Brevet FR2007622A1 — publié le 19700109

i 2007622 La présente invention concerne un essai-non destructif das bandages pneumatiques, et en particulier un essai non destructif des pneumatiques pour déterminer.;la..presènGe>"Tlemplacement et la nature des irrégularités de structures se trouvant 5 sous la surface ou internes par interférométrie holographiquee Pour l'industrie des pneumatiques, qui est confrontée avec des normes de plus en plus rigoureuses de qualité et de sécurité de construction des pneumatiques, il est devenu de plus en plus essentiel de concevoir des procédés d'essais non destructifs des 10 pneumatiques permettant de vérifier la production d'une chaîne, de faciliter la mise au point de constructions nouvelles et perfectionnées et même de permettre, d'essayer des pneumatiques pendant qu'ils sont montés sur un véhicule,, Il s!ensuit qu'à l'aide de tels procédés, on doit être capable de déterminer la présence 15 et l'emplacement des diverses caractéristiques de structures internes, y compris non seulement des caractéristiques qu'on appellerait normalement des défauts par exemple des séparations -entre des couches voisines de la structurée l'enveloppe du pneumatique, des joints bout à bout affaiblis, et-autres défectuosi-20 tés, mais également des caractéristiques qui ne seraient pas considérées normalement comme des défauts, par exemple des jonctions se recouvrant, des variations de l'angle des câblés et de l'épaisseur du caoutchouco Pour toutes ces caractéristiques qui sont appelées ici collectivement des "irrégularités de structures", 25 bien que dans certains cas un jeu de ces caractéristiques puisse être disposé à des intervalles réguliers à l'intérieur du corps de n'importe quel pneumatique donné, le terme " irrégularité" étant plutôt utilisé pour indiquer une différence importante de structure entre une section quelconque du pneumatique 30 et une section voisine,, ' ' On a proposé jusqu'à présent des essais et des examens non destructifs de divers objets, y-compris les pneumatiques,, par les rayons X, la fluoroscopie et les ultrasons. Cependant, ces procédés n'ont pas été adoptés d'une manière générale par l'industrie 35 des pneumatiques probablement pour plusieurs raisons comprenant entre autres le manque de confiance dans le résultat en raison de l'absence de possibilité de reproduction, la complication de 1'équipement nécessaire, le fait que les techniques respectives sont à la fois laborieuses et qu'elles prennent du temps, et que 40 dans certains cas même, elles présentent des dangejs7pour^ienper- BAO ORIGINAL 69 04658 2 2007622 sonnel de manoeuvre. En conséquence, la présente invention 'a pour but' de fournir : - des procédés nouveaux d'essais non destructifs des pneu-5 matiques pour la déterminationjdes irrégularités de structures internes. - de tels procédés d'essai qui sont rapides, de toute confiance, et ne comportent aucun risque d'irradiation pour l'opé- présente invention consistent à appliquer des techniques d'inter-férométrie holographique en utilisant des faisceaux de lasers. Pour exécuter un tel essai, on tire profit du fait que les pneumatiques lorsqu'ils sont gonflés, ont en général une tendance à 15 se dilater ou présenter une croissance, même suivant des amplitudes relativement minuscules, mais suivant des allongements qui caractérisent les caractéristiques de fluage des câblés utilisés pour leur construction. De ce fait, pour mettre an pratique la présente invention, on prend un hologramme à.l'aide d'un laser 20 du pneumatique gonflé pendant que celui-ci se trouve à un premier stade de sa croissance9 et on observe ensuite une image reconstituée du pneumatique produite à partir de cet hologramme en la superposant soit à une seconde image reconstituée du pnéumatique produite à partir.d'un autre hologramme pris à un stade ultérieur 25 de la croissance du pneumatique, soit au pneumatique lui-même à un stade ultérieur de sa croissance. La-configuration d'interférence ou système de frange qui en résulte représente d'une manière générale la croissance du .pneumatique pendant l'intervalle de temps qui s'est écoulé, et toute discontinuité ou toute autre 30 anomalie de la configuration d'interférence représente en général une croissance d'un degré qui n'est pas normal dans une section correspondante du pneumatique en indiquant à la fois la présence et la nature d'une irrégularité de structure interne correspondante. Les procédés d'essais selon la présente invention sont ca-35 caractérisés par une très grande précision, leur facilité d'analyse et leur possibilité, de reproduction et ils ne nécessitent aucun appareil extrêmement compliqué., sans aucun risque de rayonnement ou d'irradiation pour l'opérateur. rateur. 