JP2006133172A - タイヤユニフォーミティ測定装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】タイヤの回転音の測定及び解析を、タイヤの製造ラインにおいて廉価な方法で行うことができるタイヤユニフォーミティ測定装置及び方法を提供する。
【解決手段】タイヤダイナミックバランス測定マシン１は、測定タイヤＷをチャッキングする上リム１ａ及び下リム１ｂを設けた回転自在な主軸１ｃを有する。ロードロール２ａは、測定タイヤＷに対して接触離反可能に設けられ、測定タイヤＷを、接触して荷重をかけることによって回転する。集音機３ａ及び拡声器３ｂは、測定タイヤＷの回転音を収集し、パーソナルコンピュータ１３は、回転音をwavelet解析し、測定タイヤＷに異常があるか否か判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、タイヤの製造ラインにおいて、タイヤの製品検査の際にタイヤの回転音を測定し及び解析するタイヤユニフォーミティ測定装置及び方法に関する。

タイヤのユニフォーミティを測定する方法として、例えば、タイヤの外周の振れを測定するランナウト(Run out)や、リム組したタイヤに、サイズに応じて決定された荷重を負荷して回転ドラムに押し付け、タイヤ軸とドラム軸との間の距離を固定してタイヤ軸に回転を与えてドラム軸に加わる反力を測定するフォース・バリエーション(Force Variation)等が知られている。

フォース・バリエーションには、タイヤ幅方向の力の変動であるラジアル・フォース・バリエーション（ＲＦＶ）と、タイヤ径方向の力の変動であるラテラル・フォース・バリエーション（ＬＦＶ）と、タイヤの接線方向の力の変動であるトラクティブ・フォース・バリエーション（ＴＦＶ）の三つがある。

近年の乗用車の性能の向上に伴い、タイヤのユニフォーミティの測定においてＴＦＶの測定も重要視されてきており、タイヤの製造ラインにおいてＴＦＶの測定を簡単かつ精度よく行うタイヤユニフォーミティ測定方法及び装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）
特開平６−１８３５２号公報

タイヤのユニフォーミティの測定に際し、タイヤの回転音の測定も重要視されつつあるが、高価なセンサ及び高速な解析装置を利用しなければならないため、タイヤの製造ラインに適用するのが非常に困難である。

また、タイヤの製品検査では、タイヤのユニフォーミティの測定の他に外観検査（例えば、エア入り、クラック）も行うが、従来のタイヤの製品検査では、割りモールド間のゴムのはみだしのようなタイヤトレッドの不良を検査者によって検査しているため、検査工程数が比較的多くなるとともに、熟練した検査者が必要となるために、廉価かつ効果的なタイヤの製品検査が困難となる。

本発明の目的は、タイヤの回転音の測定及び解析を、タイヤの製造ラインにおいて廉価な方法で行うことができるタイヤユニフォーミティ測定装置及び方法を提供することである。

本発明の他の目的は、廉価かつ効果的なタイヤの製品検査を容易に行うことができるタイヤユニフォーミティ測定装置及び方法を提供することである。

本発明によるタイヤユニフォーミティ測定装置は、
測定タイヤをチャッキングする上リム及び下リムを設けた回転自在な主軸を有する測定タイヤチャッキング手段と、
前記測定タイヤに対して接触離反可能に設けられ、前記測定タイヤを、接触して荷重をかけることによって回転するロードロールと、
前記測定タイヤの回転音を収集する集音機及び／又は拡声器と、
前記回転音に基づいて前記測定タイヤが正常であるか否かを判定するパーソナルコンピュータとを具えることを特徴とする。

本発明による他のタイヤユニフォーミティ測定装置は、
測定タイヤをチャッキングする上リム及び下リムを設けた回転自在な主軸を有する測定タイヤチャッキング手段と、
前記測定タイヤに対して接触離反可能に設けられ、前記測定タイヤを、接触して荷重をかけることによって回転するロードロールと、
前記測定タイヤの回転音を収集する集音及び／又は拡声手段と、
前記回転音に基づいて前記測定タイヤが正常であるか否かを判定する判定手段とを具え、
前記判定手段が、前記回転音に対してwavelet解析を行い、そのwavelet解析に基づいて前記測定タイヤが正常であるか否かを判定することを特徴とする。

