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KR100693213B1 - An apparatus for measuring tire ground contact figure using laser specle shearography - Google Patents

An apparatus for measuring tire ground contact figure using laser specle shearography Download PDF

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KR100693213B1
KR100693213B1 KR1020050076004A KR20050076004A KR100693213B1 KR 100693213 B1 KR100693213 B1 KR 100693213B1 KR 1020050076004 A KR1020050076004 A KR 1020050076004A KR 20050076004 A KR20050076004 A KR 20050076004A KR 100693213 B1 KR100693213 B1 KR 100693213B1
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South Korea
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tire
laser
light
reflected
mirror
Prior art date
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Inventor
이원혁
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한국타이어 주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 레이저 스페클 전단간섭법을 이용하여 타이어 접지면 내의 트레드 변형 및 접지압력을 측정하기 위한 타이어 접지형상 측정장치를 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a tire ground shape measuring apparatus for measuring the tread deformation and the ground pressure in the tire ground plane using a laser speckle shear interference method.

이를 위해 본 발명은, 레이저가 조사되는 두꺼운 아크릴판 상에 엠보싱 및 타이어를 고정시킨 후, 레이저와 같은 코히어런트 광을 조사하여, 타이어 표면에 조사된 빛의 위상 맵을 구하고, 이러한 물리량과 대응되는 물체의 표면 변위의 미분값을 정량적으로 구할 수 있도록 구성되며, 비파괴 검사에 의해 변형 분포의 풀-필드 디스크립션을 얻을 수 있는 레이저 스페클 전단간섭법과 공통 광로를 사용하는 셋업 특성을 적용한 것을 특징으로 한다.To this end, the present invention, after embossing and fixing the tire on a thick acrylic plate to which the laser is irradiated, by irradiating coherent light such as a laser, to obtain a phase map of the irradiated light on the tire surface, and corresponds to these physical quantities It is configured to quantitatively determine the differential value of the surface displacement of the object, and applies the laser speckle shear interference method and the set-up characteristic using a common optical path to obtain a full-field description of strain distribution by nondestructive inspection. do.

Description

레이저 스페클 전단간섭법을 이용한 타이어 접지형상 측정장치{An apparatus for measuring tire ground contact figure using laser specle shearography}An apparatus for measuring tire ground contact figure using laser specle shearography}

도 1은, 본 발명에 따른 타이어 접지형상 측정장치의 구성을 나타낸 구성도,1 is a configuration diagram showing the configuration of a tire ground shape measuring apparatus according to the present invention,

도 2는, 본 발명의 타이어 접지형상 측정장치에 의해 타이어의 하중변화에 따른 접지압 측정결과를 나타낸 압력변화에 따른 위상을 나타낸 도면,Figure 2 is a view showing the phase according to the pressure change showing the result of the ground pressure measurement according to the load change of the tire by the tire ground shape measuring apparatus of the present invention,

도 3은, 본 발명의 타이어 접지형상 측정장치에 의해 타이어의 하중변화에 따른 접지압 측정결과를 나타낸 압력변화에 따른 변위 미분값을 나타낸 도면,3 is a view showing the differential derivative value according to the pressure change showing the result of the ground pressure measurement according to the load change of the tire by the tire ground shape measuring apparatus of the present invention;

도 4는, 도 3의 압력변화에 따른 변위 미분값의 3차원 플롯을 나타낸 도면이다.FIG. 4 is a diagram illustrating a three-dimensional plot of displacement derivatives according to the pressure change of FIG. 3.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

1 --- 헬륨-네온 레이저, 2a --- 대물렌즈,1 --- helium-neon laser, 2a --- objective,

2b --- 핀 홀, 2 --- 공간필터(spatial filter)2b --- pin hole, 2 --- spatial filter

3 --- 시준렌즈(collimating lens), 4 --- 아크릴판,3 --- collimating lens, 4 --- acrylic plate,

5 --- 경사 광학 마운트(tilting optical mount),5 --- tilting optical mount,

6 --- 압전 변환기(Piezo electric transducer),6 --- Piezo electric transducer,

7 --- CCD 카메라,7 --- CCD camera,

8 --- 프레임 그레버(Frame grabber),8 --- Frame grabber,

9 --- D/A 및 A/D 변환기, 10 --- 제어 컴퓨터,9 --- D / A and A / D converters, 10 --- control computers,

11 --- 광 분할기, 12 --- 타이어,11 --- optical splitter, 12 --- tire,

15 --- 엠보싱(Embossing), M1,M2,M3 --- 제1,2,3거울.15 --- Embossing, M 1 , M 2 , M 3 --- 1st , 2nd , 3rd mirror.

