DK164143B - Fremgangsmaade og apparat til ikke-destruktiv afproevning af daek - Google Patents

Description

i

DK 164143 B

Opfindelsen angår et apparat og en fremgangsmåde til afpudsning og ikke-destruktiv afprøvning af afpudsede dækkarkasser.

Der har længe eksisteret et behov for apparater til billig, 5 effektiv og ikke-destruktiv afprøvning (NDI) af karkasser. Der kunne opnås en øget sikkerhed ved sådanne teknikker, hvis de kunne udføres hurtigt og rationelt. Der er også potentielle økonomiske fordele. F.eks. kunne en defekt karkasse kasseres under vulkanisering, hvis målingerne under en afprøvning kunne 10 foretages hurtigt og nøjagtigt.

Behovet for forbedrede ikke-destruktive afprøvningsmetoder og apparater til afprøvning af karkasser er så stort, at U.S. Army Materials and Mechanics Research Center har støttet flere sym-15 posier vedrørende dette emne. Protokollerne af de tre første symposier er blevet publiceret og kan fås hos U.S. National Technical Information Service. De indeholder hver især et afsnit om ultralyd-dækafprøvning tilligemed afsnit om andre former for dækafprøvning (eksempelvis ved hjælp af holografi, in-20 frarød stråling eller røntgenstråling). Det er også kendt at udføre en ikke-destruktiv ultralydafprøvning af pneumatiske karkasser, jf. f.eks. US patentskrift nr. 3.604.249, US patentskrift nr. 3.882.717 og US patentskrift nr. 4.059.989.

25 Endvidere kendes mekanismer til at kassere eller på anden måde håndtere pneumatiske karkasser under ikke-destruktive afprøvninger eller under fremstillingsprocessen, jf. f.eks. US patentskrift nr. 3.948.094 og US patentskrift nr. 4.023,407.

30 US patentskrift nr. 3.882.717 beskriver et andet eksempel på en ultralydafprøvningsanordning, og engelsk patentskrift nr. 1.385.738 beskriver en røntgenstråleinspektionsanordning.

Et eksempel på en dækafpudsanordning er omtalt i US patent-35 skrift nr. 3.877.506.

Selv om der er blevet foretaget ikke-destruktive ultralydafprøvninger på dæk, har de hidtidige teknikker alligevel alvor-

DK 164143 B

2 lige mangler. Nogle af de hidtidige teknikker har f.eks. nød-vendiggjort en væskekobling på i hvert fald den ene side af dækvæggen. Andre teknikker udnytter den såkaldte "impuls-ekko" metode, som giver et komplekst mønster af ekkoer som følge af 5 såvel normale indre dækstrukturer som unormale dækstrukturer. Man har anvendt forholdsvis lave frekvenser, såsom 25 kHz, hvilket resulterede i en betydelig interferens med omgivelsernes akustiske kilder. Man har også anvendt ekstremt høje frekvenser, såsom 2 MHz, hvorved signalet hurtigt dæmpes. Nog-10 le ha·* anvendt kontinuerte ultralydbølger, hvorved der opstod et forvirrende mønster af stående bølger og lignende, medens andre har holdt øje med indhy11ingsspidser i de modtagne akustiske bølger. Endvidere har man anvendt separate impulser af akustiske signaler for hvert dækafprøvningssted. I nogle til-15 fælde er indhyllingen af den modtagne spids blevet anvendt til at tilvejebringe slutdata. Man har også søgt at afprøve en op-pumpet karkasse (de akustiske signaler har da i nogle tilfælde passeret to dækvægge for at kunne holde alle transducere uden for dækket), selv om man for det meste har søgt at afprøve 20 karkassen i ikke-oppumpet tilstand.

Hidtil indeholdt dækkasser i ngsmekanismerne i almindelighed en aksialt bevægelig dækmonteringsramme for hurtig montering og oppumpning af et prøvedæk. Hidtidige NDI-maskiner har en ul-25 tralydssender på indersiden af et roterbart, oppumpet dæk, selv om sådanne kun har været fikserede eller manuelt justerbare monteringsarrangementer. Andre NDI-maskiner har et af flere dele bestående sender-monteringsarrangement i forbindelse med et vidt åbent ikke-oppumpet prøvedæk. Der er imid-30 lertid endnu ikke fremkommet et kommercielt levedygtigt arrangement for hurtig indstilling af ultralydtransducere omkring væggen af et oppumpet prøvedæk, og som samtidig muliggør en hurtig dækmontering/demontering og beskytter transducerne mod beskad i gel se.

