KR20130114204A - 가요성 복합재를 위한 비파괴 검사 - Google Patents

Abstract

보강된 가요성 복합재에서의 내부 차이를 검사하는 검사 방법은 가요성 복합재를 강성 지지 구조 상에 배치하는 것, 미리 정해진 질량의 태퍼(tapper)로 가요성 복합재를 타격(tapping)하는 것, 타격의 충격 지속 시간을 나타내는 값을 측정하는 것 및/또는 가요성 복합재의 국부적 강도를 나타내는 값을 계산하는 것을 포함한다. 상기 가요성 복합재는 인장 코드로 보강된 전동 벨트 또는 전동 벨트의 일부일 수 있다. 상기 검사 방법은, 예컨대 캐스트 성형 폴리우레탄 치형 벨트에서의 인장 코드로의 탄성중합체의 침투성 정도를 비교하는 데 유용하다.

Description

가요성 복합재를 위한 비파괴 검사{NONDESTRUCTIVE TEST FOR FLEXIBLE COMPOSITES}

관련출원에 대한 교차 참조

본 출원은 2010년 12월 17일자로 출원된 미국 가특허출원 제61/424,449호의 이익을 우선권 주장한다.

기술분야

본 발명은 일반적으로 가요성 복합재 물품을 위한 비파괴 검사 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 보강형 고무 물품에서의 코드 침투성(cord penetraion)을 검사하는 방법, 특히 폴리우레탄 전동 벨트에서의 코드 침투성에 대한 검사에 관한 것이다.

강성 복합재 구조 및 금속 구조에 대한 다수의 비파괴 검사 방법이 알려져 있다. 그러한 비파괴 검사 방법의 예로는 초음파, 와전류 및 음향의 사용이 있다. 복합재 구조 또는 금속 구조는, 통상 이러한 구조에 대한 타격(tapping) 및 타격음의 차이의 청취에 의해 내부 결함이 검사될 수 있다. 소위 코인 타격 검사(coin tap test) 또는 간략히 "타격 검사"가, 허니콤 복합재, 항공기, 공간 구조, 빌딩 등과 같은 다양한 유형의 강성 재료로 이루어진 구조에 적용되어 왔다. 타격 검사는 그러한 강성 구조에서 층간박리(delamination), 압착되거나 손실된 내부 지지 구조, 박리(debonding) 등을 검출하는 데 사용될 수 있다. 타격 검사 시스템은 숙달된 청력을 지닌 사람에 의한 손에 의한 타격(hand-tapping)에서부터 음향 또는 임펄스의 전자 분석을 이용하는 자동 태퍼(tapper)의 범위에 이른다.

Hsu 등의 명의의 미국 특허 제6,327,921호에는, 복수 개의 구조적 강성 측정치에 관한 영상 기반 표시를 제공하는 비파괴 타격 검사 시스템이 설명되어 있어며, 각각의 강성 측정치는 항공기 구조 및 복합재와 금속 허니콤 구조에 유용한 "타격"에 대한 충격 지속 시간의 측정으로부터 계산된다. 타격 검사 시스템의 다른 예가 Mitsuhashi 등의 명의의 미국 특허 제5,048,320호와 Evans 명의의 미국 특허 제4,519,245호에 개시되어 있다.

타이어, 전동 벨트 및 호스와 같은 가요성 복합재 물품은 공극, 층간박리 등과 같은 내부 결함을 가질 수 있다. Kinoshita 등의 명의의 미국 특허 제5,891,561호에는 고무 전동 벨트 내에 아라미드 또는 다른 섬유로 이루어진 하중 지탱 코드를 사용하는 것이 설명되어 있다. 상기 미국 특허에 따르면, 레조르시놀-포름알데히드-라텍스(Resorcinol-Formaldehyde-Latex; "RFL") 처리로 코드를 처리할 때, 처리 후에 공극의 비율이 1.5 %보다 크면 공극이 상대적으로 커지고, 코드에 있는 필라멘트들 간의 결합력이 감소하며, 모진(耗盡) 문제가 심각해진다. 공극의 비율을 측정하기 위해 제안되는 방법은 정확한 면적 측정이 가능하도록 전자 현미경으로 코드의 단면을 확대하는 것이다.

