專利名稱：輪胎金屬纜線異常檢測方法和裝置的制作方法
技術領域：
本主題涉及輪胎試驗。特別地，本主題涉及用于輪胎內(nèi)的金屬纜線(metallic cable)中存在的異常的非破壞性試驗的方法和裝置。
背景技術：
包括輪胎胎面翻新的輪胎修理是本領域公知的。同樣是公知的，通常在包括胎面翻新的修理之前執(zhí)行輪胎的某種程度的試驗，以確定是否適合執(zhí)行該操作。盡管在某些情況下，試驗可能包括簡單的外觀檢驗，但是在胎面翻新的情況下，確定輪胎的內(nèi)部部件(包括例如側壁胎體金屬絲)的狀況常常是非常重要的。通常，基于視覺檢驗或錯位散斑圖像檢驗(shearographic image inspection), 使用X射線分析來進行這種確定。錯位散斑圖像檢驗之后實際上往往是X射線檢驗，以確定所確定的異常是否與纜線有關。但是，這種方法是耗時的，并且擁有和操作所需要的設備的成本是高昂的。因此，有利的是研發(fā)消除對于某些這種昂貴和耗時的方法的需要的裝置和方法。Sukhorukov等人的美國專利RE 40，166涉及一種用于諸如鋼絲繩的細長含鐵物體的橫截面積的測量以及用于探測局部瑕疵的磁性非破壞性方法和裝置。Weischedel的美國專利4，659，991涉及一種“用于磁性檢驗細長物體的結構缺陷的方法禾口裝置(Method and apparatus for magnetically inspecting elongated objects for structural defects)，，。Hamelin等人的美國專利5，565，771涉及“用于提高電磁金屬繩試驗的線性分辨率的裝置(Apparatus for increasing linear resolution of electromagnetic wire rope testing)，，。Hamelin等人的美國專利5，804，964涉及一種“金屬繩損傷指數(shù)監(jiān)測設備(Wire rope damage index monitoring device)，，。Kaefer-Hoffmann等人的美國專利6，005, 388涉及一種“用于探測輪胎的側壁區(qū)域中的胎體布簾層中的可磁化材料的增強部件的配置中的缺陷的設備和方法(Device and process for detecting defects in the disposition of reinforcing members of magnetizable material in casing plies in the sidewall region of a tire)，，。Stoila等人的美國專利7，185，535涉及一種“用于輪胎的簾布層金屬絲傳感器系統(tǒng)”。盡管已經(jīng)研發(fā)了輪胎檢驗裝置和方法的各種實施方式，并且已經(jīng)研發(fā)了檢驗方法的各種組合，但是并沒有出現(xiàn)大體上包含下文根據(jù)主題技術所提出的全部期望特性的設計。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到現(xiàn)有技術中遇到的以及本主題所提出的公認特征，研發(fā)了一種用于輪胎中的異常的試驗的改進裝置和方法。在一種示意性配置中，提供一種用于檢測輪胎金屬纜線異常的裝置，包括多個磁場傳感器，所述多個磁場傳感器沿公用線放置，并且被配置為產(chǎn)生與所感測到的磁場成比例的單獨電信號；磁體，所述磁體具有其北極和南極，所述磁體被放置成在所述多個磁場傳感器的每一個處提供與所述公用線平行的磁場；以及信號處理電路，所述信號處理電路被配置成產(chǎn)生指示所述單獨電信號的對之間的差異的信號，其中來自于所述多個磁場傳感器的每一個的電信號與來自于所述多個磁場傳感器的其他每一個的電信號配對。在特殊實施例中，所述多個磁場傳感器包括表面安裝霍爾效應傳感器。根據(jù)本主題的其他實施例，所述信號處理電路被配置為將最強電信號與最強反向電信號配對，以產(chǎn)生損傷量值(magnitude)信號，而忽略其余的電信號。根據(jù)本主題的其他實施例，所述信號處理電路被配置為，基于相減信號差異、具有均超過預定量值的斜率 (slope)的相反斜率信號的存在以及零平均相乘波形的卷積分析的其中之一來產(chǎn)生信號。根據(jù)本主題的進一步實施例，提供并配置一種結構，使其支撐所述多個磁場傳感器和所述磁體，從而能夠手動地將所述多個磁場傳感器呈現(xiàn)到金屬纜線前，以檢測所述金屬纜線中的異常。在特殊的進一步實施例中，提供并且配置一種自動控制系統(tǒng)，使其自動將所述多個磁場傳感器呈現(xiàn)到金屬纜線前，以檢測所述金屬纜線中的異常。根據(jù)本主題的某些實施例，提供至少三個磁場傳感器，而在再進一步的實施例中， 所述磁體為永磁體。本主題還涉及一種用于檢測輪胎金屬纜線中的異常的方法，包括在公用線上放置多個磁場傳感器；放置具有其北極和南極的磁體，以在所述多個磁場傳感器的每一個處提供與所述公用線平行的磁場；將所述多個磁場傳感器呈現(xiàn)到金屬纜線前；以及檢測與所述多個磁場傳感器的其他每一個配對的所述多個磁場傳感器的每一個所產(chǎn)生的信號之間的差異。