JP2004537711A5 - - Google Patents
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Description
【書類名】明細書
【発明の名称】タイヤ試験システム用の振動補正システム
【特許請求の範囲】
【請求項1】タイヤの一様性測定装置で試験されるタイヤの力の変動の測定を改良する装置であって、
a)回転可能なロードホイールを含むロードホイールアセンブリと;
b)試験されるタイヤにより前記ロードホイールに賦課される力を検出する負荷センサーと;
c)前記タイヤにより印加される力以外の力により前記ロードホイールに生じる振動を検出する振動センサーと;
d)より正確なタイヤの一様性データが得られるように、前記タイヤが賦課する力から前記振動が誘導する力を減算する手段と、からなる装置。
【請求項2】前記振動センサーは加速度計を含み、さらに
i)前記加速度計により生成された信号を拡大縮小する計数回路と;
ii)前記ロードセルにより生成された信号から前記信号を減算する手段とをさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の装置。
【請求項3】前記タイヤの回転軸に平行な方向として画定される、横方向の力を賦課する振動を検出する第一の加速度計と、半径方向の力を生成する振動を検出する第二の加速度計の、少なくとも二つの加速度計をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の装置。
【請求項4】a)ロードホイールアセンブリと;
b)タイヤを保持しかつ回転するタイヤ保持デバイスを含むタイヤ試験部と;
c)前記タイヤ試験部で前記タイヤを回転する手段と;
d)前記タイヤを前記ロードホイールと接触させる手段と;
e)前記ロードホイール上で前記回転するタイヤにより賦課される力を測定する手段と;
f)前記回転するタイヤ以外の前記タイヤ一様性測定装置の部分により生成された力により、前記ロードホイールに賦課された振動を検出するための検出手段とを備えて;
g)前記検出手段は、前記振動に応じて加速度計により生成された信号を拡大縮小する計数回路と加速度計とを含み;
h)さらに、前記振動により生じた任意の成分を除去するために、前記ロードセルにより生成された信号を調整する差動加算手段とを備えたことを特徴とするタイヤの一様性測定装置。
【請求項5】前記検出手段が、前記外部の振動により生成された横方向および半径方向の力の成分を検出するために用いられる、横方向および半径方向の加速度計を含むことを特徴とする、請求項4に記載の装置。
【請求項6】前記加速度計は前記ロードホイールが該ロードホイールを中心として回転するスピンドル内に備えられ、前記横方向の加速度計が前記スピンドルにより画定される回転の軸と一致して配置され、前記半径方向の加速度計が前記スピンドルにより画定される直径の線上に配置されることを特徴とする、請求項5に記載の装置。
【請求項7】タイヤの一様性測定装置での力の変動の測定を改良する方法であって、
a)回転可能に枠に支持されたロードホイールを含むロードホイールアセンブリを準備するステップと;
b)前記ロードホイールに賦課される力を検出するために前記ロードホイールに接続されたロードセルを準備するステップと;
c)加速度トランスジューサにより前記ロードホイールに賦課される加速力を測定するステップと、
d)より正確な一様性データを得るために、ロードセル全体のデータから前記加速度計により得られたデータを減算するステップとを有する方法。
【請求項8】前記加速度計により生成された前記信号を拡大縮小する工程と、前記加速力に関係するデータを含まない全信号を得るために前記信号を差動増幅器で加算する工程とをさらに含む、請求項7に記載の方法。
【請求項9】タイヤ試験装置に用いるロードホイールであって、
a)少なくとも該ロードホイールの一部が試験されるタイヤと試験部で接触する、円筒状の外面を画定するロードホイール本体と;
b)前記ロードホイール本体の回転軸を画定する、固定されたスピンドルと;
c)前記スピンドル上に前記ロードホイール本体を回転可能に支持するベアリング手段と;
d)試験されるタイヤにより生成された力以外の力により前記ロードホイールに誘導された加速度を検出するための、前記スピンドルに備えられた少なくとも一つの加速度計と、からなるロードホイール。
【請求項10】前記スピンドルに備えられた第2の加速度計を更に含み、前記第1の加速度計が前記スピンドルにより画定される回転の軸と一致して配置され、前記第2の加速度計が前記スピンドルにより画定される直径の線上に配置されていることを特徴とする、請求項9に記載のロードホイール。
【請求項11】前記第1の加速度計が、前記スピンドルにより画定される軸ボア内に配置されていることを特徴とする、請求項10に記載のロードホイール。
【請求項12】前記第2の加速度計が、前記直径線上に整列されたボア内に配置されていることを特徴とする、請求項11に記載のロードホイール。
【発明の詳細な説明】
【0001】
〔発明の分野〕
本発明は、概ねタイヤの一様性を測定するタイヤ試験、特に試験過程においてタイヤに検出された不規則性の一部または全部をより精密に修正できるように、より正確なタイヤ一様性データを入手するための改良された方法および装置に関するものである。
【0002】
〔背景となる技術〕
タイヤの製造において、タイヤには様々な不規則性および寸法の変動が生じる可能性がある。例えば、成形工程の不正確さ、タイヤを製造する際に採用される材料および化合物の特性の変化、不正確なセンタリングおよび加硫工程における変動などから、寸法の不規則性が生じる可能性がある。単独で生じるかあるいは相互作用によって生じるかを問わず製造中に生じる可能性のあるタイヤの不規則性および変動は全て、偏心、タイヤの動的および静的不平衡、および使用中のタイヤの振動および騒音を引き起こす可能性のある力の変動を生じさせる可能性がある。
これらの不規則性の多くは、まずタイヤの変動を測定し、様々な修正措置をタイヤに施すことによって、修正することができる。変動を測定するためには、タイヤをタイヤ一様性検査機に配置する。現在入手可能なタイヤ一様性検査機においては、試験は完全に自動的である。タイヤは、コンベアによって試験台に送られ、ここで、各タイヤは、チャックに取り付けられ、予め決められた圧力まで膨らまされ、そのトレッド面がロードホイールの周縁面と接するようにして標準速度で回転駆動される。ロードホイールは、タイヤがロードホイールに作用することによって生じる力を測定するロードセルを備える。試験過程で収集されるデータは、タイヤの等級を定めるため、および(または)試験過程で検出される変動を補正するためにタイヤの諸領域から選択的にゴムを研磨するショルダーおよびトレッド・グラインダにより直ちに修正措置を講じるために、使用することができる。その代わりに、またはこれに加えて、試験サイクル中に得られたデータを使用して、タイヤの特定の領域をマークし、タイヤの不規則性または高力点など問題のエリアを設置者に警告することができ、これにより設置者はタイヤをホイールに取り付けるとき補正または修正措置を講じることができる。
