JP2004503432A - タイヤ欠陥検出システム及び方法 - Google Patents
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Abstract
タイヤ欠陥検出システム（１０）は、タイヤ（１５）を受けるための支持構造（１２）と、タイヤ（１５）の直近に配置された、タイヤ（１５）に衝撃を与えるためのアクチュエータと、アクチュエータの直近に配置された、アクチュエータがタイヤ（１５）に衝撃を与えたときに発生する音の波形を受け取るためのマイクロフォン（１４）と、マイクロフォン（１４）に応答するコンピュータ（２２）とを備えている。コンピュータ（２２）は、結果として生じる音の波形から、いくつかの弁別器量を計算し、計算された弁別器量を、欠陥を表している記憶された弁別器量と比較し、タイヤ（１５）に欠陥があるかどうかを見極めるようにプログラムされている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、契約番号Ｎ６８３３５−９７−Ｃ−０２０１の下の資金によって開発された。米国政府は、本発明において、ある一定の権利を持つことができる。
【０００２】
本発明は、様々なタイプのタイヤにおける剥離や切り傷のような欠陥を検出し、かつ、その位置を特定するシステム及び方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
米国では、１９９５年だけで、２５００万本以上の再生タイヤが販売された。再生タイヤは、重要な用途、例えば、軍及び民間の航空機や、スクールバスにさえも用いられる。従って、再生タイヤが剥離のために故障すると、その結果は、悲惨なものになる可能性がある。
【０００４】
タイヤが再生された後に、そのタイヤに存在する欠陥を検出することができる検査装置を発明するために、多数の試みがなされてきた。しかし、そのような従来技術の装置は、多数の欠点を有している。光学的な手段を用いてタイヤの欠陥を測量するホログラフィ法は、非常に高価であり、一般に、機械毎に約５００，０００ドルかかり、振動に対して極度に敏感であり、かつまた比較的遅い。シェアログラフィ（Ｓｈｅａｒｏｇｒａｐｈｙ）は、振動に対して、あまり敏感ではない、同様の技術であるが、やはり非常に高価で、かつ遅い。高電圧試験は、あまり高価ではないが、タイヤのカーカスにおける金属の含有物しか検出することができないという制限がある。超音波技術は、空気で満たされた欠陥を検出することのみ可能であり、かつ、測定されるタイヤ壁（ｔｉｒｅ ｗａｌｌ）の厚さに対して非常に敏感なので、一般に、航空機のタイヤを検査するためには用いられない。軍用規格−ＭＩＬ−Ｒ−７７２６Ｈ、付録１によって規定された空気噴射試験は、極度に時間を消費するが、非常に正確というわけでもない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
航空機のタイヤは、平均５〜７回、場合によっては１２回まで再生されるので、あまりに高価で、かつ複雑で、かつ／または、長い検査時間を伴い、かつ／または、様々なタイプの欠陥を正確に検出しない検査装置は、商業的に成り立たないであろう。米国だけで、１，４００を超える再生工場がある。従って、大部分の従来技術の検査装置の純然たる（ｓｈｅｅｒ）コストにより、全ての再生タイヤを検査することは現実的ではない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明の目的は、低コストかつ短い検査時間で、タイヤの欠陥を正確に検出するタイヤ欠陥検出システム及び方法を提供することである。
【０００７】
本発明の更なる目的は、タイヤを１００％検査することを可能にし、これにより、試験の信頼性を増大させるタイヤ欠陥検出システム及び方法を提供することである。
【０００８】
本発明の更なる目的は、オペレータの主観を排除するタイヤ欠陥検出システム及び方法を提供することである。
【０００９】
本発明の更なる目的は、多くの市販されている既製の装置（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）を組み込んでいるタイヤ欠陥検出システム及び方法を提供することである。
【００１０】
本発明の更なる目的は、タイヤの側壁（ｓｉｄｅ ｗａｌｌ）に刻印された文字、または、その他の成型された特徴の影響を受けにくいタイヤ欠陥検出システムを提供することである。
【００１１】
本発明の更なる目的は、再生タイヤから期待することができる安全の余裕を増加させるタイヤ欠陥検出システム及び方法を提供することである。
【００１２】
本発明は、アクチュエータによってタイヤに衝撃を与え、その結果生じる音の波形を分析し、剥離及びその他の欠陥の証拠とすることによって、タイヤを、再生の前及び後の両方、及び現場でさえも、安価かつ包括的に検査し、かつ試験することができるという認識に起因する。ニューラルネットワークもしくは他の非線形相関器は、それぞれの結果として生じる音の波形のために計算された、いくつかの弁別器量に基づいて、剥離及び他のタイヤ欠陥を認識し、かつ、表面に刻印された文字、壁の厚さ等のような欠陥ではない情報は平均化するように訓練される。
【００１３】
本発明は、タイヤを受けるための支持構造と、タイヤの直近に配置された、タイヤに衝撃を与えるためのアクチュエータと、アクチュエータの直近に配置された、アクチュエータがタイヤに衝撃を与えたときに発生する音の波形を受け取るためのマイクロフォンと、マイクロフォンに応答するコンピュータとを備えているタイヤ欠陥検出システムにおいて、前記コンピュータは、音の波形から複数の弁別器量を計算する計算手段と、計算された弁別器量を、欠陥を表している記憶された弁別器量と比較して、タイヤに欠陥があるかどうかを見極める手段とを備えていることを特徴とする。
【００１４】
アクチュエータは、一般に、ソレノイドを備えている。更に、０．１秒未満の衝撃時間だけ、ソレノイドを駆動する制御装置も備えている。マイクロフォンは、約７０〜１５，０００Ｈｚの応答を有している。
【００１５】
コンピュータは、各波形のためにＦＦＴ変換を行うルーチンを備えていることが好ましい。この音の波形及びＦＦＴ変換から、複数の弁別器量が計算される。弁別器量としては、各周波数帯域におけるＦＦＴ変換の振幅の平均値、各周波数帯域におけるＦＦＴ変換の振幅の標準偏差、音の波形の二乗平均、音の波形の自己相関時間の逆数、各偏位より下で音の波形の標準偏差より上の平均面積、平均の上の１つの標準偏差の交差点間の平均時間、平均の上の１つの標準偏差と平均の下の１つの標準偏差との交差点間の平均時間、音の波形の平均長さ、平均の上の１つの標準偏差より上の音の波形の平均長さ、平均の上の１つの標準偏差より上の音の波形のパルス幅がある。
【００１６】
欠陥検出システムは、計算された弁別器量に基づいて、欠陥伝達関数を組み立てる手段を更に備えている。
【００１７】
タイヤ欠陥検出システムは、タイヤに衝撃を与えるためのアクチュエータと、アクチュエータの直近に配置された、アクチュエータがタイヤに衝撃を与えたときに発生する音の波形を受け取るためのマイクロフォンと、マイクロフォンに応答するコンピュータとを備えている。このコンピュータは、音の波形のためにＦＦＴ変換を行い、音の波形及びＦＦＴ変換から複数の弁別器量を計算し、計算された弁別器量に基づいて欠陥伝達関数を組み立て、これにより、タイヤに欠陥があるかどうかの表示を与えるようにプログラムされている。
【００１８】
本発明による、欠陥のためにタイヤを検査する方法は、既知の欠陥を有するタイヤを入手するステップと、アクチュエータによってタイヤに衝撃を与えるステップと、その結果生じる音の波形を記録するステップと、それぞれの音の波形のために複数の弁別器量を計算するステップと、計算された弁別器量に基づいて欠陥伝達関数を組み立て、かつ、それについての係数を記憶するステップとを有している。次に、アクチュエータによって、欠陥の有無が未知のタイヤに衝撃を与える。その結果生じる音の波形が記録される。それぞれの音の波形のために、複数の弁別器量が計算される。そして、組み立てられた欠陥伝達関数（ｄｅｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）の記憶された係数が用いられ、欠陥の有無が未知のタイヤに、欠陥があるかどうかが見極められる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
他の目的、特徴及び利点は、好ましい実施形態及び添付の図の以下の記述から、この技術に熟練した者の心に浮かぶであろう。
【００２０】
図１のタイヤ欠陥検出システム１０は、タイヤ１５のための支持構造１２、ベーススタンド２０上に取り付けられたアーム１８を介してタイヤ１５の上に配置されたアクチュエータ／マイクロフォン固定装置１４、モニタ２４に接続されたコンピュータ２２、及び制御装置２６を備えている。
【００２１】
図２の支持構造１２は、コンクリートのような振動を減衰させる材料で満たされた支持台３４によって受けられているスピンドル３２上に、回転可能に取り付けられたタイヤ支持台３０を備えている。スピンドル３２は、代替実施形態として、モータで駆動されてもよい。スピンドル３２は、今日の通常の使用の中で最も大きい航空機用のタイヤの重さである３００ポンドのタイヤを支持することができる。
【００２２】
図１のベーススタンド２０は、図示したように、３つの自動平準化ゴムが当てられた脚部上に載せられた重い鋳鉄の台３６を備えている。ブラケット３８は、アーム１８とベーススタンド２０を相互に接続し、タイヤ１５に対するアクチュエータ／マイクロフォン固定装置１４の高さ及び角度の調節を可能にしている。
【００２３】
図３及び４のアクチュエータ／マイクロフォン固定装置１４は、Ｅｌｅｃｔｒｏ−ＭｅｃｈａｎｉｓｍｓのモデルＳＰ−１００、６ボルト、高温１８０℃コイルのようなハンマー復帰スプリング４２を有するソレノイド４０を備えている。図４のマイクロフォン４４、例えば、７０〜１５，０００Ｈｚのフラットな応答を有するＲａｄｉｏ Ｓｈａｃｋ Ｏｐｔｉｍｉｓｔカタログのｎｏ．３３−３０１３は、ソレノイド４０のハンマー４６の直近に取り付けられているが、２つの独立したセットのゴム製のグロメットによって、そこから物理的に絶縁されていて、マイクロフォン４４はソレノイドの振動から隔離されている。
【００２４】
ソレノイド４０は、図５の制御装置２６に接続されていて、これは、２４ボルトの印加電圧をソレノイド４０に供給する。制御装置２６は、図示したように接続された、ＡｃｏｐｉａｎのモデルＺＡ１２ＮＴ１１０ １２ボルトＤＣ電源５０、Ｅｌｐａｃ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍｓ−ＢＦＳ２００−２４（２７．３直流ボルト−７．５アンペア）電源５２、及びＳｙｒｅｌｅｃ８１４タイマー５４を備えていて、０．０１〜０．０３秒の間の作動時間を提供する。実験では、０．０３秒の作動時間が最適であることが証明された。