在某些實施例中，所述方法進一步包括將來自于所述多個磁場傳感器的每一個的最強正信號與來自于磁場傳感器的其他每一個的最強負信號配對，以及分析最強正信號與最強負信號之間的差異，排除其余的磁場傳感器信號。在某些進一步的實施例中，所述方法進一步包括基于相減信號差異、具有均超過預定量值的斜率的相反斜率信號的存在以及零平均相乘波形的卷積分析的其中之一來產(chǎn)生信號。在本主題的方法的某些實施例中，所述磁場傳感器的放置包括放置表面安裝霍爾效應傳感器，在特殊實施例中，放置磁體包括將磁體的北極和南極全部沿與所述公用線平行的線放置。在本主題的某些特殊實施例中，放置多個磁場傳感器包括放置至少三個磁場傳感器，在其他特殊實施例中，放置磁體包括放置永磁體。從本文的詳細描述可以闡明或者向本領域普通技術人員顯現(xiàn)本主題的其他的目的和優(yōu)點。此外，還應進一步了解的是，在各個實施例和本發(fā)明的使用中可以對在此具體描述、提及和討論的特征和元件進行修改和變化，而不會脫離本主題的精神和范圍。變化可以包括但不限于將各個部件、特征、步驟等等的那些所描述、提及或討論的以及功能、操作或位置替換成等效裝置、特征或步驟。更進一步，應理解的是，本主題的不同的實施例以及不同的目前的優(yōu)選實施例可以包括目前公開的特征、步驟或元件的各種組合或配置或者其等效方式(包括特征、部件或步驟的組合或者其未在圖中未清楚顯示或者未在這些圖的詳細描述中說明的配置)。在發(fā)明內(nèi)容部分中沒有表述的本主題的另外的實施例可以包括并結合上文概述的對象中提及的特征、部件或步驟的方面的各種組合和/或該申請中另外討論的其他特征、部件或步驟。當閱讀說明書的其余部分時，本領域普通技術人員將更好地了解這樣的實施例的特征和方面等等。


針對本領域技術人員，在參考附圖的說明書中闡明了包括本發(fā)明的最佳方式在內(nèi)的本發(fā)明的完整的并且能夠?qū)崿F(xiàn)的公開，其中圖1顯示了根據(jù)本技術的霍爾效應和永磁體傳感器的示意性配置，其包括可選的自動控制系統(tǒng)；圖2顯示了一對霍爾效應傳感器相對于永磁體的定位以及當存在包括示意性異常的輪胎纜線時的示意性的通量分布；圖3顯示了示意性信號處理電路的方塊圖，其中該信號處理電路被配置為處理來自于一對霍爾效應器件的信號，以提供輪胎纜線存在異常的指示；圖4是使用本技術可能探測到的輪胎纜線中的代表性異常的χ射線圖解的示意圖；圖5圖形顯示了在根據(jù)本技術的輪胎自動掃描檢查期間所采集的經(jīng)濾波和平均的數(shù)據(jù)；圖6圖形顯示了另一種數(shù)據(jù)分析方法中可使用的示意性卷積算子；圖7顯示了如下情況下所產(chǎn)生的通量線將傳感器間隔，使得傳感器中心直接位于單一完整輪胎纜線斷裂的每一端的中間的上方；圖8顯示了當將傳感器的中心置于單一完整輪胎纜線斷裂的每一端上方時的通量量值標繪圖以及通過讀數(shù)的箭頭進行的強調(diào)；圖9顯示了如下情況下所產(chǎn)生的通量線將傳感器間隔，具有示意性的IOmm的中心到中心間隔，其中一個傳感器與單一完整輪胎纜線斷裂的一端對齊；圖10顯示了當將傳感器的中心如圖9所示來布置時磁通量值的標繪圖以及通過讀數(shù)的所示箭頭進行的強調(diào)；圖11顯示了大于傳感器間隔的損傷空隙所產(chǎn)生的通量線；圖12顯示了當將傳感器的中心如圖11所示來布置時磁通量值的標繪圖以及通過讀數(shù)的所示箭頭進行的強調(diào)；圖13顯示了根據(jù)本技術的示意性傳感器陣列，其相對于示意性顯示的輪胎纜線操作性地定位；以及圖14顯示了在解釋本技術的優(yōu)點時有用的傳感器陣列的配置。本說明書和附圖通篇重復使用的附圖標記代表本發(fā)明的相同或相似的特征或元件。
具體實施例方式如發(fā)明內(nèi)容部分所述，本主題特別涉及用于輪胎中的異常、特別是與輪胎簾線結構相對應的金屬纜線中的異常的試驗的改進裝置和方法。本領域普通技術人員應了解，盡管主要是結合與輪胎結構相關聯(lián)的金屬纜線中的異常的檢測來討論本公開，但是這并不是對于所討論的裝置或者操作方法的具體限制。例如，基本相同的裝置和方法可以應用于與任意非磁性材料關聯(lián)或者任意非磁性材料中嵌入的磁響應細長結構中的異常的檢測。一個示例可以對應于例如可用作個人和/或電子設備的EMI或RFI屏蔽的布料中交織的磁響應細絲中的異常的檢測?，F(xiàn)在將詳細參考主題金屬纜線異常檢測方法和裝置的目前的優(yōu)選實施例?，F(xiàn)在參考附圖，圖1顯示了根據(jù)本技術構造的霍爾效應和永磁體傳感器100的示意性配置。如圖1所示，一對霍爾效應器件HEl、HE2在大體上與永磁體102垂直對齊的平面中安裝在支撐結構104的端面106上。通常應了解，霍爾效應器件HE1、HE2是沿公用線110 安裝的，與霍爾傳感器的該位置相關的測量方面是本公開始終要介紹的本主題的重要方面。還應了解，在替代實施例中，可以將多對霍爾效應器件或者這種傳感器的陣列與單個或多個永磁體聯(lián)合使用。此外，可以在復雜配置中使用圖1中大體上顯示的多個傳感器。在任一種情況下，均可以提供檢查較大區(qū)域和/或多個纜線的機會。還應了解的是，盡管本公開更具體而言涉及霍爾效應傳感器的使用，但是這根本不是對于本主題的限制，因為也可以使用其他類型的磁場響應傳感器。