JP2014074607A - タイヤ用ダイナミックバランス測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タイヤ用ダイナミックバランス測定装置において、機械特性の変化によって測定誤差が許容範囲を満たさなくなったときに、それを精度よく検出できるようにする。
【解決手段】荷重センサから出力される荷重信号に含まれる２次以上の高調波成分信号の振幅の変化量に基づく判定値と、予め求めた正常状態における２次以上の高調波成分信号の振幅のばらつき量に基づく基準値とに基づいて、測定異常を検出するようにしている。
【選択図】図４

Description

本発明は、タイヤのダイナミックバランスを測定するタイヤ用ダイナミックバランス測定装置に関する。

タイヤ用ダイナミックバランス測定装置（以下「タイヤバランサ」ともいう）は、一般に、軸受を介して鉛直に支持されて回転駆動される回転軸に設けた下部リムと、該下部リムに対向して昇降可能かつ回転自在に設けられた上部リムとによって、被検タイヤを保持して回転させると共に、タイヤのアンバランスよって発生する遠心力を荷重センサで検出し、その検出結果からダイナミックバランスを算出するよう構成されている（例えば、特許文献１参照）。

かかるタイヤバランサでは、荷重センサからの荷重信号には、タイヤのアンバランス量を要因とする、回転周波数と同じ周波数の１次成分信号以外に、タイヤのアンバランス量に関係しない回転軸の回転摩擦ムラや回転動力を伝達するベルトの張力等の機械荷重による２次以上の高調波成分が含まれている。また、これらの機械荷重の大きさは、機械が正常な状態でも動作に伴ってばらつくので、２次以上の高調波成分の振幅は、機械が正常であっても或る大きさのばらつきを有している。

多数の被検タイヤのアンバランス量を測定する稼働運転中に機械特性の変化、例えば、軸受けなどの故障や回転動力を伝達するベルトの張力の変化等が発生すると、タイヤのアンバランス量に関係しない２次以上の高調波成分が大きくなると共に、１次成分信号も大きくなって正しい測定値が得られなくなる。

このため、従来では、定期的にアンバランス量の測定精度を確認するために、アンバランス量が既知のマスタータイヤのアンバランス量を測定してその測定誤差を求め、予め定めた許容誤差の範囲内であるか否かを点検するようにしている。定期点検の結果、前記許容誤差の範囲内であるときには、被検タイヤのアンバランス量を測定する稼働運転を再開し、前記許容誤差の範囲内でないときには、原因を調査してタイヤバランサの整備、調整を行うようにしている。

このような定期的な点検と点検との間の稼働運転期間中には、多数の被検タイヤのアンバランス量を測定するのであるが、この稼働運転期間中に、上述の機械特性が変化して測定誤差が大きくなって許容誤差の範囲内を超えた場合には、次の定期点検までそのことは不明であるので、次の定期点検までの期間に亘って誤ったアンバランス量の測定を継続してしまうことになる。

このため、特許文献２では、荷重センサからの荷重信号を周波数成分に分解し、その周波数成分中の２次以上の高調波成分の変化を逐次監視しておき、２次以上の高調波成分の変化が所定値以上となったときには、機械特性が変化して測定に影響を与える外乱が発生したとして測定を中止し、タイヤバランサの整備や調整を行うことが記載されている。

特開平７−１７４６５８号公報 特開２０１１−１９１２４９号公報

上記特許文献２では、２次以上の高調波成分の変化が所定値以上であるか否かを判定する、具体的には、通常時の２次の高調波成分の振幅の大きさを基準として判定している。

しかしながら、この通常時の２次の高調波成分の振幅は、タイヤバランサを調整した後の初期における２次の高調波成分の振幅であるから、タイヤバランサの調整の状態によって異なるものであり、また、初期に存在する２次の高調波成分の振幅が、所定の大きさとなるように、タイヤバランサを調整するのも困難である。また、初期に存在する２次の高調波成分の振幅の大きさと、その後の運転継続中に２次の高調波成分の振幅に生じる変化量の大きさとは直接の関係はない。

この特許文献２では、（２次の高調波成分の振幅の初期値からの変化量）／（２次の高調波成分の振幅の初期値）の値が、所定値を超えたときに、測定に影響を与える外乱が発生したとして機械的な異常を検出するものである。

したがって、タイヤバランサの調整によって、２次の高調波成分の振幅の初期値が、小さく調整されておれば、２次の高調波成分の振幅の変化量が、その初期値から僅かに大きく変化しても機械的な異常として検出される一方、タイヤバランサの調整によって、２次の高調波成分の振幅の初期値が、大きく調整されておれば、２次の高調波成分の振幅の変化量が、その初期値から大きく変化しなければ、機械的な異常として検出されないことになる。

このように特許文献２では、タイヤバランサの調整状態によって異なる２次以上の高調波成分の振幅の初期値を基準にして、運転時の２次以上の高調波成分の振幅の変化量と比較し、機械的な異常を検出しているが、初期値の大小によって比較値が大きく変化してしまう点と、双方の間に直接関係がないので、比較値に対する異常判定の許容値を一定の適切な値に定めることが難しいという問題がある。例えば、初期値の振幅の大きさ次第で、許容値を変更しなければならない。