본 발명은, 타이어 접지형상 측정장치에 관한 것으로, 특히 레이저 스페클 전단간섭법을 이용하여 타이어 접지면 내의 트레드 변형 및 접지압력을 측정하기 위한 타이어 접지형상 측정장치에 관한 것이다.The present invention relates to a tire ground shape measuring apparatus, and more particularly, to a tire ground shape measuring apparatus for measuring tread deformation and ground pressure in a tire ground plane using a laser speckle shear interference method.

일반적으로, 타이어와의 접촉압력에 의해 압축되는 엠보싱(Embossing) 표면에 외부에서 투과된 빛이 난반사되는 원리를 이용하여, 반사된 빛의 반사율과 강도에 의해 응력과 변형을 정성 및 정량적으로 측정한다.In general, qualitatively and quantitatively measuring stress and deformation by reflectance and intensity of reflected light, using the principle that diffusely reflected light is transmitted externally to an embossing surface compressed by contact pressure with a tire. .

즉, 타이어에 하중을 가할 경우 엠보싱 표면이 변형하여, 변화되는 양과 빛의 반사율을 이용하여 풋프린트(footprint)를 측정하게 된다.In other words, when a tire is loaded, the embossed surface is deformed, and the footprint is measured using the amount of change and the reflectance of light.

그러나, 상기와 같은 종래의 측정방법은 하중 변화시 접지압 측정에 한계가 있다. 즉, 엠보싱 표면의 변화가 일정 이상 되면 압력에 대한 선형성을 상실하게 된다.However, the conventional measuring method as described above has a limitation in measuring the ground pressure when the load changes. In other words, if the change of the embossing surface is more than a certain level, the linearity with respect to pressure is lost.

또한, 압력에 따른 표면의 반사율은 선형적 비례관계에 있지 않다. 즉, 자연광을 통한 엠보싱의 관찰은 많은 오차를 포함하게 된다.Also, the reflectivity of the surface with pressure is not in a linear proportional relationship. That is, the observation of embossing through natural light includes many errors.

더욱이, 종래의 측정방법은 하중에 따른 압력분포를 정량화할 수 없다는 문제점도 갖고 있다.Moreover, the conventional measuring method also has a problem that the pressure distribution according to the load cannot be quantified.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 타이어의 하중에 따른 압력분포의 정량화를 가능하게 하고, 하중 증가에 따른 접지압 변화를 정확히 측정할 수 있는 레이저 스페클 전단간섭법을 이용한 타이어 접지형상 측정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made in view of the above-mentioned point, and it is possible to quantify the pressure distribution according to the load of the tire, and to measure the tire ground shape using the laser speckle shear interference method that can accurately measure the change in the ground pressure according to the load increase. It is an object to provide a device.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 레이저 스페클 전단간섭법을 이용하여 타이어 접지면 내의 트레드 변형 및 접지압력을 측정하기 위한 장치는, 파장이 630nm인 헬륨-네온 레이저에서 레이저광이 출사되면, 이 출사된 레이저광은 대물렌즈와 핀 홀로 이루어진 공간필터에서 필터링 되고, 공간필터에서 필터링된 레이저광은 시준렌즈에서 평행광으로 되고, 시준렌즈에 의한 평행광은 두꺼운 아크릴판에 조사된 후 반사되어 광 분할기에 의해 2개의 광으로 나누어진 후 양쪽의 제2 및 제3거울로 입사되고, 광 분할기에 의해 2개의 광으로 나누어져 입사된 광중 하나는 제2거울에 반사되어 상면에 맺히고, 나머지 하나는 제3거울에서 반사되어 다시 광 분할기를 통해 상면에 맺히고, 상기와 같이 위상차를 갖는 반사된 빛은 CCD 카메라를 통해 이미지 센싱되며, CCD 카메라에 의해 센싱된 이미지는 이미지 프로세싱을 위해 8비트의 프레임 그레버에서 디지털 신호로 변환되어 제어 컴퓨터에서 미리 내장된 데이터 처리 프로그램에 의해 타이어의 접지형상 및 접지압력 분포를 측정하도록 구성된다.The apparatus for measuring the tread deformation and the ground pressure in the tire ground plane by using the laser speckle shear interference method according to the present invention for solving the above problems, when the laser light is emitted from a helium-neon laser having a wavelength of 630nm The emitted laser light is filtered by a spatial filter consisting of an objective lens and a pinhole, and the laser light filtered by the spatial filter becomes parallel light in the collimating lens, and the parallel light by the collimating lens is reflected on a thick acrylic plate and then reflected. The light is split into two lights by the light splitter and then incident to the second and third mirrors on both sides, and the light is split into two lights by the light splitter and the incident light is reflected by the second mirror to form an upper surface. One is reflected in the third mirror and is again formed on the upper surface through the optical splitter, and the reflected light having the phase difference as described above is imaged through the CCD camera. The image sensed by the CCD camera is converted into an 8-bit frame grabber to digital signal for image processing and configured to measure the tire's ground shape and pressure distribution by a pre-built data processing program at the control computer. do.

