KR20180033756A - 타이어 반제품의 결함 감지 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타이어의 성형 공정에 사용되는 성형 드럼과 이 성형 드럼에 권취되는 타이어 반제품의 결함 여부를 판단하되, 타이어 반제품을 촬영한 이미지의 명암을 이용하여 성형 드럼의 런아웃 불량 및 타이어 반제품의 센터링 불량을 감지하여 완제품 타이어의 유니포미티를 향상시킬 수 있도록 한 타이어 반제품의 결함 감지 방법 및 장치에 관한 것으로서,
타이어 반제품의 결함 감지 방법은, 성형 드럼(50)에 권취된 타이어 반제품에 광을 조사하면서 카메라(20)로 성형 드럼(50)을 촬영하여 타이어 반제품의 표면 이미지를 획득하는 단계와; 획득된 이미지를 구성하는 픽셀의 명암을 분석하여 타이어 반제품의 폭과 두께를 계산하는 단계와; 계산된 타이어 반제품의 폭과 두께에 따라 성형 드럼(50) 또는 타이어 반제품의 불량 여부을 판정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

타이어 반제품의 결함 감지 방법 및 장치{Defect Detection Method and Same Apparatus for Half-finished Product of Tire}

본 발명은 타이어의 성형 공정에 사용되는 성형 드럼과 이 성형 드럼에 권취되는 타이어 반제품의 결함 여부를 판단하는 타이어 반제품의 결함 감지 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 타이어 반제품을 촬영한 이미지의 RGB 값을 이용하여 성형 드럼의 런아웃 불량 및 타이어 반제품의 센터링 불량을 감지하여 완제품 타이어의 유니포미티를 향상시킬 수 있도록 한 타이어 반제품의 결함 감지 방법 및 장치에 관한 것이다.

타이어는 통상적으로 정련 공정, 반제품 공정, 성형 공정, 가류 공정을 거쳐 제조되며, 제조 공정에서 발생한 불량품을 골라내는 검사 공정을 거친 후 시판된다. 타이어의 각 제조 공정을 간단히 살펴보면 다음과 같다.

정련 공정은 천연고무나 합성고무, 카본블랙과 같은 보강제, 유황을 비롯한 화학약품으로 구성된 가류제 등 타이어의 원재료에 해당하는 모든 구성물을 혼합해 타이어용 고무로 가공하는 공정이고, 반제품 공정은 타이어를 구성하는 중요 반제품을 만드는 공정으로 압출 공정, 압연 공정, 재단 공정, 비드 공정이 이에 속한다. 성형 공정은 반제품들을 성형 드럼에 순차적으로 조립하여 원통형의 고무복합체로 만드는 공정으로, 성형 공정을 통해 원통형의 그린 타이어(Green Case)가 만들어진다. 그린 타이어를 형틀 역할을 하는 금형에 넣어 열과 압력을 가하면 고무에 혼합된 유황과 탄소가 완전히 경화되면서 탄성을 가진 타이어로 완성되는데, 반제품 형태의 그린 타이어를 타이어로 완성시키는 공정이 가류 공정이다.

성형 공정은 두 차례의 성형 과정을 통해 그린 타이어를 만드는 공정으로, 1차 성형 과정은 성형 드럼에 인너라이너 또는 인너라이너와 사이드 월이 합쳐진 반제품과 바디 플라이를 차례로 조립하고 비드를 부착한 후, 브래더라 불리는 고무 풍선을 팽창시키고 반제품 양쪽 끝을 턴업 또는 턴다운하는 과정이다. 이후 2차 성형 과정에서 벨트와 캡 플라이, 트레드를 차례로 조립해 타이어의 모양을 갖춘 그린 타이어를 제조한다.

그런데 성형 공정 중 성형 드럼에 반제품을 권취하고 조립하는 과정에 있어서, 성형 드럼의 정렬 불량이나 타이어 반제품의 센터링 이탈 문제가 발생 될 수 있다. 그리고 이러한 문제는 가류공정을 거쳐 검사 공정에서의 완제품 타이어의 유니포미티를 측정할 때 완제품 타이어의 유니포미티 값이 크게 되고 품질이 저하되는 요인으로 작용하게 된다.