本発明は、上述のような点に鑑みて為されたものであって、タイヤ用ダイナミックバランス測定装置において、機械特性の変化によって測定誤差が許容範囲を満たさなくなったときに、それを精度よく検出できるようにすること及び許容値の設定を容易にすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、次のように構成している。

（１）本発明のタイヤ用ダイナミックバランス測定装置は、タイヤを回転させる回転軸と、前記タイヤの回転によって生じる荷重を検出する荷重センサと、前記回転軸の回転位置を検出する回転位置検出器とを備え、前記荷重センサからの荷重信号及び前記回転位置検出器からの検出出力に基づいて、タイヤのダイナミックバランスを測定するタイヤ用ダイナミックバランス測定装置であって、
前記荷重センサから出力される荷重信号に含まれる２次以上の高調波成分信号を抽出する抽出手段と、前記抽出手段で抽出された前記２次以上の高調波成分信号の振幅の変化量に基づく判定値と、予め求めた正常状態における前記２次以上の高調波成分信号の振幅のばらつき量に基づく基準値とに基づいて、測定の異常を検出する異常検出手段を備える。

前記抽出手段は、荷重信号に含まれる１次成分信号を除去して２次以上の高調波成分信号を抽出するノッチフィルタ、あるいは、２次以上の高調波成分信号を抽出するバンドパスフィルタなどであるのが好ましい。

２次以上の高調波成分信号は、次数毎の各高調波成分信号であってもよいし、複数の次数の高調波成分信号を含む合成高調波成分信号であってもよく、また、１種類のみ、例えば、２次の高調波成分信号のみであってもよいし、複数種類の高調波成分信号であってもよい。

前記基準値は、予め求めた正常状態における前記２次以上の高調波成分信号の振幅のばらつき量に基づくものである。

前記２次以上の高調波成分信号の振幅のばらつき量を予め求める前記正常状態は、当該タイヤ用ダイナミックバランス測定装置の調整が終了した初期の正常状態であるのが好ましい。

本発明のタイヤ用ダイナミックバランス測定装置によると、抽出手段で抽出された前記２次以上の高調波成分信号の振幅の変化量に基づく判定値と、予め求めた正常状態における２次以上の高調波成分信号の振幅のばらつき量に基づく基準値とに基づいて、測定異常を検出するので、稼働運転期間中に、荷重信号に含まれる２次以上の高調波成分信号の振幅が、正常状態における２次以上の高調波成分信号の振幅の標準的なばらつきの範囲を超えて変化したときには、機械特性の変化によって、測定誤差が大きくなって許容誤差の範囲内を超えた測定異常として検出することが可能となる。

しかも、正常状態における２次以上の高調波成分信号の振幅の変化を意味するばらつき量を、測定異常を検出するための基準値とし、運転中に２次以上の高調波成分の振幅の変化が、どの位の比率に拡大されているかを評価するので、評価対象と性質の異なるパラメータである正常状態における２次以上の高調波成分信号の振幅の初期値を基準値とする従来例のように基準値の大小に比率が影響を受けることなく、測定異常を高い精度で検出することができる。また、比率に対する許容値は調整の程度にかかわらず、一定の値に設定できる。

（２）本発明の好ましい実施態様では、前記判定値は、前記抽出手段で抽出された前記２次以上の高調波成分信号の振幅の、前記予め求めた正常状態における前記２次以上の高調波成分信号の振幅に対する変化量である。

前記変化量は、変化を示す量であればよく、例えば、前記抽出手段で抽出された前記２次以上の高調波成分信号の振幅と前記予め求めた正常状態における前記２次以上の高調波成分信号の振幅との差の絶対値としてもよいし、前記抽出手段で抽出された前記２次以上の高調波成分信号の振幅と前記予め求めた正常状態における前記２次以上の高調波成分信号の振幅との比などとしてもよい。

この実施態様によると、前記抽出手段で抽出された前記２次以上の高調波成分信号の振幅の、正常状態における振幅からの変化量を判定値とするので、運転時の荷重信号に含まれる２次以上の高調波成分信号の振幅が、正常状態における２次以上の高調波成分信号の振幅の標準的なばらつき、つまり標準的な大きさの変化の範囲を超えて変化したときには、機械系に異常な変化が生じることによって、もともと存在した振動が拡大することで前記変化量が大きくなって、運転中に新たに機械的な異常が発生しなければ起り得ないような大きさになり、正常状態における振幅のばらつき量に基づく基準値を超えて測定異常として検出することができる。

（３）本発明の他の実施態様では、前記判定値が、前記抽出手段で抽出された前記荷重センサから出力される荷重信号に含まれる２次以上の高調波成分信号の振幅のばらつき量であり、前記基準値が、前記予め求めた正常状態における前記２次以上の高調波成分信号の振幅のばらつき量である。

この実施態様によると、荷重信号に含まれる２次以上の高調波成分信号の振幅が、正常状態における２次以上の高調波成分信号の振幅の標準的なばらつきの範囲を超えてばらついたときには、前記抽出手段で抽出された前記荷重センサから出力される荷重信号に含まれる２次以上の高調波成分信号の振幅のばらつき量である判定値が、前記予め求めた正常状態における前記２次以上の高調波成分信号の振幅のばらつき量である基準値を上回って、測定異常を検出することができる。

