WO2014073662A1 - タイヤのユニフォミティ波形の補正方法 - Google Patents

タイヤのユニフォミティ波形の補正方法 Download PDF

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WO2014073662A1
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tire
waveform
uniformity
correction
load
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岡田 徹
猿丸 正悟
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株式会社神戸製鋼所
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    • G01M17/007Wheeled or endless-tracked vehicles
    • G01M17/02Tyres
    • G01M17/022Tyres the tyre co-operating with rotatable rolls
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    • G01M17/024Tyres the tyre co-operating with rotatable rolls combined with tyre surface correcting or marking means

Definitions

  • the present invention relates to a technique for correcting a uniformity waveform obtained from a tire uniformity machine.
  • a tire test for measuring the uniformity (uniformity) and the like to determine whether the tire is a finished product has been performed.
  • the tire is pressed against the outer peripheral surface of the load drum provided in the tire uniformity machine.
  • the load applied to the tire in the radial and lateral directions when the tire is rotated is measured as a uniform waveform with a load cell provided on the load drum, and the tire uniformity is determined based on the measured uniformity waveform. Evaluation is performed.
  • the load drum provided in the tire uniformity machine is processed into, for example, a cylindrical shape whose cross section is a perfect circle, but strictly speaking, the cross section is not a complete perfect circle due to restrictions on processing accuracy and the like. That is, some unevenness inevitably occurs on the outer peripheral surface of the load drum.
  • the load is applied when the tire passes through the unevenness slightly present on the outer peripheral surface of the load drum. Rotational runout occurs on the rotating shaft of the drum.
  • the generated rotational shake is included as an error in the uniformity waveform measured by the load cell. As a result, there is a possibility that the accuracy of the tire uniformity calculated based on the uniformity waveform including such an error may be lowered.
  • Patent Document 1 Patent Document 2, etc.
  • detection that can detect displacement of the outer peripheral surface of the load drum (displacement along the radial direction of the tire or displacement along the lateral direction of the tire) outside the diameter of the load drum.
  • a vessel sensor
  • the displacement of the load drum detected by the detector is measured as a rotational shake.
  • a product obtained by multiplying the measured rotational vibration of the load drum by the spring constant of the tire is calculated as a waveform of force fluctuations acting on the load drum due to the rotational vibration.
  • the uniformity waveform can be corrected by subtracting the calculated force fluctuation waveform from the actually measured uniformity waveform as a correction waveform for correcting an error caused by rotational shake.
  • the uniformity waveform measured by the load cell is divided into data sections for each rotation of the tire, and the divided uniformity waveforms are overlapped with each other.
  • the uniformity waveform is superimposed for each data section of one rotation of the tire, the error is canceled by the overlapping, and an average uniformity waveform can be obtained.
  • a waveform including an error due to the rotational vibration of the load drum can be obtained.
  • the obtained waveform including the error is divided into data sections for each rotation of the load drum, and the divided waveforms are overlapped with each other, the waveforms including the error are averaged.
  • a correction waveform for correcting an error caused by rotational shake can be obtained as in Patent Document 1.
  • the method for correcting a uniformity waveform of a tire employs the following technical means. That is, the present invention is a method for correcting a tire uniformity waveform when measuring the tire uniformity while rotating the tire after pressing the load drum against a tire having a diameter different from that of the load drum, Using a load cell and a rotation phase meter provided on the load drum, measuring the tire uniformity waveform, measuring the rotation phase of the load drum, and frequency-converting the measured uniformity waveform, A step of converting to a waveform in the frequency domain, a step of obtaining an amplitude and a phase in an integer multiple component of the rotational speed of the load drum in the converted frequency domain waveform, and an integer of the determined rotational speed of the load drum Storing the amplitude and phase of the multiple component as correction parameters; And calculating a correction waveform in the rotational phase range of the load drum during tire measurement based on the stored correction parameters, and subtracting the calculated correction waveform from the measured uniformity
  • a step of obtaining a correction parameter for each tire type in advance a step of calculating the correction waveform for each tire type based on the correction parameter obtained in advance, and the calculated correction And subtracting the waveform from the measured uniformity waveform to calculate a corrected tire uniformity waveform.
  • the method for correcting a tire uniformity waveform of the present invention it is possible to remove the influence of the rotational deflection of the load drum from the measured uniformity waveform and improve the measurement accuracy of the tire uniformity.
  • FIG. 1 is a schematic view of a tire uniformity machine according to the present invention.
  • (A) is a figure which shows the uniformity waveform measured with a tire uniformity machine
  • (b) is a partially expanded view of (a).
  • (A) shows the result of FFT conversion of the measured uniformity waveform
  • (b) is an enlarged view of the result of FFT conversion.
  • (A) is a figure which shows the measured uniformity waveform
  • (b) is a figure which shows a correction
  • (c) is a figure which shows the uniformity waveform after correction
  • a tire uniformity machine 1 in which a method for correcting a uniformity waveform of a tire T according to the present invention is first described with reference to the drawings.
  • the tire uniformity machine 1 (tire uniformity test apparatus) performs a product inspection by evaluating characteristics such as tire uniformity for the completed tire T.