典型的なタイヤ試験システムにおいては、ロードホイールは、タイヤの回転軸に平行の軸の周りを自由に回転できる。ロードホイールの相対する端のスピンドルは、ロードホイールに対して検査対象の方向に作用する力を測定するロードセルを備える。タイヤによって与えられる力の正確な測定によって、例えば、製造工程中に生じた不規則性を修正するために余分なタイヤ材料を取り除く研磨装置によって、力の測定手順後にタイヤの一様性を正確に調節することが可能になる。タイヤ試験システムおよびロードホイール構造の例は、それぞれ同時係属米国特許出願第08/988,480号および08/988,509号において説明されている。これらのシステムにおいては、ロードホイール・スピンドルは、可動キャリッジに固定されるロードセルを備える。キャリッジは、モータおよび歯車減速装置によって駆動されるボールねじに取り付けられる。ねじのシャフトの回転は、ボールねじおよびキャリッジを試験対象のタイヤの方向にまたはその反対方向に動かし、キャリッジは、機械のフレームに沿って滑動する。サーボメカニズムは、ロードセルによって生成される力信号に基づいて目標ポジションにキャリッジを移動する。
先行技術のタイヤ試験システムおよび特にこれに使用される既知のロードホイール・アセンブリは、タイヤの一様性を許容できる方法で測定するが、いくつか欠陥があり、改良の余地を残している。ロードホイール・アセンブリ(ロードホイール、駆動軸およびベアリング)はかなり重い。その結果、ロードセルは、機械フレーム全体の運動ならびに回転するタイヤによって生じる力を受け、これに反応する。機械フレームの運動は、機械の付近の産業用トラックの通行によって生じる振動など外部的振動または検査機の一部を構成するタイヤ・コンベアまたはグラインダの作動によって生じる振動など機械内部の振動によって生じる可能性がある。
これらの外来的振動によって生じる力は望ましくなく、測定システムにおいて誤差となる。先行技術の装置においては、タイヤ検査機を質量の大きい基礎の上に設置するか、その代わりに測定が行われる間機械のサブアセンブリ(グラインダなど)の作動または動きを避けるように機械を配列することによって、上記の誤差を避けようとしてきた。このような先行技術の方法は、設置のコストを大幅に増大させ、また、サイクル時間が増大し機械の処理量が減少するために運転コストを増大させる。
【0003】
〔発明の開示〕
本発明は、タイヤ一様性検査機においてテストされるタイヤの一様性データを入手するための改良された方法および装置を提供する。例証される望ましい実施態様において、装置は、回転可能なロードホイールを含むロードホイール・アセンブリを含む。試験対象のタイヤによってロードホイールに与えられる力を検出するための荷重センサまたはロードセルは、このアセンブリの一部を構成する。ロードホイールの振動を検出するための振動センサも配備される。監視される振動は、一般的に言って、機械付近の産業用リフトトラックの通行またはコンベアまたは機械内部のグラインダなどコンポーネントの動きによって機械のフレームに生じる動きによって引き起こされる。振動センサから得られる信号または情報は、より正確なタイヤ一様性データを得るために、ロードセルによって生成される信号またはデータ全体から減算される。
開示される装置は、タイヤの試験中ロードセルが受ける外来的力または振動によって時にタイヤ一様性データ測定において生じる誤差を減少または排除する。
好ましい実施態様においては、振動センサは、ロードホイール・アセンブリに据え付けられる加速度計を備える。例証される実施態様においては、少なくとも2台の加速度計が使用され、1台は横力成分を検出するために、また1台は半径方向力成分を検出するために使用される。例証される実施態様のさらに望ましい構造においては、既存のコンポーネントのために単一の半径方向加速度計をロードホイール・アセンブリの半径平面と整列して据え付けられないので、2台の半径方向加速度計が使用される。その結果、2台の対称的に間隔を置いた半径方向加速度計が使用される。
例証される実施態様においては、加速度計によって生成される信号は、調整回路および計数回路を通じて差動増幅器に伝達される。計数回路が使用する換算係数は、使用される加速度計の特性によって決定される。ロードホイールに加えられる力全体を表すロードセルからの信号も、差動増幅器に伝達される。力全体には、試験対象のタイヤによって生成される力と、タイヤ検査機に加えられる振動によって生じる力の両方が含まれる。その結果差動増幅器から得られる正味信号は、測定対象のタイヤの実際のタイヤ一様性データをより精密に反映する。
本発明の付加的特徴は、添付図面に関連して以下の詳細な説明を読むことにより明確になり、よりよく理解できるだろう。
【0004】
〔発明の最良の実施形態〕
図1は、試験対象のタイヤに加えられる力の測定に対する振動誤差の影響を小さくするための装置を含むタイヤ一様性検査機の全体的配列を示している。タイヤ一様性検査機全体については、1997年12月10日に提出された「タイヤ一様性試験システム」と題する同時係属特許出願第08/988,480号においてより詳しく説明されており、その内容は、参照により本出願に組み込まれる。同時係属出願第‘480号のコピーは、本出願の付属書類1として添付されている。
図1を参照すると、タイヤ試験システムは、試験台12を含み、ここで、タイヤはテストされ、タイヤの丸み、機械的一様性および(または)その他の物理的特性を調整するために任意に研磨される。図1において、参照番号20で示されるタイヤ(点線で示されている)は、チャック装置の上下リムの間に押し付けられるように、上記の同時係属出願第‘480号において開示されるコンベアなど適切なコンベアによって試験台12に送られる。リム24、26は、それぞれ、スピンドル・アセンブリ410および可動チャック・アセンブリ310の一部を構成する。チャック装置は、1997年12月10日に提出された「タイヤ試験システム用の自動幅調整チャック装置」と題する同時係属特許出願第08/988,119号(その内容は参照によりに本出願に組み込まれる)において開示されるタイヤ試験システム用の幅調整チャック装置を備えることができる。