（４）上記（２）の実施態様では、前記基準値が、前記予め求めた正常状態における前記２次以上の高調波成分信号の振幅のばらつき量に係数を乗じた値であり、前記係数を設定する設定手段を備える。

この実施態様によると、測定異常を検出するための基準値を規定する係数を、設定手段によって設定できるので、測定異常を検出するレベルを可変設定することができる。

（５）本発明の更に他の実施態様では、前記異常検出手段によって、測定の異常が検出されたときに、それを報知する報知手段を備える。

報知手段は、少なくとも異常であることを報知できればよく、表示出力や音声出力、あるいは、それらを組合せて報知してもよい。

この実施態様によると、異常検出手段によって測定の異常が検出されたときには、それが報知されるので、作業者は、直ちに被検タイヤの測定を停止して原因を調査し、当該タイヤ用ダイナミックバランス測定装置の整備、調整等の適宜の措置をとることができる。

本発明によれば、荷重信号に含まれる２次以上の高調波成分信号の振幅の変化量に基づく判定値と、予め求めた正常状態における前記２次以上の高調波成分信号の振幅のばらつき量に基づく基準値とに基づいて、測定の異常を検出するので、２次以上の高調波成分信号の振幅の変化量が、正常状態における高調波成分信号の振幅の標準的なばらつきにおける変化量の範囲を超えて拡大するような場合には、正常状態からの機械的特性の変化によって、測定誤差が大きくなって許容誤差の範囲内を超える測定異常であるとして検出することが可能となる。

しかも、正常状態における２次以上の高調波成分信号の振幅のばらつき量を、測定異常を検出するための基準値とし、運転時の２次以上の高調波成分信号の振幅の変化量と比較している。同じ性質のパラメータの比較であるので、正常時における大小に関係なく、正常値の変化量と運転時の変化量の大きさの比較値によって、運転時における機械的な変化量の拡大する状態が精確に把握できるので、正常状態における２次以上の高調波成分信号の振幅の初期値を基準値とする従来の構成に比べて、測定異常を高い精度で検出することができ、しかも、正常時の振幅のばらつきの大小に関らず、異常判定の許容値として同じ値を設定できる。

図１は本発明の一実施の形態に係るタイヤ用ダイナミックバランス測定装置の斜視図である。 図２は図１の装置の測定制御系を示す概略ブロック図である。 図３はタイヤのアンバランス量の測定原理を説明するための図１の装置の概略側面図である。 図４は測定異常の検出処理の概略を説明するためのブロック図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るタイヤ用ダイナミックバランス測定装置の一部を省略して示す斜視図である。

この実施形態のタイヤバランサは、タイヤ１を上リム２と下リム（図示せず）との間に装着して中心軸Ｐ回りに回転させ、この装着したタイヤ１の上面側のアンバランスと下面側のアンバランスとを測定するものである。

このタイヤバランサは、前記中心軸Ｐが、地面に対して垂直となるように設けられている。すなわち、直方体状の本体３を、互いに平行する２本のトーションバー４ａ、４ｂを介して架台等の固定部５に吊り下げてあり、更に、この本体３は、この２本のトーションバー４ａ、４ｂの通る平面に平行であって、かつ、この２本のトーションバー４ａ、４ｂに直交する方向に配置された４本のトーションバー（６ａ、６ｂ）、（６ａ、６ｂ）を介して架台等の固定部５と結合している。

これによって、本体３は、地面に対して垂直方向に配置した２本のトーションバー４ａ、４ｂと、地面に対して平行な４本のトーションバー（６ａ、６ｂ）、（６ａ、６ｂ）とのそれぞれに対して直交する方向（図１の矢符Ａで示される方向）にのみ移動可能に設けられている。

また、本体３の側面の上部と下部の各位置には、合計２台のロードセル等からなる荷重センサ７ａ、７ｂを設けてあり、各荷重センサ７ａ、７ｂは架台等の固定部５と結合している。これによって、各荷重センサ７ａ、７ｂは、本体３に作用する図の矢符Ａの方向の力を検出することができる。

また、図に示すように、本体３の下面から回転軸８が下方に突出しており、この回転軸８には、エンコーダ９及び従動プーリ１０が設けられている。回転位置検出器としてのエンコーダ９は、回転軸８の回転位置を検出するものであり、例えば、インクリメンタル式のロータリエンコーダからなる。このエンコーダ９によって、回転軸８の中心軸Ｐ回りの回転位置を検出することにより、この回転軸８と結合する下部リムの回転位置を検出することができる。この実施形態では、エンコーダ９は、基準位置である原点位置を検出して原点パルス信号を１回転毎に１個出力すると共に、回転角度に応じて角度パルス信号を１回転毎に３６０個出力する。

従動プーリ１０は、駆動ベルト１１を介して原動プーリ１２と連結されており、この原動プーリ１２は、サーボモータ１３の駆動軸に設けられている。つまり、回転軸８は、サーボモータ１３によって回転駆動される構成である。なお、タイミングベルト１１の張力が、４本のトーションバー（６ａ、６ｂ）、（６ａ、６ｂ）を引っ張り方向に働くようにサーボモータ１３を配置してあるので、荷重検センサ７ａ、７ｂにはタイミングベルト１１の張力が働かないようになっている。