  • the tire uniformity machine 1 evaluates a radial force variation (RFV) and a lateral force variation (Later Force Variation: LFV) generated when the tire T is rotated as a product inspection. It is supposed to be configured.
  • the tire uniformity machine 1 has a spindle shaft 2 that is disposed so as to be rotatable around an axial center that faces up and down.
  • a pair of upper and lower rims 3 for fixing the tire T are provided at the upper end of the spindle shaft 2.
  • the spindle shaft 2 can support the tire T fixed to the rim 3 so as to be rotatable around an axial center facing up and down.
  • a side surface of the spindle shaft 2 is provided with a substantially cylindrical load drum 4 having a simulated road surface formed on the outer peripheral surface thereof.
  • the load drum 4 is driven to rotate around the vertical axis and is movable in the horizontal direction.
  • the outer peripheral surface of the load drum 4 can be moved toward and away from the tire T attached to the spindle shaft 2.
  • top and bottom of the paper surface of FIG. 1 are the top and bottom when the tire uniformity machine 1 is described. Further, the left and right sides of the paper surface of FIG. 1 are the front and rear when the tire uniformity machine 1 is described. Furthermore, the paper surface penetrating direction in FIG. 1 is the left-right direction when the tire uniformity machine 1 is described. Next, the spindle shaft 2 and the load drum 4 constituting the tire uniformity machine 1 will be described in detail.
  • the spindle shaft 2 is a long rod-like member arranged along the vertical direction, and a rim 3 is provided at the upper end of the spindle shaft 2 so as to sandwich and fix the inner peripheral portion of the tire T up and down.
  • a motor 5 for rotating the spindle shaft 2 is disposed at the lower end of the spindle shaft 2, and the tire T fixed by the rim 3 can be rotated forward and backward by the motor 5.
  • the spindle shaft 2 is disposed in the spindle housing 6 while being inserted from above.
  • the load drum 4 is formed in a short cylindrical shape and is provided with a drum portion 7 disposed so as to have an axial center in the vertical direction, and a rotation that supports the drum portion 7 so as to be rotatable about an axis that faces the vertical direction.
  • a shaft 8 and a frame 9 that rotatably supports the rotating shaft 8 are provided.
  • a load cell 10 for measuring a load acting on the load drum 4 is provided at the upper end and the lower end of the rotary shaft 8, and the drum portion 7 and the rotary shaft 8 described above are supported by the frame 9 through the load cell 10.
  • the load drum 4 can be moved horizontally in the front-rear direction, and the outer peripheral surface of the drum portion 7 can be pressed against the tire T with a predetermined load. In this way, the load measured by the load cell 10 is sent to the calculation unit 11.
  • a rotation phase meter 12 for measuring the rotation phase (frequency and phase) of the load drum 4 is provided on the side of the load drum 4 described above.
  • the rotational phase meter 12 is configured to measure the rotational phase of the load drum 4 by reading a position mark 13 provided on the drum unit 7. That is, the position mark 13 is formed in advance on the outer peripheral surface of the drum portion 7 in the circumferential direction (on the upper end side of the outer peripheral surface in the example).
  • a rotational phase meter 12 is provided at a position spaced laterally from the position mark 13.
  • the rotational phase meter 12 can measure the rotational phase of the drum unit 7 by reading a position mark 13 provided on the outer peripheral surface of the drum unit 7.
  • the rotational phase of the load drum 4 measured by the rotational phase meter 12 is sent to the calculation unit 11 in the same manner as the load measured by the load cell 10 described above.
  • the calculation unit 11 uses the load measured by the load cell 10 and the rotation phase of the load drum 4 measured by the rotation phase meter 12 to calculate a correction parameter necessary for calculating a correction waveform.
  • the correction waveform is a waveform for removing the influence of the load drum 4 from the measured uniformity waveform, and is a waveform used when correction is performed. Further, the calculation unit 11 stores the calculated correction parameter, calculates a correction waveform based on the stored correction parameter when actually measuring the uniformity of the tire T, and calculates the calculated correction parameter.
  • the uniformity waveform is corrected using the waveform.
  • the load cell 10 and the rotational phase meter 12 are used to measure the uniformity waveform of the tire T and the rotational phase of the load drum 4.
  • the measured uniformity waveform is converted to a frequency domain waveform by frequency conversion.
  • the amplitude and phase of an integral multiple component of the rotation speed of the load drum 4 are obtained.
  • the obtained amplitude and phase at an integer multiple component of the rotational speed of the load drum 4 are stored as correction parameters.
  • the correction waveform in the rotation phase range of the load drum 4 at the time of tire uniformity measurement was calculated based on the stored correction parameter, and the calculated correction waveform was measured.
  • the corrected uniformity waveform of the tire T is calculated.
  • the tire T is attached to the upper part of the spindle shaft 2 by sandwiching the tire T between the upper and lower rims 3. Then, the load drum 4 is horizontally moved to the spindle shaft 2 side, and the outer peripheral surface of the load drum 4 (drum portion 7) is pressed against the tire T with a predetermined pressing load.
