用于轮胎异常的非破坏性检测的方法和装置的制造方法

用于轮胎异常的非破坏性检测的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 当前公开的发明一般地涉及用于外胎的非破坏性测试方法和装置。更具体地说， 当前公开的发明涉及在翻新过程之前应用冲击声学法以准确地检测轮胎异常和不规则。
【背景技术】
[0002] 当轮胎磨损后，可以在翻新过程期间用新的胎面带或胎面层修复轮胎。翻新是修 复或再制造过程，不仅延长轮胎的使用寿命，而且还比制造新轮胎明显更便宜。由于再循环 和翻新是降低外胎制造的固有成本和能量的关键，因此有效的翻新就必须使外胎具有良好 的结构完整性(即，没有内部的异常或不规则）。
[0003] 在翻新卡车外胎之前和/或之后，可使用非破坏性测试(NDT)方法来检测和定位内 部异常。此类异常可以包含但不限于裂纹、空隙、剥离层和/或异物。已经使用先进的NDT技 术进行大量尝试，并且轮胎再制造产业已采用及商业化若干类型的检验程序。例如，使用X 射线的工业放射照相法是用于轮胎检验的实时方法。此检验方法提供对例如异物和气孔的 异常的高灵敏度(例如，归因于穿透不同材料的X射线的辐射强度的变化）。然而，较小的接 合不规则可能难以检测，这是因为X射线的穿透能力取决于材料密度。因此，需要进一步检 验程序来研究不可被X射线检测的那些情况。
[0004] 另一种已知的检验方法利用较高频率(在轮胎产业中通常使用I-IOMHz)下的超声 波振动，其在空气中比可听声音衰减得快得多。超声波方法可用于检查异常帘线间距、带束 异常或轮胎壁厚的变化。此测试程序的自动化因需要在传感器与物体表面之间进行中间耦 合而复杂化。另外，超声波方法需要大量的训练和经验来解释数据，因而抑制了此检验方法 在高收益检验环境中的应用。
[0005] 广泛用于外胎检验的剪切干涉能够检测多种类型的异常，例如带束和侧壁中的空 隙和剥离。使用剪切干涉，首先通过置于外胎中心的激光在正常大气压力下扫描轮胎以获 得基准照片。将外胎置于真空中。如果存在例如空气填充空隙的不规则，外胎周围的低压会 使滞留在空隙中的空气膨胀。通过扫描在真空下的外胎胎体获得"加压"照片，将此照片与 基准照片对比以产生条纹图形。内部变化通常在应力之下引发可能导致两个图像之间的差 异并转变成条纹图形中的异常的应变集中。因此，剪切干涉使内部异常与位移梯度变化相 关。对剪切干涉的解释往往需要熟练的操作人员，并且剪切干涉装置可能需要大量的财政 和时间支出，特别是当需要检查大批量轮胎时。
[0006] 因此，需要一种准确地确定外胎中的内部异常并且在各种制造环境中可预测地进 行准确确定的可靠且具有成本效益的NDT技术。