本体３の内部は、図示していないが、中央に貫通孔を有しており、この貫通孔の上側開口縁と下側開口縁には軸受を設けてある。そして、この２つの軸受の内側には、円筒状の上記回転軸８が嵌合しており、この回転軸８は軸受を介して回動自在に支持されている。

また、回転軸８の上面には、図に示すように円筒状のシリンダ本体１４を介して下部リム（図示せず）を設けてあり、このシリンダ本体１４と回転軸８が下部リム軸を構成している。

図２は、図１のタイヤバランサの測定制御系を示す概略ブロック図であり、図１に対応する部分には、同一の参照符号を付す。

この実施形態のタイヤバランサは、タイヤ１の上面側のアンバランスと下面側のアンバランスとをそれぞれ測定するための第１，第２測定ユニット１５ａ，１５ｂを備えている。各測定ユニット１５ａ，１５ｂは、上述の各荷重センサ７ａ，７ｂと、各荷重センサ７ａ，７ｂでそれぞれ検出された出力を、エンコーダ９で検出された回転軸８の回転位置に対応付けられた第１，第２デジタルデータとしてそれぞれ出力する第１，第２制御器１６ａ，１６ｂとを有している。各制御器１６ａ，１６ｂには、エンコーダ９からの原点パルス信号がサンプリングのトリガ信号として与えられると共に、角度パルス信号がサンプリングのクロック信号として与えられる。

各制御器１６ａ，１６ｂは、図示しないＡ／Ｄ変換器、演算部及び通信部等を備えている。Ａ／Ｄ変換器は、各荷重センサ７ａ，７ｂでそれぞれ検出されたアナログ荷重データをそれぞれデジタル化し、演算部は、Ａ／Ｄ変換器でそれぞれ変換されたデジタル荷重データをフィルタリング処理し、エンコーダ９からの出力に対応付けたデジタルデータを生成し、通信部は、演算部のデジタルデータを演算装置１９に送信する。

各制御器１６ａ，１６ｂにおいて、回転軸８の回転位置に応じてそれぞれサンプリングされた回転軸８の上側及び下側の不釣合い力に基づく第１及び第２デジタルデータは、当該デジタルデータに基づいてダイナミックバランスを演算する演算装置１９へＲＳ４８５等のデジタル通信線２１を介して送られる。

演算装置１９は、第１，第２測定ユニット１５ａ，１５ｂの各制御器１６ａ，１６ｂに対してそれぞれＩＤを割り当て、当該割り当てられたＩＤを用いて通信することにより、送信時に何れの制御器１６ａ，１６ｂへの命令かを区別すると共に、受信時に何れの制御器１６ａ，１６ｂから送られたデータであるかを認識している。

演算装置１９には、演算結果の表示や後述の警報表示を行う表示器２９が接続されると共に、後述の係数値やその他の設定を行う各種スイッチ等が設けられた入力設定器３０が接続されている。

演算装置１９は、各測定ユニット１５ａ，１５ｂからそれぞれ与えられる第１及び第２デジタルデータに基づいて、タイヤ１のダイナミックバランスを演算する。

タイヤ１のダイナミックバランスは、具体的には、タイヤ１の装着状態における上面側のアンバランス量を示す上側アンバランス、同じく下面側のアンバランス量を示す下側アンバランス、タイヤ１の静止状態におけるタイヤ１全体のアンバランス量を示すスタティックアンバランス、及び、タイヤ１を回転軸８の中心軸Ｐ回りに回転させたときに発生するモーメントを示すカップルアンバランスが含まれる。

次に、上述の図１に対応する図３の概略側面図に基づいて、アンバランス量の測定原理の概略を説明する。

演算装置１９では、タイヤ１の上側アンバランス及び下側アンバランスについて、第１，第２荷重センサ７ａ，７ｂで検出された値（第１，第２デジタルデータ）をエンコーダ９の出力に基づいてベクトル化（第１及び第２検出ベクトルＰ_U，Ｐ_Lを演算）し、当該第１及び第２検出ベクトルＰ_U，Ｐ_Lに基づいて、上側及び下側アンバランスベクトルＵ_U，Ｕ_Lを演算する。すなわち、上側アンバランスベクトルＵ_U及び下側アンバランスベクトルＵ_Lは以下のように示される。

Ｕ_L＝γ₁Ｐ_L＋γ₂Ｐ_U
Ｕ_U＝δ₁Ｐ_L＋δ₂Ｐ_U
但し、変換係数γ₁，γ₂，δ₁，δ₂は、
γ₁＝Ｚ₂／ｒω²（Ｚ₂−Ｚ₁）
γ₂＝−（Ｌ−Ｚ₂）／ｒω²（Ｚ₂−Ｚ₁）
δ₁＝−Ｚ₁／ｒω²（Ｚ₂−Ｚ₁）
δ₂＝（Ｌ−Ｚ₁）／ｒω²（Ｚ₂−Ｚ₁）
この変換係数γ₁，γ₂，δ₁，δ₂の算出式において、Ｚ₁は、下側の荷重センサ７ｂの設置位置とタイヤ１の下端面との間の距離を示し、Ｚ₂は下側の荷重センサ７ｂの設置位置とタイヤ１の上端面との間の距離を示し、Ｌは両荷重センサ７ａ，７ｂの設置位置間の距離を示し、ωは回転軸８の回転によるタイヤ１の角速度を示し、ｒは上リム２と下リム２２とによって挟持されるタイヤ１の内径（上側及び下側アンバランスの位置）を示している。