  • the spindle shaft 2 is rotated using the motor 5.
  • the tire T fixed to the upper end of the spindle shaft 2 also rotates at a predetermined rotational speed, and the load drum 4 that contacts the tire T rotates in accordance with the rotation of the tire T.
  • the load cell 10 provided on the load drum 4 measures the load along the tire radial direction and the lateral direction.
  • the tire T and the load drum 4 are generally formed in different diameters, so that the load drum 4 rotates at a rotational speed different from the rotational speed of the tire T.
  • FIG. 2A shows a uniformity waveform for RFV among the loads measured by the load cell 10.
  • FIG. 2 (b) is an enlarged view of the 0 second to 2 second portion of the uniformity waveform shown in FIG. 2 (a). For example, if the rotation speed of the tire T is 60 rpm, as shown in an enlarged view in FIG. 2B, the RFV uniformity waveform is continuously repeated in a 1-second data period. Measured as a simple waveform.
  • the peak of the component that changes in accordance with the rotational phase of the load drum 4 is observed for each frequency that is a multiple of 0.7 Hz that is different from 1 Hz, and changes in the frequency space according to the rotational phase of the tire T. It can be seen that the peak of the component to be generated and the peak of the component that changes in accordance with the rotational phase of the load drum 4 can be clearly separated.
  • the peak of the component that changes in accordance with the rotational phase of the load drum 4 and the peak of the component that changes in accordance with the rotational phase of the tire T are separated. Only the peak of the component that changes according to the rotational phase of 4 is extracted. Specifically, in the correction method of the present invention, only the amplitude Ai of the peak of the component that changes according to the rotational phase of the load drum 4 is first calculated as a correction parameter. In addition, the rotational phase ⁇ i in which each peak changing according to the rotational phase of the load drum 4 is observed is measured using the rotational phase meter 12 described above. The amplitude Ai and the rotation phase ⁇ i calculated in this way are stored in advance in the calculation unit 11 as correction parameters. The correction parameter calculation procedure has been described above.
  • the uniformity waveform is measured by the load cell 10 attached to the rotating shaft 8 of the load drum 4. Note that the uniformity waveform of the tire T measured at this time is in accordance with normal uniformity measurement conditions, and the measurement is performed over a measurement time of about 1 second shorter than when the correction parameter is obtained.
  • the rotational phase meter 12 measures the rotational phase ⁇ s when the uniformity measurement is started and the rotational phase ⁇ e when the uniformity measurement is completed after a measurement time of about 1 second, for example, It is stored in the calculation unit 11. Then, by substituting the amplitude Ai and the rotation phase ⁇ i stored in the calculation unit 11 into the equation (1) and performing inverse Fourier transform using the following equation (1), the rotation phases ⁇ s to ⁇ e described above can be obtained. A correction waveform for the uniformity waveform measured within the phase range can be calculated.
  • ⁇ in the equation (1) is a phase angle calculated corresponding to the sampling of the uniformity waveform in the range of the rotation phases ⁇ s to ⁇ e in the phase increment calculated according to the following equation (2).
  • N0 represents the number of samplings of the uniformity waveform per second.
  • the correction waveform calculated in this way is composed only of components that change in accordance with the rotation phase of the load drum 4 separated in the frequency space, and an error added to the uniformity waveform due to the rotation of the load drum 4. In other words, the influence of the rotational runout of the load drum 4 is shown.
  • a corrected uniformity waveform can be obtained by subtracting the corrected waveform obtained based on the equations (1) and (2) from the actually measured uniformity waveform.
  • FIG. 4A shows a result of obtaining a uniformity waveform for the tire T rotating at a rotation speed of 60 rpm.
  • the peaks observed in the circled parts (A) to (C) are lower in height than the other peaks, and the load drum 4 It can be seen that a component that changes in accordance with the rotational phase acts as an error.
  • the drum correction waveform is obtained by substituting the correction parameter stored in advance in the calculation unit 11 into the equation (1).
  • the calculated correction waveform has a low peak height as shown in FIG. 4B and a longer peak generation period than that in FIG. 4A, and changes according to the rotational phase of the load drum 4. ing.
  • a correction uniformity waveform as shown in FIG. 4C is obtained.
  • the corrected uniformity waveform shown in FIG. 4 (c) the vicinity exceeding 12 seconds, the vicinity exceeding 15 seconds, and the time exceeding 18 seconds corresponding to the portions (A) to (C) in FIG. 4 (a).
  • the height of the peak confirmed in the vicinity is almost the same as the peak confirmed in the other part.
  • the corrected uniformity waveform the component that changes in accordance with the rotational phase of the load drum 4 added to the uniformity waveform before correction as an error is removed, and the measured uniformity waveform is reliably corrected.
  • the measured uniformity waveform is converted into a frequency domain waveform and only the peak derived from the rotation of the load drum 4 is separated from the peak derived from the rotation of the tire T in the frequency space, the influence of the disturbance can be reduced. It is possible to accurately extract only the peaks derived from the rotation of the load drum 4 by eliminating them.
  • load and rotation phase data is collected for a long time for each type of tire T, and the collected data is held as a correction parameter.
