Способ ультразвукового контроля изделий

(51) 29 04 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН Бюл. Р 11 й научно-и по разрабо следовательке неразруконтроля средстлов 088.8) неразру и издели Клюева 1976, с,идетельст 01 М 29(57) Изобретение отноческим методам неразр ГО КОНТРО ситушаю к акусти щего ко 1 тнИзческим ится к акустирушающего контрльзовано для ации, размеров ен ам нера 1 ть исп то я и может определения ки положения двой (УЗ) дефе нфигу фекта при ультразвукии. ктоско Целью ретения является повышение точно тик дефекта альных особеприема УЗ прНа фиг.. Устроиства,контроля изд ция ," (х, у уО, полукодонным кв ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(21) 4173007/2 (22) 04.01.87 (46) 23,03,89, (71) Всесоюзны ский институт шающих методов качества матер (72) В,Р. Гуса (53) 620.179.1 (56) Приборы д роля материало ник/Под ред. В МашиностроениеАвторское с Р 1293630, кл. ти измерении характерисза счет учета индивидунностей поля излученияеобразователя.представлена блок-схемареализующего способ УЗелий; на Аиг. 2 - Аунк-.ы) в области х , О,енная на образце с плос"дратным отражателем; я. Целью изобретения является повыение точности измерений характеристик дефекта за счет учета индивидуальных особенностей поля излученияприема благодаря использованию совокупности информационных параметровпринимаемых зхо-импульсов ультразвуковых (УЗ) колебаний. Поверхностьизделия сканируют УЗ преобразователем. В ходе сканирования излучаюти принимают импульсы УЗ колебаний.Также сканируют поверхность образцас отражателем. Измеряют Аункцию распределения величин амплитуд принятыхэхо-импульсов, отраженных деАектомизделия и отражателем образца, вовремени. в фиксированных точках поверхности. По измеренным параметрамопределяют координаты и глубину залегания отражающих точек деАекта, бил. на Фиг. 3 - конфигурация плоскодонного дефекта в изделии; на Аиг. 4 - функция Чф(х,у,ы), полученная при прозвучивании дефекта на Фиг. 3;1на фиг. 5 - функция ф (х,у,ы), вычисленная по функции Мф(х,у,ы) с. учетом Функции (х,у,са); на фиг. 6 - рассчитанная в ходе реализации способа УЗ контроля изделий конфигурация прозвученного дефекта по Аиг. 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 деАектом изде-х, у-у,),1 ф(хук)А 40 х у у,ф+(х у, со) лия импульсы УЗ колебаний, В каждыймомент времени измеряют величиныамплитуд ср принятого эхо-импульсакаждом фиксированном положении х,уУЗ преобразователя на поверхностиконтролируемого изделия, в результате чего формируется функция ц (х,уй). Измерение амплитуды принятогоэхо-импульса осуществляют в течение 10интервала времени, связанного с диапазоном зоны контроля. При контролеизделия со скоростью С распространения в нем УЗ колебаний в диапазонеглубин от Н до Нк, интервал вре мени, в течение которого ведут измерение, определяется из выражения2 Н равд /С 42 Нцд/С причем за нулевой момент времени принимают момент начала возбуждения УЗ преобразователя электрическим импульсом. Устанавливают УЗ преобразователь на образец с отражателем и осуществляютсканирование поверхностиобразца поточкам с тем же шагом д, Излучают 25преобразователем импульсы УЗ колебаний и принимают им же отраженные отражателем образца импульсы УЗ колебаний. В каждый момент времениизмеряют величины амплитудпринятого эхо-импульса в каждом фиксированном положении х,у УЗ преобразователя на поверхности образца, врезультате чего формируется функцияЦ,(ху). Интервал времени приемав данном случае аналогичен интервалувремени приема при прозвучивании изделия. Определяют функцию 1 из выражения Э 1 =.Фф(хуы)- ; . ц(х при х +у (й2при хгде п = 456, И;- длина волны УЗ колебаний вматериалах изделия и образца;й = 20 С/355С - скорость распространения УЗколебаний в материалах изделия и образца;1,2,1 1 - 1,2 1,;е - коэффициент, характеризующийполе излучения-приема УЗпреобразователя(х,у ы) - преобразование Фурье функции4 о(хус) по времениКоэффициентыи точки х ., уУф 1 выбирают таким образом, чтобы мийимиэировать величину функции 1. Определяют функцию . ф(хуы) из выражения ф(хуы) -,(хР: где у(хуы) - преобразованиеФурье функцииЧ(хуС) по времениОпределяют константу А, зависяшую от уровня шумов и помех, например приравнивают А половине максимума модуля функции Ф (хуы). Определяют координаты хо,у каждой из отражающих точек дефекта изделия, как координаты точек, удовлетворяющих условию Определяют глубину (координату Е,) кажцой из отражающих точек дефекта изделия из выражения Г 1.