【发明内容】

[0007] 提供一种用于测试轮胎的冲击声学法，其包含提供可致动冲击器，所述可致动冲 击器接近冲击区域安置，冲击器在冲击区域上撞击轮胎。声传感器在轮胎的与冲击器共同 侧上接近冲击区域安置，其中声传感器接收在冲击器撞击冲击区域时产生的一个或多个声 波并产生对应声信号。力传感器接近冲击区域安置以用于测量一个或多个动力并产生指示 冲击力的对应力信号。将轮胎提供在测试平台上使得冲击器在其致动期间撞击冲击区域。 由声信号和力信号计算多个鉴别符量。将计算得出的鉴别符量与存储的鉴别符量进行比较 以确定轮胎中是否存在异常。
[0008] 在一些实施例中，可以提供与声传感器和力传感器中的至少一个通信的一个或多 个计算装置。所述计算装置可以包含用于执行传递来自传感器中的至少一个的数据以及直 接或间接控制一个或两个传感器中的至少一个的指令。在其它实施例中，计算得出的鉴别 符量和存储的鉴别符量中的每一个包含峰值冲击力、冲击持续时间、初始接触声下的区域、 自由振动能量、累计功率比、功率谱局部峰值量值以及累计频谱能量中的一个或多个量。存 储的鉴别符量可以表示先前测试的轮胎的轮胎完整性。
[0009] 在一些实施例中，声传感器和力传感器中的至少一个是连接网络的装置并且所述 方法进一步包含提供平台。平台可以包含与至少一个连接网络的装置通信的服务器以及引 擎。引擎可经配置以执行以下各项中的至少一个:接入用于训练和预测异常指标的至少一 个人工神经网络(ANN);在测试每个轮胎时记录测试数据;基于检测到的声波和力信号计算 鉴别符量;将至少一个存储的鉴别符量与至少一个计算得出的鉴别符量进行比较；以及基 于所述比较，确定轮胎完整性。
[0010]还提供一种轮胎异常检测系统，其包含具有测试平台的轮胎支撑系统以及冲击系 统。冲击系统包含可致动冲击器，所述可致动冲击器接近冲击区域安置，冲击器在冲击区域 上撞击位于测试平台上的轮胎。冲击系统还包含声传感器，所述声传感器在轮胎的与冲击 器共同侧上接近冲击区域安置。声传感器接收在冲击器撞击冲击区域时产生的一个或多个 声波并产生指示接收到的声波的对应声信号。接近冲击区域安置的力传感器测量一个或多 个动力并产生指示冲击力的对应力信号。由声信号和力信号计算多个鉴别符量。将计算得 出的鉴别符量与存储的鉴别符量进行比较以确定轮胎中是否存在异常。
[0011]还提供一种轮胎异常检测系统，其包含用于在测试期间支撑轮胎的轮胎支撑结 构。冲击器接近轮胎安置以用于在一个或多个位置处冲击轮胎。声传感器接近冲击器安置 以用于在冲击器接触轮胎时接收声波。力传感器测量冲击器接触的位置处的一个或多个动 力并产生指示冲击力的对应力信号。所述系统还包含一个或多个计算装置，每个所述计算 装置具有处理器，所述处理器具有用于由声波和力信号计算多个鉴别符量的指令以及用于 将计算得出的鉴别符值与存储的鉴别符值进行比较以指示轮胎中的异常的指令。
[0012] 通过以下详细描述本发明所公开的设备的其它方面将变得更加显而易见。
【附图说明】
[0013] 在结合附图考虑以下详细描述之后本发明的本质和多个优点将变得更加显而易 见，在附图中相同的参考标号通篇指代相同部分，并且在附图中：
[0014] 图1示出如一般已知的冲击声波法的示意性表示。
[0015] 图2示出如本发明所公开的具有用于测试的示例性外胎的示例性轮胎组合件。
[0016] 图3示出如一般已知的不同冲击状况的示例性变形历程。
[0017] 图4示出使用如本发明所公开的示例性神经网络的示例性随机建模。
[0018] 图5示出在样本橡胶复合材料上测量的示例性应力-应变曲线。
[0019] 图6示出影响因子对最大冲击力的整体模型灵敏度的示例性曲线图。
[0020] 图7示出影响因子对冲击持续时间的整体模型灵敏度的示例性曲线图。
[0021] 图8示出影响因子对最大接触变形的整体模型灵敏度的示例性曲线图。
[0022] 图9示出示例性轮胎段的示例性模型近似。
[0023] 图10示出根据本发明所公开的方法在测试期间带束边缘周围的不规则的横截面。
[0024] 图11到14示出影响因子对最大冲击力、冲击持续时间、最大接触变形和弯曲能量 损失的对应灵敏度曲线图。
[0025] 图15示出不规则尺寸量对弯曲能量损失的示例性灵敏度分析图。
[0026]图16和17示出理论峰值冲击力和理论冲击持续时间分别对比具有变化的深度的 嵌入式异常的橡胶块的冲击速度的示例性关系。
[0027]图18和19示出理论峰值冲击力和冲击持续时间分别对比具有变化的长度的嵌入 式异常的橡胶块的冲击速度的示例性关系。
[0028]图20和21分别示出预测的峰值冲击力和预测的冲击持续时间对比异常的深度。 [0029]图22和23分别示出理论上预测的以及以实验方式获得的峰值冲击力和冲击持续 时间的示例性比较。
[0030]图24A和24B示出冲击速度对频率覆盖范围的示例性影响。
[0031 ]图25A和25B示出冲击器质量对频率覆盖范围的示例性影响。
[0032]图26示出预测的最大变形对比异常深度。
[0033]图27示出示例性声音波形属性心对比异常长度。
[0034]图28示出示例性累计环绕声区域知对比异常深度。
[0035]图29示出示例性测得的功率比值对比异常深度。
[0036]图30示出理论上计算得出的弯曲能量损失与以实验方式测得的功率比的示例性 比较。
[0037] 图31示出采用如本发明所公开的示例性冲击声学法的示例性轮胎异常检测系统。
[0038] 图32示出如本文中所公开的示例性测试算法的流程图。
[0039]图33示出测试轮胎的平面图，指示示例性测试线和位置。
[0040]图34示出从样本轮胎测得的冲击力的示例性时间历程。
[0041 ]图35A和35B分别示出冲击声的示例性时间历程和功率谱。
[0042 ]图36示出冲击位置对峰值声幅的影响。
[0043]图37和38示出在代表性胎肩上测得的异常鉴别符。
[0044]图39和40分别示出对于全新轮胎和对于在一个肩部中具有不连续的小裂纹的轮 胎的异常指数。
【具体实施方式】
[0045] 当前公开的发明涉及使用冲击声学和冲击回波方法用于轮胎异常检测。如图1中 所图示的此类方法基于在结构表面上施加局部干扰同时记录所引起的空气声波。
[0046] 在冲击回波法中，在固体表面上的某一点处施加干扰同时记录已经接近传感器的 所引起的应力波(见图1(a))。冲击回波法的基本方法论是:应力波的传播可以是不同的，这 是因为在结构中存在内部异常。冲击回波基本上是一种接触NDT方法，因而需要仔细考虑传 感器如何自动地接近测试表面以及从测试表面缩回。由此实现围绕轮胎圆周的连续测试。
[0047]冲击声学法用空气耦合传感器来代替接触传感器，空气耦合传感器记录由相邻结 构因冲击激发的振动而产生的声波(见图1(b))。传感器(例如，一个或多个传声器)记录由 相邻结构因短冲击激发的振动而产生的声波。在一些实施例中，可以实施抗噪声传声器或 相控阵列传声器抗噪声算法以增强接收到的传声器信号的品质。冲击引发的瞬时应力波在 测试物体中的传播因例如解体或剥离的内部异常的存在而变化。基于压电的传感器通过与 测试物体接触来测量表面位移响应。在冲击声学法的情况下，材料经历微小应变并且因此 仅与初始正切模量有关。
[0048]当前公开的发明促进橡胶复合结构