DE19515949C2 - Method and device for areal measurement and detection of the tread wear of a vehicle tire - Google Patents

Method and device for areal measurement and detection of the tread wear of a vehicle tire

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DE19515949C2 DE1995115949 DE19515949A DE19515949C2 DE 19515949 C2 DE19515949 C2 DE 19515949C2 DE 1995115949 DE1995115949 DE 1995115949 DE 19515949 A DE19515949 A DE 19515949A DE 19515949 C2 DE19515949 C2 DE 19515949C2
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur flächenhaften Vermessung und Erfassung des Profilabriebs auf der Lauffläche eines Fahrzeug­ reifens sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for areal measurement and detection of tread wear on the tread of a vehicle tire and a device for performing the method.

Die von einem fahrenden Fahrzeug verursachte Geräuschentwicklung wird, insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten, auch von dem Abrollgeräusch der Reifen mitbestimmt. Auf die Entstehung des Ab­ rollgeräuschs hat die Profilform eine nicht geringe Bedeutung.The noise generated by a moving vehicle is, especially at higher speeds, by the The rolling noise of the tires also plays a role. On the origin of the Ab rolling noise, the profile shape is of no small importance.

Aber auch während des Betriebes hervorgerufene ungleichmäßige Ab­ nutzungen des Reifenprofils führen dazu, daß sich mit steigender Laufleistung das Abrollgeräusch gegenüber einem Neureifen erhöht. Dies führt nicht nur zu einer Belästigung der Umwelt, sondern in­ folge der bei der Fahrzeugentwicklung gezielt betriebenen Reduk­ tion der Fahrtwindgeräusche, werden für die Fahrzeuginsassen Ab­ rollgeräusche der Reifen hörbar, was zu einer deutlichen Komfort­ einbuße führt. Darüberhinaus werden durch Erscheinungen des unre­ gelmäßigen Abriebs natürlich auch die Fahreigenschaften negativ beeinflußt.But also irregular irregularities caused during operation Use of the tread pattern means that with increasing Mileage increases the rolling noise compared to a new tire. This not only leads to nuisance to the environment, but in follow the Reduk that is specifically used in vehicle development tion of the headwind noises, are for the vehicle occupants Ab Rolling noise of the tires audible, which leads to a clear comfort loss leads. In addition, phenomena of the unre Regular abrasion, of course, also negatively affects the driving characteristics influenced.

Weiterhin wird durch das Auftreten unregelmäßigen Abriebs die mög­ liche Laufleistung eines Reifens durch das partielle Erreichen der gesetzlich vorgeschriebenen Mindestprofiltiefe reduziert. Dies steht jedoch sowohl zur angestrebten Kundenzufriedenheit auch als zur gebotenen Ressourcenschonung im Widerspruch. Furthermore, the occurrence of irregular abrasion makes it possible mileage of a tire by partially reaching the legally prescribed minimum profile depth reduced. This stands both for the desired customer satisfaction as well contradicting the need to conserve resources.  

Für die Weiter- bzw. Neuentwicklung von Fahrzeugreifen ist es da­ her wichtig, den Profilabrieb auf der Lauffläche eines im Gebrauch gewesenen Fahrzeugreifens zu kennen, um hieraus Schlußfolgerungen für gezielte konstruktive Veränderungen zu finden.It is there for the further development or new development of vehicle tires important, the tread wear on the tread in use known vehicle tire to draw conclusions from for targeted constructive changes.

Die EP-A-0 547 364 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen unregelmäßiger Profilabnutzung. Ein aus Reifen und Fel­ ge bestehendes Rad ist auf einer Achse drehbar angeordnet. Paral­ lel zu der Drehachse des Rades ist gegenüber der Lauffläche ein Lasersensor angeordnet, der in einer parallel zur Drehachse ver­ laufenden Richtung verschiebbar ist und senkrecht zur Drehachse einen Laserstrahl auf die Reifenlauffläche wirft und das von der Reifenlauffläche reflektierte Licht wieder empfängt. Aus dem re­ flektierten Licht wird in einer mit dem Lasersensor in Wirkverbin­ dung stehenden Rechner-/Auswerteeinheit der Abstand zwischen dem Lasersensor und der Oberfläche des Reifens, an der das Licht re­ flektiert wird, ermittelt. Aus den bekannten Koordinaten des La­ sersensors und dem Abstand des Sensors zum Reflexpunkt am Reifen (Meßpunkt) kann die Lage des Meßpunktes im Raum ermittelt werden. Zur Ermittlung der Reifenkontur wird der Sensor vor einer Profil­ rippe des Reifens ausgerichtet, das Rad mit einer definierten Ge­ schwindigkeit gedreht und der Laserstrahl des Lasersensors getak­ tet. Auf diese Art werden nach einer vollen Umdrehung des Rades eine Vielzahl von auf einer Linie des Umfangs liegenden Meßpunkte erfaßt. Nach einem Umlauf wird der Sensor parallel zur Drehachse des Rades verschoben und entlang einer neuen Umfangslinie eine Vielzahl von Meßpunkten ermittelt. In der Auswerteeinheit werden die Meßpunkte zu einem Abbild der Reifenlauffläche zusammenge­ setzt, so daß unterschiedliche Abnutzungen des Reifens auf einem Bildschirm sichtbar gemacht werden können.EP-A-0 547 364 discloses a method and an apparatus for measuring irregular profile wear. One made of tires and fel GE existing wheel is rotatably arranged on an axis. Paral The axis of rotation of the wheel is opposite the tread Laser sensor arranged in a ver parallel to the axis of rotation current direction is displaceable and perpendicular to the axis of rotation throws a laser beam on the tire tread from the Tire tread receives reflected light again. From the right reflected light is in an active connection with the laser sensor computer / evaluation unit the distance between the Laser sensor and the surface of the tire on which the light re is inflected. From the known coordinates of La sensor and the distance from the sensor to the reflex point on the tire (Measuring point) the position of the measuring point in space can be determined. To determine the tire contour, the sensor is placed in front of a profile rib of the tire aligned, the wheel with a defined Ge speed rotated and the laser beam from the laser sensor gotak tet. This way, after a full revolution of the wheel a plurality of measuring points lying on a line of the circumference detected. After one revolution, the sensor becomes parallel to the axis of rotation of the wheel and moved along a new circumference Numerous measuring points determined. In the evaluation unit the measurement points together to form an image of the tire tread sets, so that different wear of the tire on one Screen can be made visible.

