CN102482852B - 确定橡胶或弹性体材料中的金属特征的深度的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了用于确定橡胶或弹性体材料中的金属特征的深度的方法和设备。在某些实施例中，本发明提供了用于确定轮胎中的例如金属缆线的深度的方法和设备。在金属特征的范围之内改变状态的传感器用于确定材料中的这样的特征的深度，而不必拆解材料。

Description

确定橡胶或弹性体材料中的金属特征的深度的方法和设备

技术领域

本发明涉及用于确定橡胶或弹性体材料中的金属特征(例如，轮胎中的金属缆线)的深度的方法和设备。本发明使用一种传感器，所述传感器在放置于金属特征的范围内时改变状态，以确定材料中这种特征的深度。

背景技术

现代轮胎构造常常包括金属部件，用于在轮胎的某些部分中提供强度和耐久性。例如，在轮胎的任一侧面上的胎圈芯可以包括金属帘线，胎体围绕所述金属帘线进行包裹。具有金属增强构件的带束可以位于轮胎的胎面区域之下。通常在轮胎的侧面之间延伸的胎体也可以包括金属增强件，例如金属缆线。在每一种情况下，这些金属元件通常被橡胶或弹性体材料包覆，并且位于轮胎的结构之内的某个预定深度处。

在某些轮胎检查或修补操作中，已知的是金属元件在轮胎结构之内的位置可能是很重要的。例如，为了修补已经被刺穿或者受到其它损害的轮胎，可能需要从轮胎的侧面去除表面的一部分，从而可以在修补中应用补片或其它材料。对于将补片应用于轮胎的内表面的情况，可能需要从轮胎的内表面去除一定深度的材料。这样的去除可以例如通过使用应用于轮胎表面的研磨机来实现。然而，一般而言，在去除橡胶材料的时候要避免损害轮胎之内的金属部件。尽管在一些情况下例如特定轮胎的构造之内金属缆线的位置可能是已知的，但轮胎之内例如缆线的金属特征的精确位置通常是未知的，这使得在金属特征处或者在金属特征附近去除材料的过程变得复杂。

因此，用于确定橡胶或弹性体材料之内的金属特征的深度的装备和方法将会是有利的并且是有用的。例如，可以用于确定诸如轮胎之内的金属缆线的金属特征的深度的装备和方法也将会是有利的并且是有用的。能够在没有校准的情况下用于特定轮胎尺寸或型号的这样的方法和设备也将会是特别有用的。根据以下描述，本发明的这些和其它优点将变得明朗。

发明内容

本发明的目的和优点将部分地在以下描述中进行阐述，或者可以从该描述变得明显，或者可以通过本发明的实施而获悉。

在本发明的一个示例性方面，提供了一种用于确定具有相对侧面的橡胶或弹性体材料之内的金属特征的深度的方法。该方法包括；定位步骤，将传感器沿着材料的一个侧面定位于开始位置；移动步骤，使得传感器相对于材料移动，直到传感器在完成位置改变状态；确定步骤，沿着垂直于材料的一个侧面的方向，确定开始位置和传感器改变状态的完成位置之间的距离；沿着材料的另一侧面重复定位步骤、移动步骤和确定步骤；确定材料沿着垂直方向的厚度；以及使用来自于前面叙述的步骤的测量结果计算金属特征的深度。本发明的这个示例性实施例例如可以用于确定轮胎的构造之内的金属缆线或其它金属元件的深度。

本发明的这个示例性方法的变化也在本发明以及所附权利要求的范围之内。例如，开始位置可以位于材料的表面。在这种情况下，移动步骤将包括从材料的表面收回传感器或者使得传感器移动离开材料的表面。传感器可以配置为随着传感器移动离开材料的表面而从开状态改变为关状态，同样也可以使用相反的配置。传感器的开始位置可以是金属特征处于传感器的范围之外的位置。然后，移动步骤可以包括使得传感器朝向材料的表面移动，在这种情况下，传感器可以配置为随着传感器朝向材料的表面移动而从关状态改变为开状态。

