DE102005001068A1

DE102005001068A1 - Bodies pressure distribution determining method for vehicle, involves determining marking positions from signal propagation delay and reflection pattern so that pressure controlled damping of shafts results by pressure applied at positions

Info

Publication number: DE102005001068A1
Application number: DE200510001068
Authority: DE
Inventors: Raymond Becker
Original assignee: Continental AG
Current assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Priority date: 2005-01-07
Filing date: 2005-01-07
Publication date: 2006-07-20

Abstract

The method involves reflecting a sensor plate (1) at marking positions that cause different reflection pattern in/on the plate. Each position is determined from a signal propagation delay and the pattern so that a pressure controlled damping of shafts results through pressure applied at each position. The damping allows assignment of effected pressures to each position by transformation into electrical signals and calculative analysis. Independent claims are also included for the following: (A) a device for determining vertical pressure distribution of bodies in their contact surface to an upper surface of a sensor plate (B) an application of a device for determining vertical pressure distribution of bodies in their contact surface to an upper surface of a sensor plate.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung der vertikalen Druckverteilung eines Körpers in dessen Kontaktfläche zur Oberfläche einer Sensorplatte.The The invention relates to a method and a device for detection the vertical pressure distribution of a body in its contact surface for surface a sensor plate.

Eine qualitative und quantitative Ermittlung bzw. Messung der vertikalen Druckverhältnisse in der Kontaktfläche eines Körpers auf einer Messfläche ist beispielsweise bei der Entwicklung von Fahrzeugluftreifen von großer Bedeutung. Die tatsächlichen vertikalen Druckverhältnisse in der Kontaktfläche des Reifens zum Untergrund unter statischen und dynamischen Bedingungen lassen Rückschlüsse auf eine Vielzahl von Reifeneigenschaften zu und sind ein wertvolles Instrument bei der Weiterentwicklung der Eigenschaften von Fahrzeugluftreifen. Es sind Reifenprüfstände bekannt, die Einrichtungen aufweisen, die eine Feststellung der statischen oder dynamischen vertikalen Druckverhältnisse in der Kontaktfläche der Reifen zu einer Messfläche gestatten. So ist es beispielsweise bekannt, Tintenabdrücke für qualitative Bewertungen zu erstellen. Dieses Verfahren ist jedoch sehr zeitaufwändig und umständlich in der Handhabung. Bekannt ist auch die optische Erfassung der Kontaktfläche mittels einer Kamera, die unterhalb einer Glasplatte, auf welcher der Reifen belastet wird oder abrollt, angeordnet wird. Dies erfordert einen relativen großen Aufwand in der Verarbeitung und Zuordnung der Bildinformation und ist von äußeren Gegebenheiten, wie Verschmutzung oder örtlichen Beschädigungen der Glasplatte und auch von Eigenschaften des geprüften Reifens, wie Zusammensetzung und Färbung der Gummimischung, deren Härte in Abhängigkeit von Temperatur und Alterung, abhängig. Bekannt sind ferner mechanische Abtastverfahren unter Verwendung von Druckaufnehmern in Messflächen von Reifenprüfständen. Diese sind nicht in der Lage, ein Komplettbild über die Druckverhältnisse in der Kontaktfläche wiederzugeben. Um halbwegs brauchbare Ergebnisse zu erzielen, müssen die Messflächen mehrmals vom Reifen belastet werden und der Reifen, je nach geforderter Genauigkeit, exakt positioniert werden, wodurch der Prüfaufwand ernorm gesteigert wird. Bekannt ist es ferner, druckempfindliche Messfolien zu verwenden, die bislang den höchsten Komfort hinsichtlich Kalibration und Dauer der Prüfung aufweisen. Die Messfolien sind jedoch sehr empfindlich bezüglich mechanischer Querbelastungen, wie sie beispielsweise durch ein Überrollen des Prüfreifens mit stärkerem Antriebs- bzw. Bremsmoment oder bei größeren Sturz- oder Schräglaufeinstellung der Radachse auftreten können. Derartige Belastungen zerstören die Folien oder liefern durch Dehnungen und mechanische Verschiebungen falsche Werte.A qualitative and quantitative determination or measurement of vertical pressure conditions in the contact area of a body on a measuring surface is for example in the development of pneumatic vehicle tires of greater Importance. The actual vertical pressure conditions in the contact area of the tire to the ground under static and dynamic conditions allow conclusions to be drawn a variety of tire properties and are a valuable Instrument in the further development of the properties of pneumatic vehicle tires. Tire test stands are known, have the facilities that make a determination of static or dynamic vertical pressure conditions in the contact surface of the Tires to a measuring surface allow. So it is known, for example, ink prints for qualitative To create reviews. However, this process is very time consuming and laborious in handling. Also known is the optical detection of the contact surface by means a camera under a glass plate on which the tire is loaded or rolls, is arranged. This requires one relative big ones Effort in the processing and assignment of image information and is of external circumstances, like pollution or local damage the glass plate and also the properties of the tested tire, like composition and coloring the rubber compound, its hardness dependent on of temperature and aging, depending. Also known mechanical scanning using of pressure transducers in measuring surfaces of tire test stands. These are not able to get a complete picture about the pressure conditions in the contact area play. To achieve reasonably useful results, the measuring surfaces are loaded several times by the tire and the tire, depending on the required Accuracy, can be positioned exactly, reducing the testing effort is increased enormously. It is also known, pressure-sensitive To use measuring films, which so far the highest comfort in terms of calibration and duration of the exam exhibit. However, the measuring films are very sensitive to mechanical Transverse loads, such as those caused by rolling over of the test tire with stronger Drive or braking torque or larger fall or skew adjustment the wheel axle can occur. Such loads destroy the Foils or deliver by strains and mechanical displacements Wrong values.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung der vertikalen Druckverteilung eines Körpers in dessen Kontaktfläche mit einer Messfläche zur Verfügung zu stellen, wobei eine zuverlässige und reproduzierbare Ermittlung der Druckverteilung und der tatsächlichen Drücke auch bei mechanischen Beschädigungen oder Verschmutzungen der Kontaktfläche der Sensoreinrichtung möglich sein soll.Of the The invention is therefore based on the object, a method and a Device for determining the vertical pressure distribution of a Body in its contact surface with a measuring surface to disposal to ask, being a reliable and reproducible determination of the pressure distribution and the actual pressures even with mechanical damage or contamination of the contact surface of the sensor device may be possible should.

