KR20060033044A

KR20060033044A - 타이어 균일성 측정방법 및 측정장치

Info

Publication number: KR20060033044A
Application number: KR1020067003832A
Authority: KR
Inventors: 시게루 마츠모토
Original assignee: 고쿠사이 게이소쿠키 가부시키가이샤
Priority date: 2003-08-25
Filing date: 2004-08-25
Publication date: 2006-04-18
Also published as: US7434454B2; CN1813180A; JP2005069885A; EP1658482A1; TWI346773B; WO2005019791A1; DE602004011785D1; TW200508585A; JP4339048B2; KR100784882B1; CN1813180B; EP1658482B1; DE602004011785T2; US20060272408A1

Abstract

본 발명은 타이어의 균일성 측정을 위한 방법과 장치에 대한 발명이다. 측정장치는 스핀들,회전드럼,센서 그리고 연산수단을 포함한다. 측정방법은 타이어를 스핀들에 장착하는 단계, 회전드럼의 원주면을 타이어의 접지면에 제 1 압축력으로 압축하는 단계, 회전축 주위로 타이어를 회전시키는 단계 그리고 타이어 회전중에 연산수단에 의해서 타이어가 타이어의 제 1 면과 제 2 면에 작용하는 힘을 계산하는 단계를 포함한다. 제 1 면은 회전축에 수직이며 타이어의 한쪽 사이드월측에 있으며, 제 2 면은 회전축에 수직이며 타이어의 다른 쪽 사이드월측에 있다. 타이어에서 스핀들로 전해지는 힘을 제 1 위치와 제 2 위치에서 센서에 의해 측정한 값에 기초하여 힘을 계산한다. 제 1 위치와 제 2 위치는 회전축 방향에서 타이어로부터의 거리가 다르다.

타이어 균일성 측정방법, 타이어 균일성 측정장치, 회전드럼, 스핀들, 타이어, 균일성, 센서, 로드셀, 연산수단.

Description

타이어 균일성 측정방법 및 측정장치{METHOD AND APPARATUS FOR TIRE UNIFORMITY MEASUREMENT}

본 발명은 타이어의 균일성 측정을 위한 방법과 장치와 관련이 있다.

타이어는 완전한 원의 형태이고 내부강성, 치수, 중량분포 등이 타이어 둘레에서 균일한 것이 이상적이다. 그러나, 일반적인 타이어 생산 및 제조공정에서는 이러한 이상적인 타이어를 양산하는 것은 곤란하다. 즉, 생산된 타이어에는 강성, 치수, 중량분포의 불균일이 어느 정도 발생한다. 그 결과로 차량의 주행시에는 가진력(exciting force)이 발생한다. 이 가진력에 의해 차체에 진동이 전해지고 차량의 흔들림이나 소음 떨림 등이 차량 내부로 전해진다..

타이어의 불균일성을 측정하는 방법은 "Uniformity testing methods for automobile tires"(JASO C607)이라는 문헌에 나타나 있다. 이 방법에서는 노면의 대용으로 사용하는 회전드럼을 회전가능하게 지지된 타이어에 소정의 압력(수100kg)으로 눌러 붙이거나, 또는 타이어를 소정의 압력으로 회전드럼에 눌러 붙인다. 타이어와 회전드럼은 각각의 축을 주위로 회전하며 어느 하나가 회전하면 다른 하나도 또한 회전되게 되어 있다.

이 상태에서, 타이어가 60rpm으로 회전하도록 타이어나 드럼이 회전구동된 다. 타이어가 회전함에 따라 타이어의 불균일성에 의한 가진력이 발생한다. 이러한 가진력은 타이어나 드럼을 지지하는 베어링에 장착되거나 베어링에 부착된 다른 부재에 장착된 로드 셀과 같은 측정수단에 의해 측정된다. 측정된 수치로부터 타이어의 불균일성을 평가하는 지표가 산출된다. 이러한 측정을 불균일성 측정이라고 한다. 이러한 불균일성 측정에 의해 얻어지는 지표는 타이어를 하나의 디스크( disc)로 모델링하여(이 모델은 이하에서는 "디스크 모델"이라고 부른다) 그 디스크의 중심에 힘이 집중되어 있다고 가정함으로써 산출된다.

다음으로, 측정한 타이어는 상기지표에서 얻은 불균일성이 허용범위 내에 있는 것과 그렇지 않은 것으로 분류된다. 가능한 한, 불균일성이 허용범위를 벗어난 타이어는 불균일성을 감소시키는 과정을 거쳐야 한다. 이 과정을 거친 타이어는 다시 불균일성 측정을 받고 불균일성이 허용범위 내이면 허용범위 밖의 것들과 분리한다.

상기의 과정을 통해 "불균일성이 허용범위 내에 있다"라고 판단된 타이어만이 고객에게 양도되거나 타이어 평가공정의 다음 단계로 보내진다.

최근에 상기 측정방법에서는 불균일성이 허용범위 이내라고 판단되었음에도 불구하고 특히 고속운전시에 자동차 샤프트에 타이어로부터 가진력이 전해져서 차체의 진동이나 차내 굉음이 발생하는 문제가 일어났다. 이런 진동이나 굉음의 발생요인은 종래의 불균일성 측정의 결과에서는 평가할 수 없었던 불균일성이라고 생각된다. 그래서 이러한 현상을 발생시키는 불균일성을 평가할 수 있는 불균일성 측정방법이 요망된다.

타이어의 불균일성을 감지하기 위한 타이어 균일성 측정방법을 제공하는 것이 본 발명의 목적이고, 이 타이어 균일성 측정방법에 의하면, 타이어가 상술한 현상을 초래하는지의 여부를 평가할 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은 타이어 측면방향(즉, 타이어 회전축 방향)의 불균일성에 의한 가진력의 변동을 감지하는 것과 관련이 있다. 다시 말하면, 타이어의 측면방향의 양쪽에서 역상위(opposite phases)의 불균일성에 의해 가진력이 발생하면, 이런 역상위의 가진력들은 "디스크 모델"의 측정방법에서는 서로 상쇄되어 버린다. 이런 역상위 가진력은 상쇄되지 않고 차체에 전달될 수 있다. 따라서 본 발명의 이 실시예에 따르면 역상위의 가진력이 측면방향에서 타이어 양쪽에 일어나는 경우에도 차체의 진동과 차 내부의 소음을 일으키는 타이어를 골라낼 수 있는 지표를 검출할 수 있다.

본 발명의 하나의 실시예에 의하면, 타이어 불균일성 측정방법은 균일성 측정장치의 스핀들에 타이어를 장착하는 단계, 타이어의 접지면에 회전드럼을 제 1 압축력으로 힘을 가하는 단계, 타이어를 회전축 주위로 회전시키는 단계 그리고 타이어가 회전시에 제 1 면과 제 2 면에 작용하는 힘을 계산하는 단계 등을 포함한다. 제 1 면은 회전축에 수직이며 타이어의 한쪽 사이드월 면에 존재한다. 제 2 면은 회전축에 수직이며 타이어의 다른 쪽 사이드월 면에 존재한다. 상기의 힘은제 1 위치와 제 2 위치에서 타이어에서 스핀들로 전해지는 힘을 측정한 수치에서 산출된다. 제 1 위치와 제 2 위치는 회전축 방향에서 타이어로부터의 거리가 다르다.

선택적으로,제 1 면은 타이어의 한쪽 사이드월을 포함하며 제 2 면은 타이어의 다른쪽 사이드월을 포함한다.

선택적으로, 제 1 압축력은 차량의 무게를 차량에 장착된 타이어의 개수로 나누어서 결정된다.

선택적으로, 이 방법은 타이어가 회전하면서 타이어의 접지면이 회전드럼의 원주방향의 면을 제 2 압축력으로 누르는 과정중에, 타이어가 타이어의 제 1 면과 제 2 면에 작용하는 힘을 측정한다. 제 2 압축력은 회전드럼과 타이어 사이에 마찰력을 발생시킨다. 마찰력의 크기는 회전드럼이 공전하지 않을 만큼 크고, 제 1 위치와 제 2 위치에서 측정된 힘의 측정오차 이하이다.

선택적으로, 회전드럼이 제 1 압축력으로 타이어의 접지면을 누를 때, 타이어가 타이어의 제 1 면과 제 2 면에 작용하는 힘중의 어느 하나가 소정의 값을 초과하며, 타이어의 접지면이 회전드럼을 누르는 압축력은 제 2 압축력으로 변하며, 타이어가 타이어의 제 1 면과 제 2 면에 작용하는 힘이 측정된다.

본 발명의 실시예에서는, 소정의 추가 밸런스된 타이어의 제 1 면에서 소정의 위치에 부착된 경우 및 밸런스된 타이어의 제 2 면에서 소정의 위치에 부착된 경우에는 제 1 위치와 제 2 위치에서 측정한 힘의 결과를 이용해서 균일성 측정장치에 캘리브레이션을 행한다.

본 발명의 다른 목적은 위에서 언급한 현상을 일으키는 타이어인지 여부를 판단할 수 있게, 타이어의 불균일성을 감지하는 타이어 균일성 측정장치를 제공하는 것이다.