  • the correction parameters for various types of tires T in advance, calculate the correction waveform in a short time, correct the uniformity waveform, and accurately evaluate the uniformity of the tire T. Is possible.

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Abstract

 負荷ドラム4をタイヤTに押付けた上で、タイヤTのユニフォミティ波形と、負荷ドラム4の回転位相と、が計測される。ユニフォミティ波形を周波数変換して得られた周波数領域の波形において、負荷ドラム4の回転数の整数倍数成分での振幅及び位相が求められ、補正パラメータとして記憶される。この補正パラメータを基にして計算された、タイヤ計測時の負荷ドラム4の回転位相範囲における補正波形を、ユニフォミティ波形から差し引くことで、補正されたタイヤTのユニフォミティ波形が算出される。

Description

タイヤのユニフォミティ波形の補正方法
 本発明は、タイヤユニフォミティマシンから得られたユニフォミティ波形を補正する技術に関するものである。
 従来より、製品上がりのタイヤに対してはユニフォミティ(均一性)などを計測して良否を判定するタイヤ試験(タイヤユニフォミティ試験)が行われている。このタイヤ試験においては、タイヤユニフォミティマシンに備えられた負荷ドラムの外周面にタイヤが押付けられる。その上で、負荷ドラムに設けられたロードセルなどで、このタイヤを回転させた時のタイヤの半径方向や横方向に加わる荷重がユニフォミティ波形として計測され、計測されたユニフォミティ波形に基づいてタイヤユニフォミティの評価が行われる。
 ところで、タイヤユニフォミティマシンに設けられる負荷ドラムは、例えば断面が真円となる円筒形状に加工されるが、加工精度などの制約から厳密にはその断面が完全な真円とはならない。すなわち、負荷ドラムの外周面には、若干の凹凸が不可避的に発生する。このように、完全な真円となっていない負荷ドラムの外周面にタイヤを接触させた上でタイヤを回転させると、タイヤが負荷ドラムの外周面にわずかに存在する凹凸を通過する際に負荷ドラムの回転軸に回転振れが発生する。発生した回転振れは、ロードセルで計測されるユニフォミティ波形に誤差として含まれるようになる。その結果、このような誤差を含むユニフォミティ波形に基づいて算出されるタイヤユニフォミティの精度も低下してしまう可能性がある。
 そこで、このような負荷ドラムの回転振れに起因する誤差を、ロードセルなどで計測されたユニフォミティ波形から取り除くために、言い換えれば計測されたユニフォミティ波形を補正するために、幾つかの補正方法が既に考えられている(特許文献1、特許文献2など)。
 例えば、特許文献1の補正方法においては、負荷ドラムの径外側に、負荷ドラムの外周面の変位(タイヤの半径方向に沿った変位、あるいはタイヤの横方向に沿った変位)を検出可能な検出器(センサ)が設けられている。そして、この検出器で検出される負荷ドラムの変位が、回転振れとして計測される。そして、計測された負荷ドラムの回転振れにタイヤのバネ定数を乗じたものが、回転振れにより負荷ドラムに作用する力変動の波形として算出される。このようにして算出された力変動の波形を、回転振れに起因する誤差を補正するための補正波形として、実際に計測したユニフォミティ波形から差し引けば、ユニフォミティ波形を補正することができる。
 また、特許文献2の補正方法においては、ロードセルで計測されたユニフォミティ波形が、タイヤの1回転毎のデータ区間に区切られ、区切られたユニフォミティ波形同士が互いに重ね合わせられる。このようにタイヤの1回転のデータ区間毎にユニフォミティ波形の重ね合わせを行えば、重ね合わせによって誤差が相殺され、平均的なユニフォミティ波形を得ることが可能となる。このような平均的なユニフォミティ波形を、ロードセルで実際に計測されたユニフォミティ波形から差し引けば、負荷ドラムの回転振れに起因する誤差分を含んだ波形が得られる。次に、得られた誤差分を含んだ波形を、負荷ドラムの1回転毎のデータ区間に区切り、区切られた波形同士を互いに重ね合わせれば、誤差分を含んだ波形が平均化される。これにより、特許文献1と同様に回転振れに起因する誤差を補正するための補正波形を求めることが可能となる。
日本国特開昭57-141532号公報 日本国特開平2-259445号公報
 ところで、特許文献1の補正方法では、タイヤの種別(種類やサイズ)によっては、上述した補正波形を精度良く算出することが困難になる場合がある。
 例えば、実際のタイヤユニフォミティマシンでは、タイヤを負荷ドラムに押し付ける位置が、標準的な種類やサイズのタイヤにあわせて設定されることが多い。ところが、タイヤユニフォミティマシンで計測されるタイヤには、標準的なタイヤよりも幅が広いタイヤや狭いタイヤがある。このようなタイヤを試験する場合には、外周面の変位を検出する検出器の高さが最適な位置からずれたものとなってしまう。つまり、特許文献1の補正方法では、タイヤユニフォミティを計測するタイヤの種別によって検出器の設置位置が最適な位置からずれ、検出器の設置位置のずれによって算出される補正波形が適正なものからずれる。そのため、精度の良い補正波形を求めることが困難となってしまう可能性がある。