Formålet med opfindelsen er at anvise, hvorledes ikke-destruk-tive ultralydafprøvninger af karkasser vil kunne udføres på en hurtigere og enklere måde.

35 3

DK 164143 B

Et apparat af den indledningsvis nævnte art er ifølge opfindelsen ejendommeligt ved, at det har modstående cirkulære ringe for tætnende indgriben med tilsvarende rande af dækket, dækoppumpningsorganer for oppumpning af dækket efter indgreb 5 ved hjælp af ringene, afpudsningsorganer for rotation af det oppumpede dæk og for afpudsning af den ydre siidbaneflade til tilvejebringelse af en i hovedsagen ensartet ydre slidbaneflade på den resulterende karkasse, ultralydafprøvningsorganer anbragt på henholdsvis indersiden og ydersiden af det oppum-10 pede dæk for måling af de relative styrker af ultralydssignaler transmitteret gennem forskellige områder af den oppumpede slidbane, når dækket er i rotation, for derved at udføre en ikke-destruktiv afprøvning af den afpudsede karkasse. Derved opnås et apparat, der muliggør en hurtig indstilling af ultra-15 lydtransducerne omkring væggen af et oppumpet dæk, og som samtidig muliggør en hurtig montering/demontering af et dæk og beskytter transducerne mod beskadigelse.

Der kan være indrettet specielle mekaniske foranstaltninger 20 til automatisk at føre de akustiske transducere ind og ud af driftsposition i forhold til de oppumpede dækvægge. Under dækmonterings- og demonteringsoperationer er de akustiske sendere trukket radiært og aksialt ind i forhold til i hvert fald én dækmonteringsring eller -flange, for derved at lette dækmonte-25 ring- og demonteringsoperationerne og for at beskytte senderne mod beskadigelser. Under og efter oppumpning er disse sendere ført radiært udad indenfor det oppumpede dæk og ind i en operativ position i forhold til de indre dækvægge. Samtidigt er rækken af modtagere forskudt radiært indad mod ydre oppumpede 30 dækvægge til en ønsket drifstposition. Et apparat indeholdende justerbare sendermonteringsorganer er omtalt i europæisk patentskrift nr. 60.470.

Senderen er under en måling anbragt tilnærmelsesvis 5,1 ± 2,5 35 cm fra indersiden af dækvæggen, medens modtageren er anbragt tilnærmelsesvis 11,4-21,6 cm fra senderen. Hver modtagertransducer er fortrinsvis kollimeret og tilpasset til impedansen af 4

DK 164143 B

omgivelsernes luft ved hjælp af et cylindrisk rør, der har en indre konisk overflade, hvilken overflade er tilspidset mod afføl ingsområdet af den pågældende modtagertransducer. En sådan kollimering bevirker, at hver modtagers udgangssignal kun 5 repræsenterer akustiske signaler transmitteret gennem et begrænset område af dækvæggen, og bidrager desuden til at undgå interferens med slidbanemønstre og støj fra omgivelserne. Dækfejl, såsom adskillelser imellem båndlagene og gummilagene eller mellem forskellige gummilag dæmper de transmitterede aku-10 stiske signaler i højere grad, end hvis de akukstiske signaler transmitteres igennem et feljfrit område af dækvæggen.

Et oppumpet dæk bidrager til at opretholde den sande dækflade og eliminerer signalvariationer, der kunne være forårsaget af 15 slingren og andre aksiale bevægelser af dækvæggen under rotation. Det oppumpede dæk kan også udspænde dækvæggen, ligesom under normal brug og åbne lækager i'dækvæggene således, at de kan detekteres ved ultralyddetektion af luft, der passerer derigennem. Der kræves et tryk på omtrent 0,345 bar til opret-20 holdelse af en stabil oppumpet dækstruktur. Det her imidlertid vist sig, at signal transmissionen forbedres, hvis dækket er oppumpet til 1,034-1,241 bar.