本発明によるタイヤユニフォーミティ測定方法は、
回転自在な主軸に設けられた上リム及び下リムに測定タイヤをチャッキングする測定タイヤチャッキングステップと、
前記測定タイヤに対して接触離反可能に設けられたロードロールが、前記測定タイヤを、接触して荷重をかけることによって回転する測定タイヤ回転ステップと、
前記測定タイヤの回転音を集音機及び／又は拡声器によって収集する回転音収集ステップと、
前記回転音に基づいて前記測定タイヤが正常であるか否かをパーソナルコンピュータによって判定する測定タイヤ判定ステップとを具えることを特徴とする。

本発明による他のタイヤユニフォーミティ測定方法は、
回転自在な主軸に設けられた上リム及び下リムに測定タイヤをチャッキングする測定タイヤチャッキングステップと、
前記測定タイヤに対して接触離反可能に設けられたロードロールが、前記測定タイヤを、接触して荷重をかけることによって回転する測定タイヤ回転ステップと、
前記測定タイヤの回転音を集音機及び／又は拡声器によって収集する回転音収集ステップと、
前記回転音に対してwavelet解析を行い、そのwavelet解析に基づいて前記測定タイヤが正常であるか否かを判定する測定タイヤ判定ステップとを具えることを特徴とする。

本発明にタイヤユニフォーミティ装置及び方法によれば、回転自在な主軸に設けられた上リム及び下リムに測定タイヤをチャッキングし、測定タイヤに対して接触離反可能に設けられたロードロールが、測定タイヤを、接触して荷重をかけることによって回転する。測定タイヤの回転音は、集音機及び／又は拡声器によって収集され、回転音に基づいて、測定タイヤが正常であるか否かをパーソナルコンピュータによって判定する。

このように、タイヤユニフォーミティ測定において、集音機及び／又は拡声器によって収集された回転音に基づいて、測定タイヤが正常であるか否かをパーソナルコンピュータによって判定するので、タイヤの回転音の測定及び解析を、タイヤの製造ラインにおいて廉価な方法で行うことができる。

本発明にタイヤユニフォーミティ装置及び方法によれば、回転音に対してwavelet解析を行い、そのwavelet解析に基づいて測定タイヤが正常であるか否かを判定し、好適には、wavelet解析に基づいて、回転音の評価値及び閾値を算出し、これら評価値と閾値との比較に基づいて測定タイヤが正常であるか否かを判定する。このような判定によって、熟練した検査者を必要とすることなくタイヤトレッドの不良を検出することができるので、廉価かつ効果的なタイヤの製品検査を容易に行うことができる。

本発明によるタイヤユニフォーミティ測定装置及び方法の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明によるタイヤユニフォーミティ測定装置の斜視図であり、図２は、その一部上面図であり、図３は、図１のタイヤダイナミックバランス測定マシンの断面図である。

このタイヤユニフォーミティ測定装置は、測定タイヤＷをチャッキングする上リム１ａ及び下リム１ｂを設けた中空状の主軸１ｃに、２個のロードセル１ｄ，１ｅを取り付けたタイヤダイナミックバランス測定マシン１と、測定タイヤＷに対して接触離反可能に設けられ、接触して荷重をかけることによって回転するロードロール２ａを有するロードドラム装置２と、測定タイヤＷの回転音を収集する集音機（マイクロホン）３ａ及び拡声器（スピーカ）３ｂを具える。これら集音機３ａ及び拡声器３ｂはそれぞれ、測定タイヤＷとロードロール２ａとが接触する付近、例えば、測定タイヤＷとロードロール２ａとが接触している部分を中心に半径５０ｃｍの範囲に配置される。

図２に示すように、タイヤダイナミックバランス測定マシン１において、下リム２ｂは、中空状のケーシング４を通じて主軸１ｃに連結支持され、上リム２ａには、リム軸５が吊るされている。上リム２ａは、図示しない昇降部（例えば、シリンダー）を介して昇降自在に支持され、リム軸４の先端には、多段状の係止溝６ａを有する係止部材６が一体的に形成されている。係止溝６ａには、図示しないピンを介してケーシング４に揺動可能に支持された断面略Ｌ字上のチャック７が係脱するように構成されている。

チャック７の開閉操作を行う操作部８は、中空状の主軸１ｃ内に摺動可能に挿入されたロッド９と、ロッド９の先端に取り付けられた係止部材１０と、ロッド９を上下方向に摺動させる図示しない駆動装置とを有する。主軸１ｃの外周の上下部には、主軸１ｃの左右方向の振れ及び上下方向の振れを検出する２個のロードセル１ｄ，１ｅが取り付けられ、これら２個のロードセル１ｄ，１ｅと主軸１ｃとは、ピン１１ａ，１１ｂを介して連結され、ロードセル１ｄ，１ｅは、基端部が架台１２に固定されている。

