MXPA97000314A - Metodo para detectar anomalias en objetos distorcionables - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un método para detectar anomalías en un objeto distorsionable, que comprende los pasos de:a) uluminar el objeto con luz monocromática de una sola fase, que se separa en cuando menos dos haces diferentes;b) ocacionar que el objeto se distorsione mediante percusión, abrasión o expansión;c) observar los partornes de interferencia creados mediante reconstrucción de los haces de luz sobre el objeto dinámicamente, a medida que el objeto se distorsiona;y d) analizar patrones de esfuerzo revelados por los patrones de interferencia.

Description

MÉTODO PARA DETECTAR ANOMALÍAS EN OBJETOS DISTORSIONÁBALES Antecedentes de la Invención La presente invención se relaciona con un método y aparato para detectar anomalías en objetos distorsionabas. La gráfica de corte, en general, se conoce en la técnica y se desaroolló por Y. Y"; Yung, en 1972. En un método de prue ba de gráfica de corte, una superficie de prueba se ilumina con -luz láser coherente y la luz reflejada se hace pasar a través de un cristal birrefringente (que tiene dos ejes ópticos). La luz -se divide después de pasar a través del cristal birrefringente y se refleja fuera del objeto, y las dos trayectorias de luz creadas de esta manera se sobreponen entre sí creando información sen sible a la fase. Puesto que la luz es monocromática, y las trayectorias de luz no son de las mismas longitudes, las ondas de luz interfieren entre síücreando un punto nulo, o área oscura, siempre que las longitudes de onda de dos ondas de luz sean de una longitud de onda media fuera de fase. Un cambio ligero en dj mensión del objeto que se está iluminando ocasiona un cambio lige ro en la trayectoria óptica de la luz reflejada, y cuando se pone en referencia contra la luz reflejada adquirida anteriormente pro duce patrones de interferencia de luz y oscuros. Cada anillo en el patrón de interferencia representa una diferencia de longitud de media onda entre ese anillo y el anillo adyacente de color opuesto (es decir, entre luz y oscuridad).

En la técnica anterior, este fenómeno se utilizó para -hacer imágenes estáticamente del interior de llantas para avión -para comprobar la integridad del recubrimiento interno. Cuando el recubrimiento interno no está consistentemente adherido al armazón, aquellas áreas que carecen de adherencia tienden a acombar, se, y esta combadura se detecta mediante la formación de un pa- -trón de interferencia alrededor de la combadura. Asimismo, la holografía se utiliza en ocasiones para de_ tectar distorsiones en objetos. En la holografía, sin embargo, -se utiliza un divisor de haz y los patrones de interferencia de -luz se crean sobre un objeto debido a la diferencia en las longitudes de trayectoria de los haces de luz divididos. La holografía y la gráfica de corte tienen en común que la detección de anomalías puede basarse en patrones de interferen_ cia ocasionados por reconstrucción de haz de luz sobre el objeto que se está estudiando.

Compendio de la Invención Un método para detectar anomalías en un objeto distorsi nable comprende los pasos de,' (a) iluminar el objeto con luz mono cromática de una sola fase que está separada en más de un haz, (b) ocasionar que el objeto se distorsione mediante abrasión o expansión, (c) observar los patrones de interferencia sobre el -bojeto a medida que se distorsiona y (d) analizar patrones de es^ fuerzo revelados por los patrones de interferencia. El operario puede registrar los patrones a medida que se desarrollan utiliza do una cámara CCD en cinta de video o registrar los patrones uti lizando una cámara CCD (dispositivo de acoplamiento de carga) y digital izando la señal. En el método ilustrado, la luz láser, que puede polarizarse, se utiliza para iluminar el objeto. El m to do puede incluir el paso de medir la cantidad de distorsión e el objeto contando el número de franjas en el patrón, cada franj desarrollada durante la distorsión que comprende 1/2 de la longi tud de onda de la luz monocromática usada para iluminar el objet En un uso específico del método, las anomalías en una llanta pueden detectarse en donde el método comprende los pasos de, (a) montar una llanta en una rueda de llanta o una rueda de llanta dividida, (b) inflar la llanta, (c) iluminar la llanta con luz monocromática de una sola fase, (d) aplicar un esfuerzo que ocasione distorsión de la llanta, y (e) observar el patrón d interferencia en la llanta a medida que se distorsiona. Nuevamente, el patrón de interferencia dinámica en la llanta puede registrarse a medida que se desarrolla, y el opera rio puede analizar los patrones de esfuerzo dinámico en la llant como se ilustra mediante los patroens de interferencia. El esfuerzo puede aplicarse a la llanta colocando la llanta en una cámara y evacuando la cámara. En modalidades alte nativas, el esfuerzo pueede aplicarse a la llanta utilizando una rueda de carga sobre una máquina de variación de fuerzo, o una pista plana, una máquina de prueba de carga de paso o escalonada o utilizando vibración acústica Breve Descripción de los Dibujos La Figura 1 ilustra una modalidad del aparato que puede utilizarse para practicar el método de la invención. La Figura 2 ilustra un patrón de gráfica de corte a pa tir de un objeto que se está probando.