(실시예)(Example)

우선, 본 발명과 관련된 기술분야의 기술에 대해 설명한다.First, the description in the technical field related to the present invention will be described.

통상, 레이저와 같은 간섭성이 좋은 빛으로 거친 표면을 조사하면 무작위적으로 변화하는 밝기 분포인 스페클(speckle)을 관찰할 수 있다. 이러한 현상을 스페클 효과라고 부르며, 육안으로도 충분히 관찰할 수 있다. 또한, 스페클 효과는 기록하는 면의 위치나 렌즈의 유무를 떠나 어느 지점에서도 관찰할 수 있다.In general, when a rough surface is irradiated with coherent light such as a laser, a speckle, which is a randomly varying brightness distribution, can be observed. This phenomenon is called the speckle effect and can be fully observed with the naked eye. The speckle effect can be observed at any point regardless of the position of the recording surface or the presence or absence of a lens.

상기와 같이 스페클은 물체 표면의 거칠기, 변형, 변위 등의 정보를 가지고 있고, 스페클 패턴 간섭계(SPI: Speckle Pattern Interferometry)는 이러한 정보를 갖고 있는 스페클 무늬를 소재로 하여 피측정물의 상태를 관찰하는 광학 간섭계이다.As described above, the speckle has information on the roughness, deformation, and displacement of the surface of the object, and the speckle pattern interferometry (SPI) is used to specify the state of the object to be measured using the speckle pattern having such information. It is an optical interferometer to observe.

SPI에 전자장비를 사용하여 영상을 기록하고 처리하는 기술이 더해진 것이 전자처리 스페클 패턴 간섭법(ESPI: Electronic speckle pattern interferometery)이다.Electronic speckle pattern interferometer (ESPI) is the addition of technology to record and process images using electronic equipment.

상기와 같이 스페클의 형태가 반사되는 물체의 변형에 대해 매우 민감하게 반응한다는 사실은 고감도의 변형측정의 수단으로 사용된다. 그러나, 주변환경에 아주 민감하기 때문에 많은 오차를 포함하게 된다.As described above, the fact that the shape of the speckle reacts very sensitively to the deformation of the reflected object is used as a means of high sensitivity strain measurement. However, because it is very sensitive to the surrounding environment, it includes many errors.

또한, 측정체에 레이저와 같은 코히어런트 광을 조사하여 얻어지는 위상도 에서 물체의 평면 변위의 미분값을 직접 측정할 수 있도록 설계된 광학 측정방법으로 레이저 스페클 전단간섭법(laser speckle shearography)이 있다.In addition, there is a laser speckle shearography method that is designed to directly measure the derivative value of the plane displacement of the object in the phase diagram obtained by irradiating a coherent light such as a laser on the measuring object. .

