KR102145349B1 - 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 압력 교정 키트 및 이를 사용한 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 검·교정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유리판 위에 접촉된 타이어를 촬영한 이미지를 이용하여 접지압력을 측정하는 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 검정 및 교정을 위하여 설정 압력에 따른 압력 교정 키트의 이미지 색상을 얻을 수 있도록 한 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 압력 교정 키트 및 그 검·교정 방법에 관한 것으로,
압력 교정 키트는, 공기가 주입되는 압력유지베셀(10)과; 압력유지베셀(10)에 구비되는 공기압밸브(15)와; 공기압이 누출되는 것을 방지할 수 있도록 압력유지베셀(10)의 테두리 부분(11)에 설치되는 밀폐수단(50); 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 압력 교정 키트 및 이를 사용한 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 검·교정 방법 {Pressure Calibration Kit and Calibration Method for Optical Tire Contact Pressure Measuring Tester}

본 발명은 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 압력 교정 키트 및 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 검·교정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유리판 위에 접촉된 타이어를 촬영한 이미지를 이용하여 접지압력을 측정하는 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 검·교정을 위해, 본 발명의 압력 교정 키트 내에 설정 공기압을 적용했을 때의 이미지를 얻고, 이 이미지의 분석 결과를 활용하여, 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기를 검·교정하는 기술에 관한 것이다.

일반적으로, 타이어의 마찰력은, 타이어가 주행하면서 노면에 문질러질 때 발생하는 것으로서, 미끄럼 운동 마찰력과 정지 마찰력이 있으며, 이를 통틀어 접지력이라 한다.

온 로드에서, 타이어는 고무가 부드러울수록 또 접지면이 넓을수록 노면과의 마찰력이 증가한다. 즉, 타이어가 지면에 눌릴 때, 단단한 성질의 고무에 비해 부드러운 고무가 미세한 노면의 틈새 속의 파고들게 되어 노면과의 밀착도가 훨씬 높아지고, 이로 인해 마찰력이 증가하게 되는 것이다.

오프 로드에서는, 트레드에 무늬가 없는 타이어에 비해 무늬가 있는 타이어가 요철끼리 맞물려 접촉면적을 늘려 주게 되므로 마찰력이 좋아진다.

타이어의 접지성능은 접지면의 접지길이 및 접지폭과, 접지면적, 그리고 접지압에 따라 결정된다.

접지길이 및 접지폭은 타이어를 평판 위에 놓고 차량 하중에 해당하는 하중을 타이어에 부여했을 때 타이어의 변형에 따라 평판 위에 나타나는 접지 형상에 의해 결정되는 것으로, 접지 형상에서 타이어의 원주방향의 길이를 접지길이라 하고 타이어의 폭방향의 길이를 접지폭이라 한다. 이러한 접지길이와 접지폭은 타이어의 주요 성능에 밀접하게 관련되기 때문에, 타이어 설계단계에서, 기본적으로 적정 수준의 접지길이 및 접지폭을 얻도록 하고 있다.

접지면적은 접지면의 최외주로 둘러싸인 모든 면적을 접지면적 또는 총접지면적이라 하고, 실제로 접지하는 면적을 실접지면적 또는 유효접지면적이라 한다. 실접지면적 또는 유효접지면적은 접지면적에서 타이어의 그루브 부분을 제외한 면적으로, 마찰력이 실제 작용하는 부분에 해당하므로, 접지면적보다 더 중요하다.

접지압은 접지부의 단위면적당 작용하고 있는 수직력을 의미하며, 총하중을 접지면적으로 나눈 값을 평균접지압이라 한다. 하지만, 접지압은 접지면 전체에 균일하게 분포되지 않으며, 작용하중이나 공기압의 차이에 의해서도 각각 다른 분포를 나타내기 때문에 접지압을 검토하는 것은 매우 중요하다.

타이어의 접지압을 측정하는 방법은 타이어의 풋 프린트를 이용하는 방법과, 접촉식 압력센서를 이용하는 방법, 및 광학식 접지압력 측정 시험기를 이용하는 방법으로 구분되고 있다.