移动步骤可以包括使得传感器沿着垂直于材料的一个侧面上的表面的方向移动。然而，传感器可以相对于材料的表面以一定角度移动。在这种情况下，可以使用三角函数来计算材料的深度。在利用具有可变灵敏度的传感器的情况下，灵敏度可以调节为使得传感器在放置于材料的表面时响应于金属特征，并且在收回离开金属特征时在固定范围改变状态。例如，传感器可以是接近开关。

在本发明的另一示例性方面，提供了一种用于确定具有相对侧面的橡胶或弹性体材料之内的金属特征的深度的设备。该设备包括传感器，传感器在进入金属或金属物质的范围内时触发。外壳配置为用于容纳传感器。提供定位元件以用于相对于橡胶或弹性体材料的表面定位传感器。该设备包括用于测量传感器和橡胶或弹性体材料的表面之间的距离的装置。该设备还包括用于测量橡胶或弹性体材料的厚度的装置。

参考以下描述以及所附权利要求，本发明的这些和其它特征、方面和优点将得到更好的理解。包含在本说明书中并且构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。

附图说明

针对本领域普通技术人员，在参考附图的本说明书中说明了本发明的一种使得本领域技术人员能够实现本发明的完整公开，包括本发明的最佳模式，在附图中：

图1示出了本发明的示例性实施例的侧视图，其中传感器放置在包含金属特征的材料的表面上。材料是以横截面的形式显示的，并且金属特征的厚度稍微夸大，以便清楚地对本发明进行描述。

图2示出了图1中的传感器的另一个侧视图，并且描述了传感器朝向材料表面的移动。

图3示出了图1中的传感器的另一个侧视图，并且描述了在移动进入材料内的金属特征的范围之内时传感器中的状态改变或传感器的触发。

图4提供了将在下文中描述的某些实验数据的图。

具体实施方式

本发明涉及用于确定橡胶或弹性体材料之内的金属特征的深度的方法和设备。例如，本发明可以用于确定轮胎的构造之内的金属缆线的位置。为了对本发明进行描述，现在将具体参考本发明的实施例和方法，在附图中示出了本发明的一个或更多例子。每个例子都是以解释本发明的方式提供的，并不对本发明产生限制。事实上，对于本领域技术人员而言，在不背离本发明的范围或精神的情况下显然可以对本发明进行各种修改和改变。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以用于另一个实施例以产生又一个实施例。因此，本发明旨在涵盖属于所附权利要求及其等效形式的范围内的这样的修改和改变。

图1提供了可以与本发明一起使用的深度测量设备100的示例性实施例的透视图。更具体而言，深度测量设备100由传感器105构造而成，传感器105在放置于金属的一定范围之内时触发。举例而言，由Old Saybrook，Connecticut的Contrinex^TM提供的Contrinex^TM DW-AS-523-M12接近开关可以与本发明一起使用。使用本文中公开的教导的本领域普通技术人员将会理解，其它接近开关或传感器也可以与本发明一起使用，只要这样的传感器在放置进入目标金属特征的范围或从目标金属特征的范围取出时触发或改变状态。

传感器105容纳在外壳110之内，并且配置为移动进入和离开外壳110。对于图1的实施例，外壳110由塑料管道或塑料管构造而成，从而不会为传感器105提供虚假指示。传感器105通过定位元件115连接至外壳110，对于本示例性实施例而言，定位元件115包括螺纹120和螺母125系列。螺母125连接至外壳110，并且相对于外壳110自由旋转。电线130为传感器105供电，并且也能够用于传递诸如传感器105的触发或状态改变的信息。

现在考虑图2，在螺母125旋转时(如箭头R所示)，随着螺母125作用在螺纹120上，传感器105将会被拉入外壳110，即在箭头A的方向上移动。相反地，通过使得螺母125在相反的方向上转动，传感器105将会移出外壳110。因此，通过螺母125的旋转，可以根据需要确定传感器105的位置。仅仅作为例子，提供了定位元件115。对于传感器105的移动和定位，可以使用其它构造，使用本文中公开的教导的本领域普通技术人员将会理解这一点。举例而言，传感器105可以包括沿着外壳110配合进入凹部或引导件的凸台或其它特征。