상기의 레이저 스페클 전단간섭법은 비파괴 검사방법으로 변형분포의 풀-필드 디스크립션(full-field description)을 얻을 수 있으며, 공통 광로를 사용하는 셋업(set-up)의 특성과 측정되는 위상이 변위의 미분값을 준다는 점에서 강체운동(rigid body motion)이나 그 밖의 노이즈에 덜 민감한 장점을 갖고 있다.The laser speckle shear interference method is a non-destructive inspection method to obtain a full-field description of the strain distribution, the characteristics of the set-up using a common optical path and the measured phase shift It gives a derivative of, which is less sensitive to rigid body motion or other noise.

본 발명은 상기의 레이저 스페클 전단간섭법의 장점을 이용하고, 타이어 표면과 노면(두꺼운 아크릴) 사이에 엠보싱을 두어 기존의 측정방법의 한계를 극복한다.The present invention utilizes the advantages of the laser speckle shear interference method described above and overcomes the limitations of conventional measurement methods by placing embossing between the tire surface and the road surface (thick acrylic).

즉, 상기 레이저 스페클 전단간섭법이 측정하고자 하는 물체 표면의 응력(stress)과 변형(strain)에 대한 정량적 값을 얻을 수 있다는 장점은 있지만, 타이어가 지표면과 접촉하여 압력을 받을 경우, 접촉면에서 타이어 표면 압력이 표면변위로 전달되지 않기 때문에, 표면변위를 통해 응력을 측정하는 상기의 레이저 스페클 전단간섭법만으로는 표면상의 응력분포를 구할 수 없다.That is, although the laser speckle shear interference method has an advantage of obtaining quantitative values for stress and strain on the surface of an object to be measured, when the tire is pressed against the ground surface, Since the tire surface pressure is not transmitted to the surface displacement, the above-mentioned laser speckle shear interference method, which measures the stress through the surface displacement, cannot obtain the stress distribution on the surface.

따라서, 본 발명은 타이어 압력변화에 아주 민감하게 반응한다는 장점이 있는 기존의 측정법에서 사용했던 엠보싱을 매개체로 하여 엠보싱에 전달된 변위를 대신 측정함으로써, 상술한 바와 같은 기존의 문제점을 해결하였다.Therefore, the present invention solves the above-mentioned problems by measuring the displacement transmitted to the embossing instead of the embossing used in the conventional measuring method which has the advantage of reacting very sensitively to the tire pressure change.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명에 따른 레이저 스페클 전단간섭법을 이용한 타이어 접지형상 측정장치를 나타내고, 헬륨-네온 레이저와(1)와, 공간필터(2), 시준렌즈(3), 아 크릴판(4), 경사 광학 마운트(5), 압전 변환기(6), CCD 카메라(7), 프레임 그레버(8), D/A 및 A/D 변환기(9), 제어 컴퓨터(10), 광 분할기(11), 엠보싱(15) 및, 제1,2,3거울(M1,M2, M3)로 이루어진다.1 shows a tire ground shape measuring apparatus using a laser speckle shear interference method according to the present invention, and includes a helium-neon laser (1), a spatial filter (2), a collimating lens (3), and an acryl plate (4). ), Oblique optical mount (5), piezoelectric transducer (6), CCD camera (7), frame grabber (8), D / A and A / D transducer (9), control computer (10), optical splitter (11) ), An embossing 15, and first , second , and third mirrors M 1 , M 2 , and M 3 .

도 2는 본 발명의 타이어 접지형상 측정장치에 의해 타이어의 하중변화에 따른 접지압 측정결과를 나타낸 압력변화에 따른 위상을 나타내고, 도 3은 본 발명의 타이어 접지형상 측정장치에 의해 타이어의 하중변화에 따른 접지압 측정결과를 나타낸 압력변화에 따른 변위 미분값을 나타며, 도 4는 도 3의 압력변화에 따른 변위 미분값의 3차원 플롯을 나타낸다.Figure 2 shows the phase according to the pressure change showing the ground pressure measurement results according to the change of the load of the tire by the tire ground shape measuring apparatus of the present invention, Figure 3 is a change in the load change of the tire by the tire ground shape measuring apparatus of the present invention The displacement differential value according to the pressure change showing the ground pressure measurement result according to FIG. 4 is a three-dimensional plot of the displacement derivative value according to the pressure change of FIG. 3.