Knutson 등의 명의의 미국 특허 제5,807,194호에는, 캐스트 성형 폴리우레탄 본체를 지닌 벨트용의 코드 개발에 관한 역사가 설명되어 있으며, 이 미국 특허는 다양한 처리에 의한 코드 침투성 또는 사용되는 벨트 재료의 중요성을 강조한다. 주요 관심 대상인 탄소 코드에 대해서, Knutson 등은 코드 침투성을 측정하는 비파괴 검사를 제안한다. 상기 미국 특허에 따르면, 캐스팅 동안에 코드가 픽업하는 벨트 재료의 양은 소정 길이의 생코드(greige cord)의 길이의 중량을 측정하고, 이것을 최종 벨트로부터 분리된 코드와 비교하여 중량차를 측정하는 것에 의해 측정될 수 있다. 이러한 방식으로, 코드 체적의 mm³ 당 mg 단위의 벨트 재료 픽업 코드는 각각의 밀리미터의 코드 길이에 대해 측정될 수 있다. 사실상, 이러한 검사는 코드의 확대 단면을 검토하는 것에 의해 확인될 수 있다.

코드 중량 측정과 단면 분석 모두가 파괴 검사이다.

본 발명은 타이어, 호스 및 벨트와 같은 보강형 고무 물품에서의 코드 침투성을 검사하는 데 유용한, 가요성 복합재 물품에 대한 비파괴 검사 방법을 제공하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 탄소 섬유 보강형 폴리우레탄 전동 벨트에서의 코드 침투성을 검사하는 데 유용하다.

본 발명은 보강형 가요성 복합재들 내의 또는 보강형 가요성 복합재들 간의 내부 변화 또는 차이를 검사하는 검사 방법으로서, 예컨대 가요성 복합재 물품을 강성 지지 구조 상에 배치하는 것에 의해 가요성 복합재 물품을 지지하는 단계, 예정된 질량의 태퍼로 복합재를 타격하는 단계, 타격의 충격 지속 시간을 나타내는 값을 측정하는 단계 및/또는 복합재의 국부적인 강성을 나타내는 값을 계산하는 단계를 포함하는 검사 방법에 관한 것이다. 복합재는 인장 코드로 보강된 전동 벨트 또는 이러한 전동 벨트의 일부일 수 있다. 복합재는 벨트의 슬랩(slab) 또는 벨트의 일부일 수 있다. 지지 구조는 맨드릴, 풀리 또는 평판일 수 있고, 벨트 프로파일에 끼워넣어지는 융기부를 가질 수 있다. 상기 검사 방법은, 예컨대 캐스트 성형 폴리우레탄 치형 벨트에서의 인장 코드로의 탄성중합체의 침투성 정도를 비교하는 데 유용하다.

다양한 실시예에서, 태퍼는 계장화 가속도계 해머(instrumented accelerometer hammer) 또는 펜듈럼일 수 있고, 태퍼는 수동 작동되거나 자동화될 수 있다. 충격 지속 시간은 컴퓨터에 의해 평가될 수 있다. 측정은 소정 영역에 대해서 이루어져 그래픽 표시를 생성할 수 있다. 물품은 응력을 받는 상태로 유지될 수도 있고, 실질적으로 응력을 받지 않는 상태로 지지될 수도 있다.

앞에서는, 후속하는 본 발명의 상세한 설명을 더 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 피쳐(feature) 및 기술적인 장점을 약간 광범위하게 개략적으로 설명하였다. 당업자라면, 개시된 개념 및 특정 실시예는 본 발명의 동일 목적을 달성하기 위해 다른 구조로 수정하고나 다른 구조를 구성하기 위한 근간으로서 용이하게 활용될 수 있다는 점을 이해해야만 한다. 당업자라면 또한, 그러한 등가의 구성은 첨부된 청구범위에 기술된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않는다는 점을 인식해야만 한다. 본 발명의 다른 목적 및 장점과 함께, 본 발명의 특징으로 여겨지는 신규한 피쳐는 그 구조 및 작동 방법 모두에 관하여, 첨부 도면과 함께 이하의 설명을 고려함으로써 더 잘 이해될 것이다. 그러나, 각각의 도면은 단지 예시와 설명만을 위해 제공되는 것이지, 본 발명의 한계에 관한 정의로서 의도되는 아니라는 점을 이해해야만 한다.

본 명세서에 포함되어 명세서의 일부를 구성하고, 유사한 도면 부호는 유사한 부분을 나타내는 첨부 도면은 본 발명의 실시예를 보여주며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 구성된 검사 샘플 및 검사를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따라 구성된 검사 샘플 및 검사를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 구성된 검사 샘플 및 검사를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 검사되는 벨트의 단면도이다.