【００２５】
マイクロフォン４４は、図１のコンピュータ２２に接続されていて、このコンピュータ２２は、１）マイクロフォン４４によって記録された、それぞれの音の波形のためにＦＦＴ変換を行い、２）それぞれの音の波形及びＦＦＴ変換に基づいて、いくつかの「弁別器量（ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｏｒ ｑｕａｎｔｉｔｙ）」を計算し、３）以下で論じられる弁別器量に基づいて、欠陥伝達関数を組み立てるようにプログラムされている。
【００２６】
一般に、図６のタイヤ１５を回転させ、ソレノイドは、タイヤの各側壁における半径７．２５インチ、８．２５インチ、及び９．２５インチの位置で、タイヤの１０°の回転毎に、０．０３秒の間だけ作動し、更に、タイヤのトレッド領域上でも作動する。図１のコンピュータ２２が、その処理を完了した後に、図７の欠陥６０、６２、及び６４が、モニタ２４上に表示される。この例では、欠陥は剥離であり、これらの概略の大きさ及び位置がユーザに示される。ただし、切り傷等のような他の欠陥も、本発明によって検出することが可能である。
【００２７】
図１のコンピュータ２２の処理を、図８〜７６を参照して説明する。図４のマイクロフォン４４は、コンピュータに、タイヤ上へのソレノイドハンマーの各打撃に対する図１１に示す波形を伝送する。コンピュータは、可動ウィンドウ（ｍｏｖｉｎｇ ｗｉｎｄｏｗ）フーリエ変換を計算するようにプログラムされていて、時々、図９及び１０に示すような応答スペクトルの時間展開（ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）を表す、オーバーラップするガボール変換を参照する。示したように、結果として生じるエネルギーの大部分は、以下の６つの一定の周波数帯域に分割される。１２０Ｈｚ〜２５０Ｈｚ、２５０Ｈｚ〜４００Ｈｚ、４００Ｈｚ〜８００Ｈｚ、８００〜１０００Ｈｚ、１ｋＨｚ〜２ｋＨｚ、及び２ｋＨｚ〜３ｋＨｚ。タイヤに剥離があるとき、エネルギーが、１つの帯域から別の帯域に移動する。各帯域において、欠陥のある領域と欠陥のない領域との間での相対的なエネルギーレベルを監視することによって、タイヤの欠陥を検出し、かつ、その位置を特定することができる。
【００２８】
各波形のＦＦＴ変換から、そして波形それ自身から、以下で論じられるような、いくつかの弁別器量が計算される。
【００２９】
最初の６つの弁別器量（Ｍ１〜Ｍ６）は、６つの識別された帯域の各々におけるＦＦＴ変換の振幅の平均値である。これらの値は、試験中のタイヤの弾性を表している。次の６つの弁別器量（ＳＤ１〜ＳＤ６）は、６つの帯域の各々におけるＦＦＴ変換の振幅の標準偏差である。これらの値は、各帯域内のピークすなわち材料のＱを表している。
【００３０】
二乗平均（ｒｏｏｔ ｍｅａｎｓ ｓｑｕａｒｅ）弁別器量（ＲＭＳ）は、以下のように計算される。
【数１】
ここで、Ｎは、時間領域におけるサンプル中の点の数であり、Ｘは、時間領域における波形上のサンプル点である。この弁別器量は、タイヤの初期応答衝撃に対して最も敏感である。
【００３１】
別の弁別器量として、時間領域における波形上の点の標準偏差（ＳＴＤＥＶ）がある。ひとたび、この量が計算されると、図１１に示した平均の上及び下に、１つの標準偏差としてラインが定義される。多くの他の弁別器量は、この定義された間隔と関係がある。
【００３２】
弁別器量としての勾配は、特有の自己相関時間の逆数に関連する。これは、信号が線形相関を失う時間尺度であり、ある処理におけるミキシング（ｍｉｘｉｎｇ）の速度の測定値を示唆する。自己相関Ｃｘｘ（τ）は、信号ｘ（ｔ）に時間遅れバージョンの信号ｘ（ｔ−τ）を掛けたものを、全ての時間にわたって積分したものである。従って、時間遅れがない（τ＝０）の場合には、自己相関は下記のようになる。
【数２】
【００３３】
τの値が大きい場合には、自己相関は下記の値に近づく。
【数３】
ここで、ｎは記録中の読取りの数である。
【００３４】
図１２に示すように、特有の自己相関時間は、自己相関曲線の初期の下りの勾配が、下記で与えられる消滅値（ｒｕｎ ｏｕｔ ｖａｌｕｅ）Δｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃのラインを切る時間である。
【数４】
【００３５】
通常、正規化によって初期値は「１」に設定されるので、初期勾配は、
【数５】
【００３６】
図１３に示すように、面積弁別器量（ＡＲＥＡ）は、各偏位の下で、第１の標準偏差ラインの上の平均面積であって、タイヤにおける波形の減衰ウエイトを表していて、従ってタイヤの材料の特性を表している。
【００３７】
ＨＣＲＯＳＳ弁別器量は、信号が上側標準偏差ラインより上になる回数の合計の記録である。ＨＬＣＲＯＳＳ弁別器量は、信号が、この標準偏差ラインの上になり、その後、続けて、下側標準偏差ラインより下になる回数の記録である。これらの量は、大きな振幅の偏位を数えることによって、信号の減衰速度を示すと考えられるが、結局、これらの２つの弁別器量は、剥離を表す値として用いられなかった。更に、ＲＭＳ及びＳＴＤＥＶ値は、同じ情報を持つと思われるので、一つの値のみ、すなわちＲＭＳ値が、好ましい実施形態に用いられる。
【００３８】
ＰＥＲ１及びＰＥＲ２弁別器量は、上述した交差の測定値と類似した期間の測定値である。ＰＥＲ１はＨＣＲＯＳＳに対応し、上側標準偏差ラインの上りの交差点間の平均時間を測定する。ＰＥＲ２はＨＬＣＲＯＳＳに対応し、図１４に示すように、上側標準偏差ラインと、下側標準偏差ラインとの交差点間の平均時間を測定する。
【００３９】
ＬＥＮ１及びＬＥＮ２弁別器量は、信号の長さから得られる長さである。もし、信号を平らに引き伸ばしたとすると、多くの高周波を有する信号、大きい振幅の情報は、平坦な構造を有するものと比べて、より遠くまで引き伸ばされるであろう。このように、これらの２つの弁別器量は、信号の高周波の内容に関する情報を含んでいる。ＬＥＮ１は、開始から終了までの信号の全体の曲線の長さである。ＬＥＮ２は、上側標準偏差ラインより上にある信号の曲線の平均長さである。この値は、大きい振幅の偏位の高周波の内容に関する特有の情報を含んでいる。
【００４０】
ＰＷは、上側標準偏差ラインより上にあるピークの平均パルス幅を表す弁別器量である。ＰＷは、時間ステップで測定され、かつ、図１５に示すように、上側標準偏差ラインで測定される。この量は、ソレノイドの最初の衝撃に対するタイヤのバルク（ｂｕｌｋ）応答に関する情報を含んでいる。
【００４１】
ニューラルネットワークが欠陥を認識するように訓練するために、データが、既知の剥離を有するタイヤの各側面上の３つの別々の半径に対して、そして、タイヤのスレッド壁（ｔｈｒｅａｄｗａｌｌ）上の３つの高さの位置に対して記録される。各トラックは、タイヤの１０°の回転によって隔てられた３６個の衝撃点を含んでいる。コンピュータによって、タイヤ上への全ての衝撃に対する、上述した弁別器量が、計算される。図１６〜３６に、タイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、各衝撃に対する弁別器量を示す。図３７〜５７に、タイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各衝撃に対する弁別器量を示す。図５８〜６０に、半径が、それぞれ、７．２５インチ、８．２５インチ、及び９．２５インチの位置における、タイヤの一方の側面の衝撃周波数応答の概要を示す。
【００４２】
また、上述した弁別器量に対する、タイヤの側壁における刻印の存在の影響を見極めるために、分析が行なわれた。標準的なタイヤの側壁は、刻印及びその他の成型された特徴を備えていて、これは、ハンマーの衝撃に干渉する可能性があり、従って、その結果生じる弁別器量の中に人為的な量をもたらすことが予測された。これは、特に、タイヤの各側面の、まさに刻印の大きい部分を通る、中間のトラックに対して当てはまるものであった。例えば、半径８．２５インチの位置において、この量のいくつか、特に、Ｍ３、Ｍ４、ＲＭＳ、ＡＲＥＡ、ＬＥＮ１、及びＰＥＲ１は、３０°で兆候（ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ）を示す。これらの結果は、まさに、タイヤの表面のゴムの成型における浮彫りの刻印と一致する。このタイプの浮彫りの特徴においては、衝撃ハンマーの先端は、タイヤの表面と十分に接触せず、従って、正常なものとは異なるタイプの波形を生じさせる。これは、ハンマーの先端が、１４０°の場合、及び、より少ない程度ではあるが１６０°及び３２０°の場合のような、浮彫りの文字の端を打った場合にも当てはまる。表面の刻印上への直接的な十分にフラットな打撃は、弁別器量に影響を及ぼさないようであった。従って、好ましい実施形態においては、ソレノイドの衝突ヘッドの直径を、できる限り小さくして、衝撃を逸れる機会を少なくし、これにより、欠陥の間違った指標（ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ）に帰着することを、ほとんどなくすべきである。その他の表面の特徴で、結果に現れるものは、タイヤの幅が均一ではないことである。タイヤの表面からソレノイド及びマイクロフォン固定装置までの距離は、中間のトラックに沿った位置では、ソレノイドのヘッドとほとんど接触する距離から、約６ミリメートルまで変化する。この変化は、内側のトラックに沿った位置では、より小さくなり、外側のトラックに沿った位置では、僅かに大きくなる。タイヤの幅のこれらの変化は、最初の力に影響し、従って、全体の衝撃の形にも影響する。これは、周波数領域での最も低い帯域において明らかであり、図６１〜６６に、様々なＭ１弁別器量のグラフ上にマークした高い点及び低い点を示す。この変化は、Ｍ１及びＳＤ１量にのみ現れるので、これらの弁別器量は、タイヤ上の欠陥ではなく、表面の高さを表している。トレッド領域においては、表面の均一ではない摩耗が、データに明白な結果をもたらす。従って、Ｍ１は、タイヤの本当の欠陥を示すことに寄与するものとしては用いられない。
【００４３】
従って、いくつかの弁別器量は、特に有益である一方で、他のものは、そうではない。有益な弁別器量から、欠陥伝達関数が組み立てられ、弁別器量が結合され、これにより、上述した表面の刻印、壁の厚さ、及びマイクロフォンの隔離（ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）に対する面のような、欠陥ではない情報が平均化される。
【００４４】
欠陥伝達関数は、この形の方程式の分類である。
【数６】
【００４５】