Außerdem ist es bekannt, unregelmäßige Abriebeffekte durch Foto­ grafieren des Versuchsreifens bildhaft darzustellen, um damit ei­ nen visuellen Eindruck zu erzeugen. Weitere Möglichkeiten zur Er­ fassung der Ausprägung und Ausdehnung von Abriebphänomenen beste­ hen im Betrachten und Ertasten derselben. It is also known to have irregular abrasion effects from photo graphically depict the test tire in order to to create a visual impression. Other opportunities for Er The best way to understand the nature and extent of abrasion phenomena see and feel the same.  

Aus der DE 38 29 925 C2 ist eine Vorrichtung zur optischen Vermes­ sung von Zähnen in der Mundhöhle bekannt, die mit unterschiedli­ chen photometrischen Meßverfahren betrieben werden kann.DE 38 29 925 C2 describes a device for optical measurement Solution of teeth in the oral cavity known with differ Chen photometric measurement process can be operated.

Hiervon ausgehend soll ein neues Verfahren zur flächenhaften Ver­ messung geschaffen werden, mit dem unregelmäßig abgeriebenes Rei­ fenprofil vermessen und erfaßt werden kann. Außerdem soll eine Vorrichtung zur Ausführung des neuen Verfahrens zur Verfügung ge­ stellt werden.Based on this, a new procedure for area ver measurement can be created with the irregularly rubbed rice fenprofil can be measured and recorded. In addition, a Device for executing the new method is available be put.

Hinsichtlich des Verfahrens erfolgt die Lösung der Aufgabe durch folgende Schritte:
With regard to the method, the task is solved by the following steps:

  • - die Profiloberfläche des Reifens wird über ihren Umfang in meh­ rere jeweils über die volle Reifenbreite reichende Meßabschnit­ te unterteilt,- The tread surface of the tire over its circumference in meh rere measuring section extending over the full width of the tire te divided,
  • - für jeden Meßabschnitt erfolgt mittels strukturierten Lichts eine topometrische Vermessung nach dem Phasenshift-Verfahren, wobei zur Erzeugung von Interferenzdaten mindestens drei pha­ senverschobene Streifenprojektionen aufgezeichnet werden,- For each measuring section, structured light is used a topometric measurement using the phase shift method, wherein at least three pha shifted fringe projections are recorded,
  • - zusätzlich zum Phasenshift-Verfahren erfolgt eine topometrische Vermessung jedes Meßabschnitts nach dem Gray-Code-Verfahren,- In addition to the phase shift method, there is a topometric Measurement of each measuring section according to the Gray code method,
  • - durch Vergleich der aus dem Phasenshift-Verfahren erhaltenen Höhenwerte und der aus dem Gray-Code-Verfahren erhaltenen ein­ deutigen Höhenzuordnungen wird die Mehrdeutigkeit der Höhenwer­ te eliminiert,- By comparing those obtained from the phase shift process Height values and the one obtained from the Gray code method clear height assignments becomes the ambiguity of the Höhenwer eliminated,
  • - die so erhaltenen eindeutigen Höhenwerte werden mit einer Refe­ renzkontur verglichen und durch Subtraktion werden kalibrierte, absolute Höhenwerte der Profiloberfläche ermittelt, - The clear height values obtained in this way are compared with a ref boundary contour is compared and subtraction is used to calibrate, determined absolute height values of the profile surface,  
  • - die kalibrierten absoluten Höhenwerte werden gespeichert, der Reifen um einen Meßabschnitt weitergedreht und die einzelnen Schritte so oft wiederholt, bis der Reifen über seinen vollen Umfang vermessen wurde.- The calibrated absolute altitude values are saved Tires turned by one measurement section and the individual Repeat steps until the tire is over its full Extent was measured.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann in vorteilhafter Weise eine flächenhafte 3D-Vermessung in sehr kurzer Aufnahmezeit durch Kombination von Phasenshift-Verfahren mit Gray-Code-Verfahren er­ folgen. Zur Bildaufnahme kann eine Videokamera mit CCD-Chip ver­ wendet werden. Die erreichbare Flächenauflösung erfolgt aus der Pixelauflösung der Kamera und der Digitalisierung des Bidverarbei­ tungssystems. Zur Vermessung einer kompletten Lauffläche werden, abhängig von der Reifengröße, zwischen 10 und 20 Einzelbilder bei äquidistanten Drehwinkeln aufgenommen. Mit einer kalibrierten Auf­ nahmegeometrie lassen sich die kartesischen Koordinaten dieser Einzelmessungen in ein lokales, polares Koordinatensystem umrech­ nen.With the method according to the invention can advantageously extensive 3D measurement in a very short recording time Combination of phase shift methods with Gray code methods  consequences. A video camera with a CCD chip can be used to record images be applied. The achievable area resolution takes place from the Pixel resolution of the camera and digitization of the bid processing system. To measure a complete tread, depending on the tire size, between 10 and 20 single images Equidistant angles of rotation added. With a calibrated on geometry, the Cartesian coordinates of this Convert individual measurements into a local, polar coordinate system nen.