본 실시예에 의하면, 회전축 주위로 타이어를 회전하기 위한 스핀들, 제 1 압축력으로 타이어의 접지면에 압력을 가하는 회전드럼, 타이어에서 스핀들로 전해지는 힘을 측정하기 위한 센서, 그리고 타이어가 제 1 면과 제 2 면에 작용하는 힘을 연산하기 위한 연산장치 등을 포함하는 타이어 균일성 측정장치가 구비된다. 회전드럼은 타이어가 회전함에 따라, 회전축 주위로 회전할 수 있게 설치된다. 센서는 제 1 위치와 제 2 위치에서 타이어로부터 스핀들로 전해지는 힘을 측정한다. 제 1 위치와 제 2 위치는 회전축 방향에서 타이어로부터의 거리가 다르다. 제 1 면에서 연산장치에 의해 계산된 힘은 회전축과 타이어의 한쪽 사이드월에 수직이다. 제 2 면에서 연산장치에 의해 계산된 힘은 회전축과 타이어의 다른 쪽 사이드월에 수직이다. 센서에 의해 측정된 결과치에 기초해서 연산이 행해진다.

선택적으로, 연산장치는 제 1 및 제 2 면에 작용하는 힘의 성분을 각각 계산한다. 각 성분은 타이어와 회전드럼 모두에 접선방향이다.

선택적으로, 제 1 면은 타이어의 한쪽 사이드월을 포함하며 제 2 면은 타이어의 다른 쪽 사이드월을 포함한다.

선택적으로, 제 1 압축력은 차량의 무게를 차량에 장착된 타이어의 개수로 나누어서 구한다.

선택적으로, 이 장치는 타이어가 회전하면서 타이어의 접지면이 회전드럼의 원주방향의 면을 제 2 압축력으로 누르는 과정중에, 타이어가 타이어의 제 1 면과 제 2 면에 작용하는 힘을 측정한다. 제 2 압축력은 회전드럼과 타이어 사이에 마찰력을 발생시킨다. 마찰력의 크기는 회전드럼이 공전하지 않을 만큼 크고, 제 1 위치와 제 2 위치에서 측정된 힘의 측정오차 이하이다.

본 발명의 한 실시예에서는, 타이어가 제 1 면에 작용하는 힘의 변동폭과 제 2 면에 작용하는 힘의 변동폭을 감소시키기 위해서, 이 장치는 타이어 절삭을 위한 절삭수단을 더 포함한다. 회전드럼이 제 1 압축력으로 타이어의 접지면에 밀착될 때 그 힘이 측정된다.

본 발명의 한 실시예에서는, 타이어가 제 1 면에 작용하는 힘의 변동폭과 제 2 면에 작용하는 힘의 변동폭을 감소시키기 위해서, 이 장치는 타이어 절삭을 위한 절삭수단을 더 포함한다. 회전드럼이 제 2 압축력으로 타이어의 접지면에 밀착될 때 그 힘이 측정된다.

본 발명의 한 실시예에서는, 타이어가 제 1 면에 작용하는 힘의 변동폭과 제 2 면에 작용하는 힘의 변동폭을 감소시키기 위해서, 이 장치는 타이어 절삭위치와 절삭량을 표시하기 위한 마킹수단을 더 포함한다. 회전드럼이 제 1 압축력으로 타이어의 접지면에 밀착될 때 그 힘이 측정된다.

본 발명의 한 실시예에서는, 타이어가 제 1 면에 작용하는 힘의 변동폭과 제 2 면에 작용하는 힘의 변동폭을 감소시키기 위해서, 이 장치는 타이어 절삭위치와 절삭량을 표시하기 위한 마킹수단을 더 포함한다. 회전드럼이 제 2 압축력으로 타이어의 접지면에 밀착될 때 그 힘이 측정된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 타이어의 고속 균일성 측정장치의 정면도이고,

도 2는 도 1의 제어부(400)의 상세한 블록선도이고,

도 3은 도 1의 실시예에 따른 측정장치(1)를 사용하여 타이어의 동적 밸런스 및 균일성 측정방법을 도시하는 타임챠트이고,

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 측정장치(1)를 사용하여 타이어의 동적 밸런스 및 균일성 측정방법을 도시하는 타임챠트이다.

이하에서는, 본 발명의 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예인 고속타이어의 균일성 측정장치의 정면도를 보여준다. 본 발명의 실시예인 측정장치(1)는, 타이어의 고속 균일성, JAS 0 C 607 규격에 따른 균일성 및 동적 밸런스를 측정한다. 또한 타이어의 언밸런스 제거용 마킹을 할 수 있는 마킹 장치를 포함한다. 동적 밸런스는 타이어를 자유 회전(free rotation) 시킨 상태에서 발생하는 원심력을 측정하는 것에 의해서 측정된다. 본 발명에서, 타이어는 회전드럼을 타이어 접지면에 압력을 가한 상태에서 회전드럼과 같이 회전한다. 회전드럼에 대한 타이어의 압력은 50kgf 에서 80kgf 로 낮게 설정된다. *타이어에 작용하는 힘 중에서, 타이어 회전축 및 타이어가 눌려지는 방향에 수직인 성분의 변동을 검출한다. 이 변동에는 타이어를 누르는 압축력은 포함되지 않는다. 또한 타이어의 압축력은 낮게 설정되었기 때문에 변동폭은 자유 회전시 타이어 회전축이 받는 원심력 중 타이어의 반경방향의 성분과 거의 같다고 볼 수 있다. 따라서, 이 변동폭에 의해서 얻은 지표는 타이어를 자유 회전시킨 경우에 타이어의 회전축이 받는 원심력의 반경방향 성분에서 산출된 타이어의 동적 밸런스와 거의 같다.

측정장치(1)는 휠 부착된 타이어(W)를 회전가능하게 지지하는 스핀들부(200)를 가지고 있다. 스핀들부(200)는 타이어가 부착되어 타이어와 함께 회전하는 스핀들(201)과 베어링(204)를 통해 스핀들(201)을 회전가능하게 지지하는 스핀들 하우징(202) 그리고 타이어를 스핀들(201)에 고정시키는 탑 어댑터(203)를 포함하고 있다.

스핀들 하우징(202)에는 수직방향으로 관통공(202a)이 형성되어 있고 스핀들(201)는 이 관통공(202a)에 삽입되어 있다. 스핀들(201)은 척부(201a)와 척부(201a)를 통해 아래로 뻗어있는 샤프트부(201b)를 포함하고 있다. 스핀들(201)의 샤프트부(201b)는 여러개의 베어링(204)에 의해 스핀들 하우징(202)의 관통공(202a)에 삽입되어 있다. 따라서, 스핀들(201)은 스핀들 하우징(202)에 의해 회전가능하게 지지된다.

탑 어댑터(203)은 수직으로 아래 방향으로 연장되어 있는 샤프트(203a)를 가진다. 샤프트(203a)는 척부(201a)의 상부면에 형성된 홀(201c)에 삽입 가능하게 되어있다. 척부(201a)의 홀(203c)는 척부(201a)와 동심으로 이루어져 있다. 또한, 척부(201a)는 본 출원인의 일본특허공개 2003-4597A와 유사한 방법으로 샤프트 (203a)를 잠그는 제동장치가 구비되어 있다. 타이어의 허브 홀과 척부(201a)에 있는 홀(201c)이 동축이 되도록 휠 부착된 타이어(W)가 스핀들(201)의 척부(201a)의 상부에 배치된다. 그리고 탑 어댑터(203)의 샤프트(203a)를 홀(201c)에 삽입하여 탑 어댑터가 타이어(W)의 휠을 척부(201a)의 상면 쪽으로 누르게 하고, 샤프트(203a)를 잠가서, 타이어(W)는 스핀들(201)과 일체가 되게 스핀들(201)에 고정된다. 이 때, 일본특허공개 2003-4597A에 기재된 매커니즘을 이용하여 타이어(W)의 허브 홀과 스핀들(201)이 동축이 되도록 타이어(W)가 고정된다. 그 결과, 타이어(W)는 회전축 주위로 회전가능하게 된다. 또한 스핀들 하우징(202)에 부착된 로터리 엔코더(205)에 의해서 스핀들(201)의 회전수 및 스핀들(201)의 위상을 검출할 수 있다. 로터리 엔코더(205)의 출력은 측정창치(1)의 콘트롤부(400)로 전송된다.

본 실시예에서는 휠 부착 타이어(W)는 스핀들에 부착되어 있지만, 일본특허공개 2002-350293A에 개시된 장치에서와 같이 휠 없는 타이어가 상 하부 림(rim) 사이에 유지되고 스핀들에 부착되는 구성도 가능하다.

스핀들(201)과 스핀들(201)에 부착된 타이어(W)는 회전드럼부(300)에 의해 회전 구동된다.

회전드럼부(300)는 회전드럼(301)을 가진다. 회전드럼(301)은 회전축 주위로 회전할 수 있는 원통형 부재이다. 회전드럼(301)의 회전축과 스핀들(201)의 회전축은 실질적으로 평행하다. 또한, 회전드럼부(300)는 회전드럼(301)을 회전 구동시키는 모터(302)를 가지고 있다. 즉, 모터(302)의 회전축의 회전은 전달계 (303)에 의해 회전드럼(301)의 회전축으로 전달된다.

