Zarówno zanurzony w wodzie sprzęt do skaningowej tomografii akustycznej, jak i sprzęt do skaningowej tomografii akustycznej ze spadkiem wody wykorzystują metodę NDT (kontrola bezkontaktowa). Wykorzystują wodę jako medium sprzęgające do przenoszenia fal ultradźwiękowych na kontrolowany przedmiot. Różnią się one jednak znacznie pod względem podstawowej zasady wyposażenia, projektu konstrukcyjnego, zastosowań, a także zalet i wad.
Poniżej znajduje się systematyczne porównanie dwóch urządzeń do skaningowej tomografii akustycznej:
Podstawowa zasada
Metoda łączenia |
Skanowanie ultradźwiękowe w zanurzeniu w wodzie |
Skanowanie ultradźwiękowe wodospadów |
Ogólne sprzęgło zanurzeniowe. Obrabiany przedmiot i sonda (lub jedna z nich) są całkowicie zanurzone w zbiorniku z wodą. |
Sprzęgło lokalne. Przez dyszę tworzy się stabilny słup wody, który służy jako mostek łączący sondę z przedmiotem obrabianym. |
|
Droga wiązki dźwięku |
Fala dźwiękowa rozchodzi się w wodzie na dużą odległość, zanim dotrze do przedmiotu obrabianego. Wiązka dźwięku rozprzestrzenia się w wodzie. |
Fala dźwiękowa dociera do przedmiotu obrabianego przez bardzo krótki lub stały odcinek słupa wody. Rozprzestrzenianie się wiązki dźwięku jest dobrze kontrolowane. |
Skanowanie ruchu |
Zwykle przedmiot obrabiany jest nieruchomy, a sonda porusza się precyzyjnie wzdłuż osi X, Y i Z. |
Zwykle do napędzania głowicy natryskowej (ze zintegrowaną sondą) w celu skanowania nad obrabianym przedmiotem używa się suwnicy lub ramienia robota, który może być nieruchomy lub ruchomy. |
Struktura i skład
Główne części |
Skanowanie ultradźwiękowe w zanurzeniu w wodzie |
Skanowanie ultradźwiękowe wodospadów |
Duży zlew (wymagający systemu uzdatniania wody dejonizowanej) Ramka do skanowania 3D o wysokiej precyzji Sonda zanurzeniowa i uchwyt Mocowanie przedmiotu obrabianego Cyrkulacja wody, filtracja i układ termostatyczny |
Głowica natryskowa (zintegrowana z sondą ultradźwiękową i dyszą) Mechanizm skanujący suwnicy lub ramienia robota Niezależny system zasilania obiegiem wody (zbiornik na wodę, pompa wody, filtr) Urządzenie do recyklingu wody (opcjonalnie) Platforma podtrzymująca obrabiany przedmiot |
|
Złożoność systemu |
Stosunkowo wysoki. Wymaga utrzymania dużych zbiorników na wodę i odpowiedniej jakości wody, a system jest nieporęczny. |
Stosunkowo niski. Konstrukcja jest bardziej zwarta, co eliminuje potrzebę stosowania dużego zbiornika zanurzeniowego. |
Elastyczność |
Stosunkowo niski. Rozmiar przedmiotu obrabianego jest ograniczony rozmiarem zbiornika wody, co utrudnia wymianę rozmiaru przedmiotu obrabianego. |
Stosunkowo wysoki. Teoretycznie można zeskanować każdy duży przedmiot, pod warunkiem, że mechanizm skanujący obejmuje obszar. |
Wydajność i zastosowanie
Dokładność wykrywania i rozdzielczość |
Skanowanie ultradźwiękowe w zanurzeniu w wodzie |
Skanowanie ultradźwiękowe wodospadów |
Niezwykle wysoki. Dzięki stabilnemu środowisku wodnemu, precyzyjnej kontroli ścieżki dźwięku i łatwemu do osiągnięcia ogniskowaniu (soczewka akustyczna lub ogniskowanie cyfrowe) można uzyskać bardzo wysoką rozdzielczość i stosunek sygnału do szumu. |
Wysoki. Chociaż słup wody może powodować niewielkie wahania, wysoką dokładność można nadal osiągnąć dzięki dobremu projektowi, co sprawia, że jest on powszechnie stosowany w wykrywaniu o wysokiej wydajności. |
|
Szybkość skanowania |
Stosunkowo wolno. Jest ono ograniczone szybkością i przyspieszeniem skanowania mechanicznego i należy wziąć pod uwagę opór wody. |
Zwykle szybciej. Konstrukcja mechaniczna jest lżejsza, co pozwala na większe przyspieszenie, dzięki czemu nadaje się do szybkiego skanowania na dużym obszarze. |
Odpowiedni przedmiot obrabiany |
Małe i średnie przedmioty o skomplikowanych kształtach i wysokiej wartości. |
Detale średnie i duże, płytowe lub po prostu zakrzywione. |