タイヤは、リム24、26の間に押し付けられ、チャック装置を通じて膨張される。膨張後、ロードホイール・アセンブリ500の一部を構成するロードホイール510は、タイヤ20の外面に接するように動かされる。従来と同様、タイヤは、ロードホイール510に接して回転され、ロードホイールは、ロードセル530、540を通じてタイヤによって加えられる荷重を監視する。技術上既知のとおり、ロードセルから得られるデータはタイヤの一様性を決定するために使用される。希望する場合には、タイヤの一様性の調整は、一般的に参照番号50、52によって示される1台またはそれ以上のグラインダ(点線で示されている)によって行われる。
タイヤ試験システムは、一般的に参照番号56で示されるブローブ・システムを含む。例証されるタイヤ試験システムに使用するのに適するプローブ・システムは、上記の「タイヤ一様性試験システム」と題する出願第‘480号において詳しく開示されており、その内容は、前に参照により本出願に組み込まれ、付属書類1に含まれている。
ロードホイール・アセンブリ500は、様々な形態を持ちうる。適切なロードホイール・アセンブリの例は、同時係属出願第08/988,509号において開示されており、同出願は、参照により本出願に組み込まれる。同時係属出願第‘509号のコピーは、付属書類2として本出願に添付される。図2を参照すると、ロードホイール・アセンブリ500は、3つの主要なコンポーネント、すなわち、ロードホイール510、C字型のキャリッジ550および駆動メカニズム600を含んでいる。例証されるロードホイールは、円筒形の外壁512を含み、技術上既知のとおり、その外部はチャック・アセンブリによって保持される回転するタイヤと接触する。ロードホイール510の外壁512は、中空の孔520を形成するハブ514に接続される。ハブ514は、複数の中実の環状ディスク516、518によって外壁512に接合される。例証されるロードホイールの実施態様においては、ディスク516は、ハブ514および外壁512の両端付近でハブと外壁の間に配置されて、ロードホイールの中空内部を封鎖するのに対して、ディスク518は、ハブ514の中央部と外壁512の中央部の間に配置される。例証されるロードホイールのさらなる詳細は、上記の特許出願第‘509号に示されている。
特に図2および3を見てみると、C字型のキャリッジ550は、上部水平脚552、下部水平脚554およびその間に伸びる垂直接続脚556を含むよう、示されている。キャリッジの脚552、554の端部553、555は、据付パッド558、560に取り付けられる(または、その代わりに一体的に成形される)ステップまたは凹部を含むよう成形される。パッド558、560は、ロードホイール・スピンドル521のスピンドル端522、524およびロードセル530、540を装備する。
図2に示されるとおり、C字型のフレーム552は、土台62a上で滑動するように支持される。垂直フレーム部品68a、68bに据え付けられる駆動メカニズム600(図3を参照のこと)は、試験台に配置されるタイヤに向かう及びこれから離れるキャリッジ552の運動に作用する。駆動メカニズムには、ロードホイール・フレーム552の半径中心に機能的に接続されるボールねじ640を含む。駆動メカニズム600の詳細は、上記の出願第‘509号に示されている。開示されるタイヤ一様性検査機は、通常であれば測定システムにおいて誤差となるロードセル530、540に伝えられる外来的振動および(または)力を補正するデータ入手装置を含む。この外来的振動は、タイヤ試験システム付近の設備の動きの結果生じる可能性があり、また、グラインダ52、54の作動または各種のコンベア(図には示されていない)の運転などタイヤ試験台自体の一部を構成するコンポーネントの動きの結果である場合もある。
本発明は、試験台12におけるタイヤの力の変動の測定に対するこの種の外来的振動の影響を大幅に減少する。本発明の望ましい実施態様に従えば、装置は、タイヤ検査機の振動を加速に関して測定または監視する1台またはそれ以上のトランスデューサまたはその他のセンサを備える。このシステムは、また、ニュートンの運動法則(F=ma)に従って加速によって生じる力を正確に表すために、振動測定トランスデューサ/センサの出力を調整する換算メカニズムも含むことができる。測定される振動から導出され、通常であれば誤差または誤ったデータを生じるこれらの力は、ロードセル530、540によって測定される振動誘発力およびタイヤ一様性力の組み合わせから差し引かれる。その結果タイヤの実際の力の変動をより正確に表すデータが得られる。
図1および2を参照すると、振動補正装置は、戦略的にロードホイール・アセンブリ500に据え付けられる加速トランスデューサを含む。例証される実施態様において、振動力の2つの成分が別個に監視される。一般に、タイヤ一様性検査機は、「半径方向」および「横方向」の力を測定する。タイヤ試験において「横方向」という言葉は、車両に取り付けられているときタイヤに対して横方向であるタイヤの回転軸に沿った力を意味するものと定義される。図1および2に示されるタイヤ検査機において、タイヤは試験中水平に置かれるので、「横方向の力」は、実際には、図1および2においては垂直方向である。言い換えると、横方向の力の成分は、タイヤ自体の回転軸(図1においては参照番号688で示される)に平行のベクトルに沿って作用する。半径方向成分は、タイヤの回転中心とロードホイールをつなぐ軸に沿うことと定義され、水平方向すなわちタイヤの回転平面に平行である。
【0005】
振動の横方向成分は、ロードホイール510の回転軸698またはその近傍に備えられた加速度計700により検出される。図示された構成ではロードホイール510の回転軸上に正確に加速度計を取り付けるのは不可能なので、横方向加速度計700の実際の装備位置は、図3に見られるように軸の一方側にずれている。
【0006】
力の半径方向成分は、ロードホイールアセンブリ500のC字形カートリッジ552に備えられた少なくとも一つの加速度計702により検出される。図示された具体例では、カートリッジの駆動メカニズム600はその軸方向の中心でC字形カートリッジに取り付けられている。これにより、加速度計702がロードホイール510の一点鎖線706により示された回転中心面に一致して配置されることが不可能になる。従って一対の加速度計702、704は中心面の両側に配置され、力を必要な感度で検出するために軸に対して対称に隔てられている。
【0007】
