Zariadenia na skenovaciu akustickú tomografiu ponorené do vody aj zariadenie na skenovaciu akustickú tomografiu s vodopádom využívajú metódu NDT (bezkontaktná kontrola). Využívajú vodu ako spojovacie médium na prenos ultrazvukových vĺn do kontrolovaného obrobku. Výrazne sa však líšia z hľadiska princípu jadra zariadenia, konštrukčného riešenia, aplikácií, ako aj ich výhod a nevýhod.
Nižšie je uvedené systematické porovnanie dvoch zariadení na skenovanie akustickej tomografie:
Základný princíp
Spojovacia metóda |
Ultrazvukové skenovanie ponorené do vody |
Vodopádové ultrazvukové skenovanie |
Celková ponorná spojka. Obrobok a sonda (alebo jedna z nich) sú úplne ponorené do nádrže na vodu. |
Miestna spojka. Prostredníctvom trysky sa vytvára stabilný vodný stĺpec, ktorý slúži ako spojovací mostík medzi sondou a obrobkom. |
|
Dráha zvukového lúča |
Zvuková vlna sa pred vstupom do obrobku šíri vo vode na veľkú vzdialenosť. Zvukový lúč sa šíri vo vode. |
Zvuková vlna vstupuje do obrobku cez veľmi krátku alebo pevnú dĺžku vodného stĺpca. Šírenie zvukového lúča je dobre kontrolované. |
Skenovanie pohybu |
Zvyčajne je obrobok pevný a sonda sa pohybuje presne pozdĺž osí X, Y a Z. |
Typicky sa portál alebo robotické rameno používa na pohon striekacej hlavy (s integrovanou sondou) na skenovanie nad obrobkom, ktorý môže byť pevný alebo pohyblivý. |
Štruktúra a zloženie
Hlavné časti |
Ultrazvukové skenovanie ponorené do vody |
Vodopádové ultrazvukové skenovanie |
Veľký drez (vyžadujúci systém na úpravu deionizovanej vody) Vysoko presný 3D skenovací rám Ponorná sonda a prípravok Upevnenie obrobku Cirkulácia vody, filtrácia a termostatický systém |
Striekacia hlava (integrovaná s ultrazvukovou sondou a tryskou) Skenovací mechanizmus portálového alebo robotického ramena Nezávislý systém cirkulácie vody (nádrž na vodu, vodné čerpadlo, filter) Zariadenie na recykláciu vody (voliteľné) Plošina na podporu obrobku |
|
Zložitosť systému |
Relatívne vysoká. Vyžaduje údržbu veľkých nádrží na vodu a kvalitu vody a systém je objemný. |
Relatívne nízka. Konštrukcia je kompaktnejšia, čím sa eliminuje potreba veľkej ponornej nádrže. |
Flexibilita |
Relatívne nízka. Veľkosť obrobku je obmedzená veľkosťou nádrže na vodu, čo sťažuje výmenu veľkosti obrobku. |
Relatívne vysoká. Teoreticky je možné skenovať akýkoľvek veľký obrobok, pokiaľ skenovací mechanizmus pokrýva oblasť. |
Výkon a aplikácia
Presnosť detekcie a rozlíšenie |
Ultrazvukové skenovanie ponorené do vody |
Vodopádové ultrazvukové skenovanie |
Mimoriadne vysoká. Vďaka stabilnému vodnému prostrediu, presnému ovládaniu zvukovej dráhy a ľahko dosiahnuteľnému zaostreniu (akustická šošovka alebo digitálne zaostrovanie) možno dosiahnuť veľmi vysoké rozlíšenie a odstup signálu od šumu. |
Vysoká. Aj keď vodný stĺpec môže spôsobiť mierne kolísanie, stále je možné dosiahnuť vysokú presnosť vďaka dobrému dizajnu, vďaka čomu sa bežne používa pri vysokovýkonnej detekcii. |
|
Rýchlosť skenovania |
Pomerne pomaly. Je limitovaný rýchlosťou a zrýchlením mechanického snímania a treba zvážiť aj odolnosť vody. |
Zvyčajne rýchlejšie. Mechanická konštrukcia je ľahšia, čo umožňuje vyššiu akceleráciu, vďaka čomu je vhodná na rýchle skenovanie na veľkej ploche. |
Použiteľný obrobok |
Malé a stredne veľké obrobky zložitého tvaru s vysokou hodnotou. |
Stredné a veľké, doskové alebo jednoducho zakrivené obrobky. |