Opfindelsen angår også en fremgangsmåde til afpudsning og 25 ikke-destruktiv afprøvning af en afpudset karkasse. Fremgangsmåden er ifølge opfindelsen ejendommelig ved, at den omfatter en tætnende indgriben af randene af dækket mellem modstående ringe, en oppumpning af dækket efter indgreb ved hjælp af ringene, en rotation af det oppumpede dæk og en afpudsning af den 30 ydre slidbane af dækket til tilvejebringelse af en i hovedsagen ensartet ydre slidbane på den resulterende karkasse og en måling af de relative styrker af ultralydsignaler transmitteret gennem forskellige områder af den afpudsede slidbane under en rotation af dækket for derved at udføre en ikke-destruktiv 35 afprøvning af den afpudsede karkasse. Derved muliggøres en hurtig montering af et prøvedæk og en hurtig indstilling af ultralydtransducerne omkring væggen af det oppumpede prøvedæk samtidigt med, at transducerne beskyttes mod beskadigelse.

5

DK 164143 B

Opfindelsen skal nærmere forklares i det følgende under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 og 2 viser et kombineret ikke-destruktiv afprøvnings/-5 afpudsningsapparat ifølge opfindelsen, fig. 3 et diagram over apparatet i fig. 1 og 2, f i g. 4 en del af en dækvæg, akustiske sendere og modtagere 10 samt dertil hørende forforstærker- og multiplekskredsløb, fig. 5 en kol1imator/impedanstilpasningsenhed, som anvendes ved hver af modtagerne, og 15 fig. 6 et arrangement til montering af senderen og en fikse-ret spindel.

fig. 1 og 2 viser et kombineret ikke-destruktiv afprøvnings-og dækafpudsningsapparat. Afprøvningsfaciliteterne kan i givet 20 fald tilvejebringes uden dækafpudsningsfaciliteterne.

De større mekaniske komponenter af apparatet er monteret på en åben ramme 100 med en fikseret spindel 102, der ved en horisontal akse 106 ligger på linie med en modstående og aksialt 25 bevægelig spindel 104. Konventionelle cirkulære dæk-monte- ringsringe eller -flanger 108 og 110 er fastgjort til de ydre roterbare ender af spindlerne 102 og 104 for montering af et oppumpet dæk 112 derimellem. En konventionel pneumatisk dæk-hævemekanisme 114 kan hæve og svinge et dæk ind og ud fra en 30 position imellem ringene 108 og 110 under dækmonterings- og demonter i ngsoperationer.

Ringen 108 og dækket 112 drives ved hjælp af en jævnstrømmotor 116 på 2 HK gennem et reduktionsgear 118. En overf 1adehastig-35 hed af dækket 117 på omtrent 180 m per min. er at foretrække for afpudsoperationer, medens en meget lavere hastighed på omtrent 12 m per min. er at foretrække for ikke-destruktive ope-

DK 164143 B

6 rationer. Spindelen 104 og ringen 110 fremføres og tilbagetrækkes aksialt ved hjælp af en pneumatisk cylinder 120. Under dækmontering trækkes ringen 110 tilbage ved hjælp af cylinderen 120 således, at dækket 112 kan anbringes på ringen 108 ved 5 hjælp af hævemekanismen 114. Ringen 110 føres derefter mod den tilsvarende rand af dækket 112, og dækket oppumpes til et ønsket tryk ved hjælp af trykluft, der indføres via centret af spindelen 102.

10 Et antal modtagertransducere 210 anbringes langs en bue i hovedsagen svarende til ydersiden af dækket 112. Det har vist sig, at driften bliver utilfredsstillende, hvis modtagerne 210 ligger for tæt på eller for langt fra dækkets yderside. Modtagerne 210 er fortrinsvis ikke anbragt nærmere end 2,6 cm fra 15 dækkes yderside og ligger fortrinsvis i en afstand af 14 - 21,6 cm fra de modstående sendertransducere. Hver af modtagertransducerne 210 har fortrinsvis en konisk kollimator og/eller et fokuseringsrør - se fig. 5. Disse rør er fortrinsvis fremstillet af polyvinylchlorid og tjener også til impedanstiIpas-20 ning af transducer-krystalfladen til den omgivende lufts akustiske impedans.