전달계(303)는 구동풀리(303a), 종동풀리(303b) 그리고 무단벨트(303c)를 포함한다. 구동풀리(303a)는 모터(302)의 회전축에 부착되어 있고, 종동풀리(303b)는 회전드럼(301)의 회전축에 부착되어 있다. 무단벨트(303c)는 구동풀리(303a)와 종동풀리(303b)에 감겨져 있다. 모터(302)의 회전운동은 이 벨트-풀리기구에 의해 회전드럼(301)에 전해진다. 즉, 모터(302)를 구동시킴으로써 회전드럼(301)을 회전시킬 수 있다. 모터(302)는 스텝핑 모터이며 제어부(400)에 의해 그 회전수가 제어된다. 그래서, 본 실시예의 고속 균일성 측정장치(1)에 있어서는 회전드럼(301)을 소정의 회전수로 회전시키는 것이 가능하다.

회전드럼 하중기구(304)는 베이스부(100)에 형성되어 있다. 회전드럼(301)의 원통면(301a)이 타이어의 접지면에 대해 접근과 후퇴가 가능하도록, 회전드럼(301), 모터(302) 그리고 전달계(303)를 수평방향(도면에서 좌우방향)으로 평행이동시키는 것이 가능하다. 또한, 회전드럼 하중기구(304)는 회전드럼(301)의 원통면(301a)이 타이어(W)의 접지면을 소정의 압력으로 누르도록 하는 것이 가능하다. 회전드럼 하중기구(304)는 랙-피니언 기구에 의해서 모터(302) 및 전달계(303)를 수평방향으로 평행이동시키는 것이 가능하다. 제어부(400)는 이 랙-피니언 기구를 제어하는 것에 의해서 회전드럼(301), 모터(302) 그리고 전달계(303)의 위치를 제어하고, 회전드럼(301)의 원통면(301a)이 타이어(W)의 접지면을 누르는 압축력의 크기를 제어하는 것이 가능하다. 회전드럼 하중기구의 랙-피니언 기구에는 로드셀(304a)이 부착되어, 회전드럼(301)의 원통면(301a)이 타이어(W)의 접지면을 누르는 압축력의 크기를 측정하는 것이 가능하다.

여기에서, 스핀들 하우징(202)의 일 측면(202a)은 베이스부(100)의 강체벽(102)과 대향하고 있다. 스핀들 하우징(202)의 일 측면(202a)는 스핀들(201)의 회전축과 평행하며, 회전드럼(301)이 타이어를 누르는 방향과 수직한 평면이다. 또한 상기 측면(202a)과 강체벽(102)은 실질적으로 평행하다. 상측 로드셀(501) 및 하측 로드셀(502)이 상기 측면(202a)과 강체벽(102)의 사이의 갭(G)에 위치된다. 로드셀(501,502)은 모두 평판상의 부재이며, 그 양측면은 각각 스핀들 하우징(202)의 일 측면(202a) 및 강체벽(102)과 접하게 설치되어 있다. 로드셀(501,502)은 스핀들(201)의 축방향에 배열되어 있다. 베이스부(100)의 강체벽(102)은 거의 변위되거나 변형되지 않도록 구성되어 있다. 따라서, 강체벽(102)은 회전드럼(301)이 타이어(W)를 누르는 힘과 균형을 이루는 대항력을 스핀들 하우징(202)에 제공한다. 또한 강체벽(102)과 스핀들 하우징(202) 사이에 끼워진 로드셀(501,502)은 스핀들 하우징(202)의 변위에 의해 발생하는 힘을 검출할 수 있다. 로드셀(501,502)은 그것에 가해지는 힘을 3개의 축방향에서 검출할 수 있다. 다시 말해, 로드셀(501,502)은 그것에 가해지는 하중을 3차원 벡터량으로 검출가능하다.

타이어(W)가 스핀들(201)에 셋팅된 상태에서 회전드럼(301)의 원통면(301a)를 타이어(W)의 접지면에 소정의 압축력으로 누르고, 모터(302)를 구동시킴으로써 회전드럼(301)과 타이어(W)가 함께 회전한다. 이 때, 로드셀(501,502)에는 회전드럼(301)이 타이어(W)를 누르는 압축력과 타이어(W)의 불균일성에 기인하는 가진력이 가해진다. 로드셀(501,502)의 출력은 제어부(400)에 전해진다. 제어부(400)는 로드셀의 출력결과를 처리해서, 타이어의 균일성의 지표치 및 타이어의 불균일성을 감소시키기 위해 필요한 타이어의 절삭위치 및 절삭량을 연산한다. 게다가 제어부(400)은 마킹수단(600)을 제어해서, 상기 연산한 타이어의 절삭위치에 절삭량을 표시하는 마킹을 기입한다. 마킹이 기입된 타이어는 적절한 타이어 절삭장치에서 버프-수정되어 불균일성이 감소된다. 마킹수단(600)을 사용하는 대신에 절삭기 등의 절삭수단을 이용하여, 측정장치(1)가 불균일성 감소를 위한 버프-수정을 행하도록 하는 구성도 가능하다.

이하는 제어부(400)의 구성에 대한 설명이다. 도 2는, 도 1의 제어부(400)의 상세한 블록선도를 도시한다. 제어부(400)는 CPU(401), 메모리(402), I/O 콘트롤러(403), 입력수단(404),비디오 콘트롤러(405),모니터(406), 제 1 내지 제 3 필터 (411,421,431) 그리고 제 1 내지 제 3 A/D 컨버터(412,422,432)를 포함한다.

입력수단(404)는, 예를 들어 키보드이다. 측정장치(1)의 오퍼레이터는 이 입력수단(404)을 조작하여 측정장치(1)가 각종 측정이나 캘리브레이션(calibration)을 수행하도록 지시한다. 입력수단(404)는 I/O 콘트롤러(403)에 연결되고, CPU(401)은 I/O 콘트롤러(403)가 입력수단(404)에 의해서 입력된 입력내용을 판독하도록 제어한다.

CPU(401)는, I/O 콘트롤러(403)가 입력수단(404)에 의한 입력내용에 포함된 지시에 대응하여,각종 측정이나 캘리브레이션을 행하도록 제어한다. I/O 콘트롤러(403)에는, 회전드럼(301)을 구동하기 위한 모터(302,도 1),로터리 엔코더(205), 및 회전드럼 하중기구(304)의 랙-피니언 기구를 구동하기 위한 모터가 접속되어 있 다. CPU(401)는, I/O 콘트롤러(403)을 제어하여, 타이어(W)가 소정의 회전속도가 되도록 회전드럼(301)을 회전시키고, 회전드럼(301)을 타이어(W)에 접촉과 분리를 위해 이동시킨다.

상측 로드셀(501)의 출력은, 제 1 필터(411,도 2)에 보내진다. 제 1 필터(411)는 입력된 신호로부터 노이즈를 제거한다. 노이즈가 제거된 신호는, 제 1 A/D 컨버터(412)로 보내진다. 제 1 A/D 컨버터(412)는 입력된 신호를 이산화하여 I/O 콘트롤러(403)에 전송한다.

유사하게, 하측 로드셀(502)의 출력은, 제 2 필터(421,도 2)에서 입력된 신호로부터 노이즈를 제거하고, 제 2 A/D 컨버터(422)에서 이산화하여 I/O 콘트롤러(403)에 전송된다. 회전드럼 하중기구(304,도 1)의 랙-피니언 기구에 설치된 로드셀(304a)의 출력은, 제 3 필터(431,도 2)에서 노이즈가 제거되어 제 3 A/D 컨버터(432)에서 이산화하여 I/O 콘트롤러(403)에 전송된다.

CPU(401)은, I/O 콘트롤러(403)을 제어하여, 제 1, 제 2, 제 3 A/D 필터로부터 전송된 이산 신호가 읽혀져서 디지털 데이터로서 메모리(402)에 저장된다. 게다가, CPU(401)은 메모리(402)에 기억된 디지탈 데이터를 처리해서, 각종의 측정치들을 연산한다. CPU(401)은, 비디오 콘트롤러(405)을 제어하여, 연산된 측정치에 관한 영상정보(타이어 위상에 따른 타이어의 가진력 변동을 나타내는 그래프 등)를 모니터(406)에 표시하는 것이 가능하다.

이상 설명한 본 실시예에 따른 측정장치(1)를 이용한 균일성과 동적 밸런스를 측정하는 방법을 이하에서 설명한다.