Prispôsobivosť povrchu |
Požiadavka na rovinnosť povrchu obrobku je vysoká a zložité povrchy vyžadujú 3D plánovanie dráhy a konštantnú kontrolu vodnej vzdialenosti. |
Má dobrú prispôsobivosť jemne zakriveným povrchom a dokáže udržať stabilitu spojeného vodného stĺpca prostredníctvom servosystému. Pri riešení zložitých povrchov s výraznými výškovými rozdielmi však čelí väčším výzvam. |
Voda teplota vplyv |
Citlivý. Zmeny teploty vody ovplyvňujú rýchlosť zvuku a výkon sondy. Je potrebný systém konštantnej teploty. |
Menej citlivý. Pri malom vodnom stĺpci a rýchlej výmene tepla je dopad relatívne malý. |
Zhrnutie výhod a nevýhod
Typ ponorený do vody |
Výhoda |
Nevýhoda |
Spojka je najstabilnejšia, s vynikajúcou konzistenciou signálu a opakovateľnosťou. |
Zariadenie zaberá veľkú plochu a prináša vysoké náklady na infraštruktúru. |
|
S najvyšším rozlíšením je vhodný najmä na detekciu mikro defektov |
Veľkosť obrobku je obmedzená drezom. |
|
Ľahko dosiahnuteľné zaostrenie lúča a komplexná detekcia uhla (ako je fázované pole S-scan) |
Údržba je komplexná (úprava kvality vody, ochrana proti hrdzi, čistenie) |
|
Sonda má dlhú životnosť a funguje v miernom pracovnom prostredí |
Nakladanie a vykladanie materiálov je nepohodlné a čas prípravy na testovanie je dlhý. |
|
Vhodné pre automatické zobrazovanie C-scan s vysokou kvalitou obrazu |
Nie je vhodný pre obrobky, ktoré sú citlivé na vodu alebo vyžadujú ťažkopádne následné spracovanie. |
|
Vodopádový typ |
Vyznačuje sa vysokou flexibilitou a je schopný detekovať príliš veľké obrobky |
Stabilita spojky je mierne slabá a vodný stĺpec môže byť ovplyvnený vibráciami, prietokom vody a povrchovými podmienkami. Ťažkosti pri detekcii zvislých alebo naklonených povrchov. Môže dôjsť k postriekaniu vodou, čo si vyžaduje ochranné a obnovovacie opatrenia |
Sonda je integrovaná do dýzy, čo sťažuje údržbu a výmenu. Pri extrémne vysokých požiadavkách na presnosť bude rozlíšenie nižšie ako pri type ponorenom do vody. |
Návrhy na výber
Mali by sa vziať do úvahy tieto základné úvahy:
• Vyberte typ ponorený do vody v prípadoch, keď:
Primárnou úlohou je splniť požiadavky na presnosť detekcie, rozlíšenie a kvalitu obrazu (ako je výskum a vývoj a úplná kontrola vysokohodnotných komponentov).
Obrobok je strednej veľkosti a je pohyblivý.
Kontrolné úlohy sa väčšinou vyznačujú viacerými odrodami, malými sériami a vysokou komplexnosťou.
Na údržbu zariadení je dostatok laboratórneho priestoru a rozpočtu.
• Vyberte typ vodopádu v prípadoch, keď:
Obrobok je príliš veľký alebo ťažký na to, aby bol ponorený, alebo je ťažké ho premiestniť.
Vyžaduje sa vysoká priepustnosť detekcie a rýchlosť skenovania.
Hlavným predmetom kontroly sú ploché dosky, panely s veľkým zakrivením alebo dlhé profily.
Dostupný priestor je obmedzený.
Vyššie uvedené dva typy zariadení pre skenovaciu akustickú tomografiu nie sú úplne zameniteľné. Moderné špičkové systémy sa vyznačujú aj hybridným dizajnom, ako napríklad 'čiastočné vodné ponorné nádrže' alebo 'vodopádová spojka', ktorých cieľom je spojiť výhody oboch. Medzitým, či už ide o ponorenie do vody alebo typ vodopádu, zariadenie sa zameriava na čoraz viac kombinované pokročilé zobrazovacie technológie, ako je ultrazvuk s fázovým poľom (PAUT) a metóda celkového zaostrenia (TFM), aby sa zlepšila schopnosť detekcie a účinnosť.
