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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum
Bestimmen des Profils von Reifen.
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Die japanische Gebrauchsmusterveröffentlichung SHO 62-102110
offenbart eine Vorrichtung zum Messen des Radius einer
Reifenlauffläche. Diese umfaßt ein Mittel zum Messen des
Kronenradius eines Reifens, welches einen optischen Sensor zum
Messen des Abstandes zum Kronenabschnitt des Reifens zum Sensor
ohne Kontakt mit dem Reifen darstellt. Der Sensor ist so
angebracht, daß er in der Richtung der Achse des Reifens
bewegt werden und somit über die Laufflächenregion hinweg
abtasten kann. Die Ausgangssignale in bezug auf den Abstand vom
Sensor zur Oberfläche des Reifens und die Position des
optischen Sensors in bezug auf die axiale Richtung des Reifens
werden beide dazu verwendet, das Profil des
Reifenkronenabschnitts zu berechnen, indem drei Punkte auf dem
Laufflächenprofil gemessen werden und aus diesen drei Punkten berechnet
wird.
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Somit ist die herkömmliche Vorrichtung zum Messen des Radius
der Krone eines Reifens so ausgebildet, daß sie den
Kronenradius aus drei Punkten auf dem Laufflächenprofil bestimmt,
und sie ist daher nicht in der Lage, das Profil der
Laufflächenschulterabschnitte genau und schnell zu messen. Des
weiteren kann die Vorrichtung keine Messungen ausreichend hoher
Genauigkeit ergeben, da sie Variationen in der Kronenform
nicht mißt und einfach über drei Punkte mittelt.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein
Verfahren zum Bestimmen des Profils von Reifen zu schaffen,
welches so ausgebildet ist, daß es den Krümmungsradius in einem
kurzen Abschnitt des Reifens mit höherer Genauigkeit
bestimmt.
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Die vorliegende Erfindung umfaßt die Schritte, daß der
Reifen an einer Meßvorrichtung angebracht wird, wobei die
Reifendrehachse parallel zu einer X-Achse ist, daß senkrecht
zur X-Achse ein Y-Achse-Abstand (Yi) von einem Y-Achse-
Abstandmeßmittel der Meßvorrichtung zur Reifenlauffläche
gemessen und eine derartige Messung als Y-Daten gespeichert
wird, daß eine X-Achse-Position des
Y-Achse-Abstandmeßmittels entsprechend der M-Daten-Messung gemessen und eine
derartige Messung als X-Daten gespeichert wird, daß die
Messung und das Speichern der Y-Achse-Abstände und X-Achse-
Positionen wiederholt und dabei das Y-Achse-Abstandmeßmittel
entlang der X-Achse bewegt wird, und sie ist gekennzeichnet
durch die Schritte, daß Referenzdaten (-q, -p, +p, +q) des
zu vermessenden Reifens in ein Datenspeichermittel
eingegeben werden, wobei die Referenzdaten gestützt auf eine
Reifenäquatorlinie, die auf einen X-Achse-Nullpunkt gesetzt ist,
Standard-X-Achse-Längen (-p bis +p, -q bis -p und +p bis +q)
jeweils des Kronenabschnitts und der Schulterabschnitte des
Profils für den zu vermessenden Reifen umfassen, daß die
Serie von X- und Y-Daten in zwei Datensätze mit Bezug auf
die Referenzdaten (-q, -p, +p, +q) getrennt werden, wobei
der eine Satz Punkten auf dem Kronenabschnitt der
Reifenlauffläche entspricht und der andere Satz Punkten auf den
Schulterabschnitten der Reifenlauffläche entspricht, und daß
die Radien des Kronenabschnitts und der Schulterabschnitte
der Reifenlauffläche jeweils unter Verwendung der getrennten
Datensätze berechnet werden.
