Способ ультразвукового контроля изделий

 

Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля . Целью изобретения является повышение точности измерений характеристик дефекта за счет учета индивидуальных особенностей поля излученияприема благодаря использованию совокупности информационных параметров принимаемых эхо-импульсов ультразвуковых (УЗ) колебаний. Поверхность изделия сканируют УЗ преобразователем . В ходе сканирования излучают . и принимают импульсы УЗ колебаний. Также сканируют поверхность образца с отражателем. Измеряют функцию распределения величин амплитуд принятых эхо-импульсов, отраженных дефектом изделия и отражателем образца, во времени в фиксированных точках поверхности . По измеренным параметрам определяют координаты и глубину залегания отражающих точек дефекта, бил. i (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

„.SU„„467461 (51) 4 G 01 N 29/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

fl0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4173007/25-28 (22) 04.01.87 (46) 23.03.89. Бюл. 11- 11 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт по разработке неразрушающих методов и средств контроля качества материалов (72) В.P. Гусаров (53) 620.179.16(088.8) (56) Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник/Под ред. В.В. Клюева, кн. 2. М., Машиностроение, 1976, с. 216-218.

Авторское свидетельство СССР

11р 1293630, кл. G 01 N 29/04, 1985. (54) СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОГО KOHTPOJIH

ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контро1

Изобретение относится к акустическим методам нераэрушающего контро-ля -и может быть использовано для определения конфигурации, размеров и положения дефекта при ультразвуковой (УЗ) дефектоскопии.

Целью изобретения является повышение точности измерений характеристик дефекта за счет учета индивидуальных особенностей поля излученияприема УЗ преобразователя.

На фиг. 1 представлена блок-схема . устройства, реализующего способ УЗ контроля изделий; на фиг. 2 — функция q",(õ,y,û) в области х .,0, р, U, полученная на образце с плоскодонным квадратным отражателем; ля. Целью изобретения является повы- шение точности измерений характеристик дефекта за счет учета индивидуальных особенностей поля излученияприема благодаря использованию совокупности информационных параметров принимаемых зхо-импульсов ультразвуковых (УЗ) колебаний. Поверхность изделия сканируют УЗ преобразователем. В ходе сканирования излучают и принимают импульсы УЗ колебаний.

Также сканируют поверхность образца с отражателем. Измеряют функцию распределения величин амплитуд принятых эхо-импульсов, отраженных дефектом изделия и отражателем образца, во

Q времени. в фиксированных точках поверхности. По измеренным параметрам определяют координаты и глубину залегаиия отракаищих точек Леоекта. бил.

2 на фиг. 3 — конфигурация плоскодонного дефекта в изделии; на фиг. 4— функция v "(х,у,ы), полученная при прозвучивании дефекта на фиг. 3;

I на фиг. 5 — функция ф (x,у,ы), вычисленная по функции ч (x,у,ы) C . учетом функции q+(x,ó,ы); на фиг. 6— рассчитанная в ходе реализации способа УЗ контроля изделий конфигурация прозвученного дефекта по фиг. 3.

Способ УЗ контроля изделий осуществляется следующим образом.

Устанавливают УЗ преобразователь на изделии и осуществляют сканирование его поверхности по точкам с заданным шагом. Излучают преобразователем импульсы УЗ колебаний и принимают им же отраженные дефектом изде1467461

-х, у-у, <: ), 1 ф (х, у, ui) I >r А

40 х5, ф (х,у,a) лия импульсы УЗ колебаний. В каждый момент времени измеряют величины амплитуд ср принятого эхо-импульса каждом фиксированном положении х,у

УЗ преобразователя на поверхности контролируемого изделия, в результате чего формируется функция ц (х, у,t). Измерение амплитуды принятого эхо-импульса осуществляют в течение 10 интервала времени, связанного с диапазоном зоны контроля. При контроле изделия со скоростью С распространения в нем УЗ колебаний в диапазоне глубин от Н„„„до Н«с интервал вре-15 мени, в течение которого ведут измерение, определяется из выражения