Die Referenzkontur wird vorteilhaft durch azimutale Mittelung der zuvor ermittelten kalibrierten, absoluten Höhenwerte entlang ein­ zelner Meßspuren analog der Gleichung:
The reference contour is advantageously obtained by azimuthal averaging of the previously determined, calibrated, absolute height values along individual measurement tracks analogous to the equation:

ermittelt. Wenn die Kontur des zu vermessenden Reifens infolge der aufgetretenen Abbriebeffekte nicht mehr mit der Ausgangskontur vergleichbar ist, kann die Referenzkontur durch interaktive Be­ stimmung ausgewählter Konturpunkte und anhand dieser Konturpunkte durchgeführter geeigneter mathematischer Interpolationsverfahren, wie beispielsweise die Spline-Interpolation, ermittelt werden. Damit ist es auch möglich, beispielsweise Schulterschrägabnutzun­ gen oder eine Freilaufrille zu berücksichtigen. Bei Berücksichti­ gung der hier beim Ergebnis verursachten gleichzeitigen Darstel­ lung von Abrieb- und Konturveränderungen ist dies Verfahren auch unter Zuhilfenahme eines Neureifens anwendbar. Um den Anteil der Konturveränderungen möglichst gering zu halten, ist es vorteil­ haft, wenn der Neureifen dementsprechend zuvor einem Wachstumslauf unterzogen wird.determined. If the contour of the tire to be measured is due to the abrasion effects no longer occur with the initial contour is comparable, the reference contour by interactive loading selected contour points and based on these contour points suitable mathematical interpolation procedures performed, such as spline interpolation. It is also possible, for example, to wear sloping shoulders or to consider a freewheel groove. Taking into account of the simultaneous representation caused here in the result This procedure is also used to treat abrasion and contour changes applicable with the help of a new tire. To the share of It is advantageous to keep contour changes as small as possible is liable if the new tire has previously undergone a growth run is subjected.

Bei asymmetrischem Verschleiß der Reifenkontur ist es vorteilhaft, die Referenzkontur nur über einer Profilhälfte zu ermitteln und die erhaltene Referenzkonturhälfte an der Profilmittelachse, dem Zenit, zu spiegeln. Sinnvollerweise wird die Referenzkontur an der Profilhälfte ermittelt, die die geringeren Abriebserscheinungen aufweist, da die Referenzkontur ja die theoretisch erwartete gleichmäßige Abnutzung des Reifenprofils unter Berücksichtigung der Laufleistung widerspiegelt.If the tire contour is worn asymmetrically, it is advantageous to determine the reference contour only over one profile half and the reference contour half obtained on the profile center axis, the Zenith to mirror. It makes sense to use the reference contour on the Half of the profile determines the lower signs of abrasion  since the reference contour is the theoretically expected even wear of the tread pattern taking into account reflects the mileage.

Zur Eliminierung von Einflüssen der sogenannten Tire Uniformity, das heißt also Schwankungen der Reifengleichfömigkeit, wird über den Umfang des Reifens jeweils der Radius des Zenits am Abriebrei­ fen bestimmt, und an den daraus erhältlichen Kurvenverlauf der kalibrierten absoluten Höhenwerte die ermittelte Referenzkontur angehängt. Durch die Bestimmung der Radien des Zenits erhält man den Kurvenverlauf der absoluten Höhenwerte des Zenits über der Drehachse. Die Auflösung wird vorteilhafterweise 400 gon betragen. Wird nun die ermittelte Referenzkontur an diese Kurve angehängt und winkelrichtig von den Original-Meßdaten abgezogen erhält man als Differenz die Darstellung der ungleichmäßig abgeriebenen Pro­ filbereiche.To eliminate influences of the so-called tire uniformity, that is, fluctuations in tire uniformity is over the circumference of the tire, the radius of the zenith on the abrasion porridge fen determined, and based on the resulting curve of the calibrated absolute height values the determined reference contour attached. By determining the radii of the zenith one obtains the course of the absolute height values of the zenith above the Axis of rotation. The resolution will advantageously be 400 gon. Now the determined reference contour is attached to this curve and subtracted from the original measurement data at the correct angle is obtained as a difference the representation of the unevenly rubbed Pro fil areas.

Die Radiusbestimmung des Zenits erfolgt vorteilhafterweise über ein im Zenit auf den Abriebreifen aufgelegtes flexibles Band. Zur Berechnung einer Referenzkontur können auch die Höhenwerte mehre­ rer über den Reifen gelegter Bänder ermittelt werden.The zenith radius is advantageously determined via a flexible band placed at the zenith on the abrasion tire. For Calculating a reference contour can also increase the height values bands over the tire can be determined.

Damit der ungleichmäßige Profilabrieb visuell erkennbar ist, wer­ den den kalibrierten absoluten Höhenwerten von einem Bildverarbei­ tungssystem entsprechende unterschiedliche Grauwerte zugewiesen und auf einem Bildschirm dargestellt, wodurch sich dann ein Abbild des unterschiedlichen Profilabriebes einstellt.So that the uneven profile abrasion is visually recognizable who the calibrated absolute height values from an image processing corresponding different gray values and displayed on a screen, which then creates an image of different profile abrasion.