ここで、ＤＱｊは弁別器量、Ｎは、用いた弁別器量の合計数、Ｋは中間の変換結合方程式（ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ）の数、ａｉ及びｂｊは重み付け係数、そして、Ｆは、このタイプのスケール関数（ｓｃａｌｉｎｇ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）である。
【数７】
【００４６】
Ｔは伝達関数であり、入力として弁別器量をとり、出力として０と１の間の値をとる。Ｔは、本来は、欠陥が、検査処理の間、所定の点にある確率である。欠陥伝達関数の係数は、ニューラルネットワークのような適応性のある学習技術、もしくは遺伝的アルゴリズムによって求められることが好ましい。一般に、既知の欠陥に対する種々の弁別器量のデータが、ニューラルネットワークに教え込まれ、このニューラルネットワークは、既知の欠陥に１の確率を割り当てるような方法で、重みを、それらの各々に割り当てる。
【００４７】
実際には、データ伝達関数のための係数は、「ニューロシェル（Ｎｅｕｒｏ Ｓｈｅｌｌ）２」、すなわちＷａｒｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｇｒｏｕｐからの人工ニューラルネットワークコンピュータプログラムを用いる３レベル後方伝播（ｂａｃｋ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）ニューラルネットワークを、任意に選択されたデータサンプルの約半数上で訓練することによって求められた。データ伝達関数を、図６７に示すように、既知の剥離を有するトラックのために作成し、かつ、図６８に示すように、タイヤに既知の切り傷を有するトラックのために作成した。
【００４８】
また、剥離を検出するための空間解像度を決定するための検討を行った。ソレノイド／マイクロフォン固定装置を、０．３インチのステップで欠陥の左右に動かして、各位置において３回叩き、衝撃データを記録することによって、側壁に切られた既知の剥離を有するタイヤの試験を行った。剥離は、幅が約１インチであることが知られていた。結果を、図６９及び７０に示す。各グラフの下部に沿ってインチで示された距離は、剥離の中心に対する衝撃ハンマーの相対的な位置である。結果は、中心から１インチ離れた０．６までの欠陥を示していて、１インチの位置ではない。これらの結果は、マイクロフォンの位置が重要ではないことを示唆している。なぜなら、欠陥の指標が、欠陥を通って伝わる横波の変化によらないからである。しかし、その代りに、これらの指標は、衝撃そのものの変化による。なぜなら、局所的な材料のバルク特性の変化が、すぐ近くの欠陥の存在によるからである。従って、マイクロフォンの位置決めは重要ではなく、実際に、１つのマイクロフォンが、タイヤの半径に沿ったアレイの中の、いくつかのソレノイドからの衝撃を記録するために用いられてもよい。また、これらの結果は、ハンマーが、必ずしも、タイヤの欠陥の真上を打たなければならないわけではないことを示唆している。１インチで兆候がないことは、その距離で衝撃の測定可能な外乱がなかったことを示している。しかしながら、更に強い衝撃が、衝撃の測定可能な変化を引き起こす可能性があり、これは、弁別器量における指標を生じさせるであろう。
【００４９】
最後に、訓練されたニューラルネットワークが、試験技術者に知られずに埋め込まれた欠陥を有するタイヤを試験するために用いられた。２つのトラックに対する結果を、図７１及び７２に示す。そして、この結果は、埋め込まれた欠陥のマップと比較され、その相関は、ほとんど完璧であった。各試験ポイントに対して３つのサンプルがとられたので、各位置に３本の棒があることに注意して下さい。試験ポイントは約１インチ間隔であり、指標（ｉｎｄｅｘ）ポイントは約２インチ間隔であった。タイヤにマークされた３５個の指標ポイントは、７０個の試験ポイントに相当する。従って、試験ポイントは、各指標マークに当たり、かつまた中間にもくる。大きいスパイク（図７２における指標位置１５、２２、及び３１）が、２つのより大きい側面（ｓｉｄｅｓ）の剥離のマップの位置と非常によく関連があることに注意して下さい。また、図７１の中間のトラックにおいて示した位置の間は、より大きい側面（ｓｉｄｅ）の剥離が、より大きい剥離を示すことに関して、非常に良く一致している。１／２インチ以下の、より小さい剥離は、この測定では、あまりよく現れないが、そのような剥離は、軍用規格ＭＩＬ−Ｒ−７７２６Ｈにおいて規定された大きさを下回っている。
【００５０】
いずれにせよ、この大きさの剥離さえも検出するために、より強いソレノイド／ハンマーを用いることができ（すなわち上述したＳＰ１００モデル）、タイヤの反応の信号が、欠陥がないタイヤ及び欠陥が埋め込まれたタイヤからのデータを用いて求められた、新しい欠陥伝達関数によって、上述したように処理された。結果を、図７３（良いタイヤ）及び図７４（剥離が埋め込まれたタイヤ）に示す。
【００５１】
以上を要約すると、本発明によれば、ニューラルネットワークが、タイヤにおける剥離、切り傷、及び類似した欠陥を認識するように訓練される。このため、まず、図７５のステップ１００で、図１〜６のシステム１０を用いて、既知の欠陥を有するタイヤに打撃を加え、ステップ１０２で、その結果生じる音の波形が記録され、ステップ１０４で、各波形のためにＦＦＴ変換が計算される。次に、ステップ１０６で、ＦＦＴ変換及び音の波形に基づいて、上述した弁別器量が計算され、ステップ１０８で検査が完了するまで、以上の動作が繰り返される。次に、ステップ１１０において、ステップ１０６で計算された弁別器量が、上述した欠陥伝達関数を組み立てるために用いられる。次に、検査対象である実際のタイヤが、図１の支持構造１２上に置かれ、このタイヤが検査される。このため、図７６のステップ１２０で、ソレノイドによってタイヤに打撃を加え、ステップ１２２で、その結果生じる音の波形を記録し、ステップ１２４で、記録された各々の波形のためにＦＦＴ変換を計算し、ステップ１２６で、弁別器量を計算する。ステップ１２８で、この検査が完了するやいなや、ステップ１３０で、欠陥伝達関数が組み立てられ、ステップ１３２で、欠陥が表示される。
【００５２】
上述したような、この処理は、図７７のソレノイド／マイクロフォンのサブアセンブリ２００、２０２、２０４の３つの個別のアレイを設けることによって、現在、タイヤのバランスをとるために用いられている機械と類似した方式で自動化することができる。各々のアレイは、タイヤの回りの、それの向かい合う側面上及びスレッド壁に沿って配置され、制御装置２０８の制御下でモータ２０６がタイヤを回転させながら、３つの別々のトラックに沿ってタイヤに衝撃を与える。制御装置２０８は、更に、適切な時にソレノイドを自動的に作動させ、かつ、マイクロフォンに応答して、リアルタイムで上述した分析を行うコンピュータを備えている。そして、ディスプレイ２４は、図７に示したような欠陥の記録を提供する。このようなシステムのコストは、２０，０００．００ドル未満であると予想される。現場でタイヤを検査するために用いられるハンドヘルドユニットのコストは、１０，０００．００ドル未満であると予想される。そして、両方の実施形態における検査時間は、１０分未満であると予想される。
【００５３】
従って、本発明のタイヤ欠陥検出システム及び方法は、低コストかつ最短の検査時間で、タイヤにおける欠陥を正確に検出する。また、本発明のタイヤ欠陥検出システム及び方法は、タイヤを１００％検査することが可能であり、それによって試験の信頼性を増大させることができる。オペレータの主観は排除され、かつ試験は容易に自動化することができる。ここで述べたタイヤ欠陥検出システムは、更にシステム価格を下げるために、多くの市販されている既製の装置を組み込む。
【００５４】
標題（ｓｕｂｊｅｃｔ）の発明によって、図７５〜７６に示した、ＦＦＴ変換を計算し、弁別器量を計算し、かつ欠陥伝達関数を組み立てるために用いられるコードは、以下の通りである。
【表１Ａ】
【表１Ｂ】
【表１Ｃ】
【表１Ｄ】
【表１Ｅ】
【表１Ｆ】
【表１Ｇ】
【表１Ｈ】
【表１Ｉ】
【００５５】
本発明に特有の特徴は、いくつかの図面に示され、他のものには示されていないが、これは単に便宜的なものであり、本発明によれば、各々の特徴は、他の特徴のいずれか、もしくは全てと結合させることができる。他の実施形態は、この技術の熟練者の心に浮かぶであろうし、請求項の範囲内にも含まれる。例えば、上記の開示内容は、特に、再生後のタイヤを検査することに関するが、本発明のシステム及び方法は、再生の可能性のために再生される前に、かつ／または製造の後の通常の検査時に、または使用中に、タイヤを検査するために用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のタイヤ欠陥検出システムの概略図である。
【図２】図１に示したタイヤ欠陥検出システムのタイヤを受けるための支持構造の概略図である。
【図３】図１に示したタイヤ欠陥検出システムのアクチュエータ／マイクロフォン固定装置の上面図である。
【図４】図３に示したアクチュエータ／マイクロフォン固定装置の下面図である。
【図５】図１に示したタイヤ欠陥検出システムの制御装置のブロック図である。
【図６】標題の発明による欠陥検出方法を示す概略図である。
【図７】タイヤ壁及び欠陥の画像を表示する、図１に示したタイヤ欠陥検出システムのモニタの正面図である。
【図８】標題の発明によって分析された音の波形のＦＦＴのグラフである。
【図９】図８に示した音の波形のＦＦＴ変換の詳細を示すグラフである。
【図１０】図８に示した音の波形のＦＦＴ変換の詳細を示すグラフである。
【図１１】標題の発明によって図９〜１０のＦＦＴ変換から計算される標準偏差弁別器量の計算を示すグラフである。
【図１２】標題の発明によって計算される標準的な自己相関関数を示すグラフである。
【図１３】標題の発明による面積弁別器量の計算を示すグラフである。
【図１４】標題の発明によって計算される期間測定値弁別器量を示すグラフである。
【図１５】標題の発明による平均パルス幅弁別器量を示すグラフである。