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Das Y-Meßmittel ist vorzugsweise ein Lasersensor, der in der
Richtung der X-Achse bewegbar ist. Die Bewegung in der
Richtung der X-Achse kann durch eine Vorschubschraube vorgesehen
sein, die mit dem Y-Meßmittel in Eingriff steht und parallel
zur X-Achse angeordnet ist. Ein Rotationscodierer für die
Vorschubschraube kann dazu verwendet werden, die Rotation
der Vorschubschraube nachzuweisen, um die X-Daten zu
ergeben.
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Die Datenspeichermittel und die Radiusberechnungsmittel sind
vorzugsweise ein Computer.
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Die Vorrichtung zum Ausführen der Erfindung kann außerdem
Rotationsmittel für den Reifen umfassen, so daß er um seine
X-Achse rotiert werden kann, und Nachweismittel für die
Winkelposition R sind vorgesehen, um den Rotationswinkel des
Reifens zu ermitteln und einen R-Datenausgang zu schaffen.
Datenspeichermittel sind dann vorgesehen, um die
R-Winkeldaten zu speichern, und die Vorrichtung umfaßt ferner Mittel
zum Berechnen der radialen Unrundheit (RRO), um die radiale
Unrundheit des Reifens aus den Y- und R-Daten in den
Speichermitteln zu bestimmen.
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Die Berechnung, um die Radien der jeweiligen Kronen- und
Schulterabschnitte aus den entsprechenden getrennten
Datensätzen zu bestimmen, besteht darin, die Kreisgleichungen
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x² + y² + ax + by + c = 0
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aus den X- und Y-Daten zu bestimmen, wobei die Koeffizienten
a, b und c durch die Näherung nach der Methode der kleinsten
Quadrate bestimmt werden und aus dieser Gleichung der Radius
gegeben ist durch
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((a/2)2 + (b/2)² - c)1/2.
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Das Verfahren kann außerdem die Berechnung der radialen
Unrundheit des Reifens unter Verwendung von R-Winkeldaten
entsprechend besonderen X- und Y-Werten zur Rotation des
Reifens umfassen.
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Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden aus der
nachfolgenden, lediglich beispielhaften Beschreibung einer
Ausführungsform des Verfahrens ersichtlich werden:
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Figur 1(a) ist ein perspektivisches Diagramm einer
Vorrichtung zum Bestimmen des Profils von
Reifen,
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Figur 1(b) ist ein Diagramm, welches das Grundkonzept
der Vorrichtung veranschaulicht,
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Figur 2 ist eine graphische Darstellung, welche das
Profil und den Radius des Reifens zeigt,
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Figur 3 ist ein Flußdiagramm, das die
Radiusmessungsprozedur zeigt,
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Figur 4 ist ein Diagramm, das ein Verfahren zum
Interpolieren der Daten zeigt,
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Figur 5 ist eine graphische Darstellung, welche die
radiale Unrundheit (RRO) eines Reifens
zeigt,
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Figur 6(a) ist ein Diagramm, das eine Anordnung zum
Positionieren einer Meßeinheit zeigt, und
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Figur 6(b) ist eine Schnittansicht entlang der Linie
Z-Z in Figur 6(a).
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Eine Reifenhalterung 2 ist fest auf einer Basis 1
vorgesehen. Der Reifen 4 ist auf einer drehbaren Welle 3
angebracht, die sich in einer vertikalen Richtung erstreckt. Die
Achse der Welle 3 wird nachstehend als die "X-Achse"
bezeichnet. Ein Handgriff 5 ist am oberen Ende der Welle 3 zum
Drehen der Welle 3 und somit des Reifens 4 fixiert. Die
Welle 3 ist an ihrem unteren Ende mit einem R-Nachweismittel
6 zum Wahrnehmen des Rotationswinkels R der Welle 3
versehen. Das R-Nachweismittel 6 umfaßt einen Rotationscodierer.
