KR101279639B1 - 타이어 검사 장치 및 검사 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 타이어 프로파일 형상을 이용하여 상기 타이어의 진동량을 추출하고 타이어의 중량 불균형을 측정하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 하나의 장치로 타이어의 런아웃과 밸런스를 함께 측정함으로써 장치의 구조를 단순화시켜 설계 비용과 유지보수에 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 있다. 또한, 회전하는 타이어의 프로파일 데이터를 획득하고 타이어 진동시 발생하는 거리변화 량을 산출하여 중량 불균형을 판단함으로써 측정의 신뢰도를 높일 수 있다.

Description

타이어 검사 장치 및 검사 방법{Device and method for inspecting tire}
본 발명은 타이어 검사 장치 및 검사 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 타이어 프로파일 데이터를 획득하고, 상기 프로파일 데이터를 통해 상기 타이어의 진동량을 추출하여 타이어의 중량 불균형을 판단하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
차량에 있어서 균형이란 승차감과 안전한 주행 및 차량의 운동 성능을 최대한 발휘하기 위하여 가장 점검해야 하는 요소로, 차량의 균형에 가장 큰 영향을 미치는 부품은 타이어이다.
타이어는 둥글고 내부 구조가 균일한 형태로 제조되며 흔히 밸런스라고 이야기하는 타이어의 균일성(uniformity) 요소를 가지며, 상기 균일성 요소를 통해 타이어의 치수와 강성 및 중량의 문제를 점검한다.
특히, 중량의 불균일은 타이어 제조 공정시 발생하는 미세한 중량편차에 의해 야기되는 것으로, 타이어가 정적인 상태에서 회전할 경우 중량이 무거운 쪽이 지면과 닿는 부분에 빨리 내려오게 되어 상하방향의 진동을 일으키고, 동적인 상태에서 회전할 경우 좌우 중량편차에 따른 좌우방향의 진동이 나타난다.
또한, 중량의 불균일은 타이어와 휠의 불균형 결합 및 노면의 요철로 인한 타이어 마모로 인해 발생할 수도 있으므로 정기적인 밸런스 검사를 통하여 교정해주는 노력이 필요하다.
도 1에서 보듯, 종래 타이어의 중량 불균형 측정 장치는 고속 회전하는 타이어에서 발생하는 진동을 두 개의 로드셀을 이용하여 측정하며, 상기 두 개의 로드셀이 장착되는 메인 스핀들의 구조는 도 2에 도시된 바와 같다.
도 2의 메인 스핀들의 경우 타이어를 고속으로 회전시켜 발생하는 진동을 로드셀을 통해 측정하는데, 200Kg의 중량을 가지는 구조물을 통해 0.1g 단위의 타이어 진동(불균형량)을 측정함으로써 진동 측정량의 정확도가 떨어지며, 타이어 런아웃(Runout) 측정 장치와 밸런스(Balance) 측정 장치를 별도로 구비해야 한다는 점에서 구조가 복잡해진다는 단점이 있다.
또한, 상기 정확도를 유지하기 위하여 구조물과 로드셀 및 주변 측정 장치의 정밀도를 관리함으로써 많은 시간과 비용을 필요로 한다는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 회전하는 타이어의 프로파일 데이터를 획득하고 상기 프로파일 데이터를 통해 상기 타이어의 진동량을 추출함으로써 로드셀을 사용하는 종래 타이어의 중량 불균형 측정 장치보다 데이터 신뢰도가 높은 타이어 검사 장치 및 검사 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 타이어 검사 장치는, 타이어의 휠을 중심축으로 하여 회전하는 타이어의 프로파일 데이터를 획득하는 프로파일 측정부와, 타이어 휠의 수직방향으로 소정거리 이격되도록 설치하며 상기 타이어의 회전각도를 펄스 형태로 변환하여 출력하는 엔코더와, 상기 엔코더의 출력 펄스에 따라 상기 타이어의 회전속도와 쉬프트 펄스 수를 산출하고 새로운 펄스를 생성하여 상기 프로파일 측정부의 측정 펄스를 제어하는 엔코더 신호 변환부 및 상기 엔코더 신호 변환부로부터 수신한 쉬프트 펄스 수에 따라 상기 프로파일 측정부를 통해 획득한 타이어의 프로파일 데이터를 재배열하여 최종 프로파일 데이터를 산출하고 상기 최종 프로파일 데이터로부터 타이어의 진동량을 추출하여 타이어의 중량 불균형을 판단하는 제어부를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 타이어 검사 방법은, 프로파일 측정부를 통해 타이어가 장착되지 않은 상태에서 고속 회전하는 스핀들의 자체 진동량을 측정하는 단계와, 엔코더 신호 변환부의 제어에 