우선, 캘리브레이션을 행한다. 여기에서의 "캘리브레이션"이란, 로드셀의 출력신호로부터 로드셀이 실제로 받고 있는 힘을 산출하기 위한 계수, 그리고 로드셀이 받고 있는 힘으로부터, 도 1에서의 타이어의 상측 사이드월을 포함한 면(이하 "상면"이라 함)에 작용하는 힘과, 도 1에서의 타이어의 하측 사이드월을 포함한 면(이하 "하면"이라 함)에 작용하는 힘을 각각 산출하기 위한 계수를 구하는 작업이다. 로드셀의 출력신호로부터 로드셀이 실제로 받고 있는 힘을 산출하기 위한 계수의 캘리브레이션은 주기적으로(예를 들어 1주일에 한번) 한다면 충분하고, 타이어의 측정시마다 이러한 캘리브레이션을 할 필요는 없다. 또한, 로드셀이 받고 있는 힘으로부터 타이어의 상면과 하면 각각에 발생하는 힘을 산출하기 위한 계수의 캘리브레이션은 타이어의 각 종류마다 1회씩 한다면 충분하다.

우선, 회전드럼 하중기구(304)의 로드셀(304a)의 출력 레벨에서 로드셀(304a)이 받은 힘을 얻기 위한 계수를 구하는 캘리브레이션을 행한다. 이 캘리브레이션에서는 회전드럼 하중기구(304)에 의해 가해지는 하중의 방향으로, 즉 회전드럼 하중기구(304)가 회전드럼(301)을 이동시키는 방향(도 1의 좌우 방향)으로 이미 알고 있는 하중을 가하고, 이때의 출력으로부터 회전드럼 하중기구(304)의 로드셀(304a) 출력 레벨에서 로드셀(304a)이 받는 힘을 얻기 위한 계수를 구한다. 본 실시예에서는 로드셀(304a)의 출력(O₁)과 로드셀(304a)에 가해지는 힘(F₁)은 식 F₁= a₁× O₁+ b₁을 만족한다. 무부하 상태에서의 O₁과 알고 있는 크기의 하중을 회전드럼에 가한 때의 O₁에서, 계수 a₁과 b₁를 산출한다. 산출된 a₁과 b₁은 메모리(402)에 기억된다. 유사하게, 상측 로드셀(501)과 하측 로드셀(502) 에 대해서도, 로드셀의 출력 레벨에서 로드셀이 받은 힘을 얻기 위한 계수를 구하는 캘리브레이션을 행한다. 이 경우에 스핀들 하우징(202)에 알고 있는 크기의 힘을 가하고, 그때의 로드셀(501,502)의 출력 레벨을 이용해서, 로드셀의 출력레벨에서 로드셀이 받은 힘을 얻기 위한 계수를 구한다. 상측 로드셀(501)과 하측 로드셀(502)은 3개의 직교하는 힘 성분(이하, 각각 'X,Y,Z 방향'이라 한다)을 측정하는 것이기 때문에, 캘리브레이션은 매 성분마다 행해진다. 또한, 도 1에서 보는 바와 같이, 스핀들 하우징(202)은, 로드셀(501,502)을 지지점으로 하는 일종의 캔틸레버 빔이고, 스핀들 하우징(202)에의 하중은 로드셀(501,502)에 분산된다.

따라서, 스핀들 하우징(202)에 x방향 힘 Fｘ가 작용할 때, 로드셀(501)이 받는 x방향 힘의 크기 Fｘ₁, 로드셀(501) 출력의 x성분 Ox₁, 로드셀(502)가 받는 x방향의 힘의 크기 Fｘ₂,로드셀(502) 출력의 x성분 Ox₂등에는 아래의 식(1)이 성립한다.

Fｘ = Fｘ₁+ Fｘ₂

Fｘ₁= aｘ₁× Oｘ₁+ bｘ₁

Fｘ₂= aｘ₂× Oｘ₂+ bｘ₂ ........식(1)

무부하 상태에서의 Oｘ₁및 Oｘ₂와 이미 알고 있는 크기(최소한 2종류)의 부하를 스핀들 하우징(202)에 가한 때의 Oｘ₁및 Oｘ₂에서, 계수 aｘ₁, bｘ₁, aｘ₂, bｘ₂를 산출한다. 이러한 과정으로, 상측 로드셀(501)과 하측 로드셀(502)에 대해서, 로드셀 출력 레벨로부터 로드셀이 받은 힘의 x성분을 얻기 위한 계수가 산출된다. 유사한 과정으로, 로드셀 출력 레벨로부터 로드셀이 받은 힘의 y성분 및 z성분을 얻기 위한 계수가 산출된다.

다음으로, 로드셀이 받고 있는 힘으로부터 타이어의 상면과 하면 각각에 작용하고 있는 힘을 산출하기 위한 계수를 구하는 캘리브레이션을 실행한다. 이 캘리브레이션에서는, 불균일성 및 언밸런스가 없다고 생각되는 타이어(이하 "마스타 타이어"라고 함) 및 알고 있는 무게의 추를 사용한다.

마스타 타이어의 상면에,타이어의 회전축으로부터 거리s가 떨어진 소정위치에 질량M의 추를 부착한다. 이때, 마스타 타이어의 상면에는 추에 의해서 언밸런스가 발생하는 반면, 하면에는 언밸런스가 없는 상태이다.

다음으로, 마스타 타이어를 스핀들(201)에 부착한다. 그리고,회전드럼 하중기구(304)를 구동하여, 50 - 80[kgf] 정도의 힘에서 회전드럼(301)이 마스타 타이어를 누른다. 다시 말하면, 로드셀(304a)의 출력이 50 - 80[kgf]를 표시하도록 회전드럼 하중기구(304)를 구동한다.

다음으로, 모터(302)를 구동하여 회전드럼(301)을 회전시킨다. 이때 마스타 타이어는 회전드럼과 함께 회전한다. 로터리 엔코더(205)의 출력에서 마스타 타이어의 회전수가 소정의 회전수N이 된 것이 감지되면, CPU(401,도 2)는 I/O 인터페이스(403)가 로드셀(501,502)의 출력을 얻도록 제어한다.

CPU(401,도 1)는 로드셀 출력에서, 로드셀(501,502)이 받은 힘의 전후방향(마스타 타이어와 회전드럼의 접촉위치에서 회전드럼의 접선방향, 즉 도 1에서 앞쪽에서 뒷쪽으로의 방향)성분을 얻는다. 여기서 얻은 값을 TF₁(θ) 및 TF₂(θ) 라 한다. TF₁(θ)는 상측 로드셀(501)의 출력에서 얻은 값이고, TF₂(θ)는 하 측 로드셀(502)의 출력에서 얻은 값이다. 또한, θ는 스핀들(201)의 위상이다.

이 경우, 타이어에 발생하는 힘은, 타이어의 언밸런스에 의해 발생하는 원심력과 등가로 보이는 힘과, 회전드럼(301)이 타이어를 누르는 힘이 합성된 힘이다. 회전드럼(301)이 타이어를 누르는 힘은 타이어의 전후방향에 거의 수직방향이기 때문에, 마스타 타이어의 상면에 발생하는 원심력의 전후방향 성분은, 타이어의 언밸런스에 의해 발생하는 원심력의 전후방향 성분과 거의 등가라고 여겨진다. 따라서, 마스타 타이어의 상면에 발생하는 힘의 전후방향 성분은, 최대치 및 최소치가 M × s × (2π × N)²인 정현파에 근사하고, 그 위상은 추가 부착된 위치에 따라서 결정된다. 이 함수를 Fm₁(θ)라고 한다. 마스타 타이어의 상면에 작용하는 힘의 전후방향 성분중에, 상측 로드셀(501)이 받는 힘의 비율 α₁및 하측 로드셀(502)가 받는 비율 (1 - α₁)은, 마스타 타이어의 상면에 작용하는 힘의 크기와는 관계없이 일정하다고 생각된다. 따라서, Fm₁(θ)와 TF₁(θ) ,TF₂(θ)를 비교함으로써 α₁을 산출할 수 있다. 구체적으로는 α₁= Fm₁(θ)/ TF₁(θ)이다.

다음으로, 일단 회전드럼(301)의 회전을 정지한다. 그리고는, 마스타 타이어의 상면에서 추를 제거한다.

다음으로, 마스타 타이어의 하면에, 타이어의 회전축으로부터 거리s만큼 떨어진 소정위치에 질량M의 추를 부착한다. 이때, 마스타 타이어의 하면에는 추에 의한 언밸런스가 발생하는 반면, 상면에는 언밸런스가 없는 상태이다.

다음으로, 회전드럼 하중기구(304)를 구동시켜, 50 - 80 [kgf] 정도의 힘에서 회전드럼(301)이 마스타 타이어를 누르도록 한다. 다시 말하면, 로드셀(304a) 의 출력이 50 - 80 [kgf] 를 나타내도록, 회전드럼 하중기구를 구동한다.

다음으로, 모터(302)를 구동시켜 회전드럼(301)을 회전시킨다. 이때 마스타 타이어는 회전드럼과 함께 회전한다. 로터리 엔코더(205)의 출력에서 마스타 타이어의 회전수가 소정의 회전수N이 되는 것이 감지되면, CPU(401,도 2)는, I/O 인터페이스(403)가 로드셀(501)(502)의 출력을 얻도록 제어한다.