Was das Verfahren betrifft wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Sensorplatte oberflächlich von Wellen des Rayleigh-Typs durchlaufen wird, die an in oder auf der Platte verteilten, unterschiedliche Reflexionsmuster bewirkenden diskreten Markierungsstellen teilweise reflektiert werden, wobei jede Markierungsstelle aus der Signallaufzeit und dem Reflexionsmuster eindeutig bestimmbar ist, sodass durch von außen aufgebrachten Druck an jeder druckerfassten Markierungsstelle eine druckabhängige Dämpfung der Wellen erfolgt, die durch Umwandlung in elektrische Signale und rechnerische Auswertung eine Zuordnung des wirkenden Druckes zu jeder Markierungsstelle erlaubt.What The method concerns the task according to the invention solved, that the sensor plate is superficial is traversed by waves of the Rayleigh type, the on or on distributed the plate, causing different reflection patterns discrete marking sites are partially reflected, wherein each tag from the signal propagation time and the reflection pattern is clearly determinable, so by externally applied pressure Each pressure - detected marking point a pressure - dependent damping of the Waves are generated by conversion into electrical signals and arithmetic evaluation, an assignment of the acting pressure to every marker allowed.

Was die Vorrichtung betrifft wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Sensorplatte zumindest einen piezoelektrischen Transducer als Sende- und Empfangeinrichtung von Wellen des Rayleigh-Typs aufweist, wobei in oder auf der Sensorplatte in Senderichtung eines jeden Transducers eine Messzeile vorgesehen ist, welche aus einer Reihe von eine unterschiedliche Reflexion der Wellen bewirkenden Markierungsstellen besteht.What the device concerns the task according to the invention thereby solved, that the sensor plate at least one piezoelectric transducer has as a transmitting and receiving device of waves of the Rayleigh type, being in or on the sensor plate in the transmission direction of each Transducers a measurement line is provided, which consists of a series from a different reflection of the waves causing marking sites consists.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung lehnen sich an das Wirkungsprinzip eines TouchScreens an, nämlich das Abtasten des TouchScreens durch Oberflächenwellen, wobei ein auf einer diskreten Stelle der Oberfläche der Sensorplatte aufgebrachte Druck durch die Absorption eines Teiles der Wellenenergie lokalisierbar ist. Damit lässt sich jedoch eine Druckverteilung in oder an der Oberfläche nicht feststellen. Gemäß der Erfindung wird eine Sensorplatte auf oder nahe der bekannten Oberfläche mit insbesondere in Reihen angeordneten, unterschiedlichen Markierungsstellen, die Messpixel bilden, versehen, an welchen die Wellen auf charakteristische Art teilweise reflektiert werden. Das derart geänderte Eingangssignal wird entsprechend rechnerisch weiterverarbeitet, sodass eine Art „digitale Karte" der Messfläche erstellt wird. Ein auf der Oberfläche der Sensorplatte positionierter Körper beaufschlagt über seine Kontaktfläche gewisse Markierungsstellen. An diesen Stellen wird Wellenenergie in Abhängigkeit vom lokal aufgebrachten Druck absorbiert. Die jeweiligen Differenzen werden als Abweichungen von Sollwerten ausgewertet und liefern somit für jeden Messpixel eine lokale Druckinformation. Etwaige oberflächliche Verunreinigungen oder Kratzer in der Oberfläche werden, wie es bei TouchScreens der Falle ist, ausgefiltert, da sie gleichmäßige Störsignaturen hinterlassen. Mit der Erfindung lässt sich nicht nur die vertikale Druckverteilung in der Kontaktfläche eines Körpers zur Oberfläche der Sensorplatte feststellen sondern es lassen sich auch die realen Druckwerte ermitteln.The inventive method and device according to the invention are based on the principle of operation of a touch screen, namely the scanning of the touch screen by surface waves, wherein a pressure applied to a discrete location of the surface of the sensor plate pressure can be localized by the absorption of a part of the wave energy. However, this can not determine a pressure distribution in or on the surface. According to the invention, a sensor plate is provided on or near the known surface with, in particular, arranged in rows, different marking points which form measuring pixels, on which the waves are partially reflected in a characteristic manner. The thus modified input signal is processed accordingly mathematically, so that a kind of "digital map" of the measuring surface is created.A body positioned on the surface of the sensor plate acts on its contact surface certain marking points.At these locations, wave energy is absorbed depending on the locally applied pressure respective differences Distances are evaluated as deviations from nominal values and thus provide local pressure information for each measuring pixel. Any superficial impurities or scratches in the surface are filtered out, as is the case with touchscreens of the trap, as they leave consistent spurious signatures. Not only can the invention determine the vertical pressure distribution in the contact surface of a body with respect to the surface of the sensor plate, but it is also possible to determine the real pressure values.