따라 프로파일 측정부를 통해 스핀들에 고정되어 저속으로 회전하는 타이어의 프로파일 데이터를 획득하는 단계와, 엔코더 신호 변환부의 제어에 따라 프로파일 측정부를 통해 스핀들에 고정되어 고속으로 회전하는 타이어의 프로파일 데이터를 획득하는 단계와, 상기 프로파일 데이터를 상기 엔코더 신호 변환부로부터 수신한 쉬프트 펄스 수에 따라 재배열하여 최종 프로파일 데이터를 산출하는 단계 및 상기 최종 프로파일 데이터와 상기 스핀들의 자체 진동량을 이용하여 타이어의 진동량을 추출하고 타이어의 중량 불균형을 판단하는 단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 실시예에 따른 타이어 검사 장치 및 검사 방법에 의하면, 하나의 장치로 타이어의 런아웃과 밸런스를 함께 측정함으로써 장치의 구조를 단순화시켜 설계 비용과 유지보수에 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 있다. 또한, 회전하는 타이어의 프로파일 데이터를 획득하고 타이어 진동시 발생하는 거리변화 량을 산출하여 중량 불균형을 판단함으로써 측정의 신뢰도를 높일 수 있다.
도 1은 종래 타이어의 중량 불균형 측정 장치를 도시한 것이다.
도 2는 종래 타이어의 중량 불균형 측정 장치의 메인 스핀들 구조를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 검사 장치를 간략히 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 검사 장치의 구조를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 프로파일 데이터를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어의 중량 불균형 측정 방법을 도시한 플로우차트이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면에서, 본 발명을 명확하게 설명하기 위해 설명과 관계없는 부분은 생략하며 명세서 전체를 통하여 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
명세서 전체에서 "표준속도"라 함은 타이어 프로파일 측정에 있어서, 타이어의 회전수가 60RPM일 경우 1초에 1024개의 프로파일 데이터를 획득할 수 있는 속도를 의미한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 검사 장치를 간략히 도시한 것이다.
도 3은 타이어 특정 부분의 프로파일을 촬영하는 하나 이상의 카메라와 상기 타이어 휠을 중심축으로 하여 상기 타이어를 회전시키는 회전부(스핀들) 및 상기 타이어 휠의 수직선상에 장착되어 회전하는 타이어의 회전각도를 감지하는 엔코더를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 감지된 회전각도에 따라 상기 카메라가 촬영 가능한 속도로 펄스를 변환하여 상기 카메라의 촬영을 제어하고 상기 타이어의 프로파일 데이터와 상기 프로파일 데이터를 통해 획득한 타이어 진동량을 출력하는 제어부(도 3에 미도시)를 더 포함하여 이루어진다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 검사 장치의 개략적인 모습을 나타내며, 아래에서는 도 4를 바탕으로 각 구성요소에 대하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 검사 장치의 구성을 상세히 도시한 것으로, 프로파일 측정부(10)와 엔코더(20)와 엔코더 신호 변환부(30) 및 제어부(40)를 포함하여 이루어진다.
프로파일 측정부(10)는 타이어의 휠에 장착된 스핀들을 통해 360도 회전하는 타이어 또는 타이어가 장착되지 않은 채 고속으로 회전하는 스핀들의 진동을 측정한다.
프로파일 측정부(10)는 타이어의 트레트부(tread)를 측정하는 제1 측정부(11)와 타이어 일면의 숄더부(shoulder) 및 사이드 월(side wall)을 측정하는 제2 측정부(12) 및 다른 일면의 숄더부(shoulder) 및 사이드 월(side wall)을 측정하는 제3 측정부(13)를 포함하여 이루어진다.
또한, 프로파일 측정부(10)는 타이어의 각 부분을 측정한 프로파일 데이터를 제어부(40)로 전송하기 위하여 USB, RS-232C 등의 직렬유선통신규약, 인터넷통신규약(TCP/IP, HTTP, FTP 등) 및 블루투스(Bluetooth), 적외선통신(IrDA), 지그비(ZigBee) 등의 근거리 무선통신규약 중 적어도 하나를 지원하는 데이터통신부(14)를 더 포함할 수 있다.