Wenn den unterschiedlichen Grauwerten unterschiedliche Falschfar­ ben zugewiesen werden, ist die farbliche Darstellung des Profil­ abriebes kontrastreicher und kann vom Betrachter schneller erfaßt werden, ohne daß er exakte Kenntnis über definierte Höhenwerte benötigt.If the different gray values different false color ben is the color of the profile abrasion more contrast and can be grasped more quickly by the viewer without having precise knowledge of defined altitude values needed.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist die Merkma­ le nach Anspruch 10 auf. The Merkma has a device for carrying out the method le according to claim 10.  

Der Streifenprojektor und die Kamera sind vorzugsweise in zwei zur Drehachse des Reifens senkrechten Richtungen bewegbar und um eine zur Drehachse des Reifens parallele Achse schwenkbar angeordnet.The strip projector and the camera are preferably in two Axis of rotation of the tire can be moved perpendicular directions and around a axis parallel to the axis of rotation of the tire pivotally arranged.

Zur Kalibrierung des Meßsystems ist ein linear verschiebbarer Tisch mit einer der Größe des ausgewählten Meßabschnittes am Rei­ fen entsprechenden planen Oberfläche auf die Drehachse des Reifens aufsetzbar, über die Höhe des Profils des Reifens verschiebbar und in mehrere Winkelpositionen drehbar.A linearly displaceable is for calibrating the measuring system Table with the size of the selected measuring section on the Rei The corresponding flat surface on the axis of rotation of the tire attachable, movable over the height of the profile of the tire and rotatable in several angular positions.

Anhand einer Zeichnung soll die Erfindung nachfolgend näher erläu­ tert werden. Es zeigt:The invention will be explained in more detail below with the aid of a drawing be tert. It shows:

Fig. 1 - den Aufbau des Meßsystems, Fig. 1 - the construction of the measuring system,

Fig. 2 - die Anordnung der Meßapparatur, Fig. 2 - the arrangement of the measuring apparatus,

Fig. 3 - die Darstellung des Meßausschnittes des Reifens bei der Streifenprojektion, Fig. 3 - the presentation of the Meßausschnittes of the tire at the fringe projection,

Fig. 4 - die Darstellung des unregelmäßigen Abriebbildes eines Reifens in verschiedenen Grauwerten, Fig. 4 - the representation of the irregular wear pattern of a tire in different gray values,

Fig. 5 - die Darstellung einzelner Schnittlinien in dem Reifen nach Fig. 4, Figure 5 -.. The representation of individual cut lines in the tire according to Figure 4,

Fig. 6 - das Abriebniveau unter der Referenzkontur gemäß Schnitt­ linie 1 nach Fig. 5, Fig. 6 - the abrasion level of the reference contour according to the section line 1 of Figure 5.

Fig. 7 - das Abriebniveau unter der Referenzkontur gemäß Schnitt­ linie 2 nach Fig. 5, Fig. 7 - the abrasion level of the reference contour according to the section line 2 of Figure 5.

Fig. 8 - das Abriebniveau unter der Referenzkontur gemäß Schnitt­ linie 3 nach Fig. 5, Fig. 8 - the abrasion level of the reference contour according to the section line 3 of Figure 5.

Fig. 9 - eine Vorrichtung zur Kalibrierung des Meßsystems. Fig. 9 - a device for calibration of the measuring system.

Das aus Reifen 4 und Felge 5 bestehende Rad 1 ist drehbar in äqui­ distanten Schritten von beispielsweise 400 gon drehbar in einer nicht näher dargestellt Vorrichtung gelagert. Oberhalb des Rades 1 sind an einer Schiene 6 ein LCD-Streifenprojektor 2 und eine Vi­ deokamera 3 hängend angeordnet. Der Streifenprojektor 2 und die Kamera 3 sind in vertikaler Richtung verschiebbar an Aufhängungen 7, 8 befestigt. Die Aufhängungen 7, 8 sind wiederum auf der Schiene 6 in horizontaler Richtung linear verschiebbar. Über eine entspre­ chende Gelenkausbildung sind der Projektor 2 und die Kamera 3 um ihre Aufhängungsachse schwenkbar an der Aufhängung 7, 8 befestigt. Die einzelnen Freiheitsgrade des Meßsystemes sind in Fig. 2 durch Doppelpfeile dargestellt.The wheel 1 consisting of the tire 4 and the rim 5 is rotatably supported in equi-distant steps of, for example, 400 gon in a device which is not shown in detail. Above the wheel 1 , an LCD strip projector 2 and a video camera 3 are arranged hanging on a rail 6 . The strip projector 2 and the camera 3 are attached to suspensions 7 , 8 so as to be displaceable in the vertical direction. The suspensions 7 , 8 are in turn linearly displaceable on the rail 6 in the horizontal direction. About a corre sponding hinge training, the projector 2 and the camera 3 are pivotally attached to the suspension 7 , 8 about their suspension axis. The individual degrees of freedom of the measuring system are shown in FIG. 2 by double arrows.

Sowohl der LCD-Streifenprojektor 2 als auch die Videokamera 3 sind über einen Computer 10 untereinander und mit einem Kontrollmonitor 11 und einem Videoprinter 12 verbunden. Im Computer 10 ist eine geeignete Bildverarbeitungssoftware, beispielsweise "Holon-View" vorgesehen.Both the LCD strip projector 2 and the video camera 3 are connected to one another via a computer 10 and to a control monitor 11 and a video printer 12 . A suitable image processing software, for example "Holon-View", is provided in the computer 10 .