Descripción Detallada de la Invención Aún cuando la presente invención proporciona un método de prueba no desctructivo que puede utilizarse en una amplia gama de productos, la invención se describe específicamente en la presente como se relaciona a ubicar y exhibir áreas de esfuerzo no -uniforme en una llanta inflada. El método de prueba puede utilizarse dinámicamente para revelar combas de pared lateral, anomalías de plano y empalme, cuerdas faltantes, bordes de banda y el borde de banda doblado en una llanta, por ejemplo. En la técnica anterior, la holografía y la gráfica de -corter se han utilizado estáticamente para localizar y exhibir deslaminación o capas ligadas de manera baja de componentes es- -tructurales en llantas terminadas. El presente método utiliza técnicas de reconstrucción -de luz para crear patrones de interferencia sobre el objeto que -se está probando o midiendo. Mediante "reconstrucción de luz" se da a entender que un haz de luz monocromática se divide utilizan-do un divisor de haz, como en holografía, o un haz de luz se sepa^ ra mediante un cristal birrefringente , como en la gráfica de corte, o por otros medios conocidos por aquellos experimentados en -el ramo, y los haces separados se dirigen a un objeto específico simultáneamente, creando patrones de interferencia alrededor de -las irregularidades dimensionales en el objeto. Aún cuando se describe generalmente en la presente para ver el exterior de un objeto, el método también puede utilizarse para ver el interior de un objeto. Cuando se usa para ver el interior de una llanta, por ejemplo, el equipo láser y de detección puede montarse en una rueda de llanta dividida, de manera que el equipo esté en el interior de la llanta cuando se acople la rueda de 1 lanta dividida . Utilizando el método de prueba de la invención, el esfuerzo dinámico de una llanta puede verse en tiempo real y puede guardarse en la cinta de video o capturarse digitalmente utilizar do cámaras CCD, etc., para análisis. Por ejemplo, el método puede utilizar un aparato de gráfica de corte generalmente convencio nal para crear una imagen de gráfica de corte, y la imagen de grá fica de corte se hace incidir en un detector de imagen de CCD. La imagen se guarda en la memoria utilizando un sujetador de cuadro para comparación en un momento posterior. El término "sujetador de cuadro" se utiliza en la presente para describir el aparato y procedimeinto mediante los cuales se guarda una imagen en memoria como una serie de valores di-gitales. Puesto que la presente invención involucra un proceso -dinámico, se contempla que cada cuadro de una cinta de video, en donde se observan cambios en un objeto, puede digital izarse y ana_ 1 izarse. Con referencia ahora a la Figura 1, el aparato 10 comprende láser 12 para iluminar una llanta 20 con luz 15 monocromái tica. En la presente invención, la llanta 20 se monta en una rué 2 da 22 y se infla a una presión de 0.70-19.33 kg/cm , de preferen- 2 cia, 2.11-2.46 kg/cm por ejemplo para una llanta de tipo de pasa, jeros. La presión superior puede utilizarse en llantas para camión y llantas para avión; es decir, se prefiere que el inflado de la llanta esté cerca del inflado normal para esa llanta particular, de modo que se observen esfuerzos de cuerda normales. La imagen de gráfica de corte se obtiene mientras que la llanta está en una posición estable, y la rueda se hace girar en el eje 24 pa ra colcoar la llanta para una nueva imagen cada vez que la imagen de una sección separada de la llanta se registra y completa. De esta manera, las imágenes, en turno, pueden obtenerse alrededor -de la circunferencia completa de la llanta. Las imágenes se reco gen mediante la cámara 14 de video. En la modalidad ilustrada, la llanta y rueva se colocan debajo de un domo 16 ópticamente transparente que se fija con un sello hermético al aire a la base 18, pero aquellos experimentados en la técncia reconocerán que el láser 12 y la cámra 14 pueden colocarse dentro del domo 16. Para crear la distorsión en el objeto que se está probando, el domo 16 se evacúa y, consecuentemente la llanta 20 se expande a media que se reduce la presión en el domo. Si existen enomalías en la llanta, es deicr, si las cuerdas no están uniformes, o si una de las laminaciones del caucho no está uniformemente adherida al armazón, o si están rotas cuerdas de refuerzo, áreas de la llanta asociadas con dichas anomalías se expandirán más rápidamente que el resto de la llanta ocasionando desplazamientos de fase alrededor de las anomalías que corresponden con la cantidad de distorsión encontrada. En ge general, puesto que cada anillo en el patrón de interferencia desarrollado en la gráfica de corte corresponde con la mitad de lon_ gitud de onda de luz, el tamaño de la anomalía, es decir, su altu ra o profundidad, puede medirse contando el número de desplaza- -mientos de fase demostrados por las anomalías a medida que se expande. Además, el patrón de interferencia puede mostrar la confj_ guración de las anomalías puesto que, ordinariamente, el patrón -de interferencia proporciona una delineación de la distorsión; y puesto que la prueba se hace dinámicamente, el patrón de desarrollo de la anomalía puede proporcionar información valiosa relacio nada con la estructura alrededor de la anomalía. Copnsecuente ein te, el método es particularmente valioso para detectar concentración de esfuerzo en un objeto, además de algunas de las anomalías más convencionales. Aquellos experimentados en el ramo reconocerán que el -método también puede implementarse cambiando la presión de infla-do en la llanta (sin una cámara de vacío) y observando la diferen_ cia en distorsión a presiones diferentes. Si se desea, el método puede automatizarse completamente y una computadora programada para detectar cuando la distor- -sión está más allá de especif icacines preseleccionadas , y proporcionar una señal apropiada. Cuando se utiliza una cámara de vacío, la cantidad de -vacío necesario depende del objeto que se está probando. Un obje_ to de acero, por ejemplo, un tanque de presión, requerirá un mayor vacío que una llanta para detecgar una diferencia significatj_ va en expansión en una área en comparación con otra. Se cree que la presente invención puede utilizarse con presiones reducidas de 0-1.02 kg/cm2. La ventaja de utilizar el vacío de la presente inven- -ción para probar un tanque de presión, en oposición a someter a -presión el tanque, está en la seguridad añadida inherente en las presiones inferiores utilizadas. Aún cuando se ilustra que la distorsión del objeto que se está probando se obtiene sometiendo el objeto a cmabios de pre_ sión, aquellos experimentados en la técnica reconocerán que pueden aplicarse al objeto otras formas de esfuerzo. Por ejemplo, -una lanta puede hacerse vibrar acústicamente, y áreas de no uniformidad vibrarán de manera diferente que el resto de la llanta. En otros métodos posibles, una unidad de gráfica de corte podría utilizarse en conjunción con una máquina de variación de fuerza.