 また、特許文献2に記載の補正方法においては、複数の波形を重ねて平均化する際に、僅かな位相ずれなどの誤差があると、このような誤差も重ね合わされて補正波形に加えられてしまう。その結果、重ね合わせによってかえって誤差が大きくなり、特許文献1の補正方法と同様に精度の良い補正波形を求めることが困難となる場合がある。
 本発明は、上述の問題を鑑みてなされたものであり、負荷ドラムの回転振れによる影響を、計測されたユニフォミティ波形から取り除き、タイヤユニフォミティの測定精度を向上させることができるタイヤのユニフォミティ波形の補正方法を提供することを目的とする。
 前記目的を達成するため、本発明のタイヤのユニフォミティ波形の補正方法は次の技術的手段を講じている。
 すなわち、本発明は、負荷ドラムをこの負荷ドラムとは径が異なるタイヤに押付けた上で、タイヤを回転させつつタイヤのユニフォミティを測定する際の、タイヤのユニフォミティ波形の補正方法であって、前記負荷ドラムに設けられたロードセル及び回転位相計を用いて、前記タイヤのユニフォミティ波形を計測すると共に、前記負荷ドラムの回転位相を計測するステップと、計測されたユニフォミティ波形を、周波数変換することで、周波数領域の波形に変換するステップと、変換された周波数領域の波形において、前記負荷ドラムの回転数の整数倍数成分での振幅及び位相を求めるステップと、求められた前記負荷ドラムの回転数の整数倍数成分での振幅及び位相を、補正パラメータとして記憶するステップと、前記タイヤのユニフォミティ波形を計測すると共に、記憶された補正パラメータを基にしてタイヤ計測時の負荷ドラムの回転位相範囲における補正波形を計算するステップと、前記計算された補正波形を、計測されたユニフォミティ波形から差し引くことで、補正されたタイヤのユニフォミティ波形を算出するステップと、を有することを特徴とするものである。
 なお、好ましくは、前記タイヤの種別毎に補正パラメータを予め求めるステップと、予め求められた前記補正パラメータに基づいて、前記タイヤの種別毎に前記補正波形を計算するステップと、計算された前記補正波形を、計測されたユニフォミティ波形から差し引くことで、補正されたタイヤのユニフォミティ波形を算出するステップと、を有するとよい。
 本発明のタイヤのユニフォミティ波形の補正方法によれば、負荷ドラムの回転振れによる影響を計測されたユニフォミティ波形から取り除き、タイヤユニフォミティの測定精度を向上させることができる。
本発明に係るタイヤユニフォミティマシンの概略図である。 (a)はタイヤユニフォミティマシンで計測されるユニフォミティ波形を示す図であり、(b)は(a)の一部拡大図である。 (a)は計測されたユニフォミティ波形をFFT変換した結果を示したものであり、(b)はFFT変換した結果の拡大図である。 (a)は計測されたユニフォミティ波形を示す図であり、(b)は補正波形を示す図であり、(c)は補正後のユニフォミティ波形を示す図である。
[第1実施形態]
 本発明に係るタイヤTのユニフォミティ波形の補正方法が行われるタイヤユニフォミティマシン1を、まず図面に基づいて説明する。
 図1に示されるように、タイヤユニフォミティマシン1(タイヤユニフォミティ試験装置)は、完成したタイヤTについてタイヤユニフォミティなどの特性を評価して製品検査を行う。タイヤユニフォミティマシン1は、タイヤTを回転させた際に発生するタイヤ半径方向の力の変動(Radial Force Variation:RFV)やタイヤ横方向の力の変動(Lateral Force Variation:LFV)を製品検査として評価する構成とされている。
 具体的には、タイヤユニフォミティマシン1は、上下を向く軸心回りに回転自在に配備されたスピンドル軸2を有している。このスピンドル軸2の上端にはタイヤTを固定する上下一対のリム3が設けられている。スピンドル軸2は、リム3に固定されたタイヤTを、上下を向く軸心回りに回転自在に支持できるようになっている。さらに、スピンドル軸2の側方には、その外周面に模擬路面が形成された略円筒状の負荷ドラム4が備えられている。この負荷ドラム4は、上下軸心回りに駆動回転すると共に、水平方向に移動自在とされている。負荷ドラム4の外周面は、スピンドル軸2に取り付けられたタイヤTに対して近接・離反可能となっている。
 なお、本明細書の説明においては、図1の紙面の上下をタイヤユニフォミティマシン1を説明する際の上下としている。また、図1の紙面の左右をタイヤユニフォミティマシン1を説明する際の前後としている。さらに、図1の紙面貫通方向をタイヤユニフォミティマシン1を説明する際の左右方向としている。
 次に、タイヤユニフォミティマシン1を構成するスピンドル軸2および負荷ドラム4について、詳しく説明する。
 スピンドル軸2は、上下方向に沿って配備された長尺棒状の部材であり、その上端にはタイヤTの内周部を上下に挟み込んで固定するリム3が設けられている。スピンドル軸2の下端にはこのスピンドル軸2を回転させるモータ5が配備されていて、リム3により固定されたタイヤTをこのモータ5により正逆自在に回転できるようになっている。また、このスピンドル軸2は、スピンドルハウジング6の内部に上方から内挿された状態で配置されている。