가요성 복합재는 타이어, 벨트, 호스, 공기 스프링, 다이어프램 등과 같은 적층형 탄성중합체 물품 또는 섬유 보강형 탄성중합체 물품을 포함한다. 그러한 물품에서는, 공극, 층간박리, 이물질 등과 같은 다양한 제조상 내부 변화 및/또는 결함이 가능하다. 또한 층간박리, 주름이나 피로 영역, 섬유 파손 등과 같은 내부 결함은 서비스 중에도 발생할 수 있다. 가요성 복합재에서의 내부 결함 또는 변화를 식별하기 위한 종래의 접근법은 파괴 검사, 즉 복합재를 절단하고, 통상 복합재를 확대하여 육안 검사하는 것에 의한 것이다. 본 발명자들은, 타격 검사가 지금까지 비파괴 검사 방법에 의해서만 발견할 수 있는 것으로 알려진 복합재 구조 내의 포착하기 어려운 차이를 나타낼 수 있다는 것을 확인하였다. 타격 검사는 팁이 장착된 가속도계로 관련 샘플을 타격하는 것을 포함한다. 검사 대상 샘플을 위한 임의의 적절한 팁 재료 및 팁 형상이 사용될 수 있다. 타격으로부터 나온 가속도계의 출력 신호는 충격 과정의 힘-시간 기록을 나타내는 전압 펄스이다. 전압 펄스는에는, 출력 전압이 약간 음의 값을 지난 다음 0을 향해 돌아가는 작은 언더슛이 후속할 수 있다. 검사 대상 물품의 상이한 구역들로부터 나온 전압 펄스에서의 차는 내부 구조 변화를 나타낼 수 있다. 펄스차는 전압 펄스의 크기 및 폭 모두를 포함할 수 있다. 이와 마찬가지로, 상이한 물품들로부터 나온 충격 펄스의 차는 물품들 간의 내부 구조 변화를 나타낼 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 가요성 복합재는 바람직하게는 교정된 질량 또는 힘으로 타격될 수 있고, 음향은 바람직하게는 전자회로로 분석될 수 있다. 바람직한 검사 방법에서, 가요성 복합재는 타격 질량체인 압전 가속도계로 타격되고, 전자회로는 타격 질량체와 샘플 간의 접촉 시간을 측정한다. 접촉 시간, τ(통상적으로 수백 마이크로초)는 국부적인 스프링 강성(k)(미터당 메가뉴턴으로 나타냄)으로 변환되어 가요성 복합재의 기계적 상태에 관한 측정치로서 사용될 수 있다. 간단한 스프링 모델이 관계식,

을 산출하며, 이 관계식에서 m_T는 태퍼의 질량이다. 접촉 시간 측정치를 이용하는 것의 장점은 이것이 태퍼의 재료 특성, 반경 및 속도와 같은 다양한 측정 변수에 대해 상대적으로 둔감하다는 것이다. 그러한 변수는 모두 펄스 크기에 더 큰 영향을 줄 수 있다. 실제 접촉 시간 대신에, 접촉 시간을 나타내는 값이 사용될 수 있다. 마찬가지로, 스프링 강성 대신에 스프링 강성을 나타내는 값이 사용되어, 비교 측정값을 얻을 수 있다. 이것은 대개 주어진 검사 용례가 알려지지 않은 견본을 제어 샘플이나 알려진 샘플과 단순히 비교하는 데 충분할 수 있다. 비교는 임펄스 지속 시간 또는 접촉 시간이나, 강성이나 강성을 나타내는 값과 같은 파생값을 포함할 수 있다.