如同每个附图中所示，外壳110放置成靠着沿轮胎的壁140的一个侧面的表面135。为了对本发明进行描述，壁140示出为由沿着一个侧面的橡胶层145和沿着壁140的另一侧面的另一橡胶层150构造而成。金属特征(例如金属缆线155)位于橡胶层145和150之间，金属特征的厚度稍微夸大，以便清楚地对本发明进行描述。如上文所述，本发明也可以与其它物体一起使用，并不限于与轮胎一起使用。例如，本发明可以用于确定其它橡胶或弹性体物体中的金属特征的深度，所述其它橡胶或弹性体物体例如包括皮带、软管等等。

为了例如在轮胎壁140上进行修补，需要知道金属缆线155位于壁140之内的深度。例如，可能必须要去除层145或150的一部分以进行轮胎修补。因此，为了辅助避免损坏缆线155，壁140之内的缆线155的位置是需要的。现在将描述使用测量设备100以确定缆线155的深度的示例性方法。

再次回到图1，在这里传感器105显示为处于操作范围之外的位置。更具体而言，在图1中，对于检测金属缆线155而言，传感器105的端部160与壁140的距离不够近。为了讨论的目的，假设测量结果z代表与表面135的距离，在该距离处传感器105将会由于金属缆线155的存在而触发。从而，如“＞＞z”和连接到传感器端部160的引线所示，传感器105处于其将由于金属缆线155的存在而触发的范围之外。

现在，对于图2，螺母125以上文所述的方式旋转(箭头R)，以使得传感器105移动进入外壳110(箭头A)，因此使得端部160更加接近金属缆线155。如图2中所示并且由“＞z”和连接到端部160的引线所示，传感器105的接近程度仍然不足以检测金属缆线155的存在。因此，螺母125继续在箭头R的方向上旋转。

如图3中所示，传感器105的端部160已经移动至现在检测到金属缆线155的位置。在此位置，由于金属缆线155存在于范围之内，传感器105改变状态或触发。对于图3的示例性实施例，诸如LED 165的信号装置闪烁或者打开，如图3中所示，以便对传感器105的触发以及端部160放置于金属缆线155的范围内进行指示。或者，LED 165可以配置为在端部160放置于金属缆线155的范围之内时停止闪烁或关闭。在任一情况下，传感器105改变状态(通过触发或者停用，打开或者关闭，等等)以便指示金属缆线155已经进入感测范围。在这样的情况下，针对金属缆线155的检测、螺母125的旋转以及传感器105的移动所发出的信号终止。然后，测量并且记录与传感器105的端部160的距离z。举例而言，距离z可以使用尺子手工测量。或者，可以在外壳110和/或传感器105的表面上提供测量标记。举另一个例子，测量设备100可以具有基于外壳110之内的传感器105的位置自动确定距离z的电子装置。

接下来，对于轮胎壁140的另一侧面，重复这些相同或相似的步骤。更具体而言，螺母125旋转以从外壳110收回传感器105，直到端部160处于金属缆线155的范围之外的距离处。然后，外壳110放置成靠着沿轮胎壁140的另一侧面的橡胶层150。传感器105朝向表面170移动进入外壳110，以确定端部160移动进入金属缆线155的范围所处的位置。如图3中所示，测量结果b代表在金属缆线155进入传感器105的范围而使其触发或改变状态的时刻表面170和传感器105的端部160之间的距离。

现在参考图3，测量结果c代表在外壳110被定位以确定测量结果z和b的位置处的壁140的总体厚度。例如，通过使用应用于取得测量结果z和b的位置(或其附近)的卡尺，可以确定测量结果c。也可以使用其它装置以测量壁140的总体厚度。