타이어의 풋 프린트를 이용하는 방법은 타이의 표면에 물감을 묻힌 후 종이에 찍어 타이어의 표면 형태인 풋 프린트를 형성한 후, 이를 통해 접지압을 계산하는 방식이나, 정확도가 낮아 현재는 거의 사용하지 않고 있다.

접촉식 압력센서를 이용하는 방법은 타이어의 풋 프린트를 형성할 때 복수의 압력센서를 이용하여 접지압력을 측정하는 방법이나, 압력센서의 손상에 따라 교체 수요가 많이 발생할 뿐만 아니라, 픽셀당 하나씩 설치하더라도 1.6㎜×1.6㎜ 정도의 분해능에 불과하여, 타이어의 미세 그루브(사이프)를 포함하는 패턴이 정확하게 반영되지 않는 문제점이 있다. 따라서, 최근에는 대부분의 타이어 회사들이 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기를 이용하여 접지압을 측정하고 있다.

광학식 접지압력 측정 시험기는 빛의 전반사를 이용하는 것으로, 빛이 통과하는 유리판 위에 타이어가 접촉되면, 타이어가 접촉되는 부분에서 광원의 굴절이 일어나지 않고 모두 반사되므로, 이 부분을 카메라로 촬영한 후, 이미지를 분석하여 접지압을 측정하게 된다. 카메라에 의해 촬영된 이미지는 픽셀당 약 0.3㎜×0.3㎜ 정도의 분해능으로 타이어 표면을 나타내므로, 접촉식 압력센서를 이용하는 것과 달리, 미세한 사이프까지 모두 선명하게 볼 수 있게 된다. 또한, 반사된 이미지를 그레이 레벨(gray level)에 따라 영역을 나누고, 적용된 하중 값에 대해 측정된 면적의 그레이 레벨에 따라 접촉부분의 압력 분포를 나눌 수 있게 되어, 압력 분포에 따른 타이어 성능 예측에 활용할 수 있게 된다.

하지만, 광학식 접지압력 측정 시험기를 이용하는 경우, 압력 교정은 광원을 조절하는 것뿐이고, 실제 접촉되는 압력에 대한 레벨을 나눌 수 있는 방법이 현재로서는 없다. 즉, 광학식 접지압력 측정 시험기를 이용하여 촬영한 이미지의 색상과, 그레이 레벨에 따른 압력의 상관관계가 일치하지 않을 경우에는, 실제 접지압을 측정할 수 없고, 이로 인해, 측정 결과에 대한 신뢰도가 저하되는 문제가 발생하게 된다.

한편, 본 발명과 관련한 선행기술을 조사한 결과, 다수의 특허문헌이 검색되었으며, 그 중 일부를 소개하면 다음과 같다.

특허문헌 1은, 일정 속도로 회전되는 드럼의 외주면에 타이어의 트래드면이 일정 압력으로 눌려져서, 드럼과 타이어가 상호 연동되는 상태에서, 드럼 외주면에 구비된 창부재에 타이어가 정위치되면, 창부재에 접지된 타이어의 접지면을 촬영하도록 구성되어, 작은 실험공간 내에서 타이어의 접지압 분포를 측정할 수 있고, 접지압 분포 측정을 이상적인 조건 하에서 용이하게 반복 수행할 수 있으며, 실험 데이터의 신뢰성이 향상되도록 한, 타이어의 접지압 분포 측정장치를 개시하고 있다.

특허문헌 2는, 타이어를 장착하는 축에 캠버 각도와 동일한 각도로 움직일 수 있도록 타이어 고정장치에 지지된 타이어 지지축의 끝단을 구형으로 구성하고 원형베어링을 결합시킴으로써, 실제적인 접지면 형상을 얻을 수 있어 현실적인 시험 데이터를 얻을 수 있도록 한, 캠버 각도를 가진 타이어의 접지면 측정장치를 개시하고 있다.