例如，可以使用磁阻傳感器來達到基本相等的效果。根據(jù)本技術，對于圖1的示意性實施例而言，支撐結構104的至少端面106對應于絕緣表面，從而提供霍爾效應器件HE1、HE2的電隔離。永磁體102可以通過任意合適的方式固定到支撐結構104的上表面108上，并且如圖1所示定向，從而使永磁體102的北極N 與支撐結構104的前表面106基本對齊，相應地與霍爾效應器件HE1、HE2基本對齊?？梢蕴峁┛蛇x的自動控制系統(tǒng)120，以使傳感器100自動掃過要檢查的區(qū)域。應了解的是，這種系統(tǒng)可以被配置為引起傳感器與正在被檢查的物品之間的相對運動，從而控制系統(tǒng)120可以移動被檢查的物品和傳感器其中之一或者全部兩者。在一種示意性配置中。永磁體102可以對應于產(chǎn)生12，900高斯的12. 7乘25. 4mm 的鍍M-Cu-Ni的44磅吸引力的釹磁體。當然也可以使用具有類似特性的其他磁體。此外， 支撐結構104可以對應于75乘37乘37mm的鋁支柱，在一個表面上固定有不導電的硬紙板， 而霍爾效應器件HE1、HE2可以對應于間隔為大約8mm的4平方毫米的半導體器件，霍爾效應器件HE2的一個邊緣距離表面106的與永磁體102相反的邊緣的間隔為大約4mm。霍爾效應器件HE1、HE2相對于永磁體102的這種定位產(chǎn)生穿過兩個霍爾效應器件的磁通量，更特別地如圖2所示。應了解的是，在本主題的其他實施例中，可以使用電磁體來代替和/或補充永磁體102。還應了解的是，還可以使用不同的磁體配置以及不同的磁體定向以及其他配置的磁體，其本質(zhì)上包括但不限于條形磁體、環(huán)形磁體、圓柱形磁體、馬蹄形磁體以及其他的配置。在可選的實施例中，支撐結構104可以對應于任意的非鐵材料(non-ferrous material)，包括但不限于Plexiglas 、木頭、Cycolac 或其他塑料材料。取決于非鐵支撐結構104的物理特性，霍爾效應器件HE1、HE2和永磁體102可以至少部分嵌入到用于其支撐的材料中。參考圖2，顯示了一對相對緊密間隔的霍爾效應傳感器HE1、HE2相對于永磁體102 的相對定位以及當存在包括示意性異常的輪胎纜線220時的示意性通量線202、204，其中示意性異常被代表性地顯示為230處的斷裂。簡單參考圖4，可以看出，圖4提供了使用本技術可能探測到的輪胎纜線中的代表性異常402、404、406的χ射線圖解的示意圖。如圖4所示，異常402對應于纏繞金屬絲 (wrapping wire) 410中的斷裂，異常404對應于鋼絞線412其中之一中的斷裂，異常406對應于整個纜線中的斷裂。異常402和404被認為是次要的異常，而異常406被認為是較重要的異常?，F(xiàn)在進一步參考圖2，如上文所述，目前被顯示為斷裂230的輪胎纜線中的異常將導致霍爾效應傳感器HE1、HE2出現(xiàn)磁場的變化。本領域普通技術人員將會了解，至少在相對緊密間隔的霍爾效應傳感器HE1、HE2附近的斷裂230的區(qū)域內(nèi)的通量線202、204已經(jīng)偏離了先前通過未斷裂的纜線的路徑，現(xiàn)在是沿著另外的路徑通過示意性斷裂輪胎纜線的部分220，222。這種斷裂產(chǎn)生局部的北磁極252和南磁極254，所述北磁極252和南磁極2M 改變相對緊密間隔的霍爾效應傳感器HE1、HE2附近的磁場，以產(chǎn)生至少可檢測水平的由異常所產(chǎn)生的正交場分布。應了解的是，由于至少一些垂直于霍爾效應傳感器的平面來定向的場的產(chǎn)生，上文關于圖4的討論所指出的各種異常將在不同程度上產(chǎn)生磁場的可檢測的變化。在霍爾效應傳感器HE1、HE2附近的區(qū)域內(nèi)，這些異常可以作為霍爾效應器件HE1、HE2之間所產(chǎn)生的信號之間的差異被檢測到。在霍爾效應傳感器HE1、HE2附近區(qū)域以外，磁場的變化也可以被檢測到，并且表現(xiàn)為磁場相對于之前所探測到的基礎磁場的單向變化。本主題的目的之一在于識別并且定位異常，但是，本主題更直接地涉及霍爾效應傳感器HE1、HE2之間的可檢測的磁場差異的檢測并且也是與之關聯(lián)地來進行描述的。但是，霍爾效應信號的其他分析可以由磁場中的單向變化組成。應了解的是，關于本討論，術語差異并不意味著只描述一個信號與另一個信號在數(shù)學上相減，而且還更廣泛地包括各種形式的分析，這些分析試圖分析至少一對傳感器所產(chǎn)生的信號之間的可識別的差異，將參考本文所提出的主題的各個實施例來對這些分析進行更充分的解釋?，F(xiàn)在參考圖3，其中顯示了示意性信號處理電路300的方塊圖，信號處理電路300 被配置為處理來自于一對霍爾效應器件HE1、HE2的信號并且提供存在輪胎纜線異常的指示?？梢钥闯觯盘柼幚黼娐?00分別通過同相跟隨器或緩沖器Ul、U4從霍爾效應傳感器 HE1、HE2接收信號。在一種示意性配置中，跟隨器Ul、U4以及信號處理電路300中的其他放大器可以對應于LM741CN運算放大器。當然，也可以使用這些運算放大器的其他合適的形式，例如作為包含多個等效放大器或者其他類似器件的器件。本領域普通技術人員將了解的是，術語跟隨器和緩沖器是同義術語，在本公開的全文中都這樣使用。