用于輪胎異常的非破壞性檢測(cè)的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 當(dāng)前公開的發(fā)明一般地涉及用于外胎的非破壞性測(cè)試方法和裝置。更具體地說， 當(dāng)前公開的發(fā)明涉及在翻新過程之前應(yīng)用沖擊聲學(xué)法以準(zhǔn)確地檢測(cè)輪胎異常和不規(guī)則。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)輪胎磨損后，可以在翻新過程期間用新的胎面帶或胎面層修復(fù)輪胎。翻新是修 復(fù)或再制造過程，不僅延長(zhǎng)輪胎的使用壽命，而且還比制造新輪胎明顯更便宜。由于再循環(huán) 和翻新是降低外胎制造的固有成本和能量的關(guān)鍵，因此有效的翻新就必須使外胎具有良好 的結(jié)構(gòu)完整性(即，沒有內(nèi)部的異?；虿灰?guī)則）。
[0003] 在翻新卡車外胎之前和/或之后，可使用非破壞性測(cè)試(NDT)方法來檢測(cè)和定位內(nèi) 部異常。此類異?？梢园幌抻诹鸭y、空隙、剝離層和/或異物。已經(jīng)使用先進(jìn)的NDT技 術(shù)進(jìn)行大量嘗試，并且輪胎再制造產(chǎn)業(yè)已采用及商業(yè)化若干類型的檢驗(yàn)程序。例如，使用X 射線的工業(yè)放射照相法是用于輪胎檢驗(yàn)的實(shí)時(shí)方法。此檢驗(yàn)方法提供對(duì)例如異物和氣孔的 異常的高靈敏度(例如，歸因于穿透不同材料的X射線的輻射強(qiáng)度的變化）。然而，較小的接 合不規(guī)則可能難以檢測(cè)，這是因?yàn)閄射線的穿透能力取決于材料密度。因此，需要進(jìn)一步檢 驗(yàn)程序來研究不可被X射線檢測(cè)的那些情況。
[0004] 另一種已知的檢驗(yàn)方法利用較高頻率(在輪胎產(chǎn)業(yè)中通常使用I-IOMHz)下的超聲 波振動(dòng)，其在空氣中比可聽聲音衰減得快得多。超聲波方法可用于檢查異常簾線間距、帶束 異?；蜉喬ケ诤竦淖兓４藴y(cè)試程序的自動(dòng)化因需要在傳感器與物體表面之間進(jìn)行中間耦 合而復(fù)雜化。另外，超聲波方法需要大量的訓(xùn)練和經(jīng)驗(yàn)來解釋數(shù)據(jù)，因而抑制了此檢驗(yàn)方法 在高收益檢驗(yàn)環(huán)境中的應(yīng)用。
[0005] 廣泛用于外胎檢驗(yàn)的剪切干涉能夠檢測(cè)多種類型的異常，例如帶束和側(cè)壁中的空 隙和剝離。使用剪切干涉，首先通過置于外胎中心的激光在正常大氣壓力下掃描輪胎以獲 得基準(zhǔn)照片。將外胎置于真空中。如果存在例如空氣填充空隙的不規(guī)則，外胎周圍的低壓會(huì) 使滯留在空隙中的空氣膨脹。通過掃描在真空下的外胎胎體獲得"加壓"照片，將此照片與 基準(zhǔn)照片對(duì)比以產(chǎn)生條紋圖形。內(nèi)部變化通常在應(yīng)力之下引發(fā)可能導(dǎo)致兩個(gè)圖像之間的差 異并轉(zhuǎn)變成條紋圖形中的異常的應(yīng)變集中。因此，剪切干涉使內(nèi)部異常與位移梯度變化相 關(guān)。對(duì)剪切干涉的解釋往往需要熟練的操作人員，并且剪切干涉裝置可能需要大量的財(cái)政 和時(shí)間支出，特別是當(dāng)需要檢查大批量輪胎時(shí)。