10 D'une manière fondamentale, les procédés d'essai selon la BAD original 69 04658 3 2007622 D'autres- avantages et caractéristiques ressortiront de la description détaillée qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif une forme de réalisation conforme à l'invention. Sur ces dessins, 5 La figure 1 est une vue schématique d'un équipement utilisé pour mettre en oeuvre les procédés d'essais suivant la présente invention; et les figures 2, 3, 4 et 5 sont des vues en plan partielles représentant des photographies de configurations d'interférence 10 holographiques obtenues au cours de tels essais. En se reportant d'abord à la figure 1, on voit un exemple de montage d'essai pour la mise en pratique de la présente invention qui comprend une source de lumière cohérente 10, par exemple un laser, un diviseur de faisceau 11, par exemple un miroir demi-15 argenté, quatre miroirs 12, 13, 14 et 15, deux dispositifs 16 et 17 de transmission de la lumière, par exemple des systèmes de lentilles ou des filtres ou des combinaisons de ceux-ci, un montage de support 18 servant à supporter le pneumatique T â essayer, et un montage de préférence réglable 19 servant à supporter une 20 plaque photographique 20. Uniquement à titre d'exemple, un laser qu'on a utilisé avec succès pour un essai suivant la présente in- Xnc ^ vention est un laser du type produit par Spectra - Physics/ sous* l'indication "Model 125", avec un régime de puissance d'environ O 90 mw, et qui fonctionne à 6328 A , tandis que les dispositifs 25 tels que ceux représentés en 16 et 17 qui ont été utilisés,(bien qu'on puisse les supprimer) sont des filtres spatiaux sténoscopi-ques à lentille, du type produit par GC Optronics, Inc., sous la désignation "Model 400 ". Les plaques photographiques qui ont été utilisées sont du type connu comme plaques spectroscopiques à 30 définition élevée, telles que celles qui sont produites par Eastman Kodak Company sous la désignation "649 F". Bien qu'on suppose que les spécialistes de la technique sont suffisamment familiers en ce qui concerne les principes de base de l'holographie par laser, pour rendre inutile une descrip-35 tion détaillée de ses aspects théoriques, on estime cependant qu'il est opportun de décrire brièvement la technique générale. Pour prendre un hologramme d'un objet, on tire deux faisceaux de laser initialement simple au moyen d'un diviseur de faisceau tel qu'un miroir demi-argenté. L'un de ces faisceaux, qui est appelé 69 04658 H 2007622 faisceau de référence, est dirigé de manière à éviter l'objet et à tomber sur une plaque photographique, tandis que l'autre faisceau qui peut être appelé le faisceau objet, est dirigé de manière à tomber sur l'objet et l'éclairer. De l'objet, le fais-5 ceau objet est réfléchi vers la plaque photographique de façon à faire tomber ces fronts d'ondes sur la plaque, en les superposant avec interférence optique au front d'ondes du faisceau de référence. Il en résulte une configuration d'interférences ou système de franges qui, lorsque le cliché ou plaque est développé, est 10 enregistré sur le cliché photographique sous la forme de points de densités variées (plus élevée lorsque les fronts d'ondes provenant d'un faisceau arrivent en phase avec les fronts d'ondes de l'autre faisceau et qui est plus faible lorsqu'ils arrivent sans être en phase) afin de constituer l'hologramme. L'enregis-15 trement effectué sur le cliché ne présente en réalité aucune ressemblance avec l'objet, et constitue un type de représentation codée de celui-ci, mais lorsque le cliché est éclairé ensuite par le faisceau de référence seul, ce qui peut être appelé une reproduction de l'enregistrement, les fronts d'ondes qui initialement 20 ont été réfléchis sur l'objet sont reconstitués et produisent une image qui peut être observée visuellement ou bien à l'aide d'une caméra. La technique d'interférométrie holographique est une extension de la technique précédente et implique d'une manière générale 25 soit une comparaison optique d'un second hologramme avec le premier au moyen du faisceau de référence, en fait la superposition de deux images reconstituées l'une sur l'autre, soit une comparai-sont optique de l'image reconstituée tirée du premier hologramme et de l'objet lui-même. Deux variantes de cette technique sont 30 connues d'une manière générale comme interférométrie en "temps réel" et interférométrie "temporisée". Le procédé en temps réel est caractérisé essentiellement par le fait qu'on ne