참고에 의해 본 명세서에 포함되는 Hsu 등의 명의의 미국 특허 제6,327,921호에는, 복수 개의 구조적 강도 측정치의 영상 기반 표시를 제공하며, 각각의 강성 측정치는 "타격"에 있어서의 충격 지속 시간의 측정치로부터 계산되는 것인 예시적인 타격 검사 시스템이 설명되어 있다. 강성 구조에 대한 타격 검사의 종래의 사용에서, 타격음은 양호한 구역보다 내부 구조 결함이 있는 구역에서 더 둔탁한 것으로 간주된다. 이러한 둔탁한 음향은 충격 또는 타격에 있어서 보다 넓은 펄스폭에 상응한다. 가요성 복합재는 타격 검사를 위한 양호한 후보로 기대되지 않는데, 그 이유는 고무 또는 다른 탄성중합체와 같은 재료는 사실상 강성 구조 재료보다 훨씬 더 감폭(damping)하고, 이에 따라 임의의 내부 손상 또는 구조 변화가 있거나 없거나 "둔탁한" 소리가 나기 때문이다. 내부 손상은 또한 강성 구조에 대한 타격에 의해 검사되는 통상의 손상보다 가요성 재료에서 훨씬 더 감지하기 어려울 수 있다. 강성 구조에 대한 타격은 예컨대 벽 또는 압착된 허니콤 구조 또는 손실된 피쳐에 스터드를 배치할 수 있다. 가요성 물품의 경우, 작은 공극이나 함유물 또는 보강 성분의 재료 특성에 있어서의 작은 차이를 확인하는 것이 관심사일 수 있다.

자가 지지 구조 또는 강성 물품에 대한 타격 검사의 종래의 용례와는 달리, 가요성 복합재의 검사는, 검사를 위해 가요성 복합재 물품을 여전히 소정 유형의 홀더에 유지하거나 지지 구조에 장착한 상태에서 가장 잘 실시된다. 타격할 구역에 응력을 가하는 방식으로 가요성 복합재를 유지하는 것도 또한 바람직할 수 있다. 가요성 복합재에 응력을 가하는 한가지 적절한 방법은 굴곡에 의한 것이다. 다른 방법은 가요성 복합재를 인장시키는 것에 의한 것이다. 가요성 복합재 물품에 적절한 홀더는 당업자에 의해 용이하게 채택되거나 설계될 수 있다. 일례로서, 여러 가지 타입의 가요성 물품을 응력을 받는 상태로 유지하기 위해 간단한 바이스(vise)가 사용될 수 있다. 바람직한 실시예에서는, 치형 벨트가 타격할 영역 아래의 강성 지지체에 의해 응력을 받지 않는 상태로 유지된다. 이에 따라, 검사 구역은 가격될 시에 태퍼와 강성 지지체 사이에 개재된다. 이것은 복합재 전체의 원치 않는 진동을 최소화하고, 재료의 내부 진동 반응에 중점을 두는 것으로 여겨진다.

도 1은 전동 벨트의 섹션에 적용되는 본 발명에 따른 타격 검사를 보여준다. 도 1에서, 전동 벨트(10)는 팁(15)을 지닌 계장화 가속도계 해머(11)로 타격하도록 바이스(18)에 유지된다. 전동 벨트(10)는 동기식 모션 제어 또는 동력 전달을 위한, 치형부(14)를 구비하는 탄성중합체 벨트 본체(12)를 포함한다. 전동 벨트(10)는 매설 인장 코드(16) 및 치형 커버(17)로 보강된다. 벨트 샘플은 바이스에서의 굴곡 또는 아치화(arching)으로 인해 응력을 받는 상태이다.

도 2는 전동 벨트의 섹션에 적용되는 본 발명에 따른 타격 검사를 보여준다. 도 2에서, 전동 벨트(10)는 계장화 가속도계 해머(11)로 타격하도록 바이스(28)에 유지된다. 전동 벨트(10)는 동기식 모션 제어 또는 동력 전달을 위한, 치형부(14)를 구비하는 탄성중합체 벨트 본체(12)를 포함한다. 치형부(14)는 랜드 구역(24)과 교번한다. 바이스(28)는 하나 이상의 랜드 구역(24)을 지지하는 하나 이상의 융기부(26)를 지닌 지지판(22)을 포함한다. 전동 벨트는 지지된 랜드 구역에 대해서 후방측 상에서 타격하는 것에 의해 검사될 수 있다. 벨트(10) 역시 매설된 인장 코드(16)와 치형 커버(17)로 보강된다. 이 검사에서, 벨트 샘플은 응력을 받지 않는 본래의 상태이다. "응력을 받지 않음"은 전동 벨트(10)의 이 부분에, 원통형 맨드릴 상에서 몰딩된 것에 기인하여 소정의 곡률이 있다는 것을 의미하는 것임에 유념하기 바란다.

