Misura di spessore di pneumatici in gomma

Questa nota applicativa tratta come misurare la profondità dei fili in strati o cinture in acciaio o fibra di carbonio in pneumatici in gomma, oltre a, in alcuni casi, lo spessore totale della parete.

Controllo qualità nella produzione di pneumatici in gomma

Ai fini del controllo qualità, i produttori di pneumatici di gomma hanno bisogno di individuare la posizione dei fili in strati in acciaio o fibra che sono inseriti nello spessore dei pneumatici di automobili, camion e fuoristrada. Questo risulta particolarmente importante nel caso di pneumatici di grandi dimensioni e prezzo elevato usati per i mezzi pesanti e i mezzi usati nel settore edilizio, dove un erroneo posizionamento dei fili può provocare dei guasti costosi. In alcuni casi i produttori vogliono misurare lo spessore totale. Queste misure richiedono particolare attenzione visto che la gomma è molto attenuante nei confronti delle onde sonore ad alta frequenza e visto che è molto complesso lo schema degli echi generati dalle strutture interne della maggior parte dei pneumatici.

Apparecchiatura per la misura dello spessore dei pneumatici in gomma

Esistono due tipi di approcci comuni per la misura di pneumatici, in funzione dello spessore dei pneumatici da misurare. Si consiglia l’uso dei seguenti strumenti per specifiche applicazioni: 

1. Misuratori di spessori ad ultrasuoni per i pneumatici di automobili e camion leggeri

Per il primo metodo ci si avvale di un misuratore di spessori ad ultrasuoni 39DL PLUS™ o 45MG con software Single Element, associato a un trasduttore M1036 (2,25 MHz). 

Questi misuratori vengono usati nell’ambito delle misure di pneumatici di automobili e camion leggeri. In combinazione con i trasduttori a bassa frequenza sono in genere usati per misurare specificatamente la profondità dei fili in strati. L’intervallo di misura è compreso approssimativamente tra 3 mm (0,125 in.) e 25 mm (1 in.), con una precisione di taratura di ± 0,25 mm (0,01 in.) o migliore. La schermata della forma d’onda, la quale è di serie nel misuratore 39DL PLUS e opzionale nel 45MG, è utile per il rilevamento della prima eco dei fili in strati che rappresenta lo spessore minimo della gomma.

2. Rilevatori di difetti ad ultrasuoni per pneumatici più grandi

Nel secondo metodo ci si avvale di un misuratore di spessori ad ultrasuoni come il rilevatore di difetti della serie EPOCH™ con un pulsatore ad onda quadra. In combinazione con specifici trasduttori a bassa frequenza può essere usato sia lo strumento EPOCH 6LT e sia l'EPOCH 650. Questi rilevatori di difetti a onda quadra, con filtro passa banda selezionabile, offrono una maggiore penetrazione rispetto ai misuratori di spessore e sono consigliati per la misura di pneumatici più grandi come quelli di camion e veicoli fuoristrada. Spessori di gomma di 200 mm (8 in.) superiori possono essere in genere essere misurati con trasduttori da 500 kHz, alcune volte impiegati in coppie in modalità trasmissione-ricezione. Il tipico intervallo di precisione della misura è compreso tra ± 0,25 mm (0,01 in.) o migliore per pneumatici di automobili fino a ± 1 mm (0,04 in.) per pneumatici di camion pesanti e veicoli fuoristrada.

Procedura per misurare lo spessore del pneumatico in gomma

L’attenuazione sonora e la struttura interna variano considerevolmente tra i diversi tipi di pneumatici, pertanto è importante valutare singolarmente ogni applicazione. La misura della gomma richiede sempre l’uso di trasduttori a bassa frequenza con valori pari o inferiori a 2,25 MHz In alcuni casi risulta vantaggioso usare un trasduttore con uno strato in resina epossidica per migliorare l’accoppiamento sonoro tra il trasduttore e la gomma. I trasduttori comunemente consigliati per l’ispezione di pneumatici sono l’M1036 (2,25 MHz, diametro di 12,5 mm [0,5 in.], alta penetrazione) e il V601-RB (500 kHz, diametro di 25 mm [1 in.] ).

Nelle applicazioni per pneumatici molto spessi (spessore di gomma superiore a 100 mm o 4 in.), sono state usate, con risultati positivi, coppie di trasduttori V601-RB in modalità trasmissione-ricezione, in combinazione con un rilevatore di difetti. La separazione delle funzioni di trasmissione e ricezione permette l’impiego di un guadagno molto alto del ricevitore, senza avere potenziali problemi di rumore associato con l’amplificazione del recupero dell’impulso di eccitazione. L’uso di un accoppiante al gel è in genere consigliato per tutte le applicazioni relative ai pneumatici in gomma. Per assicurare un ottimale accoppiamento, l’accoppiante deve essere applicato uniformemente sulla superficie. Come per qualunque misura di spessore a ultrasuoni, è necessario tarare la velocità di propagazione dell’onda sonora nella gomma utilizzata mediante un campione di spessore noto. La velocità di propagazione dell’onda sonora nella gomma varia rapidamente in funzione della temperatura. Pertanto, per ottenere la maggiore precisione, la velocità deve essere misurata a una temperatura che corrisponda approssimativamente alle condizioni di misura attuali.

L’esito positivo di una misura a ultrasuoni dello spessore totale di un pneumatico, al contrario della misura della profondità dei fili in strati, dipende dalla struttura degli strati di fili. In alcuni tipi di pneumatici dove esistono numerosi strati di fili e/o i fili sono molto ravvicinati, l’energia sonora non sarà sufficiente per raggiungere la parte interna dello spessore in modo da permettere la misura dello spessore totale. In altri pneumatici dove esiste un maggiore spazio tra i singoli fili, l’energia sonora sarà sufficiente per raggiungere la parte interna dello spessore in modo da permettere la misura dello spessore totale. Questo deve essere valutato per ogni specifico caso. Nei casi dove è visibile un’eco della parete interna, lo strumento può essere impostato in base a una seconda configurazione registrata che può essere usata per effettuare la misura.

La Figura 1 mostra l’eco proveniente da fili in strati acciaio con una misura a partire dal battistrada esterno, in un pneumatico per automobili con lo spessore del battistrada pari a 12,5 mm (0,5 in.). In questo caso la misura viene eseguita con il misuratore 39DL PLUS e un trasduttore M1036 (2,25 MHz). L’eco è misurata in relazione al primo lobo positivo.

Figura 1
 

La Figura 2 mostra la misura dello spessore totale di un pneumatico di un grande veicolo impiegato nel settore edilizio con uno spessore approssimativo di 171,5 mm (6,75 in.), mediante un rilevatore di difetti EPOCH 650, in modalità di trasmissione diretta con due trasduttori V601-RB da 500 kHz. Il gate di misura è stato posizionato per acquisire lo spessore di gomma rappresentato dal picco in prossimità del lato destro della schermata.

Figura 2