【図１６】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図１７】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図１８】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図１９】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図２０】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図２１】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図２２】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図２３】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図２４】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図２５】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図２６】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図２７】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図２８】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図２９】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図３０】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図３１】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図３２】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図３３】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図３４】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図３５】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図３６】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図３７】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図３８】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図３９】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図４０】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図４１】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図４２】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図４３】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図４４】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図４５】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図４６】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図４７】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図４８】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図４９】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図５０】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図５１】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図５２】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図５３】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図５４】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図５５】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図５６】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図５７】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図５８】半径が、それぞれ、７．２５インチ、８．２５インチ、及び９．２５インチの位置における、検査中のタイヤの一方の側面の衝撃周波数応答を示すグラフである。
【図５９】半径が、それぞれ、７．２５インチ、８．２５インチ、及び９．２５インチの位置における、検査中のタイヤの一方の側面の衝撃周波数応答を示すグラフである。
【図６０】半径が、それぞれ、７．２５インチ、８．２５インチ、及び９．２５インチの位置における、検査中のタイヤの一方の側面の衝撃周波数応答を示すグラフである。
【図６１】標題の発明による、１つの弁別器量における、マイクロフォンの距離に対するタイヤの影響を示すグラフである。
【図６２】標題の発明による、１つの弁別器量における、マイクロフォンの距離に対するタイヤの影響を示すグラフである。
【図６３】標題の発明による、１つの弁別器量における、マイクロフォンの距離に対するタイヤの影響を示すグラフである。
【図６４】標題の発明による、１つの弁別器量における、マイクロフォンの距離に対するタイヤの影響を示すグラフである。
【図６５】標題の発明による、１つの弁別器量における、マイクロフォンの距離に対するタイヤの影響を示すグラフである。
【図６６】標題の発明による、１つの弁別器量における、マイクロフォンの距離に対するタイヤの影響を示すグラフである。
【図６７】既知の剥離のために標題の発明によって組み立てられた欠陥伝達関数を示すグラフである。
【図６８】既知の切り傷を有するタイヤのために標題の発明によって組み立てられた欠陥伝達関数を示すグラフである。
【図６９】標題の発明によって行われた空間解像度の検討の結果を示す、標題の発明によって計算された個別の弁別器量のグラフである。
【図７０】標題の発明によって行われた空間解像度の検討の結果を示す、標題の発明によって計算された個別の弁別器量のグラフである。
【図７１】１つのトラックに基づいて、標題の発明のタイヤ欠陥検出システムによって求められた欠陥の位置を示すグラフである。
【図７２】別のトラックに基づいて、標題の発明によって検出された欠陥の位置を示すグラフである。
【図７３】欠陥がないタイヤに関して、標題の発明によって組み立てられた欠陥伝達関数のグラフである。
【図７４】ニューラルネットワークが既知の欠陥を有するタイヤを用いて訓練された後に、欠陥の有無が未知のタイヤにおける欠陥を検出するために、標題の発明によって組み立てられた欠陥伝達関数のグラフである。
【図７５】標題の発明のタイヤ欠陥検出方法によってニューラルネットワークを訓練することに関する主要なステップを示すフローチャートである。
【図７６】ニューラルネットワークが訓練された後の、標題の発明のタイヤ欠陥検出方法に関する主要なステップを示すフローチャートである。
【図７７】標題の発明による完全に自動化されたタイヤ欠陥検出システムの概略図である。
【符号の説明】
１０ タイヤ欠陥検出システム
１２ 支持構造
１４ アクチュエータ／マイクロフォン固定装置
１５ タイヤ
１８ アーム
２０ ベーススタンド
２２ コンピュータ
２４ モニタ
２６ 制御装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、契約番号Ｎ６８３３５−９７−Ｃ−０２０１の下の資金によって開発された。米国政府は、本発明において、ある一定の権利を持つことができる。
【０００２】
本発明は、様々なタイプのタイヤにおける剥離や切り傷のような欠陥を検出し、かつ、その位置を特定するシステム及び方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
米国では、１９９５年だけで、２５００万本以上の再生タイヤが販売された。再生タイヤは、重要な用途、例えば、軍及び民間の航空機や、スクールバスにさえも用いられる。従って、再生タイヤが剥離のために故障すると、その結果は、悲惨なものになる可能性がある。
【０００４】
タイヤが再生された後に、そのタイヤに存在する欠陥を検出することができる検査装置を発明するために、多数の試みがなされてきた。しかし、そのような従来技術の装置は、多数の欠点を有している。光学的な手段を用いてタイヤの欠陥を測量するホログラフィ法は、非常に高価であり、一般に、機械毎に約５００，０００ドルかかり、振動に対して極度に敏感であり、かつまた比較的遅い。シェアログラフィ（Ｓｈｅａｒｏｇｒａｐｈｙ）は、振動に対して、あまり敏感ではない、同様の技術であるが、やはり非常に高価で、かつ遅い。高電圧試験は、あまり高価ではないが、タイヤのカーカスにおける金属の含有物しか検出することができないという制限がある。超音波技術は、空気で満たされた欠陥を検出することのみ可能であり、かつ、測定されるタイヤ壁（ｔｉｒｅ ｗａｌｌ）の厚さに対して非常に敏感なので、一般に、航空機のタイヤを検査するためには用いられない。軍用規格−ＭＩＬ−Ｒ−７７２６Ｈ、付録１によって規定された空気噴射試験は、極度に時間を消費するが、非常に正確というわけでもない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
航空機のタイヤは、平均５〜７回、場合によっては１２回まで再生されるので、あまりに高価で、かつ複雑で、かつ／または、長い検査時間を伴い、かつ／または、様々なタイプの欠陥を正確に検出しない検査装置は、商業的に成り立たないであろう。米国だけで、１，４００を超える再生工場がある。従って、大部分の従来技術の検査装置の純然たる（ｓｈｅｅｒ）コストにより、全ての再生タイヤを検査することは現実的ではない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明の目的は、低コストかつ短い検査時間で、タイヤの欠陥を正確に検出するタイヤ欠陥検出システム及び方法を提供することである。
【０００７】
本発明の更なる目的は、タイヤを１００％検査することを可能にし、これにより、試験の信頼性を増大させるタイヤ欠陥検出システム及び方法を提供することである。
【０００８】
本発明の更なる目的は、オペレータの主観を排除するタイヤ欠陥検出システム及び方法を提供することである。
【０００９】
本発明の更なる目的は、多くの市販されている既製の装置（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）を組み込んでいるタイヤ欠陥検出システム及び方法を提供することである。
【００１０】