Auf einfache Weise lässt sich eine örtliche Zuordnung von einzelnen an unterschiedlichen Stellen unterschiedlich wirkenden Drücken derart durchführen, dass mehrere Markierungsstellen in einer Messezeile angeordnet werden, wobei sich die Markierungsstellen innerhalb der Messezeile sämtlich voneinander unterscheiden und darüber hinaus bevorzugt mehrere derartige Messzeilen vorgesehen werden.On easy way lets a local assignment of different acting differently at different locations To press perform like this, that several marking points are arranged in a line of trade fairs, where the marks within the fair line are all from each other differ and above In addition, a plurality of such measurement lines may be provided.

Das Verfahren kann nun derart ablaufen, dass jede Messzeile und somit auch sämtliche innerhalb jeder Messzeile vorgesehenen Markierungsstellen von einer eigenen Welle bzw. einem eigenen Signal abgetastet bzw. durchlaufen werden.The The process can now proceed in such a way that each measurement line and thus also all Marking points of one provided within each measuring line own wave or a separate signal sampled or run through become.

Bei einer alternativen Ausführungsform kann jede Markierungsstelle einzeln von einem eigenen Signal erfasst werden. Die Auswertung erfolgt dann nur auf Grund des für das betreffende Messpixel durch die Laufzeit des Signals vorgegebenen Zeitfensters.at an alternative embodiment Each marker can be detected individually by its own signal become. The evaluation then takes place only on the basis of that for the relevant Measuring pixels by the duration of the signal predetermined time window.

Die unterschiedlichen Markierungsstellen bzw. Messpixel können auf einfache Weise durch ein Ätzen von Rillen oder durch oberflächliche Einlagerungen in der Sensorplatte realisiert werden. Um das charakteristische Reflexionsmuster pro Markierungsstelle bzw. Messpixel zu erzeugen, können diese Markierungsstellen auch in der Art von Strichcodes ausgeführt sein.The different markers or measuring pixels can on easy way by etching from grooves or by superficial ones Embedding in the sensor plate can be realized. To the characteristic To generate reflection patterns per marking point or measuring pixels, can these markers also be executed in the form of bar codes.

Nach der gewünschten bzw. erforderlichen Abtastgeschwindigkeit richtet sich auch das Material für die Sensorplatte. In Frage kommen dabei vor allem Glas, Kunststoffe oder Stahl.To the desired or required scanning speed is also the Material for the sensor plate. Particularly suitable are glass, plastics or steel.

Nach der Abtastgeschwindigkeit richtet sich auch die Wahl der Frequenz der von den Transducern ausgesandten Wellen, wobei ein Frequenzbereich zwischen 10 Hz und mehreren MHz möglich ist.To The scanning speed also depends on the choice of frequency the waves emitted by the transducers, with a frequency range between 10 Hz and several MHz is possible.

Von besonderen Vorteil ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einem Reifenprüfstand zur Ermittlung der Druckverteilung in der Bodenaufstandsfläche eines Reifens. Wie bereits eingangs erwähnt, ist diese Ermittlung bislang nur unzureichend und mit hohem Aufwand möglich. Mit der Erfindung lässt sich die Druckverteilung in der Bodenaufstandsfläche des Reifens beispielsweise als Abbild derselben unter farblicher Kennzeichnung der Druckverhältnisse erstellen. Ein Einsatz der Sensorplatte bei einem Prüfstand, bei welchem der Reifen eine statische Belastung auf die Oberfläche der Sensorplatte ausübt, ist ebenso möglich, wie der Einsatz einer oder mehrerer Sensorplatte(n) bei einem Reifenprüfstand, bei dem der Reifen während der Prüfung abrollt.From particular advantage is the use of the device according to the invention at a tire test stand for determining the pressure distribution in the ground contact patch of a Tire. As already mentioned, this determination is so far only inadequate and possible with great effort. With the invention can be the pressure distribution in the ground contact patch of the tire, for example, as Image of the same under color marking of the pressure conditions create. A use of the sensor plate in a test stand, where the tire is a static load on the surface of the sensor plate exerts is also possible such as the use of one or more sensor plate (s) in a tire test bench, where the tire is during The examination rolls.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nun anhand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel darstellt, näher beschrieben. Dabei zeigen,Further Features, advantages and details of the invention will now be apparent the drawing, the one embodiment represents, closer described. Show