Der anvendes en moderat høj ultralydfrekvens for at undgå interferens fra omgivelsernes akustiske signaler og for at for-25 øge opløsningsevnen ved anvendelse af akustiske signaler af kortere bølgelængde. Frekvenser over 40 kHz og fortrinsvis ved 75 kHz foretrækkes. Ultralydkrystaller, der opererer ved 75 kHz, er kommercielt tilgængelige. Som modtagertransducer kan f.eks. anvendes MK111 transduceren fra Massa Corporation, Win-30 dom, Massachusetts med følgende specifikationer: 35 7

DK 164143 B

Frekvens ved hvilken impedansen er maksimal (fm) 75 kHz ± 3 kHz

Impedans ved fm (min.) 6 k fl

Modtagerfølsomhed ved frekvens 5 ved maksimal udgang dB ved 1 v/pbar -70 dB min.

Transmissionsfølsomhed dB ved 1 pbar og 0,3 m/10 mw -12 dB min.

Maksimal indgangseffekt 100 mw

Direktivitet -10 dB max ved en 10 total vinkel på 90°

Temperaturstabi1 itet 10¾ ændring i fre kvens ved

-34,5eC til 65,6°C

Kapacitet 120 pF ± 2¾.

15

En passende senderkrystal, der er afstemt til ca. 75 kHz, fås fra Ametek/Straza, Californien under nr. 8-6A016853.

De elektriske ledere fra hver af transducerne 210 er fortrins-20 vis gennem koaksialkabler 506 sluttet til i alt seksten forforstærkere 508. Udgangene af hver af de seksten for forstærkere 508 er forbundet til en otte-polet elektronisk afbryder i form af Signetics SD5000 integreret kredsløb, der styres af et HIGH CHAN multi piekssignal tilvejebragt ved hjælp af en græn-25 seflade. De otte multip1 eksede udgangssignaler er via transistor-forstærkere tilføjet til nogle signalbehandlingskanaler A-H. I tilfælde af, at der ikke tilføres et HIGH CHAN multi-plekssignal til de elektroniske afbrydere, er udgangssignalerne af de første otte forforstærkere 508 tilført til de tilsva-30 rende signalbehandlingskanaler A-H. Når HIGH CHAN multipleks-signalet er til stede, er det udgangssignalerne af de sidste otte forforstærkere 508, der tilføres til signalbehandlingskanalerne A-H.

35 Detaljer af den fikserede spindel 102 og det respektive arrangement til montering af senderen er vist i fig. 6. Senderkry-stallerne 500 og 502 er drejet 90° i forhold til hinanden fra 8

DK 164143 B

overfladen af en PVC-monteringsblok 1500. Blokken 1500 er på sin side fastgjort til en stav 1502, der kan trækkes tilbage, og som er forbundet til et stempel i en pneumatisk cylinder 1504. Som vist i fig. 6 er senderkrystallerne 500 og 502 af 5 den pneumatiske cylinder 1504 trukket tilbage til et beskyttet område afgrænset af en cirkulær plade 1506 fastgjort til dækmonteringsringen 108. Dækmonteringsringen 108 er roterbart fastgjort til den fikserede spindel 102 ved hjælp af kuglelejekonstruktioner 1508 og 1510. Denne roterbare forbindelse 10 holdes lufttæt ved hjælp af en roterende lukkekonstruktion 1512. Centret af spindelen 102 er gjort hult således, at der kan føres pneumatiske styreledere 1514 og elektriske ledere ud til senderne.

15 Den roterende ring 108 og den dermed forbundne konstruktion er via en fjeder 1517 forskudt til sin aksialt udstrakte postion - se fig. 6. Ringen 108 kan imidlertid forskydes aksialt mod fjederkraften til den position, der er vist stiplet. I den foretrukne udførelsesform begynder en sådan forskydning, når der 20 til ringen 108 tilføres en sideværts kraftpåvirkning på omkring 0,138 bar. Den glidende forbindelse, som tillader en sådan forskydning, holdes lufttæt ved hjælp af en O-ring 1516. I den eksempelvise udførelsesform kan der kun foretages en ak-sial forskydning på omtrent 50,8 mm, inden fjederkraften er 25 tilstrækkelig til at modstå en yderligere forskydning; også selv om dækket er pumpet op til omkring 1,034 - 1,241 bar.