後に説明するように、２個のロードセル１ｄ，１ｅには、測定タイヤＷの遠心力による変動力と、タイヤの接線方向の変動力とを合成した合力から測定タイヤＷの遠心力による変動力を減算させて、測定タイヤＷの接線方向の変動力を測定するパーソナルコンピュータ１３が接続され、測定タイヤＷのＴＦＶをタイヤ製造ラインにおいて容易に測定できるように構成されている。パーソナルコンピュータ１３は、工場ネットワーク１３ａに接続され、集音機３ａが接続される端子１３ｂと、拡声器３ｂが接続される端子１３ｃとを有する。また、パーソナルコンピュータ１３は、後に説明するように、集音機３ａ及び拡声器３ｂによって収集された測定タイヤＷの回転音をwavelet解析し、測定タイヤＷの正常・異常判定を行う。

ロードドラム装置２には、タイヤダイナミックバランス測定マシン１に対して近接及び離反可能な断面コの字のフレーム１４が設置され、このフレーム１４には、高速回転可能なロードドラム５ａが駆動軸１５を介して取り付けられている。駆動軸１５は、フレーム１４の上面から突出した先端部１５ａにプーリ１６が取り付けられ、このプーリ１６と、フレーム１４の端面に装着された駆動モータ１７の軸１７ａに装着されたプーリ１８とは、ベルト１９を介して連結されている。駆動モータ１７は、ロードドラム２ａを４００〜５００ｒｐｍで回転できる出力を有する。

ユニフォーミティ測定の際には、ロードドラム３ａを測定タイヤＷに圧接させて測定タイヤＷを回転させ、このときの測定タイヤＷの遠心力による変動力を、従来既知のようにロードセル４ａ，４ｂによって検出して測定するとともに、測定タイヤＷの回転音を集音機３ａ及び拡声器３ｂによって収集してwavelet解析を行う。なお、測定タイヤＷの回転音を収集するに際し、測定タイヤＷのバーコード（製品ＩＤ）を読み取ってタイヤサイズを検出し、荷重をかける前の回転音、荷重をかけた正回転時の回転音及び荷重をかけた逆回転時の回転音を収集する。

本実施の形態では、以下説明するキャリブレーション操作を、新しいタイヤの生産時又は生産中に定期的な間隔を置いて行う。先ず、荷重をかける前の回転音をFFT/Wavelet変換し、周波数帯のうち、ユニフォーミティ測定装置それ自体による音として信号が強く出ている部分と弱く出ている部分とを求め、ユニフォーミティ測定装置それ自体による音が大きい周波数帯は、できるだけ判定に使用しないようにする。

回転音の収集の際に正回転と逆回転でタイヤの蹴り込みと蹴り出しの両方のデータを取るのは、蹴り込みと蹴り出しの差として検出できる項目があるからである。正回転と逆回転を比較する代わりに、蹴り込みと蹴り出しに対してマイクロホンをそれぞれ設置してもよい。

発生する音の周波数帯がタイヤによって異なるので、以下のようなキャリブレーションを定期的に行う。先ず、正常タイヤのデータと、各種異常タイヤのデータとをそれぞれ取り、実際の製品検査と同等な方法で評価し、正常タイヤと異常タイヤの差異がある程度あるwaveletパラメータを選択する（wavelet変換するためにマザーウェーブレットを選択するとともに、周波数（帯）を選択する。）。そのwavelet変換結果を変換マトリックスにかけ、各異常に対応する評価値を求める。正常タイヤのデータ及び各種異常タイヤのデータから中間の値を自動的に決定し、以後の正常・異常判定の閾値とする。

次に、測定タイヤＷの回転音の測定及び正常・異常判定を、図４のフローチャートも用いて説明する。先ず、ステップＳ１において、測定タイヤＷを取り込んで、バーコードなどの製品ＩＤを読み取り、タイヤサイズを特定する。

次いで、ロードロール２ａに荷重をかけて、測定タイヤＷの回転を開始し（ステップＳ２）、ＴＦＶなどの現行のデータを測定する（ステップＳ３）のと同時に、測定タイヤＷの回転音を集音機３ａ及び拡声器３ｂによって測定し、集音データを取得する（ステップＳ４）。なお、測定タイヤＷの回転音は、特に測定タイヤＷの回転速度が安定している間に行う。

