【手続補正書】
【提出日】平成15年12月24日(2003.12.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】タイヤ内の異常検出方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】ホイールもしくは分割型リム上にタイヤを搭載するステップと、
前記タイヤを膨張させるステップと、
単一位相の単色光により前記タイヤを照明するステップと、
前記タイヤを歪ませる応力を加えるステップと、
歪んだ時にタイヤ上に現れる光の干渉縞の変化を観察するステップとを含む、タイヤ内の異常検出方法。
【請求項２】干渉縞により示されるタイヤ内の応力パターンを分析するステップを含む、請求項１記載のタイヤ内の異常検出方法。
【請求項３】力変動機械上の荷重ホイール、フラットトラック、もしくはステップ荷重機械を使用してタイヤに応力を加える、請求項１または請求項２記載のタイヤ内の異常検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はタイヤ内の異常を検出する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術で、一般的にシヤログラフィー（ｓｈｅａｒｏｇｒａｐｈｙ）が知られており、１９７２年にＹ．Ｙ．Ｙｕｎｇにより発明されたものである。シヤログラフィー試験法では、試験表面がコヒーレントなレーザ光により照明され、反射光が複屈折（２つの光軸を有する）クリスタルへ通される。光は複屈折クリスタルを通過した後で分割されて物体から反射され、このようにして生成された２つの光路が互いに重ね合わされて位相感知情報が生成される。光は単色光であり、光路は同じ長さではないため、２つの光波の波長が半波長位相がずれているところでは常に、光波は互いに干渉してゼロポイント、すなわち暗領域を作り出す。被照明物体の寸法の僅かな変化が、反射光の光路に僅かな変化を生じさせ、前に得られた反射光と照合させると明と暗の干渉縞が生じる。干渉縞の各環状縞は、その環状縞と反対の色の隣接環状縞との間の（すなわち、明暗間の）半波長の差を表す。
【０００３】
従来技術では、この現象を使用して航空機のタイヤの内部の静止画像を形成しインナーライナーの完全性を調べていた。インナーライナーがカーカスに密着して接着していない場合には、付着力を欠く領域は膨らみがちであり、この膨らみはその周りに形成される干渉縞により検出される。
【０００４】
同様に、しばしばホログラフィーが物体の歪みを検出するために使用される。しかしながら、ホログラフィーではビームスプリッターが使用され、分割された光線の光路長差により物体上に光の干渉縞が生成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のホログラフィーおよびシヤログラフィーに共通していることは、調査すべき物体上で光線の再生による干渉縞に基づいて異常を検出できることであるが、従来の方法では静止画像により異常を表示するために、異常による応力パターンを動的に検出できないという欠点がある。
【０００６】
本発明の目的は、歪み可能な物体内の異常のうち、特にタイヤ内の異常を動的に検出して、異常部分の応力パターンを容易に分析しうる方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
歪み可能な物体内の異常は、２つ以上の光線に分離された単一位相の単色光により物体を照明するステップと、圧迫もしくは膨張により物体を歪ませるステップと、歪む時の物体上の干渉縞を観察するステップと、干渉縞により示される応力パターンを分析するステップとによって検出することができる。オペレータは発現するパターンをＣＣＤカメラを使用してビデオテープ上に記録したり、ＣＣＤ（チャージカップリングデバイス）カメラを使用して信号をデジタル化して記録することができる。例示した方法では、偏光させたレーザ光を使用して物体を照明する。この方法には、干渉縞な中の縞の数をカウントして物体の歪量を測定するステップを含み、歪みによって発現する各縞は、物体を照明するのに使用する単色光の波長の１／２の長さから成る。
【０００８】
特に、歪み可能な物体がタイヤである場合は、ホイールもしくは分割型リム上にタイヤを搭載するステップと、タイヤを膨張させるステップと、単一位相の単色光によりタイヤを照明するステップと、タイヤを歪ませるための応力を加えるステップと、歪んだ時のタイヤ上の干渉縞を観察するステップとによって異常を検出することができる。
【０００９】