도 3은 전동 벨트의 섹션에 적용되는 본 발명에 따른 다른 타격 검사를 보여준다. 도 3에서, 전동 벨트(10)는 계장화 가속도계 펜듈럼(31)으로 타격하도록 지지판(32) 상에서 한 쌍의 클램프(38)로 유지된다. 치형부(14)는 랜드 구역(24)과 교번한다. 지지판(32)은 다수의 랜드 구역(24)을 지지하는 다수의 융기부(36)를 포함한다. 전동 벨트는 지지된 랜드 구역에 대해서 후방측 상에서 타격하는 것에 의해 검사될 수 있다. 펜듈럼(31)은 타격력을 가할 시에 최소 진동을 보장하도록 그리고 소망하는 회수의 반복된 타격을 이루도록 자동 제어될 수 있다. 이러한 검사 구성에서, 전동 벨트는 실질적으로 응력을 받지 않는 상태로 유지된다. 앞서 언급한 몰딩에 기인하는 곡률을 평평하게 하는 것에 의해 벨트에 소량의 응력이 부여된다.

본 발명의 방법의 실제 적용을 보여주기 위해, 탄소 섬유로 보강된 캐스트 성형 폴리우레탄 동기식 벨트를 검토하는 데 타격 검사를 적용하였다. 그러한 벨트는, 예컨대 Knutson 등의 명의의 미국 특허 제5,807,194호에 설명되어 있다. 상기 Knutson 명의의 특허에는 캐스트 성형 우레탄 벨트 재료로 이루어진 벨트 본체, 벨트 본체를 형성하고 소정 피치로 이격된 벨트 치형부, 벨트 치형부의 둘레면을 따라 배치되는 내마모성 직물 보강재, 벨트 본체에 매설되고 나선형으로 권취된 코드로 이루어진 인장 부재를 지닌 동기식 전동 벨트가 설명되어 있다. 여기에서 검사하는 특정 벨트는 14 mm의 피치 및 54k 탄소 섬유 인장 코드를 구비하였다. 하나는 코드로의 우레탄의 거의 완전한 침투성(99 %로 나타냄)을 갖고, 하나는 약 60 %의 코드로의 우레탄의 침투성을 나타내는, 2개의 벨트를 제작하였다. 이들 침투성 값은 벨트를 절단하는 것, 절단부를 수지에 삽입하는 것, 삽입된 섹션을 연마하는 것 및 광학 검사에 의해 침투된 영역의 비율을 결정하는 것에 의해 측정된다. 이러한 종래의 파괴 검사를 위해서도 벨트는 다수의 섹션들로 절단해야만 함은 물론이다. 도 4는 탄성중합체 본체(12)에 매설되는 코드(16)의 3개의 절단부를 포함하는 벨트가, 코드가 치형 커버(12)에 근접한 2개의 치형부 사이의 2개의 근접한 2개의 치형부(14) 사이의 랜드 영역(24)에서 절단되도록 한 부분 단면도를 보여준다. 도 4에서, 도시한 3개의 인장 코드 섹션은 탄소 섬유 번들로의 캐스트 성형 우레탄의 3개의 상이한 침투성 정도를 나타낸다. 코드(46)는 폴리우레탄에 의해 거의 완전히 침투되었다. 코드(44)는 코드 중앙에 근접한 침투가 없는 작은 영역을 갖고, 코드(42)는 침투가 없는 큰 영역을 갖는다. 상기한 3개의 코드는 통상적으로 동일한 벨트에서 나란히 배치될 필요가 없는 점을 이해해야만 한다. 보다 통상적으로, 벨트의 큰 섹션 또는 심지어는 전체 벨트는 일관되게 한가지 고유한 침투성 정도를 나타낼 수 있다. 대안으로서, 동일한 구조(build) 또는 슬랩으로부터 나온 일련의 벨트에 걸쳐 침투성에 있어서의 구배가 존재할 수도 있고, 침투성이 다른 더 작은 구역들이 있을 수도 있다. 이에 따라, 큰 영역을 침투성의 차이에 대해 신속하게 검사하는 방법이 유익할 것이다. 이와 마찬가지로, 도 4는 탄성중합체 복합재 물품의 섬유 보강재에 있는 공극 또는 층간박리를 나타낼 수 있으며, 코드(42)는 더 큰 공극을 나타내고, 코드(44)는 더 작은 공극을 나타낸다. 본 발명의 방법은 상기한 탄성중합체 복합재의 비교 샘플에 있어서의 상기한 다양한 내부 차이를 확인 또는 정량화하는 데 적용 가능한 것으로 여겨진다.