도 1에 도시된 레이저 스페클 전단간섭법의 광학간섭계가 적용된 측정장치에 있어서, 먼저 광원인 630nm 파장의 헬륨-네온 레이저(1)에서 레이저광이 출사되면, 이 헬륨-네온 레이저(1)로부터 출사된 레이저광은 제1거울(M1)에서 반사되어 대물렌즈(2a)와 핀 홀(2b)로 이루어진 공간필터(2)에서 필터링 된다.In the measuring device to which the optical interferometer of the laser speckle shear interference method shown in FIG. 1 is applied, first, when the laser light is emitted from the helium-neon laser 1 having a wavelength of 630 nm, the laser light is emitted from the helium-neon laser 1. The emitted laser light is reflected by the first mirror M 1 and filtered by the spatial filter 2 including the objective lens 2a and the pin hole 2b.

상기 공간필터(2)에서 필터링된 레이저광은 시준렌즈(3: Collimation lens)에서 평행광으로 만들어진다.The laser light filtered by the spatial filter 2 is made into parallel light in a collimation lens (3).

상기 시준렌즈(3)에 의한 평행광은 두꺼운 아크릴판(4)에 조사된 후 반사되어 광 분할기(11)에 의해 2개의 광으로 나누어진 후 양쪽의 제2 및 제3거울(M2, M3)로 입사하게 된다.The parallel light by the collimating lens 3 is irradiated to the thick acrylic plate 4 and then reflected and divided into two lights by the light splitter 11 and then the second and third mirrors M 2 and M on both sides. 3 ) to enter.

한편, 상기 두꺼운 아크릴판(4) 상에는 타이어(12) 및 엠보싱(15)이 탑재되어 고정된다.On the other hand, the tire 12 and the embossing 15 are mounted and fixed on the thick acrylic plate 4.

또한, 타이어(12)는 두꺼운 아크릴판(4) 표면에 접지하되, 타이어(12)와 아크릴판(4) 사이에 엠보싱(15)을 매개체로 사용함으로써 타이어(12)의 표면변위를 반사된 빛의 위상차에 반영되도록 실시한다.In addition, the tire 12 is grounded to the surface of the thick acrylic plate 4, the light reflected by the surface displacement of the tire 12 by using the embossing 15 as a medium between the tire 12 and the acrylic plate (4) It is implemented to reflect the phase difference of.

상기와 같이 광 분할기(11)에 의해 2개의 광으로 나누어져 입사된 광중 하나는 제2거울(M2)에서 반사되어 상면에 맺히고, 나머지 하나는 제3거울(M3)에서 반사되어 다시 광 분할기(11)를 통해 상면에 맺히게 된다.As described above, one of the light beams divided into two light beams by the light splitter 11 is reflected by the second mirror M 2 and is formed on the upper surface, and the other light is reflected by the third mirror M 3 , and the light is again reflected. Is formed on the upper surface through the divider (11).

한편, 상기 제2거울(M2)은 경사 광학 마운트(5)에 부착되어 있어서 이로부터 반사되는 이미지는, 압전 변환기(6)에 부착되어 있는 제3거울(M3)에서 반사되는 이미지와 일정한 전단폭(shearing width) 만큼 어긋나 겹쳐지게 된다.Meanwhile, the second mirror M 2 is attached to the inclined optical mount 5 so that the image reflected therefrom is consistent with the image reflected from the third mirror M 3 attached to the piezoelectric transducer 6. The shearing width is shifted and overlapped.

이 때, 압전 변환기(6)를 이용하여 압전변환기(6)의 제3거울(M3)을 파장의 1/4만큼씩 CCD 카메라(7) 쪽으로 위상 이동시켜 주면서 변형전과 변형후의 각각의 4장의 이미지를 측정한다.At this time, the third mirror M 3 of the piezoelectric transducer 6 is phase-shifted by the 1/4 of the wavelength toward the CCD camera 7 by using the piezoelectric transducer 6, respectively. Measure the image.

상기와 같이 위상차를 갖는 반사된 빛은 CCD 카메라(7)를 통해 센싱되어 타이어(12)의 접지형상 및 접지압력 분포를 측정할 수 있게 된다.The reflected light having the phase difference as described above is sensed by the CCD camera 7 to measure the ground shape and the ground pressure distribution of the tire 12.

