Cả Thiết bị chụp cắt lớp âm thanh quét ngâm trong nước và Thiết bị chụp cắt lớp âm thanh quét thác nước đều sử dụng phương pháp NDT (kiểm tra không tiếp xúc). Họ sử dụng nước làm môi trường ghép để truyền sóng siêu âm vào phôi đang được kiểm tra. Tuy nhiên, chúng khác nhau đáng kể về nguyên lý cốt lõi của Thiết bị, thiết kế kết cấu, ứng dụng cũng như những ưu điểm và nhược điểm của chúng.
Dưới đây là so sánh có hệ thống của hai Thiết bị chụp cắt lớp âm thanh quét:
Nguyên tắc cốt lõi
Phương pháp ghép |
Quét siêu âm ngâm trong nước |
Quét siêu âm thác nước |
Khớp nối ngâm tổng thể. Phôi và đầu dò (hoặc một trong số chúng) được ngâm hoàn toàn trong bể nước. |
Khớp nối cục bộ. Một cột nước ổn định được hình thành thông qua vòi phun, đóng vai trò là cầu nối giữa đầu dò và phôi. |
|
Đường truyền âm thanh |
Sóng âm truyền đi một quãng đường dài trong nước trước khi đi vào phôi. Chùm âm thanh khuếch tán trong nước. |
Sóng âm đi vào phôi thông qua cột nước có chiều dài rất ngắn hoặc cố định. Sự lan truyền của chùm âm thanh được kiểm soát tốt. |
Chuyển động quét |
Thông thường, phôi được cố định và đầu dò di chuyển chính xác dọc theo trục X, Y và Z. |
Thông thường, một giàn hoặc cánh tay robot được sử dụng để dẫn động đầu phun (có đầu dò tích hợp) quét phía trên phôi, phôi này có thể cố định hoặc di chuyển được. |
Cấu trúc và thành phần
Bộ phận chính |
Quét siêu âm ngâm trong nước |
Quét siêu âm thác nước |
Bồn rửa lớn (yêu cầu hệ thống xử lý nước khử ion) Khung quét 3D có độ chính xác cao Đầu dò nhúng và thiết bị cố định Đồ gá phôi Hệ thống tuần hoàn, lọc và ổn nhiệt nước |
Đầu phun (tích hợp đầu dò siêu âm và vòi phun) Cơ chế quét cổng hoặc cánh tay robot Hệ thống cấp nước tuần hoàn độc lập (bồn chứa nước, máy bơm nước, bộ lọc) Thiết bị tái chế nước (tùy chọn) Nền tảng hỗ trợ phôi |
|
Độ phức tạp của hệ thống |
Tương đối cao. Nó đòi hỏi phải bảo trì các bể chứa nước lớn và chất lượng nước, đồng thời hệ thống này rất cồng kềnh. |
Tương đối thấp. Cấu trúc nhỏ gọn hơn, loại bỏ sự cần thiết của bể ngâm lớn. |
Tính linh hoạt |
Tương đối thấp. Kích thước của phôi bị giới hạn bởi kích thước của bình chứa nước, gây khó khăn cho việc thay thế kích thước phôi. |
Tương đối cao. Về lý thuyết, bất kỳ phôi lớn nào cũng có thể được quét, miễn là cơ chế quét bao phủ khu vực đó. |
Hiệu suất và ứng dụng
Độ chính xác phát hiện và độ phân giải |
Quét siêu âm ngâm trong nước |
Quét siêu âm thác nước |
Cực kỳ cao. Với môi trường nước ổn định, khả năng kiểm soát đường dẫn âm thanh chính xác và khả năng lấy nét dễ dàng (ống kính âm thanh hoặc lấy nét kỹ thuật số), có thể đạt được độ phân giải và tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu rất cao. |
Cao. Mặc dù cột nước có thể tạo ra những dao động nhỏ nhưng vẫn có thể đạt được độ chính xác cao nhờ thiết kế tốt, khiến nó thường được sử dụng trong phát hiện hiệu suất cao. |
|
Tốc độ quét |
Tương đối chậm. Nó bị giới hạn bởi tốc độ và gia tốc quét cơ học, đồng thời phải xem xét khả năng chống nước. |
Thường nhanh hơn. Cấu trúc cơ học nhẹ hơn, cho phép tăng tốc cao hơn, phù hợp để quét nhanh trên một khu vực rộng lớn. |
Phôi áp dụng |
Các phôi có kích thước nhỏ và vừa, hình dạng phức tạp, có giá trị cao. |
Các phôi có kích thước vừa và lớn, dạng tấm hoặc đơn giản là cong. |
Khả năng thích ứng bề mặt |