prend qu'un seul hologramme de l'objet à un moment déterminé. Ensuite, lorsque le cliché a été développé, et 35 sans aucun changement quelconque du réglage optique, l'image est reconstituée par le faisceau de référence pendant que l'objet est à nouveau éclairé par le faisceau objèt. Il en résulte que lorsqu'on l'observe à travers l'hologramme, l'image reconstruite 69 04658 5 2007622 de l'objet , telle qu'elle apparaissait au premier moment, est vue en superposition par rapport à l'objet réel tel qu'il se trouve au second moment, et on observe alors une configuration d'interférences, et on peut la photographier sur la surface de l'objet 5 laquelle configuration représente .toutes les modifications qui ont pu se produire pendant l'intervalle de temps qui s'est écoulé. Le procédé temporisé, au contraire, est caractérisé essentiellement par le fait&ue l'on prend deux hologrammes de lrobjet à des moments différents sur le même cliché photographique , et c'est 10 pour cette raison que ce procédé est également appelé interférométrie à "double exposition". Une fois que le cliché a été développé, en l'éclairant à l'aide d'un faisceau de référence de lumière cohérente (comme dans l'holographie ordinaire), deux images reconstruites sont formées et sont superposées l'une à l'autre, et 15 on peut observer sur celles-ci une configuration d'interférences qui représente tous les changements qui ont pu se produire pendant l'intervalle de temps qui s'est écoulé entre les deux expositions. Pour mettre en pratique les procédés selon la présente invention, par suite, et en se reportant à nouveau à la figure 1, on 20 voit un pneu gonflé T qui doit être essayé monté sur le support 18, la pression de gonflage étant de préférence voisine de la pression de fonctionnement normale du pneumatique, bien qu'une pression plus faible ou plus élevée puisse également être utilisée, aussi longtemps qu'elle suffit pour faire subir au pneumatique une cer-25 taine croissance pendant une période d'une certaine durée. Il va de soi que le support 18 est de préférence un support ou un montage d'essai séparé , mais il est envisagé qu'il puisse même être constitué par le moyeu de la roue d'un véhicule sur laquelle le pneumatique est monté, pour permettre un essai sur place. De pré-30 férence, l'agencement doit être tel qu'il empêche toute vibration indésirable ou tout autre mouvement du pneumatique au cours de l'essai. Pendant la première partie de l'essai, c'est-à-dire la prise photographique d'un hologramme du pneumatique à un-premier stade 35 de sa croissance, un faisceau de lumière cohérente B émis par le laser 10 est divisé par le miroir demi-argenté 11 en deux faisceaux B-l et B-2. Le faisceau B-l,qui est formé par la lumière réfléchie sur le miroir 11 et qui constitue le faisceau de référence, est dirigé vers le miroir 12 et de là par le dispositif 16 et le miroir 69 04658 6 2007622 13 vers l'emplacement du cliché photographique 20. En même temps, le second faisceau B-2, qui est formé par la lumière traversant le miroir 11 et qui constitue le faisceau objet, est dirigé vers le miroir 14 et de là par le dispositif 17 et le miroir 15 5 vers le pneumatique T d'où il est réfléchi vers l'emplacement du cliché photographique. De ce fait, les deux faisceaux arrivent au cliché en se superposant et suivant des positions relatives d'interférences optiques plus ou moins grandes, et le cliché est exposé suivant la configuration d'interférences résultante, 10 comme expliqué précédemment. On peut choisir et régler suivant les conditions de l'essai, par exemple le type et les dimensions du pneumatique qui est examiné, la nature du taux de fluage des câblés, etc.., des facteurs tels que les relations qui existent entre les intensités du faisceau de référence et du faisceau objet 15 les angles d'incidence respectifs des faisceaux sur le cliché photographique, et la durée d'exposition. Il va de soi que cette configuration d'interférences représente les configurations de surfaces initiales du pneumatique et de ce fait son stade de croissance initial. 