本発明の更なる目的は、タイヤの側壁（ｓｉｄｅ ｗａｌｌ）に刻印された文字、または、その他の成型された特徴の影響を受けにくいタイヤ欠陥検出システムを提供することである。
【００１１】
本発明の更なる目的は、再生タイヤから期待することができる安全の余裕を増加させるタイヤ欠陥検出システム及び方法を提供することである。
【００１２】
本発明は、アクチュエータによってタイヤに衝撃を与え、その結果生じる音の波形を分析し、剥離及びその他の欠陥の証拠とすることによって、タイヤを、再生の前及び後の両方、及び現場でさえも、安価かつ包括的に検査し、かつ試験することができるという認識に起因する。ニューラルネットワークもしくは他の非線形相関器は、それぞれの結果として生じる音の波形のために計算された、いくつかの弁別器量に基づいて、剥離及び他のタイヤ欠陥を認識し、かつ、表面に刻印された文字、壁の厚さ等のような欠陥ではない情報は平均化するように訓練される。
【００１３】
本発明は、タイヤを受けるための支持構造と、タイヤの直近に配置された、タイヤに衝撃を与えるためのアクチュエータと、アクチュエータの直近に配置された、アクチュエータがタイヤに衝撃を与えたときに発生する音の波形を受け取るためのマイクロフォンと、マイクロフォンに応答するコンピュータとを備えているタイヤ欠陥検出システムにおいて、前記コンピュータは、音の波形から複数の弁別器量を計算する計算手段と、計算された弁別器量を、欠陥を表している記憶された弁別器量と比較して、タイヤに欠陥があるかどうかを見極める手段とを備えていることを特徴とする。
【００１４】
アクチュエータは、一般に、ソレノイドを備えている。更に、０．１秒未満の衝撃時間だけ、ソレノイドを駆動する制御装置も備えている。マイクロフォンは、約７０〜１５，０００Ｈｚの応答を有している。
【００１５】
コンピュータは、各波形のためにＦＦＴ変換を行うルーチンを備えていることが好ましい。この音の波形及びＦＦＴ変換から、複数の弁別器量が計算される。弁別器量としては、各周波数帯域におけるＦＦＴ変換の振幅の平均値、各周波数帯域におけるＦＦＴ変換の振幅の標準偏差、音の波形の二乗平均、音の波形の自己相関時間の逆数、各偏位より下で音の波形の標準偏差より上の平均面積、平均の上の１つの標準偏差の交差点間の平均時間、平均の上の１つの標準偏差と平均の下の１つの標準偏差との交差点間の平均時間、音の波形の平均長さ、平均の上の１つの標準偏差より上の音の波形の平均長さ、平均の上の１つの標準偏差より上の音の波形のパルス幅がある。
【００１６】
欠陥検出システムは、計算された弁別器量に基づいて、欠陥伝達関数を組み立てる手段を更に備えている。
【００１７】
タイヤ欠陥検出システムは、タイヤに衝撃を与えるためのアクチュエータと、アクチュエータの直近に配置された、アクチュエータがタイヤに衝撃を与えたときに発生する音の波形を受け取るためのマイクロフォンと、マイクロフォンに応答するコンピュータとを備えている。このコンピュータは、音の波形のためにＦＦＴ変換を行い、音の波形及びＦＦＴ変換から複数の弁別器量を計算し、計算された弁別器量に基づいて欠陥伝達関数を組み立て、これにより、タイヤに欠陥があるかどうかの表示を与えるようにプログラムされている。
【００１８】
本発明による、欠陥のためにタイヤを検査する方法は、既知の欠陥を有するタイヤを入手するステップと、アクチュエータによってタイヤに衝撃を与えるステップと、その結果生じる音の波形を記録するステップと、それぞれの音の波形のために複数の弁別器量を計算するステップと、計算された弁別器量に基づいて欠陥伝達関数を組み立て、かつ、それについての係数を記憶するステップとを有している。次に、アクチュエータによって、欠陥の有無が未知のタイヤに衝撃を与える。その結果生じる音の波形が記録される。それぞれの音の波形のために、複数の弁別器量が計算される。そして、組み立てられた欠陥伝達関数（ｄｅｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）の記憶された係数が用いられ、欠陥の有無が未知のタイヤに、欠陥があるかどうかが見極められる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
他の目的、特徴及び利点は、好ましい実施形態及び添付の図の以下の記述から、この技術に熟練した者の心に浮かぶであろう。
【００２０】
図１のタイヤ欠陥検出システム１０は、タイヤ１５のための支持構造１２、ベーススタンド２０上に取り付けられたアーム１８を介してタイヤ１５の上に配置されたアクチュエータ／マイクロフォン固定装置１４、モニタ２４に接続されたコンピュータ２２、及び制御装置２６を備えている。
【００２１】
図２の支持構造１２は、コンクリートのような振動を減衰させる材料で満たされた支持台３４によって受けられているスピンドル３２上に、回転可能に取り付けられたタイヤ支持台３０を備えている。スピンドル３２は、代替実施形態として、モータで駆動されてもよい。スピンドル３２は、今日の通常の使用の中で最も大きい航空機用のタイヤの重さである３００ポンドのタイヤを支持することができる。
【００２２】
図１のベーススタンド２０は、図示したように、３つの自動平準化ゴムが当てられた脚部上に載せられた重い鋳鉄の台３６を備えている。ブラケット３８は、アーム１８とベーススタンド２０を相互に接続し、タイヤ１５に対するアクチュエータ／マイクロフォン固定装置１４の高さ及び角度の調節を可能にしている。
【００２３】
図３及び４のアクチュエータ／マイクロフォン固定装置１４は、Ｅｌｅｃｔｒｏ−ＭｅｃｈａｎｉｓｍｓのモデルＳＰ−１００、６ボルト、高温１８０℃コイルのようなハンマー復帰スプリング４２を有するソレノイド４０を備えている。図４のマイクロフォン４４、例えば、７０〜１５，０００Ｈｚのフラットな応答を有するＲａｄｉｏ Ｓｈａｃｋ Ｏｐｔｉｍｉｓｔカタログのｎｏ．３３−３０１３は、ソレノイド４０のハンマー４６の直近に取り付けられているが、２つの独立したセットのゴム製のグロメットによって、そこから物理的に絶縁されていて、マイクロフォン４４はソレノイドの振動から隔離されている。
【００２４】
ソレノイド４０は、図５の制御装置２６に接続されていて、これは、２４ボルトの印加電圧をソレノイド４０に供給する。制御装置２６は、図示したように接続された、ＡｃｏｐｉａｎのモデルＺＡ１２ＮＴ１１０ １２ボルトＤＣ電源５０、Ｅｌｐａｃ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍｓ−ＢＦＳ２００−２４（２７．３直流ボルト−７．５アンペア）電源５２、及びＳｙｒｅｌｅｃ８１４タイマー５４を備えていて、０．０１〜０．０３秒の間の作動時間を提供する。実験では、０．０３秒の作動時間が最適であることが証明された。
【００２５】
マイクロフォン４４は、図１のコンピュータ２２に接続されていて、このコンピュータ２２は、１）マイクロフォン４４によって記録された、それぞれの音の波形のためにＦＦＴ変換を行い、２）それぞれの音の波形及びＦＦＴ変換に基づいて、いくつかの「弁別器量（ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｏｒ ｑｕａｎｔｉｔｙ）」を計算し、３）以下で論じられる弁別器量に基づいて、欠陥伝達関数を組み立てるようにプログラムされている。
【００２６】
一般に、図６のタイヤ１５を回転させ、ソレノイドは、タイヤの各側壁における半径７．２５インチ、８．２５インチ、及び９．２５インチの位置で、タイヤの１０°の回転毎に、０．０３秒の間だけ作動し、更に、タイヤのトレッド領域上でも作動する。図１のコンピュータ２２が、その処理を完了した後に、図７の欠陥６０、６２、及び６４が、モニタ２４上に表示される。この例では、欠陥は剥離であり、これらの概略の大きさ及び位置がユーザに示される。ただし、切り傷等のような他の欠陥も、本発明によって検出することが可能である。
【００２７】
図１のコンピュータ２２の処理を、図８〜７６を参照して説明する。図４のマイクロフォン４４は、コンピュータに、タイヤ上へのソレノイドハンマーの各打撃に対する図１１に示す波形を伝送する。コンピュータは、可動ウィンドウ（ｍｏｖｉｎｇ ｗｉｎｄｏｗ）フーリエ変換を計算するようにプログラムされていて、時々、図９及び１０に示すような応答スペクトルの時間展開（ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）を表す、オーバーラップするガボール変換を参照する。示したように、結果として生じるエネルギーの大部分は、以下の６つの一定の周波数帯域に分割される。１２０Ｈｚ〜２５０Ｈｚ、２５０Ｈｚ〜４００Ｈｚ、４００Ｈｚ〜８００Ｈｚ、８００〜１０００Ｈｚ、１ｋＨｚ〜２ｋＨｚ、及び２ｋＨｚ〜３ｋＨｚ。タイヤに剥離があるとき、エネルギーが、１つの帯域から別の帯域に移動する。各帯域において、欠陥のある領域と欠陥のない領域との間での相対的なエネルギーレベルを監視することによって、タイヤの欠陥を検出し、かつ、その位置を特定することができる。
【００２８】
各波形のＦＦＴ変換から、そして波形それ自身から、以下で論じられるような、いくつかの弁別器量が計算される。
【００２９】
最初の６つの弁別器量（Ｍ１〜Ｍ６）は、６つの識別された帯域の各々におけるＦＦＴ変換の振幅の平均値である。これらの値は、試験中のタイヤの弾性を表している。次の６つの弁別器量（ＳＤ１〜ＳＤ６）は、６つの帯域の各々におけるＦＦＴ変換の振幅の標準偏差である。これらの値は、各帯域内のピークすなわち材料のＱを表している。
【００３０】
二乗平均（ｒｏｏｔ ｍｅａｎｓ ｓｑｕａｒｅ）弁別器量（ＲＭＳ）は、以下のように計算される。
【数１】
【００３１】
別の弁別器量として、時間領域における波形上の点の標準偏差（ＳＴＤＥＶ）がある。ひとたび、この量が計算されると、図１１に示した平均の上及び下に、１つの標準偏差としてラインが定義される。多くの他の弁別器量は、この定義された間隔と関係がある。
【００３２】
弁別器量としての勾配は、特有の自己相関時間の逆数に関連する。これは、信号が線形相関を失う時間尺度であり、ある処理におけるミキシング（ｍｉｘｉｎｇ）の速度の測定値を示唆する。自己相関Ｃｘｘ（τ）は、信号ｘ（ｔ）に時間遅れバージョンの信号ｘ（ｔ−τ）を掛けたものを、全ての時間にわたって積分したものである。従って、時間遅れがない（τ＝０）の場合には、自己相関は下記のようになる。
【数２】
τの値が大きい場合には、自己相関は下記の値に近づく。
【数３】
【００３４】
図１２に示すように、特有の自己相関時間は、自己相関曲線の初期の下りの勾配が、下記で与えられる消滅値（ｒｕｎ ｏｕｔ ｖａｌｕｅ）Δｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃのラインを切る時間である。
【数４】
通常、正規化によって初期値は「１」に設定されるので、初期勾配は、