此外，在該示意性配置中，霍爾效應器件HE1、HE2可以對應于可從Allegro Microsystems公司購買的A1302比率線性霍爾效應傳感器。此外，可以使用相似類型的器件以及不同類型的器件。進一步參考圖3，可以看出，存在分別與每個霍爾效應器件的HE1、HE2輸入電路相關聯(lián)的緩沖放大器U1、U4，緩沖放大器U1、U4分別向每一個混頻器312、314的一個輸入端提供緩沖信號。放大器U2、U5分別提供分別來自于零偏移電路302、304的緩沖零偏移信號， 以分別通過到混頻器312、314的第二輸入端與分別來自于霍爾效應器件HE1、HE2的信號相加，以使霍爾效應器件的輸出偏移。混頻器312、314的輸出信號被分別提供作為可變增益可調(diào)緩沖放大器U3、U6的輸入。放大器U3、U6被配置為增益可調(diào)器件，從而提供所需要的總的信號增益和相應的靈敏度。必要時，放大器U3、TO還可以被配置為提供低通濾波。在一種示意性配置中，零偏移電路302、304可以對應于可調(diào)節(jié)電位器，所述可調(diào)節(jié)電位器分別與合適的電壓源相關聯(lián)并且耦合到緩沖器U2、TO的同相輸入。在其他的配置中，零偏移信號可以被提供作為用于能夠使用微處理器的實施例或者用于能夠使用數(shù)模轉(zhuǎn)換器的實施例的數(shù)字輸入。本主題的其他實施例可以結合有每個霍爾效應傳感器信號的自動零平均。當霍爾效應器件HE1、HE2被引入到垂直于霍爾器件傳感器平面的磁場中時，在器件的特定線性范圍內(nèi)，器件的輸出將與所施加和感測到的磁場強度成正比。放大器U7從每個霍爾效應器件HE1、HE2接收偏移調(diào)整和緩沖信號并且將兩個信號之間的任何差異放大。 在本主題的該特殊實施例中，基于兩個信號數(shù)學相減來估計兩個信號之間的差異。如上文所述，在下文將進一步解釋的其他實施例中，將提供替代方式的信號差異分析。在圖3的實施例的示意性配置中，放大器U7被配置為IOX固定增益放大器，盡管在其他實施例中，可以提供不同的固定增益水平，或者放大器U7可以被提供為與放大器U3和U6類似的可調(diào)增益放大器。來自于放大器U7的輸出信號可以通過適當?shù)脑O備(例如，作為伏特計或示波器 (未顯示)的電壓測量或顯示設備)提供到用于監(jiān)測的終端362處，也可以用作比較器U8 的一個輸入。比較器U8例如可以通過將運算放大器配置為開環(huán)放大器來提供，并且可以用作閾值檢測器，當被提供到比較器U8的一個輸入端的放大器U7的輸出超過異常電平閾值調(diào)節(jié)電路306所施加的參考電平信號時，該閾值檢測器切換輸出電平。緩沖器/驅(qū)動器U9感測比較器U8的輸出信號，以使肉眼可觀察的指示器(例如發(fā)光二極管(LED)364)發(fā)光，該指示器用于所檢測到的異常(例如上文所討論的斷裂的側壁金屬絲或其他異常)的視覺確認。本領域普通技術人員還應了解的是，通過放大器U3和U6的增益設置的變化以及通過異常電平閾值調(diào)節(jié)電路306的調(diào)節(jié)，可以獲得各種水平的檢測。此外，本領域普通技術人員應了解的是，從異常水平閾值調(diào)節(jié)電路306施加的信號可以以與來自于零偏移電路 302、304的信號類似的方式提供，并且取決于所選擇的裝置實施方式，從異常水平閾值調(diào)節(jié)電路306施加的信號對應于來自于具有適當?shù)妮斎腚妷旱目烧{(diào)節(jié)電位器的電壓信號或者對應于來自于上文所述的數(shù)字輸入信號。在某些實施例中，可以手動調(diào)節(jié)異常電平閾值調(diào)節(jié)電路306，該手動調(diào)節(jié)可以通過手動設置電壓電平調(diào)節(jié)電位器來實現(xiàn)，或者對于數(shù)字實施方式而言，可以通過手動輸入適當?shù)臄?shù)據(jù)來實現(xiàn)?？梢栽诙鄠€實施例中，根據(jù)所需要的物理操作要求，配置到目前為止參考圖1-3、 特別是在結構上參考圖1-2來討論的器件。例如，圖1大體上顯示的器件可以貼在另外的支撐結構上，從而實施輪胎結構的自動檢查。在這種配置中，可以使用在圖1的虛線框中整體顯示的自動控制系統(tǒng)120，以使傳感器自動地橫掃輪胎區(qū)域，例如要檢查的輪胎區(qū)域的內(nèi)表面。或者，還可以實施用于提供傳感器和輪胎之間的相對運動的其他方法，包括使自動控制系統(tǒng)120能夠移動傳感器和輪胎的其中之一或者全部兩者。當然，傳感器也可以被配置為緊湊便攜的手持設備，其可以手動地橫掃要檢查的輪胎的內(nèi)側區(qū)域或外側區(qū)域。根據(jù)本主題的進一步的特征，如圖1-2所示的傳感器可以安裝在機器上，該機器被配置為轉(zhuǎn)動輪胎或傳感器組件，以將傳感器組件以徑向方式設置在輪胎胎體的內(nèi)表面上，從而有效地將輪胎胎體的整個內(nèi)表面呈現(xiàn)給用于纜線評估的傳感器。傳感器可以耦合到個人計算機(PC)或動畫系統(tǒng)，以提供考慮到傳感器組件關于輪胎表面的位置的精確信息的位置反饋，從而可以將定位、尺寸、包括所涉及的纜線的數(shù)量以及異常的嚴重程度呈現(xiàn)給操作者。