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Sensorplatte, 1 a schematic representation of an embodiment of a sensor plate,

2 eine Prinzipskizze zur Erläuterung einer möglichen Ausführungsform eines Verfahrens zur Ermittelung der Druckverteilung auf einer Sensorplatte, 2 a schematic diagram for explaining a possible embodiment of a method for determining the pressure distribution on a sensor plate,

3 den schematischen Aufbau einer Ausführung eines Reifenprüfstandes zur Erfassung von vertikalen Druckbelastungen in der Bodenaufstandsfläche eines Reifens, 3 the schematic structure of an embodiment of a tire test rig for detecting vertical pressure loads in the ground contact patch of a tire,

4 eine schematische Ansicht auf die vom Reifen belastete Sensorplatte und 4 a schematic view of the tire loaded by the sensor plate and

5 das Abbild einer Druckverteilung der Bodenaufstandsfläche eines Reifens. 5 the image of a pressure distribution of the ground contact patch of a tire.

Die Erfindung befasst sich mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur qualitativen, insbesondere auch zur quantitativen Ermittlung von auf eine Fläche einer Sensorplatte vertikal wirkenden Druckes eines flächig aufliegenden Körpers. Als Ergebnis sollen qualitativ, bevorzugt auch quantitativ, auswertbare Abbilder oder Datensätze, welche die Druckverhältnisse wiedergeben, zur Verfügung stehen. Das Verfahren zur Messung, Auswertung und Darstellung der vertikalen Druckverteilung wird gemäß der Erfindung bevorzugt zur Ermittelung der vertikalen Druckverteilung in der Bodenaufstandsfläche eines Reifens verwendet.The The invention relates to a method and a device for qualitative, in particular for quantitative determination from to a plane a sensor plate vertically acting pressure of a surface resting Body. The result should be qualitative, preferably quantitative, evaluable Images or records, which the pressure conditions reproduce, available stand. The method for measuring, evaluating and displaying the vertical pressure distribution is preferred according to the invention Determination of vertical pressure distribution in the ground contact patch of a Tire used.

Die Arbeitsweise der Sensorplatte lehnt sich an das Grundprinzip der Arbeitsweise von sogenannten TouchScreens an. TouchScreens erfassen die Koordinaten einer im Wesentlichen punktförmigen Berührung und die ausgeübte Kraft. Übliche TouchScreens verfügen über eine Glasscheibe mit randseitig eingebetteten sendenden und empfangenden piezoelektrischen Transducern sowohl für die x- als auch für die y-Achse. Ein TouchScreen-Kontroller sendet ein elektrisches Signal von beispielsweise 5 MHz an den Sender-Transducer, der das Signal in Ultraschallwellen umwandelt, die sich als Druckwellen des Rayleigh-Typs nahe der Oberfläche der Glasscheibe fortbewegen. Diese Wellen werden mit Hilfe einer Reihe von Reflektoren am Rand der Glasscheibe gleichmäßig auf der Vorderseite des TouchScreens verteilt. Reflektoren auf der gegenüberliegenden Seite sammeln die Wellen und leiten Sie zu dem Empfänger-Transducer um, welcher die Wellen erneut in elektrische Signale umwandelt. Auf diese Weise entsteht eine digitale Karte der Touch Screen-Oberfläche. Wird nun die Oberfläche der Glasscheibe an einer Stelle beispielsweise mit einer Fingerspitze berührt, so absorbiert die Fingerspitze einen Teil der darüber wandernden Wellenenergie. Das empfangene Signal wird mit der gespeicherten digitalen Karte verglichen, die Änderung wird erkannt und die Koordinaten werden berechnet. Dieser Prozess wird für die x- und die y-Achse der Ebene der Glasscheibe separat durchgeführt. Durch die Messung der absorbierten Signalmenge wird außerdem ein Wert in Richtung z-Achse ermittelt, welcher proportional zur aufgebrachten Berührungskraft ist. Die digitalen Koordinaten werden anschließend zur Verarbeitung an einen Computer übertragen.The operation of the sensor plate is based on the basic principle of the operation of so-called touch screens. Touchscreens capture the coordinates of a substantially punctiform touch and the applied force. Conventional touchscreens have a glass panel with edge-embedded transmitting and receiving piezoelectric transducers for both the x and y axes. A touch screen controller For example, it sends an electrical signal of, for example, 5 MHz to the transmitter transducer, which converts the signal into ultrasonic waves traveling as pressure waves of the Rayleigh type near the surface of the glass sheet. These waves are distributed evenly on the front of the touch screen by means of a series of reflectors on the edge of the glass. Reflectors on the opposite side collect the waves and redirect them to the receiver transducer, which again converts the waves into electrical signals. This creates a digital map of the touch screen interface. If the surface of the glass pane is touched at one point, for example, with a fingertip, the fingertip absorbs part of the wave energy migrating above it. The received signal is compared with the stored digital map, the change is detected and the coordinates are calculated. This process is performed separately for the x and y axes of the plane of the glass sheet. By measuring the amount of absorbed signal, a value in the direction z-axis is also determined, which is proportional to the applied contact force. The digital coordinates are then transferred to a computer for processing.