2Н „„/С < t g 2Н„„„,/С, причем за нулевой момент времени принимают момент начала возбуждения УЗ преобразо- 20 вателя электрическим импульсом. Устанавливают УЗ преобразователь на образец с отражателем и осуществляют сканирование поверхности образца по точкам с тем же шагом d . Излучают 25 преобразователем импульсы УЗ колебаний и принимают им же отраженные отражателем образца импульсы УЗ колебаний. В каждый момент времени t измеряют величины амплитуд при- З0 нятого эхо-импульса в каждом фиксированном положении х,у УЗ преобразователя на поверхности образца, в результате чего формируется функция

4,(х,у,t). Интервал времени приема в данном случае аналогичен интервалу

В времени приема при прозвучивании изделия. Определяют функцию I из выражения при х +у с д ;

1 при х +у где и = 4 5,6,..., N; — длина волны УЗ колебаний в материалах изделия и образца; о = 2 С/1

С вЂ” скорость распространения УЗ колебаний в материалах изделия и образца,.

j — 1,2,..., .1

1 — 1,2,..., L;

f у — коэффициент, характеризующий поле излучения-приема УЗ преобразователя

q+(x, у,ы) — преобразование Фурье функции ц,(х,у,t) по времени

Коэффициенты g и точки х, у

j Ô выбирают таким образом, чтобы мийимиэировать величину функции 1. Определяют функцию . Ф (x,у,ы) из выражения

3 ф (х,у,ы) — g Q * (xj» s ° P-i где g+(x, y,û) — преобразование

Фурье функции ц(х,у,t) по времени

Определяют константу А, зависяшую от уровня шумов и помех, например приравнивают А половине максимума модуля функции Ф (x,у, ) . Определяют координаты хо,у каждой из отражающих точек дефекта изделия, как координаты точек, удовлетворяющих условию

Определяют глубину (координату

Z ) кажцой из отражающих точек дефекта изделия из выражения

Г I (ф(х ч ы)1 Л

Z (х,у )=arctg1 о . о а I Re(4 (õ,у,ы))4Я

По совокупности отражающих точек определяют ориентацию, конфигурацию и размеры выявленного дефекта изделия.

Устройство для реализации способа УЗ контроля изделий (фиг. 1) содержит последовательно соединенные генератор 1 импульсов возбуждения, аналого-цифровой преобразователь 2, блок 3 памяти, блок 4 вычислений и индикатор 5. Кроме того, устройство содержит сканирующий механизм

6, УЗ преобразователь 7, механически связанный с механизмом 6 и электрически соединенный с выходом генератора 1 и входом аналого-цифрового преобразователя 2, и блок 8 синхронизации, электрически связанный с геi 1 б

50

5 14674 нератором 1, преобразователем 2, блоками 3 и 4 и механизмом 6.

Способ УЗ контроля иэделий реализуется следующим образом.

Устанавливают УЗ преобразователь

7, например прямой преобразователь, на частоту f = 2,5 ИГц с зоной контакта в виде квадрата со стороной

t0 мм на поверхности образца 9. Генератором 1 возбуждают пьезоэлектрический преобразователь 7, который излучает импульсы УЗ колебаний в образец 9. Принимают эхо-импульсы от отражателя 10 образца 9, преобразуют их преобразователем 7 в электрический сигнал и подают на вход преобразователя 2, который преобразует аналоговую информацию в цифровую, Эта информация накапливается в блоке

3 памяти, При помощи сканирующего механизма 6 перемещают пьезоэлектрический преобразователь 2 по поверхности образца 9 по точкам с заданным шагом d . .Блок 8 синхронизации осуществляет синхронизацию работы всех узлов устройства. Накопленная в блоке 3 суммарная информация обрабатывается в блоке 4 вычислений и отображается на индикаторе 5.

Функция (х,у,ы) получена в процессе сканирования преобразователем

7 образца 9, выполненного в виде стального полупространства (С =

6 мм/мкс) с квадратным плоскодонным отражателем 10 размерами 1 х х 1 мм на глубине 40 мм (фиг. 2), так как g (-x,у,ы)= 4+,(х,у,со)=

= 4 (x,у,w), то показана область х О, у ъ О. На основе этой функции получалт матрицу 9х9 комплексных коэффициентов 1, полагая

) 1 х .= -8+(j — 1) х 2 мм

) Э у,= -8+(1-1) х г, при j = 1,...,9 и 1=1,...,9. Затем аналогичным образомпрозвучивают контролируемое изделие, также представленное в виде стального полупространства, с плоским дефектом, расположенным на глубине 40 мм (фиг. 3).