[0006] 因此，需要一種準(zhǔn)確地確定外胎中的內(nèi)部異常并且在各種制造環(huán)境中可預(yù)測(cè)地進(jìn) 行準(zhǔn)確確定的可靠且具有成本效益的NDT技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 提供一種用于測(cè)試輪胎的沖擊聲學(xué)法，其包含提供可致動(dòng)沖擊器，所述可致動(dòng)沖 擊器接近沖擊區(qū)域安置，沖擊器在沖擊區(qū)域上撞擊輪胎。聲傳感器在輪胎的與沖擊器共同 側(cè)上接近沖擊區(qū)域安置，其中聲傳感器接收在沖擊器撞擊沖擊區(qū)域時(shí)產(chǎn)生的一個(gè)或多個(gè)聲 波并產(chǎn)生對(duì)應(yīng)聲信號(hào)。力傳感器接近沖擊區(qū)域安置以用于測(cè)量一個(gè)或多個(gè)動(dòng)力并產(chǎn)生指示 沖擊力的對(duì)應(yīng)力信號(hào)。將輪胎提供在測(cè)試平臺(tái)上使得沖擊器在其致動(dòng)期間撞擊沖擊區(qū)域。 由聲信號(hào)和力信號(hào)計(jì)算多個(gè)鑒別符量。將計(jì)算得出的鑒別符量與存儲(chǔ)的鑒別符量進(jìn)行比較 以確定輪胎中是否存在異常。
[0008] 在一些實(shí)施例中，可以提供與聲傳感器和力傳感器中的至少一個(gè)通信的一個(gè)或多 個(gè)計(jì)算裝置。所述計(jì)算裝置可以包含用于執(zhí)行傳遞來自傳感器中的至少一個(gè)的數(shù)據(jù)以及直 接或間接控制一個(gè)或兩個(gè)傳感器中的至少一個(gè)的指令。在其它實(shí)施例中，計(jì)算得出的鑒別 符量和存儲(chǔ)的鑒別符量中的每一個(gè)包含峰值沖擊力、沖擊持續(xù)時(shí)間、初始接觸聲下的區(qū)域、 自由振動(dòng)能量、累計(jì)功率比、功率譜局部峰值量值以及累計(jì)頻譜能量中的一個(gè)或多個(gè)量。存 儲(chǔ)的鑒別符量可以表示先前測(cè)試的輪胎的輪胎完整性。
[0009] 在一些實(shí)施例中，聲傳感器和力傳感器中的至少一個(gè)是連接網(wǎng)絡(luò)的裝置并且所述 方法進(jìn)一步包含提供平臺(tái)。平臺(tái)可以包含與至少一個(gè)連接網(wǎng)絡(luò)的裝置通信的服務(wù)器以及引 擎。引擎可經(jīng)配置以執(zhí)行以下各項(xiàng)中的至少一個(gè):接入用于訓(xùn)練和預(yù)測(cè)異常指標(biāo)的至少一 個(gè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN);在測(cè)試每個(gè)輪胎時(shí)記錄測(cè)試數(shù)據(jù);基于檢測(cè)到的聲波和力信號(hào)計(jì)算 鑒別符量;將至少一個(gè)存儲(chǔ)的鑒別符量與至少一個(gè)計(jì)算得出的鑒別符量進(jìn)行比較；以及基 于所述比較，確定輪胎完整性。
[0010]還提供一種輪胎異常檢測(cè)系統(tǒng)，其包含具有測(cè)試平臺(tái)的輪胎支撐系統(tǒng)以及沖擊系 統(tǒng)。沖擊系統(tǒng)包含可致動(dòng)沖擊器，所述可致動(dòng)沖擊器接近沖擊區(qū)域安置，沖擊器在沖擊區(qū)域 上撞擊位于測(cè)試平臺(tái)上的輪胎。沖擊系統(tǒng)還包含聲傳感器，所述聲傳感器在輪胎的與沖擊 器共同側(cè)上接近沖擊區(qū)域安置。聲傳感器接收在沖擊器撞擊沖擊區(qū)域時(shí)產(chǎn)生的一個(gè)或多個(gè) 聲波并產(chǎn)生指示接收到的聲波的對(duì)應(yīng)聲信號(hào)。接近沖擊區(qū)域安置的力傳感器測(cè)量一個(gè)或多 個(gè)動(dòng)力并產(chǎn)生指示沖擊力的對(duì)應(yīng)力信號(hào)。由聲信號(hào)和力信號(hào)計(jì)算多個(gè)鑒別符量。將計(jì)算得 出的鑒別符量與存儲(chǔ)的鑒別符量進(jìn)行比較以確定輪胎中是否存在異常。
