用于检测轮胎的印迹区域中的压力分布的方法和系统与流程
本发明涉及用于检测轮胎的印迹区域中的压力分布的方法和系统。
背景技术：
以下文章描述基于光的全内反射的抑制来检测轮胎的印迹区域中的压力分布的方法：“用于法向接触压力测量的光学方法及其于轮胎-道路相互作用的应用(anopticalmethodfornormalcontactstressmeasurementwithapplicationstotire-roadinteraction)”，roth、moore、turner，普利司通/费尔斯通北美轮胎，2004年semx实验与应用力学国际会议和博览会；“光学轮胎接触压力测试台(anopticaltirecontactpressuretestbench)”，castillo、pérezdelablanca、cabrera和simón，机械工程系，马拉加大学，埃尔埃希多校区，29013，马拉加，西班牙-车辆系统动力学，2007年2月；和“用于轮胎印迹压力测量的受抑全内反射测试台的验证(validationofafrustratedtotalinternalreflectiontestbenchfortirefootprintpressuremeasurement)”，cheli、zanoni、sabato、米兰理工大学、倍耐力轮胎-阿克伦2014。
所述方法包括：侧向照射透明板，使得光线在板内传播，与垂直于上表面的线形成大于板材料的临界角度的角度；抵靠表面推压充气轮胎的胎面；以及用放置在板下方的摄像机获取搁置表面的图像。
鉴于光线在搁置表面上的全内反射的抑制的程度(以及因此局部亮度)是由搁置在板上的轮胎的印迹所施加的局部压力的函数，可以通过处理所获取的图像来获得压力分布。
为了改善结果，在胎面与板之间插入薄的片材。
本申请人已经观察到插入的片材的特性在压力分布检测方法的结果的质量中起重要作用，并且在现有技术中该片材没有以最佳方式选择。
本申请人已经提出开发用于检测轮胎的印迹区域中的压力分布的方法的问题，所述方法能够以高灵敏度提供精确的结果。
最后，本申请人已经发现，通过基于特定选择标准选择插入的片材，获得具有上述期望特性的检测方法。
术语“最大允许压力”被理解为允许轮胎充气的最大压力(根据参考标准(例如etrto、nhtsa等)标记在轮胎上的值)。
术语“载荷指数”被理解为轮胎可以承受的最大载荷值(根据参考标准(例如etrto、nhtsa等)标记在轮胎上的值)。
表述“与由片材、板、成束光线和摄像机形成的组件相关联的特性曲线”被理解为一旦已经设置摄像机的操作条件(传感器灵敏度、曝光时间等)，就使施加在片材上的压力值与由摄像机获取的图像中的对应灰度级相互关联的曲线。下面描述用于确定特性曲线的示例性测量测试。应注意，具有用于确定特性曲线的上述操作条件的上述组件是用于执行压力分布检测测试的相同组件。
技术实现要素：
在一个方面，本发明涉及用于检测轮胎的印迹区域中的压力分布的方法。
优选地，设想布置了安装在轮辋上并充气的轮胎。
优选地，设想布置了具有搁置表面的透明材料的板和适于获取所述搁置表面的图像的摄像机。
优选地，设想将成束光线输入到所述板中，所述光线相对于垂直于所述搁置表面的线以一角度传播，所述角度大于与所述搁置表面相关联的内部临界角度。
优选地，设想用力将所述轮胎的胎面抵靠所述搁置表面推压，以在所述搁置表面上产生所述印迹区域，并且设想获取所述印迹区域的图像，所述图像具有满标度灰度级。
优选地，设想处理所述图像以检测所述印迹区域中的所述压力分布。
优选地，设想在获取所述图像期间，将片材插入所述胎面与所述搁置表面之间。
在另一方面，本发明涉及用于检测轮胎的印迹区域中的压力分布的系统。
所述系统包括：具有搁置表面的透明材料的板；适于获取所述搁置表面的数字图像的摄像机；以及光源，其被配置来将成束光线输入到所述板中，所述光线相对于垂直于所述搁置表面的线以一角度传播到所述板中，所述角度大于与所述搁置表面相关联的内部临界角度。
