KR101104973B1 - 차량 휠의 공기압 타이어를 광학적으로 스캔하기 위한방법 및 장치 - Google Patents

차량 휠의 공기압 타이어를 광학적으로 스캔하기 위한방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

휠 균형시험기의 측정축 상에 회전 가능하게 장착되는 휠의 공기압 타이어를 스캔하기 위한 방법 및 장치이다. 레이저 빔원과 같은 광원이 제공되어 상기 공기압 타이어의 표면상으로 하나 이상의 광선 빔을 방출하고, 그 빔은 표면으로부터 반사되어 리시버에 의하여 수신된다. 이에 응하여, 상기 리시버는 컴퓨터보조(computer-aided) 평가장치에 의한 평가를 위하여 반사된 빔의 충돌점(impingement point)에 기초한 위치신호를 만든다. 상기 휠의 회전각도를 나타내는 회전각도신호들이 로터리 각도센서에 의하여 상기 컴퓨터보조 평가장치로 공급된다. 상기 컴퓨터보조 평가장치는, 상기 위치신호와 회전각도신호에 기초하여 공기압 타이어 또는 그 구성부품들의 치수와 위치를 결정한다.

Description

차량 휠의 공기압 타이어를 광학적으로 스캔하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR OPTICALLY SCANNING A PNEUMATIC TIRE OF A VEHICLE WHEEL}
도1은, 자동차 휠의 공기압 타이어의 성질(nature)을 포괄적으로(comprehensively) 확인하기 위한 예시적인 시스템을 도시한 것이다.
관련된 출원
본 출원은, "차량 휠을 매칭(matching)하는 방법"이란 제목으로 동시에 출원되어 함께 계류중인 특허출원 일련번호 ---,; "자동차 휠을 균형시험(balancing)하기 위한 방법 및 장치"란 제목으로 동시에 출원되어 함께 계류중인 특허출원 일련번호----, ; "자동차 휠의 공기압 타이어를 광학적으로 스캔하기 위한 방법 및 장치"란 제목으로 동시에 출원되어 함께 계류중인 특허출원 일련번호 ----에 관련된 것이다. 상기 모든 출원들은 본 출원의 양수인에게 함께 양도되었으며, 참조를 위하여 전체로서 본 명세서에 편입된다.
본 발명은, 차량 휠의 공기압 타이어를 스캔하기 위한 장치 및 방법, 특히 자동차 휠을 스캔하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 상기 휠은 고정축 주위로 회전 가능하게 장착되며 하나 이상의 광선 빔(light beam)에 의하여 스캔된다.
평광 빔(flat light beam)으로 타이어 트레드 표면을 스캔하여 그 표면의 스트립형상(strip-shaped) 프로파일의 이미지를 형성할 수 있고 그것을 카메라로 기록하는 것은 공지되어 있다. 타이어 트레드 표면을 스캔하는데 사용될 수 있는 센서의 예가, 참조를 위하여 본 명세서에 편입되는 "차량 휠을 광학적으로 스캔하기 위한 장치 및 방법"이란 제목의 미국 특허번호 6,535,281호에 개시되어 있다. 상기 센서장치는, 광선 빔을 방출하기 위한 광원과 광선을 감지하기 위한 광민감성 리시버(light sensitive receiver)를 포함한다. 상기 광원과 리시버는 동기적으로(synchronously) 움직인다. 자동차 휠의 표면은 상기 광원으로부터 방출되는 광선 빔에 의하여 스캔된다. 그 반사된 빔은 광민감성 리시버에 의하여 수신된다. 기준위치(reference location)에 대한 상기 휠의 스캔된 위치(scanned location)의 간격은, 방출된 빔과 반사된 빔의 방향에 기초하여 결정된다.