此外，稍后我們將更全面地解釋，還可以使用PC來實施其他的評估方法?？梢蕴峁┡c上文結合圖3所描述的信號調(diào)節(jié)系統(tǒng)類似的信號調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及相關聯(lián)的分析算法，以便以多種形式產(chǎn)生關于對象輪胎的狀況的診斷信息。這些形式可以包括輪胎內(nèi)的磁性結構的地形學表示(topographical !^presentation)?？梢怨烙嬋S(3-D) 磁響應的尺寸和形狀，以檢測和測量包括但不限于下列情況的異常斷裂的增強纜線；具有一個或多個斷裂金屬絲的增強纜線；彎曲的增強纜線；腐蝕的增強纜線；以及穿透增強金屬絲平面的金屬物體。表示形式可包括輪胎中的磁性結構的彩色表面表示以及等高線節(jié)點(isocontour node)的分析，其允許操作者如上文所述進行異常的檢測和測量。這種系統(tǒng)還可以被配置為提供異常的數(shù)字表格，指示輪胎中的磁性異常的位置、尺寸、形狀和強度，而數(shù)字數(shù)據(jù)的分析將允許如上文所述的異常的檢測和測量。在一種手持配置中，根據(jù)本主題的技術可以便利地提供諸如LED 364(圖幻的視覺指示器，以向操作者提供異常的即時指示。此外，為了便于操作者調(diào)節(jié)手持實施例的靈敏度，可以提供異常電平閾值電路306(圖幻的手動調(diào)節(jié)。由于永磁體102和霍爾效應傳感器HE1、HE2的設置，圖1和圖2中所示的本主題的實施例十分適合于用在緊湊便攜的手持配置中，盡管這不是對于本技術的限制，因為這種配置也可以用在如上文所述的自動配置中。在任一種情況下，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對于最佳探測結果有利的是使其上安裝傳感器的公用線大致平行于輪胎纜線。這種定位為本主題提供了最大信號檢測能力，盡管異常檢測并不需要絕對的平行定向。根據(jù)上文所述的本技術，可以使用不同的方法來完成信號處理。如上文參考圖3 所討論的，某些方法不需要使用任何計算機處理。在這樣的實施例中，可以使用如前面的圖 3示意性地顯示的定制電路板來執(zhí)行信號處理。該方法將來自于HEl和HE2的信號放大并相減，以產(chǎn)生差異信號，將差異信號放大并與閾值電壓進行比較，從而如上所述，如果異常被定位，則使發(fā)光二極管(LED)發(fā)光。當然，本領域普通技術人員應了解的是，盡管可以使用如圖5所示的電路來執(zhí)行上文所述的這種方法，但是也可以使用其他的電路，包括但不限于個人計算機和特定應用的可編程設備，來執(zhí)行與參考圖3所描述的相同的信號處理或者下文所描述的替代的信號處理。根據(jù)本技術的其他實施例，可以使用其他信號處理，將參考圖5和圖6進行討論。 參考圖5，使用圖1中代表性地顯示的自動控制系統(tǒng)120，可以使根據(jù)本技術構造的傳感器橫掃輪胎。為了后續(xù)處理，可以臨時存儲或者更永久性地存儲所采集的數(shù)據(jù)，這些后續(xù)處理使用多種不同的方法，但是每種方法均使用檢查來自于一對或多對傳感器或者傳感器陣列的信號的分析方法，找出信號中的可識別的差異。在一個示意性實施例中，可以使用可從MathWorks 獲得的Matlab 信號處理軟件來分析所采集的數(shù)據(jù)。在一種示意性的配置中，被配置為檢查輪胎的側壁的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以在側壁的每個數(shù)據(jù)軌道(data track)包含大約40，000個點。當然，這種每個軌道的點是示意性的，因為可以采集其他數(shù)目的樣本。此處應注意的是，每個軌道的點代表輪胎側壁周圍的單次經(jīng)過(pass)或者軌道。本技術的顯著特征在于，可以利用其優(yōu)勢，通過這種單次經(jīng)過或者少量次數(shù)的經(jīng)過來定位異常的方位角，而不是定位在輪胎上的精確徑向位置。這里的目的是在輪胎旋轉(zhuǎn)一圈或者兩圈之內(nèi)確定是否有任何纜線斷裂。其意在提供斷裂纜線的方位角以及可能是輪胎的哪一側。其原理在于所掃描的大多數(shù)輪胎將不具有斷裂的纜線。如果發(fā)現(xiàn)一個斷裂的纜線，則使用更加耗時的自動掃描或手動手持方法來精確定位異常。在本技術的更一般的實施例中，使用多次經(jīng)過，以通過方位角和徑向位置兩者準確定位異常。評估所采集的數(shù)據(jù)的第一步驟是對從霍爾效應傳感器HEl和HE2采集的數(shù)據(jù)點進行重新采樣和濾波。可以使用編碼器，以在輪胎的每一轉(zhuǎn)中提供例如大約10，800個脈沖。 本領域普通技術人員應了解的是，該示意性樣本大小將根據(jù)輪胎尺寸和輪緣尺寸來變化。 重新采樣程序(resample routine)將用于相同的編碼器點的每個霍爾效應信號的數(shù)據(jù)點平均到到一個編碼器點。這對于圍繞輪胎的圓周的10，800個點的每個傳感器產(chǎn)生波形。在已經(jīng)對數(shù)據(jù)重新采樣之后，使用5階巴特沃斯濾波器(Butterworth filter)。