所述系统包括与所述搁置表面接触地放置的片材。
优选地，设想所述片材以满足以下条件的方式选择：
1)在待检测的预定最大压力(包括在1巴与50巴之间)下，与由所述片材、所述板、所述成束光线和所述摄像机形成的组件相关联的特性曲线取得小于或等于所述满标度灰度级的90％的灰度级值。
优选地，设想所述片材以满足以下其他条件的方式选择：
2)所述特性曲线具有一阶导数，所述一阶导数至少在包括在所述最大压力的10％与70％之间的压力范围中大于或等于每巴2灰度级。
优选地，设想所述片材以满足以下其他条件的方式选择：
3)在试运行中，在范围在20°与30°之间的温度下，包括以下八个操作：
a)在大于或等于1巴并且优选小于或等于所述轮胎的最大允许压力的压力下使所述轮胎充气；
b)将所述胎面搁置在所述搁置表面上，其中，所述片材插入所述胎面与所述搁置表面之间；
c)将所述成束光线输入所述板中；
d)用力将所述胎面抵靠所述搁置表面推压，所述力垂直于所述搁置表面并且具有经由一分钟线性地增加直到等于所述轮胎的载荷指数的一半的预定值的值；
e)在垂直力的所述预定值下获取所述印迹区域的第一图像；
f)随后使垂直力的所述值经由一分钟线性地增加直到等于所述载荷指数的最大值，并且随后用等于所述最大值的所述力在等于5分钟的时间间隔内保持所述轮胎抵靠所述搁置表面推压；
g)随后使垂直力的所述值经由一分钟从所述最大值线性地减小到所述预定值并且在所述预定值下获取所述印迹区域的第二图像；
h)通过所述特性曲线将对应的压力值与所述第一图像和所述第二图像的每个像素相关联；
由所述第一图像的像素占据的第一区域与由所述第二图像的像素占据的第二区域之间的差值作为绝对值小于或等于所述第一区域的5％，在所述第一区域处，所述对应的压力值大于或等于0.5巴，在所述第二区域处，所述对应的压力值大于或等于0.5巴。
根据本申请人，上述特性使压力分布检测方法特别精确且灵敏。
实际上，在待检测的预定最大压力下特性曲线取得小于或等于所述满标度灰度级的90％的灰度级值的事实使得可以测量感兴趣范围内的所有压力值，从而避免大量像素取得饱和或接近饱和的灰度级。在这种情况下，实际上难以区分将产生相同饱和灰度级或非常接近的灰度级的不同压力值。
此外，特性曲线的一阶导数至少在包括在最大压力的10％与70％之间的压力范围内大于或等于每巴2灰度级的事实确保对应于略微不同的压力水平的像素的亮度响应的充分区分，并且因此确保足够的灵敏度。
此外，根据本申请人，关于上述试运行的上述要求确保插入的片材不会粘附到板上，或者其粘附力足够轻。事实上，在与板过度粘附的情况下，片材留下源自先前测量的伪亮度区域，这导致超过测量的压力值的变化。上述试运行由本申请人开发，以验证这些伪亮度区域不超过可接受性的阈值。
此外，根据本申请人，该要求确保插入的片材不会不可接受地产生记忆效应，因为记忆效应，由于在去除变形原因之后材料的过度松弛时间，材料保留在先前的测试中受到的变形的至少一部分，从而产生高于实际值的测量压力值。
需注意，本发明在上述测量方法中包括使用满足上述关于特性曲线和试运行的要求的任何片材，而不管为了选择片材而实际确定该特性曲线和/或实际进行试运行的事实。
本发明可以提供以下优选特性中的一个或多个。
优选地，在待检测的所述预定最大压力下，所述特性曲线取得小于或等于所述满标度灰度级的80％、更优选小于或等于所述满标度灰度级的70％的灰度级值。以这种方式，在感兴趣的范围内确保甚至更高的动态性。
优选地，所述特性曲线具有一阶导数，所述一阶导数至少在包括在所述最大压力的10％与70％(更优选在所述最大压力的10％与90％)的压力范围中大于或等于每巴3灰度级，更优选大于或等于每巴5灰度级。因此优化所期望的测量范围内的灵敏度。
优选地，所述特性曲线具有一阶导数，所述一阶导数至少在包括在所述最大压力的10％与70％(更优选在所述最大压力的10％与80％)的压力范围中小于或等于每巴50灰度级，更优选小于每巴30灰度级。因此优化足够宽的测量范围内的灵敏度。