Eine erfindungsgemäße, vorzugsweise aus Glas bestehende Sensorplatte 1 ist in eine Vielzahl von parallel zueinander verlaufenden Messzeilen 2 geteilt. Jeder Messzeile 2 ist am Rand der Glasplatte ein piezoelektrischer Transducer 3 zugeordnet, welcher gleichzeitig Sender und Empfänger ist. Jede Messzeile 2 befindet sich daher in der Senderichtung eines Transducers 3 und setzt sich aus einer Vielzahl von insbesondere gleich beabstandeten unterschiedlichen Markierungsstellen 4 zusammen. Jede dieser Markierungsstellen 4 bildet ein Messpixel, welches sich von sämtlichen anderen Messpixel in dieser Messzeile 2 unterscheidet. Die Markierungsstellen 4 einer Messzeile 2 sind Stör- bzw. Reflexionsstellen, die beispielsweise oberflächlich eingelagerte Fremdkörper oder oberflächlich eingeätzte Codes, etwa analog zu Strichcodes, sein können. Dadurch erhält jedes Messpixel innerhalb einer Messzeile 2 eine eigene Codierung.An inventive, preferably made of glass sensor plate 1 is in a variety of parallel to each other measuring lines 2 divided. Every measuring line 2 At the edge of the glass plate is a piezoelectric transducer 3 assigned, which is both sender and receiver. Every measurement line 2 is therefore in the transmission direction of a transducer 3 and is made up of a plurality of, in particular equally spaced, different marking locations 4 together. Each of these markers 4 forms a measuring pixel, which differs from all other measuring pixels in this measuring line 2 different. The markers 4 a measurement line 2 are disturbance or reflection points, which may be, for example, superficially embedded foreign bodies or superficially etched codes, such as analogous to bar codes. This gives each measuring pixel within a measuring line 2 an own coding.

Eine Zuordnung der Eingangssignale zu den einzelnen Markierungsstellen 4 (Messpixeln) erfolgt zeitlich über die hin- und rücklaufende Welle bekannter Geschwindigkeit und die Modulation der reflektierten Wellen an den Markierungsstellen 4, sodass jede Markierungsstelle 4, jedes Messpixel, eine eigene lokal eindeutig definierte Signatur erhält. Befindet sich nun ein Körper auf der Oberfläche der Sensorplatte 1, so wird vom Körper an den einzelnen unterhalb oder in der Kontaktfläche befindlichen Markierungsstellen 4 Wellenenergie in Abhängigkeit vom aufgebrachten Druck absorbiert. Die Differenzen können als Abweichungen von Sollwerten (unbelastete Markierungsstellen) ausgewertet werden und liefern lokale Druckinformationen der betreffenden Markierungsstellen bzw. Messpixel. Betrachtet man eine einzelne Messzeile so wird die vom Transducer 3 ausgesandte Schallwelle an der im Bereich der Kontaktfläche des Körpers zuerst erreichten Markierungsstelle 4 durch die Druckkraft gedämpft, teilweise reflektiert und dieser Teil vom Transducer 3 empfangen. Die ausgesandte Welle läuft selbstverständlich weiter und wird auch an der folgenden Markierungsstelle 4 teilweise reflektiert und durch die vorhandene Druckkraft gedämpft zum Transducer 3 zurück geleitet. Da sie auf der Rückstrecke wieder die erste Markierungsstelle 4 durchläuft wird sie auch hier wieder gedämpft. Dieser Dämpfungsbetrag ist aus der ersten Reflexion bekannt und kann im Rahmen der Auswertung als Off-Set addiert werden, sodass man Kenntnis über den Druck im Bereich der zweiten Markierungsstelle 4 erhält. Dieser Mechanismus wird bis zum letzen Messpixel, der letzten Markierungsstelle 4 in der Messzeile 2 weitergeführt und liefert derart qualitative und quantitative Messergebnisse für jede Markierungsstelle 4 bzw. jedes Messpixel innerhalb dieser Messzeile 2. Die Vielzahl der verwendeten bzw. angeordneten Messzeilen 2 erlaubt eine flächige Erfassung im erforderlichen Ausmaß.An assignment of the input signals to the individual marking points 4 (Measuring pixels) takes place in time via the backward and forward wave of known speed and the modulation of the reflected waves at the marking points 4 so every marker 4 Each measurement pixel receives its own locally defined signature. Now is a body on the surface of the sensor plate 1 , is from the body to the individual located below or in the contact surface marker points 4 Wave energy absorbed depending on the applied pressure. The differences can be evaluated as deviations from nominal values (unloaded marking sites) and provide local pressure information of the relevant marking sites or measuring pixels. If you look at a single measurement line, it will be the one from the transducer 3 emitted sound wave at the first reaching in the region of the contact surface of the body marking site 4 attenuated by the compressive force, partially reflected and this part of the transducer 3 receive. Of course, the transmitted wave will continue and will also be at the following marker 4 partially reflected and attenuated by the existing compressive force to the transducer 3 headed back. As they return to the first marking point 4 goes through it is muted again here. This attenuation amount is known from the first reflection and can be added as an off-set in the context of the evaluation, so that one knows about the pressure in the region of the second marker 4 receives. This mechanism will last until the last measurement pixel, the last marker 4 in the measurement line 2 continued and provides such qualitative and quantitative measurement results for each marker 4 or each measuring pixel within this measuring line 2 , The multitude of measuring lines used or arranged 2 allows area coverage to the required extent.