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Die Base 1 ist mit Schienen (nicht gezeigt) versehen, auf
welchen ein bewegbarer Tisch 7a gleitbar zur Bewegung in
einer horizontalen Richtung (nachstehend als die "Richtung
der Y-Achse" bezeichnet) angebracht ist, welche die X-Achse
unter einem rechten Winkel schneidet. Der Tisch 7a ist durch
Drehen einer mit einem Gewinde versehenen Stange (nicht
gezeigt) durch einen Handgriff 7b bewegbar.
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Der bewegbare Tisch 7a trägt eine Meßeinheit 7. Die
Meßeinheit 7 weist eine drehbare Vorschubschraube 8 auf, die sich
vertikal parallel zur X-Achse erstreckt. Ein Motor 9 zum
Drehen der Vorschubschraube 8 ist im unteren Abschnitt der
Meßeinheit 7 vorgesehen. Ein Y-Abstand-Meßmittel 10 ist in der
Meßeinheit 7 in einem Schraubgewindeeingriff mit der
Vorschubschraube 8 angebracht und nach oben und nach unten
durch Drehung der Vorschubschraube 8 bewegbar. Das
Y-Meßmittel 10 umfaßt einen Lasersensor und ist in der Lage, den
Abstand Yi von der peripheren Oberfläche des Reifens 4 in
der Richtung der Y-Achse zu messen, ohne mit dem Reifen in
Kontakt zu treten.
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An die Vorschubschraube 8 ist ein X-Nachweismittel 11 zum
Messen der Position Xi des Y-Nachweismittels 10 bezüglich
der X-Richtung gekoppelt. Das X-Nachweismittel 11 umfaßt
einen Rotationscodierer zum Zählen der Anzahl von
Umdrehungen der Vorschubschraube 8. Die Position des
Y-Nachweismittels 10 in der X-Richtung wird durch Multiplizieren der
Ganghöhe der Vorschubschraube 8 mit der Anzahl von Umdrehungen
gefunden.
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Der Bewegungsbereich in der X-Richtung (entlang der Breite
des Reifens) ist derart, daß Messungen für Reifen jeder
Kategorie erhalten werden können.
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Ein Personalcomputer 12 stellt ein Datenspeichermittel 13
zum Speichern der Daten von den X-, Y- und R-Nachweismitteln
11, 10 und 6 und ein Radiusberechnungsmittel 14 zum
Berechnen des Radius der Reifenlauffläche aus den gespeicherten
Daten bereit. Das Berechnungsmittel 14 umfaßt Teilungsmittel
16, um die Xi- und Yi-Daten in Gruppen für eine Vielzahl von
Abschnitten der Breite des Reifens wie beispielsweise den
Kronenabschnitt und die Schulterabschnitte zu unterteilen,
und Arithmetikmittel 16, um die Radien der jeweiligen
Kronen- und Schulterabschnitte aus der entsprechenden
Datengruppe von den Teilungsmitteln 15 zu berechnen.
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Der Computer 12 ist mit einer Darstellung 17 und einem X-Y-
Plotter 18 verbunden, um das Profil und die Radien des
Abschnitts des getesteten Reifens zu zeigen. Außerdem ist mit
dem Computer ein RRO-Darstellungsmittel 19 verbunden, um die
RRO (radiale Unrundheit) des Reifens darzustellen, die aus
den X- und R-Daten im Datenspeichermittel 13 bestimmt wird.
Das RRO-Darstellungsmittel 19 umfaßt einen X-Y-Recorder.
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Bei 20 ist eine Eingabeeinheit für den Personalcomputer 12
gezeigt.
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Der Radius des Reifens wird wie folgt gemessen.
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Zuerst wird der Reifen 4 auf eine Felge aufgezogen und
aufgepumpt, und die Anordnung wird auf der Welle 3 angebracht.
Die Welle 3 wird gegen Drehung verriegelt.
