 1에 도시된 것처럼, 타이어(1)를 회전축(2)을 중심으로 회전시키면서, 광원(3)으로부터 타이어쪽으로 빛을 쪼여서 그 반대쪽에 위치한 스크린(4)에 나타나는 그림자(5)를 측정한다. 그러나, 이러한 방법은 결과를 수치화하기 어려우며, 측정을 위한 시간이 많이 요구된다는 단점이 있다. 또한, 이 방법은 외곽 형상의 변화만을 알 수 있다는 단점이 있다.

본 발명은 전술한 것과 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 회전하는 타이어의 형상을 측정하고, 그것을 수치화할 수 있는 방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

도 1은 종래의 회전형상 측정방법을 설명하기 위한 개략도,

도 2는 측정각도에 따른 빛의 왜곡 현상을 이용한 비접촉식 측정방법을 설명하기 위한 개략도,

도 3은 측정장치의 교정인자 계측방법을 설명하기 위한 모식도,

도 4는 측정장치에서 측정한 데이터로부터 변형값을 계산하는 식을 유도하기 위한 모식도,

도 5는 본 발명의 방법에 의한 측정결과를 보여주는 그래프이다.

회전상태에 있는 타이어의 형상을 계측하는데 있어서, 일반적인 3차원 형상측정기 등의 접촉식 장치로는 그 측정이 어렵다. 따라서, 본 발명에서는 비접촉식으로 레이저 또는 간섭성이 있는 빛을 이용하여 타이어가 회전중인 경우에도 형상의 변화를 측정할 수 있도록 하고 있다.

즉, 본 발명의 측정장치는 도 2에 도시된 것처럼, 회전축(2)을 중심으로 회전하는 타이어(1)에 대해서 슬릿(slit) 광원(3')으로부터 슬릿광을 조사(照射)하고, 이 조사된 슬릿광의 변형을 일정한 각도에서 카메라(6)로 측정한 다음, 그 결과를 컴퓨터(7)로 처리하도록 구성되어 있다.

슬릿광을 이용하여 정지된 물체의 단면형상을 측정하는 방법에 대해서는 특허공고 제92-6740호에 개시된 것이 있다. 상기 문헌에서는 타이어를 고정시켜둔 상태에서 측정장비를 움직여가면서 피측정 물체의 3차원 형상을 측정하도록 되어 있으나, 본 발명에서는 타이어를 회전시키고 측정장비는 고정시켜두고 있다. 또한, 본 발명은 측정된 데이터로부터 피측정물체의 형상을 도출해냄에 있어서, 교정인자를 사용함으로써 형상 도출의 정확도를 높이고 있다.

도 3은 측정장치의 교정인자 계측방법을 설명하기 위한 모식도이다.

도 3에서 볼 수 있는 것처럼, 빛을 슬릿 상태로 펼쳐서 회전중인 타이어(1)의 표면에 쪼여주고 이 빛을 일정 각도에서 관찰하게 되면, 슬릿 빛이 타이어 형상에 의하여 변형된다. 이 변형된 빛을 측정함으로써 타이어의 형상을 측정한다. 이는, 풍선위에 일정한 직선을 긋고 바람을 넣으면, 풍선위의 직선은 더 이상 직선이 아니라 풍선의 변형에 따라 왜곡된 형상을 갖게 되며, 이 왜곡된 상태를 측정하면 풍선의 변형상태를 측정할 수 있는 것과 같은 이치이다.

다음으로, 도 4를 참조하여 도 3의 장치로 측정한 데이터로부터 변형 데이터를 계산하는 방법에 대해서 설명한다. 도 4는 측정장치에서 측정한 데이터로부터 변형값을 계산하는 식을 유도하기 위한 모식도이다.

도 4에서, 레이저광을 물체 표면에 수직으로 조사(照射)하고, 레이저광의 입사면에 대하여 일정한 각도 θ만큼 회전한 위치에서 수광(受光)한다. 이때, 수광부는 레이저광에 대해서 일정한 각도 ψ만큼 틀어져서 위치한다. 여기에서, 측정하고자 하는 것은 타이어 트레드 단면 형상의 변화이고, 이는 도면에서 ΔZ로 나타나 있다. 그런데, 수광부에서 측정되는 것은 수광부 평면에서의 변화 ΔR이다. 따라서, ΔR로부터 ΔZ를 구하는 식을 유도하면, 다음과 같다.

여기에서, x는 트레드 단면상의 위치, R(x)는 위치 x에서 반사된 빛의 센서상의 위치, R_ref(x)는 타이어상의 기준평면에 의해 반사된 빛의 센서상의 위치, ψ는 센서기준선과 레이저광의 입사선 사이의 각도, θ는 레이저광의 입사선과 반사선 사이의 각도이다.