Im oberen Teil der 2 ist ein piezoelektrischer Transducer 3 eingezeichnet, der Wellen in Richtung der beispielhaft dargestellten Markierungsstellen 4a, 4b und 4c aussendet. Die Markierungsstellen 4a, 4b, 4c in der vom Transducer 2 versorgten Messzeile 2 sind hier in Form von Strichcodes ausgeführt, wobei 4a und 4b die an den Transducer 1 anschließenden ersten beiden Markierungsstellen sind und 4c eine Markierung an einer beliebigen Stelle ist. Die Messzeile 2 wird vom Frequenzimpuls, beispielsweise einer hochfrequenten 5,3 MHz Welle, die sich durch die Glasscheibe mit ca. 5.300 m pro Sekunde ausbreitet, oberflächlich durchlaufen, an den einzelnen Markierungsstellen 4 mehrfach reflektiert und erreicht wieder den Transducer 3 als Empfänger.In the upper part of the 2 is a piezoelectric transducer 3 drawn, the waves in the direction of the exemplified marking points 4a . 4b and 4c sending out. The markers 4a . 4b . 4c in the transducer 2 supplied measuring line 2 are executed here in the form of barcodes, wherein 4a and 4b the to the transducer 1 subsequent first two markers are and 4c a mark is anywhere. The measurement line 2 is traversed superficially by the frequency pulse, for example a high-frequency 5.3 MHz wave propagating through the glass pane at about 5,300 m per second, at the individual marking points 4 reflected several times and reached again the transducer 3 as receiver.

In dem in 2 gezeigten Diagramm ist entlang der Ordinate die Amplitude des Eingangsimpulses eingezeichnet. In diesem Diagramm sind dabei die Dämpfung im Material der Sensorplatte und die Dämpfung durch unbelastete Reflexion breits herausgefiltert, es wird lediglich die Dämpfung der Welle durch den Druck eines Körpers betrachtet. 100 % entspricht somit einer derart ungedämpften Amplitude. Entlang der Abszisse ist der zeitliche Verlauf mit Zuordnung zu einzelnen Markierungsstellen aufgetragen. Mit 1. Signatur, 2. Signatur und Xter. Signatur ist das durch die an der betreffenden Markierungsstelle 4a, 4b, 4c durch äußere Kraft erzeugte gedämpfte Signal bezeichnet. Die Dämpfung durch die von außen auf die Sensoreinrichtung 1, auf die Glasplatte, in der Kontaktfläche des Körpers von diesem aufgebrachte Kraft ist an der ersten Markierungsstelle 4a mit 5 %, an der zweiten Markierungsstelle 4b mit 20 % und an der Markierungsstelle 4c mit 30 % angenommen. Die Dämpfung an der Markierungsstelle 4a lässt sich unmittelbar aus der Differenz der Amplituden zwischen den ausgesendeten und dem an der ersten Markierungsstelle 4b reflektierten Signal ermitteln. Dies ergibt eine um 5 % niedrigere Amplitude des reflektierten Eingangssignals. Die Dämpfung an der zweiten Markierungsstelle 4b ergibt sich aus der Differenz der Amplituden des ausgesendeten Signals und des gedämpften Signals an der ersten Markierungsstelle 4a und des nach Reflexion eingefangenen Signals aus der zweiten Markierungsstelle 4b. Beim gezeigten Beispiel ergibt dies eine um 40 % gedämpfte Amplitude des Eingangssignals am Transducer 3. Entsprechend lässt sich für die dritte Markierungsstelle 4c die Dämpfung aus der Differenz der Amplituden aus gesendetem Signal, dem gedämpften Signal aus der ersten Markierungsstelle 4a, dem gedämpften Signal aus der zweiten Markierungsstelle 4b und dem eingefangenem Signal an der dritten Markierungsstelle 4c ermitteln. Beim dargestellten Beispiel entspricht dies einer um 80 % gedämpfter Amplitude. Auf diese Weise erhält man die Dämpfungswerte an jeder Markierungsstelle 4 in jeder Messzeile 2. Die gemessenen Signale werden in einen Computer ausgewertet, sodass sich die Verteilung des Druckes bei flächig ausgeübten Druck ermitteln und auf beliebige Weise, beispielsweise graphisch oder in Form von Tabellen, darstellen lässt.In the in 2 The diagram shown along the ordinate, the amplitude of the input pulse is located. In this diagram, while the damping in the material of the sensor plate and the damping are filtered out by unloaded reflection, it is only considered the damping of the wave by the pressure of a body. 100% thus corresponds to such an undamped amplitude. Along the abscissa the time course with assignment to individual marking points is plotted. With 1 , Signature, 2 , Signature and Xter. Signature is that by the at the relevant marking point 4a . 4b . 4c called attenuated signal generated by external force. The damping by the outside of the sensor device 1 , on the glass plate, in the contact surface of the body of this applied force is at the first Markstst le 4a at 5%, at the second marker 4b with 20% and at the marker 4c with 30% accepted. The attenuation at the marking site 4a can be determined directly from the difference between the amplitudes between the emitted and the one at the first marking site 4b determine the reflected signal. This results in a 5% lower amplitude of the reflected input signal. The attenuation at the second marker 4b results from the difference between the amplitudes of the transmitted signal and the attenuated signal at the first marker 4a and the signal trapped after reflection from the second marker 4b , In the example shown this results in a 40% attenuated amplitude of the input signal at the transducer 3 , The same applies to the third marker 4c the attenuation of the difference in the amplitudes of the transmitted signal, the attenuated signal from the first marker 4a , the attenuated signal from the second tag 4b and the captured signal at the third tag 4c determine. In the example shown this corresponds to an 80% damped amplitude. In this way one obtains the attenuation values at each marking point 4 in every measuring line 2 , The measured signals are evaluated in a computer, so that the distribution of the pressure can be determined with flat applied pressure and can be displayed in any manner, for example graphically or in the form of tables.