CPU(401)(도 1)는, 로드셀의 출력에서, 로드셀(501,502)이 받은 힘의 전후방향 성분을 얻는다. 여기서 얻은 값을 BF₁(θ), BF₂(θ)라 한다. BF₁(θ)는 상측 로드셀(501)의 출력에서 얻은 값이며, BF₂(θ)는 하측 로드셀(502)의 출력에서 얻은 값이다. 또한, θ는 스핀들(201)의 위상이다.

이 경우, 타이어에 발생하는 힘은, 타이어의 언밸런스에 의해 발생하는 원심력과 등가로 보이는 힘과, 회전드럼(301)이 타이어를 누르는 힘이 합성된 힘이다. 회전드럼(301)이 타이어를 누르는 힘은 타이어의 전후방향에 거의 수직방향이기 때문에, 마스타 타이어의 하면에 발생하는 원심력의 전후방향 성분은, 타이어의 언밸런스에 의해 발생하는 원심력의 전후방향 성분과 거의 등가라고 여겨진다. 따라서,마스타 타이어의 하면에 발생하는 힘의 전후방향 성분은, 최대치 및 최소치가 M × s × (2π × N)²인 정현파에 근사하고, 그 위상은 추가 부착된 위치에 따라서 결정된다. 이 함수를 Fm₂(θ)라고 한다. 마스타 타이어의 하면에 작용하는 힘의 전후방향 성분중에, 상측 로드셀(501)이 받는 힘의 비율 α₂및 하측 로드셀(502)이 받는 비율 (1 - α₂)은, 마스타 타이어의 하면에 작용하는 힘의 크기와는 관계없이 일정하다고 생각된다. 따라서, Fm₂(θ)와 BF₁(θ), BF₂(θ)를 비교함으로 써 α₂을 산출할 수 있다. 구체적으로는 α₂= Fm₂(θ)/ BF₁(θ)이다.

이상에서 구한 α₁,α₂를 이용하여, 로드셀(501,502)의 출력에서 타이어의 상면에서 발생하는 가진력과 타이어 하면에서 발생하는 가진력을 산출하는 것이 가능하다. 즉, 어떤 타이어에서 상면에 발생한 가진력의 전후방향 성분을 TTW, 하면에서 발생한 가진력의 전후방향 성분을 TBW이라고 한다. 그리고, 상측 로드셀(501)에 의해 검출된 힘의 전후방향 성분을 MF₁,하측 로드셀(502)에 의해 검출된 힘의 전후방향 성분을 MF₂라 한다. 이때, TTW,TBW,MF₁, MF₂의 사이에는 아래의 식(2)와 같은 관계가 성립한다.

MF₁= TTW ×α₁+ TBW ×α₂

MF₂= TTW ×( 1 - α₁) + TBW ×(1 - α₂) .......식(2)

식(2)로부터 TTW, TBW는 식(3)에 의해서 산출되는 것을 알 수 있다.

TTW = (( 1 - α₂) × MF₁- α₂× MF₂))/(α₁- α₂)

TBW = (( 1 - α₁) × MF₁- α₁× MF₂))/(α₂- α₁) .......식(3)

앞에서 구한 α₁,α₂를 이용해서, 로드셀(501,502)이 받은 힘의 전후방향 성분에서, 타이어의 상면과 하면에 각각 발생하는 가진력의 전후방향 성분을 구하는 것이다.

다음으로, 로드셀(501,502)이 받은 힘의 반경방향(마스타 타이어와 회전드럼의 접촉위치에서 스핀들의 회전축을 향한 방향, 즉 도 1에서 좌우방향) 성분에 서, 타이어의 상면이 받은 힘과 타이어의 상면에 발생한 가진력의 합성력의 반경방향 성분과, 타이어의 하면이 받은 힘과 타이어의 하면에 발생한 가진력의 합성력의 반경방향 성분 등을 구하기 위한 계수를 구하는 캘리브레이션을 행한다.

마스타 타이어의 상면에 타이어의 회전축으로부터 거리s만큼 떨어진 소정위치에 질량M인 추를 부착한다. 이때, 마스타 타이어의 상면에는 추에 의한 언밸런스가 발생하는 반면, 하면에는 언밸런스가 없는 상태이다.

다음으로, 회전드럼 하중기구(304)를 구동시켜, 50 - 80 [kgf] 정도의 힘에서 회전드럼(301)이 마스타 타이어를 누르도록 한다. 다시 말하면, 로드셀(304a)의 출력이 50 - 80 [kgf] 를 나타내도록, 회전드럼 하중기구(304)를 구동한다. 회전드럼(301)이 마스터 타이어를 누르는 힘의 크기는 본 캘리브레이션을 통해서 고정된다. 이 크기를 FD라고 한다.

다음으로, 모터(302)를 구동시켜 회전드럼(301)을 회전시킨다. 이때 마스타 타이어는 회전드럼과 함께 회전한다. 로터리 엔코더(205)의 출력에서 마스타 타이어의 회전수가 소정의 회전수N이 되는 것이 감지되면, CPU(401)(도 2)는, I/O 인터페이스(403)를 제어하여, 로드셀(501,502)의 출력을 얻는다.

CPU(401,도 1)는, 로드셀의 출력에서,로드셀(501,502)이 받은 힘의 반경방향 성분을 얻는다. 여기서 얻은 값을 TF₃(θ), TF₄(θ)라 한다. TF₃(θ)는 상측 로드셀(501)의 출력에서 얻은 값이며, TF₄(θ)는 하측 로드셀(502)의 출력에서 얻은 값이다. 또한, θ는 스핀들(201)의 위상이다.

이 경우, 타이어에 발생하는 힘은, 타이어의 언밸런스에 의해 발생하는 원심 력과 등가로 보이는 힘과, 회전드럼(301)이 타이어를 누르는 힘이 합성된 힘이다. 따라서, 마스타 타이어의 상면에 발생하는 힘의 반경방향 성분은, 최대치가 M × s × (2π × N)²+ FD/2 , 최소치가 M × s × (2π × N)²- FD/2 인 정현파에 근사하고, 그 위상은 추가 부착된 위치에 따라서 결정된다. 이 함수를 Fm₃(θ)라고 한다. 마스타 타이어의 상면에 작용하는 힘의 반경방향 성분중에, 상측 로드셀(501)이 받는 힘의 비율 β₁및 하측 로드셀(502)가 받는 비율 (1 - β₁)은, 마스타 타이어의 상면에 작용하는 힘의 크기와는 관계없이 일정하다고 생각된다. 따라서, Fm₃(θ)와 TF₃(θ), TF₄(θ)를 비교함으로써 β₁을 산출할 수 있다. 구체적으로는 β₁= Fm₃(θ)/ TF₃(θ)이다.

다음으로, 회전드럼 하중기구(304)을 구동하여, 힘 FD에서 회전드럼(301)이 마스타 타이어를 누르도록 한다.

다음으로, 모터(302)를 구동시켜 회전드럼(301)을 회전시킨다. 이때 마스타 타이어는 회전드럼과 함께 회전한다. 로터리 엔코더(205)의 출력에서 마스타 타이어의 회전수가 소정의 회전수N이 되는 것이 감지되면, CPU(401,도 2)는, I/O 인터페이스(403)를 제어하여, 로드셀(501)(502)의 출력을 얻는다.

CPU(401,도 1)는, 로드셀의 출력에서,로드셀(501,502)이 받은 힘의 반경방향 성분을 얻는다. 여기서 얻은 값을 BF₃(θ), BF₄(θ)라 한다. BF₃(θ)는 상측 로드셀(501)의 출력에서 얻은 값이며, BF₄(θ)는 하측 로드셀(502)의 출력에서 얻은 값이다. 또한, θ는 스핀들(201)의 위상이다.

이 경우, 타이어에 발생하는 힘은, 타이어의 언밸런스에 의해 발생하는 원심력과 등가로 보이는 힘과, 회전드럼(301)이 타이어를 누르는 힘이 합성된 힘이다. 따라서, 마스타 타이어의 하면에 발생하는 힘의 반경방향 성분은, 최대치가 M × s × (2π × N)²+ FD/2 , 최소치가 M × s × (2π × N)²- FD/2 인 정현파에 근사하고, 그 위상은 추가 부착된 위치에 따라서 결정된다. 이 함수를 Fm₄(θ)라고 한다. 마스타 타이어의 하면에 작용하는 힘의 반경방향 성분중에, 상측 로드셀(501)이 받는 힘의 비율 β₂및 하측 로드셀(502)가 받는 비율 (1 - β₂)은, 마스타 타이어의 상면에 작용하는 힘의 크기와는 관계없이 일정하다고 생각된다. 따라서, Fm₄(θ)와 BF₃(θ), BF₄(θ)를 비교함으로써 β₂을 산출할 수 있다. 구체적으로는 β₂= Fm₄(θ)/ BF₃(θ)이다.