이에 따라, 성형 드럼의 런아웃 불량이나 성형 드럼에 권취된 타이어 반제품의 센터링 이탈 등을 측정하고 있으나, 이러한 작업들이 대부분 수작업으로 이루어지고 있어, 측정 데이터에 대한 신뢰도가 낮고 시간이 오래 걸리는 문제점이 있다.

한편, 본 발명과 관련한 선행기술을 조사한 결과 동일 또는 동등한 특허문헌을 찾지 못하였으며, 관련된 특허문헌 중 일부를 소개하면 다음과 같다.

특허문헌 1은, 카카스 거치대로부터 컨베이어를 공급받아 운반하며, 속도조절이 가능한 구동수단에 의하여 구동되는 컨베이어와; 상기 컨베이어 상부의 가이드축에 슬라이드 가능하게 결합되고, 카카스 1본의 길이를 감지하는 센서를 구비하여 카카스를 1본씩 절단하는 카카스 절단장치와; 컨베이어 하부에 설치되는 광원과, 상기 광원에 대향하는 컨베이어 상부에 설치되는 시피시(CPC;Centring Positon Control)카메라와, 상기 카카스를 표준위치범위내로 이동시키는 위치조절수단을 포함하며, 상기 카카스 절단장치 전방의 컨베이어부에 설치되는 카카스 센터링장치와; 구동수단에 의하여 전후진하여 상기 컨베이어로부터 성형드럼으로 카카스를 전달하며, 성형드럼과 동기적으로 제어되는 어플라잉장치;를 포함함으로써, 성형드럼 상에 감기는 카카스의 장력이 균일해지며, 카카스를 표준위치범위 내로 정확히 위치시킬 수 있어 성형불량이 감소하고 결과적으로 타이어의 유니포머티가 향상되도록 한, 타이어 성형드럼의 카카스 공급장치에 대하여 기재하고 있다.

특허문헌 2는, 타이어 성형드럼으로 공급되는 타이어반제품을 컨베이어벨트 상에서 표준위치범위내로 센터링하는 장치에 있어서, 컨베이어벨트 상의 타이어반제품의 위치 및 상기 반제품 전후단 팁(tip)부의 형상이상여부를 감지하는 감지수단과; 컨베이어 양측 상부에 설치되고, 전단부가 적어도 상기 타이어반제품의 일부에 걸치도록 컨베이어 폭방향으로 연장되며, 구동장치에 의하여 승강 가능한 타이어반제품 가압부재와; 상기 타이어반제품 가압부재가 상승 또는 하강한 위치에서 상기 타이어반제품을 표준위치범위내로 이동시키는 위치조절수단과; 상기 감지수단, 위치조절수단 및 타이어반제품 가압부재의 구동장치를 제어하는 제어부를 포함하여 구성됨으로써, 타이어반제품의 센터링작업 전에 반제품 팁의 형상을 교정하여 센터링작업의 정확도를 높이고 성형공정에서의 성형불량을 감소시킬 수 있도록 한, 타이어 반제품의 센터링장치에 대하여 기재하고 있다.

특허문헌 3은, 가류기에 적용되어 가류의 가류 로더와 센터 포스트와의 센터링 여부를 측정하는 장치에 있어서, 가류 로더의 중심부에 상기 센터 포스트와 대응되는 위치에 설치되며 내부에 길이 방향으로 관통홀이 형성되는 가이드 로드, 및 가이드 로드의 단부에 설치되는 레이저 포인터를 포함하며, 가류 로딩시 레이저 포인터에서 발생된 레이저가 상기 가이드 로드의 관통홀을 통과하여 상기 센터 포스트에 표시되어 작업자가 육안으로 센터링 여부를 확인할 수 있도록 구성되어, 작업 도중 실시간으로 센터링 여부를 육안으로 확인할 수 있으며, 센터링이 허용 오차범위를 벗어나는 경우 즉, 많이 벗어날 경우에만 설비를 보수하면 되므로, 타이어의 불량률을 감소할 수 있는 동시에 제품 생산성을 향상시킬 수 있는, 타이어 가류기 센터링 확인 장치에 대하여 기재하고 있다.