上側及び下側アンバランスベクトルＵ_U，Ｕ_Lと、第１，第２ロードセル７ａ，７ｂの検出値に基づく第１，第２検出ベクトルＰ_U，Ｐ_Lとを関係づける変換係数γ₁，γ₂，δ₁，δ₂は、校正を行うことによって求めることができる。すなわち、上リム２の所定の位置に質量Ｗ_Uの分銅を取り付けたときのＰ_U，Ｐ_Lの値Ｐ_UU，Ｐ_LUと、下リム２２の所定の位置に質量Ｗ_Lの分銅を取り付けたときのＰ_U，Ｐ_Lの値Ｐ_UL，Ｐ_LLとを用いて演算することにより求められる。

更に、スタティックアンバランスについて、演算装置１９は、上記で演算された上側及び下側アンバランスベクトルＵ_U，Ｕ_Lを用いて演算する。具体的には、スタティックアンバランスベクトルＳはＳ＝Ｕ_U＋Ｕ_Lで示される。

以上は、基本的に従来例と同様である。

上述のように、被検タイヤのアンバランス量を測定する稼働運転においては、定期的に稼働運転を中断して点検が行われる。この定期的な点検では、アンバランス量が既知のマスタータイヤのスタティックアンバランス量を測定し、その測定誤差が、許容誤差の範囲内であるか否かを確認し、前記許容誤差の範囲内であるときには、被検タイヤのアンバランス量を測定する稼働運転を再開し、前記許容誤差の範囲内でないときには、原因を調査してタイヤバランサの整備、調整を行うようにしている。

この実施形態では、定期的な点検と次の点検との間の稼働運転期間中において、機械特性の変化、例えば回転軸８を支持する軸受けなどの故障、回転動力を伝達する駆動ベルト１１の張力の変化等によって測定誤差が大きくなって測定精度が低下した場合に、それを測定異常として精度よく検出できるようにするために次のように構成している。

すなわち、荷重信号に含まれる２次以上の高調波成分信号には、種々の機械振動による変化信号が含まれていて毎回のタイヤ測定における２次以上の高調波成分信号の振幅は、タイヤバランサを調整した後の正常な状態における初期の時点で或る標準偏差をもってばらついている、つまり或る標準的な大きさの変化量を持っている。

この実施形態では、被検タイヤのアンバランス量を測定する稼動運転中に、２次以上の高調波成分信号の振幅の初期値からの変化量が、２次以上の高調波成分信号の振幅に標準的に存在するばらつきとして表される変化量に比べて所定の許容値の範囲を超えた場合に、機械特性の変化によって測定異常が生じたとして検出するものである。

具体的には、タイヤバランサを調整した初期の正常状態における２次以上の高調波成分信号の振幅の平均値に対する稼働運転中における２次の高調波成分信号の振幅の変化量を判定値とし、この判定値と、正常状態における２次以上の高調波成分信号の振幅のばらつき量に基づく基準値とに基づいて、測定異常を検出する。

このため、図２に示される荷重センサ７ａ，７ｂからの荷重信号が入力される各制御器１６ａ，１６ｂの内の一方の制御器、例えば、制御器１６ａには、荷重センサ７ａからの荷重信号のアンバランス量を測定するための従来の信号ルートとは別に、荷重センサ７ａからの荷重信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器及びＡ／Ｄ変換されたデジタル荷重信号に含まれる１次成分信号を除去するデジタルノッチフィルタを設け、２次以上の高調波信号成分を抽出し、抽出した２以上の高調波成分信号を演算装置１９に与えるようにしている。

したがって、演算装置１９には、従来と同様に、上下のアンバランス量測定用のデジタルデータが、第1，２測定ユニット１５ａ，１５ｂから与えられると共に、新たに、第１測定ユニット１５ａから２次以上の高調波成分信号が与えられる。

図４は、この実施形態の測定異常の検出処理の概略を説明するためのブロック図である。

上述のように、荷重センサ７ａからの荷重信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器２３と、Ａ／Ｄ変換されたデジタル荷重信号に含まれる１次成分信号を除去して２次以上の高調波成分信号を抽出するデジタルノッチフィルタ２４と、この２次以上の高調波成分信号に基づいて、測定異常を検出する異常検出手段２５とを備える。

デジタルノッチフィルタ２４によって１次成分信号のみを減衰させた後の２次以上の高調波成分信号には、３次以上の高調波成分信号も含まれるが、それぞれの次数の高調波成分信号も機械特性の変化に応じて変化するので、合成信号として測定異常の検出に用いればよい。

なお、この実施形態では、荷重センサ７ａからの荷重信号をＡ／Ｄ変換してデジタルノッチフィルタ２４によって２次以上の高調波成分信号を抽出したけれども、他の実施形態として、アナログノッチフィルタによって荷重信号に含まれる１次成分信号を除去して２次以上の高調波成分信号を抽出し、その後Ａ／Ｄ変換してもよい。