ここでも、タイヤ上に現れる動的な干渉縞を記録することができ、オペレータは干渉縞により示されるタイヤ内の動的な応力パターンを分析することができる。
【００１０】
タイヤをチャンバー内に配置して排気することにより、タイヤに応力を加えることができる。別の実施例では、力変動機械上の荷重ホイール、又はフラットトラック、ステップ荷重テスト機械、もしくは音響振動を使用してタイヤへ応力を加えることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明により広範な製品に使用できる非破壊試験方法が提供されるが、ここでは特に膨張したタイヤの非均一応力領域の位置を確定して表示することに関連して本発明を説明する。この試験方法は、例えば、タイヤのサイドウォールの膨らみ、谷および継ぎ目の異常、コード滅失、タイヤの中のベルトエッジおよび折り返しエッジを表示するために動的に使用することができる。
【００１２】
従来技術では、完成されたタイヤ内の構造部品の剥離や接着不良の層の位置を確定して表示するために、ホログラフィーおよびシヤログラフィーが静的に使用されていた。
【００１３】
本発明の方法では、光再生技術を使用して被試験すなわち被測定物体上に干渉縞が生成される。“光再生”とはホログラフィーにおけるように、ビームスプリッターを使用して単色光を分割するか、シヤログラフィーにおけるように、複屈折クリスタルにより光線を分離するか、あるいは当業者には周知の他の手段により光線を分離し、そして分離された光線を同時に特定の物体へ送出して、物体内の寸法異常個所の周りに干渉縞を生成させることを意味する。
【００１４】
ここでは一般的に物体の外側の観察について説明を行うが、本方法は物体の内側の観察にも使用することができる。例えば、タイヤの内側の観察に使用する場合には、分割型リムが係合された時にタイヤの内側になるように、レーザおよび検出装置を分割型リム上に載置する。
【００１５】
本発明の試験方法を使用すれば、タイヤ内の動的応力をリアルタイムで観察することができ、そしてビデオテープ上に保持したり、ＣＣＤカメラ等を使用してデジタルに捕捉して分析することができる。例えば、本方法では一般的に標準シヤログラフィー装置を使用してシヤログラフィー像を生成することができ、シヤログラフィー像はＣＣＤ像検出器へ入射される。像はフレームグラバーを使用してメモリ内に保存され後で比較される。
【００１６】
“フレームグラバー”という用語はここでは一連のデジタル値として像がメモリ内に保存される装置およびプロセスを示すのに使用される。本発明には動的プロセスが含まれるため、物体の変化が観察されるビデオテープの各フレームは、デジタル化して分析できるように意図されている。
【００１７】
次に本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。図１において、異常検出装置１０はタイヤ２０を単色光１５で照明するレーザ１２を具備している。本発明では、タイヤ２０はホイール２２上に搭載されて、０．７０−１９．３ｋｇ／ｃｍ2（１０−２７５ｐｓｉ）の圧力まで膨張され、例えば乗用車タイヤについては好ましくは２．１−２．４６ｋｇ／ｃｍ2（３０−３５ｐｓｉ）の圧力まで膨張される。トラックタイヤや航空機タイヤにはより高い圧力を使用することができる。すなわち、好ましくは特定のタイヤの通常のコード応力が観察されるように、正規の膨張近くまでタイヤが膨張される。シヤログラフィー像はタイヤが安定位置にある間に得られ、ホイールは軸２４上で回転されて、タイヤの個別の区間の像が記録され完成される度毎に、タイヤは新しい像に対して位置決めされる。このようにしてタイヤの周囲全体の像を得ることができる。像はビデオカメラ１４により集められる。
【００１８】
実施例では、気密シールによりベース１８へ取り付けられた光学的に透明なドーム１６の下にタイヤおよびホイールが配置されているが、当業者であればレーザ１２およびカメラ１４をドーム１６内部に配置できることを理解できるであろう。被試験物体内に歪みを生成するために、ドーム１６が排気され、ドーム内の圧力が低減するにつれてタイヤ２０が膨張する。もしタイヤ内に異常があれば、すなわち、コードが均一でなかったり、積層されたゴムがカーカスに均一に接着されていなかったり、補強コードが破断されている場合には、タイヤのこのような異常に関連する領域がタイヤのその他の部分よりも急速に膨張するために、歪量に対応する位相のずれが異常部分の周りに生じる。一般的に、シヤログラフィーで現れる各干渉縞の環状縞は光の半波長に対応するため、異常部分のサイズ、すなわち、その高さもしくは深さは、膨張する時に異常により表示される位相のずれの数をカウントして測定することができる。さらに、通常は干渉縞により歪みの輪郭が与えられるため、干渉縞は異常部分の形状を示すことができ、また試験は動的に行われるため、異常部分の成長パターンにより異常部分周りの構造に関する貴重な情報が得られる。したがって、本方法は、従来より更に多くのいくつかの異常部分の他に、物体内の応力集中を検出するのに特に有効である。