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Als nächstes wird der bewegbare Tisch 7a in der Y-Richtung
bewegt, um den Abstand Yi zwischen der peripheren Oberfläche
des Reifens 4 und dem Y-Meßmittel 10 auf einen vorbestimmten
Wert einzustellen.
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Der Motor 9 wird dann kontinuierlich angetrieben, um die
Vorschubschraube 8 kontinuierlich zu drehen und das Y-Meßmittel
10 kontinuierlich zu bewegen. Während dieser Bewegung werden
Messungen für Yi in vorbestimmten Intervallen vorgenommen.
In diesem Fall wird der Abstand Yi zwischen dem Y-Meßmittel
10 und der peripheren Oberfläche des Reifens 4 durch das
Y-Meßmittel 10 gemessen, und die Position Xi des
Y-Nachweismittels 10 in der X-Richtung wird durch das X-Nachweismittel
11 gemessen.
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Jedes Paar von Xi- und Yi-Dateneintragungen wird im
Datenspeichermittel 13 des Computers 12 als die Koordinaten eines
Punktes gespeichert. Unter Verwendung der Daten für eine
Vielzahl von auf diese Weise gespeicherten Punkten wird das
Profil des Reifens 4 vom Computer 12 berechnet. Das Profil
kann überwacht werden, wenn es auf der Darstellung 17
dargestellt wird, wie in Figur 2 (I) zu erkennen ist. Das Profil
kann auch auf dem X-Y-Plotter 18 dargestellt werden.
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Wenigstens fünf Datensätze pro Zentimeter Reifenbreite
werden für die Profildaten gesammelt.
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Die Prozedur zum Bestimmen des Laufflächenradius aus Xi- und
Yi-Daten im Datenspeichermittel 13 wird als nächstes anhand
Figur 3 beschrieben.
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Die Daten im Speichermittel 13 werden zuerst in Gruppen
durch das Teilungsmittel 15 unterteilt. Dies kann
stattfinden in Daten für den Reifenkronenabschnitt und Daten für die
Schulterabschnitte.
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Die Daten werden wie folgt unterteilt.
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Zuallererst werden gegenüberliegende Endwerte der Daten
ermittelt, welche die Xi- und Yi-Daten an jedem von
gegenüberliegenden Enden des Reifenquerschnitts bedeuten.
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Der Wert X, der jedes Ende repräsentiert, wird bestimmt,
indem nachgewiesen wird, daß der Wert Y gleich einem
bestimmten Referenzwert ist oder diesen überschreitet. Genauer
gesagt, der Wert Y wird mit dem vorbestimmten Referenzwert
verglichen, und wenn der Wert Y gleich dem Referenzwert ist
oder diesen überschreitet, wird der entsprechende X-Wert als
der Endwert der X-Daten genommen.
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Wenn die Werte X an den gegenüberliegenden Enden der Daten
auf diese Weise bestimmt sind, wird der Wert X am
Mittelpunkt zwischen den gegenüberliegenden Enden berechnet. Der
berechnete Mittelpunkt der X-Daten entspricht dem oder
repräsentiert den Äquator des Reifens und wird dazu verwendet,
die Lauffläche des Reifens 4 in den Kronenabschnitt und die
Schulterabschnitte zu unterteilen. Eine Region wird zu
beiden Seiten des Zentrums spezifiziert, das der Abschnitt des
Reifenäquators ist, um den Kronenabschnitt zu definieren,
wie in Figur 3 gezeigt ist. Die Regionen von diesen Grenzen
zu den Seiten des Reifens definieren somit die
Schulterabschnitte. Somit muß der Mittelpunktwert der Daten ermittelt
werden. Das X-Daten-Koordinatensystem wird dann so
transformiert, daß der Mittelpunktwert der X-Daten als der Ursprung
der X-Achse dient.