異常検出手段２５は、デジタルノッチフィルタ２４から出力される２以上の高調波成分信号の振幅を算出する振幅算出部２６と、予め求められた正常状態における２次以上の高調波成分信号の振幅及びその標準偏差が初期値として格納される初期値記憶部２７と、振幅算出部２６からの振幅と初期値記憶部２７からの初期値とに基づいて、後述のようにして測定異常の有無を判定する判定部２８とを備えている。なお、この図４の各ブロックの機能は、上述の図２の制御器１６ａ及び演算装置１９によって実現される。

以下、測定異常の検出の処理手順を詳細に説明する。

先ず、稼働運転に先立って、タイヤバランサの調整後の初期の正常な状態において、初期値を取得するための初期運転を行う。

この初期運転では、十分多くの２次上の高調波成分信号の振幅を測定し、２次以上の高調波成分信号の振幅の平均値Ａａｏと標準0偏差σｏを算出し、これらを初期値として、初期値記憶部２７に格納する。

この実施形態では、初期運転時には、作業者が初期運転モードを設定することによって、タイヤバランサは、被検タイヤを連続的に回転させて、自動的に２次以上の高調波成分信号の振幅を測定し、その平均値Ａａｏと標準偏差σｏを算出して初期値記憶部２７へ格納する。他の実施形態として、例えば、被検タイヤを一定回数回転させ、タイヤバランサは、測定した被検タイヤの２次以上の高調波成分信号の振幅を表示器２９に表示するという動作を所定回数繰返し、作業者は、表示器２９に表示された所定回数分の測定結果に基づいて、２次以上の高調波成分信号の振幅の平均値Ａａｏと標準偏差σｏとを算出し、設定器３０からタイヤバランサに設定するようにしてもよい。

なお、２次以上の高調波成分信号は、複数次の合成高調波成分信号であるが、合成高調波成分信号は、１次成分信号の１周期の区間において２周期、３周期、…と振動を繰り返す２次、３次、…の高調波成分信号の合成であるから、合成高調波成分信号の振幅は、１次成分信号の１周期の期間を単位として最大値と最小値を求めてその差を取ることによって得ることができる。

この初期運転では、タイヤ測定に十分長い時間が取れるので、被検タイヤをタイヤバランサに装着し、十分長い時間、例えば、２０秒〜３０秒程度の期間連続回転させて多くの２次以上の高調波成分信号を取得し、それらの振幅を求める。更に、求めた十分な個数の２次以上の高調波成分の振幅の平均値を求め、その平均値を初期高調波振幅Ａａｏとする。

ここで、稼働運転時の限られた測定時間、例えば、数秒程度の測定時間内において測定できる２次以上の高調波成分信号の振幅の個数をｑ個とすると、上記の初期運転で求めた多くの２次以上の高調波成分信号の振幅をｑ個ずつに区分し、ｑ個毎の平均値をそれぞれ求めると共に、ｑ個ずつの平均振幅値の標準偏差値σｑを求め、それを初期標準偏差σｏとする。

このようにして初期運転によって予め求めた初期高調波振幅Ａａｏ及び初期標準偏差σｏを、初期値として初期値記憶部２７に格納する。

なお、稼働運転時の被検タイヤの測定においても毎回、２次以上の高調波成分信号の振幅は、ｑ個の平均値をもって１回の測定値とする。

次に、稼働運転時には、従来と同様に、被検タイヤのアンバランス量を測定すると共に、２次以上の高調波成分信号の振幅を測定する。すなわち、図４のデジタルノッチフィルタ２４から出力される２次以上の高調波成分信号の振幅Ａｘを、振幅算出部２６で算出する。

判定部２８では、振幅算出部２６で算出された振幅値Ａｘと、初期値記憶部２７からの初期高調波振幅Ａａｏとから偏差量Ｄｘ＝｜Ａｘ−Ａａｏ｜を求める。但し、上述のように、１回のタイヤ測定に対し複数個（＝ｑ個）の高調波成分信号の振幅Ａｘを測定し、振幅Ａｘの平均値Ａｘａを求めて初期高調波振幅Ａａｏからの変化量、すなわち、初期高調波振幅Ａａｏからの偏差量Ｄｘａ＝｜Ａｘａ−Ａａｏ｜の大きさを評価する。

また、常に最新のＭ回の被検タイヤの測定における高調波成分信号の振幅Ａｘａを振幅算出部２６のシフトレジスタに記憶させ、測定した高調波成分信号の振幅ＡｘａのＭ個の平均値Ａｘａｍを算出する。判定部２８では、同様に変化量Ｄｘａｍ＝｜Ａｘａｍ−Ａａｏ｜の大きさを評価する。

この実施形態では、機械系に生じる急な特性変化と穏やかな特性変化とを判定できるようにするために、上記偏差量Ｄｘａ＝｜Ａｘａ−Ａａｏ｜及び変化量Ｄｘａｍ＝｜Ａｘａｍ−Ａａｏ｜の大きさをそれぞれ評価する。

偏差量Ｄｘａに対しては、２次以上の高調波成分信号の振幅Ａｘについての初期標準偏差σｑ＝σｏを、変化量Ｄｘａｍに対しては、２次以上の高調波成分信号の振幅ＡｘａのＭ個についての初期標準偏差σｍ＝σｏ／Ｍ^1/2を、それぞれの変化量の大きさ判定のための基準値に用いる。