精度良く検出するためには、全体としての動きがロードセルでの力の測定に影響する、同方向の動きを加速度測定装置が測定することが重要であることに留意しなければならない。特に一様性測定装置は、示された力には高感度に、対応するモーメントには低感度に設計されている。可能であれば、加速度を測定するトランスジューサはロードホイールアセンブリの重心を通る、所定の測定方向即ち横方向または半径方向の線の上に備えられるべきである。ある場合には、これは図2に示された具体例の場合のように、適当な取付面がないので不可能であるかもしれない。これらの場合には、モーメントの感度を低く押さえたまま力に対する必要な感度を得るために、軸に対し対称に隔てられた二つのトランスジューサが使用されてもよい。
【0008】
ある場合には、一様性測定装置でモーメントを測定することが望ましいことに留意しなければならない。それらの場合には、対称に隔てられた加速度トランスジューサが軸の周りのモーメントの差を検出するように接続されて用いられる。
【0009】
図示された望ましい具体例では、加速度トランスジューサ700、702、704は先に記述した出願中の’480特許に開示されたような一様性測定装置の一部を構成している。図示されたシステムでは、ロードホイールは約340ポンド(約154kg)の自重を有する。二つの二軸ロードセル530、540が半径方向および横方向の力を測定するために用いられている。図示された具体例のロードセルは、横方向には500ポンド(約230kgw)、半径方向には2000ポンド(約910kgw)の測定範囲を有する、リバウ6443−105型である。これらのロードセルは、横方向に1000ポンド(約460kgw)、半径方向に4000ポンド(約1820kgw)の測定範囲になるように足し合わされる。
【0010】
ロードセルからの信号は、図4、図5に示されるように変形されたアクロン標準機器増幅器カード440−0027−XX型により処理される。図4に見られるように、横方向チャンネルはロードセル530、540からの信号を含み、(増幅器709により)増幅されて、差動増幅器710に供給される。加速度計700からの信号は、(調整回路712により)調整され、計数回路714により(1.36倍に)拡大されて、試験されるタイヤで測定された実際の力の変動を現す全信号を出力する、差動増幅器710に同様に供給される。
【0011】
ここで図5を参照すると、横方向チャンネルは、ロードセル530、540から受領され増幅器718を経由して他の差動増幅器716に伝達される信号を含んでいる。加速度に関する情報は、加速度計702、704により差動増幅器716に伝達される。これらの信号は(調整回路720、722により)調整され、(計数回路724により)縮小された後、ロードセルデータと合計されて誤差の振動により生成された半径方向の力のデータを含まないデータにされる。
【0012】
PCB393A03型振動加速度計と示された加速度トランスジューサは、満足な結果をもたらした。PCB482A16型として知られた、信号調整回路が用いられた。トランスジューサ700、702、704および信号調整回路720、722は、ニューヨーク州デピューのPCBピエゾトロニック社から入手可能である。以上に記載したように、横方向の無関係な力を測定する加速度計700は、ロードホイール510の重心の実質的に真上のロードカートリッジ552の頂上に備えられている。半径方向の加速度計702、704は、ロードホイールカートリッジを移動させるボールスクリュー640(図2参照)が半径方向の中心線に配置されているので、ロードホイールの重心の真上および真下に対称にロードホイールに取り付けられている。
【0013】
以上に記載したように、加速度計700、702、704からの信号は計数回路714、724により拡大縮小される。加速度計700のような、用いられた加速度計の実際の拡大縮小因子は、その加速度計自身により決定される。適宜の拡大縮小因子に到達する方法論は、以下に記載されている。特に、上記の加速度計700の、図4で1.36とされた拡大因子は、以下のように導出された。
加速度計700の1.36に等しい拡大因子K4は、こうして計数回路714で用いられる。
【0014】
代替の加速度計が用いられた場合、上記の方法論が適宜の拡大縮小因子を計算するために使用されることが、当業者には理解できると思われる。同様に、図示された具体例で0.17とされた半径方向の加速度計、即ち加速度計702、704の縮小因子に到達するために同じ方法論をいかに用いるかも、当業者には周知であろう。
【0015】
図6は、加速度計がロードホイールのスピンドル自身に取り付けられた、代替案の具体例を示す。特に、ロードホイール510’は固定された車軸またはスピンドル521’上に、一対のローラーベアリング740、742により回転可能に支持されている。横方向の力を測定する加速度計700’は、スピンドル521’に形成されたセンターボア750内に備えられている。加速度計700’用の信号導線700aはボア750から、図4に描かれたチャンネル回路を含む適宜のコントローラー(図示せず)に供給される。
【0016】
半径方向の力を測定する単一の加速度計702’は、スピンドル521’に形成された直径ボア760内に配置されている。半径方向の加速度計702’からの信号導線702aは、ボア760から車軸730の外面に沿って通り、小さなクロスボア762を経由してセンターボア750(垂直方向の加速度計700’が備えられている)に入る。図6の具体例では、加速度計700’、702’はロードホイールアセンブリのそれぞれの横方向および半径方向に沿って正確に配置され、工場内の輸送手段のような外力やコンベアまたはグラインダーのような測定装置内部の部品の動きによりロードホイールアセンブリに加えられた、横方向および半径方向の加速度を正確に反映した極めて正確なデータ信号を提供する。 ある程度の特殊性を伴って本発明が記述されたにも関わらず、特許請求の範囲に記載された本発明の精神と範囲を逸脱することなく、当業者は種々の変更をなしうることが理解されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明の望ましい実施態様に従って構成されるタイヤ試験台およびロードホイール・アセンブリの断片側面図である。
【図2】
一部が断面図で示される、ロードホイール・アセンブリの断片図である。
【図3】
図2に示されるロードホイール・アセンブリの上面図である。
【図4】
試験台またはロードホイールに与えられる横方向の力または横方向の振動誤差を補正するデータ入手方法を示すブロック図である。
【図5】
半径方向力または半径方向振動誤差を補正するデータ入手方法を示すブロック図である。
【図6】
本発明の望ましい実施態様に従って構成されるロードホイールの断面図である。