Yêu cầu về độ phẳng của bề mặt phôi rất cao và các bề mặt phức tạp đòi hỏi phải lập kế hoạch đường đi 3D và kiểm soát khoảng cách nước liên tục. |
Nó có khả năng thích ứng tốt với các bề mặt cong nhẹ và có thể duy trì sự ổn định của cột nước ghép thông qua hệ thống servo. Tuy nhiên, nó phải đối mặt với những thách thức lớn hơn khi xử lý các bề mặt phức tạp với sự thay đổi chiều cao đáng kể. |
Nước nhiệt độ sự va chạm |
Nhạy cảm. Những thay đổi về nhiệt độ nước ảnh hưởng đến tốc độ âm thanh và hiệu suất của đầu dò. Một hệ thống nhiệt độ không đổi là cần thiết. |
Ít nhạy cảm hơn. Với cột nước nhỏ và trao đổi nhiệt nhanh, tác động tương đối nhỏ. |
Tóm tắt ưu nhược điểm
Loại ngâm trong nước |
Lợi thế |
Điều bất lợi |
Khớp nối ổn định nhất, với tính nhất quán và độ lặp lại tín hiệu tuyệt vời. |
Thiết bị chiếm diện tích lớn và phát sinh chi phí cơ sở hạ tầng cao. |
|
Với độ phân giải cao nhất, nó đặc biệt thích hợp để phát hiện khuyết tật vi mô |
Kích thước của phôi bị giới hạn bởi bồn rửa. |
|
Dễ dàng đạt được tiêu điểm chùm tia và phát hiện góc phức tạp (chẳng hạn như quét S mảng pha) |
Bảo trì phức tạp (xử lý chất lượng nước, chống rỉ sét, làm sạch) |
|
Đầu dò có tuổi thọ cao và hoạt động trong môi trường làm việc ôn hòa |
Việc bốc dỡ vật liệu bất tiện và thời gian chuẩn bị thử nghiệm kéo dài. |
|
Thích hợp cho chụp ảnh C-scan tự động, với chất lượng hình ảnh cao |
Nó không phù hợp với các phôi nhạy cảm với nước hoặc yêu cầu quá trình xử lý tiếp theo rườm rà. |
|
Kiểu thác nước |
Nó có tính linh hoạt cao và có khả năng phát hiện các phôi có kích thước quá lớn |
Độ ổn định của khớp nối hơi kém và cột nước có thể bị ảnh hưởng bởi độ rung, dòng nước và điều kiện bề mặt. Khó khăn trong việc phát hiện các bề mặt thẳng đứng hoặc nghiêng. Có thể xảy ra hiện tượng bắn nước, cần có biện pháp bảo vệ và phục hồi |
Đầu dò được tích hợp vào vòi phun, khiến việc bảo trì và thay thế trở nên rắc rối. Với yêu cầu độ chính xác cực cao, độ phân giải sẽ thấp hơn so với loại ngâm trong nước. |
Gợi ý lựa chọn
Những cân nhắc cốt lõi sau đây cần được tính đến:
• Chọn loại ngâm trong nước trong các trường hợp:
Nhiệm vụ chính là đáp ứng các yêu cầu về độ chính xác, độ phân giải và chất lượng hình ảnh của phát hiện (chẳng hạn như nghiên cứu và phát triển cũng như kiểm tra đầy đủ các thành phần có giá trị cao).
Phôi có kích thước vừa phải và có thể di chuyển được.
Các nhiệm vụ kiểm tra chủ yếu được đặc trưng bởi nhiều loại, lô nhỏ và độ phức tạp cao.
Có đủ không gian phòng thí nghiệm và ngân sách để bảo trì thiết bị.
• Chọn kiểu thác nước trong các trường hợp:
Vật gia công quá lớn hoặc quá nặng không thể chìm trong nước hoặc khó di chuyển.
Cần có thông lượng phát hiện và tốc độ quét cao.
Đối tượng kiểm tra chính là các tấm phẳng, tấm có độ cong lớn hoặc biên dạng dài.
Không gian có sẵn bị hạn chế.
Hai loại Thiết bị chụp cắt lớp âm thanh quét trên không thể thay thế hoàn toàn. Các hệ thống cao cấp hiện đại cũng có thiết kế kết hợp, chẳng hạn như 'bể ngâm nước một phần' hoặc 'khớp nối thác nước', nhằm mục đích kết hợp những ưu điểm của cả hai. Trong khi đó, dù là kiểu ngâm nước hay kiểu thác nước, thiết bị đều tập trung vào các công nghệ hình ảnh tiên tiến ngày càng được kết hợp như siêu âm mảng pha (PAUT) và phương pháp lấy nét toàn phần (TFM) để nâng cao khả năng và hiệu quả phát hiện.
