RU2180111C2

RU2180111C2 - Method of ultrasonic inspection of round form articles

Info

Publication number: RU2180111C2
Application number: RU99113933A
Authority: RU
Inventors: Ю.А. Жуков; А.Н. Петров; В.Г. Марченко; В.А. Милешко
Original assignee: Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов"
Priority date: 1999-06-23
Filing date: 1999-06-23
Publication date: 2002-02-27

Abstract

FIELD: non-destructive ultrasonic testing. SUBSTANCE: given method is intended for detection, visualization and determination of dimensions of defects. Ultrasonic piezoconvertor of flaw detector uniformly scans article along spiral with certain spacing of spiral and with scanning spacing whose values do not exceed value of width of ultrasonic beam. Data array of distribution of echo signals with referencing of each measurement to proper coordinate is formed in storage of system of information processing and control. Number of points where defect is detected is fixed and configuration and location of defect are determined by assemblage of these points. Its area is found by formula S=N l h, where S is area of defect, h is spiral spacing, N is number of points in which defect was fixed, l is spacing of scanning along spiral. EFFECT: raised accuracy of inspection. 3 dwg

Description

Изобретение относится к неразрушающему контролю ультразвуковым методом и используется для обнаружения, визуализации и определения размеров дефектов при контроле изделий цилиндрической формы. The invention relates to non-destructive testing by the ultrasonic method and is used to detect, visualize and determine the size of defects in the control of cylindrical products.

Известно устройство для визуализации упругих колебаний по а.с. 2055358, МКИ G 01 N 29/06, 1996, состоящее из ультразвукового излучателя, мозаичного приемного преобразователя и источника регулируемого напряжения. Данное устройство позволяет производить визуализацию дефектов в объекте контроля, но обладает невысокой разрешающей способностью и точностью измерения размеров дефектов, так как она ограничивается относительно большими размерами единичных пьезопреобразователей мозаичного приемника. A device for visualizing elastic vibrations by AS 2055358, MKI G 01 N 29/06, 1996, consisting of an ultrasonic emitter, a mosaic receiving transducer and an adjustable voltage source. This device allows the visualization of defects in the control object, but has a low resolution and accuracy of measuring the size of defects, since it is limited to the relatively large sizes of single piezoelectric transducers of the mosaic receiver.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является выбранный в качестве прототипа способ формирования телеизображения дефектов при ультразвуковом контроле изделий типа тел вращения по а.с. 1769119, МКИ G 01 N 29/06, 1992. The closest in technical essence and the achieved result is the selected as a prototype method of forming a television image of defects during ultrasonic testing of products such as bodies of revolution by a.s. 1769119, MKI G 01 N 29/06, 1992.

Данный способ заключается в том, что ультразвуковым преобразователем дефектоскопа сканируют изделие с торца по спирали и синхронно осуществляют развертку В-типа системы визуализации установки. При радиальном сканировании торца вращающегося изделия ультразвуковым преобразователем, интервалы циклов воспроизведения строк системы визуализации выбираются по закону, реализующему равномерное сканирование торца. Полученное на экране изображение дефекта позволяет зафиксировать его наличие, определить условную протяженность и расположение. This method consists in the fact that the ultrasonic transducer of the flaw detector scans the product from the end in a spiral and simultaneously performs a scan of the B-type of the installation visualization system. When radially scanning the end face of a rotating product with an ultrasonic transducer, the intervals of the playback cycles of the lines of the visualization system are selected according to the law that implements uniform scanning of the end face. The image of the defect obtained on the screen allows you to fix its presence, to determine the conditional extent and location.

К основным недостаткам данного метода следует отнести невысокую точность определения величины дефекта. The main disadvantages of this method include the low accuracy of determining the magnitude of the defect.

Задачей данного изобретения является повышение точности контроля. The objective of the invention is to increase the accuracy of control.