 負荷ドラム4は、短尺な円筒状に形成されると共に上下方向に軸心を向けるようにして配備されたドラム部7と、このドラム部7を上下方向を向く軸回りに回転自在に支持する回転軸8と、回転軸8を回転自在に支持するフレーム9と、を有している。また、この回転軸8の上端および下端には、負荷ドラム4に作用する荷重を計測するロードセル10が設けられており、上述したドラム部7および回転軸8はロードセル10を介してフレーム9に支持されている。さらに、負荷ドラム4は、前後方向に水平移動可能とされており、ドラム部7の外周面をタイヤTに所定の荷重で押し付けることができるようになっている。
 このようにしてロードセル10で計測された荷重は演算部11に送られる。
 上述した負荷ドラム4の側方には、負荷ドラム4の回転位相(周波数や位相)を計測する回転位相計12が配備されている。この回転位相計12は、ドラム部7に設けられた位置マーク13を読み取ることで、負荷ドラム4の回転位相を計測する構成となっている。つまり、ドラム部7の外周面には、周方向に亘って位置マーク13が(図例では外周面の上端側に)予め形成されている。そして、この位置マーク13から側方に距離をあけた位置に、回転位相計12が配備されている。この回転位相計12は、ドラム部7の外周面に設けられた位置マーク13を読み取ることで、ドラム部7の回転位相を計測可能となっている。この回転位相計12で計測された負荷ドラム4の回転位相は、上述したロードセル10で計測された荷重と同様に演算部11に送られる。
 演算部11は、ロードセル10で計測された荷重と、回転位相計12で計測された負荷ドラム4の回転位相とを用いて、補正波形を算出する際に必要となる補正パラメータを算出する。補正波形は、計測されたユニフォミティ波形から負荷ドラム4の影響を除去するための波形であって、補正を行う際に用いる波形である。また、この演算部11は、算出された補正パラメータを記憶しておいて、実際にタイヤTのユニフォミティを計測する際には記憶された補正パラメータに基づいて補正波形を算出し、算出された補正波形を用いてユニフォミティ波形を補正する。
 この演算部11には、具体的にはプロコンやパソコンなどが用いられており、次に示すような順番で信号が処理される。
 以降では、演算部11において行われる信号処理の手順、言い換えれば本発明のユニフォミティ波形の補正方法を説明する。
 本発明のユニフォミティ波形の補正方法においては、ロードセル10及び回転位相計12を用いて、タイヤTのユニフォミティ波形が計測されると共に、負荷ドラム4の回転位相が計測される。計測されたユニフォミティ波形は、周波数変換することで、周波数領域の波形に変換される。変換された周波数領域の波形において、負荷ドラム4の回転数の整数倍数成分での振幅及び位相が求められる。求められた負荷ドラム4の回転数の整数倍数成分での振幅及び位相が、補正パラメータとして記憶される。そして、タイヤTのユニフォミティ波形を計測すると共に、記憶された補正パラメータを基にしてタイヤユニフォミティ計測時の負荷ドラム4の回転位相範囲における補正波形を計算し、計算された補正波形を、計測されたユニフォミティ波形から差し引くことで、補正されたタイヤTのユニフォミティ波形が算出される。
 つまり、上述した補正パラメータを算出する際には、補正パラメータを求めようとするタイヤTをタイヤユニフォミティマシン1に装着して、ユニフォミティ波形や負荷ドラム4の回転位相を予め計測しておく必要がある。
 上下のリム3の間にタイヤTを挟み込みこむことによって、スピンドル軸2の上部にタイヤTが取り付けられる。そして、負荷ドラム4がスピンドル軸2側に水平移動され、負荷ドラム4(ドラム部7)の外周面が所定の押付荷重でタイヤTに押し付けられる。
 次に、モータ5を用いて、スピンドル軸2が回転される。そうすると、スピンドル軸2の上端に固定されたタイヤTも所定の回転数で回転し、タイヤTの回転に合わせてタイヤTと接触した負荷ドラム4が回転する。そして、負荷ドラム4に設けられたロードセル10で、タイヤ半径方向や横方向に沿った荷重が計測される。
 なお、このロードセル10で荷重を計測するときは、一般にタイヤTと負荷ドラム4とが異なる径に形成されているため、タイヤTの回転数とは異なる回転数で負荷ドラム4が回転する。それゆえ、負荷ドラム4の回転軸8に取り付けられたロードセル10では、タイヤTの回転位相に応じて変化する成分と、回転振れを有する負荷ドラム4の回転位相に応じて変化する成分とが重ね合わされたユニフォミティ波形が計測される。
 なお、上述したタイヤTの半径方向の荷重変動はRFV(Radial Force Variation)と呼ばれ、また横方向の荷重変動はLFV(Lateral Force Variation)と呼ばれる。以降の説明では、RFV値から補正波形を算出する方法を例に挙げて、本実施形態のユニフォミティ波形の補正方法を説明するが、LFV値も同様の手法で補正可能である。