【数５】
図１３に示すように、面積弁別器量（ＡＲＥＡ）は、各偏位の下で、第１の標準偏差ラインの上の平均面積であって、タイヤにおける波形の減衰ウエイトを表していて、従ってタイヤの材料の特性を表している。
【００３７】
ＨＣＲＯＳＳ弁別器量は、信号が上側標準偏差ラインより上になる回数の合計の記録である。ＨＬＣＲＯＳＳ弁別器量は、信号が、この標準偏差ラインの上になり、その後、続けて、下側標準偏差ラインより下になる回数の記録である。これらの量は、大きな振幅の偏位を数えることによって、信号の減衰速度を示すと考えられるが、結局、これらの２つの弁別器量は、剥離を表す値として用いられなかった。更に、ＲＭＳ及びＳＴＤＥＶ値は、同じ情報を持つと思われるので、一つの値のみ、すなわちＲＭＳ値が、好ましい実施形態に用いられる。
【００３８】
ＰＥＲ１及びＰＥＲ２弁別器量は、上述した交差の測定値と類似した期間の測定値である。ＰＥＲ１はＨＣＲＯＳＳに対応し、上側標準偏差ラインの上りの交差点間の平均時間を測定する。ＰＥＲ２はＨＬＣＲＯＳＳに対応し、図１４に示すように、上側標準偏差ラインと、下側標準偏差ラインとの交差点間の平均時間を測定する。
【００３９】
ＬＥＮ１及びＬＥＮ２弁別器量は、信号の長さから得られる長さである。もし、信号を平らに引き伸ばしたとすると、多くの高周波を有する信号、大きい振幅の情報は、平坦な構造を有するものと比べて、より遠くまで引き伸ばされるであろう。このように、これらの２つの弁別器量は、信号の高周波の内容に関する情報を含んでいる。ＬＥＮ１は、開始から終了までの信号の全体の曲線の長さである。ＬＥＮ２は、上側標準偏差ラインより上にある信号の曲線の平均長さである。この値は、大きい振幅の偏位の高周波の内容に関する特有の情報を含んでいる。
【００４０】
ＰＷは、上側標準偏差ラインより上にあるピークの平均パルス幅を表す弁別器量である。ＰＷは、時間ステップで測定され、かつ、図１５に示すように、上側標準偏差ラインで測定される。この量は、ソレノイドの最初の衝撃に対するタイヤのバルク（ｂｕｌｋ）応答に関する情報を含んでいる。
【００４１】
ニューラルネットワークが欠陥を認識するように訓練するために、データが、既知の剥離を有するタイヤの各側面上の３つの別々の半径に対して、そして、タイヤのスレッド壁（ｔｈｒｅａｄｗａｌｌ）上の３つの高さの位置に対して記録される。各トラックは、タイヤの１０°の回転によって隔てられた３６個の衝撃点を含んでいる。コンピュータによって、タイヤ上への全ての衝撃に対する、上述した弁別器量が、計算される。図１６〜３６に、タイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、各衝撃に対する弁別器量を示す。図３７〜５７に、タイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各衝撃に対する弁別器量を示す。図５８〜６０に、半径が、それぞれ、７．２５インチ、８．２５インチ、及び９．２５インチの位置における、タイヤの一方の側面の衝撃周波数応答の概要を示す。
【００４２】
また、上述した弁別器量に対する、タイヤの側壁における刻印の存在の影響を見極めるために、分析が行なわれた。標準的なタイヤの側壁は、刻印及びその他の成型された特徴を備えていて、これは、ハンマーの衝撃に干渉する可能性があり、従って、その結果生じる弁別器量の中に人為的な量をもたらすことが予測された。これは、特に、タイヤの各側面の、まさに刻印の大きい部分を通る、中間のトラックに対して当てはまるものであった。例えば、半径８．２５インチの位置において、この量のいくつか、特に、Ｍ３、Ｍ４、ＲＭＳ、ＡＲＥＡ、ＬＥＮ１、及びＰＥＲ１は、３０°で兆候（ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ）を示す。これらの結果は、まさに、タイヤの表面のゴムの成型における浮彫りの刻印と一致する。このタイプの浮彫りの特徴においては、衝撃ハンマーの先端は、タイヤの表面と十分に接触せず、従って、正常なものとは異なるタイプの波形を生じさせる。これは、ハンマーの先端が、１４０°の場合、及び、より少ない程度ではあるが１６０°及び３２０°の場合のような、浮彫りの文字の端を打った場合にも当てはまる。表面の刻印上への直接的な十分にフラットな打撃は、弁別器量に影響を及ぼさないようであった。従って、好ましい実施形態においては、ソレノイドの衝突ヘッドの直径を、できる限り小さくして、衝撃を逸れる機会を少なくし、これにより、欠陥の間違った指標（ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ）に帰着することを、ほとんどなくすべきである。その他の表面の特徴で、結果に現れるものは、タイヤの幅が均一ではないことである。タイヤの表面からソレノイド及びマイクロフォン固定装置までの距離は、中間のトラックに沿った位置では、ソレノイドのヘッドとほとんど接触する距離から、約６ミリメートルまで変化する。この変化は、内側のトラックに沿った位置では、より小さくなり、外側のトラックに沿った位置では、僅かに大きくなる。タイヤの幅のこれらの変化は、最初の力に影響し、従って、全体の衝撃の形にも影響する。これは、周波数領域での最も低い帯域において明らかであり、図６１〜６６に、様々なＭ１弁別器量のグラフ上にマークした高い点及び低い点を示す。この変化は、Ｍ１及びＳＤ１量にのみ現れるので、これらの弁別器量は、タイヤ上の欠陥ではなく、表面の高さを表している。トレッド領域においては、表面の均一ではない摩耗が、データに明白な結果をもたらす。従って、Ｍ１は、タイヤの本当の欠陥を示すことに寄与するものとしては用いられない。
【００４３】
従って、いくつかの弁別器量は、特に有益である一方で、他のものは、そうではない。有益な弁別器量から、欠陥伝達関数が組み立てられ、弁別器量が結合され、これにより、上述した表面の刻印、壁の厚さ、及びマイクロフォンの隔離（ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）に対する面のような、欠陥ではない情報が平均化される。
【００４４】
欠陥伝達関数は、この形の方程式の分類である。
【数６】
ここで、ＤＱｊは弁別器量、Ｎは、用いた弁別器量の合計数、Ｋは中間の変換結合方程式（ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ）の数、ａｉ及びｂｊは重み付け係数、そして、Ｆは、このタイプのスケール関数（ｓｃａｌｉｎｇ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）である。
【数７】
Ｔは伝達関数であり、入力として弁別器量をとり、出力として０と１の間の値をとる。Ｔは、本来は、欠陥が、検査処理の間、所定の点にある確率である。欠陥伝達関数の係数は、ニューラルネットワークのような適応性のある学習技術、もしくは遺伝的アルゴリズムによって求められることが好ましい。一般に、既知の欠陥に対する種々の弁別器量のデータが、ニューラルネットワークに教え込まれ、このニューラルネットワークは、既知の欠陥に１の確率を割り当てるような方法で、重みを、それらの各々に割り当てる。
【００４７】
実際には、データ伝達関数のための係数は、「ニューロシェル（Ｎｅｕｒｏ Ｓｈｅｌｌ）２」、すなわちＷａｒｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｇｒｏｕｐからの人工ニューラルネットワークコンピュータプログラムを用いる３レベル後方伝播（ｂａｃｋ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）ニューラルネットワークを、任意に選択されたデータサンプルの約半数上で訓練することによって求められた。データ伝達関数を、図６７に示すように、既知の剥離を有するトラックのために作成し、かつ、図６８に示すように、タイヤに既知の切り傷を有するトラックのために作成した。
【００４８】
また、剥離を検出するための空間解像度を決定するための検討を行った。ソレノイド／マイクロフォン固定装置を、０．３インチのステップで欠陥の左右に動かして、各位置において３回叩き、衝撃データを記録することによって、側壁に切られた既知の剥離を有するタイヤの試験を行った。剥離は、幅が約１インチであることが知られていた。結果を、図６９及び７０に示す。各グラフの下部に沿ってインチで示された距離は、剥離の中心に対する衝撃ハンマーの相対的な位置である。結果は、中心から１インチ離れた０．６までの欠陥を示していて、１インチの位置ではない。これらの結果は、マイクロフォンの位置が重要ではないことを示唆している。なぜなら、欠陥の指標が、欠陥を通って伝わる横波の変化によらないからである。しかし、その代りに、これらの指標は、衝撃そのものの変化による。なぜなら、局所的な材料のバルク特性の変化が、すぐ近くの欠陥の存在によるからである。従って、マイクロフォンの位置決めは重要ではなく、実際に、１つのマイクロフォンが、タイヤの半径に沿ったアレイの中の、いくつかのソレノイドからの衝撃を記録するために用いられてもよい。また、これらの結果は、ハンマーが、必ずしも、タイヤの欠陥の真上を打たなければならないわけではないことを示唆している。１インチで兆候がないことは、その距離で衝撃の測定可能な外乱がなかったことを示している。しかしながら、更に強い衝撃が、衝撃の測定可能な変化を引き起こす可能性があり、これは、弁別器量における指標を生じさせるであろう。
【００４９】
最後に、訓練されたニューラルネットワークが、試験技術者に知られずに埋め込まれた欠陥を有するタイヤを試験するために用いられた。２つのトラックに対する結果を、図７１及び７２に示す。そして、この結果は、埋め込まれた欠陥のマップと比較され、その相関は、ほとんど完璧であった。各試験ポイントに対して３つのサンプルがとられたので、各位置に３本の棒があることに注意して下さい。試験ポイントは約１インチ間隔であり、指標（ｉｎｄｅｘ）ポイントは約２インチ間隔であった。タイヤにマークされた３５個の指標ポイントは、７０個の試験ポイントに相当する。従って、試験ポイントは、各指標マークに当たり、かつまた中間にもくる。大きいスパイク（図７２における指標位置１５、２２、及び３１）が、２つのより大きい側面（ｓｉｄｅｓ）の剥離のマップの位置と非常によく関連があることに注意して下さい。また、図７１の中間のトラックにおいて示した位置の間は、より大きい側面（ｓｉｄｅ）の剥離が、より大きい剥離を示すことに関して、非常に良く一致している。１／２インチ以下の、より小さい剥離は、この測定では、あまりよく現れないが、そのような剥離は、軍用規格ＭＩＬ−Ｒ−７７２６Ｈにおいて規定された大きさを下回っている。
【００５０】