20 En supposant maintenant qu'on exécute un essai en temps réel, le cliché photographique exposé 20 est d'abord développé, « de préférence sans l'enlever du support 19. Des procédés pour ce développement sur place, par exemple avec un châssis pour liquide, sont connus en soi et n'ont pas besoin d'être décrits ici, mais 25 il est clair que le développement sur place doit être préféré à l'enlèvement et à la remise en place ultérieure du cliché, du fait que le réglage optique de ce type d'essai ne doit pas être modifié entre la prise de l'hologramme et les comparaisons ou les observations ultérieures au cours de l'essai. Après que le cliché 30 a été développé , il est éclairé par le faisceau de référence,de sorte qu'il produit une image reconstituée du pneumatique tel qu'il se trouvait au moment où l'hologramme a été pris. En même temps, le cliché est éclairé par le faisceau objet. En l'observant à travers l'hologramme, l'image reconstituée est superposée au 35 pneumatique lui-même, et de ce fait à un moment quelconque après la prise de l'hologramme, on voit.une configuration de franges d'interférence, due au fait que par suite de la croissance du pneumatique pendant l'intervalle de temps séparant la prise de 69 04658 7 2007622 l'hologramme et la reconstruction de l'image, les configurations de surfaces du pneumatique sont, à ce moment, différentes de ce qu'elles étaient initialement. On va expliquer plus loin, comment s'effectue l'analyse de la configuration d'interférences. 5 D'autre part, si on exécute un essai temporisé, après que le premier hologramme a été pris, comme décrit ci-dessus, mais avant de développer le cliché photographique, un laisse s'écouler une période de durée prédéterminée, après quoi on prend un second hologramme du pneumatique sur le même cliché photographique en 10 le superposant au premier; Le cliché qui est doublement exposé est alors développé. En éclairant ensuite le double hologramme à l'aide du faisceau de référence seul, on produit par suite deux images du pneumatique tel qu'il était aux deux moments d'exposition lesquelles sont reconstruites et sont disposées en superpo-15 sition avec interférence optique l'une par rapport à l'autre, et en observant celles-ci à l'aide de l'hologramme, on observe une configuration d'interférences qui représente la croissance du pneumatique pendant l'intervalle de temps qui s'est écoulé entre la prise des deux hologrammes. 20 Comme on peut s'y attendre, bien entendu, ces deux procédés donnent à peu près la même configuration d'interférences pour tout pneumatique donné. Les figures de 2 à 5 représentent schématiquement des photographies qui ont été prises après qu'un pneumatique sans chambre 25 à air ou "Tubless" à deux couches 8, 25 X 14 ait été soumis à un essai d'interférométrie en temps réel, les photographies étant prises à travers l'hologramme et représentant l'image reconstruite du pneumatique en superposition précise du pneumatique réel. La partie de surface 21 de la paroi latérale du pneumatique T (fi-30 gure 2) montre une configuration de phases d'interférences qui en fait sont complètement régulières et qui par suite, indiquent que dans cette section du pneumatique, la croissance a été normale sur à peu près toute sa longueur. Les parties de surfaces 22 et 23 de la paroi latérale (figures 3 et 4) et la partie de surface 24 du 35 chemin de roulement (figure 5) cependant présentent des anomalies définies et facilement reconnaissables 22a, 23a et 24a dans les configurations d'interférences ou systèmes de franges respectifs qui indiquent que dans les régions respectives du pneumatique la 69 04658 8 2007622 croissance a été différente de celle dans les régions voisines par suite de la présence d'irrégularités de structures internes correspondantes. En réalité, les systèmes de franges 22a et 24a sont dus à des gonflements résultant d'une croissance supérieure 5 à la normale et de ce fait, ils représentent une croissance dans des séparations diminuant la résistance de la paroi latérale sous-jacente et des parties du chemin de roulement de la structure de pneumatique, lesquelles séparations peuvent se trouver entre des couches voisines de l'étoffe en câblé ou entre la couche 10 de la carcasse extérieure et le caoutchouc brut se trouvant au-dessus (paroi latérale ou chemin de roulement), ou même à une profondeur telle qu'entre la couche intérieure de la carcasse et la garniture intérieure imperméable à l'air du pneumatique. Le système de franges 23a est dû à un léger creux résultant d'une 15 croissance inférieure à la normale et elle représente par suite une croissance de multiplication de couches augmentant la résistance dans la partie de la paroi latérale sous-jacente du pneumatique qui est interprétée facilement comme une jonction à recouvrement d'une couche intérieure s'étendant radialement par rap-20 port au pneumatique. Il convient de noter le fait .qu'un essai effectué en parallèle du même pneumatique par le procédé à temporisation a donné sensiblement les mêmes configurations d'interférence et par suite a montré les mêmes irrégularités de structures que celles qu'on 25 voit sur les