특허문헌 4는, 반제품 공급대차들에 의해 공급되는 반제품들이 반제품 컨베이어를 타고 이송된 후 커터에 의해 절단 완료되어 길이측정 컨베이어를 거쳐 어플리케이터로 이송되어 센터링 카메라에 의해 제공되는 신호에 따라 작동기를 이용하여 어플리케이터의 센터링 정렬작업이 수행되어지는 타이어 반제품의 센터링 장치에 있어서, 상기 반제품 컨베이어의 하류에 설치된 커터와 길이측정 컨베이어 상류 사이에 사행보정 카메라가 장착되고, 상기 길이측정 컨베이어의 각도보정을 위해 사행보정 작동기가 길이측정 컨베이어를 힌지축을 지점으로 폭 방향으로 각회전 시키도록 구성됨으로써, 그린타이어를 성형하는 성형기로 타이어 반제품인 사이드월과 인너라이너의 반제품들을 컨베이어 벨트를 통해 이동시킬 때 상기 반제품들의 사행편차를 보정할 수 있는, 타이어 반제품의 사행 보정기능을 갖춘 센터링 장치에 대하여 기재하고 있다.

KR 20-0351470 Y1 KR 20-0351972 Y1 KR 10-2013-0063433 A KR 10-2016-0014945 A

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 성형 드럼과 타이어 반제품의 이미지를 이용하여 타이어 반제품의 폭과 두께를 계산하고 이를 통해 성형 드럼 및 타이어 반제품의 결함 여부를 판단하도록 함으로써, 시간과 비용을 단축하고 정확성을 향상시킴과 아울러 결함 확인시 조기에 대처함으로써 그린 케이스와 완제품 타이어의 유니포미티를 향상시킬 수 있도록 한, 타이어 반제품의 결함 감지 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이어 반제품의 결함 감지 방법은, 성형 드럼에 권취된 타이어 반제품에 광을 조사하면서 카메라로 성형 드럼을 촬영하여 타이어 반제품의 표면 이미지를 획득하는 단계와; 획득된 이미지를 구성하는 픽셀의 명암을 분석하여 타이어 반제품의 폭과 두께를 계산하는 단계와; 계산된 타이어 반제품의 폭과 두께에 따라 성형 드럼 또는 타이어 반제품의 불량 여부을 판정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 타이어 반제품의 결함 감지 방법에 따르면, 폭과 두께가 일정한 타이어 반제품으로 이루어진 게이지 블록을 성형 드럼에 권취한 상태에서 이미지를 획득한 후, 획득된 이미지의 길이 방향을 따라 임의의 선을 설정하고, 이 선에 걸쳐지는 픽셀의 명암을 0도에서 360도 중 조인트부를 포함하는 임의의 구간을 선정하여 분석하는 방식으로 성형 드럼의 런아웃 불량을 감지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 타이어 반제품의 결함 감지 방법에 따르면, 타이어 반제품에 대한 폭 방향의 센터링 허용 범위를 설정하고 획득된 이미지의 픽셀이 센터링 허용 범위를 벗어나는 경우에 타이어 반제품의 센터링 불량으로 판정하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 타이어 반제품의 결함 감지 방법에 따르면, 픽셀의 명암 판별은 0~255 범위로 나타나는 RGB값을 이용하는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명의 타이어 반제품의 결함 감지 장치는, 타이어 반제품이 권취되는 성형 드럼을 향하여 광을 조사하는 광원과; 상기 성형 드럼에 권취된 타이어 반제품을 촬영하여 타이어 반제품의 표면 이미지를 획득하는 카메라와; 상기 광원과 카메라를 제어함과 아울러 상기 카메라에 의해 획득된 이미지를 분석하여 타이어 반제품의 불량 여부를 판정하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 타이어 반제품의 결함 감지 장치에 따르면, 상기 광원은 그 크기에 비해 좁은 폭을 가진 레이저 광을 조사하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 타이어 반제품의 결함 감지 장치에 따르면, 상기 카메라는 2차원 이미지 또는 3차원 이미지를 획득할 수 있는 선형 카메라인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 타이어 반제품의 결함 감지 방법 및 장치는 성형 드럼에 권취된 타이어 반제품의 이미지를 획득한 후, 획득된 이미지를 분석하여 성형 드럼의 런아웃 불량과 타이어 반제품의 센터링 불량과 같은 결함을 감지함으로써, 이러한 결함을 수작업으로 감지하던 종래에 비해 감함 감지 시간이 대폭 단축됨은 물론 정확성이 향상되고, 이들 결함을 조기에 해소하여 타이어 반제품이 결합되어 형성된 그린 케이스나 완제품 타이어의 유니포미티가 향상됨은 물론 불량 타이어로 인한 원가 상승이 방지되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 타이어 반제품의 결함 감지 장치가 도시된 구성도.
도 2는 본 본 발명에 의한 타이어 반제품의 결함 감지 방법이 도시된 순서도.
도 3은 본 발명의 타이어 반제품의 결함 감지 방법을 이용하여 성형 드럼의 런아웃을 검증하는 모습을 나타낸 참고도.
도 4는 본 발명의 타이어 반제품의 결함 감지 방법을 이용하여 타이어 반제품의 센터링 불량을 감지하는 모습을 나타낸 개념도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 타이어 반제품의 결함 감지 방법 및 장치에 대하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 타이어 반제품의 결함 감지 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 타이어 반제품이 권취되는 성형 드럼(50)을 향하여 광을 조사하는 광원(10)과; 상기 성형 드럼에 권취된 타이어 반제품을 촬영하여 타이어 반제품의 표면 이미지를 획득하는 카메라(20)와; 상기 광원(10)과 카메라(20)를 제어함과 아울러 상기 카메라(20)에 의해 획득된 이미지를 분석하여 타이어 반제품의 불량 여부를 판정하는 제어부(30);를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 광원(10)은 그 크기에 비해 좁은 폭을 가진 레이저 광을 조사하는 것이 바람직하다. 이에 따라 상기 광원(10)에서 생성된 광이 확산되지 않고 집중 조사되어 더 밝은 광을 조사할 수 있게 된다. 그리고, 상기 카메라(20)는 2차원 이미지 또는 3차원 이미지를 획득할 수 있는 선형 카메라를 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 의한 타이어 반제품의 결함 감지 방법은 도 2에 도시된 바와 같이, 성형 드럼(50)에 권취된 타이어 반제품에 광을 조사하면서 카메라(20)로 성형 드럼(50)을 촬영하여 타이어 반제품의 표면 이미지를 획득하는 단계와; 획득된 이미지를 구성하는 픽셀의 명암을 분석하여 타이어 반제품의 폭과 두께를 계산하는 단계와; 계산된 타이어 반제품의 폭과 두께에 따라 성형 드럼(50) 또는 타이어 반제품의 불량 여부을 판정하는 단계;를 포함하여 이루어진다.