타격 검사를 위해, 항공 우주용 비파괴 검사를 위해 Iowa State University에 의해 개발되고 상용화를 위해 Advanced Structural Imaging, Inc. (ASI)에게 라이센싱된 소위 CATT(Computer Aided Tap Tester; 컴퓨터 원용 타격 테스터)를 선택하였다. CATT는 타격 질량체로서 압전 가속도계를 채용하고, 전자회로를 이용하여 타격 질량체와 샘플의 접촉 시간을 측정한다. 접촉 시간, 즉 τ(통상적으로 수백 마이크로초임)는 국부적인 스프링 강성, 즉 k(미터당 뉴턴 단위로 나타냄)으로 변환될 수 있다. 이러한 검사를 항공 우주용 구조물의 기계적 조건의 척도로서 사용하였다. 검사는 소정 영역에 대해 반복될 수 있고, 그 결과는 표시 장치에 그래픽으로 맵핑될 수 있다. 계장화 타격 질량체는 초기에는 단순히 소정 높이에서 샘플로 떨어진다. 다른 검사에서, 충격 위치와 충격력을 더 양호하게 제어하기 위해 펜듈럼을 사용하였다. 펜듈럼은 수동 작동될 수도 있고, 자동화될 수도 있다. 자동화 펜듈럼은 충격 주파수의 제어를 허용하며, 이는 제어를 향상시키고 다수의 충격 또는 타격 질량체의 튀어오름으로 인한 오차를 방지할 수 있다.

제1의 일련의 검사에서, CATT를 이용하여 총 6개의 샘플을 검사하였다. 샘플들은 전술한 구동 벨트의 섹션들이며, 이들은 각각 길이가 140 mm이고 폭이 20 mm인 것으로 측정되었다. 벨트 섹션은 내면에 10개의 대형 치형부를 갖고, 외면에 다수의 소형 코그(cog)를 갖고 있었다. 벨트 본체는 캐스트 성형 폴리우레탄이며, 인장 코드는 탄소 섬유로 이루어졌다. 파괴 검사에 의해 3개의 샘플은 캐스트 성형 폴리우레탄에 의한 코드 번들의 침투성이 99 %이고, 3개의 샘플은 단지 60 %의 침투성을 갖는 것으로 확인되었다. 샘플을 유지하기 위해, 샘플은 도 1에 도시한 바와 같이 아치 현상으로 굴곡되어 예응력을 받았고, 가속도계를 이용하여 아치의 상부 상에 또는 아치의 상부 근처에서 타격을 실시하였다. 20 내지 30 회로 각각의 샘플을 타격하여, 접속 시간 데이터를 평균냈다. 각각의 접촉 시간을 강성으로 변환하였고, 그 값을 또한 평균냈다. 6개의 샘플의 검사 결과가 표 1에 요약되어 있다.

침투성이 60 %인 3개의 벨트는 놀랄만한 일관성을 나타냈는데, 즉 그들의 평균 τ 값은 각각 786, 798 및 799 μs였다. 강성 면에서, 이들은 각각 0.233, 0.230 및 0.238 MN/m였다. 침투성이 99 %인 3개의 벨트의 결과는 이들 벨트들 중 2개가 서로 매우 유사하고(596 μs 및 598 μs, 그리고 0.399 MN/m), 나머지는 약간 덜 강성이었다(649 μs 및 0.342 MN/m). 그렇다고 하더라도, 침투성 99%인 벨트와 침투성 60 %인 벨트 간의 구별은 여전히 명확하였으며, 2개 그룹의 벨트의 산재한 데이터 간의 중첩은 없었다. 이에 따라, 타격 검사는 코드 침투성이 높은 정도인 벨트와 코드 침투성이 중간 정도의 벨트를 구별할 수 있는 것으로 나타났다.

제2의 일련의 검사에서, 4개의 상이한 코드 침투성 수준(60 %, 86 %, 93 내지 95 %, 99 %) 각각을 갖는 3개의 샘플을 검사하였다. 역시, 샘플은 도 1에 도시한 바와 같이 아치 형상으로 굴곡되어 예응력을 받았고, 가속도계를 이용하여 아치의 상부 상에 또는 아치의 상부 근처에서 타격을 실시하였다. 20 내지 30 회로 각각의 샘플을 타격하여, 접속 시간 데이터를 평균냈다. 각각의 접촉 시간을 강성으로 변환하였고, 그 값을 또한 평균냈다. 12개의 샘플의 검사 결과가 표 2에 요약되어 있다. 검사는 침투성이 86 %인 샘플과 침투성이 93 내지 95 %인 샘플의 차를 분석하지 못하는 것으로 나타났다. 아치의 스팬(span)을 변경하는 것뿐만 아니라 태퍼 힘을 변경하는 것도 분석을 개선하지 못했다.