figures de 2 à 5, ce qui fournit une preuve nette de l'équivalence indiquée plus haut entre les procédés d'holographie en temps réel et à temporisation pour l'essai des pneumatiques suivant la présente invention. Il va de soi que la présente forme de réalisation a été 30 décrite et représentée à titre d'exemple explicatif, mais nullement limitatif, et qu'on pourra introduire tout équivalence dans ses éléments constitutifs sans sortir du cadre d.e l'invention défini par les revendications annexées. C'est ainsi qu'à titre d'exemple uniquement, on peut utiliser un chauffage localisé du 35 pneumatique qui est examiné comme auxiliaire du processus d'essai de base afin d'accentuer les différences possibles de caractéristiques de croissance de régions voisines du pneumatique. 69 04658 9 2007622 REVENDICATIONS 1 - Procédé pour essayer des bandages pneumatiques afin de déterminer les irrégularités de structures internes, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : gonfler le 5 pneumatique 'à une pression où il a tendance à présenter une croissance à mesure que s'écoule le temps, et comparer un premier stade de croissance du pneumatique avec un stade de croissance ultérieur par interférométrie holographique pour produire une configuration d'interférences représentant la croissance du pneumatique, toute 10 anomalie de la configuration d'interférences représentant une croissance anormale dans une section respective du pneumatique et indiquant la présence et la nature d'une irrégularité de structure interne correspondante dans cette section. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce 15 qu'un premier hologramme est pris du pneumatique à un premier stade de croissance en utilisant une lumière cohérente provenant d'une source de telle lumière et qu'une image reconstruite du pneumatique à son premier stade de croissance est superposés optiquement au pneumatique pendant que ce dernier est éclairé 20 par la lumière cohérente provenant de la même souece et qu'il se trouve à un stade de croissance ultérieur, pour produire la configuration d'interférences. 3 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le premier hologramme est pris du pneumatique à son premier 25 stade de croissance en utilisant une lumière cohérente provenant d'une source de telle lumière, un second hologramme est pris du pneumatique à son stade de croissance ultérieur en utilisant la lumière cohérente provenant de la même source, et les hologrammes sont superposés et observés avec une lumière cohérente provenant 30 de la même source pour produire la configuration d'interférences. 4 - Procédé suivant la revendication 2 ou la revendication 3 caractérisé en ce que la configuration d'interférence est enregistrée en la photographiant. 5 - Procédé suivant la revendication 2 ou la revendication 35 3 caractérisé en ce que chacun des hologrammes est pris en dirigeant un faisceau de référence de lumière cohérente provenant de la source le long d'un premier trajet prédéterminé vers un cliché photographique et en dirigeant en même temps que celui-ci un faisceau d'objets de lumière cohérente provenant de la source vers le 04658 10 2007622 pneumatique le long d'un second trajet prédéterminé orienté de manière à assurer la réflexion du faisceau objet vers le cliché photographique de manière à ce qu'il tombe sur celui-ci en se superposant au faisceau de référence. 5 6 - Procédé suivant les revendications 2 et 5 caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : prendre le premier hologramme et développer le cliché photographique et, ensuite, sans modifier le système optique»disposer le cliché au point où il se trouvait lorsqu'il a été exposé et, le pneumatique se trou-10 vant à son stade de croissance ultérieur, diriger le faisceau de référence sur le cliché et diriger le faisceau objet sur le pneumatique et le réfléchir sur le cliché pour produire la configuration d'interférences. « 7 - Procédé suivant les revendications 3 et 5 caractérisé 15 en ce que le premier hologramme et le second hologramme sont pris sans aucun changement du système optique, et le cliché occupant la même position, le cliché est développé puis éclairé avec la lumière cohérente provenant de la source pour produire la configuration d'interférences. 20 8 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications pré cédentes caractérisé en ce que le pneumatique est supporté de manière à être exempt de toute vibration ou de tout autre mouvement . 9 - Procédé suivant l'une .quelconque des revendications pré 25 cédentes caractérisé en ce que la source de lumière cohérente est un laser.