Når ringen 108 er forskudt aksialt til venstre som vist stiplet i fig. 6 mod kraften af fjederen 1519, er senderne 500 og 30 502 blotlagt, og den pneumatiske cylinder 1504 kan aktiveres til at føre senderne ud i den position, der er vist stiplet i fig. 6 med henblik på at foretage en målecyklus. Blokerings-kontakter, der aktiveres af det indre tryk af det oppumpede dæk og/eller af den aksiale position af ringen 108, kan anven-35 des til at sikre, at den pneumatiske cylinder 1504 ikke fejlagtigt udtrækkes og beskadiges, medens senderne 500 og 502 stadig er indesluttet og beskyttet af flangen 1506.

Claims (7)

1. Apparat til afpudsning og ikke-destruktiv afprøvning af 5 afpudsede dækkarkasser, kendetegnet ved, at det har modstående cirkulære ringe (108, 110) for tætnende indgriben med tilsvarende rande af dækket (112), dækoppumpningsorganer (102) for oppumpning af dækket efter indgreb ved hjælp af ringene (108, 110), afpudsningsorganer (200) for rotation af det 10 oppumpede dæk og for afpudsning af den ydre slidbane til tilvejebringelse af en i hovedsagen ensartet ydre slidbaneflade på den resulterende karkasse, ultralydafprøvningsorganer (210, 500, 502) anbragt på henholdsvis indersiden og ydersiden af det oppumpede dæk (112) for måling af de relative styrker af 15 ultralydsignaler transmitteret gennem forskellige områder af den afpudsede slidbane, når dækket er i rotation, for derved at udføre en ikke-destruktiv afprøvning af den afpudsede kar-kasse .

2. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at ul- tralydafprvningsorganerne omfatter mindst én ultralydsender (500, 502) og justerbare sendermonteringsorganer (1504, 1502, 1500) monteret mellem ringene (108, 110) for tilbagetrækning af senderen radiært mod centret af de cirkulære ringe (108, 25 110) under montering og demontering af dækket fra en position imellem ringene og fremføring af senderen radiært bort fra centret af de cirkulære ringe (108, 110) mod dækkets slidbane under en afprøvning.

3. Apparat ifølge krav 2, kendetegnet ved, at de justerbare sendermonteringsorganer (1504, 1502, 1500) i deres radiært tilbagetrukne position også kan forskydes aksialt med hensyn til mindst en af ringene (108, 110) for derved at lette dækmonteringsopetationen uden at beskadige senderen.

4. Apparat ifølge et eller flere af de foregående krav omfattende et antal ultralydmodtagere (210) anbragt i en række i 35 10 DK 164143 B hovedsagen svarende til den ydre tværsnitsform af dækket (112) og justerbare modtagermonteringsorganer (212) anbragt for automatisk tilbagetrækning af modtageren radiært bort fra de cirkulære ringe (108, 110) under montering og demontering af 5 dækket fra en position imellem ringene og for udstrækning af modtageren radiært mod de cirkulære ringe under en målecyklus.

5. Apparat ifølge et eller flere af de foregående krav, kendetegnet ved, at senderen under en måling er an- 10 bragt tilnærmelsesvis 5,1 ± 2,5 cm fra indersiden af dækvæggen, medens modtageren er anbragt til nærmel sesvi s 11,4 - 21,6 cm fra senderen.

6. Apparat ifølge ethvert af de foregående krav, kende-15 tegnet ved, at dækoppumpningsorganerne oppumper dækket til et tryk på til nærmel sesvi s 1,034 til 1,241 bar.

7. Fremgangsmåde til polering og ikke-destruktiv afprøvning af en afpudset dæk-karkasse, kendetegnet ved, en 20 tætnende indgriben af randene af dækket (112) mellem modstående ringe (108, 110), en oppumpning af dækket efter indgreb ved hjælp af ringene, en rotation af det oppumpede dæk (112) og en afpudsning af den ydre slidbane af dækket til tilvejebringelse af en i hovedsagen ensartet ydre slidbane på den resulterende 25 karkasse og en måling af de relative styrker af ultralydsignaler transmitteret gennem forskellige områder af den afpudsede dækvæg under en rotation af denne for derved at udføre en ikke-destruktiv afprøvning af den afpudsede dæk-karkasse, 30 35