【発明の名称】タイヤ試験システム用の振動補正システム
【特許請求の範囲】
【請求項1】タイヤの一様性測定装置で試験されるタイヤの力の変動の測定を改良する装置であって、
a)回転可能なロードホイールを含むロードホイールアセンブリと;
b)試験されるタイヤにより前記ロードホイールに賦課される力を検出する負荷センサーと;
c)前記タイヤにより印加される力以外の力により前記ロードホイールに生じる振動を検出する振動センサーと;
d)より正確なタイヤの一様性データが得られるように、前記タイヤが賦課する力から前記振動が誘導する力を減算する手段と、からなる装置。
【請求項2】前記振動センサーは加速度計を含み、さらに
i)前記加速度計により生成された信号を拡大縮小する計数回路と;
ii)前記ロードセルにより生成された信号から前記信号を減算する手段とをさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の装置。
【請求項3】前記タイヤの回転軸に平行な方向として画定される、横方向の力を賦課する振動を検出する第一の加速度計と、半径方向の力を生成する振動を検出する第二の加速度計の、少なくとも二つの加速度計をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の装置。
【請求項4】a)ロードホイールアセンブリと;
b)タイヤを保持しかつ回転するタイヤ保持デバイスを含むタイヤ試験部と;
c)前記タイヤ試験部で前記タイヤを回転する手段と;
d)前記タイヤを前記ロードホイールと接触させる手段と;
e)前記ロードホイール上で前記回転するタイヤにより賦課される力を測定する手段と;
f)前記回転するタイヤ以外の前記タイヤ一様性測定装置の部分により生成された力により、前記ロードホイールに賦課された振動を検出するための検出手段とを備えて;
g)前記検出手段は、前記振動に応じて加速度計により生成された信号を拡大縮小する計数回路と加速度計とを含み;
h)さらに、前記振動により生じた任意の成分を除去するために、前記ロードセルにより生成された信号を調整する差動加算手段とを備えたことを特徴とするタイヤの一様性測定装置。
【請求項5】前記検出手段が、前記外部の振動により生成された横方向および半径方向の力の成分を検出するために用いられる、横方向および半径方向の加速度計を含むことを特徴とする、請求項4に記載の装置。
【請求項6】前記加速度計は前記ロードホイールが該ロードホイールを中心として回転するスピンドル内に備えられ、前記横方向の加速度計が前記スピンドルにより画定される回転の軸と一致して配置され、前記半径方向の加速度計が前記スピンドルにより画定される直径の線上に配置されることを特徴とする、請求項5に記載の装置。
【請求項7】タイヤの一様性測定装置での力の変動の測定を改良する方法であって、
a)回転可能に枠に支持されたロードホイールを含むロードホイールアセンブリを準備するステップと;
b)前記ロードホイールに賦課される力を検出するために前記ロードホイールに接続されたロードセルを準備するステップと;
c)加速度トランスジューサにより前記ロードホイールに賦課される加速力を測定するステップと、
d)より正確な一様性データを得るために、ロードセル全体のデータから前記加速度計により得られたデータを減算するステップとを有する方法。
【請求項8】前記加速度計により生成された前記信号を拡大縮小する工程と、前記加速力に関係するデータを含まない全信号を得るために前記信号を差動増幅器で加算する工程とをさらに含む、請求項7に記載の方法。
【請求項9】タイヤ試験装置に用いるロードホイールであって、
a)少なくとも該ロードホイールの一部が試験されるタイヤと試験部で接触する、円筒状の外面を画定するロードホイール本体と;
b)前記ロードホイール本体の回転軸を画定する、固定されたスピンドルと;
c)前記スピンドル上に前記ロードホイール本体を回転可能に支持するベアリング手段と;
d)試験されるタイヤにより生成された力以外の力により前記ロードホイールに誘導された加速度を検出するための、前記スピンドルに備えられた少なくとも一つの加速度計と、からなるロードホイール。
【請求項10】前記スピンドルに備えられた第2の加速度計を更に含み、前記第1の加速度計が前記スピンドルにより画定される回転の軸と一致して配置され、前記第2の加速度計が前記スピンドルにより画定される直径の線上に配置されていることを特徴とする、請求項9に記載のロードホイール。
【請求項11】前記第1の加速度計が、前記スピンドルにより画定される軸ボア内に配置されていることを特徴とする、請求項10に記載のロードホイール。
【請求項12】前記第2の加速度計が、前記直径線上に整列されたボア内に配置されていることを特徴とする、請求項11に記載のロードホイール。
【発明の詳細な説明】
【0001】
〔発明の分野〕
本発明は、概ねタイヤの一様性を測定するタイヤ試験、特に試験過程においてタイヤに検出された不規則性の一部または全部をより精密に修正できるように、より正確なタイヤ一様性データを入手するための改良された方法および装置に関するものである。
【0002】
〔背景となる技術〕
タイヤの製造において、タイヤには様々な不規則性および寸法の変動が生じる可能性がある。例えば、成形工程の不正確さ、タイヤを製造する際に採用される材料および化合物の特性の変化、不正確なセンタリングおよび加硫工程における変動などから、寸法の不規則性が生じる可能性がある。単独で生じるかあるいは相互作用によって生じるかを問わず製造中に生じる可能性のあるタイヤの不規則性および変動は全て、偏心、タイヤの動的および静的不平衡、および使用中のタイヤの振動および騒音を引き起こす可能性のある力の変動を生じさせる可能性がある。
これらの不規則性の多くは、まずタイヤの変動を測定し、様々な修正措置をタイヤに施すことによって、修正することができる。変動を測定するためには、タイヤをタイヤ一様性検査機に配置する。現在入手可能なタイヤ一様性検査機においては、試験は完全に自動的である。タイヤは、コンベアによって試験台に送られ、ここで、各タイヤは、チャックに取り付けられ、予め決められた圧力まで膨らまされ、そのトレッド面がロードホイールの周縁面と接するようにして標準速度で回転駆動される。ロードホイールは、タイヤがロードホイールに作用することによって生じる力を測定するロードセルを備える。試験過程で収集されるデータは、タイヤの等級を定めるため、および(または)試験過程で検出される変動を補正するためにタイヤの諸領域から選択的にゴムを研磨するショルダーおよびトレッド・グラインダにより直ちに修正措置を講じるために、使用することができる。その代わりに、またはこれに加えて、試験サイクル中に得られたデータを使用して、タイヤの特定の領域をマークし、タイヤの不規則性または高力点など問題のエリアを設置者に警告することができ、これにより設置者はタイヤをホイールに取り付けるとき補正または修正措置を講じることができる。