이상에서 구한 β₁,β₂를 이용하여, 로드셀(501,502)의 출력에서, 타이어의 상면에 가해지는 힘과 타이어의 상면에서 발생하는 가진력과의 합력, 그리고 타이어 하면에 가해지는 힘과 타이어의 하면에서 발생하는 가진력과의 합력을 산출하는 것이 가능하다. 즉,어떤 타이어에서, 타이어의 상면에 가해지는 힘과 타이어의 상면에서 발생한 가진력과의 합력중 반경방향 성분을 RTW, 타이어의 하면에 가해지는 힘과 타이어의 하면에서 발생하는 가진력과의 합력중 반경방향 성분을 RBW라고 한다. 그리고, 상면 로드셀(501)에 의해 검출된 힘의 반경방향 성분을 MF₃,하측 로드셀(502)에 의해 검출된 힘의 반경방향 성분을 MF₄라 한다. 여기서 RTW, RBW, MF₃MF₄의 사이에는 아래의 식(4)와 같은 관계가 성립한다.

MF₃= RTW ×β₁+ RBW ×β₂

MF₄= RTW ×( 1 - β₁) + RBW ×(1 - β₂) .......식(4)

식(4)로부터 RTW, RBW는 식(5)에 의해서 산출되는 것을 알 수 있다.

RTW = (( 1 - β₂) × MF₃- β₂× MF₄))/(β₁- β₂)

RBW = (( 1 - β₁) × MF₃- β₁× MF₄))/(β₂- β₁) .......식(5)

이상의 캘리브레이션에 의해 산출된 계수를 이용해서, 타이어의 동적 밸런스 및 균일성을 측정한다.

도 3은, 측정장치(1)을 이용한 타이어의 동적밸런스와 균일성의 측정과정을 보여주는 타임차트이다. 이 측정과정에서는, 하나의 타이어에 대해, 동적밸런스 측정, 고속 균일성 측정, JASO C 607규격에 의한 균일성 측정을 연속하여 실시한다. 도 3은 횡축에 경과시간, 종축에 타이어 회전수로 한 타임차트이다. 이하 일련의 시험은 측정장치(1)의 메모리(402,도 2)에 저장된 프로그램을 실행하는 CPU(401)에 의해 실시된다.

먼저, 타이어를 스핀들(201)에 부착하고, 탑 어댑터(203)에 의해 타이어를 스핀들(201)에 고정한다.

다음으로, 회전드럼(301)을 타이어에 접촉시킨다. 그리고, 회전드럼(301)을 타이어에 150[kgf]의 힘으로 누른다.(도 3: S101 (0［sec］)). 이 압축력은 차량의 중량을 타이어의 수로 나누어서 결정된다. 일반적으로, 압축력은 200[kgf] 와 1000[kgf]의 사이이다. 다음으로, 이 상태에서 회전드럼(301)을 회전시켜(따라서 회전드럼(301)에 접촉하고 있는 타이어도 회전드럼(301)과 함께 회전한다) 타이어의 회전수가 1000[rpm]이 될 때까지 회전드럼(301)을 가속한다(도 3: S102 (0-2［sec］)). 그리고, 회전드럼(301)이 타이어를 누르는 압축력은 50[kgf]로 한다(도 3:S103 (2-3［sec］)).

이 압축력은 회전드럼(301)과 타이어(W)사이에 마찰력을 발생시키며, 마찰력의 크기는 회전드럼이 자유회전하지 않을 만큼 크고, 로드셀(501)(502)에 의해 측정된 힘의 측정오차 보다는 작아야 한다. 일반적으로는, 압축력은 50 - 80[kgf]이다.

본 발명의 실시예에서는, 회전드럼(301)이 회전을 시작하여 타이어의 회전수가 1000[rpm]이 되기까지 요구되는 시간은 2초이다. 또한,타이어의 회전수가 1000[rpm]이 된 후에 회전드럼(301)이 타이어를 누르는 압축력이 50[kgf]가 될 때까지 요구되는 시간은 1초이다. 따라서, 타이어의 가진력 측정개시까지 타이어는 수평방향으로 50 - 150[kgf]의 하중을 받으면서 30회 이상 회전한다. 그 결과, 타이어는 아래쪽으로 힘을 받게 되어 타이어의 회전축과 스핀들(201)의 회전축은 거의 일치하게 된다.

다음으로, 스핀들(201)의 회전중에 로드셀(501,502)에 걸리는 부하의 변동 을 검출한다(도 3: S104 (3 - 6［sec］)). 이것은, 타이어의 동적 밸런스를 측정하기 위한 검출이다. 로드셀(501,502)은 상호 직교하는 3성분을 측정할 수 있지만, 동적 밸런스를 측정하는 때에 필요한 것은 임의의 수평방향 성분이다. 본 발명의 실시예에서는, 회전드럼(301)에서 타이어에 가해지는 하중의 영향을 제거하기 위해서, 부하변동의 전후방향 성분을 검출하고 있다. 검출된 부하변동의 성분을 식(3)에 대입하여, 타이어의 상면과 하면 각각에 대해서, 동적 언밸런스 때문에 발생하는 원심력과 거의 등가의 값이 구해진다. 이 원심력은 타이어의 위상(θ)의 함수로 표시된다. 여기에서,타이어의 상면에 작용하는 원심력을 FT₁(θ), 타이어의 하면에 작용하는 원심력을 FT₂(θ) 라고 한다. FT₁(θ), FT₂(θ)의 단위는 [kgf]이다.

FT₁(θ) 와 FT₂(θ)에서, 타이어의 언밸런스가 발생하는 위상 및 언밸런스의 크기를, 타이어의 상면과 하면 각각에 대해서 산출한다. 즉, 타이어의 상면에서 언밸런스가 발생하는 위상은 FT₁(θ)가 최대가 되는 위상(이하 "θmax₁" 라 한다)이고, 타이어의 하면에서 언밸런스가 발생하는 위상은 FT₂(θ)가 최대가 되는 위상(이하 "θmax₂" 라 한다)이다. 또한, 타이어 상면에서의 언밸런스의 크기( UB₁) 및 타이어 하면에서의 언밸런스의 크기( UB₂)는 식(6)에 의해 산출된다.

UB₁= FT₁(θmax₁) × 9.8 / (6000 × 2π)²

UB₂= FT₂(θmax₂) × 9.8 / (6000 × 2π)² ...(6)

UB₁과 UB₂의 단위는 [kg m]이다. 따라서, 상면측의 언밸런스를 제거하기 위해서는, 위상이 θmax₁이고 타이어의 회전축으로부터 거리 s₁[m] 만큼 떨어진 위치에서 타이어의 상면에서 UB₁/s₁의 중량을 제거하면 된다. 유사하게, 하면측의 언밸런스를 제거하기 위해서는, 위상이 θmax₂이고 타이어의 회전축으로부터 거리 s₂[m] 만큼 떨어진 위치에서 타이어의 하면에서 UB₂/s₂의 중량을 제거하면 된다. 또한, 이러한 언밸런스는 타이어의 불균일성의 하나의 요인이 되므로 이러한 언밸런스를 제거하는 것에 의해서 타이어의 불균일성이 감소한다.

다음으로, 회전드럼(301)이 타이어를 누르는 압력을 500[kgf]로 하고, 고속 균일성 시험을 실시한다(도 3: S105 (6 - 11［sec］)). 본 실시예에서는, 고속 균일성 시험시 타이어의 회전수는 1000[rpm]으로 하는데, 이것은 직경 600 - 700 [mm]의 승용차 타이어를 장착한 승용차가 시속 110 - 130[km]로 주행하는 상황을 가정한 것이다. 따라서, 만약 반경이 조금 작거나 큰 타이어의 경우에는 시험시에 타이어의 원주방향 속도가 100 - 140[km]가 되도록 다른 회전수로 회전시킨다. 로드셀(501,502)에서 타이어가 받는 부하변동을 검출한다. 이 부하변동에서, 타이어 상면의 RFV 및 TFV, 타이어 하면의 RFV 및 TFV, 그리고 타이어 전체의 LFV를 측정한다.

다시 말하면, 로드셀(501)(502)가 받은 3차원 벡터량의 부하는, CPU(401)에 의해서 반경방향, 측면방향(타이어 회전축방향), 전후방향으로 분해된다. 이들은 타이어의 위상(θ)의 함수로 표현된다. 상측 로드셀(501,도 1)이 받은 반경방향,측면방향, 전후방향의 힘을 각각 TRF(θ), TLF(θ), TTF(θ) 라 한다. 하측 로드셀(502,도 1)이 받은 반경방향, 측면방향, 전후방향의 힘을 각각 BRF(θ), BLF(θ ), BTF(θ) 라 한다.

다음으로, 식(7)을 이용해서,TRF(θ), TLF(θ), TTF(θ), BRF(θ), BLF(θ), BTF(θ)로부터, 타이어 상면의 RFV,TFV 및 타이어 하면의 RFV,TFV 그리고 전체 LFV를 연산한다.

