Ponieważ mieliśmy kontakty z
potencjalnymi klientami, zainteresowanymi tym tematem, wykonaliśmy
liczne pomiary zgrzewów przy pomocy stacjonarnego skanera i
zrobiliśmy prototypowy skaner do ich badania - skanujący przy
pomocy przetwornika ogniskującego o krótkim impulsie. Na
podstawie wykonanych pomiarów i zebranych doświadczeń (wykonaliśmy
jeszcze wiele innych prób i rozważań) dopuszczalny jest
wniosek, że pomiar zgrzewu przy pomocy ultradźwięków metodą
skanowania z użyciem krótkiego impulsu może dostarczyć bardzo
wiele informacji o jego jakości, wielkości i innych cechach. Dla
interpretacji niektórych wyników konieczne być jednak mogą
badania porównawcze metod ultradźwiękowych i klasycznych.
Pomiar ten dostarczyć może znacznie więcej informacji niż
pomiary punktowe, wykonane przy pomocy przetwornika, dopasowanego
średnicą do zgrzewu, oferowane przez inne firmy.
Na poniższym obrazie, przedstawiającym pomiar zgrzewu (rys. 2)
widać przykładowy pomiar zgrzewu. Obszar zgrzewu znajduje się
pomiędzy 78 a 150 punktem poziomej osi i jego charakterystyczną
cechą jest nie tylko wygięcie powierzchni (objawiające się
"zafalowaniem" czasu przyjścia odbitej fali), ale także
wyraźnym osłabieniem fali odbitej, widocznej w środku obrazka.
Wygląda na to, że mierzony tutaj zgrzew jest złej jakości.
Schemat pomiaru przedstawia poniższy rysunek:
Rys. 1
 |
|
Rys. 2 |
 |
|
1 |
2 |
3 |
|
|
Rys. 3 |
Rysunek drugi
pokazuje, jakie efekty pomiarowe można uzyskać, ale jest
zrozumiały dzięki schematowi, pokazanemu na rys. 1.
Pod rysunkiem drugim zaznaczyłem - w zgodności z obrazkiem -
obszary, odpowiadające tym opisanym na pierwszym rysunku. Oczywiście
obszar pierwszy i trzeci powinny sobie odpowiadać.
Dla przypomnienia:
W obszarze pierwszym i trzecim mamy do czynienia z sytuacją,
kiedy występuje wielokrotne odbicie w pojedynczej blasze. Odległość
między impulsami będzie odpowiadała grubości blachy (czyli równa
będzie: grubość blachy * 2 / szybkość dźwięku w metalu).
W obszarze zgrzewu odległość impulsów powinna być dwa razy większa
(bo grubość będzie podwójna). Faktycznie jednak rzadko się
zdarza, aby zgrzew był tak idealny, żeby nie wystąpiło żadne
odbicie w obszarze łączenia. Dlatego też widać w środku sygnału
pomiarowego (w miejscu zaznaczonym przeze mnie elipsą) odbicie od
miejsca kontaktu blach. Ocena zgrzewu będzie polegała na ocenie
następujących parametrów:
- Amplitudy
odbitego sygnału odbicia w miejscu zaznaczonym elipsą;
- Kształtu zgrzewu (ocena na podstawie krzywizny, jaką tworzy
sygnał odbity)
- Wielkości zgrzewu (ocena na podstawie wielkości obszaru 2).
Dodatkowo skaner
taki może służyć do pomiaru grubości blach. Można to wykonać
w następujący sposób:
Należy zmierzyć czas między pierwszym, a drugim odbiciem w
obszarze 1 (w przypadku, gdy nie mierzymy zgrzewu mamy do
czynienia tylko z takim obszarem), ale wcześniej należy podać,
jaka jest szybkość dźwięku w materiale, co łatwo zrobić
mierząc odbicie w blasze o znanej grubości.
Skanerem można mierzyć lokalną grubość blachy, można też
zauważyć wady w blachach występujące. Będą się one objawiały
lokalnymi zmianami charakteru i kształtu wiązki.
Wnioski z dotychczasowych badań i pomiarów
Efekty dotychczasowych pomiarów są następujące: W praktycznie
każdym przypadku da się łatwo zmierzyć wielkość zgrzewu (średnicę
zgrzanego obszaru). W większości przypadków zauważyć można
znaczne różnice pomiędzy zgrzewami złymi i dobrymi,
dostrzegalne dzięki pomiarowi odbicia sygnału ultradźwiękowego
od blach zgrzanych i nie zgrzanych. W niektórych przypadkach różnice
te jednak są niewielkie i wymagają dla ich prawidłowej
interpretacji zebrania danych porównawczych. Wykonane pomiary
pozwalają zauważyć, że niektóre ze zgrzewów mają wyraźnie
zdeformowane powierzchnie. W innych z kolei echo urywa się jakby
na brzegu zgrzewu. Nie wiadomo jednak - bez dodatkowych badań -
jakim cechom takich zgrzewów należałoby przyporządkować te
wyniki, i czy objawy takie wskazują na ich dobrą czy też złą
jakość. Niewątpliwie będzie też można stwierdzić bardziej
subtelne różnice jakości, jeśli dokona się bardziej szczegółowej
analizy danych pomiarowych.
Zauważyć chciałbym, że wyniki pomiarów nie zostały poddane
żadnej obróbce, a pewne jest, że warto byłoby to zrobić. Zarówno
ze względu na wygodę osoby kontrolującej (nie musi ona widzieć
wszystkiego, lecz tylko to, co zawiera interesujące dla niej
informacje), jak też ze względu na możliwość wydobycia
istotnych informacji. Możliwe wydaje się też wykonanie takiego
programu, który będzie automatycznie decydował o tym, czy
zgrzew jest akceptowalny, czy też nie i pokazywał w efekcie
tylko wynik w postaci "dobry" lub nie. Dodać chciałbym,
że możliwe jest wykonanie też urządzenia do badania zgrzewów,
które w sprzężeniu z odpowiednim manipulatorem przemysłowym będzie
dokonywało automatycznego pomiaru. Możliwe jest też wykonanie
urządzenia robiącego skan 2D. Nie wydaje się, że musiałoby
ono być bardzo wiele droższe. Najwyraźniej możliwe jest
dokonanie takiej analizy sygnałów, aby skan ten był łatwo
czytelny, dawał informację o powierzchni zgrzewu, jego jakości
itd.
Jesteśmy zainteresowani znalezieniem klientów i partnerów, z którymi
moglibyśmy doprowadzić urządzenie, a przede wszystkim metody
analizy sygnału do perfekcji i uczynić go przydatnym do
zastosowania w laboratorium lub procesie produkcyjnym.
Wiesław Bicz
Lipiec 2003