본 발명은, 개선된 효율로 자동차 휠의 공기압 타이어의 성질을 포괄적으로 확인하기 위한 장치 및 방법을 개시한다. 시험을 할 때, 자동차 휠은 휠 균형시험기(wheel balancing machine)의 측정축에 회전 가능하게 장착된다. 레이저 빔과 같은 적어도 하나 이상의 광선 빔이, 소정위치에 배치된 광원으로부터 상기 공기압 타이어의 표면 위로 향해진다. 상기 하나 이상의 광선 빔은 공기압 타이어 표면으 로부터 반사되고, 소정위치에 배치된 광민감성 리시버에 의하여 수신된다. 상기 광원과 광민감성 리시버를 포함하는 센서장치가, 공기압 타이어의 트레드 표면을 스캔하는데 사용될 수 있다. 상기 공기압 타이어 또는 그 구성부품들의 치수(dimensions)와 위치는, 상기 하나 이상의 방출된 광선 빔과 반사된 빔의 방향에 기초하여 확인된다.
타이어의 두 사이드월과 그 트레드를 스캔하기 위하여, 공통의 캐리어(carrier)상에 있는 광원과 리시버를 구비한 하나의 센서장치를 사용하는 것이 가능하다. 이 대신에, 공통의 캐리어상에 설치된 광원과 리시버를 각각 구비한 세 개의 센서장치가, 타이어의 각 다른 표면에 제공될 수 있다. 예컨대, 내측 타이어 사이드월, 외측 타이어 사이드월 및 트레드 표면에 각각 하나의 센서장치가 연결될 수 있다.
타이어가 회전할 때, 공기압 타이어 상의 다수의 표면위치 및/또는 스폿(spots)이 연속적으로 스캔된다. 상기 공기압 타이어 또는 그 구성부품들의 치수 및 위치들은 상기 방출된 광선 빔과 반사된 광선 빔의 위치에 기초하여 확인된다. 상기 공기압 타이어 또는 그 구성부품들의 치수와 위치에 기초하여, 트레드 표면의 허용될 수 없는 코니시티(conicity)뿐만 아니라 트레드 표면에서의 타이어 불규칙 마모 또는 타이어 프로파일 깊이를 탐지할 수 있다. 상기 프로파일 깊이에 기초하여, 타이어교체가 필요할 때까지의 타이어의 사용 가능한 기간을 확인할 수 있다. 게다가, 타이어 쇼울더 마모 및 타이어 쇼율더부 등의 불규칙성 뿐만 아니라, 트레드 표면부의 횡으로(crosswise) 연장되는 마모 트랙(abrasion tracks) 또는 플랫 마모 트랙(flat abrasion tracks)과 같은 불규칙 타이어 마모를 확인하는 것이 가능하다. 또한, 타이어 사이드월을 스캔하면, 타이어 사이드월부의 오목부들(indentations) 및/또는 팽창부(bulges)들을 탐지하는 것도 가능하다. 또한, 림 기초부(rim base)에 타이어가 불규칙하게 고정된 것도 탐지할 수 있다.
다음 상세한 설명에 의하여, 본 발명의 추가적인 특징 및 장점들이 당업자에게 쉽고 명확하게 이해될 것이며, 본 발명에 대하여 단지 하나의 실시예가 도시되고 설명된다 하더라도, 이는 본 발명을 수행하기 위하여 고안된 하나의 최적예(bese mode)를 나타낸 것에 불과하다 할 것이다. 앞으로 이해되어지는 바와 같이, 본 발명은 다른 다양한 실시예로 나타날 수 있으며, 그 여러 세부사항들이 본 발명을 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지 자명한 변형으로 될 수 있다. 따라서, 첨부도면과 발명의 상세한 설명은, 실질적으로 설명하기 위한 것일 뿐 제한적인 것으로 간주되는 것은 아니다.
이하에서는, 명세서의 일부로서 편입되는 첨부도면과 함께 실시예들을 설명할 것이다.
다음 상세한 설명에서, 설명을 위하여, 본 발명의 충실한 이해를 제공하기 위한 다수의 특정한 세부사항들이 설명될 것이다. 그러나, 본 발명이 상기 세부사항들 없이도 실행될 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 다른 면에서, 본 발명이 불필요하게 불명료하게 되는 것을 피하기 위하여, 블록 다이아그램 형태로 공지의 구조 및 장치들을 나타낼 것이다.