Bei einer Messzeilenlänge von beispielsweise 500 mm dauert eine komplette Abtastung der Messzeile bei Glas als Trägerkörper ca. 1/5300 s bei einer Abtastfrequenz von 5300 Hz. Ist eine andere Abtastgeschwindigkeit der Signale erwünscht, könnten andere Trägermaterialien, beispielsweise Stahl oder Kunststoffe gewählt werden. Darüber hinaus ist es möglich, für jede Markierungsstelle 4 bzw.For a measuring line length of, for example, 500 mm, a complete scanning of the measuring line takes about 1/5300 s at a scanning frequency of 5300 Hz for glass as the carrier. If a different scanning speed of the signals is desired, other carrier materials, for example steel or plastics, could be selected. In addition, it is possible for each marker 4 respectively.

jedes Messpixel einen einzelnen Impuls zu senden und zu empfangen. Die Auswertung erfolgt daher dann nur auf Grund des für das betreffende Messpixel durch die Laufzeit vorgegebenen Zeitfensters. Da pro Messpixel die Erfassung abgewartet werden muss, bis das nächste Messpixel ausgewertet werden kann, erhöht sich die Abtastzeit.each Measuring pixels to send and receive a single pulse. The Evaluation therefore only takes place on the basis of the measurement pixel in question by the term predetermined time window. Since per measuring pixel the Capture has to wait until the next measurement pixel is evaluated can be increased the sampling time.

3 zeigt schematisch eine bevorzugte Anwendung der Erfindung bei einem Reifenprüfstand zur Erfassung der vertikalen Druckbelastung in der Bodenaufstandsfläche eines Reifens. Dabei sind schematisch eine Belastungseinheit 5 mit einer Einrichtung 6 zum Anordnen des auf einer nicht gezeigten Felge montierten Reifens 7 dargestellt. In einer Basisplatte 5a der Belastungseinheit 5 ist eine Aufnahmeeinrichtung 8 für die Sensorplatte 1 inklusive den vorgesehenen Transducern und Controllereinrichtungen vorgesehen. Bei Verwendung eines durchsichtigen Trägermaterials für die Sensorplatte 1, beispielsweise einer Glasplatte, kann an der Unterseite der Platte 1 Raum für eine optische Prüfung oder für Aufnahmen durch eine Kamera vorgesehen werden. Angedeutet ist ferner die elektrische Verbindung 9 der Sensorplatte 1 mit einem Rechner 10. Der dargestellte Prüfstand erlaubt eine statische Belastung des unter Innendruck gesetzten, auf einer Felge montierten Reifens 7. 4 zeigt schematisch die Unteransicht der durchsichtigen Sensorplatte 1 bei belastetem Reifen 7, der Abdruck des Reifens 7 in der Bodenaufstandfläche unter Vertikalbelastung ist zu sehen. 5 zeigt eine bildliche Darstellung der Bodenaufstandsfläche nach der rechnerischen Auswertung der Daten. Die unterschiedlichen Graustufen geben die unterschiedlich wirkenden Drücke wieder. Rillen und Nuten im Abbild des Laufstreifenprofils sind drucklose Stellen. 3 schematically shows a preferred application of the invention in a tire test stand for detecting the vertical compressive load in the ground contact patch of a tire. Here are schematically a load unit 5 with a device 6 for placing the tire mounted on a rim (not shown) 7 shown. In a base plate 5a the load unit 5 is a recording device 8th for the sensor plate 1 including the intended transducers and controller devices. When using a transparent substrate for the sensor plate 1 For example, a glass plate may be attached to the underside of the plate 1 Space for a visual inspection or for shooting by a camera. Also indicated is the electrical connection 9 the sensor plate 1 with a calculator 10 , The test stand shown allows a static load of set under internal pressure, mounted on a rim tire 7 , 4 schematically shows the bottom view of the transparent sensor plate 1 with loaded tires 7 , the imprint of the tire 7 in the ground contact area under vertical load can be seen. 5 shows a pictorial representation of the ground contact patch after the mathematical evaluation of the data. The different gray levels represent the different acting pressures. Grooves and grooves in the image of the tread pattern are unpressurised places.