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Als nächstes werden Referenzwerte durch die Eingabeeinheit
20 eingegeben, um die Region zu spezifizieren, für welche
ein Berechnung durchgeführt werden soll. Somit definieren
die Referenzwerte die Breite des Kronenabschnitts oder des
Schulterabschnitts. Diese einzugebenden Werte repräsentieren
den Abstand wie vom Äquator aus gemessen.
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Nach Eingabe der Referenzwerte können die Daten zwischen den
gegenüberliegenden Enden in die Daten hinsichtlich des
Kronenabschnitts und die Daten hinsichtlich der
Schulterabschnitte unterteilt werden.
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Angenommen, die Region des Kronenabschnitts ist als der
Bereich von -p bis +p spezifiziert. Von den Daten zwischen den
gegenüberliegenden Enden werden die X-Daten von -p bis +p
als die Daten hinsichtlich des Kronenabschnitts genommen.
Wenn weiter der Bereich von -q bis -p und der Bereich von +p
bis +q als die Regionen der Schulterabschnitte eingegeben
werden, werden die X-Daten von -q bis -p und von +p bis +q
neben anderen Eintragungen von Daten zwischen
gegenüberliegenden Enden als die Daten für die Schulterabschnitte
genommen.
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Auf diese Weise werden die gespeicherten Daten durch die
Teilungsmittel 15 in Gruppen für den Kronenabschnitt und die
Schulterabschnitte unterteilt.
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Anschließend werden die Daten für die Böden der Nuten des
Reifenprofils aus den Daten gelöscht. Die Bodendaten
repräsentieren die in der Reifenlauffläche ausgebildeten Nuten,
und wenn sie nicht nachgewiesen und entfernt werden, stellen
sie ein Hindernis für die Berechnung eines genauen Radius
des Reifenkronenabschnitts oder der Schulterabschnitte dar,
und müssen daher gelöscht werden.
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Die Nutbodendaten werden unter Bezugnahme auf Y-Werte
identifiziert.
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Zu diesem Zweck werden die Daten für den obersten Punkt des
Reifens zuerst ermittelt (im Anschluß an den Nachweis der
gegenüberliegenden Endwerte und des Mittelpunktwertes der
Daten).
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Die Y-Messungen, die oberhalb eines bestimmten
Referenzwertes jenseits der Y-Messung des obersten Punktes liegen,
werden als Nutdaten interpretiert. Unterschiedliche
Referenzwerte werden für den Kronenabschnitt und die Schulterabschnitte
verwendet. Die Nutbodendaten, die als solche identifiziert
werden, werden gelöscht, damit sie in der nachfolgenden
Berechnung nicht verwendet werden.
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Als nächstes werden die Daten für die Nutwandabschnitte und
Rauschen aus den spezifizierten Daten gelöscht, da diese
ebenfalls ein Hindernis für die anschließende genaue
Berechnung des Reifenradius darstellen.
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Die zu löschenden Daten werden unter dem Gesichtspunkt
identifiziert, ob vier aufeinanderfolgende Y-Werte glatte Werte
sind.
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Genauer gesagt, der Wert Yi stellt die Daten dar, die zu
verwenden sind, wenn die vier aufeinanderfolgenden Werte von
Yi, Yi+1, Yi+2 und Yi+3 folgende Anforderungen erfüllen:
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(Yi - Yi+1)² ≤ d
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(Yi - Yi+2)² ≤ e
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(Yi - Y1+3)² ≤ f
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wobei d, e und f vorbestimmte Referenzwerte sind.
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Die Werte, die keine der obigen Anforderungen erfüllen,
werden als ungeeignete Daten gelöscht.
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Wenn das Löschen der Daten für die Nutböden, die Nutwände
und das Rauschen in der resultierenden Gruppe von
Dateneintragungen einen freien Abschnitt (entsprechend den
gelöschten Daten) hinterläßt, der größer als ein bestimmter Wert
ist, wird der freie Abschnitt mit interpolierten Daten
gefüllt.