Der programmierbare LCD-Streifenprojektor 2 beleuchtet die Profil­ oberfläche streifenförmig mit strukturiertem Licht (Streifenpro­ jektion). Aufgrund der nicht glatten Oberfläche des Reifens ergibt sich ein nicht geradliniger Linienmusterverlauf. Über die Videoka­ mera 3 wird dieser Linienmusterverlauf aufgezeichnet (vergl. Fig. 3). Durch Überlagerung von mindestens drei phasenverschobenen Streifenprojektionen läßt sich aus den Interferenzdaten (Moiré- Linien), die aus der bei der Überlagerung resultierenden Aus­ löschung und Verstärkung der überlagerten Linien entstehen, jedem Punkt auf der Profiloberfläche ein Höhenwert zuordnen. Vorausset­ zung hierzu ist natürlich, was dem Fachmann geläufig ist, daß das Meßsystem in seiner Aufnahmegeometrie zuvor kalibriert worden ist.The programmable LCD strip projector 2 illuminates the profile surface in a strip shape with structured light (strip projection). The non-smooth surface of the tire results in a non-straight line pattern. This line pattern course is recorded via the video camera 3 (cf. FIG. 3). By superimposing at least three phase-shifted stripe projections, each point on the profile surface can be assigned a height value from the interference data (moiré lines) resulting from the deletion and amplification of the superimposed lines resulting from the superimposition. The prerequisite for this is, of course, what is known to the person skilled in the art that the measuring system has been previously calibrated in its recording geometry.

Bei gutem Kontrast der projizierten Linien ist mit dem Phasen­ shift-Verfahren eine Genauigkeit der Phasenbestimmung von etwa 5% erreichbar. Die mit dem Phasenshift-Verfahren ermittelten Höhen­ werte besitzen aber noch keine eindeutige Zuordnung, weil der Pha­ senwinkel nur Modulo 2π eindeutig berechnet werden kann. Das heißt, die tatsächliche Profilhöhe kann aus den Höhenlinien, die durch das Phasenbild gegeben sind, nicht eindeutig angegeben wer­ den.With good contrast of the projected lines is with the phase shift method an accuracy of the phase determination of about 5% reachable. The heights determined using the phase shift method values do not yet have an unambiguous assignment because the Pha only modulus 2π can be uniquely calculated. The that is, the actual profile height can be derived from the contour lines that are given by the phase diagram, not clearly specified who the.

Hierzu werden im Anschluß an das Phasenshift-Verfahren vom Rechner 10 gesteuert über den Streifenprojektor 2 aufeinanderfolgende Li­ nienmuster nach dem Gray-Code-Verfahren projiziert. Bekanntlich werden bei dem Gray-Code-Verfahren hintereinander Hell-/Dunkelbil­ der projiziert, wobei die Flächen der Hell- und Dunkelfelder je­ weils bei dem nachfolgenden Bild halbiert wird. Die Sequenz der Projektion ist frei wählbar. For this purpose, following the phase shift method controlled by the computer 10 via the stripe projector 2 successive line patterns projected according to the Gray code method. As is well known, the gray code method projects light / dark images one after the other, with the areas of the light and dark fields being halved in each case in the image below. The sequence of the projection is freely selectable.

Die auf die Profiloberfläche projizierte Linienmustersequenz wird wiederum über die Kamera aufgezeichnet. An den Linienkanten, der Binarisierung des Linienmuster, kann im Rechner 10 eine Höhenbe­ stimmung des vermessenen Profils erfolgen. Eine Höhenzuordnung der Profiloberfläche kann zwar nur grob erfolgen, da sie nur über die Linienkanten möglich ist, dafür ist die Höhenzuordnung aber ein­ deutig. Im Rechner 10 werden nun die darin gespeicherten aus dem Phasenshift-Verfahren gewonnenen Daten mit denen aus dem Gray-Co­ de-Verfahren gewonnenen Daten verglichen, so daß die Mehrdeutig­ keit der Ergebnisse aus den Phasenshift-Verfahren eliminiert wer­ den kann. Es ist nun ein Satz relativer Höhenwerte vorhanden. Um aus den relativen Höhenwerten zu absoluten Höhenwerten zu gelangen werden diese Daten mit den Daten einer Referenzkontur verglichen.The line pattern sequence projected onto the profile surface is in turn recorded on the camera. At the line edges, the binarization of the line pattern, a height determination of the measured profile can take place in the computer 10 . A height assignment of the profile surface can only be done roughly, since it is only possible via the line edges, but the height assignment is clear. In the computer 10 , the data stored therein from the phase shift method are now compared with the data obtained from the Gray-Co de method, so that the ambiguity of the results from the phase shift method can be eliminated. A set of relative elevation values is now available. In order to arrive at absolute height values from the relative height values, these data are compared with the data of a reference contour.

Um eine Referenzkontur zu bestimmen kommen mehrere Verfahren in Betracht, die vom Zustand des Abriebreifens abhängen. Solange der zu vermessende Reifen (Abriebreifen) noch mit der Ausgangskontur vergleichbar ist, erfolgt die Bestimmung der Referenzkontur durch azimutale Mittelung der Höhenwerte auf der Profiloberfläche ent­ lang der einzelnen Meßspuren analog der Gleichung:
In order to determine a reference contour, several methods can be used which depend on the condition of the abrasion tire. As long as the tire to be measured (abrasion tire) is still comparable with the starting contour, the reference contour is determined by azimuthally averaging the height values on the tread surface along the individual measuring tracks analogously to the equation:

Sind die Abriebeffekte so stark, daß die Kontur des Reifens nicht mehr mit der Ausgangskontur vergleichbar ist (Freilaufrille, Schulterschrägabnutzung) kann die Bestimmung der Referenzkontur durch Spline-Interpolation interaktiv bestimmter Konturpunkte, die für sich mit der Ausgangskontur des Reifens vergleichbar sind, bestimmt werden.The abrasion effects are so strong that the contour of the tire is not is more comparable to the starting contour (freewheel groove, Shoulder slope wear) can determine the reference contour by spline interpolation of certain contour points, which are interactive are comparable with the starting contour of the tire, be determined.