測定タイヤＷの回転が終了する（ステップＳ５）と、ＴＦＶなどの現行のデータの判定を行う（ステップＳ６）。現行のデータにより測定タイヤＷに異常があると判定された場合、異常理由を添付した測定タイヤＷが、ユニフォーミティＮＧラインに搬送され（ステップＳ７）、それに対して、現行のデータにより測定タイヤＷが正常であると判断された場合、ウェーブレット変換によって、ステップＳ４で取得した集音データ（図５Ａ）から特徴パターン（ウェーブレット）を抽出する（ステップＳ８）。

ステップＳ８を更に詳しく説明すると、ステップＳ４で取得した集音データに対して、上記キャリブレーションによって決定されたマザーウェブレットの形及び周波数（帯）によるwavelet変換を施し、その時間強度及び位相を求める。

求めた時間強度及び位相を１周期ごとに重ね合わせ、ノイズの影響を小さくする。このように求めた１周期分の時間強度及び位相の分布に基づいて、主に平均−ピークの比、平均−分散比等から、傾向を表す値を求める。それらの比（評価プリミティブ値）を変換マトリックスにかけて、最終的に各異常に対応する評価値を計算する。

ステップＳ８の処理を終了した後、評価値と閾値とを比較し（ステップＳ９）、一つの項目でも異常と判定された場合、異常理由を添付した測定タイヤＷが、ユニフォーミティＮＧラインに搬送され（ステップＳ７）、それに対して、閾値との比較により測定タイヤＷが正常であると判断された場合、測定タイヤＷは、ユニフォーミティＯＫラインに搬送される（ステップＳ１０）。

ここで、トレッド・ジョイント過不足タイヤの検出について説明する。ジョイント過不足により厚い部分と薄い部分とができると、タイヤを回転する際に異音が発生する。トレッド・ジョイント過不足は、ＲＦＶなどの力による測定レベルとして現れるので、図４のステップＳ６に示すような原稿のデータの判定とのダブルチェックとして利用することができる。Wavelet変換を行うと、１回転平均：ピークの比として判定可能となる。

トレッドの接続部の重なりが多すぎるオーバー・ジョイントでは、２５０Ｈｚ付近の周波数において、タイヤが正常である場合には、図６Ａの左側に示すような波形が現れ、タイヤに異常がある場合には、図６Ａの右側に示すような波形が現れる。

トレッドの接続部の重なりが少なすぎるアンダー・ジョイントでは、２０００〜３０００Ｈｚの周波数帯の合計において、タイヤが正常である場合には、図６Ｂの左側に示すような波形が現れ、タイヤに異常がある場合には、図６Ｂの右側に示すような波形が現れる。

次に、外観不良はみだしタイヤの検出について説明する。モールドの分割部分からゴムがはみ出すことにより、タイヤ運動性能上は問題ないが外観上きれいではないようにみえる。外観不良はみだしは、タイヤを高速回転すると異音が発生することがある。

はみだし部分が出す音を検出するに際し、１５００〜４０００Ｈｚの周波数帯の合計において、タイヤが正常である場合には、図６Ｃの左側に示すような波形が現れ、タイヤに異常がある場合には、図６Ｃの右側に示すような波形が現れる。

はみだしにより主溝がふさがれていることを検出するに際し、１０００Ｈｚ付近の周波数において、タイヤが正常である場合には、図６Ｄの左側に示すような波形が現れ、タイヤに異常がある場合には、図６Ｄの右側に示すような波形が現れる。

なお、図６Ａ〜６Ｃでは、タイヤ回転音のみを検出し、図６Ｄでは、拡声器における５００〜１５００Ｈｚのホワイトノイズを検出している。また、図６Ａ〜６Ｄで選択した周波数又は周波数帯は、タイヤサイズによって変化する。さらに、同一周波数又は周波数帯であるとしても、トレッド・ジョイント過不足によって発生する異音と、外観不良はみだしによって発生する異音とは、種類が異なるため、wavelet変換を変えて検出を行うこともできる。

本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。
例えば、上記実施の形態において、集音及び／又は拡声手段として集音機及び拡声器を使用し、判定手段としてパーソナルコンピュータを使用する場合について説明したが、それ以外の集音及び／又は拡声手段並びに判定手段を用いることもできる。

また、回転音に対してwavelet解析を行い、そのwavelet解析に基づいて、回転音の評価値及び閾値を算出し、これら評価値と閾値との比較に基づいて測定タイヤが正常であるか否かを判定する場合について説明したが、回転音に対してwavelet解析以外の解析を行い、その解析結果に基づいて測定タイヤが正常であるか否かを判定することができる。