Функция р (х,у,w) получена в процессе сканирования преобразователем 7 контролируемого изделия (фиг. 4). Из приведенных математических соотношений определяют функцию Ф (х,у, ) „модуль которой представлен на фиг. 5. Согласно 4>(x у,ы) получена конфигурация дефекта

А = 0,5 макс I Ф (х,у,<) 1(фиг. 6) По фазе функции Ф (x,y,ñ ) определяют глубину залегания отражающих точек дефекта. По совокупности координат

x,у,z отражающих точек дефекта определяют в конечном счете его ориентацию, конфигурацию и размеры.

Способ УЗ контроля изделий повышает информативность и достоверность результатов УЗ контроля за счет более точного определения ориентации, конфигурации и размеров дефекта. При реализации способа УЗ контроля изделий используется вся совокупность информационных параметров сигналов: амплитуда, время прихода эхо-импульсов и их форма, априорные сведения о материале контролируемого изделия и параметрах УЗ дефектоскопа, в том числе пространственные характеристики поля излучения приема преобразователя. Способ УЗ контроля изделий может быть реализован и в том случае, если искомый и эталонный отражатели расположены на различных глубинах.

Однако боковая разрешающая способность (разрешающая способность по фронту) при увеличении, разницы глубин залегания искомого и эталонного отражателей до 5 h ухудшается на

1-5Х, до 1О A = на 10-?ОХ. При больших диапазонах зоны контроля (20)i и более), целесообразно разбивать ее на несколько перекрывающихся поддиапазонов протяженностью по (8-10) и для каждого поддиапазона определять свои точки х, у < и коэффициенты е()=1,..., .Т, 1=1,..., Ь) путем измерения Ч+(х,у,ы) на эталонном отражателе, попадающем в этот поддиапазон, например лежащий в его середине. Шаг Г сканирования преобразователем поверхности изделия и образца выбирают из условия 0,5 А с (8с.А, При выборе шага сканирования меньше половины длины волны УЗ колебаний в материалах изделия и образца происходит увеличение трудоемкости контроля без увеличения точности определения координат и глубины залегания отражающих точек дефекта изделия, что обусловлено волновой структурой поля излучения-приема преобразователя. При выборе шага сканирования больше длины волны точности определения характеристик дефекта изделия падает вследствие

14674б1 уменьшения количества определяемых отражающих точек дефекта.

Форм у ла изобретения

Способ ультразвукового контроля изделий, включающий сканиронание ультразвуковым преобразователем поверхности иэделия по точкам с задан- .1п ным шагом, излучение преобразователем импульсов ультразвуковых колебаний, прием преобразователем отраженных дефектом изделия импульсов колебаний, измерение параметров принятых колебаний и определение координаты и глубины залегания отражающих точек дефекта изделий по измеренным параметрам, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений характеристик дефекта изделия, дополнительно сканируют преобразователем поверхность эталонного образца с отражателем по точкам с тем же шагом, принимают преобразова- 25 телем отраженные отражателем эталонного образца импульсы колебаний, измеряют функции (р(х,у,t) и Cg (z, y,t) распределения величин амплитуд . во времени t в фиксированных точках поверхности соответственно изделия и эталонного образца, координаты отражающих точек дефекта определяют по модулю функции Ф (х,у,v)t, а

-х ., у-у,ы) где p""(х,у,ы) преобразование Фурье функции q(x,ó,t) по времени ;

1,2,..., Л, 1,2,..., 1.;

2ГЕ; частота заполнения

1

f импульсов ультразвуковых колебаний, коэффициенты, полученные при решении системы (у !

1 Ф (хну все)

f Ф,(x,у,cu) = макс, к=ч =о мин, (х-х у-у(в<4

Ц",(х,у,о>) — преобразование Фурье функции (х,у,и) по времени t, глубину залегания отражающих точек дефекта определяют по аргументу функции Ф (х,у,ы)

3 ( ф(х,у,ы)= Q g .. Lp (хе=

1Ч674 иг.

1467461

Составитель В.Гондаревский

Редактор Н,Бобкова Техред М.Ходанич Корректор С.Шекмар

Заказ 1188/40 Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035 ° Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101