Sekä veteen upotetuissa skannaavissa akustisissa tomografilaitteistoissa että vesiputouksen pyyhkäisyakustisissa tomografilaitteistoissa käytetään NDT-menetelmää (kosketukseton tarkastus). Ne käyttävät vettä kytkentäväliaineena ultraääniaaltojen välittämiseksi tarkastettavaan työkappaleeseen. Ne eroavat kuitenkin merkittävästi Laitteiston ydinperiaatteen, rakennesuunnittelun, sovellusten sekä niiden etujen ja haittojen suhteen.
Alla on järjestelmällinen vertailu kahdesta skannaavasta akustisesta tomografialaitteistosta:
Perusperiaate
Kytkentämenetelmä |
Veteen upotettu ultraääniskannaus |
Vesiputouksen ultraääniskannaus |
Yleinen upotusliitäntä. Työkappale ja anturi (tai yksi niistä) on kokonaan upotettu vesisäiliöön. |
Paikallinen kytkentä. Suuttimen läpi muodostuu vakaa vesipatsas, joka toimii kytkentäsillana anturin ja työkappaleen välillä. |
|
Ääninsäteen polku |
Ääniaalto etenee vedessä pitkän matkan ennen kuin se tulee työkappaleeseen. Äänisäde leviää veteen. |
Ääniaalto tulee työkappaleeseen hyvin lyhyen tai kiinteän pituisen vesipatsaan kautta. Ääninsäteen leviäminen on hyvin hallittua. |
Skannaus liikettä |
Yleensä työkappale on kiinteä ja mittapää liikkuu tarkasti X-, Y- ja Z-akseleita pitkin. |
Tyypillisesti portaalia tai robottivartta käytetään ruiskutuspään (integroidulla anturilla) käyttämiseen skannaamaan työkappaleen yläpuolella, joka voi olla kiinteä tai liikuteltava. |
Rakenne ja koostumus
Pääosat |
Veteen upotettu ultraääniskannaus |
Vesiputouksen ultraääniskannaus |
Suuri pesuallas (vaatii deionisoidun vedenkäsittelyjärjestelmän) Erittäin tarkka 3D-skannauskehys Upotusanturi ja kiinnike Työkappaleen kiinnitys Vedenkierto, suodatus ja termostaattijärjestelmä |
Ruiskutuspää (integroitu ultraäänianturilla ja suuttimella) Gantry tai robottikäsivarren skannausmekanismi Itsenäinen vedenkiertojärjestelmä (vesisäiliö, vesipumppu, suodatin) Vedenkierrätyslaite (valinnainen) Työkappaleen tukialusta |
|
Järjestelmän monimutkaisuus |
Suhteellisen korkea. Se vaatii suurten vesisäiliöiden ja veden laadun ylläpitoa, ja järjestelmä on tilaa vievä. |
Suhteellisen alhainen. Rakenne on kompaktimpi, mikä eliminoi suuren upotussäiliön tarpeen. |
Joustavuus |
Suhteellisen alhainen. Vesisäiliön koko rajoittaa työkappaleen kokoa, mikä tekee työkappaleen koon vaihtamisesta hankalaa. |
Suhteellisen korkea. Teoriassa mikä tahansa suuri työkappale voidaan skannata, kunhan skannausmekanismi peittää alueen. |
Suorituskyky ja sovellus
Tunnistuksen tarkkuus ja resoluutio |
Veteen upotettu ultraääniskannaus |
Vesiputouksen ultraääniskannaus |
Erittäin korkea. Vakaan vesiympäristön, tarkan ääniradan hallinnan ja helposti saavutettavan tarkennuksen (akustinen linssi tai digitaalinen tarkennus) ansiosta voidaan saavuttaa erittäin korkea resoluutio ja signaali-kohinasuhde. |
Korkea. Vaikka vesipatsas saattaa aiheuttaa pieniä vaihteluita, hyvällä suunnittelulla voidaan silti saavuttaa suuri tarkkuus, joten sitä käytetään yleisesti korkean suorituskyvyn ilmaisussa. |
|
Skannausnopeus |
Suhteellisen hidasta. Sitä rajoittaa mekaanisen pyyhkäisyn nopeus ja kiihtyvyys, ja veden vastus on otettava huomioon. |
Yleensä nopeammin. Mekaaninen rakenne on kevyempi, mikä mahdollistaa suuremman kiihtyvyyden, mikä tekee siitä sopivan nopeaan skannaukseen suurella alueella. |
Soveltuva työkappale |
Pienet ja keskikokoiset, monimutkaisen muotoiset, arvokkaat työkappaleet. |
Keskikokoiset ja suuret, levymäiset tai yksinkertaisesti kaarevat työkappaleet. |