상기 각각의 위상 변형에 따른 위상 변형전과 변형후의 위상차는 이하의 식과 같다.The phase difference before and after the phase transformation according to each of the phase transformations is as follows.

Figure 112005045539915-pat00001
변형전
Figure 112005045539915-pat00001
Before transformation

Figure 112005045539915-pat00002
변형후
Figure 112005045539915-pat00002
After transformation

여기서, Ir과 Io는 거울에서의 인텐시티(Intensity), φ는 초기 위상, δ는 위상 이동량을 나타내며, δ=π/2이고, n=0,1,2,3,4(4-step phase shift)이다.Where I r and I o are intensities in the mirror, φ is the initial phase, δ is the amount of phase shift, δ = π / 2, and n = 0,1,2,3,4 (4-step phase shift).

또한, 변형에 의한 위상차(Δφ)는 이하의 식과 같다.In addition, the phase difference (DELTA) φ by a deformation | transformation is as follows.

Figure 112005045539915-pat00003
Figure 112005045539915-pat00003

한편, 전단(shearing) 방향이 y방향인 경우 변형에 의한 위상차는 이하의 식과 같이 y방향의 변형율을 의미한다.On the other hand, when the shearing direction is the y direction, the phase difference due to deformation means the strain rate in the y direction as in the following equation.

Figure 112005045539915-pat00004
Figure 112005045539915-pat00004

여기서, K는 민감벡터(sensitivity vector), U는 변위벡터, δy는 전단 폭을 나타낸다.Where K is a sensitivity vector, U is a displacement vector, and δy is the shear width.

만약, 레이저의 조사방향이 Z축 방향(Normal direction)이라고 할 경우에는, 민감벡터(K)의 방향은 Z축 방향이 되어, 위상차는 물체 표면에 대해 노말(normal) 방향의로 y에 대한 변위 미분계수가 된다.If the irradiation direction of the laser is in the Z-axis direction (Normal direction), the direction of the sensitivity vector (K) is in the Z-axis direction, the phase difference is a displacement with respect to y in the normal direction with respect to the object surface Is the derivative.

계속해서, 상기와 같이 CCD 카메라(7)에 의해 센싱된 이미지(2차원 인텐시티 정보)는 이미지 프로세싱을 위해 8비트의 프레임 그레버(8)에서 디지털 신호로 변환되어 제어 컴퓨터(10)에 저장되고, 상기 이미지는 제어 컴퓨터(10)에서 미리 내장된 데이터 처리 프로그램에 의해 타이어(12)의 접지형상 및 접지압력 분포를 측정할 수 있도록 처리되고, 그 처리된 데이터는 D/A 및 A/D 변환기(9)에 의해 D/A 및 A/D변환되어 입출력된다.Subsequently, the image (two-dimensional intensity information) sensed by the CCD camera 7 as described above is converted into a digital signal in the 8-bit frame grabber 8 for image processing and stored in the control computer 10. The image is processed so that the ground shape and the ground pressure distribution of the tire 12 can be measured by a data processing program pre-built in the control computer 10, and the processed data is converted into D / A and A / D converters. D / A and A / D conversion and input / output are performed by (9).

한편, 위상 시프팅법(Phase shifting method)을 적용하기 위해서는 레이저광의 파장정도의 변위로서 이동해야 되는데, 압전 변환기(6)를 이용하여 미세하게 제3거울(M3)의 위치를 조정한다.On the other hand, in order to apply the phase shifting method (Phase shifting method) it is required to move as a displacement of the wavelength of the laser light, using the piezoelectric transducer (6) to finely adjust the position of the third mirror (M 3 ).

아울러, 압전 변환기(6)에 공급되는 직류전압은 제어 컴퓨터(10)에서 제어한다.In addition, the DC voltage supplied to the piezoelectric transducer 6 is controlled by the control computer 10.