さらに、上記実施の形態において、集音機と拡声器の両方を設ける場合について説明したが、集音機と拡声器のうちのいずれか一方を用いてもよい。

本発明によるタイヤユニフォーミティ測定装置の斜視図である。 本発明によるタイヤユニフォーミティ測定装置の上面図である。 図１のタイヤダイナミックバランス測定マシンの断面図である。 本発明によるタイヤユニフォーミティ測定装置の動作のフローチャートである。 図５Ａは、集音データの波形図であり、図５Ｂは、特徴パターンの波形図である。 タイヤの各種異常の判定を説明するための波形図である。

符号の説明

１ タイヤダイナミックバランス測定マシン
１ａ 上リム
１ｂ 下リム
１ｃ 主軸
１ｄ，１ｅ ロードセル
２ ロードドラム装置
２ａ ロードロール
３ａ 集音機（マイクロホン）
３ｂ 拡声器（スピーカ）
４ ケーシング
５ リム軸
６，１０ 係止部材
６ａ 係止溝
７ チャック
８ 操作部
９ ロッド
１１ａ，１１ｂ ピン
１２ 架台
１３ パーソナルコンピュータ
１３ａ 工場ネットワーク
１３ｂ，１３ｃ 端子
１４ フレーム
１５ 駆動軸
１５ａ 先端部
１６，１８ プーリ
１７ 駆動モータ
１７ａ 軸
１９ ベルト
Ｗ 測定タイヤ

Claims (6)

1. 測定タイヤをチャッキングする上リム及び下リムを設けた回転自在な主軸を有する測定タイヤチャッキング手段と、
   前記測定タイヤに対して接触離反可能に設けられ、前記測定タイヤを、接触して荷重をかけることによって回転するロードロールと、
   前記測定タイヤの回転音を収集する集音機及び／又は拡声器と、
   前記回転音に基づいて前記測定タイヤが正常であるか否かを判定するパーソナルコンピュータとを具えることを特徴とするタイヤユニフォーミティ測定装置。
2. 測定タイヤをチャッキングする上リム及び下リムを設けた回転自在な主軸を有する測定タイヤチャッキング手段と、
   前記測定タイヤに対して接触離反可能に設けられ、前記測定タイヤを、接触して荷重をかけることによって回転するロードロールと、
   前記測定タイヤの回転音を収集する集音及び／又は拡声手段と、
   前記回転音に基づいて前記測定タイヤが正常であるか否かを判定する判定手段とを具え、
   前記判定手段が、前記回転音に対してwavelet解析を行い、そのwavelet解析に基づいて前記測定タイヤが正常であるか否かを判定することを特徴とするタイヤユニフォーミティ測定装置。
3. 前記判定手段が、前記wavelet解析に基づいて、前記回転音の評価値及び閾値を算出し、これら評価値と閾値との比較に基づいて前記測定タイヤが正常であるか否かを判定することを特徴とする請求項２記載のタイヤユニフォーミティ測定装置。
4. 回転自在な主軸に設けられた上リム及び下リムに測定タイヤをチャッキングする測定タイヤチャッキングステップと、
   前記測定タイヤに対して接触離反可能に設けられたロードロールが、前記測定タイヤを、接触して荷重をかけることによって回転する測定タイヤ回転ステップと、
   前記測定タイヤの回転音を集音機及び／又は拡声器によって収集する回転音収集ステップと、
   前記回転音に基づいて前記測定タイヤが正常であるか否かをパーソナルコンピュータによって判定する測定タイヤ判定ステップとを具えることを特徴とするタイヤユニフォーミティ測定方法。
5. 回転自在な主軸に設けられた上リム及び下リムに測定タイヤをチャッキングする測定タイヤチャッキングステップと、
   前記測定タイヤに対して接触離反可能に設けられたロードロールが、前記測定タイヤを、接触して荷重をかけることによって回転する測定タイヤ回転ステップと、
   前記測定タイヤの回転音を集音機及び／又は拡声器によって収集する回転音収集ステップと、
   前記回転音に対してwavelet解析を行い、そのwavelet解析に基づいて前記測定タイヤが正常であるか否かを判定する測定タイヤ判定ステップとを具えることを特徴とするタイヤユニフォーミティ測定方法。
6. 前記パーソナルコンピュータが、前記wavelet解析に基づいて、前記回転音の評価値及び閾値を算出し、これら評価値と閾値との比較に基づいて前記測定タイヤが正常であるか否かを判定することを特徴とする請求項５記載のタイヤユニフォーミティ測定方法。
   
   

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