所述片材优选由弹性体热塑性聚氨酯制成。
术语“弹性体热塑性聚氨酯”被理解为弹性体聚氨酯聚醚或弹性体聚氨酯聚酯。
通常，聚氨酯被理解为每分子具有两个或更多个羟基的至少一种多元醇(多羟基化合物)与每分子具有两个或更多个异氰酸酯基团的至少一种异氰酸酯(多异氰酸酯)聚合的产物。根据多元醇的类型，聚氨酯进一步分为两大类：聚醚和聚酯。
用于制备本弹性体聚氨酯的异氰酸酯可以是脂族型，优选选自二异氰酸酯(诸如己二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯或二环己基-4,4'二异氰酸酯)，或者可以是芳族型，优选选自二异氰酸酯(诸如萘二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯(tdi)和二苯基甲烷二异氰酸酯(mdi))，更优选二苯基甲烷二异氰酸酯。
优选的弹性体热塑性聚氨酯是通过芳族异氰酸酯的聚合获得的，更优选通过选自以下的芳族二异氰酸酯的聚合获得的：萘二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯(tdi)和二苯基甲烷二异氰酸酯(mdi)。
诸如1,4-丁二醇的短链二醇例如可以用作刚性相“扩链剂”。
优选的聚醚型聚氨酯是通过异氰酸酯、优选芳族异氰酸酯与主要由四氢呋喃聚合(聚thf)、由环氧丙烷聚合或环氧乙烷聚合或通过环氧丙烷和环氧乙烷的混合物而衍生的多元醇聚合获得的。
优选的聚酯型聚氨酯是通过异氰酸酯、优选芳族异氰酸酯与优选由脂族二羧酸(包括例如己二酸)与乙二醇(优选乙烯乙二醇)聚合或由己内酯聚合而衍生的多元醇聚合获得的。
适合作为根据本发明的弹性体膜的主要成分、优选唯一成分的弹性体聚氨酯选自以以下商品名称销售的弹性体热塑性聚氨酯(tpu)的组：
以以下商品名称销售的弹性体热塑性聚氨酯是特别优选的：
优选地，所述片材的厚度小于或等于150微米，更优选小于或等于100微米，和/或大于或等于10微米。
事实上，本申请人已经发现，上述材料和/或上述厚度与满足上述选择要求的事实一致地在测量方法的结果的质量方面提供片材最佳特性。
在另一方面，本发明涉及用于检测轮胎的印迹区域中的压力分布的方法，其包括：
-布置安装在轮辋上并充气的所述轮胎；
-布置具有搁置表面的透明材料的板和适于获取所述搁置表面的图像的摄像机；
-将成束光线输入到所述板中，所述光线相对于垂直于所述搁置表面的线以一角度传播，所述角度大于与所述搁置表面相关联的内部临界角度；
-用力将所述轮胎的胎面抵靠所述搁置表面推压以在所述搁置表面上产生所述印迹区域，以及获取所述印迹区域的图像；
-处理所述图像以检测所述印迹区域中的所述压力分布；
-其中，在获取所述图像期间，将片材插入所述胎面与所述搁置表面之间，所述片材由如上文所述的弹性体热塑性聚氨酯制成。
在另一方面，本发明涉及用于检测轮胎的印迹区域中的压力分布的系统，所述系统包括：具有搁置表面的透明材料的板；适于获取所述搁置表面的数字图像的摄像机；光源，其被配置来将成束光线输入到所述板中，所述光线相对于垂直于所述搁置表面的线以一角度传播到所述板中，所述角度大于与所述搁置表面相关联的内部临界角度；以及与所述搁置表面接触地放置的片材，所述片材由如上文所述的弹性体热塑性聚氨酯制成。
附图说明
从根据本发明的用于检测轮胎的印迹区域中的压力分布的方法和系统的若干示例性而非排他性实施例的详细描述，其他特性和优点将变得更加明显。在下文中参考附图提供了该描述，附图仅作为近似且因此非限制性示例提供，并且其中：
-图1是未按比例绘制的示意性侧视图，示出根据本发明的示例性测量系统。
-图2是用于确定特性曲线的校准装置的示意性透视图。
-图3至图5示出特性曲线的一些示例，仅用于说明目的。
具体实施方式
在图1中用数字1表示根据本发明并实现本发明的方法的示例性测量系统。
系统1包括具有搁置表面3的透明材料的板2。合适的透明材料可以由玻璃、有机玻璃(plexiglass)或pmma组成。