그 후, 도 2에 도시한 바와 같이 벨트를 굴곡하거나 벨트에 응력을 가하는 일 없이 랜드 구역을 지지하는 다른 홀더를 사용하여 침투성이 86 %인 샘플과 침투성이 93 내지 95 %인 샘플에 대한 제2의 일련의 검사를 반복하였다. 지지된 랜드 구역에 대해 벨트의 후방측 상에서 샘플을 타격하였다. 각각의 샘플을 20 내지 30 회 타격하였고, 접촉 시간 데이터를 평균냈다. 각각의 접촉 시간을 강성으로 변환하고, 그 값을 다시 평균냈다. 제2 홀더에서의 6개의 검사 결과도 또한 표 2에 요약되어 있다. 93 내지 95 % 샘플, 특히 벨트 3에 대해 측정된 접촉 시간은 다른 벨트만큼 일관되지 않았다. 이는, 코드마다의 변화를 나타낸 이 벨트의 광학 분석과도 일치한다(반면에, 대부분은 샘플은 벨트 내에 있는 코드마다 더욱 일관됨).

측정의 일관성을 향상시키기 위해, 낙하형 질량체 대신에 펜듈럼 태퍼를 사용하였다. 펜듈럼의 가격 위치는 더 재현 가능하게 제어될 수 있으며, 높이가 정확하게 제어될 수 있고, 가격 주파수도 또한 제어될 수 있다. 그 후, 도 3에 도시한 자동화 펜듈럼 태퍼 및 샘플 홀더를 사용하여 침투성이 86 %인 샘플과 침투성이 93 내지 95 %인 샘플에 대해 검사를 반복하였다. 표 2에 그 결과를 나타냈다. 이러한 검사는 침투성이 86 %인 샘플과 침투성이 93 내지 95 %인 샘플의 차이를 가장 잘 나타냈다. 접촉 시간의 절대값은 활용되는 홀더 구성의 타입에 좌우된다는 점에 유념하기 바란다. 도 3의 구성은 20 내지 30 회의 반복 타격에 대해서 최소의 변화 또는 표준편차를 가졌다. 침투성이 93 내지 95 %인 벨트 3은 다른 벨트와는 상이한 것으로 두드러진다는 점에 유념하기 바란다. 이것은 앞서 언급한 바와 같은 벨트 내에서의 코드 대 코드 변화로 인한 것으로 여겨진다.

적절한 홀더를 사용하여, 무단 벨트 전체를 마찬가지로 벨트를 파괴하지 않고 검사할 수 있다는 것을 이해해야만 한다. 검사는 샘플의 전체 폭 및 길이를 특징지우도록 다수의 부위로 확장될 수 있다. 이에 따라, CATT의 최대 용량을 사용하여 검사 대상 물품의 반응을 맵핑할 수 있고 상이한 반응의 구역의 위치를 확인할 수 있다. 지지된 벨트가 작은 차이를 최상으로 구별하게 한다는 사실에 관한 특히 유용한 결과는, 풀리 또는 스프로켓을 지지체로서 사용하여 드라이브 상에서 치형 벨트를 검사할 수 있다는 점이다. 이에 따라, 드라이브로부터 제거하는 일 없이 벨트의 수명의 임의의 단계에서 인시츄식(in-situ)으로 내부 변화, 손상 또는 결함에 대해 벨트를 검사할 수 있다. 다른 예로서, 먼저 대형 원통형 슬랩 또는 슬리브로서 구성된 벨트를, 몰드 툴링으로부터 슬랩을 제거하기 전이나 또는 후에 내부 차이에 대해 신속하게 맵핑할 수 있다. 벨트 슬랩이 형성되는 몰드 툴링은 검사를 위해 필요한 지지체를 제공할 수 있다. 검사는, 절단, 연마, 라벨링과 같은 비용이 많이 드는 다양한 피니싱 공정 전에 실시될 수도 있고, 소망하는 프로세스에서의 임의의 시점에서 실시될 수도 있다. 검사는 특별한 샘플 준비, 조절 등을 요구하지 않기 때문에, 프로세스에 있어서 어디든 용이하게 위치 선정될 수 있다. 예컨대, 벨트 절단 시에, 슬랩에 대한 타격 검사를 활용하기 위한 지지체를 제공할 수 있는 맨드릴 상에 슬랩을 장착할 수 있다.