在一種示意性配置中，濾波器的截止頻率可以被設定到.025。無論如何，該截止頻率值必須被設定在0 和1之間，并且代表原始數(shù)據(jù)頻率組成的比例頻率。該步驟的結果是可以進行顯示的重新采樣和濾波波形502、504，如圖5所示。如圖5所示，波形502對應于來自于傳感器HEl的重新采樣和濾波的信號，而波形 504對應于來自于傳感器HE2的類似信號。應注意的是，當傳感器對輪胎內(nèi)的異常作出反應時，同時出現(xiàn)相反方向尖峰。次要異常顯示為較小振幅的信號，而通過較大振幅的信號來識別較重要的異常。如圖5所示，可以在垂直軸中在電壓(V)方面測量波形502、504所代表的信號，而沿水平軸顯示樣本數(shù)目。重新采樣和濾波之后，使用滑動窗口同時對兩個傳感器信號進行處理。在該窗口中，計算每個傳感器信號的斜率，并將它們互相之間進行比較并與閾值進行比較。如果斜率是彼此相反的，并且如果每個斜率均大于閾值，則產(chǎn)生代表合成斜率量值的輸出斜率量值波形。然后，通過逐點搜索波形以確定后面較快地跟隨有負斜率的正斜率所識別的特征信號(signature signal)的存在，可以對斜率量值波形進行處理。均超過預定閾值的正負斜率的檢測之間的時間差可以基于已知的異常尺寸。如果遇到該特征，則從合成的傳感器 HEl和傳感器HE2量值產(chǎn)生輸出波形。這產(chǎn)生具有正尖峰的波形，該正尖峰代表傳感器HEl 的負尖峰和傳感器HE2的正尖峰的合成振幅。所得到的波形可以在視覺上檢視，如果需要的話，還可以在量值和尖峰寬度方面產(chǎn)生能夠被檢視的數(shù)值表格。在替代分析方法中，可以使用卷積方法。卷積涉及下面的幾個步驟。首先，選擇圖 6中以示意性形式顯示的卷積算子。選擇該形狀是因為其與小于完整的纜線異常相匹配。在一種示意性配置中，算子是基于所謂的Mexican Hat小波，更常見地，基于Ricker小波， 在一種示意性配置中為160點寬，標準差為45。在數(shù)學和數(shù)值分析中，Mexican Hat小波是高斯函數(shù)的負的歸一化二階導數(shù)，是被稱為Hermitian小波的連續(xù)小波系的一種特殊情況。在圖6所示的示意性的配置中，沿垂直軸表示相對值R，而從0到160的樣本點范圍是如前所述。根據(jù)本技術的示意性卷積算子是基于值R在樣本范圍上的和等于零的關系。使用卷積算子之后，來自于傳感器HEl和HE2的信號被平均到零。這種到零的平均需要取每個波形的平均值，然后從每個傳感器波形中減去該平均值。將該算子應用于每個波形，并將所得到的兩個波形相乘。然后使用幾種啟發(fā)。首先，消去處于相同方向中的HEl和HE2傳感器的算子匹配， 也就是說既有正的又有負的。使用該啟發(fā)是因為，理論和實驗經(jīng)驗都顯示，異常將導致傳感器信號彼此相反地偏離。第二，由于Mexican Hat算子導致在正響應周圍產(chǎn)生“邊緣”，因此從考慮上來講， 應該消除這些響應。第三，只保持傳感器HE2為正且HEl為負的響應。其使用是因為，理論和經(jīng)驗顯示，當磁極正確地定向時，一個傳感器將總是提供正的響應，而另一個傳感器總是提供負的響應。在應用上述卷積步驟之后，產(chǎn)生結果波形?？梢栽谝曈X上檢視該結果波形，并且還可以在量值和尖峰寬度方面產(chǎn)生能夠被檢視的數(shù)值表格。該結果波形代表與算子的匹配程度，并且與異常的振幅和形狀成正比。首先參考圖14，其中顯示了本技術所基于的傳感器組件的另一實施例，其對應于包括沿公用線安裝并被配置為產(chǎn)生獨立的輸出信號的三個傳感器HE1、HE2、HE3的傳感器陣列。在一種示意性配置中，傳感器HE1、HE2、HE3是表面安裝芯片型霍爾效應器件，并且安裝在貼在電路板1410上的共用襯底(未單獨顯示)上。但是，應了解的是，也可以使用其它類型的傳感器。永磁體1420與印刷電路板1410和傳感器HE1、HE2、HE3關聯(lián)，并且被放置成使永磁體的北極和南極與上面安裝傳感器HE1、HE2、HE3的公用線對齊。在一種示意性配置中，磁體1420可以對應于互補極端對端放置的一對1/4”乘1/4”乘1”的N50釹磁體， 實際上產(chǎn)生一個2”長的磁體。在圖14所示的實施例中，傳感器HEl和HE2被認為是第一對，而傳感器HE2和HE3 被認為是第二對。該配置能夠使傳感器組件的單次經(jīng)過所覆蓋的表面面積加倍，以降低總的試驗周期時間。在這樣做時，以類似于上文參考圖3所述的方式來進行信號處理，其中， 在用于例如包括纜線1432中的斷裂1430的損壞的輪胎纜線的掃描的同時，保持傳感器的固定配對，同時傳感器和磁體組件通常是在被統(tǒng)稱為纜線1440的多個纜線的上方沿箭頭 1434的方向進行掃描。但是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果考慮所提供的傳感器的全部組合的話，使用多于兩對傳感器會導致進一步的提高，遠遠超過簡單地加快試驗周期時間。于是在圖12的配置的情況下， 除了考慮作為一對的HEl和HE2以及作為一對的HE2和HE3之外，還可以把HEl和HE3當成一對。在這種情況下，通過三個傳感器每一個之間的基本相等的間隔，基于與HEl和HE3 對應的對之間的增大間隔，可以得到額外的信息。