系统1包括摄像机4，所述摄像机通常布置在板下方并且取向成获取搁置表面3的数字图像。
合适的光源5(例如led)相对于板侧向布置，以便能够将成束光线6输入到板中，由于全内反射现象，所述光线6在板内传播。基于这种现象，相对于垂直于搁置表面的线形成角度7的光线被完全反射，所述角度大于与搁置表面相关联的内部临界角度。例如，在玻璃板在空气中的情况下，该内部临界角度等于约41°。
当轮胎10的胎面11搁置在搁置表面上时，由于板外部的介质的折射率的变化，这种全内反射被抑制。因此，一些光线8被搁置表面漫射，并且它们可以被摄像机4捕获。
通常，由轮胎在搁置表面上局部施加的压力越大，由搁置表面局部漫射的光线的数量越多，因为胎面与表面之间的接触点的数量较多。
因此，对应的压力可以与由摄像机获取的图像中的给定灰度级相关联(对应于检测到的亮度的灰度级)。
在测量期间，片材9接触式地插入在搁置表面3与轮胎10的胎面11之间。
因此，为了逐个像素地将对应的压力水平与由摄像机获取的图像中的灰度级相关联，应该知道与用于获取图像的测试系统相关联的片材9的特性曲线，所述测试系统基本上由板、片材、照明系统(在用于获取图像的操作条件下)和摄像机(在用于获取图像的操作条件下)组成。通过获取通过改变最有影响的参数(包括例如传感器灵敏度、曝光时间、光源的功率等)并选择已生成可接受质量的图像的条件中的一个而获得的多个图像来预先确定这些操作条件。在压力分布检测过程中维持这些条件。
图2中所示类型的校准装置20可以用于确定特性曲线的目的。
基本上成形为由诸如钢的金属制成的杯子的形式的该装置具有腔21，例如通过使空气进出通过与腔连通的导管22，可以在所述腔内改变压力。合适的垫圈23(例如o形环)围绕整个圆形边缘延伸，以确保足够的气密性。
装置20在没有轮胎10的情况下搁置在系统1的片材9上，其中，垫圈23粘附到片材9，并且腔21中的压力被调节。
装置20的直径足够(例如5cm)用于使装置20在片材9的足够大的区域上施加基本上均匀的压力。
此外，装置20的重量适合(例如200g)用于在腔21内产生足够的压力，例如，10巴。
随后，继续以受控的方式改变腔21中的压力，并检测对应的灰度级，从而调节受装置20影响的区域。
图3示出满足本发明的要求的特性曲线的一些示例，其中，待检测的预定最大压力等于10巴。图3中的纵轴表示以巴表示的压力，并且横轴表示对应的灰度级值(其中，满标度等于256)。如可以看出，在10巴的最大压力下，特性曲线的灰度级小于或等于230灰度级(即，满标度灰度级的90％)。
图4比较满足本发明的要求的特性曲线(线102)的示例和趋于过快饱和的比较曲线(线101)的示例，待检测的预定最大压力等于10巴。在最大压力下，线102具有等于约100的灰度级(低于满标度的90％)，而线101具有等于约250的灰度级(高于满标度的90％)。
图5比较特性曲线(线102)的上述示例与比较曲线(线501)，所述比较曲线的导数太低(小于每巴2灰度级)，从而确定对应的灰度级值的过度降低。
为了检测轮胎的印迹区域中的压力分布，可以使用以下方法进行。
将待测试的轮胎10安装在轮辋上并在通常在1巴与3巴之间的至少0.5巴的压力下充气。
在已经将胎面11搁置在片材9上之后，以例如施加在轮辋的轴线上并且垂直于板指向的一定的力15(在图1中，力15是竖向向下指向的)将胎面抵靠搁置表面推压。以这种方式，印迹产生在搁置表面上，所述印迹在印迹区域上具有压力分布。
此时，获取印迹区域的数字图像，其中，灰度级与每个像素相关联，所述图像由满标度灰度级(例如对于最大亮度等于256级)表征。
随后使用与所使用的测试系统相关联的特性曲线来处理图像(如已知的并且例如在上文引用的文章中描述并且包括在此用于参考)，以检测印迹区域中的压力分布。
根据本发明，所使用的片材9例如是由
对
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