判定値である偏差量Ｄｘａ及び変化量Ｄｘａｍに３シグマを超えるような値を検出すれば、言い換えれば機械が正常な場合には９９．７％の確率で現れないような、希な大きさの偏差量Ｄａｘ及び変化量びＤｘａｍであれば、これらの値は、機械が正常な状態の場合に生じたバラツキではなく、稼働運転中に機械的に異常が生じることによって２次以上の高調波成分信号の振幅が初期値より拡大変動した結果によるものであると判定する。

すなわち、異常判定のための基準値をそれぞれ３・σｑ、３・σｍとし、判定部２８では、下記（１），（２）式が成立するか否かを判定し、何れかの式が成立したときには、測定異常であるとして警報信号を出力する。

Ｄａｘ ＞ ３・σｑ ……（１）
Ｄａｘｍ ＞ ３・σｍ ……（２）
警報信号に基づいて、表示器２９では、測定異常である旨を表示して報知する。なお、同時に警報音を出力したり、警報ランプを点滅させて作業者に報知するようにしてもよい。また、被検タイヤの測定を自動的に停止させるようにしてもよい。

これによって、作業者は、機械的特性の変化によって、測定誤差が大きくなって許容誤差の範囲内を超える測定異常が生じたことを認識することができ、原因を調査してタイヤバランサの整備、調整を行うことができる。

ここで、上記(１)、（２）式における異常と判定するための正常状態の許容値である係数値「３」を、当該タイヤバランサに設けられている設定器３０を操作することによって、外部より設定可能な実数値Ｑｌ、Ｑ２としてもよく、測定精度の低下がほとんどないのに警報が出力される場合には、Ｑｌ、Ｑ２の値を大きめに、反対に、測定精度の低下があって警報すべきであるのに警報が出力されなかった場合には、Ｑｌ、Ｑ２の値を小さめに設定変更できるようにしてもよい。

例えば、Ｑｌ、Ｑ２＝３．５とすることによって、９９．９８％ の確率のバラツキ範囲に存在しないような大きさの偏差量Ｄａｘ及び変化量Ｄｘａｍであれば、測定異常と判定されることになる。

上述の特許文献２では、２次以上の高調波成分の振幅の初期値を基準にして機械的な異常を検出するために、運転時の２次以上の高調波の振幅の変化量が同じ大きさでも前記振幅の初期値の大きさの如何によって比較基準が異なるので、異常判定のための許容値を決めることが困難であるのに対して、この実施形態では、２次以上の高調波成分の振幅の変化量の初期値の大きさの如何にかかわらず、２次以上の高調波成分の振幅の変化量の初期値からの変化量の大きさの比率を判定することによって測定異常を検出するので、許容値は一定の値とすることができ、しかも同じ機械的振動による振幅の大きさに対して初期時と運転時を比較するので、測定異常を精確に検出することができる。

なお、他の実施形態として、上記（１）式及び（２）式の両方が成立したときに、測定異常と判定してもよい。

［他の実施形態］
［１］２次以上の高調波成分信号の振幅の増加量と、被検タイヤのアンバランス量の測定精度の低下量との関係が必ずしも１：１に対応しない場合も存在する。

そこで、被検タイヤの測定の度に、２次以上の高調波成分信号の振幅の偏差量Ｄａｘ、変化量Ｄａｘｍのいずれか、または両方の値を、上述の表示器２９に表示させる。

稼働運転中の途上で実施される定期点検時にマスタータイヤで現在のアンバランス量の測定精度を確認するときに、作業者は、２次以上の高調波成分信号の振幅の偏差量Ｄａｘ、変化量Ｄａｘｍの値を認識できる。

測定誤差の変化量が小さいにも関わらず、偏差量Ｄａｘまたは変化量Ｄａｘｍが０でない値であるときには、２次以上の高調波成分信号の振幅の変化量の増加の割に、測定精度の低下量が少ない、つまり、２次以上の高調波成分信号の振幅の変化量の増加量の測定精度への相関が小さいので、２次以上の高調波成分信号の振幅の変化量の増加による検出レベルを緩めるようにする。

そのため、設定器３０に、基準値修正操作用のキースイッチを設け、つまり、２次以上の高調波成分信号の振幅の変化量に関する検出レベル修正手段を設け、このスイッチを操作することによって、上述の（１）式及び（２）式の基準値を、現在表示器２９に表示されているＤａｘ＝ｄａｘ、Ｄａｘｍ＝ｄａｘｍと置いて現在の基準値をそれぞれ３・σ ｑ ＋ｄａｘ、３・σｍ＋ｄａｘｍに変更し、
Ｄａｘ ＞ ３・σ ｑ＋ｄａｘ ……（３）
Ｄａｘｍ ＞３・σm ＋ｄａｘｍ ……（４）
（３）式、または（４）式によって測定異常を判定する。

更に、測定精度の低下が小さい割に（測定誤差の増加量が小さい割に）２次以上の高調波成分信号の振幅の変化量の初期値からの変化量が大きい場合は、ｄａｘ、ｄａｘｍの値を、表示器２９に表示されているＤａｘ、Ｄａｘｍに更新し、検出レベルを実情に見合うように更新するようにしてもよい。