특허문헌 1: KR10-2002-0092527 A 특허문헌 2: KR10-2017-0061508 A

본 발명은, 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 유리판 위에 압력 교정 키트를 배치한 후, 압력 교정 키트 내에 설정 공기압을 작용시킨 상태에서, 압력 교정 키트로 덮인 유리판의 임의 영역에서의 이미지를 촬영하고, 설정 공기압을 변화시켜 가면서 이러한 이미지 촬영을 반복하여 획득된 이미지들을 분석 및 DB화하여 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 검·교정에 활용함으로써 측정 신뢰도를 높일 수 있도록 한, 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 압력 교정 키트 및 검·교정 방법을 제공하는 데에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 압력 교정 키트는, 상면이 평면으로 형성되고 테두리 부분이 하향 돌출되어 필름이 부착된 유리판과의 사이에 공기가 주입되는 일정 공간이 형성되도록 함과 아울러 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 시험기 축에 의해 가압되는 로드에 의해 접촉하중이 인가되도록 하는 압력유지베셀과; 이미지 획득수단을 통해 압력유지베셀 내의 공기압에 따른 이미지를 각각 획득할 수 있도록 공기주입수단이 연결되며, 유리판과 압력유지베셀 사이에 형성된 공간으로 공기압을 주입할 수 있도록 압력유지베셀에 구비되는 하나 이상의 공기압밸브와; 유리판과 압력유지베셀 사이에 형성된 공간에서 공기압이 누출되는 것을 방지할 수 있도록 압력유지베셀의 테두리 부분에 설치되는 밀폐수단; 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 압력유지베셀은 테두리에 비해 낮은 높이로 형성되어 그 형상이 유지되도록 하는 보강부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 공기압밸브는 메인밸브와 함께 스페어밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 밀폐수단은 압력유지베셀의 테두리를 따라 설치되는 오링 또는 개스킷인 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 따른 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 검·교정 방법은, 압력유지베셀을 유리판의 상측에 설치하여 유리판과의 사이에 공기주입공간을 형성하는 단계; 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 시험기 축과 압력유지베셀 사이에 로드를 설치한 후, 시험하중에 도달할 때까지 시험기 축을 통해 추가하중을 인가하는 단계; 시험하중에 도달하면, 설정 공기압에 도달할 때까지 공기주입공간에 공기를 주입하는 단계; 설정 공기압에 도달하면, 이미지 획득수단을 이용하여 압력유지베셀에 의해 구획된 유리판의 임의 영역에서의 이미지를 획득하여 저장하는 단계; 시험하중과 설정 공기압에 따른 이미지들을 데이터베이스화하여 저장하고, 이를 활용하여 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 검·교정을 행하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 시험 회수를 만족할 때까지 10 내지 80psi의 범위에서 공기압을 변화시켜가면서 이미지를 반복 획득하고, 시험 회수를 만족하게 되면 설정 공기압과 이미지 색상 사이의 상관관계를 도표화하여 데이터베이스로 저장하고, 이를 이용하여 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기를 검정 및 교정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 검·교정 기술은 압력유지베셀에 작용하는 하중과 공기압을 알고 있는 상태에서 이미지를 획득할 수 있으므로, 시험하중과 설정 공기압에 따른 이미지의 데이터를 저장하고 이를 이용하여 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 검·교정에 이용하거나, 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 압력 교정에 사용할 수 있어, 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 측정 결과에 대한 신뢰도가 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 압력 교정 키트가 도시된 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 압력 교정 키트를 이용하여 이미지를 획득하는 모습을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 압력 교정 키트를 이용하여 획득한 이미지를 나타낸 것으로서, (a)는 40psi에서의 이미지이고, (b)는 70psi의 이미지이다.
도 4는 본 발명에 따른 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 검·교정 과정을 나타낸 순서도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여, 본 발명의 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 압력 교정 키트 및 검·교정 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 압력 교정 키트가 도시된 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 압력 교정 키트를 이용하여 이미지를 획득하는 모습을 개략적으로 나타낸 구성도이며, 도 3은 본 발명의 압력 교정 키트를 이용하여 획득한 이미지를 나타낸 참고도로서, (a)는 40psi에서의 이미지이고, (b)는 70psi의 이미지이며, 도 4는 본 발명에 따른 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 검·교정 과정을 나타낸 순서도이다.

본 발명에 따른 압력 교정 키트는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 압력유지베셀(10)과, 공기압밸브(15) 및 밀폐수단(50)을 포함하여 이루어진다.

