Sia le apparecchiature per tomografia a scansione acustica immerse in acqua che le apparecchiature per tomografia a scansione acustica a cascata utilizzano il metodo NDT (ispezione senza contatto). Utilizzano l'acqua come mezzo di accoppiamento per trasmettere le onde ultrasoniche nel pezzo da ispezionare. Tuttavia, differiscono in modo significativo in termini di principio fondamentale dell'apparecchiatura, progettazione strutturale, applicazioni, nonché in termini di vantaggi e svantaggi.
Di seguito è riportato un confronto sistematico tra le due apparecchiature per tomografia acustica a scansione:
Principio fondamentale
Metodo di accoppiamento |
Scansione ad ultrasuoni immersa in acqua |
Scansione ad ultrasuoni a cascata |
Giunto ad immersione totale. Il pezzo e la sonda (o uno di essi) sono completamente immersi nel serbatoio dell'acqua. |
Accoppiamento locale. Attraverso l'ugello si forma una colonna d'acqua stabile che funge da ponte di accoppiamento tra la sonda e il pezzo da lavorare. |
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Percorso del raggio sonoro |
L'onda sonora si propaga nell'acqua per una lunga distanza prima di entrare nel pezzo. Il raggio sonoro si diffonde nell'acqua. |
L'onda sonora entra nel pezzo attraverso una colonna d'acqua di lunghezza molto breve o fissa. La diffusione del raggio sonoro è ben controllata. |
Movimento di scansione |
Di solito, il pezzo è fisso e la sonda si muove con precisione lungo gli assi X, Y e Z. |
In genere, viene utilizzato un portale o un braccio robotico per azionare la testa di spruzzatura (con una sonda integrata) per eseguire la scansione sopra il pezzo in lavorazione, che può essere fisso o mobile. |
Struttura e composizione
Parti principali |
Scansione ad ultrasuoni immersa in acqua |
Scansione ad ultrasuoni a cascata |
Lavello grande (che richiede un sistema di trattamento dell'acqua deionizzata) Cornice per scansione 3D ad alta precisione Sonda ad immersione e dispositivo Dispositivo per il pezzo Circolazione dell'acqua, filtrazione e sistema termostatico |
Testa di spruzzatura (integrata con sonda ad ultrasuoni e ugello) Meccanismo di scansione a portale o braccio robotico Sistema di alimentazione indipendente per la circolazione dell'acqua (serbatoio dell'acqua, pompa dell'acqua, filtro) Dispositivo per il riciclo dell'acqua (opzionale) Piattaforma di supporto del pezzo |
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Complessità del sistema |
Relativamente alto. Richiede la manutenzione di grandi serbatoi d'acqua e della qualità dell'acqua e il sistema è ingombrante. |
Relativamente basso. La struttura è più compatta, eliminando la necessità di una grande vasca di immersione. |
Flessibilità |
Relativamente basso. La dimensione del pezzo è limitata dalla dimensione del serbatoio dell'acqua, rendendo difficile la sostituzione delle dimensioni del pezzo. |
Relativamente alto. In teoria è possibile scansionare qualsiasi pezzo di grandi dimensioni purché il meccanismo di scansione copra l'area. |
Prestazioni e applicazione
Precisione del rilevamento e risoluzione |
Scansione ad ultrasuoni immersa in acqua |
Scansione ad ultrasuoni a cascata |
Estremamente alto. Con un ambiente acquatico stabile, un controllo preciso del percorso del suono e una messa a fuoco facile da ottenere (lente acustica o messa a fuoco digitale), è possibile ottenere una risoluzione e un rapporto segnale-rumore molto elevati. |
Alto. Sebbene la colonna d'acqua possa presentare leggere fluttuazioni, è comunque possibile ottenere un'elevata precisione attraverso una buona progettazione, rendendolo comunemente utilizzato nel rilevamento ad alte prestazioni. |
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Velocità di scansione |
Relativamente lento. È limitato dalla velocità e dall'accelerazione della scansione meccanica e deve essere considerata la resistenza dell'acqua. |
Di solito più veloce. La struttura meccanica è più leggera e consente una maggiore accelerazione, rendendola adatta alla scansione rapida su una vasta area. |
Pezzo applicabile |
Pezzi di piccole e medie dimensioni, di forma complessa e di alto valore. |
Pezzi di medie e grandi dimensioni, piastriformi o semplicemente curvati. |
Adattabilità della superficie |