Die ermittelte Referenzkontur wird ebenfalls im Rechner 10 gespei­ chert. Die aus dem kombinierten Phasenshift-Verfahren und Gray- Code-Verfahren erhaltenen relativen Höhendaten werden von den ab­ soluten Höhendaten der Referenzkontur subtrahiert, wodurch nun absolute Höhendaten der ausschnittsweise vermessenen Profilober­ fläche resultieren. Diese absoluten Höhenwerte werden nun ebenfalls im Rechner 10 gespeichert, das Rad 1 um einen Meßab­ schnitt weitergedreht und die zuvor beschriebenen Projektionen und Berechnungen erneut durchgeführt. Dies wird so oft wiederholt, bis die Profilfläche vollständig vermessen wurde. Die Anzahl der Schritte hängt ab von der Größe des Meßfeldes.The determined reference contour is also stored in the computer 10 . The relative height data obtained from the combined phase shift method and Gray code method are subtracted from the absolute height data of the reference contour, which now results in absolute height data of the profile surface measured in sections. These absolute altitude values are now also stored in the computer 10 , the wheel 1 is rotated by one section and the previously described projections and calculations are carried out again. This is repeated until the profile surface has been completely measured. The number of steps depends on the size of the measuring field.

Die ermittelten kalibrierten absoluten Höhenwerte werden nun durch die Bildverarbeitungssoftware im Rechner 10 unterschiedlichen Grauwerten zugeordnet, so daß auf dem Kontrollmonitor 11 eine Dar­ stellung der Oberfläche des Reifens 4 in unterschiedlichen Tönun­ gen möglich ist (vergl. Fig. 4), so daß der Betrachter aufgrund der unterschiedlichen Tönungen erkennt, wie weit ein Bereich ge­ genüber der Referenzkontur stärker oder geringer abgenutzt ist. Bei der in Fig. 4 gezeigten Darstellung sind in weiß die Bereiche erkennbar, die gegenüber der Referenzkontur nicht abweichen und in schwarz, die, die zwischen 3,4 und 3,8 mm stärker abgenutzt sind. Um die Darstellung weiter zu verdeutlichen, werden die Grauwerte vorzugsweise unterschiedlichen Falschfarben zugeordnet, wodurch der Kontrast erhöht wird. Die Zwischenbereiche, für die in der Darstellung hier kaum Unterschiede erkennbar sind, würden dann in völlig anderen Farben erscheinen, so daß sie deutlich erkennbar wären. Fig. 6 bis 8 zeigen das Abriebniveau entlang den Schnittlinien 1, 2, 3 in Fig. 5, die aus den zuvor ermittelten Da­ ten berechnet wurden.The determined calibrated absolute height values are now assigned by the image processing software in the computer 10 different gray values so that on the control monitor 11, a Dar position of the surface of the tire 4 in different Tönun gen is possible (see Fig. Fig. 4), so that the viewer due to The different tints recognize how far an area is more or less worn compared to the reference contour. In the illustration shown in FIG. 4, the areas that do not differ from the reference contour can be seen in white and those that are more worn between 3.4 and 3.8 mm in black. In order to further clarify the representation, the gray values are preferably assigned to different false colors, as a result of which the contrast is increased. The intermediate areas, for which there are hardly any differences in the illustration, would then appear in completely different colors, so that they would be clearly recognizable. FIGS. 6 to 8 3 show the abrasion level along section lines 1, 2, in Fig. 5, which were calculated from the previously determined da ta.

Der LCD-Streifenprojektor 2 ist unter einem Winkel von ca. 30° zur Orientierung der Kamera montiert. Der optimale Winkel für die Auf­ nahme ist abhängig von der Meßaufgabe. Je größer der Winkel ge­ wählt werden kann, desto besser ist natürlich die erreichbare Auf­ lösung. Andererseits ist bei kleinerem Winkel aufgrund geringerer Abschattung das Profil besser aufnehmbar. Die Geometrie von Pro­ jektor 2, Kamera 3, Reifen 4 muß daher abhängig von der Meßaufga­ be, dem Reifenprofil und der Reifengröße empirisch bestimmt wer­ den. Aufgrund der Krümmung des Reifens 4, die eine perspektivische Entzerrung und Koordinatentransformation der Meßdaten erfordert ist für das Meßsystem eine auf die Nabe des Rades 1 aufsetzbare Kalibriervorrichtung 15 vorgesehen, die in vertikaler Richtung verschiebbar und in Drehrichtung des Rades 1 schwenkbar ist. Zum Kalibrieren wird die Vorrichtung 15 auf die Nabe aufgesetzt und eine ebene Platte 16 in vertikaler Richtung seitlich am Rad 5 so weit nach oben gefahren, daß sie mit der Profiloberfläche ab­ schließt (obere Meßvolumenbegrenzung). Anschließend wird sie in die Mittellage und die untere Meßvolumenbegrenzung, zur Berück­ sichtigung der Reifenkrümmung entsprechend des Meßbildaus­ schnittes verfahren und zur Kalibrierung der Drehachse um die Drehachse des Rades 1 in verschiedene Winkelposi­ tionen geschwenkt. Dabei werden jeweils nach den zuvor beschriebe­ nen Verfahren Aufnahmen gemacht. Mit Hilfe der in den verschiede­ nen Stellungen gemachten Aufnahmen lassen sich die kartesischen Koordinaten der Originalmessung in Polarkoordinaten überführen. Somit wird dann eine eindeutige Zuordnung der Meßdaten zu ihrer Lage am Reifen 4 (bezogen auf den Radius und den Winkel) ermög­ licht.The LCD strip projector 2 is mounted at an angle of approximately 30 ° for the orientation of the camera. The optimal angle for recording depends on the measurement task. The larger the angle can be selected, the better the resolution that can be achieved, of course. On the other hand, the profile can be better recorded at a smaller angle due to less shading. The geometry of pro jector 2 , camera 3 , tire 4 must therefore be determined empirically depending on the Meßaufga be, the tire tread and the tire size. Due to the curvature of the tire 4 , which requires perspective equalization and coordinate transformation of the measurement data, a calibration device 15 which can be placed on the hub of the wheel 1 is provided for the measurement system and can be displaced in the vertical direction and pivoted in the direction of rotation of the wheel 1 . To calibrate the device 15 is placed on the hub and a flat plate 16 in the vertical direction on the side of the wheel 5 so far up that it closes with the profile surface from (upper measurement volume limit). Then it is moved to the center position and the lower measurement volume limit, taking into account the tire curvature in accordance with the measurement image section and pivoted to calibrate the axis of rotation about the axis of rotation of the wheel 1 in various angular positions. Recordings are made in each case according to the previously described procedure. With the help of the recordings made in the various positions, the Cartesian coordinates of the original measurement can be converted into polar coordinates. A clear assignment of the measurement data to its position on the tire 4 (based on the radius and the angle) is then made possible.