Pinnan mukautuvuus |
Työkappaleen pinnan tasaisuuden vaatimus on korkea, ja monimutkaiset pinnat vaativat 3D-polun suunnittelua ja jatkuvaa vesietäisyyden hallintaa. |
Sillä on hyvä sopeutumiskyky kevyesti kaareviin pintoihin ja se voi ylläpitää kytketyn vesipatsaan vakauden servojärjestelmän kautta. Se kohtaa kuitenkin suurempia haasteita käsiteltäessä monimutkaisia pintoja, joilla on merkittäviä korkeusvaihteluita. |
Vesi lämpötila vaikutus |
Herkkä. Veden lämpötilan muutokset vaikuttavat äänen nopeuteen ja anturin suorituskykyyn. Vakiolämpötilajärjestelmä tarvitaan. |
Vähemmän herkkä. Pienen vesipatsaan ja nopean lämmönvaihdon ansiosta vaikutus on suhteellisen vähäinen. |
Edut ja haitat yhteenveto
Veteen upotettu tyyppi |
Etu |
Epäkohta |
Kytkentä on vakain, ja sillä on erinomainen signaalin yhtenäisyys ja toistettavuus. |
Laitteet vievät suuren alueen ja aiheuttavat korkeat infrastruktuurikustannukset. |
|
Korkeimmalla resoluutiolla se soveltuu erityisen hyvin mikrovikojen havaitsemiseen |
Työkappaleen kokoa rajoittaa pesuallas. |
|
Helposti saavutettava säteen tarkennus ja monimutkainen kulman tunnistus (kuten vaiheistettu S-skannaus) |
Huolto on monimutkaista (veden laadun käsittely, ruosteenesto, puhdistus) |
|
Anturin käyttöikä on pitkä ja se toimii miedossa työympäristössä |
Materiaalien lastaus ja purkaminen on hankalaa, ja testaukseen valmistautumisaika on pitkä. |
|
Soveltuu automaattiseen C-skannauskuvaukseen korkealla kuvanlaadulla |
Se ei sovellu työkappaleille, jotka ovat vesiherkkiä tai vaativat hankalaa jälkikäsittelyä. |
|
Vesiputoustyyppi |
Siinä on suuri joustavuus ja se pystyy havaitsemaan ylisuuria työkappaleita |
Kytkimen vakaus on hieman huono, ja tärinä, veden virtaus ja pintaolosuhteet voivat vaikuttaa vesipatsaan. Vaikeus havaita pystysuorat tai kaltevat pinnat. Vesiroiskeita saattaa esiintyä, mikä vaatii suoja- ja talteenottotoimenpiteitä |
Anturi on integroitu suuttimeen, mikä tekee huollosta ja vaihdosta hankalaa. Erittäin korkeissa tarkkuusvaatimuksissa resoluutio on pienempi kuin veteen upotetun tyypin. |
Valintaehdotukset
Seuraavat keskeiset näkökohdat on otettava huomioon:
• Valitse veteen upotettu tyyppi seuraavissa tapauksissa:
Ensisijainen tehtävä on täyttää tunnistustarkkuuden, resoluution ja kuvanlaadun vaatimukset (kuten tutkimus- ja kehitystyö sekä arvokkaiden komponenttien täysi tarkastus).
Työkappale on kohtalaisen kokoinen ja liikkuva.
Tarkastustehtäville on enimmäkseen ominaista useat lajikkeet, pienet erät ja monimutkaisuus.
Laboratoriotilaa ja budjettia on riittävästi laitteiden ylläpitoon.
• Valitse vesiputoustyyppi seuraavissa tapauksissa:
Työkappale on liian suuri tai painava upotettavaksi tai sitä on vaikea siirtää.
Tarvitaan korkea tunnistusteho ja skannausnopeus.
Pääasiallisia tarkastuskohteita ovat litteät levyt, suuren kaarevuuden omaavat paneelit tai pitkät profiilit.
Tilaa on rajoitetusti.
Edellä mainitut kaksi skannaavaa akustista tomografialaitetta eivät ole täysin korvattavissa. Nykyaikaisissa huippuluokan järjestelmissä on myös hybridimalleja, kuten 'osittaiset upotussäiliöt' tai 'vesiputousliitin', joiden tarkoituksena on yhdistää molempien edut. Samaan aikaan, olipa kyseessä veteen upotettu tai vesipudotustyyppi, laitteet keskittyvät yhä useammin yhdistettyihin kehittyneisiin kuvantamistekniikoihin, kuten vaiheistettuun taulukkoon (PAUT) ja kokonaistarkennusmenetelmään (TFM) tunnistuskyvyn ja tehokkuuden parantamiseksi.