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Genauer gesagt, wenn der gelöschte freie Abschnitt in der
Gruppe aufeinanderfolgender Dateneinträge länger als der
vorbestimmte Wert ist, wird dieser Abschnitt mit Daten
interpoliert, um für eine ausreichende Vollständigkeit der
Dateneinträge zu sorgen.
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Angenommen, die Daten zwischen den i-ten Daten und den
(i+n)-ten Daten werden gelöscht, wodurch ein freier
Abschnitt erzeugt wird, der länger als der vorbestimmte Wert
ist, wie in Figur 4 zu erkennen ist. Die Daten von Yi + h/2
werden dann als die (i+n/2)-te Position eingefügt.
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Auf diese Weise werden die Daten für den Kronenabschnitt und
die Schulterabschnitte durch die Teilungsmittel 15
unterteilt, und die zu verwendenden Daten sind bestimmt. Die
Radien des Kronenabschnitts und der Schulterabschnitte
werden dann durch das Arithmetikmittel 16 berechnet.
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Das Arithmetikmittel 16 bestimmt die Koeffizienten a, b und
c für die Kreisgleichung:
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x² + y² + ax + by + c = 0
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aus den gespeicherten X- und Y-Daten, um das Zentrum des
Kreises (-a/2, -b/2) und den Radius:
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((a/2)² + (b/2)² - c)1/2
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zu berechnen.
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Die Koeffizienten a, b und c werden durch die Näherung nach
der Methode der kleinsten Quadrate bestimmt.
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Bei diesem Verfahren werden tatsächliche Xi- und Yi-Daten in
die Kreisgleichung
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x² + y² + ax + by + c = 0
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substituiert, um S zu erhalten, wie ausgedrückt durch:
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S = Xi² + Yi² + aXi + bYi + c,
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und um die Koeffizienten a, b und c zu finden, welche die
Summe ΣS² minimieren, wobei die Summe von S² für alle
effektiven Daten (X, Y) hinsichtlich der in Betracht gezogenen
Region berechnet wird.
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Der auf diese Weise erhaltene
Kronenabschnittlaufflächenradius ist bei (III) in Figur 2 und der erhaltene
Schulterabschnittlaufflächenradius bei (II) in Figur 2 gezeigt. Die
Darstellung 17 zeigt diese Radien.
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Der Radius der gewünschten Region kann durch das vorstehend
beschriebene Verfahren bestimmt werden. Zumindest der
Laufflächenkronenradius und der Laufflächenschulterradius können
zur gleichen Zeit bestimmt werden.
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Als nächstes wird die berechnete Darstellung der RRO
beschrieben.
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Zuerst wird die Welle 3 entriegelt und der Reifen 4 mit dem
Handgriff 5 gedreht. Der Rotationswinkel R wird vom
R-Nachweismittel 6 ermittelt, und zur gleichen Zeit wird der
Abstand Y von der peripheren Reifenoberfläche vom
Y-Nachweismittel 10 gemessen. Der Punkt (R, Y) wird im
Datenspeichermittel 13 gespeichert. Derartige Punkte über der gesamten
Peripherie des Reifens werden gemessen und gespeichert.
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Die R- und Y-Daten werden dem RRO-Darstellungsmittel 19
zugeführt, um einen Graphen zu zeigen, wie in Figur 5 gezeigt
ist.
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Wie in den Figuren 6(a) und (b) zu erkennen ist, ist die
Meßeinheit 7 mit Positionierungslehren (Anschlägen) 21
versehen, um die Reifenoberfläche innerhalb des Bereiches von
m ± 15 mm zu positionieren, wobei m die feste Brennweite des
Y-Nachweismittels 10 ist, und dadurch den Meßbereich zu
regulieren. Wenn die Meßeinheit 7 auf den Reifen zu bewegt wird,
gelangen die vorderen Enden der Anschläge 21 in Kontakt mit
der Reifenoberfläche, woraufhin die Meßeinheit 7 gestoppt
wird.