典型的なタイヤ試験システムにおいては、ロードホイールは、タイヤの回転軸に平行の軸の周りを自由に回転できる。ロードホイールの相対する端のスピンドルは、ロードホイールに対して検査対象の方向に作用する力を測定するロードセルを備える。タイヤによって与えられる力の正確な測定によって、例えば、製造工程中に生じた不規則性を修正するために余分なタイヤ材料を取り除く研磨装置によって、力の測定手順後にタイヤの一様性を正確に調節することが可能になる。タイヤ試験システムおよびロードホイール構造の例は、それぞれ同時係属米国特許出願第08/988,480号および08/988,509号において説明されている。これらのシステムにおいては、ロードホイール・スピンドルは、可動キャリッジに固定されるロードセルを備える。キャリッジは、モータおよび歯車減速装置によって駆動されるボールねじに取り付けられる。ねじのシャフトの回転は、ボールねじおよびキャリッジを試験対象のタイヤの方向にまたはその反対方向に動かし、キャリッジは、機械のフレームに沿って滑動する。サーボメカニズムは、ロードセルによって生成される力信号に基づいて目標ポジションにキャリッジを移動する。
先行技術のタイヤ試験システムおよび特にこれに使用される既知のロードホイール・アセンブリは、タイヤの一様性を許容できる方法で測定するが、いくつか欠陥があり、改良の余地を残している。ロードホイール・アセンブリ(ロードホイール、駆動軸およびベアリング)はかなり重い。その結果、ロードセルは、機械フレーム全体の運動ならびに回転するタイヤによって生じる力を受け、これに反応する。機械フレームの運動は、機械の付近の産業用トラックの通行によって生じる振動など外部的振動または検査機の一部を構成するタイヤ・コンベアまたはグラインダの作動によって生じる振動など機械内部の振動によって生じる可能性がある。
これらの外来的振動によって生じる力は望ましくなく、測定システムにおいて誤差となる。先行技術の装置においては、タイヤ検査機を質量の大きい基礎の上に設置するか、その代わりに測定が行われる間機械のサブアセンブリ(グラインダなど)の作動または動きを避けるように機械を配列することによって、上記の誤差を避けようとしてきた。このような先行技術の方法は、設置のコストを大幅に増大させ、また、サイクル時間が増大し機械の処理量が減少するために運転コストを増大させる。
【0003】
〔発明の開示〕
本発明は、タイヤ一様性検査機においてテストされるタイヤの一様性データを入手するための改良された方法および装置を提供する。例証される望ましい実施態様において、装置は、回転可能なロードホイールを含むロードホイール・アセンブリを含む。試験対象のタイヤによってロードホイールに与えられる力を検出するための荷重センサまたはロードセルは、このアセンブリの一部を構成する。ロードホイールの振動を検出するための振動センサも配備される。監視される振動は、一般的に言って、機械付近の産業用リフトトラックの通行またはコンベアまたは機械内部のグラインダなどコンポーネントの動きによって機械のフレームに生じる動きによって引き起こされる。振動センサから得られる信号または情報は、より正確なタイヤ一様性データを得るために、ロードセルによって生成される信号またはデータ全体から減算される。
開示される装置は、タイヤの試験中ロードセルが受ける外来的力または振動によって時にタイヤ一様性データ測定において生じる誤差を減少または排除する。
好ましい実施態様においては、振動センサは、ロードホイール・アセンブリに据え付けられる加速度計を備える。例証される実施態様においては、少なくとも2台の加速度計が使用され、1台は横力成分を検出するために、また1台は半径方向力成分を検出するために使用される。例証される実施態様のさらに望ましい構造においては、既存のコンポーネントのために単一の半径方向加速度計をロードホイール・アセンブリの半径平面と整列して据え付けられないので、2台の半径方向加速度計が使用される。その結果、2台の対称的に間隔を置いた半径方向加速度計が使用される。
例証される実施態様においては、加速度計によって生成される信号は、調整回路および計数回路を通じて差動増幅器に伝達される。計数回路が使用する換算係数は、使用される加速度計の特性によって決定される。ロードホイールに加えられる力全体を表すロードセルからの信号も、差動増幅器に伝達される。力全体には、試験対象のタイヤによって生成される力と、タイヤ検査機に加えられる振動によって生じる力の両方が含まれる。その結果差動増幅器から得られる正味信号は、測定対象のタイヤの実際のタイヤ一様性データをより精密に反映する。
本発明の付加的特徴は、添付図面に関連して以下の詳細な説明を読むことにより明確になり、よりよく理解できるだろう。
【0004】
〔発明の最良の実施形態〕
図1は、試験対象のタイヤに加えられる力の測定に対する振動誤差の影響を小さくするための装置を含むタイヤ一様性検査機の全体的配列を示している。タイヤ一様性検査機全体については、1997年12月10日に提出された「タイヤ一様性試験システム」と題する同時係属特許出願第08/988,480号においてより詳しく説明されており、その内容は、参照により本出願に組み込まれる。同時係属出願第‘480号のコピーは、本出願の付属書類1として添付されている。
図1を参照すると、タイヤ試験システムは、試験台12を含み、ここで、タイヤはテストされ、タイヤの丸み、機械的一様性および(または)その他の物理的特性を調整するために任意に研磨される。図1において、参照番号20で示されるタイヤ(点線で示されている)は、チャック装置の上下リムの間に押し付けられるように、上記の同時係属出願第‘480号において開示されるコンベアなど適切なコンベアによって試験台12に送られる。リム24、26は、それぞれ、スピンドル・アセンブリ410および可動チャック・アセンブリ310の一部を構成する。チャック装置は、1997年12月10日に提出された「タイヤ試験システム用の自動幅調整チャック装置」と題する同時係属特許出願第08/988,119号(その内容は参照によりに本出願に組み込まれる)において開示されるタイヤ試験システム用の幅調整チャック装置を備えることができる。