Указанная задача достигается тем, что ультразвуковым преобразователем равномерно сканируют изделие по спирали и формируют в памяти системы обработки информации и управления массив данных распределения ультразвукового сигнала с привязкой каждого измерения к соответствующей ему координате. This task is achieved by the fact that the ultrasonic transducer uniformly scans the product in a spiral and forms in the memory of the information processing and control system an array of data of the distribution of the ultrasonic signal with the binding of each measurement to its corresponding coordinate.

Указанная совокупность признаков является новой и обладает изобретательским уровнем, так как способ позволяет определять размеры дефектов произвольной формы. The specified set of features is new and has an inventive step, since the method allows to determine the size of defects of arbitrary shape.

На фиг. 1 представлена спираль сканирования изделия ультразвуковым лучом, на фиг. 2 - формирование точек контроля в витки спирали, на фиг. 3 - результаты контроля торца изделия. In FIG. 1 shows a spiral for scanning an article with an ultrasonic beam; FIG. 2 - formation of control points in the spiral coils, in FIG. 3 - the results of the control of the end face of the product.

Сканирование ведется равномерно с шагом спирали h мм и шагом по спирали λ миллиметров. Параметры сканирования h и λ не должны превышать значения ширины ультразвукового луча D. Способ формирования точек контроля в витки спирали показан на фиг.2. Scanning is carried out evenly with a spiral pitch h mm and a spiral pitch λ millimeters. The scanning parameters h and λ should not exceed the value of the width of the ultrasound beam D. The method of forming the control points in the turns of the spiral is shown in figure 2.

При обнаружении дефекта, фиксируются координаты точек сканирования, на которых он обнаружен. Если, к примеру, на витке m обнаружен дефект протяженностью с i-го до к-го измерения, то его протяженность составляет [(k-i)^*λ], мм. При h=D площадь дефекта, зафиксированная на строке m:
Sm = [(k-i)^*λ^*D],мм².
Если дефект зафиксирован на М витках, то площадь дефекта будет складываться из площадей каждого витка спирали, на которых он обнаружен:

Обозначим (k-i)_m как n_m - количество измерений по витку спирали m, где зафиксирован дефект. Тогда:

Обозначим:

суммарное количество измерений, при которых зафиксирован дефект.When a defect is detected, the coordinates of the scanning points at which it is detected are recorded. If, for example, a defect with a length from the i-th to the k-th measurement is detected on coil m, then its length is [(ki) ^* λ], mm. For h = D, the defect area recorded on line m:
Sm = [(ki) ^* λ ^* D], mm ² .
If the defect is fixed on M turns, then the area of the defect will be the sum of the areas of each coil of the spiral on which it is detected:

Let us designate (ki) _m as n _m - the number of measurements along the spiral coil m, where the defect is fixed. Then:

Denote:

total number of measurements during which a defect is recorded.

Тогда S = N^*λ^*h,мм², - общая площадь дефекта.Then S = N ^* λ ^* h, mm ² , is the total area of the defect.

Совокупность точек контроля, в которых зафиксирован дефект и их координаты будут определять конфигурацию и местоположение дефекта. Если дефектов обнаружено несколько, то определяются границы и площадь каждого дефекта. The set of control points at which the defect is fixed and their coordinates will determine the configuration and location of the defect. If there are several defects, the boundaries and area of each defect are determined.

Таким образом, сканируя ультразвуковым преобразователем равномерно по спирали цилиндрическое изделие, фиксируя координаты и количество точек контроля, в которых обнаружен дефект, определяется как конфигурация дефекта, которую можно вывести на экран монитора и печать, так и его площадь по формуле
S = N^*λ^*h,мм²,
где S - площадь дефекта; h - шаг спирали; λ - шаг сканирования по спирали; N - количество точек контроля, в которых зафиксирован дефект.Thus, by scanning the cylindrical product uniformly in a spiral fashion with an ultrasonic transducer, fixing the coordinates and the number of control points at which a defect is detected, both the defect configuration, which can be displayed on the monitor screen and print, and its area are determined by the formula
S = N ^* λ ^* h, mm ² ,
where S is the area of the defect; h is the pitch of the spiral; λ is the scanning step in a spiral; N is the number of control points at which a defect is recorded.

