Vision based 3D dynamic measurement of tyre inner liner displacements and deformations maps

This thesis presents a vision-based method for measuring the 3D dynamics of the inner liner of a rolling tyre, under controlled and constant conditions. The project was born from the collaboration between Pirelli Tyre S.p.A. and the Department of Mechanical Engineering of the Politecnico di Milano, in response to the continuous growth of interest in the study of the tyre’s dynamics. The project has been divided into two parts, that considers two different methodologies capable of performing this measurement. The first one concerns a system that, by means of a camera fixed to the rim through an optimized support, can estimate the dynamics of a single point of the tyre by observing a planar target attached to it. The technique selected to complete this task is pose estimation, a widely studied methodology that has shown good effectiveness in this innovative application. The second system, instead, is a partial novelty both in the field of vision-based measurement methodologies and in the study of tyre dynamics; it consists in the creation of a stereovision setup that, by means of a single camera and a pair of mirrors, can measure the displacements and deformations maps of a section of the inner liner. Thanks to the wide field of view and the precise positioning of the reflective elements next to the camera, it is possible to create a two-point-of-view system, allowing the use of all the advantages offered by stereoscopic techniques. The high volume and diversification of the results obtained shows the effectiveness of this new methodology, offering new and interesting points of view on the real behaviour of a tyre during its standard usage.

Questa tesi presenta un nuovo approccio alla misura, tramite sistema di visione, della dinamica 3D dell’inner liner di uno pneumatico in nomale esercizio di utilizzo e in ambiente altamente controllato. Il progetto è nato dalla collaborazione tra l’azienda Pirelli Tyre e il Dipartimento di Ingegneria Meccanica del Politecnico di Milano, in risposta al continuo aumento dell’interesse nei confronti dello studio della dinamica dello pneumatico. Il progetto si divide in due parti, in cui sono stati sviluppati due diversi sistemi in grado di effettuare tale misura. Il primo consiste in un setup che, tramite misura ottica realizzata con una telecamera fissata al cerchione con uno specifico supporto, è in grado di stimare la dinamica di un singolo punto della gomma osservando un target piano fissato ad essa. La tecnica di misura selezionata per completare questa richiesta è la pose estimation, una metodologia ampiamente studiata, che ha mostrato una buona efficacia in questo nuovo e particolare utilizzo. Il secondo sistema, invece, è una parziale novità sia nel campo delle misure con sistemi di visione che nello studio della dinamica dello pneumatico; esso consiste nella realizzazione di un sistema di stereovisione che, per mezzo di una sola videocamera e di un paio di specchi, è in grado di misurare le mappe di spostamenti e deformazioni di una sezione dell’inner liner. Grazie alla visione grandangolare e al preciso posizionamento degli elementi riflettenti al fianco della camera, è possibile creare un sistema a due punti di vista che permette di usufruire dei vantaggi offerti dalle tecniche di misure stereo. Il grande volume e diversità dei risultati ottenuti hanno mostrato l’efficacia di questa nuova tecnologia, offrendo dei nuovi ed interessanti punti di vista sul reale comportamento dello pneumatico durante normali condizioni di utilizzo.