いずれにせよ、この大きさの剥離さえも検出するために、より強いソレノイド／ハンマーを用いることができ（すなわち上述したＳＰ１００モデル）、タイヤの反応の信号が、欠陥がないタイヤ及び欠陥が埋め込まれたタイヤからのデータを用いて求められた、新しい欠陥伝達関数によって、上述したように処理された。結果を、図７３（良いタイヤ）及び図７４（剥離が埋め込まれたタイヤ）に示す。
【００５１】
以上を要約すると、本発明によれば、ニューラルネットワークが、タイヤにおける剥離、切り傷、及び類似した欠陥を認識するように訓練される。このため、まず、図７５のステップ１００で、図１〜６のシステム１０を用いて、既知の欠陥を有するタイヤに打撃を加え、ステップ１０２で、その結果生じる音の波形が記録され、ステップ１０４で、各波形のためにＦＦＴ変換が計算される。次に、ステップ１０６で、ＦＦＴ変換及び音の波形に基づいて、上述した弁別器量が計算され、ステップ１０８で検査が完了するまで、以上の動作が繰り返される。次に、ステップ１１０において、ステップ１０６で計算された弁別器量が、上述した欠陥伝達関数を組み立てるために用いられる。次に、検査対象である実際のタイヤが、図１の支持構造１２上に置かれ、このタイヤが検査される。このため、図７６のステップ１２０で、ソレノイドによってタイヤに打撃を加え、ステップ１２２で、その結果生じる音の波形を記録し、ステップ１２４で、記録された各々の波形のためにＦＦＴ変換を計算し、ステップ１２６で、弁別器量を計算する。ステップ１２８で、この検査が完了するやいなや、ステップ１３０で、欠陥伝達関数が組み立てられ、ステップ１３２で、欠陥が表示される。
【００５２】
上述したような、この処理は、図７７のソレノイド／マイクロフォンのサブアセンブリ２００、２０２、２０４の３つの個別のアレイを設けることによって、現在、タイヤのバランスをとるために用いられている機械と類似した方式で自動化することができる。各々のアレイは、タイヤの回りの、それの向かい合う側面上及びスレッド壁に沿って配置され、制御装置２０８の制御下でモータ２０６がタイヤを回転させながら、３つの別々のトラックに沿ってタイヤに衝撃を与える。制御装置２０８は、更に、適切な時にソレノイドを自動的に作動させ、かつ、マイクロフォンに応答して、リアルタイムで上述した分析を行うコンピュータを備えている。そして、ディスプレイ２４は、図７に示したような欠陥の記録を提供する。このようなシステムのコストは、２０，０００．００ドル未満であると予想される。現場でタイヤを検査するために用いられるハンドヘルドユニットのコストは、１０，０００．００ドル未満であると予想される。そして、両方の実施形態における検査時間は、１０分未満であると予想される。
【００５３】
従って、本発明のタイヤ欠陥検出システム及び方法は、低コストかつ最短の検査時間で、タイヤにおける欠陥を正確に検出する。また、本発明のタイヤ欠陥検出システム及び方法は、タイヤを１００％検査することが可能であり、それによって試験の信頼性を増大させることができる。オペレータの主観は排除され、かつ試験は容易に自動化することができる。ここで述べたタイヤ欠陥検出システムは、更にシステム価格を下げるために、多くの市販されている既製の装置を組み込む。
【００５４】
標題（ｓｕｂｊｅｃｔ）の発明によって、図７５〜７６に示した、ＦＦＴ変換を計算し、弁別器量を計算し、かつ欠陥伝達関数を組み立てるために用いられるコードは、以下の通りである。
【表１Ａ】
本発明に特有の特徴は、いくつかの図面に示され、他のものには示されていないが、これは単に便宜的なものであり、本発明によれば、各々の特徴は、他の特徴のいずれか、もしくは全てと結合させることができる。他の実施形態は、この技術の熟練者の心に浮かぶであろうし、請求項の範囲内にも含まれる。例えば、上記の開示内容は、特に、再生後のタイヤを検査することに関するが、本発明のシステム及び方法は、再生の可能性のために再生される前に、かつ／または製造の後の通常の検査時に、または使用中に、タイヤを検査するために用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のタイヤ欠陥検出システムの概略図である。
【図２】図１に示したタイヤ欠陥検出システムのタイヤを受けるための支持構造の概略図である。
【図３】図１に示したタイヤ欠陥検出システムのアクチュエータ／マイクロフォン固定装置の上面図である。
【図４】図３に示したアクチュエータ／マイクロフォン固定装置の下面図である。
【図５】図１に示したタイヤ欠陥検出システムの制御装置のブロック図である。
【図６】標題の発明による欠陥検出方法を示す概略図である。
【図７】タイヤ壁及び欠陥の画像を表示する、図１に示したタイヤ欠陥検出システムのモニタの正面図である。
【図８】標題の発明によって分析された音の波形のＦＦＴのグラフである。
【図９】図８に示した音の波形のＦＦＴ変換の詳細を示すグラフである。
【図１０】図８に示した音の波形のＦＦＴ変換の詳細を示すグラフである。
【図１１】標題の発明によって図９〜１０のＦＦＴ変換から計算される標準偏差弁別器量の計算を示すグラフである。
【図１２】標題の発明によって計算される標準的な自己相関関数を示すグラフである。
【図１３】標題の発明による面積弁別器量の計算を示すグラフである。
【図１４】標題の発明によって計算される期間測定値弁別器量を示すグラフである。
【図１５】標題の発明による平均パルス幅弁別器量を示すグラフである。
【図１６】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図１７】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図１８】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図１９】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図２０】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図２１】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図２２】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図２３】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図２４】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図２５】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図２６】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図２７】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図２８】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図２９】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図３０】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図３１】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図３２】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図３３】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図３４】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図３５】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図３６】検査されるタイヤの一方の側面上の半径７．２５インチの位置における、本発明のタイヤ欠陥検出システムの各々の衝撃に対する実際の弁別器量を示すグラフである。
【図３７】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図３８】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図３９】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図４０】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図４１】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図４２】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図４３】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図４４】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図４５】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図４６】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図４７】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図４８】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図４９】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図５０】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図５１】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図５２】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図５３】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図５４】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図５５】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図５６】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図５７】標題の発明によるタイヤのもう一方の側面上の半径９．２５インチの位置における、各々の衝撃に対する弁別器量を示すグラフである。
【図５８】半径が、それぞれ、７．２５インチ、８．２５インチ、及び９．２５インチの位置における、検査中のタイヤの一方の側面の衝撃周波数応答を示すグラフである。