Die Auflösung ist abhängig von der gewählten bzw. realisierbaren Messzeilenanzahl und der auswertbaren Anzahl und der Anordnung der Markierungsstellen innerhalb der Messzeilen und kann in relativ weiten Bereichen gewählt werden.The resolution depends on from the chosen one or realizable number of measurement lines and the number of evaluable and the location of the tags within the measurement lines and can be chosen in relatively wide ranges.

Die Ermittlung der Druckverteilung in der Bodenaufstandsfläche eines Reifens kann je nach gewähltem Prinzip mit Schallwellen von 10 Hz bis über 5 MHz erfolgen. Es ist auch möglich, in dynamischen Prüfständen Sensorplatten zu verwenden, indem diese in die Abrollfläche für den rotierenden Reifen eingebaut werden. Dabei können auch gekrümmte Sensorplatten verwendet werden, da die angewandte Technik nicht auf ebene Fläche eingeschränkt ist. Die Sensorplatten können ferner auch lediglich eine einzige Messzeile, wie oben beschrieben, aufweisen, die, bezogen auf die Abrollrichtung des Reifens, entlang derselben oder quer zu dieser angeordnet ist.The Determination of the pressure distribution in the ground contact surface of a Tire may vary depending on the selected Principle with sound waves from 10 Hz to over 5 MHz. It is also possible, in dynamic test benches sensor plates to use by incorporating these in the rolling surface for the rotating tire become. It can also curved Sensor plates are used because the technique used is not on flat surface limited is. The sensor plates can Furthermore, only a single measuring line, as described above, have, which, based on the rolling direction of the tire, along the same or transverse to this is arranged.

Claims

Method for determining the vertical pressure distribution of a body in its contact surface to the surface of a sensor plate, characterized in that the sensor plate ( 1 ) is superficially traversed by waves of the Rayleigh type which are deposited on or in the plate ( 1 ) discrete marking sites causing different reflection patterns ( 4 ) are partially reflected, with each marker ( 4 ) can be determined unambiguously from the signal propagation time and the reflection pattern, so that by externally applied pressure at each pressure-detected marking point ( 4 ) a pressure-dependent damping of the waves takes place, which by conversion into electrical signals and arithmetic evaluation, an assignment of the acting pressure to each marking point ( 4 ) allowed.

Method according to claim 1, characterized in that several marking sites ( 4 in egg ner measuring line ( 2 ), whereby the labeling sites ( 4 ) within the measuring line ( 2 ) all differ from each other.

Method according to claim 2, characterized in that several measurement lines ( 2 ).

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that each measuring line ( 2 ) is scanned or traversed by its own wave or its own signal.

Method according to one of claims 2 to 3, characterized in that each marking point ( 4 ) is detected individually by a separate signal.

Device for determining the vertical pressure distribution of a body in its contact surface to the surface of a sensor plate, characterized in that the sensor plate ( 2 ) at least one piezoelectric transducer ( 3 ) as transmitting and receiving means of waves of the Rayleigh type, wherein in or on the sensor plate ( 1 ) in the transmission direction of the transducer ( 4 ) a measurement line ( 2 ), which consists of a series of marking points causing a different reflection of the wave ( 4 ) consists.

Apparatus according to claim 6, characterized in that a plurality of piezoelectric transducers ( 3 ), which in each case one measurement line ( 2 ) assigned.

Device according to claim 6 or 7, characterized in that the marking sites ( 4 ) etched grooves or superficial deposits in the sensor plate ( 1 ) are.

Device according to one of claims 6 to 8, characterized in that the marking points ( 4 ) are executed in the manner of bar codes.

Device according to one of claims 6 to 9, characterized in that the sensor plate ( 1 ) consists of glass, plastic or steel.

Device according to one of claims 6 to 10, characterized in that the of a transducer ( 3 ) emitted wave has a frequency between 10 Hz and several MHz.

Use of the device according to at least one of claims 6 to 11 at a tire test stand for determining the pressure distribution in the ground contact patch of a Tire.

Use according to claim 12, characterized in that the sensor plate ( 9 ) is statically loaded by the tire.

Use according to claim 12, characterized in that the sensor plate ( 1 ) is rolled over by the tire.