使用测量结果z、b和c，能够以如下方式确定金属缆线155的深度。如图3中所示，x代表表面135和缆线155的中心之间的还未知的距离，y代表表面170和缆线155的中心之间的还未知的距离。因此，已知x和y的和等于测量结果c(壁140的总体厚度)，就能够计算x和y。例如，可以使用以下公式来计算x：

(1)x＝(b-z+c)/2

其中：

x是从表面135到金属缆线155的中心的距离

b是从表面170到传感器105的端部160的测得距离

z是从表面135到传感器105的端部160的测得距离

c是测量结果b和z处的壁140的厚度

公式(1)基于如下假设：距离b和z是从金属缆线155的中心确定的，并且不会受到表面135和170的任何弯曲的影响，也不会受到存在非金属物质的影响。

使用如上文所述用于传感器105的接近开关，进行了一系列的实验，其中橡胶样品中金属缆线的深度是基于上文描述的方法确定的，也通过直接物理测量来确定。图4提供了结果数据的图，其中横坐标代表缆线深度的直接物理测量结果，纵坐标代表使用本发明确定的深度。如图4所示，本发明提供了一种确定橡胶或弹性体材料中的金属物体的深度的精确并且可靠的方法，而不必拆解这样的材料或者基于例如不同的轮胎类型而对仪器进行校准。

使用本文中公开的教导，本领域普通技术人员将会理解，在本发明的范围之内也可以使用其它方法。例如，上文描述的示例性方法依赖于通过使得传感器105朝向壁140从检测范围之外的位置移动至金属缆线155的检测位置而触发传感器105。然而，通过首先将传感器105放置进入金属缆线155的检测范围之内，然后使得传感器105移动离开壁140到达传感器105不再检测到金属缆线155的点，传感器105也可以用于确定距离b和z。在本发明的范围中，也可以使用使得传感器105朝向壁140或离开壁140移动的组合。在每种情况下，基于金属(例如金属缆线155)检测的一致范围的传感器105的触发或停用使得能够以上文描述的方式确定缆线155的深度。

已经基于沿着垂直于壁140或表面135和170的路径移动传感器105而对本发明进行了描述。然而，使用本文中公开的教导，将会理解，也可以使用移动传感器105的其它角度，特别是对于传感器105的指定移动范围具有平直或基本平直的金属层的物体。例如，对于相对平直或平坦的金属缆线155，传感器105可以相对于表面135和170以锐角移动。在这种情况下，可以使用三角函数来计算距离z和b。

最后，上述示例性实施例是使用单个传感器105来进行描述的。然而，在本发明的另一示例性实施例中，可以沿着材料的相对侧面使用两个传感器，以便例如消除上文描述的将单个传感器从材料的一个侧面移动到另一个侧面的步骤。在使用两个传感器的情况下，传感器应该匹配，从而使得它们在其对于距离、材料和几何形状的响应方面(包括其响应中的任何非线性)等同。此外，在应用一个传感器的同时可以关闭另一个传感器，从而不会影响测量。

尽管已经针对本主题的特定示例性实施例和方法对本主题进行了具体描述，但是将领会，当获得前述内容的理解时，本领域的技术人员可以容易地产生这样的实施例的备选方案、改变和等效形式。因此，本发明的范围是作为例子而不是作为限制，并且本发明不排除包括对本主题的这样的修改、改变和/或增加，这对于使用本文中公开的教导的本领域普通技术人员而言是显而易见的。

Claims (17)