【図５９】半径が、それぞれ、７．２５インチ、８．２５インチ、及び９．２５インチの位置における、検査中のタイヤの一方の側面の衝撃周波数応答を示すグラフである。
【図６０】半径が、それぞれ、７．２５インチ、８．２５インチ、及び９．２５インチの位置における、検査中のタイヤの一方の側面の衝撃周波数応答を示すグラフである。
【図６１】標題の発明による、１つの弁別器量における、マイクロフォンの距離に対するタイヤの影響を示すグラフである。
【図６２】標題の発明による、１つの弁別器量における、マイクロフォンの距離に対するタイヤの影響を示すグラフである。
【図６３】標題の発明による、１つの弁別器量における、マイクロフォンの距離に対するタイヤの影響を示すグラフである。
【図６４】標題の発明による、１つの弁別器量における、マイクロフォンの距離に対するタイヤの影響を示すグラフである。
【図６５】標題の発明による、１つの弁別器量における、マイクロフォンの距離に対するタイヤの影響を示すグラフである。
【図６６】標題の発明による、１つの弁別器量における、マイクロフォンの距離に対するタイヤの影響を示すグラフである。
【図６７】既知の剥離のために標題の発明によって組み立てられた欠陥伝達関数を示すグラフである。
【図６８】既知の切り傷を有するタイヤのために標題の発明によって組み立てられた欠陥伝達関数を示すグラフである。
【図６９】標題の発明によって行われた空間解像度の検討の結果を示す、標題の発明によって計算された個別の弁別器量のグラフである。
【図７０】標題の発明によって行われた空間解像度の検討の結果を示す、標題の発明によって計算された個別の弁別器量のグラフである。
【図７１】１つのトラックに基づいて、標題の発明のタイヤ欠陥検出システムによって求められた欠陥の位置を示すグラフである。
【図７２】別のトラックに基づいて、標題の発明によって検出された欠陥の位置を示すグラフである。
【図７３】欠陥がないタイヤに関して、標題の発明によって組み立てられた欠陥伝達関数のグラフである。
【図７４】ニューラルネットワークが既知の欠陥を有するタイヤを用いて訓練された後に、欠陥の有無が未知のタイヤにおける欠陥を検出するために、標題の発明によって組み立てられた欠陥伝達関数のグラフである。
【図７５】標題の発明のタイヤ欠陥検出方法によってニューラルネットワークを訓練することに関する主要なステップを示すフローチャートである。
【図７６】ニューラルネットワークが訓練された後の、標題の発明のタイヤ欠陥検出方法に関する主要なステップを示すフローチャートである。
【図７７】標題の発明による完全に自動化されたタイヤ欠陥検出システムの概略図である。
【符号の説明】
１０ タイヤ欠陥検出システム
１２ 支持構造
１４ アクチュエータ／マイクロフォン固定装置
１５ タイヤ
１８ アーム
２０ ベーススタンド
２２ コンピュータ
２４ モニタ
２６ 制御装置
Claims (33)
- タイヤを受けるための支持構造と、
タイヤの直近に配置された、タイヤに衝撃を与えるためのアクチュエータと、
アクチュエータの直近に配置された、アクチュエータがタイヤに衝撃を与えたときに発生する音の波形を受け取るためのマイクロフォンと、
マイクロフォンに応答するコンピュータとを備えているタイヤ欠陥検出システムにおいて、前記コンピュータは、
音の波形から複数の弁別器量を計算する計算手段と、
計算された弁別器量を、欠陥を表している記憶された弁別器量と比較して、タイヤに欠陥があるかどうかを見極める手段とを備えている
ことを特徴とするタイヤ欠陥検出システム。 - 前記アクチュエータは、衝撃装置を備えている
ことを特徴とする請求項１に記載のタイヤ欠陥検出システム。 - ０．１秒未満の衝撃時間だけ、アクチュエータを駆動する制御装置を更に備えている
ことを特徴とする請求項１に記載のタイヤ欠陥検出システム。 - 前記マイクロフォンは、約７０〜１５，０００Ｈｚの応答を有していることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ欠陥検出システム。
- 前記計算手段は、各波形のためにＦＦＴ変換を行うルーチンを備えている
ことを特徴とする請求項１に記載のタイヤ欠陥検出システム。 - 前記計算手段は、弁別器量として、各周波数帯域におけるＦＦＴ変換の振幅の平均値を求める手段を備えている
ことを特徴とする請求項５に記載のタイヤ欠陥検出システム。 - 前記計算手段は、弁別器量として、各周波数帯域におけるＦＦＴ変換の振幅の標準偏差を求める手段を備えている
ことを特徴とする請求項５に記載のタイヤ欠陥検出システム。 - 前記計算手段は、弁別器量として、ＦＦＴ変換の二乗平均を求める手段を備えている
ことを特徴とする請求項５に記載のタイヤ欠陥検出システム。 - 前記計算手段は、弁別器量として、ＦＦＴ変換の自己相関時間の逆数を求める手段を備えている
ことを特徴とする請求項５に記載のタイヤ欠陥検出システム。 - 前記計算手段は、弁別器量として、各偏位より下で、ＦＦＴ変換の平均の上の１つの標準偏差より上の平均面積を求める手段を備えている
ことを特徴とする請求項７に記載のタイヤ欠陥検出システム。 - 前記計算手段は、弁別器量として、平均の上の１つの標準偏差の交差点間の平均時間を求める手段を備えている
ことを特徴とする請求項７に記載のタイヤ欠陥検出システム。 - 弁別器量として、平均の上の１つの標準偏差と、平均の下の１つの標準偏差との交差点間の平均時間を求める手段を備えている
ことを特徴とする請求項７に記載のタイヤ欠陥検出システム。 - 前記計算手段は、弁別器量として、ＦＦＴ変換波形の平均長さを求める手段を備えている
ことを特徴とする請求項５に記載のタイヤ欠陥検出システム。 - 前記計算手段は、弁別器量として、平均の上の１つの標準偏差より上の、ＦＦＴ変換波形の平均長さを求める手段を備えている
ことを特徴とする請求項７に記載のタイヤ欠陥検出システム。 - 前記計算手段は、弁別器量として、平均の上の１つの標準偏差より上の、ＦＦＴ変換波形のパルス幅を求める手段を備えている
ことを特徴とする請求項７に記載のタイヤ欠陥検出システム。 - 計算された弁別器量に基づいて、欠陥伝達関数を組み立てる手段を更に備えている
ことを特徴とする請求項１に記載の欠陥検出システム。 - タイヤに衝撃を与えるためのアクチュエータと、
アクチュエータの直近に配置された、アクチュエータがタイヤに衝撃を与えたときに発生する音の波形を受け取るためのマイクロフォンと、
マイクロフォンに応答するコンピュータとを備えているタイヤ欠陥検出システムにおいて、前記コンピュータは、
音の波形のためにＦＦＴ変換を行い、ＦＦＴ変換から複数の弁別器量を計算し、
計算された弁別器量に基づいて欠陥伝達関数を組み立て、これにより、タイヤに欠陥があるかどうかの表示を与えるようにプログラムされている
ことを特徴とするタイヤ欠陥検出システム。 - 既知の欠陥を有するタイヤを入手するステップと、
アクチュエータによってタイヤに衝撃を与えるステップと、
その結果生じる音の波形を記録するステップと、
それぞれの音の波形のために複数の弁別器量を計算するステップと、
計算された弁別器量に基づいて欠陥伝達関数を組み立て、かつ、それについての係数を記憶するステップと、
欠陥の有無が未知のタイヤを入手するステップと、
アクチュエータによって未知のタイヤに衝撃を与えるステップと、
その結果生じる音の波形を記録するステップと、
それぞれの音の波形のために、複数の弁別器量を計算するステップと、
組み立てられた欠陥伝達関数の記憶された係数を用いて、欠陥の有無が未知のタイヤに、欠陥があるかどうかを見極めるステップとを有している
ことを特徴とする欠陥のためにタイヤを検査する方法。 - アクチュエータをタイヤの直近に配置し、タイヤに衝撃を与えるステップと、
マイクロフォンをアクチュエータの直近に配置し、アクチュエータがタイヤに衝撃を与えたときに発生する音の波形を受け取るステップと、
音の波形から複数の弁別器量を計算するステップと、
計算された弁別器量を、欠陥を表している記憶された弁別器量と比較して、タイヤに欠陥があるかどうかを見極めるステップとを有している
ことを特徴とするタイヤ欠陥検出方法。 - 前記衝撃時間は０．１秒未満である
ことを特徴とする請求項１９に記載のタイヤ欠陥検出方法。 - 前記計算するステップは、各波形のためにＦＦＴ変換を行うステップを有している
ことを特徴とする請求項１９に記載のタイヤ欠陥検出方法。 - 弁別器量として、各周波数帯域におけるＦＦＴ変換の振幅の平均値を求めるステップを更に有している
ことを特徴とする請求項２１に記載のタイヤ欠陥検出方法。 - 弁別器量として、各周波数帯域におけるＦＦＴ変換の振幅の標準偏差を求めるステップを更に有している
ことを特徴とする請求項２１に記載のタイヤ欠陥検出方法。 - 弁別器量として、音の波形の二乗平均を求めるステップを更に有している
ことを特徴とする請求項１９に記載のタイヤ欠陥検出方法。 - 弁別器量として、音の波形の自己相関時間の逆数を求めるステップを更に有している
ことを特徴とする請求項１９に記載のタイヤ欠陥検出方法。 - 弁別器量として、各偏位より下で、音の波形の平均の上の１つの標準偏差より上の平均面積を求めるステップを更に有している
ことを特徴とする請求項１９に記載のタイヤ欠陥検出方法。 - 弁別器量として、平均より上の１つの標準偏差の交差点間の平均時間を求めるステップを更に有している
ことを特徴とする請求項１９に記載のタイヤ欠陥検出方法。 - 弁別器量として、平均の下の１つの標準偏差と、平均の下の１つの標準偏差との交差点間の平均時間を求めるステップを更に有している
ことを特徴とする請求項１９に記載のタイヤ欠陥検出方法。 - 弁別器量として、音の波形の平均長さを求めるステップを更に有している
ことを特徴とする請求項１９に記載のタイヤ欠陥検出方法。 - 弁別器量として、平均の上の１つの標準偏差より上の、音の波形の平均長さを求めるステップを更に有している
ことを特徴とする請求項１９に記載のタイヤ欠陥検出方法。 - 弁別器量として、平均の上の１つの標準偏差より上の、音の波形のパルス幅を求めるステップを更に有している
ことを特徴とする請求項１９に記載のタイヤ欠陥検出方法。 - 計算された弁別器量に基づいて、欠陥伝達関数を組み立てるステップを更に有している
ことを特徴とする請求項１９に記載の欠陥検出方法。 - タイヤに衝撃を与えたときに発生する音の波形を記録するステップと、
音の波形のためにＦＦＴ変換を行うステップと、
音の波形及びＦＦＴ変換から複数の弁別器量を計算するステップと、
計算された弁別器量に基づいて欠陥伝達関数を組み立て、これにより、タイヤに欠陥があるかどうかの表示を与えるステップとを有している
ことを特徴とするタイヤ欠陥検出方法。
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