Die Vorrichtung 15 zum Kalibrieren ist aus Fig. 9 ersichtlich und besteht aus den beiden in vertikaler Richtung relativ zueinander verschiebbaren Schlitten 18a, 18b. Am Schlitten 18a ist die Naben­ aufnahme 20 und am Schlitten 18b der Adapter 19 befestigt, bei­ spielsweise verschraubt. Am Adapter 19 ist ein Winkel 17 befe­ stigt, auf dem wiederum die Platte 16, die Kalibrierplatte, ange­ ordnet ist.The device 15 for calibration can be seen from FIG. 9 and consists of the two slides 18 a, 18 b which can be displaced in the vertical direction relative to one another. On the carriage 18 a, the hub receptacle 20 and on the carriage 18 b, the adapter 19 is fastened, for example screwed. At the adapter 19 , an angle 17 is BEFE Stigt, on which in turn the plate 16 , the calibration plate, is arranged.

Claims (13)

1. Verfahren zur flächenhaften Vermessung und Erfassung des Pro­ filabriebs auf der Lauffläche eines Fahrzeugreifens mit fol­ genden Schritten:
  • 1. die Profiloberfläche des Reifens wird über ihren Umfang in mehrere jeweils über die volle Reifenbreite reichende Meßabschnitte unterteilt,
  • 2. für jeden Meßabschnitt erfolgt mittels strukturierten Lichts eine topometrische Vermessung nach dem Phasen­ shift-Verfahren, wobei zur Erzeugung von Interferenz­ daten mindestens drei phasenverschobene Streifenprojek­ tionen aufgezeichnet werden,
  • 3. zusätzlich zum Phasenshift-Verfahren erfolgt eine topo­ metrische Vermessung jedes Meßabschnitts nach dem Gray- Code-Verfahren,
  • 4. durch Vergleich der aus dem Phasenshift-Verfahren erhal­ tenen Höhenwerte und der aus dem Gray-Code-Verfahren erhaltenen eindeutigen Höhenzuordnungen wird die Mehr­ deutigkeit der Höhenwerte eliminiert,
  • 5. die so erhaltenen eindeutigen Höhenwerte werden mit ei­ ner Referenzkontur verglichen und durch Subtraktion wer­ den kalibrierte absolute Höhenwerte der Profiloberfläche ermittelt,
  • 6. die kalibrierten absoluten Höhenwerte werden ge­ speichert, der Reifen um einen Meßabschnitt weiterge­ dreht und die einzelnen Schritte so oft wiederholt, bis der Reifen über seinen vollen Umfang vermessen wurde.
1. Procedure for areal measurement and recording of the profile wear on the tread of a vehicle tire with the following steps:
  • 1. the tread surface of the tire is divided over its circumference into a number of measuring sections each extending over the full width of the tire,
  • 2. For each measuring section, a topometric measurement is carried out using the phase shift method using structured light, at least three phase-shifted strip projections being recorded to generate interference data,
  • 3. in addition to the phase shift method, a topometric measurement of each measuring section is carried out using the Gray code method,
  • 4. The ambiguity of the altitude values is eliminated by comparing the altitude values obtained from the phase shift method and the unique altitude assignments obtained from the Gray code method,
  • 5. The clear height values obtained in this way are compared with a reference contour, and the calibrated absolute height values of the profile surface are determined by subtraction.
  • 6. The calibrated absolute altitude values are stored, the tire rotates one measurement section and the individual steps are repeated until the tire has been measured over its entire circumference.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzkontur durch azimutale Mittelung der zuvor ermittel­ ten kalibrierten, absoluten Höhenwerte entlang einzelner Meßspuren (rZ) analog der Gleichung:
ermittelt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the reference contour by azimuthal averaging of the previously determined ten calibrated, absolute height values along individual measurement tracks (r Z ) analogous to the equation:
is determined. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus­ gewählte Konturpunkte interaktiv bestimmt und anhand dieser Konturpunkte mit Hilfe geeigneter mathematischer Interpola­ tionsverfahren (beispielsweise Spline-Interpolation) die Referenzkontur ermittelt wird.3. The method according to claim 1, characterized in that from The selected contour points are determined interactively and based on these Contour points with the help of suitable mathematical interpola tion process (e.g. spline interpolation) Reference contour is determined. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst nur über einer Profilhälfte die Referenzkontur ermittelt und die erhaltene Referenzkonturhälfte an der Pro­ filmittelachse gespiegelt wird.4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that initially the reference contour only over one profile half determined and the received reference contour half on the Pro central axis is mirrored. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Eliminierung von Einflüssen der Schwankun­ gen der Reifengleichförmigkeit über den Umfang des Reifens jeweils der Radius des Zenits bestimmt wird, und an den dar­ aus erhältlichen Kurvenverlauf der kalibrierten absoluten Höhenwerte die ermittelte Referenzkontur angehängt wird.5. The method according to any one of claims 2 to 4, characterized records that to eliminate influences of fluctuations uniformity across the circumference of the tire in each case the radius of the zenith is determined, and at the from the available curve of the calibrated absolute The determined reference contour is appended. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß den kalibrierten absoluten Höhenwerten von einem Bildverarbeitungssystem entsprechende unterschiedliche Grauwerte zugewiesen und auf einem Bildschirm dargestellt werden, wodurch sich ein Abbild des unterschiedlichen Pro­ filabriebs ergibt.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized records that the calibrated absolute altitude values of different image processing system Gray values assigned and displayed on a screen be, which is an image of the different Pro filabriebs results. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß den unterschiedlichen Grauwerten unterschiedliche Falschfarben zugewiesen werden, zur farblichen Darstellung des Profilab­ riebs auf dem Bildschirm. 7. The method according to claim 6, characterized in that the different gray values different false colors be assigned to the color representation of the profile rubbed the screen.   8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Radiusbestimmung über ein im Zenit aufgelegtes flexibles Band erfolgt.8. The method according to claim 5, characterized in that the Radius determination via a flexible placed in the zenith Tape is done. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Berechnung einer Referenzkontur die Höhenwerte mehrerer über den Reifen gelegter Bänder ermittelt werden.9. The method according to claim 8, characterized in that for Calculating a reference contour the height values of several over the tires of laid strips are determined. 10. Vorrichtung zur flächenhaften Vermessung und Erfassung des Profilabriebs auf der Lauffläche eines Fahrzeugreifens mit
  • 1. einer antreibbaren Drehvorrichtung für einen Reifen zur Positionierung mehrerer über seinen Umfang verteilter Messabschnitte,
  • 2. einem oberhalb des Reifens in einem Winkel zur Lotrech­ ten auf den Messabschnitt angeordneten LCD-Streifenpro­ jektor, zur programmierten Erzeugung von mindestens drei phasenverschobenen Streifenmustern für ein Phasenshift- Verfahren sowie von Streifenmustern für ein Gray-Code- Verfahren auf der Profiloberfläche über die volle Rei­ fenbreite,
  • 3. eine oberhalb des Reifens gegenüber dem Streifenprojek­ tor und in einem Winkel zur Lotrechten auf dem Messab­ schnitt angeordneten Kamera, zur Erfassung der Linien­ verläufe auf der Profiloberfläche,
  • 4. einen mit dem Streifenprojektor und der Kamera verbunde­ nen Rechner zur Bildverarbeitung mit einer Einrichtung zur Erfassung, Auswertung und zum Vergleich der Meßdaten nach dem Phasenshift- und dem Gray-Code-Verfahren zur Elimination von Mehrdeutigkeiten der Höhenwerte sowie zur Subtraktion der eindeutigen Höhenwerte von einer Referenzkontur,
  • 5. einen mit dem Rechner verbundenen Monitor,
  • 6. einen mit dem Rechner verbundenen Drucker zur Ausgabe der Meßdaten.
10. Device for areal measurement and detection of tread wear on the tread of a vehicle tire with
  • 1. a drivable rotating device for a tire for positioning a plurality of measuring sections distributed over its circumference,
  • 2. an LCD stripe projector arranged above the tire at an angle to the perpendicular to the measuring section, for the programmed generation of at least three phase-shifted stripe patterns for a phase shift method and of stripe patterns for a Gray code method on the tread surface over the full Tire width,
  • 3. a camera arranged above the tire opposite the stripe projector and at an angle to the vertical on the measuring section, for detecting the lines on the tread surface,
  • 4. a computer connected to the strip projector and the camera for image processing with a device for recording, evaluating and comparing the measurement data according to the phase shift and the Gray code method for eliminating ambiguities in the height values and for subtracting the clear height values from a reference contour,
  • 5. a monitor connected to the computer,
  • 6. a printer connected to the computer for output of the measurement data.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucker ein Farbdrucker ist.11. The device according to claim 10, characterized in that the printer is a color printer. 12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeich­ net, daß der Streifenprojektor und die Kamera in zwei zur Drehachse des Reifens senkrechten Richtungen bewegbar und um eine zur Drehachse des Reifens parallele Achse schwenkbar angeordnet sind.12. The apparatus according to claim 10 or 11, characterized in net that the strip projector and the camera in two for Axis of rotation of the tire can be moved in vertical directions and around an axis parallel to the axis of rotation of the tire is pivotable are arranged. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Kalibrierung des Meßsystems ein linear verschiebbarer Tisch mit einer der Größe des ausgewählten Meßabschnittes am Reifen entsprechenden planen Oberfläche auf die Drehachse des Reifens aufsetzbar, über die Höhe des Profils des Reifens verschiebbar und in mehrere Winkelposi­ tionen drehbar ist.13. Device according to one of claims 10 to 12, characterized ge indicates that a linear sliding table with one of the size of the selected one Measuring section on the tire corresponding flat surface can be placed on the axis of rotation of the tire, over the height of the Tread profile slidable and in multiple angular positions tion is rotatable.
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