압력유지베셀(10)은 상면이 평면으로 형성되고 테두리 부분(11)이 하향 돌출되어 유리판(45)과의 사이에 공기가 주입되는 일정 공간(공기 주입 공간)이 형성되도록 하는 것으로, 사각 형태로 형성될 수 있다. 그리고 압력유지베셀(10)에는 테두리 부분(11)에 비해 낮은 높이로 형성되어 그 형상이 유지되도록 하는 보강부재(13, rib)가 구비될 수 있다. 이때, 보강부재(13)는 십자 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 시험기 축(25)과 로드(20)를 통해 압력유지베셀(10)에 하중을 인가하더라도 압력유지베셀(10)이 변형되지 않게 되고, 그로 인한 공기압의 누출이 발생하지 않게 된다. 여기서, 로드(20)는 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 시험기 축(25)과 압력유지베셀(10) 사이에 위치되도록 압력유지베셀(10)의 중앙에 입설되며, 시험기 축(25)에 의해 가압되어 압력유지베셀(10)에 접촉하중을 인가하게 된다. 접촉하중은 압력유지베셀(10)의 무게를 제외했을 때, 0이어도 된다.

공기압밸브(15)는 이미지 획득수단(40)을 통해 압력유지베셀(10) 내의 공기압에 따른 이미지를 각각 획득할 수 있도록 공기주입수단(30)이 연결되며, 압력유지베셀(10)과 유리판(45) 사이에 형성된 공간으로 공기압을 주입할 수 있도록 압력유지베셀(10)에 하나 이상 설치된다. 바람직하게는, 한 쌍의 공기압밸브(15)가 압력유지베셀(10)의 대칭된 위치에 각각 설치된다. 각각의 공기압밸브(15)는, 메인밸브와 스페어밸브의 이중 구조로 형성되는 것이 바람직하다.

공기주입수단(30)은 유리판(45)과 압력유지베셀(10) 사이에 형성된 공간에 공기압을 인가하도록 공기압밸브(15)를 통해 공기를 주입하는 장치이고, 이미지 획득수단(40)은 유리판(45) 위에 올려진 압력유지베셀(10) 아래의 유리판 영역을 촬영하여 이미지를 획득하는 카메라이다.

밀폐수단(50)은 유리판(45)과 압력유지베셀(10) 사이에 형성된 공간에서 공기압이 누출되는 것을 방지할 수 있도록 압력유지베셀(10)의 테두리 부분에 설치되는 것으로, 압력유지베셀(10)의 테두리 부분(11)을 따라 설치되는 오링 또는 개스킷이다. 도 1은 개스킷이 밀폐수단(50)으로 채용된 경우이다.

본 발명에 따른 압력 교정 키트를 사용한 검·교정 방법은, 도 4에 도시된 바와 같이, 압력유지베셀(10)을 유리판(45)의 상측에 설치하여 유리판과의 사이에 공기주입공간을 형성하는 단계와; 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 시험기 축(25)과 압력유지베셀(10) 사이에 로드(20)를 설치한 후 시험하중에 도달할 때까지 시험기 축(25)을 통해서 추가하중을 인가하는 단계와; 시험하중에 도달하면, 설정된 공기압에 도달할 때까지 공기주입공간에 공기를 주입하는 단계와; 설정 공기압에 도달하면, 이미지 획득수단(40)을 통해 압력유지베셀(10)로 덮인 영역의 이미지를 획득하여 저장하는 단계와; 시험하중과 설정 공기압에 따른 이미지 색상의 데이터를 도표화한 데이터베이스를 생성하고, 이 데이터베이스를 활용하여 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기를 검·교정하는 단계; 를 포함한다.

이때, 설정된 시험 회수를 만족할 때까지 10psi 내지 80psi의 범위에서 공기압을 10psi씩 변화시켜 가면서 이미지를 반복하여 획득하고, 시험 회수를 만족하게 되면 설정 공기압과 이미지 색상 사이의 상관관계를 도표화한 데이터베이스로 생성하는 것이 바람직하다. 그리고 이 데이터베이스를 이용하여, 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기를 검정 및 교정하게 된다. 즉, 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기를 이용하여 타이어의 접지 이미지를 획득한 후 이미지 색상에 따라 계산된 압력과 데이터베이스에 저장된 이미지 색상에 따른 공기압을 대비하는 방식으로, 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기를 검정 및 교정하는 것이다.