도1은, 자동차 휠의 공기압 타이어의 성질을 포괄적으로 확인하기 위한 예시적인 시스템을 도시한 것이다. 도1에서, 자동차 휠(1)은, 휠 디스크부(5)와 상기 휠 디스크부(5)의 주위에 고정된 림(4)을 구비한다. 공기압 타이어(10)는 상기 림(4) 상에 장착된다. 타이어 비드는 공지의 방식대로 상기 림(4)의 림 플랜지(6)에서 지지된다. 상기 휠은, 자동차 휠, 모터사이클 휠, 트럭 휠, 버스 휠 등과 같은 어떤 종류로도 될 수 있다.
상기 휠(1)은, 고정위치(20)에서 휠 균형시험기(미도시)의 측정축(2)에 공지의 방식으로 고정되며, 상기 측정축(2)으로 정의되는 회전축 주위로 회전 가능하게 지지된다. 상기 휠이 중심이 되는 위치에서 클램핑될 때, 상기 회전축은 휠축(3)과 일치하여, 상기 휠축(3)이 휠 균형시험기에 대하여 고정되게 배치된다.
상기 공기압 타이어(10) 구성부품의 치수 및 위치는, 하나 이상의 센서장치(18)로 측정되고, 컴퓨터와 같은 데이터 처리시스템에 의하여 확인될 수 있다. 각 센서장치(18)는 레이저와 같은 광원(16)을 포함한다. 게다가, 각 센서장치(18)는, 위치감지 수신부재로서, CCD센서와 같은 리시버(12)를 포함한다. 상기 광원(16)과 리시버(12)는 캐리어(14)에 부착된다. 상기 캐리어(14)는 피봇축(17) 주위로 피봇 가능하게 지지된다. 상기 캐리어(14)는, 선형으로 이동 가능하게(양방향 화살표 19 참조) 장착될 수도 있고, 또는 측정축(2)과 상기 측정축(2)에 대한 자동차 휠(1)의 고정부(20)에 대하여 미리 결정된 가이드 경로 상에서 이동 가능하게 장착될 수도 있다. 상기 피봇운동과 임의의 추가적인 선형 또는 가이드 운동은 하나 이상의 스 테핑모터의 형태와 같은 구동수단(미도시)에 의하여 수행될 수 있다. 리시버 광학시스템(13)이 또한, 상기 캐리어(14)에 제공된다. 상기 리시버 광학시스템(13)과 CCD센서(11)는 상기 리시버(12)의 구성부분이다.
상기 광원(16)은 공기압 타이어(10) 표면으로 광선 빔을 방출하여 그 표면상에 광 스폿(light spot)을 형성한다. 상기 광선 빔은 반사되어 촛점이 맞추어진 리시버 광학시스템(13)을 통과하여 CCD센서(11)의 센서부재 위로 향한다. 상기 CCD센서(11)는 조도 함수(illumination intensity function)의 복수의 국부적인 최대값들을 탐지할 수 있으며, 상기 국부적인 최대값들의 각각은 서로 독립적이다. 반사된 빔의 방향은, 광원(16)과 리시버(12)에 대한 공기압 타이어(10) 상의 스캔된 위치와의 거리에 의존한다. 상기 거리에 기초하여, 반사된 빔이 상기 리시버 광학시스템(13)에 의하여 CCD센서(11)의 소정 위치로 향해지며, 이후 위치민감성(position-sensitive)의 또는 위치의존성의 신호로 변환된다. 상기 신호는 위치센서(15)에 연결된 전자측정장치(8)로 향한다. 상기 위치센서(15)는 전자측정장치(8로 광원(16)과 CCD센서(11)의 각각의 위치를 나타내는 위치신호를 공급한다. 일 실시예에서, 상기 광원(16)과 리시버(12)는 공통의 캐리어(14)에 고정되어 있으므로, 상기 광원과 리시버는 서로 함께 움직인다. 상기 위치신호들은, 상기 휠 균형시험기(미도시) 상의 기준위치에 관련된 것들이다. 상기 측정축(2)이 상기 휠 균형시험기에 고정되게 부착되었기 때문에, 상기 위치신호들은 상기 측정축(2)에 관련된 것이며 또한, 상기 측정축에 자동차 휠(1)이 부착되는 축방향 고정위치(20)에 관련된 것이다. 상기 전자측정장치(8)는, 공기압 타이어(10)의 표면위치(스폿)에 상응하는 측정신호를 만들어내며, 상기 위치들은 광원(16)에 의해 방출된 광선 빔에 의하여 스캔된다.