La LLANTA PUEDE TENSARSE SOBRE LA RUEDA DE CARGA DE LA MAQUINA DE variación de fuerza, y en dicho ejemplo, la llanta podría hacerse girar bajo carga y examinarse para detectar falta de uniformidad mientras que rueda. Con referencia a la Figura 2 ahora, un patrón 26 de grá^ fica de corte ilustrado en una llanta 20 demuestra franjas deluz 30 y oxcuras 28 que son típicas de la gráfica de corte. En la mo daiidad ilustrada, la anomalía 32 representa una porción de una -llanta que se ha acombado cuando la llanta se sometió a una pre— sión reducida de 0.98-1.02 kg/cm . Cada franja representa un ca bio en dimensión de 1/2 longitud de onda, y puesto que se utiliza luz de longitud de onda de 558 nm en la modalidad ilustrada, cada franja representa 279 nm de diferencia en altura. Si la anomalía es una combadura alta, aguda, las franjas serán angostas, y habrá numerosas franjas alrededor del centro de la combadura. Si la combadura es gradual y poco profunda, las franjas serán amplias, y se reducirá el número de franjas. Aún cuando se utilizó luz láser verde en la modalidad ilustrada, aquellos experimentados en la técnica reconocerán que puede utilizarse en el método cualquier luz láser monocromática -disponible, incluyendo luz roja, luz azul y luz en la porción infrarroja del espectro. La selección de luz utilizada puede hace_r se basado en el objeto que se está inspeccionando o el equipo de detección utilizado. La luz infrarroja, por ejemplo, se prefiere cuando se usa equipo CCD (dispositivo de acoplamiento de carga) y el dato se hace digital. La ubicación y el tamaño de una combadura particular son factores considerados en el análisis. Una combadura grande -en la región de espaldón de la pared lateral, por ejemplo, puede indicar la separación de cuerdas de capa en la región. Una comba^ dura menor puede indicar que las cuerdas de capa se dispersan de manera excesivamente amplia. Otros patrones de franja y sus significados serán evidentes a aquellos experimentados en el ramo con el uso continuo del método. Aún cuando la invención se ha ilustrado y descrito espe cíficamente, aquellos experimentados en la técnica reconocerán que la invención puede modificarse y practicarse de manera variada. La invención se limita solamente mediante el alcance de las siguientes cláusulas.