이상 기술한 바와 같이, 본 발명의 측정장치는 두꺼운 아크릴판(4) 위에 타이어(12) 및 엠보싱(15)을 고정시킨 후, 헬륨-네온 레이저와 같은 코히어런트 광(coherent beam)을 조사하여 타이어(12) 표면에 그 조사한 광의 위상 맵(phase map)을 구하고, 이러한 물리량과 대응되는 물체 표면 변위의 미분값을 정량적으로 구할 수 있도록 구성된 측정장치이다.As described above, the measuring device of the present invention fixes the tire 12 and the embossing 15 on the thick acrylic plate 4, and then irradiates a coherent beam such as a helium-neon laser. It is a measuring device configured to obtain a phase map of the irradiated light on the surface of the tire 12 and to quantitatively determine the derivative value of the object surface displacement corresponding to this physical quantity.

즉, 상술한 바와 같이 비파괴 검사에 의해 변형 분포의 풀-필드 디스크립션을 얻을 수 있다는 레이저 스페클 전단간섭법의 장점과 공통 광로를 사용하는 셋업의 특성을 통해 외부 노이즈에 둔감한 안정적인 측정장치를 구성한 것이다.That is, as described above, a stable measuring device insensitive to external noise is constructed through the advantages of the laser speckle shear interference method that the full-field description of the strain distribution can be obtained by non-destructive inspection and the characteristics of the setup using a common optical path. will be.

결국, 산업 현장에서 제품의 신뢰성 확보 뿐만 아니라 제품의 최적화를 위해 물체의 응력과 변형에 대한 분석은 중요한 의미를 갖기 때문에, 본 발명은 ESPI에 비해 주변 환경에 영향을 적게 받는 레이저 스페클 전단간섭법의 장점을 이용하 여 타이어의 트레드부의 뒤틀림이나 표면의 응력과 변형 분포를 정량적으로 측정할 수 있는 것이다.After all, the analysis of the stress and deformation of the object in order to ensure the reliability of the product as well as the optimization of the product in the industrial field has a significant meaning, the present invention has a laser speckle shear interference method that is less affected by the surrounding environment than ESPI By taking advantage of this, it is possible to quantitatively measure the distortion of the tread of the tire and the stress and strain distribution on the surface.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 타이어의 하중에 따른 압력분포의 정량화가 가능하고, 하중 증가에 따른 접지압 변화를 정확히 측정할 수 있으며, 공통 광로를 이용함으로써 외부 노이즈에 둔감하여 안정적인 측정이 가능하고, 아주 미세한 변형까지 측정할 수 있으며, 비파괴검사로 변형 분포의 풀-필드 디스크립션을 얻을 수 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to quantify the pressure distribution according to the load of the tire, to accurately measure the change in the ground pressure according to the increase of the load, and to be insensitive to external noise by using a common optical path, which enables stable measurement. In addition, even the smallest strains can be measured and non-destructive testing yields a full-field description of the strain distribution.

Claims (4)