此外，使用較小的器件可能使傳感器之間的間隔減小，這些器件例如包括但不限于與遠遠超過圖14所示的三個的更多數(shù)量的傳感器的設置耦合的表面安裝芯片型傳感器，可以獲得進一步的優(yōu)點，即不僅能夠改善試驗周期時間，還可以改善檢測輪胎纜線中的異常的能力。現(xiàn)在，參考圖7至圖8，可以更好地獲得對于本技術的根本原理的進一步理解。作為初步事項，已經(jīng)了解到，使用圖14所示的只考慮對HE1、HE2和對HE2、HE3的傳感器配置， 可能會出現(xiàn)三個問題。當一個傳感器與纜線損傷的區(qū)域連成一線時，可能會出現(xiàn)第一個問題。在提供可能不容易被傳感器檢測的非常低的通量泄露的低水平損傷的情況下，由于最大泄露接近傳感器，可能會出現(xiàn)第二個問題。第三，纜線空隙可能大于傳感器之間的間隔。為了能夠理解如何解決上述問題，必須確定傳感器排列和纜線損傷之間的理想關系。使用單一完全纜線斷裂作為例證；但是，可以很容易地將概念擴展到子纜線 (sub-cable)損傷。已有定論，一對傳感器將提供自參照系統(tǒng)，其中通過一個傳感器上的正通量檢測與另一個傳感器上的負通量檢測來檢測損傷。損傷的理想位置位于磁體端部之間的中心處，傳感器直接位于損傷的端部的上方，如下文所述。合成的損傷量值檢測最后是來自于每個傳感器的絕對值之和；因此，理想的是，每個傳感器以感測來自于損傷的最大通量泄漏的方式布置。參考圖7和圖8，圖7中顯示了將一對傳感器HE1、HE2分隔開來所得到的永磁體所產(chǎn)生的通量線，從而傳感器中心直接位于單個完全輪胎纜線斷裂706的每個端部702、704 的中間的上方。圖8顯示了通量量值的標繪圖，所顯示的箭頭802、804強調(diào)了當傳感器的中心位于單個完全輪胎纜線斷裂706的每個端部702、704的上方時的示意性的讀數(shù)。從圖 8的標繪圖在箭頭802、804處可以看出，最大通量泄漏直接位于損傷的每個端部702、704的中間的上方。圖9和圖10顯示了上文所確定的第一個問題，即一個傳感器HEl與纜線損傷906 的區(qū)域連成一線的問題，與位于纜線斷裂端部902、904之一的上方形成對比。在這種情況下，在圖10的通量量值標繪圖中可以看出，箭頭1002和1004分別表示位置如圖9所示的每個傳感器HE1、HE2的中心處的通量量值，由于傳感器的位置偏離如前面的圖7所示的位于損傷的端部的上方的最佳布置，因此傳感器都沒有檢測到可獲得的全部泄漏。上文所確定的第二個問題，即損傷的邊緣比傳感器之間的間隔更加緊密的情況下的低水平損傷檢測的問題，至少部分地涉及傳感器的中心到中心的間隔。在一種示意性配置中，中心到中心的間隔被設定在10mm。在這種情況下，較小的損傷可能會偏離中心(pass off center)并且遠離每個傳感器的最佳位置。盡管損傷可能足夠接近一個傳感器，以提供適當?shù)耐啃孤┲甘?，但是另一個傳感器可能會遠離損傷的邊緣，以至于其不具有通量泄漏的指示。對于所指出的示意性的IOmm間隔，只有當損傷是IOmm寬時，該間隔才是最優(yōu)的?，F(xiàn)在參考圖11和圖12，顯示了上文所確定的第三個問題的效應，即異常空隙大于傳感器間隔的問題。如果損傷空隙大于傳感器HE1、HE2的中心到中心的距離，則最大通量泄漏無法被檢測到，因為傳感器將不位于損傷1106的邊緣1102、1104處。如圖12中箭頭 1202和1204所示，圖11中所顯示的在每個傳感器HEl、HE2的中心處感測到的通量泄漏不是最大通量泄漏，因此這種最大通量泄漏在該配置中將不會被感測到。為了解決這些問題，本技術提供了上述實施例的兩種變形，其協(xié)同工作以提供改進的異常檢測。
如果只想要解決第一個問題，即傳感器對錯誤地與最大通量泄漏連成一線的問題，通過減小后續(xù)的輪胎的掃描之間的間隔以增加損傷落在傳感器對之間而不是偏離傳感器對的可能性，可以解決這個問題。但是，這種方案將具有增加輪胎的完全掃描的周期時間的不良作用，當然這種方案根本不會解決第二個問題和第三個問題。根據(jù)本技術，通過對傳感器組件的修改的組合連同用于分析傳感器輸出信號的方法的修改來解決全部三個確定的問題。參考圖13可以看出傳感器的示意性的結構修改，而參考下文的表1可以更清楚地理解對信號分析方法的修改。物理修改涉及將盡量多或者盡量適當?shù)膫鞲衅骶o密地裝入前面所使用的同一個印痕(footprint)中。在如圖13所示的所要試驗的輪胎纜線的位置關系的示意性配置中，六個表面安裝芯片型磁性傳感器HE1-HE6在印刷電路板1310上沿公用線布置。在一種示意性配置中， 六個表面安裝芯片型磁性傳感器HE1-HE6可以以4mm的中心到中心的間隔來放置，得到大約20mm的陣列總長度。傳感器HE1HE6以類似于上文參考圖14所描述的方式布置在公用線上，磁體1320沿著相同的公用線布置，從而與傳感器陣列關聯(lián)。在一種示意性配置中，芯片型磁性傳感器HE1-HE6和磁體1320可以對應于結合圖14描述的磁體1420。應注意的是，傳感器之間的其他間隔是可能的，有效地減小傳感器之間的間隔的其他傳感器陣列配置也是可能的。例如，物理上相同的六個傳感器的第二陣列可以與第一陣列平行地布置，并且放置成使得第二陣列中的傳感器之間的間隙落在第一陣列中的傳感器之間的間隙之間。這種針對信號處理系統(tǒng)進行了適當調(diào)整的放置方式將有效地將傳感器之間的間隔減少一半。當然，這種概念可以擴展到第三、第四等等的平行傳感器陣列。如上文所指出的，簡單地減小磁性傳感器HE1-HE6之間的間隔只解決了所確定的第一個問題。根據(jù)本技術，通過增加對信號分析方法的修改，來解決所確定的其他問題，其中圖13的示意性配置中的每個傳感器HE1-HE6與陣列中的每個其他的傳感器配對。在這種設置中，傳感器HE1、HE2、HE3、HE4、HE5和HE6的六個傳感器的陣列提供了下列十五對傳感器