수학식 1에서 알 수 있듯이, 측정된 데이터로부터 형상의 정보로 변환하기 위해서는 측정장치의 설치된 상태를 나타내는 인자인 θ와 ψ를 정확하게 알 필요가 있다. 그러나, 실제로는 이들 인자들이 측정위치에 따라서 변할 수도 있으므로, 이들을 정확하게 측정한다는 것은 매우 어려운 일이다.

본 발명에서는 이들을 정량적으로 구하기 위해서, 이미 알고 있는 형상을 가진 물체를 측정하여 수학식 1에서 이들 인자와 관련된 부분을 교정인자로 정의하는 방법을 제시한다.

즉, 이미 알고 있는 형상의 깊이와, 이때의 슬릿광의 변형 깊이를 x에 대해서 측정한 다음, 이를 사용하여 다음과 같은 식으로 정의되는 교정인자 f(x)를 구한다.

즉, 그루브의 깊이를 알고 있는 타이어를 사용하여 슬릿광의 변형깊이를 측정하고, 이 데이터를 수학식 2에 대입함으로써 x의 함수인 교정인자 f(x)를 구할 수 있는 것이다. 그런데, 이때 타이어의 형상은 속도에 따른 원심력으로 변형이 가해지기 때문에 속도영향을 제거하기 위하여 10Km/hour 이하의 저속 또는 정지상태의 형상을 측정하여 사용한다.

이와 같이 교정인자 f(x)를 구하였다면, 실제로 여러가지 형상의 타이어를 측정할 때에 실제 형상 Z(x)는 수학식 1에 수학식 2를 대입함으로써

Z(x) = ΔR(x)f(x)

로 주어지게 된다.

도 5에 실제측정한 결과 그래프를 도시하였다. 도 5에서 x축은 트레드의 위치를 나타내고, y축은 측정된 형상의 높이를 단위 mm로 나타낸 것이다. 그리고 그래프 옆의 작은 상자내는 타이어의 회전속도를 단위 km/hr로 나타낸 것이다. 도 5에서 알 수 있는 것처럼, 타이어의 회전속도에 따라서 그 형상이 다르게 나타남을 알 수 있다. 즉, 타이어의 회전상태에서의 형상변화를 측정할 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 회전하는 타이어의 형상을 측정하고, 그것을 수치화할 수 있는 방법 및 그 장치가 제공된다. 특히, 형상을 미리 알고 있는 물체를 사용하여 교정인자를 측정하여 두고, 이 교정인자를 사용하여 측정데이터로부터 실제의 형상을 구할 수 있으므로, 좌표에 따른 데이터 변환의 오차를 줄여서 측정 정밀도를 높일 수 있다.

Claims (2)

1. (a) 피측정 타이어를 회전시키면서 피측정 타이어의 표면에 슬릿광을 조사(照射)하는 단계와,

   (b) 수광기준면이 슬릿광의 입사면에 대해서 각도 ψ만큼 틀어져서 위치하고 있는 수광수단을 이용하여, 피측정 타이어의 표면에서 반사되어 오는 광을 슬릿광의 입사면에 대하여 각도 θ만큼 회전한 위치에서 수광(受光)하는 단계와,

   (c) 형상깊이 Z_ref(x)를 알고 있는 피측정물을 사용하여 상기 단계 (a),(b)를 거쳐서 측정하였을 때의 슬릿광의 변형깊이 ΔR_ref(x)로부터 교정인자 f(x)=Z_ref(x)/ΔR_ref(x)를 계산하여 두는 단계와,

   (d) 실제로 측정하고자 하는 타이어를 사용하여 상기 단계 (a), (b)를 거쳐서 측정된 슬릿광의 변형깊이 ΔR(x)로부터 다음 식

   Z(x)=ΔR(x)f(x)

   를 이용하여 피측정 타이어의 외형변화를 계산하는 단계

   를 구비하는 회전중인 타이어의 형상측정방법.
2. 피측정 타이어를 회전시키기 위한 회전수단과,

   피측정 타이어의 표면에 슬릿광을 조사(照射)하기 위한 슬릿광 조사수단과,

   수광기준면이 슬릿광의 입사면에 대해서 각도 ψ만큼 틀어져서 위치하고 있으며, 피측정 타이어의 표면에서 반사되어 오는 광을 슬릿광의 입사면에 대하여 각도 θ만큼 회전한 위치에서 수광(受光)하는 수광수단과,

   상기 수광수단으로부터의 데이터로부터 피측정 타이어의 외형변화를 계산하는 계산수단을 구비하며,

   상기 계산수단은, 형상깊이 Z_ref(x)를 알고 있는 피측정물로 측정하였을 때의 슬릿광의 변형깊이 ΔR_ref(x)로부터 교정인자 f(x)=Z_ref(x)/ΔR_ref(x)를 계산하여 두고, 상기 수광수단으로부터 측정된 슬릿광의 변형깊이 ΔR(x)로부터 다음 식

   Z(x) = ΔR(x)f(x)

   을 이용하여 피측정 타이어의 외형변화를 계산하는 것인 회전중인 타이어의 형상측정장치.