Предлагаемый способ реализован следующим способом. The proposed method is implemented in the following way.

На автоматизированной установке, состоящей из механической части, ультразвукового дефектоскопа и системы обработки информации и управления (в дальнейшем - СОИиУ), производили контроль наличия дефектов типа расслоение на торцах изделий цилиндрической формы. Механическая часть установки представляет собой узел вращения изделия и узел сканирования ультразвуковым преобразователем торца изделия по его радиусу. В состав механической части установки, в качестве ее электропривода, входят шаговые двигатели, что позволяет, оперативно меняя скорость вращения изделия и скорость сканирования, синхронизировать работу узлов. В задачу системы обработки информации и управления входит управление ультразвуковым дефектоскопом, сбор информации с дефектоскопа, датчика положения ультразвукового преобразователя, датчика угла поворота изделия, реализация заданного алгоритма работы и обработка собранной информации. On an automated installation consisting of a mechanical part, an ultrasonic flaw detector, and an information processing and control system (hereinafter - SOIiU), the presence of defects of the type of delamination at the ends of cylindrical products was checked. The mechanical part of the installation is a unit of rotation of the product and a scanning unit of ultrasonic transducer end of the product along its radius. The mechanical part of the installation, as its electric drive, includes stepper motors, which allows, quickly changing the speed of rotation of the product and the scanning speed, to synchronize the operation of the nodes. The task of the information processing and control system is to control an ultrasonic flaw detector, collect information from a flaw detector, an ultrasonic transducer position sensor, a product rotation angle sensor, implement a given operation algorithm and process the collected information.

Для контроля был выбран эхоимпульсный метод, реализованный с помощью фокусированного ультразвукового преобразователя, ширина луча которого в зоне контроля составляет D=0,8 мм. Применялся струйный способ контакта. Использованный ультразвуковой дефектоскоп обеспечивал частоту следования зондирующих импульсов f. Величина шага сканирования по спирали и шага спирали составляли λ = h = D/2 =0,4,мм. Следует отметить, что при достаточно малых значениях шага сканирования по спирали λ и шага спирали h, допустимо при расчете таких параметров сканирования, как определение скорости вращения изделия и скорости сканирования, каждую точку контроля, имеющую в полярной системе координаты R_i, φ_i,, рассматривать, как часть окружности, центр которой совпадает с центром спирали и радиусом R_i. Такое допущение значительно упрощает расчет необходимых параметров, так как вычисления по формулам, описывающим спираль довольно громоздки, и в то же время это не вносит большую погрешность в результаты контроля.For control, an echo pulse method was chosen, implemented using a focused ultrasonic transducer, the beam width of which in the control zone is D = 0.8 mm. The inkjet contact method was used. The ultrasonic flaw detector used ensured the pulse repetition rate f. The value of the scanning step along the spiral and the spiral step was λ = h = D / 2 = 0.4, mm. It should be noted that for sufficiently small values of the spiral scan step λ and spiral pitch h, it is permissible when calculating scanning parameters such as determining the product rotation speed and scanning speed, each control point having the coordinates R _i , φ _i ,, in the polar system considered as part of a circle whose center coincides with the center of the spiral and radius R _i . This assumption greatly simplifies the calculation of the necessary parameters, since calculations using formulas describing the spiral are rather cumbersome, and at the same time, this does not introduce a large error into the control results.