[0011]還提供一種輪胎異常檢測(cè)系統(tǒng)，其包含用于在測(cè)試期間支撐輪胎的輪胎支撐結(jié) 構(gòu)。沖擊器接近輪胎安置以用于在一個(gè)或多個(gè)位置處沖擊輪胎。聲傳感器接近沖擊器安置 以用于在沖擊器接觸輪胎時(shí)接收聲波。力傳感器測(cè)量沖擊器接觸的位置處的一個(gè)或多個(gè)動(dòng) 力并產(chǎn)生指示沖擊力的對(duì)應(yīng)力信號(hào)。所述系統(tǒng)還包含一個(gè)或多個(gè)計(jì)算裝置，每個(gè)所述計(jì)算 裝置具有處理器，所述處理器具有用于由聲波和力信號(hào)計(jì)算多個(gè)鑒別符量的指令以及用于 將計(jì)算得出的鑒別符值與存儲(chǔ)的鑒別符值進(jìn)行比較以指示輪胎中的異常的指令。
[0012] 通過以下詳細(xì)描述本發(fā)明所公開的設(shè)備的其它方面將變得更加顯而易見。
【附圖說明】
[0013] 在結(jié)合附圖考慮以下詳細(xì)描述之后本發(fā)明的本質(zhì)和多個(gè)優(yōu)點(diǎn)將變得更加顯而易 見，在附圖中相同的參考標(biāo)號(hào)通篇指代相同部分，并且在附圖中：
[0014] 圖1示出如一般已知的沖擊聲波法的示意性表示。
[0015] 圖2示出如本發(fā)明所公開的具有用于測(cè)試的示例性外胎的示例性輪胎組合件。
[0016] 圖3示出如一般已知的不同沖擊狀況的示例性變形歷程。
[0017] 圖4示出使用如本發(fā)明所公開的示例性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的示例性隨機(jī)建模。
[0018] 圖5示出在樣本橡膠復(fù)合材料上測(cè)量的示例性應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
[0019] 圖6示出影響因子對(duì)最大沖擊力的整體模型靈敏度的示例性曲線圖。
[0020] 圖7示出影響因子對(duì)沖擊持續(xù)時(shí)間的整體模型靈敏度的示例性曲線圖。
[0021] 圖8示出影響因子對(duì)最大接觸變形的整體模型靈敏度的示例性曲線圖。
[0022] 圖9示出示例性輪胎段的示例性模型近似。
[0023] 圖10示出根據(jù)本發(fā)明所公開的方法在測(cè)試期間帶束邊緣周圍的不規(guī)則的橫截面。
[0024] 圖11到14示出影響因子對(duì)最大沖擊力、沖擊持續(xù)時(shí)間、最大接觸變形和彎曲能量 損失的對(duì)應(yīng)靈敏度曲線圖。
[0025] 圖15示出不規(guī)則尺寸量對(duì)彎曲能量損失的示例性靈敏度分析圖。
[0026]圖16和17示出理論峰值沖擊力和理論沖擊持續(xù)時(shí)間分別對(duì)比具有變化的深度的 嵌入式異常的橡膠塊的沖擊速度的示例性關(guān)系。
[0027]圖18和19示出理論峰值沖擊力和沖擊持續(xù)時(shí)間分別對(duì)比具有變化的長(zhǎng)度的嵌入 式異常的橡膠塊的沖擊速度的示例性關(guān)系。
[0028]圖20和21分別示出預(yù)測(cè)的峰值沖擊力和預(yù)測(cè)的沖擊持續(xù)時(shí)間對(duì)比異常的深度。 [0029]圖22和23分別示出理論上預(yù)測(cè)的以及以實(shí)驗(yàn)方式獲得的峰值沖擊力和沖擊持續(xù) 時(shí)間的示例性比較。