마찬가지로, 내부 차이의 위치를 확인하거나 식별하기 위해, 적절한 지지 홀더 및 계장화 태퍼를 사용하여 타이어 및 호스와 같은 다른 가요성 복합재 물품을 검사 및/또는 비교할 수 있다.

본 발명과 그 장점을 상세히 설명하였지만, 첨부된 청구범위에 의해 규정되는 본 발명의 범위를 벗어나는 일 없이 여기에서는 다양한 변화, 대체 및 변경이 이루어질 수 있음을 이해해야만 한다. 더욱이, 본 발명의 범위는 본 명세서에 설명된, 프로세스, 기계, 제조, 물질의 성분, 수단, 방법 및 단계에 관한 특정 실시예로 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 당업자라면 본 발명의 개시로부터, 여기에서 설명한 대응하는 실시예와 실질적으로 동일한 기능을 수행하거나 실질적으로 동일한 결과를 달성하는, 기존의 또는 차후에 개발된 프로세스, 기계, 제조, 물질의 성분, 수단, 방법 또는 단계들이 본 발명에 따라 활용될 수 있다는 것을 용이하게 이해할 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위는 상기한 프로세스, 기계, 제조, 물질의 성분, 수단, 방법 또는 단계를 그 범위 내에 포함하도록 의도된다. 여기에 개시된 본 발명은 여기에 상세히 개시하지 않은 임의의 요소가 부재하는 경우에도 적절히 구현될 수 있다.

Claims (15)

1. 가요성 복합재 물품 내의 내부 구조 변화 또는 가요성 복합재 물품들 간의 차이를 검사하는 검사 방법으로서.
   가요성 복합재 물품을 고정 위치에 장착하는 것;
   가요성 복합재 물품을 타격(tapping)하는 것;
   타격의 충격 지속 시간을 측정하는 것; 및
   충격 지속 시간을 기준값과 비교하는 것
   을 포함하는 검사 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 비교에 이용되는 충격 지속 기간으로부터 가요성 복합재 물품의 국부적 강성을 나타내는 값을 계산하는 것을 더 포함하는 검사 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 비교는 보강 섬유 구조로의 탄성중합체 기재의 침투성에 있어서의 차이를 나타내는 것인 검사 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 가요성 복합재 물품은, 내부에 인장 코드가 매설되어 보강된 전동 벨트인 것인 검사 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 장착은 가요성 복합재 물품에 예응력을 가하는 것을 포함하는 것인 검사 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 응력은 굴곡 응력인 것인 검사 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 장착은 검사할 가요성 복합재 물품의 일부를 실질적으로 응력을 받지 않는 상태로 지지하는 강성 지지 구조 상에 배치하는 것을 포함하는 것인 검사 방법.
8. 가요성 복합재 물품을 강성 지지 구조 상에 배치하는 것;
   예정된 질량의 태퍼(tapper)로 가요성 복합재를 타격하는 것; 및
   타격의 충격 지속 시간을 나타내는 값을 측정하는 것
   을 포함하는 방법.
9. 제8항에 있어서, 가요성 복합재 물품의 국부적인 강성을 나타내는 값을 계산하는 것을 더 포함하는 방법.
10. 제8항에 있어서, 상기 태퍼는 가속도계를 포함하는 것인 방법.
11. 제8항에 있어서, 예정된 영역에 대해 다양한 지점에서 타격을 반복하는 것 및 상기 영역에 대한 강성을 그래픽 표시로 나타내는 것을 더 포함하는 방법.
12. 제8항에 있어서, 상기 가요성 복합재 물품은 전동 벨트 또는 전동 벨트의 일부인 것인 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 지지 구조는 풀리인 것인 방법.
14. 제8항에 있어서, 상기 가요성 복합재 물품은 벨트 슬랩(slab) 또는 벨트 슬랩의 일부인 것인 방법.
15. 제8항에 있어서, 가요성 복합재는 치형(齒形) 전동 벨트이고, 지지 구조는 2개의 벨트 치형부 사이의 랜드 구역에서 지지하고, 타격은 지지된 랜드 구역에 대해 지향되는 것인 방법.

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