참고로, 압력유지베셀(10)과 유리판(45) 사이에 형성된 공기주입공간의 공기압이 40psi인 경우는, 도 3의 (a)와 같이 청색 이미지가 얻어지고, 공기압이 70psi인 경우는 도 3의 (b)와 같이 녹색 이미지가 얻어졌다. 따라서, 공기압 변화에 따른 이미지 색상을 확인하고, 공기압과 이미지 색상 사이의 상관관계를 도표화하여 데이터베이스로 저장함으로써, 이를 이용하여 타이어 접지압력 측정 시험기를 검정 및 교정할 수 있게 된다.

이상, 본 발명의 기술적 사상을 예시하는 실시예가 설명되었지만, 본 발명은 이와 같이 설명된 그대로의 구성 및 작용에 국한되는 것이 아니며, 발명의 설명 및 청구범위에 기재된 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경과 수정이 가해질 수 있음을 통상의 기술자는 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

10…압력유지베셀
11…테두리 부분
13…보강부재
15…공기압밸브
20…로드
25…시험기 축
30…공기주입수단
40…이미지 획득수단
45…유리판
50…밀폐수단

Claims (6)

1. 상면이 평면으로 형성되고, 테두리 부분(11)이 하향 돌출되어 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 유리판(45)과의 사이에 공기주입공간이 형성되는 압력유지베셀(10)과;
   광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 이미지 획득수단(40)을 통해, 상기 공기주입공간 내의 공기압에 따른 이미지를 획득할 수 있도록 공기주입수단(30)이 연결되며, 유리판(45)과 압력유지베셀(10) 사이의 공기주입공간에 공기압을 적용시킬 수 있도록 압력유지베셀(10)에 구비되는 하나 이상의 공기압밸브(15)와;
   유리판(45)과 압력유지베셀(10) 사이의 공기주입공간에서 공기압이 누출되는 것을 방지할 수 있도록 압력유지베셀(10)의 테두리 부분(11)에 구비되는 밀폐수단(50); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 압력 교정 키트.
2. 청구항 1에 있어서,
   압력유지베셀(10)은 그 형상이 유지되도록 하는 보강부재(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 압력 교정 키트.
3. 청구항 1에 있어서,
   공기압밸브(15)는 메인밸브와 스페어밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 압력 교정 키트.
4. 청구항 1에 있어서,
   밀폐수단(50)은 압력유지베셀(10)의 테두리 부분(11)을 따라 설치되는 개스킷인 것을 특징으로 하는 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 압력 교정 키트.
5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 압력 교정 키트를 사용한 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 검·교정 방법으로서,
   압력유지베셀(10)을 유리판(45) 상에 배치하여 유리판(45)과의 사이에 공기주입공간을 형성하는 단계;
   광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 시험기 축(25)과 압력유지베셀(10) 사이에 로드(20)를 설치한 후 시험하중에 도달할 때까지 시험기 축(25)을 통해 추가하중을 인가하는 단계;
   시험하중에 도달하면 설정된 공기압에 도달할 때까지 공기주입공간에 공기를 주입하는 단계;
   설정 공기압에 도달하면, 이미지 획득수단(40)을 이용하여, 공기주입공간 내의 공기압의 작용에 의한 이미지를 획득하여 저장하는 단계; 및
   시험하중과 설정 공기압에 따른 이미지 색상의 데이터를 도표화한 데이터베이스를 생성하고, 이 데이터베이스를 이용하여, 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기를 검·교정하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 검·교정 방법.
6. 청구항 5에 있어서,
   10psi 내지 80psi의 범위에서 공기압을 변화시켜 가면서 이미지를 반복해서 획득하고,
   시험 회수를 만족하게 되면, 설정 공기압과 이미지 색상 사이의 상관관계를 도표화하여 데이터베이스로 저장하고,
   상기 데이터베이스에 근거하여, 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 검·교정을 행하는 것을 특징으로 하는 광학식 타이어 접지압력 측정 시험기의 검·교정 방법.

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