상기 공기압 타이어(10)의 표면위치들은, 상기 공기압 타이어(10)의 내측(도1에서 좌측 센서장치(18)), 외측(도1에서 우측 센서장치(18)) 및 트레드 표면(도1에서 위쪽에 배치된 센서장치(18))에 각각 연결된 3개의 센서장치(18)에 의하여 탐지될 수 있다. 센서장치(18)의 예들은, 참조를 위하여 본 출원에 편입된 상기 미국 특허 6,535,281호에 개시되어 있다. 그러나, 공기압 타이어(10)의 내부와 외부, 트레드 표면에 대하여 미리 결정된 가이드 경로상에 있는 적절한 측정위치로 이동될 수 있는 단지 하나의 센서장치(18)를 사용하는 것도 또한 가능하다.
상기 자동차 휠(1)의 모든 표면 스폿을 탐지하기 위하여, 상기 휠(1)은 휠 축(3)과 일치된 측정축(2)에 대하여 회전 가능하게 장착된다. 상응하는 측정신호를 공급하는 상기 전자측정장치(8)는 각 센서장치(18)의 구성부분이 될 수 있다. 그러나, 상기 전자측정장치(8)가 컴퓨터와 같은 평가장치(9) 내로 통합되어, 컴퓨터의 보조를 받는(computer-aided) 형태로 작동하는 것도 가능하다. 상기 공기압 타이어(10) 구성부품의 특성 뿐만 아니라 그 치수와 위치도 컴퓨터의 보조를 받는 공정으로서 상기 평가장치(9)에 의하여 결정되고 평가될 수 있다.
상기 공기압 타이어(10)의 각각의 회전각도위치는 휠 균형시험기의 측정축(2)에 연결된 로터리 각도센서(18)에 의하여 결정될 수 있다. 상기 센서(18)는, 회전각도 증분(increment)을 자동차 휠(1)의 회전운동을 기술하는 상기 평가장치(9)로 공급한다. 상기 회전각도 증분은 타이어 표면의 표면위치의 각 회전각도위치에 대한 위치정보를 제공하며, 이는 각 센서장치(18)에 의하여 스캔된다. 상기 휠의 외부를 스캔하는 상기 센서장치(18)에 의하여 회전각도를 결정하기 위한 기준으로서 타이어 팽창밸브(21)가 제공될 수 있다.
상기 휠의 내부에 관련된 센서장치(18)는, 측정축(2)의 하부에 위치한 휠 균형시험기의 하우징에 장착될 수 있다. 공기압 타이어(10)의 트레드 표면을 스캔하기 위한 센서장치(18)는, 휠 가드 후드(wheel guard hood)의 피봇축 부근에 배치될 수 있으며, 상기 휠 가드 후드는 측정작업시에 회전하는 휠 위의 위치로 피봇된다. 휠(1)의 외부와 관련된 센서장치(18)는, 상기 피봇 가능한 휠 가드 후드 위, 또는 이와 결합되게 배치될 수 있다.
도1에 도시된 바와 같이, 공기압 타이어(10)의 트레드 표면뿐만 아니라, 사이드월, 즉 공기압 타이어(10)의 내측과 외측 표면은, 3개의 센서장치(18)로 스캔될 수 있다. 타이어 쇼울더 부분도, 또한 탐지될수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 스캔 정보로, 회전각도에 관련된 마모점과 플랫 스폿(flat spots), 비평탄성(unevenness) 및 마모, 마멸 등에 의해 야기되는 타이어상의 결함들을 탐지하는 것이 가능하다.