【００１９】
当業者であれば本方法は、（真空室無しに）タイヤ内の膨張圧を変化させてさまざまな圧力における歪みの違いを観察することによっても実現できることが理解できるであろう。
【００２０】
もし所望ならば、本方法は完全自動化しかつコンピュータにプログラムして歪みが予め選定した仕様を越える時点を検出して、適切な信号を発することができる。
【００２１】
真空室を使用する場合には、所要の真空度は被試験物体によって決まる。例えば圧力タンク等の鋼製物体は、一つの領域を別の領域と較べて有意の膨張差を検出するのに、タイヤよりも高い真空を必要とする。本発明は０−１，０２ｋｇ／ｃｍ2（０−１４．５ｐｓｉ）の減圧下でも使用できるものである。
【００２２】
タンクを加圧する場合に較べて、本発明の真空を使用して圧力タンクを試験することの利点は、使用する圧力が低いために安全性が高まることである。
【００２３】
被試験物体の歪みは物体に圧力変化を加えて得られるものとして説明してきたが、当業者であれば物体に他の形式の応力も加えられることを理解できるであろう。例えば、タイヤは音響振動させることができ、不均一領域はタイヤのその他の部分とは異なる振動をする。別の方法では、シヤログラフィーユニットを力変動機械と共同して使用することができる。タイヤは力変動機械の、例えば粗面を有する荷重ホイール上で圧迫応力を加えることができ、このような例では、荷重を加えながらタイヤを回転させて転動中に不均一性を調べることができる。
【００２４】
次に図２を参照して、タイヤ２０上に示すシヤログラフィー縞２６は、シヤログラフィーにおいて特徴的な明るい縞３０および暗い縞２８を表している。実施例では、異常部分３２はタイヤを０．９８−１．０２ｋｇ／ｃｍ2（１４−１４．５ｐｓｉ）に減圧した場合に膨らんだタイヤ部分を表す。各縞は１／２波長の寸法変化を表し、実施例では５５８ｎｍ波長の光を使用するため、各縞は２７９ｎｍの高さの差を表す。異常部分が尖った高い膨らみであれば、縞は狭くなり、膨らみの中心の周りに非常に沢山の縞が生じる。なだらかで浅い膨らみであれば、縞は広幅となり、その数は減少する。
【００２５】
実施例では緑色レーザ光を使用したが、当業者であれば赤色、青色およびスペクトルの赤外線部分の光を含む、利用可能な任意の単色レーザ光が、本方法で使用できることを理解できるであろう。使用する光は、被検査物体もしくは使用する検出装置に基づいて選択することができる。例えば、ＣＣＤ（チャージカップリングデバイス）装置を使用してデータがデジタル化される場合には赤外線が好ましい。
【００２６】
特定の膨らみの位置およびサイズは、分析において考慮される要因である。例えば、サイドウォールのショルダー領域の大きい膨らみは、その領域におけるプライコードの剥離を示すことがある。小さい膨らみはプライコードの広がり過ぎを示すことがある。当業者であれば本方法を継続的に使用することにより他の縞模様およびその意味については自明であろう。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、単一位相の単色光によってタイヤを照明し、タイヤを歪ませたときに発生する干渉縞を観察するため、タイヤの歪み量に対応する応力パターンを動的に把握して分析することが可能となるので、従来の静的観察よりも更に多くの異常部分が検出されるほか、タイヤ内の応力集中を検出するのに特に効果を奏する。
【００２８】
本発明について詳細に図示かつ説明してきたが、当業者であれば本発明をさまざまに変形して実施できるであろう。本発明は特許請求の範囲によってのみ制限される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施するのに使用できる装置の１実施例を示す図である。
【図２】被試験物体からのシヤログラフィー縞を示す図である。
【符号の説明】
１０    異常検出装置
１２    レーザ
１４    ビデオカメラ
１５    単色光
１６    ドーム
１８    ベース
２０    タイヤ
２２    ホイール
２４    軸
２６    シヤログラフィー縞
２８    暗い縞
３０    明るい縞
３２    異常部分