[0030]圖24A和24B示出沖擊速度對(duì)頻率覆蓋范圍的示例性影響。
[0031 ]圖25A和25B示出沖擊器質(zhì)量對(duì)頻率覆蓋范圍的示例性影響。
[0032]圖26示出預(yù)測(cè)的最大變形對(duì)比異常深度。
[0033]圖27示出示例性聲音波形屬性心對(duì)比異常長(zhǎng)度。
[0034]圖28示出示例性累計(jì)環(huán)繞聲區(qū)域知對(duì)比異常深度。
[0035]圖29示出示例性測(cè)得的功率比值對(duì)比異常深度。
[0036]圖30示出理論上計(jì)算得出的彎曲能量損失與以實(shí)驗(yàn)方式測(cè)得的功率比的示例性 比較。
[0037] 圖31示出采用如本發(fā)明所公開的示例性沖擊聲學(xué)法的示例性輪胎異常檢測(cè)系統(tǒng)。
[0038] 圖32示出如本文中所公開的示例性測(cè)試算法的流程圖。
[0039]圖33示出測(cè)試輪胎的平面圖，指示示例性測(cè)試線和位置。
[0040]圖34示出從樣本輪胎測(cè)得的沖擊力的示例性時(shí)間歷程。
[0041 ]圖35A和35B分別示出沖擊聲的示例性時(shí)間歷程和功率譜。
[0042 ]圖36示出沖擊位置對(duì)峰值聲幅的影響。
[0043]圖37和38示出在代表性胎肩上測(cè)得的異常鑒別符。
[0044]圖39和40分別示出對(duì)于全新輪胎和對(duì)于在一個(gè)肩部中具有不連續(xù)的小裂紋的輪 胎的異常指數(shù)。
【具體實(shí)施方式】
[0045] 當(dāng)前公開的發(fā)明涉及使用沖擊聲學(xué)和沖擊回波方法用于輪胎異常檢測(cè)。如圖1中 所圖示的此類方法基于在結(jié)構(gòu)表面上施加局部干擾同時(shí)記錄所引起的空氣聲波。
[0046] 在沖擊回波法中，在固體表面上的某一點(diǎn)處施加干擾同時(shí)記錄已經(jīng)接近傳感器的 所引起的應(yīng)力波(見圖1(a))。沖擊回波法的基本方法論是:應(yīng)力波的傳播可以是不同的，這 是因?yàn)樵诮Y(jié)構(gòu)中存在內(nèi)部異常。沖擊回波基本上是一種接觸NDT方法，因而需要仔細(xì)考慮傳 感器如何自動(dòng)地接近測(cè)試表面以及從測(cè)試表面縮回。由此實(shí)現(xiàn)圍繞輪胎圓周的連續(xù)測(cè)試。
[0047]沖擊聲學(xué)法用空氣耦合傳感器來代替接觸傳感器，空氣耦合傳感器記錄由相鄰結(jié) 構(gòu)因沖擊激發(fā)的振動(dòng)而產(chǎn)生的聲波(見圖1(b))。傳感器(例如，一個(gè)或多個(gè)傳聲器)記錄由 相鄰結(jié)構(gòu)因短沖擊激發(fā)的振動(dòng)而產(chǎn)生的聲波。在一些實(shí)施例中，可以實(shí)施抗噪聲傳聲器或 相控陣列傳聲器抗噪聲算法以增強(qiáng)接收到的傳聲器信號(hào)的品質(zhì)。沖擊引發(fā)的瞬時(shí)應(yīng)力波在 測(cè)試物體中的傳播因例如解體或剝離的內(nèi)部異常的存在而變化。基于壓電的傳感器通過與 測(cè)試物體接觸來測(cè)量表面位移響應(yīng)。在沖擊聲學(xué)法的情況下，材料經(jīng)歷微小應(yīng)變并且因此 僅與初始正切模量有關(guān)。
[0048]當(dāng)前公開的發(fā)明促進(jìn)橡膠復(fù)合結(jié)構(gòu)