1.一种用于确定具有相对侧面的橡胶或弹性体材料之内的金属特征的深度的方法，所述方法包括；

定位步骤，将传感器沿着所述材料的一个侧面定位于开始位置；

移动步骤，使得所述传感器沿着垂直于所述材料的表面的方向相对于所述材料移动，直到所述传感器在完成位置时改变状态；

确定步骤，沿着与所述材料的一个侧面垂直的方向，确定所述开始位置与所述传感器改变状态的所述完成位置之间的距离；

沿着所述材料的另一侧面重复所述定位步骤、移动步骤和确定步骤；

确定所述材料沿着垂直方向的厚度；以及

使用来自于前述步骤的测量结果计算所述金属特征的深度。

2.根据权利要求1所述的用于确定具有相对侧面的橡胶或弹性体材料之内的金属特征的深度的方法，其中所述开始位置位于所述材料的表面处。

3.根据权利要求2所述的用于确定具有相对侧面的橡胶或弹性体材料之内的金属特征的深度的方法，其中所述移动步骤包括从所述材料的表面收回所述传感器。

4.根据权利要求3所述的用于确定具有相对侧面的橡胶或弹性体材料之内的金属特征的深度的方法，其中随着所述传感器移动离开所述材料的表面，所述传感器从开状态改变为关状态。

5.根据权利要求1所述的用于确定具有相对侧面的橡胶或弹性体材料之内的金属特征的深度的方法，其中所述开始位置是所述金属特征处于所述传感器的范围之外的位置。

6.根据权利要求5所述的用于确定具有相对侧面的橡胶或弹性体材料之内的金属特征的深度的方法，其中所述移动步骤包括朝向所述材料的表面移动所述传感器。

7.根据权利要求6所述的用于确定具有相对侧面的橡胶或弹性体材料之内的金属特征的深度的方法，其中随着所述传感器朝向所述材料的表面移动，所述传感器从关状态改变为开状态。

8.根据权利要求1所述的用于确定具有相对侧面的橡胶或弹性体材料之内的金属特征的深度的方法，其中所述移动步骤进一步包括使得所述传感器沿着与所述材料的所述一个侧面上的表面垂直的方向移动。

9.根据权利要求1所述的用于确定具有相对侧面的橡胶或弹性体材料之内的金属特征的深度的方法，进一步包括调节所述传感器的灵敏度的步骤，从而使得所述传感器在放置于所述材料的所述表面时响应于所述金属特征，并且在收回离开所述金属特征至所述金属特征处于所述传感器的范围之外的距离时改变状态。

10.根据权利要求1所述的用于确定具有相对侧面的橡胶或弹性体材料之内的金属特征的深度的方法，其中所述金属特征是位于轮胎之内的金属帘线或缆线。

11.根据权利要求1所述的用于确定具有相对侧面的橡胶或弹性体材料之内的金属特征的深度的方法，其中所述传感器是接近开关。

12.一种用于确定具有相对侧面的橡胶或弹性体材料之内的金属特征的深度的设备，其包括：

外壳，其放置成靠着弹性体材料的相对侧面的一个的表面；

传感器，所述传感器在进入金属或金属物质的范围内时触发，所述传感器容纳在所述外壳之内并且配置为移动进入和离开所述外壳；

定位元件，所述定位元件用于相对于所述橡胶或弹性体材料的表面定位所述传感器；

用于测量所述传感器与所述橡胶或弹性体材料的表面之间的距离的装置；以及

用于测量所述橡胶或弹性体材料的厚度的装置。

13.根据权利要求12所述的用于确定具有相对侧面的橡胶或弹性体材料之内的金属特征的深度的设备，其中所述定位元件是附接至所述外壳并且通过螺纹连接至所述传感器的螺母。

14.根据权利要求12所述的用于确定具有相对侧面的橡胶或弹性体材料之内的金属特征的深度的设备，其中用于测量橡胶材料的厚度的所述装置包括一对卡尺。

15.根据权利要求12所述的用于确定具有相对侧面的橡胶或弹性体材料之内的金属特征的深度的设备，进一步包括信号灯，所述信号灯用于指示所述传感器什么时候已经检测到所述金属特征的存在。

16.根据权利要求12所述的用于确定具有相对侧面的橡胶或弹性体材料之内的金属特征的深度的设备，其中所述传感器包括接近开关。

17.根据权利要求16所述的用于确定具有相对侧面的橡胶或弹性体材料之内的金属特征的深度的设备，其中所述金属特征包括轮胎之内的金属或金属元件。