상면의 RFV : ((1-β₂)TRF(θ)- β₂BRF(θ)) / (β₁- β₂)의 변동폭

상면의 TFV : ((1-α₂)TTF(θ)- α₂BTF(θ)) / (α₁- α₂)의 변동폭

하면의 RFV : ((1-β₁)TRF(θ)- β₁BRF(θ)) / (β₂- β₁)의 변동폭

하면의 TFV : ((1-α₁)TTF(θ)- α₁BTF(θ)) / (α₂- α₁)의 변동폭

전체 타이어의 LFV : TLF(θ) + BLF(θ)의 변동폭 ...(7)

다음으로, JASO C607규격에 의해 균일성 시험을 실시한다. 즉 회전드럼(301)을 감속시켜 타이어를 60[rpm]으로 회전시킨다(도 3: S106 (11 - 14[sec])). 그리고,로드셀(501,502)에서 타이어(C)가 받는 부하변동을 검출한다(도 3: S107 (14 - 17[sec])). 상측 로드셀(501,도 1)이 받은 반경방향, 측면방향, 전후방향의 힘을 각각 TRF(θ), TLF(θ), TTF(θ) 라 한다. 하측 로드셀(502)이 받은 반경방향, 측면방향, 전후방향의 힘을 각각 BRF(θ), BLF(θ), BTF(θ) 라 하면, 타이어의 RFV, LFV, TFV는 식(8)을 이용해서 산출된다.

RFV : TRF(θ) + BRF(θ)의 변동폭

LFV : TLF(θ) + BLF(θ)의 변동폭

TFV : TTF(θ) + BTF(θ)의 변동폭 ...식(8)

다음으로 타이어와 회전드럼(301)의 회전을 일단정지하고, 반대방향으로 타 이어를 60[rpm]으로 회전시킨다(도 3: S108 (17 - 18[sec])). 그리고, 예열운전을 행한다(도 3: S109 (18 - 20[sec])). 그리고 로드셀(501,502)에서,타이어가 받는 부하변동을 검출하고(도 3: S110 (20 - 23[sec])), 식(8)을 이용해서, 검출된 부하변동에 기초하여 균일성을 계산한다. 그리고, 타이어와 회전드럼(301)을 감속하여(도 3: S111 (23 - 24[sec])), 회전을 정지시킨다(도 3: S112 (24[sec])).

이상의 순서에 의한 측정이 끝난 타이어는 측정장치(1)에서 분리하여, 절삭장치에서 버프-수정하고, 타이어의 상면 및/또는 하면에서 언밸런스 성분을 제거한다.

이상과 같이, 본 실시예에 기초하여 타이어의 균일성을 측정하는 것에 의해, 타이어의 상면 및/또는 하면에 큰 불균일성이 있는 타이어를 구별할 수 있게 된다. 또한, 본 실시예에 의하면, 타이어의 상면 및/또는 하면에 발생하는 동적 언밸런스를 제거할 수 있다. 따라서, 타이어의 불균일성중에 동적 언밸런스에 기인한 요소를 제거할 수 있고, 다시 말해 타이어의 불균일성을 감소시킬 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 2개의 로드셀이 받은 힘에서, 타이어 상면이 받은 힘과 타이어 상면에 발생한 가진력과의 합력 그리고 타이어 하면이 받은 힘과 타이어 하면에 발생한 가진력과의 합력을 구하는 구성으로 되어 있으나, 유사한 원리에 기초하여 보다 많은 수의 로드셀 출력에서 타이어의 각 면이 받는 힘과 타이어의 각 면에 발생하는 가진력를 계산하는 구성으로 하는 것도 가능하다.

상기 실시예에서는, JASO C 607규격의 균일성시험, 고속 균일성시험, 그리고 동적 밸런스시험을 연속해서 하는 구성을 하고 있으나, 본 발명은 상기의 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명에 의한 측정장치는 일반적으로는 균일성시험만 행하고, 균일성시험에 의해 소정치 이상의 불균일성이 검출된 때에만 동적 밸런스시험을 행하는 구성으로 하는 것도 가능하다. 이러한 실시예를 이하에서 설명한다.

도 4는 제 2실시예에서 측정장치(1)를 이용한 타이어의 동적 밸런스와 불균일성의 측정순서를 나타내는 타임차트이다. 본 실시예에서는 하나의 타이어에 대해서 고속 균일성측정, JASO C 607 규격에 의한 균일성 측정을 실시한다. 또한, 고속 균일성측정후 그 결과에 따라서 동적 밸런스시험을 실시한다. 도 4는 도 3과 유사하게, 횡축을 경과시간, 종축을 타이어의 회전수로 한 타임차트이다. 이하 일련의 시험은 측정장치(1)의 메모리(402,도 2)에 저장된 프로그램을 CPU(401)이 실행하는 것에 의해 실시된다. 또한 상기 측정에 앞서서 미리 제 1실시예와 유사한 캘리브레이션을 행한다.

우선, 타이어를 스핀들(201)에 부착하고, 탑 어댑터(203)에 의해서 타이어를 스핀들(201)에 고정한다.

다음으로, 회전드럼(301)을 타이어에 밀착시키고, 회전드럼(301)을 타이어에 150[kgf]의 힘으로 누른다(도 4: S201 (0 [sec])). 그리고는, 이 상태에서 회전드럼(301) 회전시켜(따라서 회전드럼(301)와 밀착된 타이어도 회전드럼(301)과 같이 회전한다), 타이어의 회전수가 1000[rpm]이 될 때까지 회전드럼(301)을 가속한다(도 4: S202 (0 - 2[sec])). 그리고 회전드럼(301)이 타이어를 누르는 압축하중은 500[kgf]로 한다(도 4: S203 (2 - 4[sec])).

본 발명의 본 실시예에서는, 회전드럼(301)이 회전 시작부터 타이어의 회전수가 1000[rpm]이 될 때까지 요구되는 시간은 2초이다. 또한 타이어의 회전수가 1000[rpm]이 된 후, 회전드럼(301)이 타이어를 누르는 압축하중이 500[kgf]가 될 때까지 요구되는 시간은 2초이다. 따라서, 타이어의 가진력 측정 시작까지 타이어는 수평방향에 50 - 500[kgf]의 하중을 받으면서 30회 이상 회전한다. 그 결과, 타이어는 아래쪽으로 힘을 받아서 타이어 회전축과 스핀들(201)의 회전축은 거의 일치하게 된다.

다음으로, 스핀들(201)의 회전중에 로드셀(501)(502)에 걸리는 부하의 변동을 검출한다(도 4: S204 (4 - 8［sec］)). 이것은, 타이어의 고속 균일성를 측정하기 위한 검출이다. 본 실시예에서는, 고속 균일성 시험시 타이어의 회전수는 1000[rpm]으로 하는데, 이것은 직경 600 - 700 [mm]의 승용차 타이어를 장착한 승용차가 시속 110 - 130[km]로 주행하는 상황을 가정한 것이다. 따라서, 만약 반경이 조금 작거나 큰 타이어의 경우에는 시험시에 타이어의 원주방향 속도가 100 - 140[km]가 되도록 다른 회전수로 회전시킨다. 로드셀(501)(502)에서 타이어가 받는 부하변동을 검출한다. 이 부하변동에서, 타이어 상면의 RFV 및 TFV, 타이어 하면의 RFV 및 TFV, 그리고 타이어 전체의 LFV를 측정한다. 측정방법은 본 발명의 제 1실시예와 유사하므로 설명은 생략한다.

다음으로, 타이어 상면 및 하면의 REF가 소정의 기준치(예를 들어 RFV = 10[kgf ㆍm], TFV = 8[kgfㆍm])를 상회하는지 여부를 판정한다(도 4: S204a ( 8［sec］)). 만약 타이어의 상면이나 하면중 하나의 REF가 기준치 이상인 경우, 계속 해서 동적 밸런스와 JASO C 607규격에 의해 균일성측정을 행한다. 이 경우, 타이어의 회전수는 도 4의 파선을 따라서 변동한다.

다음으로, 회전드럼(301)이 타이어를 누르는 압축하중은 50[kgf]로 하고, 타이어의 동적 밸런스를 측정한다(도 4: S214 ( 8 - 11［sec］)). 동적 밸런스 측정방법은 제 1실시예와 유사하므로 설명은 생략한다.

다음으로, JASO C 607규격에 따라 균일성시험을 실시한다. 즉, 회전드럼(301)을 감속하여, 타이어를 60[rpm]으로 회전시키면서 회전드럼(301)이 타이어를 누르는 압축하중을 500[kgf]로 한다(도 4: S215 ( 11 - 13［sec］)). 그리고, 로드셀(501)(502)에서 타이어가 받는 부하변동을 검출한다(도 4: S216 ( 13 - 17［sec］)). 부하변동에서 균일성을 측정하는 방법은 제 1실시예와 유사하므로 설명은 생략한다.

다음으로, 타이어와 회전드럼(301)의 회전을 일단 정지하고, 반대방향으로 60[rpm]으로 회전시킨다(도 4: S217 ( 17 - 18［sec］)). 그리고 예열운전을 행한다(도 4: S218 ( 18 - 20［sec］)). 로드셀(501)(502)에서 타이어가 받는 부하변동을 검출하고(도 4: S219 ( 20 - 23［sec］)), 검출된 부하변동에 기초해서 균일성을 측정한다. 그리고 타이어 및 회전드럼(301)을 감속시켜(도 4: S220 ( 23 - 24［sec］)), 회전을 정지시킨다(도 4: S221 ( 24［sec］)).