權利要求
1.一種用于檢測輪胎金屬纜線異常的裝置，包括多個磁場傳感器，所述多個磁場傳感器沿公用線放置，并且被配置為產(chǎn)生與所感測到的磁場成比例的單獨電信號；磁體，所述磁體具有其北極和南極，所述磁體被放置成在所述多個磁場傳感器的每一個處提供與所述公用線平行的磁場；以及信號處理電路，所述信號處理電路被配置成產(chǎn)生指示所述單獨電信號的對之間的差異的信號，其中來自于所述多個磁場傳感器的每一個的電信號與來自于所述多個磁場傳感器的其他每一個的電信號配對。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述多個磁場傳感器包括表面安裝霍爾效應傳感ο
3.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述信號處理電路被配置為將最強電信號與最強反向電信號配對，以產(chǎn)生損傷量值信號，而忽略其余的電信號。
4.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述信號處理電路被配置為基于相減信號差異、 具有均超過預定量值的斜率的相反斜率信號的存在、以及零平均相乘波形的卷積分析的其中之一來產(chǎn)生信號。
5.根據(jù)權利要求1所述的裝置，進一步包括被配置為支撐所述多個磁場傳感器和所述磁體的結構，從而能夠手動地將所述多個磁場傳感器呈現(xiàn)到金屬纜線前，以檢測所述金屬纜線中的異常。
6.根據(jù)權利要求1所述的裝置，進一步包括自動控制系統(tǒng)，所述自動控制系統(tǒng)被配置為自動將所述多個磁場傳感器呈現(xiàn)到金屬纜線前，以檢測所述金屬纜線中的異常。
7.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述多個磁場傳感器包括至少三個磁場傳感器。
8.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述磁體為永磁體。
9.一種用于檢測輪胎金屬纜線中的異常的方法，包括在公用線上放置多個磁場傳感器；放置具有其北極和南極的磁體，以在所述多個磁場傳感器的每一個處提供與所述公用線平行的磁場；將所述多個磁場傳感器呈現(xiàn)到金屬纜線前；以及檢測與所述多個磁場傳感器的其他每一個配對的所述多個磁場傳感器的每一個所產(chǎn)生的信號之間的差異。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，進一步包括將來自于所述多個磁場傳感器的每一個的最強正信號與來自于磁場傳感器的其他每一個的最強負信號配對；以及分析最強正信號與最強負信號之間的差異，排除其余的磁場傳感器信號。
11.根據(jù)權利要求9所述的方法，其中檢測信號之間的差異包括基于相減信號差異、具有均超過預定量值的斜率的相反斜率信號的存在、以及零平均相乘波形的卷積分析的其中之一來產(chǎn)生信號。
12.根據(jù)權利要求9所述的方法，其中放置磁場傳感器包括放置表面安裝霍爾效應傳感器。
13.根據(jù)權利要求9所述的方法，其中放置磁體包括將磁體的北極和南極全部沿與所述公用線平行的線放置。
14.根據(jù)權利要求9所述的方法，其中放置多個磁場傳感器包括放置至少三個磁場傳感器。
15.根據(jù)權利要求9所述的方法，其中放置磁體包括放置永磁體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于檢測輪胎結構內(nèi)的纜線中的異常的裝置和方法。多個磁場傳感器在磁體所提供的磁場內(nèi)對齊。傳感器和磁體的對齊使得來自于磁體的通量線大體上平行于磁性傳感器占據(jù)的平面。磁場敏感傳感器之間存在的輪胎纜線異常產(chǎn)生磁場敏感傳感器所產(chǎn)生的信號中的可檢測的差異，作為異常所產(chǎn)生的垂直通量分布的形成的結果。從傳感器接收輸入信號的信號處理電路通過將每個傳感器的輸出信號與多個傳感器的其他每一個的輸出信號配對來評估來自于多個傳感器的每一個的信號之間的差異，并且當差異滿足所選擇的標準時產(chǎn)生輸出信號。輸出信號可以包括外部可測量信號和/或可以包括指示輪胎異常的存在的視覺信號。
文檔編號G01M17/02GK102439411SQ201080022614
公開日2012年5月2日 申請日期2010年3月31日 優(yōu)先權日2009年4月9日
發(fā)明者D·A·杰德, F·E·格拉姆林, G·E·德米希斯, L·布朗東 申請人:米其林技術公司, 米其林研究和技術股份有限公司