이때, 제1 측정부(11)와 제2 측정부(12) 및 제3 측정부(13)는 레이저 센서와 3차원 카메라 또는 스캐너를 포함하는 형태로 구현될 수 있다.
엔코더(20)는 타이어 휠의 수직방향으로 소정거리 이격되어 설치되며, 상기 타이어가 스핀들을 중심으로 회전하는 동안 상기 타이어의 회전각도를 감지하고 펄스 형태로 변환하여 출력한다.
이때, 엔코더(20)는 로터리 엔코더(Rotary Encoder)를 이용하여 구현할 수 있다.
엔코더 신호 변환부(30)는 속도 산출부(31)와 펄스 수 산출부(32)와 펄스 변환부(33) 및 데이터통신부(34)를 포함하여 이루어지며, 엔코더(10)의 출력 펄스를 쉬프트한 새로운 펄스를 생성하여 제1 측정부(11)와 제2 측정부(12) 및 제3 측정부(13)의 측정신호로 전달한다.
이때, 측정신호는 제1 측정부(11)와 제2 측정부(12) 및 제3 측정부(13)가 회전하는 타이어의 프로파일 측정을 개시하도록 하는 신호 즉, 트리거 신호를 의미한다.
속도 산출부(31)는 엔코더(20)의 출력 펄스에 따라 아래 수학식 1에 의해 타이어의 회전속도를 산출한다.
Figure 112012032623249-pat00001
이때, 상기 17.0667은 RPM 변환상수이다.
펄스 수 산출부(32)는 타이어의 회전속도가 표준속도보다 증가하였을 경우 엔코더 출력 펄스를 이용하여 새로운 펄스를 생성하는데 있어서, 상기 엔코더 출력 펄스에서 쉬프트 해야 할 펄스 수를 산출한다.
쉬프트 해야 할 펄스 수는 아래 수학식 2에 의해 산출되며, 타이어 회전속도는 속도 산출부(31)에서 산출된 값을 적용한다.
Figure 112012032623249-pat00002
펄스 변환부(33)는 펄스 수 산출부(32)에서 산출한 쉬프트 해야 할 펄스 수에 따라 상기 엔코더 출력 펄스를 쉬프트하여 새로운 펄스를 생성한다.
상기 새로운 펄스는 제1 측정부(11)와 제2 측정부(12) 및 제3 측정부(13)의 측정 신호로 사용된다.
데이터통신부(34)는 펄스 수 산출부(32)를 통해 산출된 쉬프트 해야 할 펄스 수를 제어부(40)로 전달하거나 펄스 변환부(33)에서 생성된 새로운 펄스를 프로파일 측정부(10)로 전달한다.
제어부(40)는 데이터 통신부(41)와, 타이어 프로파일 데이터를 가공하는 데이터 가공부(42), 상기 가공된 프로파일 데이터로부터 타이어의 진동량을 추출하는 진동량 측정부(43) 및 상기 프로파일 데이터를 출력하는 출력부(44)를 포함하여 이루어진다.
데이터 통신부(41)는 프로파일 측정부(10)와 엔코더 신호 변환부(30)와의 데이터 송수신을 담당한다.
데이터 가공부(42)는 프로파일 측정부(10)에서 전달된 타이어 프로파일 데이터를 펄스 수 산출부(32)에서 산출된 쉬프트 해야 할 펄스 수를 바탕으로 재배열하며 도 5와 같은 최종 프로파일 데이터를 생성한다.
진동량 측정부(43)는 상기 최종 프로파일 데이터를 이용하여 타이어의 진동량을 추출하고 타이어의 중량 불균형을 판단하며, 타이어 진동량 추출 방법은 아래에서 도 5와 함께 상세히 설명한다.
출력부(44)는 모니터, 터치스크린, 프린터, 스피커 등으로 구현되며, 데이터 가공부(42)에서 생성된 최종 프로파일 데이터와 진동량 측정부(43)에서 추출된 타이어의 진동량 및 중량 불균형 판단 결과를 사용자에게 출력한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어의 중량 불균형 측정 방법을 도시한 플로우차트이다.