Процесс контроля осуществляли следующим образом. По датчикам положения ультразвукового преобразователя и поворота изделия в полярной системе определялись координаты R₁ и φ₁ первой точки контроля. Затем СОИиУ выдавала управляющий сигнал дефектоскопу на единичное зондирование, снимала с него параметры эхосигнала и заносила в память (см. табл.1), где U₁ - амплитуда эхосигнала; H₁ - глубина залегания дефекта.The control process was carried out as follows. Using the sensors of the position of the ultrasonic transducer and the rotation of the product in the polar system, the coordinates R ₁ and φ _{1 of the} first control point were determined. Then SOIiU issued a control signal to the flaw detector for a single sounding, took the parameters of the echo signal from it and entered it into the memory (see Table 1), where U ₁ is the amplitude of the echo signal; H ₁ - the depth of the defect.

Затем на двигатели электропривода установки подавались сигналы, реализующие следующие параметры:

скорость вращения изделия.Then, signals that realize the following parameters were applied to the electric drive motors of the installation:

product rotation speed.

скорость сканирования ультразвукового преобразователя по радиусу торца изделия, где f - частота следования зондирующих импульсов дефектоскопа; λ - шаг сканирования по спирали; R_i - расстояние по радиусу от центра торца изделия до точки контроля; h - шаг спирали.

scanning speed of the ultrasonic transducer along the radius of the end face of the product, where f is the repetition rate of the probe pulses of the flaw detector; λ is the scanning step in a spiral; R _i is the distance along the radius from the center of the end face of the product to the control point; h is the pitch of the spiral.

Вращение изделия и перемещение преобразователя ведется до момента достижения следующей точки контроля, которая должна отстоять на расстояние λ по дуге спирали от предыдущей. Эта точка будет иметь координаты R₂;

где

в зависимости от направления вращения.The rotation of the product and the movement of the converter is carried out until the next control point is reached, which should be separated by a distance λ along the arc of the spiral from the previous one. This point will have the coordinates R ₂ ;

Where

depending on the direction of rotation.

При достижении угла поворота значения φ₂, производится следующее зондирование, результаты которого заносятся в память СОИиУ. Затем процесс повторяется. По окончании контроля всего изделия, в памяти СОИиУ имеется следующий массив данных (см. табл.2), где R_N, φ_N,- координаты N-й точки контроля; U_N - амплитуда эхосигнала в N-й точке контроля; H_N - глубина залегания дефекта в N-й точке контроля.When the angle of rotation reaches the value of φ ₂ , the next sounding is performed, the results of which are recorded in the memory of SOIiU. Then the process is repeated. At the end of the control of the entire product, the following data array is stored in the memory of the SRS & C (see Table 2), where R _N , φ _N, are the coordinates of the N-th control point; U _N - the amplitude of the echo at the N-th point of control; H _N - the depth of the defect at the N-th point of control.

Визуализация результатов контроля в полярных координатах предоставляет возможность дать общую оценку качества изделия. Полученные данные о площади дефекта позволяют повысить точность контроля. Visualization of the control results in polar coordinates provides an opportunity to give an overall assessment of the quality of the product. The obtained data on the area of the defect can improve the accuracy of control.

Следует отметить, что данный способ позволяет вести контроль при вращении изделия в любую сторону и сканировании ультразвуковым преобразователем как от центра торца к периферии, так и в обратном направлении. It should be noted that this method allows monitoring when the product is rotated in any direction and scanned by an ultrasonic transducer both from the center of the end to the periphery and in the opposite direction.

Claims

The method of ultrasonic testing of cylindrical products, namely, that the ultrasonic piezoelectric transducer of the flaw detector uniformly scans the product in a spiral with a certain spiral pitch and spiral scan step, the values of which do not exceed the value of the width of the ultrasonic beam, and form a data array in the memory of the information processing and control system distribution of echo signals with the binding of each measurement to its corresponding coordinate, characterized in that the number of control points is fixed, in For which a defect is detected, the configuration and location of the defect is determined by the coordinates of these points, and its area is determined by the formula S = N • l • h, where S is the defect area, h is the helix pitch, N is the number of control points in which defect, l is the scanning step in a spiral.