이상의 순서에 의한 측정이 끝난 타이어는 계측장치(1)에서 분리하여, 절삭장치에서 버프-수정하고, 타이어의 상면 및/또는 하면에서 언밸런스 성분을 제거한다.

한편, S204a에서는, 타이어의 상면 및 하면 양쪽의 REF가 모두 기준치의 미만인 경우, 계속해서 동적 밸런스와 JASO C 607규격에 의해 균일성측정을 행한다. 이 경우, 타이어의 회전수는 도 4의 실선을 따라서 변동한다.

회전드럼(301)을 감속하여, 타이어를 60[rpm]으로 회전시킨다(도 4: S205 ( 9 - 11［sec］)). 그리고, 로드셀(501)(502)에서 타이어(C)가 받는 부하변동을 검출한다(도 4: S206 ( 11 - 14［sec］)). 부하변동에서 균일성을 측정하는 방법은 제 1실시예와 유사하므로 설명은 생략한다.

다음으로, 타이어와 회전드럼(301)의 회전을 일단 정지하고, 반대방향으로 60[rpm]으로 회전시킨다(도 4: S207 ( 14 - 15［sec］)). 그리고 예열운전을 행한다(도 4: S208 ( 15 - 17［sec］)). 로드셀(501)(502)에서 타이어가 받는 부하변동을 검출하고(도 4: S209 ( 17 - 20［sec］)), 검출된 부하변동에 기초해서 균일성을 측정한다. 그리고 타이어 및 회전드럼(301)을 감속시켜(도 4: S210 ( 20 - 21［sec］)), 회전을 정지시킨다(도 4: S211 ( 21［sec］)).

이상과 같이, 본 실시예에 의하면, 균일성 시험 도중에 회전드럼(301)이 타이어를 누르는 하중을 50 - 80 [kgf]로 감소시켜서 동적 언밸런스와 등가로 보이는 값을 측정가능하므로, 타이어의 회전을 정지시키지 않고 동적 밸런스 측정이 필요한 경우에는 즉시 동적 밸런스시험을 개시할 수 있다.

Claims

타이어 균일성 측정방법에 있어서,

타이어를 균일성 측정장치의 스핀들에 장착하는 단계;

제 1 압축력으로 회전드럼의 원주면을 타이어의 접지면에 대하여 누르는 단계;

상기 타이어의 회전축 주위로 타이어를 회전시키는 단계;

상기 타이어 회전중에, 회전축에 수직인 타이어의 한쪽 측벽의 제 1 면과 회전축에 수직인 타이어의 다른 쪽 측벽의 제 2 면에 각각 작용하는 힘을, 회전축방향에서 타이어로부터 거리가 서로 다른 제 1 위치 및 제 2 위치에서 타이어로부터 스핀들에 전해진 힘을 측정한 결과에 기초하여 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 균일성 측정방법.
제 1 항에 있어서, 상기 방법은 상기 제 1 면과 상기 제 2 면에 각각 작용하는 힘을 타이어와 회전드럼 양쪽에 모두 접선방향인 성분으로 각각 계산하는 것을 특징으로 하는 타이어 균일성 측정방법.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 면은 타이어의 한쪽 측벽을 포함하고 제 2 면은 다른 쪽 측벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 균일성 측정방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 압축력은 타이어가 장착된 차량의 무게를 상기 차량에 장착된 타이어의 수로 나누어서 결정되는 것을 특징으로 하는 타이어 균일성 측정방법.
제 4 항에 있어서, 상기 방법은 타이어 회전중에 상기 회전드럼의 원주면이 타이어의 접지면을 제 2 압축력으로 누를 때, 타이어가 타이어의 제 1 면과 제 2 면에 작용하는 힘을 측정하고, 상기 제 2 압축력은 회전드럼과 타이어 사이에 마찰력을 발생시키고, 마찰력의 크기는 회전드럼이 자유회전하지 않을 정도로 크며 상기 제 1 위치와 제 2 위치에서 측정된 힘의 측정오차보다 작은 것을 특징으로 하는 타이어 균일성 측정방법.
제 5 항에 있어서, 상기 회전드럼의 원주면이 타이어의 접지면을 상기 제 1 압축력으로 누를 때 타이어가 타이어의 제 1 면과 제 2 면에 작용하는 힘 중 어느 하나가 소정의 값을 초과하는 경우, 상기 회전드럼의 원주면이 타이어의 접지면을 누르는 힘을 제 2 압축력으로 변경하여, 타이어가 타이어의 제 1 면과 제 2 면에 작용하는 힘을 측정하는 것을 특징으로 하는 타이어 균일성 측정방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 밸런스 조정된 타이어의 제 1 면의 소정의 위치에 소정중량의 추가 부착된 경우와 밸런스 조정된 타이어의 제 2 면의 소정의 위치에 소정중량의 추가 부착된 경우에 제 1 위치와 제 2 위치에서 측정한 힘의 결과를 이용하여 균일성 측정장치의 캘리브레이션이 행해지는 것을 특징으로 하는 타이어 균일성 측정방법.
타이어 균일성 측정장치에 있어서,

타이어를 상기 타이어의 회전축 주위로 회전시키기 위한 스핀들;

상기 타이어 접지면을 제 1 압축력으로 누르고, 타이어의 회전에 따라 그 회전축 주위로 회전하도록 적용된 회전드럼;

상기 타이어로부터 스핀들에 전달되는 힘을, 회전축 방향에서 상기 타이어로부터의 거리가 서로 다른 제 1 위치 및 제 2 위치에서 측정하는 센서;

상기 센서의 측정결과에 기초하여, 회전축에 수직인 타이어의 한쪽 측벽의 제 1 면과 회전축에 수직인 타이어의 다른 쪽 측벽의 제 2 면 각각에 타이어가 작용하는 힘을 산출하는 연산수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 균일성 측정장치.
제 8 항에 있어서, 상기 연산수단은 제 1 면과 제 2 면에 각각 작용하는 힘을 타이어와 회전드럼 양쪽에 모두 접선방향인 성분으로 각각 산출하는 것을 특징으로 하는 타이어 균일성 측정장치.
제 8 항에 있어서, 상기 제 1 면은 타이어의 한쪽 측벽을 포함하고 상기 제 2 면은 다른 쪽 측벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 균일성 측정장치.
제 8 항에 있어서, 상기 제 1 압축력은 타이어가 장착된 차량의 무게를 상기 차량에 장착된 타이어의 수로 나누어서 결정되는 것을 특징으로 하는 타이어 균일성 측정장치.
제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정장치는 타이어 회전중에 상기 회전드럼의 원주면이 타이어의 접지면을 제 2 압축력으로 누를 때, 타이어가 타이어의 제 1 면과 제 2 면에 작용하는 힘을 측정하고, 상기 제 2 압축력은 회전드럼과 타이어 사이에 마찰력을 발생시키고, 상기 마찰력의 크기는 회전드럼이 자유회전하지 않을 정도로 크며 제 1 위치와 제 2 위치에서 측정된 힘의 측정오차보다 작은 것을 특징으로 하는 타이어 균일성 측정장치.
제 12 항에 있어서, 상기 회전드럼의 원주면이 타이어의 접지면을 상기 제 1 압축력으로 누를 때 타이어가 타이어의 제 1 면과 제 2 면에 작용하는 힘 중 어느 하나가 소정의 값을 초과하는 경우, 상기 회전드럼의 원주면이 타이어의 접지면을 누르는 힘을 제 2 압축력으로 변경하여, 타이어가 타이어의 제 1 면과 제 2 면에 작용하는 힘을 측정하는 것을 특징으로 하는 타이어 균일성 측정장치.
제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 타이어가 상기 제 1 면과 제 2 면에 작용하는 힘의 변동폭을 감소시키기 위해 타이어를 절삭하기 위한 절삭수단을 더 포함하며, 상기 힘은 상기 회전드럼이 타이어의 접지면을 제 1 압축력으로 누를 때 측정되는 것을 특징으로 하는 타이어 균일성 측정장치.
제 12 항에 있어서, 상기 타이어가 상기 제 1 면과 제 2 면에 작용하는 힘의 변동폭을 감소시키기 위해 타이어를 절삭하기 위한 절삭수단을 더 포함하며, 상기 힘은 상기 회전드럼이 타이어의 접지면을 제 2 압축력으로 누를 때 측정되는 것을 특징으로 하는 타이어 균일성 측정장치.
제 8 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 타이어가 제 1 면과 제 2 면에 작용하는 힘의 변동폭을 감소시키기 위해 절삭되어야 할 타이어의 위치와 양을 표시하기 위한 마킹수단을 더 포함하며, 상기 힘은 상기 회전드럼이 타이어의 접지면을 제 1 압축력으로 누를 때 측정되는 것을 특징으로 하는 타이어 균일성 측정장치.
제 12 항에 있어서, 상기 타이어가 제 1 면과 제 2 면에 작용하는 힘의 변동폭을 감소시키기 위해 절삭되어야 할 타이어의 위치와 양을 표시하기 위한 마킹수단을 더 포함하며, 상기 힘은 상기 회전드럼이 타이어의 접지면을 제 2 압축력으로 누를 때 측정되는 것을 특징으로 하는 타이어 균일성 측정장치.