Możliwość dostosowania powierzchni |
Wymagania dotyczące płaskości powierzchni przedmiotu obrabianego są wysokie, a złożone powierzchnie wymagają planowania ścieżki 3D i stałej kontroli odległości wody. |
Ma dobrą zdolność adaptacji do delikatnie zakrzywionych powierzchni i może utrzymać stabilność połączonego słupa wody poprzez układ serwo. Jednak w przypadku skomplikowanych powierzchni o znacznych różnicach wysokości stoi przed większymi wyzwaniami. |
Woda temperatura uderzenie |
Wrażliwy. Zmiany temperatury wody wpływają na prędkość dźwięku i działanie sondy. Niezbędny jest system o stałej temperaturze. |
Mniej wrażliwy. Przy małym słupie wody i szybkiej wymianie ciepła wpływ jest stosunkowo niewielki. |
Podsumowanie zalet i wad
Typ zanurzony w wodzie |
Korzyść |
Niekorzyść |
Sprzężenie jest najbardziej stabilne, z doskonałą spójnością sygnału i powtarzalnością. |
Sprzęt zajmuje dużą powierzchnię i wiąże się z wysokimi kosztami infrastruktury. |
|
Dzięki najwyższej rozdzielczości szczególnie nadaje się do wykrywania mikrodefektów |
Rozmiar przedmiotu obrabianego jest ograniczony zlewem. |
|
Łatwe do osiągnięcia skupienie wiązki i złożone wykrywanie kąta (takie jak skanowanie S z układem fazowanym) |
Konserwacja jest złożona (uzdatnianie wody, zapobieganie rdzy, czyszczenie) |
|
Sonda ma długą żywotność i działa w łagodnym środowisku pracy |
Załadunek i rozładunek materiałów jest uciążliwy, a czas przygotowania do badań długi. |
|
Nadaje się do automatycznego obrazowania typu C-scan, zapewniając wysoką jakość obrazu |
Nie nadaje się do detali wrażliwych na wodę lub wymagających późniejszej, uciążliwej obróbki. |
|
Typ wodospadu |
Charakteryzuje się dużą elastycznością i jest w stanie wykryć przedmioty o ponadwymiarowych wymiarach |
Stabilność sprzęgła jest nieco słaba, a na słup wody mogą wpływać wibracje, przepływ wody i stan powierzchni. Trudności w wykrywaniu powierzchni pionowych lub nachylonych. Mogą wystąpić rozpryski wody wymagające środków ochronnych i naprawczych |
Sonda jest zintegrowana z dyszą, co utrudnia konserwację i wymianę. W przypadku bardzo wysokich wymagań dotyczących precyzji rozdzielczość będzie niższa niż w przypadku typu zanurzonego w wodzie. |
Sugestie dotyczące wyboru
Należy wziąć pod uwagę następujące podstawowe kwestie:
• Wybierz typ zanurzany w wodzie w przypadkach, gdy:
Podstawowym zadaniem jest spełnienie wymagań dotyczących dokładności wykrywania, rozdzielczości i jakości obrazu (takich jak prace badawczo-rozwojowe oraz pełna kontrola podzespołów o dużej wartości).
Przedmiot obrabiany jest średniej wielkości i ruchomy.
Zadania inspekcyjne charakteryzują się głównie dużą różnorodnością, małymi partiami i dużą złożonością.
Dostępna jest wystarczająca przestrzeń laboratoryjna i budżet na konserwację sprzętu.
• Wybierz typ wodospadu w przypadkach, gdy:
Obrabiany przedmiot jest zbyt duży lub zbyt ciężki, aby można go było zanurzyć lub trudno go przenieść.
Wymagana jest wysoka przepustowość wykrywania i szybkość skanowania.
Głównym przedmiotem kontroli są płyty płaskie, panele o dużej krzywiźnie czy długie profile.
Dostępna przestrzeń jest ograniczona.
Powyższe dwa rodzaje sprzętu do skaningowej tomografii akustycznej nie są całkowicie zamienne. Nowoczesne, wysokiej klasy systemy charakteryzują się również konstrukcjami hybrydowymi, takimi jak „zbiorniki z częściowym zanurzeniem w wodzie” lub „złącze wodno-spadowe”, których celem jest połączenie zalet obu. Tymczasem, niezależnie od tego, czy chodzi o zanurzenie w wodzie, czy o opadanie wody, sprzęt koncentruje się na coraz bardziej połączonych zaawansowanych technologiach obrazowania, takich jak ultradźwiękowa matryca fazowana (PAUT) i metoda całkowitego ogniskowania (TFM), aby zwiększyć możliwości wykrywania i skuteczność.