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1.- Un método para detectar anomalías en un objeto di.s torsionable, que comprende los pasos de: (a) iluminar el objeto con luz monocromática de una S£ la fase que está separada en cuando menos dos haces diferentes, (b) ocasionar que el objeto se distorsione mediante percusión, abrasión o expansión, . (c) observar los patrones de interferencia creados mediante reconstrucción de los haces de luz sobre el objeto a medida que se distorsiona, y (d) analizar los pattrones de esfuerzo revelados por los patrones de interferencia.

2.- El método de la reivindicación 1, que comprende el paso de registrar los patrones de interferencia a medida que se -desarrollan sobre cinta de video o digitalmente utilizando una cá^ mará de CCD (dispositivo de acoplamiento de carga) y un sujetador de cuadro.

3.- El método de la reivindicación 1, que comprende el paso de utilizar luz de 558 nm de longitud para iluminar el objeto.

4.- El método de la reivindicación 1, que comprende el paso de medir la cantidad de distorsión en el objeto contando el número de franjas en los patrones de interferencia, cada franja -desarrollada durante la distorsión representando 1/2 de la longi-tud de onda de la luz monocromática utilizada para iluminar el ob^ jeto.

5.- El método de la reivindicación 1, que comprende además analizar el patrón de crecimiento de una anomalía.

6.- Un método para detectar anomalías en una llanta, -que comprende los pasos de: (a) montar una llanta sobre una rueda o rueda de llanta dividida , (b) inflar la 1 lanta , (c) iluminar la llanta son luz monocromática de una so la fase, (d) aplicar una tensión o esfuerzo que ocasione distojr sión de la llanta, (3) observar el cambio en patrones de interferencia de luz desarrollados en la llanta a medida que se distorsiona.

7.- El método de la rei vidnicación 6, que comprende los pasos de registrar el patrón de interferencia a medida que se desarrolla y analizar los patroens de esfuerzo en la llanta como se ilustran mediante los patrones de interferencia.

8.- El método de la reivindicación 6, en donde el paso de aplicar esfuerzo a la llanta comprende los pasos adicionales -de colocar la llanta en una cámara y evacuar la cámara.

9.- El método de la reivindicación 6, en donde el esfuerzo se aplica a la llanta utilizando una rueda de carga sobre una máquina de variación de fuerza, una psita plana, o una máqui-na de carga escalonada.

10.- El método de la reivindicación 6, que comprende -los pasos de medir la cantidad de distorsión en la llanta contando el número de franjas en lso patrones de interferencia, cada franja desarrollada durante la distorsión representando la mitad de la longitud de onda de la luz monocromática utilizada para iljj minar el objeto y analizar el patrón de crci iento dinámico de una anomalía.