Zařízení pro skenovací akustickou tomografii ponořená do vody i zařízení pro skenovací akustickou tomografii s vodopádem využívají metodu NDT (bezkontaktní kontrola). Využívají vodu jako spojovací médium pro přenos ultrazvukových vln do kontrolovaného obrobku. Významně se však liší z hlediska principu jádra zařízení, konstrukčního řešení, aplikací, jakož i jejich výhod a nevýhod.
Níže je systematické srovnání dvou zařízení pro skenovací akustickou tomografii:
Základní princip
Způsob spojování |
Ultrazvukové skenování ponořené do vody |
Vodopádové ultrazvukové skenování |
Celková ponorná spojka. Obrobek a sonda (nebo jedna z nich) jsou zcela ponořeny do vodní nádrže. |
Místní spojka. Tryskou se vytváří stabilní vodní sloupec, který slouží jako spojovací můstek mezi sondou a obrobkem. |
|
Dráha zvukového paprsku |
Zvuková vlna se před vstupem do obrobku šíří na velkou vzdálenost ve vodě. Zvukový paprsek se šíří ve vodě. |
Zvuková vlna vstupuje do obrobku velmi krátkou nebo pevnou délkou vodního sloupce. Šíření zvukového paprsku je dobře kontrolováno. |
Skenování pohybu |
Obvykle je obrobek pevný a sonda se pohybuje přesně podél os X, Y a Z. |
Typicky se k pohonu stříkací hlavy (s integrovanou sondou) používá portál nebo robotické rameno ke skenování nad obrobkem, který může být pevný nebo pohyblivý. |
Struktura a složení
Hlavní části |
Ultrazvukové skenování ponořené do vody |
Vodopádové ultrazvukové skenování |
Velký dřez (vyžadující systém na úpravu deionizované vody) Vysoce přesný 3D skenovací rám Ponorná sonda a přípravek Upínání obrobku Cirkulační, filtrační a termostatický systém |
Stříkací hlava (integrovaná s ultrazvukovou sondou a tryskou) Skenovací mechanismus portálového nebo robotického ramene Nezávislý systém cirkulace vody (nádrž na vodu, vodní čerpadlo, filtr) Zařízení na recyklaci vody (volitelné) Podpěrná plošina obrobku |
|
Složitost systému |
Relativně vysoká. Vyžaduje údržbu velkých vodních nádrží a kvality vody a systém je objemný. |
Relativně nízká. Konstrukce je kompaktnější, takže odpadá potřeba velké ponorné nádrže. |
Flexibilita |
Relativně nízká. Velikost obrobku je omezena velikostí vodní nádrže, takže výměna velikosti obrobku je obtížná. |
Relativně vysoká. Teoreticky lze skenovat jakýkoli velký obrobek, pokud snímací mechanismus pokrývá oblast. |
Výkon a aplikace
Přesnost detekce a rozlišení |
Ultrazvukové skenování ponořené do vody |
Vodopádové ultrazvukové skenování |
Extrémně vysoká. Díky stabilnímu vodnímu prostředí, přesnému ovládání zvukové cesty a snadno dosažitelnému zaostřování (akustická čočka nebo digitální zaostřování) lze dosáhnout velmi vysokého rozlišení a odstupu signálu od šumu. |
Vysoký. Ačkoli vodní sloupec může způsobit mírné výkyvy, vysoké přesnosti lze stále dosáhnout díky dobré konstrukci, díky čemuž se běžně používá při vysoce výkonné detekci. |
|
Rychlost skenování |
Relativně pomalé. Je omezena rychlostí a zrychlením mechanického snímání a je třeba brát v úvahu odolnost vody. |
Obvykle rychlejší. Mechanická struktura je lehčí, umožňuje vyšší zrychlení, takže je vhodná pro rychlé skenování na velké ploše. |
Použitelný obrobek |
Malé a středně velké obrobky složitého tvaru s vysokou hodnotou. |
Středně velké a velké, deskovité nebo jednoduše zakřivené obrobky. |