すなわち、２次以上の高調波成分信号の振幅の変化量の増加にも関わらず測定誤差への影響が小さい場合は、２次以上の高調波成分信号の振幅の変化量の増加変化に対する検出レベルを上げる。

この実施形態では、２次以上の高調波成分信号の振幅の変化量の初期値からの変化量の大きさに対する検出レベルを、実際に表れる測定誤差の変化状態に応じて変更できるようにしたので、２次以上の高調波成分信号の振幅の変化量の増加量と測定誤差の低下量の相関が不明なタイヤバランサであっても精確に測定異常を検出することができる。

［２］機械特性の変化、特に軸受けなど回転機構に劣化が生じると、１次成分信号以外の２次以上の高調波成分信号において、振幅の増加変化ばかりでなく、振幅のばらつき量が増加する現象が生じる。つまり、振幅変化量の大きさに安定性がなくなる。

そこで、上述の実施形態の（１）式、（２）式に代えて、上述の２次以上の高調波成分信号の振幅のばらつき量の初期標準偏差σｑ（＝σｏ）に対して、例えば、最新の複数回の定期点検区間における２次以上の高調波成分信号の振幅の標準偏差σｍが、下記（５）式を満たす場合に、測定異常と判定するようにしてもよい。

σｍ／σｏ ＞（１＋ｄ／１００） ・・・（５）
ここで、ｄ（％）は、振幅のばらつき量に関する許容増加率であり、例えば、ｄ＝２０（％）とすると、上記（５）式は、
σｍ／σｏ ＞１．２
となる。

すなわち、２次以上の高調波成分信号の振幅のばらつき量の初期標準偏差σｑ（＝σｏ）に対して、例えば、最新の複数回の定期点検区間における２次以上の高調波成分信号の振幅の標準偏差σｍが、１．２倍より大きくなると、測定異常と判定するものである。

上記のようなσｍとσｏとの比に限らず、例えば、変化量としてσｍとσｏの差の絶対値に、所定の基準値を設定して測定異常を判定してもよい。

このようにばらつき量の場合も、初期のばらつき量を基準値に置いて稼働運転時のばらつき量の大きさを評価することができる。

なお、この実施形態の（５）式等と、上述の各実施形態の（１）〜（４）の各式とを適宜組合せて測定異常を判定するようにしてもよい。

［３］上述の実施形態では、２次以上の高調波成分信号の合成信号によって測定異常を検出したけれども、本発明の他の実施形態として、荷重信号から１種類の高調波成分信号のみ、例えば、２次の高調波成分信号のみをバンドパスフィルタによって抽出し、この２次の高調波成分信号によって測定異常を検出してもよい。

また、本発明の他の実施形態として、演算部にＦＦＴ（高速フーリエ変換）演算手段を設け、ＦＦＴ演算によって高調波成分を周波数毎の振幅に仕分け、周波数毎に仕分けられた振幅値の加算値を用いて測定異常を検出してもよいし、周波数毎に個別の大きさの振幅値を用いて測定異常を検出してもよい。

１ タイヤ
７，７ａ，７ｂ 荷重センサ
８ 回転軸
９ エンコーダ（回転位置検出器）
１５ａ，１５ｂ 第１，第２測定ユニット
１６ａ，１６ｂ 第１，第２制御器
１９ 演算装置
２４ デジタルノッチフィルタ
２５ 異常検出手段

Claims (5)

1. タイヤを回転させる回転軸と、前記タイヤの回転によって生じる荷重を検出する荷重センサと、前記回転軸の回転位置を検出する回転位置検出器とを備え、
   前記荷重センサからの荷重信号及び前記回転位置検出器からの検出出力に基づいて、タイヤのダイナミックバランスを測定するタイヤ用ダイナミックバランス測定装置であって、
   前記荷重センサから出力される荷重信号に含まれる２次以上の高調波成分信号を抽出する抽出手段と、
   前記抽出手段で抽出された前記２次以上の高調波成分信号の振幅の変化量に基づく判定値と、予め求めた正常状態における前記２次以上の高調波成分信号の振幅のばらつき量に基づく基準値とに基づいて、測定の異常を検出する異常検出手段を備える、
   ことを特徴とするタイヤ用ダイナミックバランス測定装置。
2. 前記判定値が、前記抽出手段で抽出された前記２次以上の高調波成分信号の振幅の、前記予め求めた正常状態における前記２次以上の高調波成分信号の振幅に対する変化量である、
   請求項１に記載のタイヤ用ダイナミックバランス測定装置。
3. 前記判定値が、前記抽出手段で抽出された前記荷重センサから出力される荷重信号に含まれる２次以上の高調波成分信号の振幅のばらつき量であり、
   前記基準値が、前記予め求めた正常状態における前記２次以上の高調波成分信号の振幅のばらつき量である、
   請求項１に記載のタイヤ用ダイナミックバランス測定装置。
4. 前記基準値が、前記予め求めた正常状態における前記２次以上の高調波成分信号の振幅のばらつき量に係数を乗じた値であり、前記係数を設定する設定手段を備える、
   請求項２に記載のタイヤ用ダイナミックバランス測定装置。
5. 前記異常検出手段によって、測定の異常が検出されたときに、それを報知する報知手段を備える、
   請求項１ないし４のいずれかに記載のタイヤ用ダイナミックバランス測定装置。

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