タイヤは、リム24、26の間に押し付けられ、チャック装置を通じて膨張される。膨張後、ロードホイール・アセンブリ500の一部を構成するロードホイール510は、タイヤ20の外面に接するように動かされる。従来と同様、タイヤは、ロードホイール510に接して回転され、ロードホイールは、ロードセル530、540を通じてタイヤによって加えられる荷重を監視する。技術上既知のとおり、ロードセルから得られるデータはタイヤの一様性を決定するために使用される。希望する場合には、タイヤの一様性の調整は、一般的に参照番号50、52によって示される1台またはそれ以上のグラインダ(点線で示されている)によって行われる。
タイヤ試験システムは、一般的に参照番号56で示されるブローブ・システムを含む。例証されるタイヤ試験システムに使用するのに適するプローブ・システムは、上記の「タイヤ一様性試験システム」と題する出願第‘480号において詳しく開示されており、その内容は、前に参照により本出願に組み込まれ、付属書類1に含まれている。
ロードホイール・アセンブリ500は、様々な形態を持ちうる。適切なロードホイール・アセンブリの例は、同時係属出願第08/988,509号において開示されており、同出願は、参照により本出願に組み込まれる。同時係属出願第‘509号のコピーは、付属書類2として本出願に添付される。図2を参照すると、ロードホイール・アセンブリ500は、3つの主要なコンポーネント、すなわち、ロードホイール510、C字型のキャリッジ550および駆動メカニズム600を含んでいる。例証されるロードホイールは、円筒形の外壁512を含み、技術上既知のとおり、その外部はチャック・アセンブリによって保持される回転するタイヤと接触する。ロードホイール510の外壁512は、中空の孔520を形成するハブ514に接続される。ハブ514は、複数の中実の環状ディスク516、518によって外壁512に接合される。例証されるロードホイールの実施態様においては、ディスク516は、ハブ514および外壁512の両端付近でハブと外壁の間に配置されて、ロードホイールの中空内部を封鎖するのに対して、ディスク518は、ハブ514の中央部と外壁512の中央部の間に配置される。例証されるロードホイールのさらなる詳細は、上記の特許出願第‘509号に示されている。
特に図2および3を見てみると、C字型のキャリッジ550は、上部水平脚552、下部水平脚554およびその間に伸びる垂直接続脚556を含むよう、示されている。キャリッジの脚552、554の端部553、555は、据付パッド558、560に取り付けられる(または、その代わりに一体的に成形される)ステップまたは凹部を含むよう成形される。パッド558、560は、ロードホイール・スピンドル521のスピンドル端522、524およびロードセル530、540を装備する。
図2に示されるとおり、C字型のフレーム552は、土台62a上で滑動するように支持される。垂直フレーム部品68a、68bに据え付けられる駆動メカニズム600(図3を参照のこと)は、試験台に配置されるタイヤに向かう及びこれから離れるキャリッジ552の運動に作用する。駆動メカニズムには、ロードホイール・フレーム552の半径中心に機能的に接続されるボールねじ640を含む。駆動メカニズム600の詳細は、上記の出願第‘509号に示されている。開示されるタイヤ一様性検査機は、通常であれば測定システムにおいて誤差となるロードセル530、540に伝えられる外来的振動および(または)力を補正するデータ入手装置を含む。この外来的振動は、タイヤ試験システム付近の設備の動きの結果生じる可能性があり、また、グラインダ52、54の作動または各種のコンベア(図には示されていない)の運転などタイヤ試験台自体の一部を構成するコンポーネントの動きの結果である場合もある。
本発明は、試験台12におけるタイヤの力の変動の測定に対するこの種の外来的振動の影響を大幅に減少する。本発明の望ましい実施態様に従えば、装置は、タイヤ検査機の振動を加速に関して測定または監視する1台またはそれ以上のトランスデューサまたはその他のセンサを備える。このシステムは、また、ニュートンの運動法則(F=ma)に従って加速によって生じる力を正確に表すために、振動測定トランスデューサ/センサの出力を調整する換算メカニズムも含むことができる。測定される振動から導出され、通常であれば誤差または誤ったデータを生じるこれらの力は、ロードセル530、540によって測定される振動誘発力およびタイヤ一様性力の組み合わせから差し引かれる。その結果タイヤの実際の力の変動をより正確に表すデータが得られる。
図1および2を参照すると、振動補正装置は、戦略的にロードホイール・アセンブリ500に据え付けられる加速トランスデューサを含む。例証される実施態様において、振動力の2つの成分が別個に監視される。一般に、タイヤ一様性検査機は、「半径方向」および「横方向」の力を測定する。タイヤ試験において「横方向」という言葉は、車両に取り付けられているときタイヤに対して横方向であるタイヤの回転軸に沿った力を意味するものと定義される。図1および2に示されるタイヤ検査機において、タイヤは試験中水平に置かれるので、「横方向の力」は、実際には、図1および2においては垂直方向である。言い換えると、横方向の力の成分は、タイヤ自体の回転軸(図1においては参照番号688で示される)に平行のベクトルに沿って作用する。半径方向成分は、タイヤの回転中心とロードホイールをつなぐ軸に沿うことと定義され、水平方向すなわちタイヤの回転平面に平行である。
【0005】
振動の横方向成分は、ロードホイール510の回転軸698またはその近傍に備えられた加速度計700により検出される。図示された構成ではロードホイール510の回転軸上に正確に加速度計を取り付けるのは不可能なので、横方向加速度計700の実際の装備位置は、図3に見られるように軸の一方側にずれている。
【0006】
力の半径方向成分は、ロードホイールアセンブリ500のC字形カートリッジ552に備えられた少なくとも一つの加速度計702により検出される。図示された具体例では、カートリッジの駆動メカニズム600はその軸方向の中心でC字形カートリッジに取り付けられている。これにより、加速度計702がロードホイール510の一点鎖線706により示された回転中心面に一致して配置されることが不可能になる。従って一対の加速度計702、704は中心面の両側に配置され、力を必要な感度で検出するために軸に対して対称に隔てられている。
【0007】
精度良く検出するためには、全体としての動きがロードセルでの力の測定に影響する、同方向の動きを加速度測定装置が測定することが重要であることに留意しなければならない。特に一様性測定装置は、示された力には高感度に、対応するモーメントには低感度に設計されている。可能であれば、加速度を測定するトランスジューサはロードホイールアセンブリの重心を通る、所定の測定方向即ち横方向または半径方向の線の上に備えられるべきである。ある場合には、これは図2に示された具体例の場合のように、適当な取付面がないので不可能であるかもしれない。これらの場合には、モーメントの感度を低く押さえたまま力に対する必要な感度を得るために、軸に対し対称に隔てられた二つのトランスジューサが使用されてもよい。