레이저 스페클 전단간섭법을 이용하여 타이어 접지면 내의 트레드 변형 및 접지압력을 측정하기 위한 장치에 있어서,An apparatus for measuring tread deformation and ground pressure in a tire ground plane using a laser speckle shear interference method, 파장이 630nm인 헬륨-네온 레이저(1)에서 레이저광이 출사되면, 상기 헬륨-네온 레이저(1)로부터 출사된 레이저광은 대물렌즈(2a)와 핀 홀(2b)로 이루어진 공간필터(2)에서 필터링 되고,When the laser light is emitted from the helium-neon laser 1 having a wavelength of 630 nm, the laser light emitted from the helium-neon laser 1 is the spatial filter 2 made up of the objective lens 2a and the pinhole 2b. Filtered from 상기 공간필터(2)에서 필터링된 레이저광은 시준렌즈(3)에서 평행광으로 되고,The laser light filtered by the spatial filter 2 becomes parallel light by the collimating lens 3, 상기 시준렌즈(3)에 의한 평행광은 두꺼운 아크릴판(4)에 조사된 후 반사되어 광 분할기(11)에 의해 2개의 광으로 나누어진 후 경사 광학 마운트(5)에 부착된 제 2거울(M2)과 제 3거울(M3)로 입사되고,The parallel light by the collimating lens 3 is irradiated onto the thick acrylic plate 4 and then reflected and divided into two lights by the light splitter 11 and then attached to the second optical mirror 5. M 2 ) and enters into the third mirror (M 3 ), 상기 광 분할기(11)에 의해 2개의 광으로 나누어져 입사된 광중 하나는 제2거울(M2)에서 반사되어 상면에 맺히고, 나머지 하나는 제3거울(M3)에서 반사되어 다시 광 분할기(11)를 통해 상면에 맺히고,One of the light split into two light beams by the light splitter 11 is incident on the upper surface by being reflected by the second mirror M 2 , and the other is reflected by the third mirror M 3 , and is then reflected again by the light splitter ( 11) through the upper surface, 상기와 같이 위상차를 갖는 반사된 빛은 CCD 카메라(7)를 통해 이미지 센싱되며,The reflected light having the phase difference as described above is sensed by the CCD camera 7, 상기 CCD 카메라(7)에 의해 센싱된 이미지는 이미지 프로세싱을 위해 8비트의 프레임 그레버(8)에서 디지털 신호로 변환되어 제어 컴퓨터(10)에서 미리 내장된 데이터 처리 프로그램에 의해 타이어(12)의 접지형상 및 접지압력 분포를 측정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 레이저 스페클 전단간섭법을 이용한 타이어 접지면 내의 트레드 변형 및 접지압력 측정장치.The image sensed by the CCD camera 7 is converted into a digital signal in an 8-bit frame grabber 8 for image processing, and the image of the tire 12 is converted by a data processing program pre-built in the control computer 10. Tread deformation and ground pressure measuring device in the tire ground plane using the laser speckle shear interference method, characterized in that configured to measure the ground shape and the ground pressure distribution. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제3거울(M3)의 위치는 압전 변환기(6)에 의해 미세하게 조정되는 위상 시프팅법을 적용하는 것을 특징으로 하는 레이저 스페클 전단간섭법을 이용한 타이어 접지면 내의 트레드 변형 및 접지압력 측정장치.Tread deformation and ground pressure measurement in the tire ground plane using a laser speckle shear interference method, characterized in that the position of the third mirror M 3 is applied by a phase shifting method finely adjusted by the piezoelectric transducer 6. Device. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 두꺼운 아크릴판(4) 상에는 상기 타이어(12) 및 엠보싱(15)이 탑재되어 고정되고,On the thick acrylic plate 4, the tire 12 and the embossing 15 are mounted and fixed, 상기 타이어(12)는 두꺼운 아크릴판(4) 표면에 접지되되, 상기 타이어(12)와 아크릴판(4) 사이에 상기 엠보싱(15)을 매개체로 사용함으로써 상기 타이어(12)의 표면변위가 반사된 빛의 위상차에 반영되도록 구성된 것을 특징으로 하는 레이저 스페클 전단간섭법을 이용한 타이어 접지면 내의 트레드 변형 및 접지압력 측정장치.The tire 12 is grounded to a thick acrylic plate 4 surface, and the surface displacement of the tire 12 is reflected by using the embossing 15 as a medium between the tire 12 and the acrylic plate 4. Tread deformation and ground pressure measuring device in the tire ground plane using a laser speckle shear interference method, characterized in that configured to reflect the phase difference of the light. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 경사 광학 마운트(5)의 제2거울(M2)로부터 반사되는 이미지는 압전 변환기(6)에 부착되어 있는 제3거울(M3)에서 반사되는 이미지와 일정한 전단폭 만큼 어긋나 겹쳐지며,The image reflected from the second mirror M 2 of the inclined optical mount 5 overlaps with the image reflected from the third mirror M 3 attached to the piezoelectric transducer 6 by a predetermined shear width, 상기 압전 변환기(6)를 이용하여 상기 압전변환기(6)의 제3거울(M3)을 파장의 1/4만큼씩 상기 CCD 카메라(7) 쪽으로 위상 이동시켜 주면서 변형전과 변형후의 각 4장의 이미지를 측정하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 스페클 전단간섭법을 이용한 타이어 접지면 내의 트레드 변형 및 접지압력 측정장치.Four images before and after deformation, using the piezoelectric transducer 6 to shift the third mirror M 3 of the piezoelectric transducer 6 toward the CCD camera 7 by a quarter of a wavelength. Tread strain and ground pressure measurement device in the tire ground plane using a laser speckle shear interference method, characterized in that made to measure.
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