본 발명은, 그 특정한 실시예에 관하여 설명되어 왔다. 그러나, 본 발명의 보다 넓은 사상과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정과 변경이 이루어질 수 있다는 것은 자명하다. 본 발명에서 설명된 개념들은, 그 개념들을 벗어나지 않는 범위에서 네트워크로 연결된 표현 시스템(presentation system)의 다양한 작업들에 적용될 수 있다. 따라서, 상기 명세서와 도면은 한정적인 의미라기보다는 오히려 설명을 위한 것으로 간주되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 차량 휠의 공기압 타이어의 구성부품들의 치수나 위치가, 방출된 광선 빔과 반사된 광선 빔의 방향에 기초하여 컴퓨터의 보조를 받는(computer-aided) 공정에 의하여 용이하게 확인될 수 있다는 효과가 있다.
따라서, 자동차 휠의 공기압 타이어의 특성을 보다 개선된 효율로 포괄적으로 확인할 수 있다.

Claims (9)

  1. 고정축 상에 회전 가능하게 장착되는 차량 휠의 공기압 타이어를 광학적으로 스캔하는 방법에 있어서,
    상기 방법은, 하나 이상의 소정위치로부터 공기압 타이어 표면위로 하나 이상의 광선 빔을 방출하는 단계;
    상기 하나 이상의 광선 빔에 상응하여 공기압 타이어 표면으로부터 반사되는 하나 이상의 빔을 하나 이상의 소정위치에서 받아들이는 단계;
    상응하는 회전각도에 관련된 신호를 평가하는 단계; 및
    상기 공기압 타이어 또는 그 구성부품들의 치수(dimension)와 위치를 결정하는 단계;를 포함하고,
    상기 공기압 타이어의 표면은 연속하는 점 형태(point-form)의 광 스폿에서 상기 타이어 표면에 충돌하는 광선 빔으로 단계적으로 스캔되고, 차량 휠의 관련된 회전각도 위치들이 측정되고, 하나 이상의 방출된 광선 빔과 하나 이상의 반사된 빔의 각각의 방향에 의해, 기준위치에 대한 각각의 점 형태의 광 스폿의 간격이 확인되며, 그로부터 상기 공기압 타이어 또는 그 구성부품들의 치수와 위치가 확인되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 빔 중 하나가 공기압 타이어의 트레드 표면을 스캔하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 트레드 표면을 스캔할 때, 프로파일 깊이와 불규칙 타이어 마모 중 적어도 하나가 확인되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 공기압 타이어의 트레드 표면이, 허용될 수 없는 코니시티(unacceptable conicity)를 결정하기 위하여 스캔되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 빔이, 휠의 일측 사이드월 또는 양측 사이드월을 스캔하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 하나 이상의 방출된 광선 빔과 하나 이상의 반사된 빔의 각각의 방향에 기초하여, 타이어 림 상의 타이어 접합부(tire fit)와 휠의 일측 또는 양측 타이어 사이드월의 오목부들(indentations) 및 팽창부(bulges)들 중 적어도 하나를 탐지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 휠 균형시험기의 측정축에 회전 가능하게 장착되는 차량 휠의 공기압 타이어를 광학적으로 스캔하기 위한 장치에 있어서,
    상기 장치는, 공기압 타이어의 표면위로 향하는 광선 빔을 방출하는 하나 이상의 광원;
    상기 광원과 함께 이동될수 있고, 공기압 타이어의 표면으로부터 반사된 빔을 받아들이도록 구성되며, 반사된 신호의 수신위치에 근거한 신호를 만들어내고, 상기 광원과 함께 측정축에 대하여 소정위치로 이동할 수 있는 리시버;
    상기 측정축에 연결되며, 측정축과 차량 휠의 회전에 기초한 회전각도신호를 생성하는 로터리 각도센서; 및
    상기 로터리 각도센서 및 리시버에 연결되며, 상기 리시버 및 로터리 각도센서로부터 수신된 신호에 기초하여 공기압 타이어 또는 그 구성부품들의 치수와 위치를 확인하는 컴퓨터보조(computer-aided) 평가장치;를 포함하여 구성되는 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 장치는, 각각 광원과 리시버를 포함하는 세 개의 센서장치를 포함하며,
    상기 센서장치 중 하나는 타이어 트레드 표면을 스캔하도록 구성되고, 다른 두 개는 휠의 내부와 외부에 있는 타이어 사이드월을 스캔하도록 구성되며,
    상기 센서장치들은 휠 균형시험기의 구성요소들에 이동 가능하게 부착되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 삭제
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