성형 드럼(50)의 런아웃 불량을 감지하는 경우에는 폭과 두께가 일정한 타이어 반제품으로 이루어진 게이지 블록을 성형 드럼(50)에 권취한 상태에서 이미지를 획득한 후, 도 3에 도시된 바와 같이, 획득된 이미지의 길이 방향을 따라 임의의 선을 설정하고, 이 선에 걸쳐지는 픽셀의 명암을 0도에서 360도 중 조인트부(J)를 포함하는 임의의 구간을 선정하여 분석하는 방식을 이용하여 상기 성형 드럼(50)의 런아웃을 검증하게 된다. 이때, 상기 성형 드럼(40)의 런아웃이 불량으로 나타나면, 24개의 세그먼트로 이루어진 성형 드럼(50)에 얇은 철판으로 이루어진 라이너를 삽입하거나 세그먼트를 재조립함으로써, 성형 드럼(50)의 런아웃을 개선한다.

또, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 성형 드럼(50)에 권취되는 타이어 반제품에 대한 폭 방향의 센터링 허용 범위(R)를 설정하고 획득된 이미지의 픽셀이 센터링 허용 범위(R)를 벗어나는 경우에 타이어 반제품의 센터링 불량으로 판정하게 된다. 만약, 타이어 반제품의 센터링 불량으로 판정되면 타이어 반제품이 성형 드럼에 권취되는 위치나 각도를 변경함으로써 이를 개선한다.

이때, 픽셀의 명암 판별은 0~255 범위로 나타나는 RGB값을 이용하는 것이 바람직하며, 특히 R값과 G값 및 B값 중에서 변화량이 가장 큰 것을 이용하는 것이 더욱 바람직하다. 그리고, 상기 게이지 블록으로부터 획득된 이미지의 픽셀과 RGB값을 이용하여 타이어 반제품의 폭과 두께를 파악한다.