(ф(х ч ы)1 Ь 2 (х,у )=агсС 8- --- = о, о а =Ке(Ф(хусц)14"По совокупности отражающих точек определяют ориентацию, конфигурацию и размеры выявленного дефекта изделия. 1Устройство 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 ге 514674 нератором 1, преобразователем 2, блоками 3 и 4 и механизмом 6.Способ УЗ контроля иэделий реализуется следующим образом.Устанавливают УЗ преобразователь5 7, например прямой преобразователь, на частоту Г = 2,5 ИГц с зоной контакта в виде квадрата со стороной 1 О 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, 11 ри помощи сканирующего механизма б перемещают пьезоэлектрический преобразователь 2 по поверхности образца 9 по точкам с заданным шагом с . Блок 8 синхронизации осуществляет синхронизацию работы всех узлов устройства, Накопленная в блоке 3 суммарная информация обрабатывается в блоке 4 вычислений и отображается на индикаторе 5.30функция(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 с(-х,у,ы) = М+(х,у,со) = = М(х,у,о), то показана область хО, у ъ О. На основе этой функции получазт матрицу 9 х 9 комплексных коэффициентов, полагая1 1 бА = 0,5 максФ (х,у,с 3 1(фиг, 61 11 о фазе функции ф (х,у,ь) определяют глубину залегания отражающих точек дефекта. По совокупности координат х,у,а 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 1 ухудшается на 1-5 Х, до 10,1 - на 10-207, При больших диапазонах зоны контроля (201 и более), целесообразно разбивать ее на несколько перекрывающихся поддиапазонов протяженностью по (8-10) и длякаждого поддиапазона определять свои точки х 1, уи коэффициенты 41 с(1=1,; .Т, 1=1 Ь) путем измерения Ч(х,у,о) на эталонном отражателе, попадающем в этот под45 50 55 х . = -8+(1 - 1) х 2 ммЭу = -8+(1 - 1) х 2, мм при 1 = 19 и 1=19. Затем аналогичным образомпрозвучивают контролируемое изделие, также представленное в виде стального полупространства, с плоским дефектом, расположенным на глубине 40 мм (фиг. 3).Функция рф(х,у,ьг) получена в процессе сканирования преобразователем 7 контролируемого изделия (фиг. 4), Из приведенных математических соотношений определяют функцию ф (х,у,и)модуль которой представлен на фиг. 5. Согласно Ф х, у,ы) получена конфигурация дефекта диапазон, например лежащий в его середине. Шаг К сканирования преобразователем поверхности изделия и образца выбирают из условия 0,5 1( 8 с.л,При выборе шага сканирования меньше половины длины волны УЗ колебаний в материалах изделия и образцапроисходит увеличение трудоемкостиконтроля без увеличения точностиопределения координат и глубины залегания отражающих точек дефектаизделия, что обусловлено волновойструктурой поля излучения-приемапреобразователя. При выборе шагасканирования больше длины волныточности определения характеристик дефекта изделия падает вследствиеуменьшения количества определяемыхотражающих точек дефекта.Формула изобРетенияСпособ ультразвукового контроля изделий, включающий сканиронание ультразвуковым преобразователем поверхности иэделия по точкам с задан О 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, от л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения точности измерений характеристик дефекта изделия, дополнительно сканируют преобразователем поверхность эталонного образца с отражателем по точкам с тем же шагом, принимают преобразова телем отраженные отражателем эталонного образца импульсы колебаний, измеряют функции р(х,у,й) и ,(х, у,й) распределения величин амплитуд . во временив фиксированных точках поверхности соответственно изделия и эталонного образца, координаты отражающих точек дефекта определяют по модулю функцииф (х, у, ы)ау-у, )где ц)ф(х, у,ы) преобразование Фурьефункции ц(х,у,В)по времени 1;1,2 Л;1,2 1.;2 пй;частота заполнения импульсов ультразвуковых колебаний,коэффициенты, полученные при решениисистемы 1 Фо(хну э 4) 1 ф (х,у,ьз)= макс,к=ч =о мин,л оу оЕ ч,(х-х,у уц)ц"(х,у,о - преобразование Фурьефункции(х,у,со) повремени С. глубину залегания отражающих точек дефекта определяют по аргументу функции Ф (х,у,в)Э (,Ф (х,у,со) =.(хфУЗаказ 1188/40 Тираж 788 ВНИИПИ Государственного комитета по изоб 113035, Москва, Ж, Раодписно ри ГКНТ СССР тениям и открытиямская наб., д. 4/5 1роизводственно-издательский комбинат Патент , г. Ужгород, ул. Гагарина