먼저, 프로파일 측정부(10)를 통해 타이어가 장착되지 않은 상태에서 고속 회전하는 스핀들의 자체 진동량을 측정한다(S110).
이때, 스핀들의 자체 진동량은 스핀들이 장착된 구조물의 중량 불균형을 보정하기 위한 것으로 구조물 설치시 최초 1회 실시하며, 구조물 위치 변경 및 문제 발생시 추가적으로 실시할 수 있다.
이후, 펄스 변환부(33)를 통해 생성된 새로운 펄스에 따라 스핀들에 고정되어 60RPM 이하의 저속으로 회전하는 타이어의 프로파일 데이터를 획득한다(S120).
또한, 펄스 변환부(33)를 통해 생성된 새로운 펄스에 따라 스핀들에 고정되어 300RPM 내지 800RPM 고속으로 회전하는 타이어의 프로파일 데이터를 획득한다(S130).
이후, 저속 또는 고속 회전하는 타이어를 통해 획득한 상기 프로파일 데이터를 상기 엔코더 신호 변환부(30)로부터 수신한 쉬프트 펄스 수에 따라 재배열하여 최종 프로파일 데이터를 생성한다(S140).
마지막으로 상기 최종 프로파일 데이터와 상기 스핀들의 자체 진동량을 이용하여 타이어의 진동량을 추출하고 타이어의 중량 불균형을 판단한다(S150).
예를 들어, 고속 회전하는 타이어로부터 획득한 프로파일 데이터를 제1 최종 프로파일 데이터라 하고, 저속 회전하는 타이어로부터 획득한 프로파일 데이털르 제2 최종 프로파일 데이터라 하면 상기 타이어의 진동량은 아래의 수학식 3에 의해 산출할 수 있다.
Figure 112012032623249-pat00003
이때, D1은 제1 최종 프로파일 데이터이며, D2는 제2 최종 프로파일 데이터이고, A는 중량 변환 스케일 상수이다.
이때, 제2 최종 프로파일 데이터를 통해 타이어 자체의 진원도를 파악할 수 있으며, 제1 최종 프로파일 데이터를 통해 타이어의 중량 불균형으로 인해 발생하는 진동 성분과 진원도 성분을 파악할 수 있다.
따라서, '제1 최종 프로파일 데이터 - 제2 최종 프로파일 데이터'를 통해 순수 진동량을 산출하고, 상기 순수 진동량을 스핀들 자체 진동량을 이용하여 보정함으로써 타이어의 중량 불균형으로 인해 발생하는 진동량을 정확하게 검출할 수 있다.
상기와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 검사 장치 및 방법을 통해 산출되는 타이어 진동량은 타이어 프로파일 데이터로부터 타이어 진동시 발생하는 거리변화량을 의미하며 이를 이용하여 타이어의 중량 불균형을 측정함으로써 타이어의 중량 불균형으로 인해 발생하는 진동량 측정의 정확도를 높일 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하는 본 발명의 기본개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이며 특히 본 발명에서 제안하는 방법들을 소프트웨어로 구현한 것 역시 본 발명의 권리범위에 속한다.
10 : 프로파일 측정부 11 : 제1 측정부
12 : 제2 측정부 13 : 제3 측정부
14, 34, 41 : 데이터통신부
20 : 엔코더 30 : 엔코더 신호 변환부
31 : 속도 산출부 32 : 펄스 수 산출부
33 : 펄스 변환부 40 : 제어부
42 : 데이터 가공부 43 : 진동량 측정부
44 : 출력부

Claims (11)

  1. 타이어의 휠을 중심축으로 하여 회전하는 타이어의 프로파일 데이터를 획득하는 프로파일 측정부;
    타이어 휠의 수직방향으로 소정거리 이격되도록 설치하며 상기 타이어의 회전각도를 펄스 형태로 변환하여 출력하는 엔코더;
    상기 엔코더의 출력 펄스에 따라 상기 타이어의 회전속도와 쉬프트 펄스 수를 산출하고 새로운 펄스를 생성하여 상기 프로파일 측정부의 측정 펄스를 제어하는 엔코더 신호 변환부; 및
    상기 엔코더 신호 변환부로부터 수신한 쉬프트 펄스 수에 따라 상기 프로파일 측정부를 통해 획득한 타이어의 프로파일 데이터를 재배열하여 최종 프로파일 데이터를 산출하고 상기 최종 프로파일 데이터로부터 타이어의 진동량을 추출하여 타이어의 중량 불균형을 판단하는 제어부
    를 포함하는 타이어 검사 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 프로파일 측정부는,
    레이저 센서와 3차원 카메라 또는 스캐너를 이용하여 타이어의 휠을 중심축으로 회전중인 타이어의 트레트부(tread)와 숄더부(shoulder) 및 사이드월(side wall)의 프로파일 데이터를 획득하는 것을 특징으로 하는 타이어 검사 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 엔코더는,
    로터리 엔코더(Rotary Encoder)인 것을 특징으로 하는 타이어 검사 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 엔코더 신호 변환부는,
    아래의 식에 의하여 상기 타이어의 회전속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 타이어 검사 장치.