즉, 게이지 블록의 실제 폭을 A, 획득된 이미지의 픽셀 수를 B라 하면, 픽셀당 게이지 블록의 폭은 A/B로 나타나게 되어, 타이어 반제품으로부터 획득된 이미지의 픽셀 수를 이용하여 타이어 반제품의 폭을 확인하는 것이다. 예를 들어 게이지 블록의 폭이 50㎜이고, 게이지 블록으로부터 획득된 이미지의 픽셀 수가 20개라면, 픽셀당 게이지 블록의 폭은 2.5㎜이고, 타이어 반제품으로부터 획득된 이미지의 픽셀 수가 21개인 경우 타이어 반제품의 폭은 52.5㎜가 된다.

또, 게이지 블록의 이미지로부터 파악된 RGB값을 a, 성형 드럼(50)의 이미지로부터 파악된 RGB값을 b, 게이지 블록의 두께를 c라 하면, RGB값의 차이에 따른 두께가 c/(a-b)로 나타나게 되므로, 타이어 반제품으로부터 획득된 이미지에서 파악되는 RGB 값을 대비하여 타이어 반제품의 두께 변화를 감지할 수 있게 된다. 예를 들어, 게이지 블록의 이미지에서 파악된 RGB값이 47, 성형 드럼(50)의 이미지로부터 파악된 RGB 값43, 게이지 블록의 두께가 1.02㎜라면, 게이지 블록을 포함하는 타이어 반제품의 RGB 값당 타이어 반제품의 두께차는 대략 0.26㎜가 된다. 따라서, 타이어 반제품의 RGB값의 변화를 통해 두께 변화를 예측할 수 있게 된다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 몇 가지 실시 예들과 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 명세서에 기재된 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 통상의 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

10...광원
20...카메라
30...제어부
50...성형 드럼

Claims (7)

1. 성형 드럼(50)에 권취된 타이어 반제품에 광을 조사하면서 카메라(20)로 성형 드럼(50)을 촬영하여 타이어 반제품의 표면 이미지를 획득하는 단계와;
   획득된 이미지를 구성하는 픽셀의 명암을 분석하여 타이어 반제품의 폭과 두께를 계산하는 단계와;
   계산된 타이어 반제품의 폭과 두께에 따라 성형 드럼(50) 또는 타이어 반제품의 불량 여부을 판정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 반제품의 결함 감지 방법.
2. 제1항에 있어서,
   폭과 두께가 일정한 타이어 반제품으로 이루어진 게이지 블록을 성형 드럼(50)에 권취한 상태에서 이미지를 획득한 후, 획득된 이미지의 길이 방향을 따라 임의의 선을 설정하고, 이 선에 걸쳐지는 픽셀의 명암을 0도에서 360도 중 조인트부(J)를 포함하는 임의의 구간을 선정하여 분석하는 방식으로 성형 드럼(50)의 런아웃 불량을 감지하는 것을 특징으로 하는 타이어 반제품의 결함 감지 방법.
3. 제1항에 있어서,
   타이어 반제품에 대한 폭 방향의 센터링 허용 범위(R)를 설정하고 획득된 이미지의 픽셀이 센터링 허용 범위(R)를 벗어나는 경우에 타이어 반제품의 센터링 불량으로 판정하는 것을 특징으로 하는 타이어 반제품의 결함 감지 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   픽셀의 명암 판별은 0~255 범위로 나타나는 RGB값을 이용하는 것을 특징으로 하는 타이어 반제품의 결함 감지 방법.
5. 타이어 반제품이 권취되는 성형 드럼(50)을 향하여 광을 조사하는 광원(10)과;
   상기 성형 드럼(50)에 권취된 타이어 반제품을 촬영하여 타이어 반제품의 표면 이미지를 획득하는 카메라(20)와;
   상기 광원(10)과 카메라(20)를 제어함과 아울러 상기 카메라(20)에 의해 획득된 이미지를 분석하여 타이어 반제품의 불량 여부를 판정하는 제어부(30);를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 반제품의 결함 감지 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 광원(10)은 그 크기에 비해 좁은 폭을 가진 레이저 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 타이어 반제품의 결함 감지 장치.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
   상기 카메라(20)는 2차원 이미지 또는 3차원 이미지를 획득할 수 있는 선형 카메라인 것을 특징으로 하는 타이어 반제품의 결함 감지 장치.

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