 図2(a)は、ロードセル10で計測された荷重のうち、RFVについてのユニフォミティ波形を示したものである。また、図2(b)は、図2(a)に示されるユニフォミティ波形の中で、0秒~2秒の部分を拡大して示したものである。例えば、タイヤTの回転数が60rpmの場合であれば、図2(b)に拡大して示されるように、RFVのユニフォミティ波形は、1秒間のデータ周期で同じ波形が連続して繰り返されるような波形として計測される。
 このようにタイヤTの回転数が60rpm(回転周波数1Hz)の場合に、計測されたユニフォミティ波形をFFT(高速フーリエ変換)計算すると、図3(a)および図3(b)に示すように1Hzの倍数となる周波数(例えば、1Hz、2Hz、3Hz・・・など)にピークが得られる。この1Hzの倍数成分は、上述したようにタイヤTの回転位相に応じて変化するものであり、タイヤTのユニフォミティとして本来評価に用いられるべきものである。
 一方、通常のユニフォミティ計測と同様に計測時間が1秒程度と短い場合は、分解能が低いため、図3(a)に「折れ線」で示されるように、荷重の変化を大まかに捉えた粗い変化曲線しか得られない。しかし、タイヤユニフォミティの計測時間が数10秒以上と長い場合は、分解能が高くなって荷重変化を精度良く捉えた緻密な変化曲線が得られる。例えば図3(a)のようにタイヤユニフォミティの計測時間が64秒と長くなると、分解能が高くなって1Hzの倍数となる周波数に鋭く立ち上がったピークが存在することが判断できるようになる(図3(a)の「スパイク状の波形」)。
 また、図3(a)のグラフでは、タイヤTの回転位相に応じて変化する鋭く立ち上がったピークの間に、高さが低い別のピークも観察されるようになる。これらのピークは、ロードセル10で計測される荷重のうち、上述したように負荷ドラム4の回転位相に応じて変化する成分となっている。
 この負荷ドラム4の回転位相に応じて変化する成分は、ピークの高さがタイヤTの回転位相に応じて変化する成分ほど高くない。したがって、図3(b)に示すように縦軸のスケールを拡大して示すと、ピークが発生する周波数をより正確に判断することが可能となる。つまり、負荷ドラム4の回転位相に応じて変化する成分のピークは、1Hzとは異なる0.7Hzの倍数となる周波数毎に観測されており、周波数空間においてはタイヤTの回転位相に応じて変化する成分のピークと負荷ドラム4の回転位相に応じて変化する成分のピークとが明確に分離できることが分かる。
 そこで、本発明の補正方法では、この周波数空間において、負荷ドラム4の回転位相に応じて変化する成分のピークと、タイヤTの回転位相に応じて変化する成分のピークとが分離され、負荷ドラム4の回転位相に応じて変化する成分のピークだけが抽出される。
 具体的には、本発明の補正方法では、負荷ドラム4の回転位相に応じて変化する成分のピークの振幅Aiのみが、補正パラメータとしてまず算出される。また、上述した回転位相計12を用いて、負荷ドラム4の回転位相に応じて変化する各ピークが観測される回転位相φiが計測される。このようにして算出された振幅Aiと回転位相φiは、補正パラメータとして、演算部11に予め記憶される。以上が、補正パラメータの算出手順である。
 次に、このようにして算出された補正パラメータに基づいて補正波形を算出し、算出された補正波形を用いてユニフォミティ波形を補正する際に行われる信号処理の手順を説明する。この信号処理も、タイヤユニフォミティマシン1に備えられた演算部11にて行われる。
 まず、上述した手順で、ユニフォミティを計測しようとするタイヤTについて、補正パラメータが予め求められているとする。このような状況における、タイヤTのユニフォミティの計測は、最初に補正パラメータを算出する際と同じ手順で行なわれる。すなわち、スピンドル軸2にタイヤTを取り付け、負荷ドラム4の外周面を所定の押付荷重でタイヤTに押し付けた上で、モータ5を用いてスピンドル軸2が回転される。そして、負荷ドラム4の回転軸8に取り付けられたロードセル10により、ユニフォミティ波形が計測される。なお、このとき計測されるタイヤTのユニフォミティ波形は通常のユニフォミティ計測条件に従ったものであり、補正パラメータを求める時より短い1秒程度の計測時間に亘って計測が行なわれている。
 次に、回転位相計12では、ユニフォミティ計測が開始した時の回転位相θsと、例えば1秒間程度の計測時間が経過してユニフォミティ計測が終了した時の回転位相θeと、が計測され、これらは演算部11に記憶される。
 そして、演算部11に記憶された振幅Ai及び回転位相φiを式(1)に代入し、次の式(1)を利用して逆フーリエ変換を行うことにより、上述した回転位相θs~θeの位相範囲内で計測されたユニフォミティ波形に対する補正波形を算出することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 なお、式(1)のA1、A2、A3、・・・及びφ1、φ2、φ3、・・・は、補正パラメータとして演算部11に記憶された数値を呼び出したものである。
 また、式(1)のθは、次の式(2)に従って算出された位相の刻みで、回転位相θs~θeの範囲でユニフォミティ波形のサンプリングに対応して計算される位相角である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 ただし、θ=iΔθ(i=1,2,3・・・N0)、またN0は、ユニフォミティ波形の1秒間のサンプリング数を示している。