    타이어 회전속도(RPM) = 1/(엔코더 1 펄스당 시간 * 17.0667)
    (이때, 상기 17.0667은 RPM 변환상수다.)
  5. 제 1항에 있어서, 상기 엔코더 신호 변환부는,
    상기 타이어의 회전속도 증가시 상기 프로파일 측정부의 제어 펄스를 생성하기 위한 쉬프트 펄스 수를 아래의 식에 의해 산출하는 것을 특징으로 하는 타이어 검사 장치.
    쉬프트 해야할 펄스 수 = 타이어 회전속도(RPM)/60
  6. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 타이어의 회전속도 증가분(표준속도 대비 n배)에 따라 상기 타이어의 프로파일을 측정한(n회) 데이터를 상기 쉬프트 펄스 수에 따라 재배열하는 것을 특징으로 하는 타이어 검사 장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는,
    아래의 식에 의하여 상기 타이어의 진동량을 추출하는 것을 특징으로 하는 타이어 검사 장치.
    타이어 진동량 = (제1 최종 프로파일 데이터 - 제2 최종 프로파일 데이터 - 보정계수) * A
    (이때, 제1 최종 프로파일 데이터는 고속(300 내지 800RPM)으로 회전하는 타이어의 프로파일 데이터이며, 제2 최종 프로파일 데이터는 저속(60RPM이하)으로 회전하는 타이어의 프로파일 데이터이고, 보정계수는 타이어가 장착되지 않은 스핀들의 자체 진동량이며 A는 중량 변환 스케일 상수이다.)
  8. 프로파일 측정부를 통해 타이어가 장착되지 않은 상태에서 고속 회전하는 스핀들의 자체 진동량을 측정하는 단계;
    엔코더 신호 변환부의 제어에 따라 프로파일 측정부를 통해 스핀들에 고정되어 저속으로 회전하는 타이어의 프로파일 데이터를 획득하는 단계;
    엔코더 신호 변환부의 제어에 따라 프로파일 측정부를 통해 스핀들에 고정되어 고속으로 회전하는 타이어의 프로파일 데이터를 획득하는 단계;
    상기 프로파일 데이터를 상기 엔코더 신호 변환부로부터 수신한 쉬프트 펄스 수에 따라 재배열하여 최종 프로파일 데이터를 산출하는 단계; 및
    상기 최종 프로파일 데이터와 상기 스핀들의 자체 진동량을 이용하여 타이어의 진동량을 추출하고 타이어의 중량 불균형을 판단하는 단계
    를 포함하여 이루어지는 타이어 검사 방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 저속 회전 타이어 프로파일 데이터 획득 단계는,
    상기 타이어의 회전 속도가 60RPM 이하인 것을 특징으로 하는 타이어 검사 방법.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 고속 회전 타이어 프로파일 데이터 획득 단계는,
    상기 타이어의 회전 속도가 300RPM 내지 800RPM인 것을 특징으로 하는 타이어 검사 방법.
  11. 제 8항에 있어서, 상기 타이어의 중량 불균형 판단 단계는,
    아래의 식에 의하여 상기 타이어의 진동량을 추출하는 것을 특징으로 하는 타이어 검사 방법.
    타이어 진동량 = (제1 최종 프로파일 데이터 - 제2 최종 프로파일 데이터 - 스핀들의 자체 진동량) * A
    (이때, 제1 최종 프로파일 데이터는 고속 회전 타이어의 프로파일 데이터이고, 제2 최종 프로파일 데이터는 저속 회전 타이어의 프로파일 데이터이며, A는 중량 변환 스케일 상수이다.)
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