【0008】
ある場合には、一様性測定装置でモーメントを測定することが望ましいことに留意しなければならない。それらの場合には、対称に隔てられた加速度トランスジューサが軸の周りのモーメントの差を検出するように接続されて用いられる。
【0009】
図示された望ましい具体例では、加速度トランスジューサ700、702、704は先に記述した出願中の’480特許に開示されたような一様性測定装置の一部を構成している。図示されたシステムでは、ロードホイールは約340ポンド(約154kg)の自重を有する。二つの二軸ロードセル530、540が半径方向および横方向の力を測定するために用いられている。図示された具体例のロードセルは、横方向には500ポンド(約230kgw)、半径方向には2000ポンド(約910kgw)の測定範囲を有する、リバウ6443−105型である。これらのロードセルは、横方向に1000ポンド(約460kgw)、半径方向に4000ポンド(約1820kgw)の測定範囲になるように足し合わされる。
【0010】
ロードセルからの信号は、図4、図5に示されるように変形されたアクロン標準機器増幅器カード440−0027−XX型により処理される。図4に見られるように、横方向チャンネルはロードセル530、540からの信号を含み、(増幅器709により)増幅されて、差動増幅器710に供給される。加速度計700からの信号は、(調整回路712により)調整され、計数回路714により(1.36倍に)拡大されて、試験されるタイヤで測定された実際の力の変動を現す全信号を出力する、差動増幅器710に同様に供給される。
【0011】
ここで図5を参照すると、横方向チャンネルは、ロードセル530、540から受領され増幅器718を経由して他の差動増幅器716に伝達される信号を含んでいる。加速度に関する情報は、加速度計702、704により差動増幅器716に伝達される。これらの信号は(調整回路720、722により)調整され、(計数回路724により)縮小された後、ロードセルデータと合計されて誤差の振動により生成された半径方向の力のデータを含まないデータにされる。
【0012】
PCB393A03型振動加速度計と示された加速度トランスジューサは、満足な結果をもたらした。PCB482A16型として知られた、信号調整回路が用いられた。トランスジューサ700、702、704および信号調整回路720、722は、ニューヨーク州デピューのPCBピエゾトロニック社から入手可能である。以上に記載したように、横方向の無関係な力を測定する加速度計700は、ロードホイール510の重心の実質的に真上のロードカートリッジ552の頂上に備えられている。半径方向の加速度計702、704は、ロードホイールカートリッジを移動させるボールスクリュー640(図2参照)が半径方向の中心線に配置されているので、ロードホイールの重心の真上および真下に対称にロードホイールに取り付けられている。
【0013】
以上に記載したように、加速度計700、702、704からの信号は計数回路714、724により拡大縮小される。加速度計700のような、用いられた加速度計の実際の拡大縮小因子は、その加速度計自身により決定される。適宜の拡大縮小因子に到達する方法論は、以下に記載されている。特に、上記の加速度計700の、図4で1.36とされた拡大因子は、以下のように導出された。
加速度計700の1.36に等しい拡大因子K4は、こうして計数回路714で用いられる。
【0014】
代替の加速度計が用いられた場合、上記の方法論が適宜の拡大縮小因子を計算するために使用されることが、当業者には理解できると思われる。同様に、図示された具体例で0.17とされた半径方向の加速度計、即ち加速度計702、704の縮小因子に到達するために同じ方法論をいかに用いるかも、当業者には周知であろう。
【0015】
図6は、加速度計がロードホイールのスピンドル自身に取り付けられた、代替案の具体例を示す。特に、ロードホイール510’は固定された車軸またはスピンドル521’上に、一対のローラーベアリング740、742により回転可能に支持されている。横方向の力を測定する加速度計700’は、スピンドル521’に形成されたセンターボア750内に備えられている。加速度計700’用の信号導線700aはボア750から、図4に描かれたチャンネル回路を含む適宜のコントローラー(図示せず)に供給される。
【0016】
半径方向の力を測定する単一の加速度計702’は、スピンドル521’に形成された直径ボア760内に配置されている。半径方向の加速度計702’からの信号導線702aは、ボア760から車軸730の外面に沿って通り、小さなクロスボア762を経由してセンターボア750(垂直方向の加速度計700’が備えられている)に入る。図6の具体例では、加速度計700’、702’はロードホイールアセンブリのそれぞれの横方向および半径方向に沿って正確に配置され、工場内の輸送手段のような外力やコンベアまたはグラインダーのような測定装置内部の部品の動きによりロードホイールアセンブリに加えられた、横方向および半径方向の加速度を正確に反映した極めて正確なデータ信号を提供する。 ある程度の特殊性を伴って本発明が記述されたにも関わらず、特許請求の範囲に記載された本発明の精神と範囲を逸脱することなく、当業者は種々の変更をなしうることが理解されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明の望ましい実施態様に従って構成されるタイヤ試験台およびロードホイール・アセンブリの断片側面図である。
【図2】
一部が断面図で示される、ロードホイール・アセンブリの断片図である。
【図3】
図2に示されるロードホイール・アセンブリの上面図である。
【図4】
試験台またはロードホイールに与えられる横方向の力または横方向の振動誤差を補正するデータ入手方法を示すブロック図である。
【図5】
半径方向力または半径方向振動誤差を補正するデータ入手方法を示すブロック図である。
【図6】
本発明の望ましい実施態様に従って構成されるロードホイールの断面図である。
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2011
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