 このようにして算出された補正波形は、周波数空間で分離された負荷ドラム4の回転位相に応じて変化する成分だけで構成されており、負荷ドラム4の回転に由来してユニフォミティ波形に加わる誤差、言い換えれば負荷ドラム4の回転振れによる影響を示したものとなっている。
 それゆえ、実際に計測されたユニフォミティ波形から、式(1)及び式(2)に基づいて得られた補正波形を差し引けば、補正後のユニフォミティ波形を得ることが可能となる。
 例えば、図4(a)は、60rpmの回転数で回転するタイヤTに対してユニフォミティ波形を求めた結果を示したものである。図4(a)のグラフを見ると、図中において丸で囲まれた(A)~(C)の部分に観察されるピークが、他のピークよりもピーク高さが低く、負荷ドラム4の回転位相に応じて変化する成分が誤差として作用していることが分かる。
 そこで、上述したように、予め演算部11に記憶された補正パラメータを式(1)に代入することにより、ドラム補正波形が求められる。求められた補正波形は、図4(b)に示すようにピーク高さが低く、またピークの発生周期も図4(a)より長くなっており、負荷ドラム4の回転位相に応じて変化している。
 次に、図4(a)に示されるユニフォミティ波形から、図4(b)に示される補正波形を差し引くと、図4(c)に示されるような補正ユニフォミティ波形が得られる。この図4(c)に示される補正ユニフォミティ波形では、図4(a)における(A)~(C)の部分に相当する12秒を超えた付近、15秒を超えた付近、18秒を超えた付近に確認されるピークの高さが、他の部分に確認されるピークとほぼ同じ高さとなっている。
 このことから、補正後のユニフォミティ波形では、補正前のユニフォミティ波形に誤差として加わっていた負荷ドラム4の回転位相に応じて変化する成分が取り除かれ、計測されたユニフォミティ波形が確実に補正されていることがわかる。
 上述したように、計測されたユニフォミティ波形を周波数領域の波形に変換し、周波数空間において負荷ドラム4の回転に由来するピークだけをタイヤTの回転に由来するピークから分離すれば、外乱の影響を排除して負荷ドラム4の回転に由来するピークだけを精度良く抽出することが可能となる。
 また、タイヤTの種別毎に長時間に亘って荷重と回転位相のデータを採取し、採集したデータが補正パラメータとして保有されていることが望ましい。このようにすれば、さまざまな種別のタイヤTに対して補正パラメータを予め用意することができ、短時間で補正波形を計算してユニフォミティ波形を補正し、タイヤTのユニフォミティを正確に評価することが可能となる。
 なお、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値が採用されている。
 なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。本出願は2012年11月12日出願の日本特許出願(特願2012-248378)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
1 タイヤユニフォミティマシン
2 スピンドル軸
3 リム
4 負荷ドラム
5 モータ
6 スピンドルハウジング
7 ドラム部
8 回転軸
9 フレーム
10 ロードセル
11 演算部
12 回転位相計
13 位置マーク
T タイヤ

Claims (2)

  1.  負荷ドラムをこの負荷ドラムとは径が異なるタイヤに押付けた上で、タイヤを回転させつつタイヤのユニフォミティを測定する際の、タイヤのユニフォミティ波形の補正方法であって、
     前記負荷ドラムに設けられたロードセル及び回転位相計を用いて、前記タイヤのユニフォミティ波形を計測すると共に、前記負荷ドラムの回転位相を計測するステップと、
     計測されたユニフォミティ波形を、周波数変換することで、周波数領域の波形に変換するステップと、
     変換された周波数領域の波形において、前記負荷ドラムの回転数の整数倍数成分での振幅及び位相を求めるステップと、
     求められた前記負荷ドラムの回転数の整数倍数成分での振幅及び位相を、補正パラメータとして記憶するステップと、
     前記タイヤのユニフォミティ波形を計測すると共に、記憶された補正パラメータを基にしてタイヤ計測時の負荷ドラムの回転位相範囲における補正波形を計算するステップと、
     前記計算された補正波形を、計測されたユニフォミティ波形から差し引くことで、補正されたタイヤのユニフォミティ波形を算出するステップと、を有することを特徴とするタイヤのユニフォミティ波形の補正方法。
  2.  前記タイヤの種別毎に補正パラメータを予め求めるステップと、
     予め求められた前記補正パラメータに基づいて、前記タイヤの種別毎に前記補正波形を計算するステップと、
     計算された前記補正波形を、計測されたユニフォミティ波形から差し引くことで、補正されたタイヤのユニフォミティ波形を算出するステップと、を有することを特徴とする請求項1に記載のタイヤのユニフォミティ波形の補正方法。
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