I requisiti di planarità della superficie del pezzo sono elevati e le superfici complesse richiedono una pianificazione del percorso 3D e un controllo costante della distanza dell'acqua. |
Ha una buona adattabilità alle superfici leggermente curve e può mantenere la stabilità della colonna d'acqua accoppiata attraverso un servosistema. Tuttavia, si trova ad affrontare sfide maggiori quando si ha a che fare con superfici complesse con significative variazioni di altezza. |
Acqua temperatura impatto |
Sensibile. Le variazioni della temperatura dell'acqua influiscono sulla velocità del suono e sulle prestazioni della sonda. È necessario un sistema a temperatura costante. |
Meno sensibile. Con una piccola colonna d'acqua e un rapido scambio di calore, l'impatto è relativamente minore. |
Riepilogo vantaggi e svantaggi
Tipo immerso in acqua |
Vantaggio |
Svantaggio |
L'accoppiamento è molto stabile, con eccellente consistenza e ripetibilità del segnale. |
Le apparecchiature occupano una vasta area e comportano elevati costi infrastrutturali. |
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Con la massima risoluzione è particolarmente adatto per il rilevamento di microdifetti |
La dimensione del pezzo è limitata dal lavandino. |
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Messa a fuoco del raggio facile da ottenere e rilevamento di angoli complessi (come S-scan a schiera di fasi) |
La manutenzione è complessa (trattamento della qualità dell'acqua, prevenzione della ruggine, pulizia) |
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La sonda ha una lunga durata e funziona in un ambiente di lavoro mite |
Il carico e lo scarico dei materiali sono scomodi e i tempi di preparazione per i test sono lunghi. |
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Adatto per l'imaging C-scan automatico, con elevata qualità dell'immagine |
Non è adatto per pezzi sensibili all'acqua o che richiedono una lavorazione successiva complessa. |
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Tipo a cascata |
Vanta un'elevata flessibilità ed è in grado di rilevare pezzi di grandi dimensioni |
La stabilità dell'accoppiamento è leggermente scarsa e la colonna d'acqua può essere influenzata dalle vibrazioni, dal flusso d'acqua e dalle condizioni della superficie. Difficoltà nel rilevamento di superfici verticali o inclinate. Possono verificarsi spruzzi d'acqua che richiedono misure di protezione e recupero |
La sonda è integrata nell'ugello, rendendo problematica la manutenzione e la sostituzione. Con requisiti di precisione estremamente elevati, la risoluzione sarà inferiore a quella del tipo immerso in acqua. |
Suggerimenti per la selezione
Dovrebbero essere prese in considerazione le seguenti considerazioni fondamentali:
• Scegliere il tipo immerso in acqua nei casi che:
Il compito principale è soddisfare i requisiti di precisione di rilevamento, risoluzione e qualità dell'immagine (come ricerca e sviluppo e ispezione completa di componenti di alto valore).
Il pezzo è di dimensioni moderate e mobile.
Le attività di ispezione sono per lo più caratterizzate da molteplici varietà, piccoli lotti ed elevata complessità.
Lo spazio di laboratorio e il budget sono sufficienti per la manutenzione delle apparecchiature.
• Scegliere la tipologia di cascata nei casi in cui:
Il pezzo è troppo grande o troppo pesante per essere immerso o difficile da spostare.
Sono necessarie un'elevata produttività di rilevamento e una velocità di scansione.
I principali oggetti di ispezione sono lastre piane, pannelli con grande curvatura o profili lunghi.
Lo spazio disponibile è limitato.
I due tipi di apparecchiature per tomografia acustica a scansione sopra menzionati non sono completamente sostituibili. I moderni sistemi di fascia alta presentano anche design ibridi, come 'serbatoi a immersione parziale in acqua' o 'accoppiamento a caduta d'acqua', con l'obiettivo di combinare i vantaggi di entrambi. Nel frattempo, che si tratti di immersione in acqua o di caduta d'acqua, le apparecchiature si concentrano su tecnologie di imaging avanzate sempre più combinate come gli ultrasuoni a schiera di fase (PAUT) e il metodo di messa a fuoco totale (TFM) per migliorare la capacità di rilevamento e l'efficienza.