Přizpůsobivost povrchu |
Požadavek na rovinnost povrchu obrobku je vysoký a složité povrchy vyžadují 3D plánování dráhy a konstantní kontrolu vodní vzdálenosti. |
Má dobrou adaptabilitu na mírně zakřivené povrchy a dokáže udržet stabilitu spojeného vodního sloupce prostřednictvím servosystému. Při řešení složitých povrchů s výraznými výškovými rozdíly však čelí větším výzvám. |
Voda teplota dopad |
Citlivý. Změny teploty vody ovlivňují rychlost zvuku a výkon sondy. Je nutný systém konstantní teploty. |
Méně citlivé. Při malém vodním sloupci a rychlé výměně tepla je dopad relativně malý. |
Shrnutí výhod a nevýhod
Typ ponořený do vody |
Výhoda |
Nevýhoda |
Vazba je nejstabilnější, s vynikající konzistencí signálu a opakovatelností. |
Zařízení zabírá velkou plochu a vyžaduje vysoké náklady na infrastrukturu. |
|
S nejvyšším rozlišením je zvláště vhodný pro detekci mikrodefektů |
Velikost obrobku je omezena dřezem. |
|
Snadné dosažení zaostření paprsku a komplexní detekce úhlu (jako je phased array S-scan) |
Údržba je složitá (úprava kvality vody, prevence rzi, čištění) |
|
Sonda má dlouhou životnost a pracuje v mírném pracovním prostředí |
Nakládání a vykládání materiálů je nepohodlné a doba přípravy na testování je dlouhá. |
|
Vhodné pro automatické zobrazování C-scan s vysokou kvalitou obrazu |
Není vhodný pro obrobky, které jsou citlivé na vodu nebo vyžadují těžkopádné následné zpracování. |
|
Vodopádový typ |
Vyznačuje se vysokou flexibilitou a je schopen detekovat nadrozměrné obrobky |
Stabilita spojky je mírně špatná a vodní sloupec může být ovlivněn vibracemi, prouděním vody a podmínkami povrchu. Potíže s detekcí svislých nebo nakloněných povrchů. Může dojít k postříkání vodou, což vyžaduje ochranná a obnovovací opatření |
Sonda je integrována do trysky, což ztěžuje údržbu a výměnu. Při extrémně vysokých požadavcích na přesnost bude rozlišení nižší než u typu ponořeného do vody. |
Návrhy na výběr
Je třeba vzít v úvahu následující základní úvahy:
• Vyberte typ ponořený do vody v případech, kdy:
Primárním úkolem je splnit požadavky na přesnost detekce, rozlišení a kvalitu obrazu (jako je výzkum a vývoj a úplná kontrola vysoce hodnotných součástí).
Obrobek je střední velikosti a pohyblivý.
Kontrolní úkoly se většinou vyznačují více odrůdami, malými šaržemi a vysokou složitostí.
Je zde dostatek laboratorních prostor a rozpočet na údržbu zařízení.
• Vyberte typ vodopádu v případech, kdy:
Obrobek je příliš velký nebo těžký na to, aby mohl být ponořen, nebo je obtížné jej přemístit.
Vyžaduje se vysoká propustnost detekce a rychlost skenování.
Hlavním předmětem kontroly jsou ploché desky, panely s velkým zakřivením nebo dlouhé profily.
Dostupné místo je omezené.
Výše uvedené dva typy zařízení pro skenovací akustickou tomografii nejsou zcela nahraditelné. Moderní špičkové systémy se také vyznačují hybridním designem, jako jsou 'částečné vodní ponorné nádrže' nebo 'vodopádová spojka', jejichž cílem je spojit výhody obou. Mezitím, ať už jde o typ ponoření do vody nebo vodopád, zařízení se zaměřuje na stále více kombinované pokročilé zobrazovací technologie, jako je ultrazvuk s fázovým polem (PAUT) a metoda úplného zaostření (TFM), aby se zlepšila detekční schopnost a účinnost.
