RU2682094C1 - Method of ultrasound control of density of ceramic products - Google Patents
Method of ultrasound control of density of ceramic products Download PDFInfo
- Publication number
- RU2682094C1 RU2682094C1 RU2018122939A RU2018122939A RU2682094C1 RU 2682094 C1 RU2682094 C1 RU 2682094C1 RU 2018122939 A RU2018122939 A RU 2018122939A RU 2018122939 A RU2018122939 A RU 2018122939A RU 2682094 C1 RU2682094 C1 RU 2682094C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- product
- ultrasonic
- control
- density
- products
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
- G01N29/07—Analysing solids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves
Abstract
Description
Изобретение относится к контролю качества и свойств керамических изделий ультразвуковыми методами и может быть использовано для обеспечения качества зубных эндопротезов и их стоматологической реставрации, определения пористости, плотности, состава, упругих и прочностных характеристик материала в авиационной, судостроительной промышленности и других отраслях машиностроения.The invention relates to the control of the quality and properties of ceramic products by ultrasonic methods and can be used to ensure the quality of dental implants and their dental restoration, determine the porosity, density, composition, elastic and strength characteristics of the material in the aircraft, shipbuilding industry and other engineering industries.
Известен способ определения физико-механических характеристик и состава полимерных композиционных материалов ультразвуковым методом [RU 2196982 C2, МПК G01N29/00 (2000.01), опубл. 20.01.2003], включающий излучение импульсов ультразвуковых колебаний излучателем, прием импульсов, прошедших в конструкции, приемником, измерение скорости их распространения в плоскости конструкции и затухания ультразвуковых колебаний. Перед измерением скорости распространения импульсов ультразвуковых колебаний определяют направление преимущественной ориентации наполнителя в полимерном композиционном материале по времени прохождения импульса ультразвуковых колебаний от излучателя к приемнику, вдоль которого измеряют скорость прохождения импульсов, и дополнительно посылают импульс ультразвуковых колебаний в направлении нормали к поверхности конструкции в контролируемой зоне, после чего принимают импульс, отраженный от противоположной поверхности конструкции, измеряют амплитуду этого импульса и время его прохождения. Состав и физико-механические характеристики полимерного композиционного материала определяют по следующей корреляционной связи:A known method for determining the physico-mechanical characteristics and composition of polymer composite materials by the ultrasonic method [RU 2196982 C2, IPC G01N29 / 00 (2000.01), publ. 01/20/2003], including the emission of pulses of ultrasonic vibrations by the emitter, the reception of pulses transmitted in the structure, the receiver, the measurement of their propagation velocity in the plane of the structure and the attenuation of ultrasonic vibrations. Before measuring the propagation velocity of ultrasonic vibration pulses, the direction of the preferred orientation of the filler in the polymer composite material is determined by the transit time of the ultrasonic vibration pulse from the emitter to the receiver along which the pulse propagation speed is measured, and an ultrasonic vibration pulse is additionally sent in the direction normal to the structure surface in the controlled area, after which they receive a pulse reflected from the opposite surface of the structure , Measure the amplitude of this pulse and its time of passage. The composition and physico-mechanical characteristics of the polymer composite material is determined by the following correlation:
x = ϕ(c, A/t),x = ϕ (c, A / t),
где x - искомая физико-механическая характеристика;where x is the desired physical and mechanical characteristic;
с - скорость распространения импульса ультразвуковых колебаний в плоскости конструкции в направлении преимущественной ориентации наполнителя, м/с;C is the propagation velocity of the pulse of ultrasonic vibrations in the plane of the structure in the direction of the preferred orientation of the filler, m / s;
А - амплитуда принятого импульса ультразвуковых колебаний, измеренная в направлении нормали к поверхности конструкции, дБ;A is the amplitude of the received pulse of ultrasonic vibrations, measured in the direction normal to the surface of the structure, dB;
t - время прохождения импульса в направлении нормали к поверхности конструкции, мкс. t is the travel time of the pulse in the direction normal to the surface of the structure, μs.
Известен способ определения физико-механических характеристик [SU 808930 А1, МПК3 G01N29/00, опубл. 28.02.1981], включающий излучение импульсов ультразвуковых колебаний излучателем, прием импульсов, прошедших в плоскости детали приемником, измерение скорости их распространения в плоскости детали и затухания ультразвуковых колебаний путем измерения сдвига основных составляющих спектров принятых многократно прошедших по толщине образца материла импульсов относительно излученных, по которым, используя ранее полученные уравнения регрессии или тарировочные графики, построенные на их основе, определяют искомые характеристики A known method for determining the physico-mechanical characteristics [SU 808930 A1, IPC3 G01N29 / 00, publ. 02/28/1981], including the emission of pulses of ultrasonic vibrations by the emitter, the reception of pulses transmitted in the plane of the part by the receiver, the measurement of their propagation velocity in the plane of the part and the attenuation of ultrasonic vibrations by measuring the shift of the main components of the spectra of pulses received repeatedly transmitted through the thickness of the material sample relative to the emitted which, using the previously obtained regression equations or calibration graphs built on their basis, determine the desired characteristics
Эти способы не обеспечивают точных результатов, так как на сдвиг спектров, принятых импульсов ультразвуковых колебаний, большое влияние оказывают явления интерференции и дифракции упругих волн в материале из-за геометрических характеристик контролируемой детали, а также состояние ее поверхности (шероховатость, неровности) и условия контакта преобразователя с ней. Небольшое изменение толщины детали приводит к значительному увеличению погрешности определения физико-механических характеристик материала. These methods do not provide accurate results, since the shift of the spectra of the received pulses of ultrasonic vibrations is greatly influenced by the phenomena of interference and diffraction of elastic waves in the material due to the geometric characteristics of the controlled part, as well as the state of its surface (roughness, roughness) and contact conditions converter with her. A small change in the thickness of the part leads to a significant increase in the error in determining the physicomechanical characteristics of the material.
Известен способ ультразвукового контроля изделий по ультразвуковым изображениям [RU 2256172 C2, МПК G01N29/04 (2000.01), МПК G01N 29/16 опубл. 07.10.2005], выбранный в качестве прототипа, заключающийся в том, что сканируют ультразвуковым пучком по профилю изделия для определения его физико-технических характеристик. В процессе сканирования регистрируют ультразвуковые эхо-сигналы, обрабатывают данные на компьютере и получают на дисплее двумерные ультразвуковые изображения. Контролируемую зону изделия программно селектируют по времени пробега ультразвуковых сигналов (импульсов) на слои, анализируют на компьютере комбинации сигналов от каждого слоя и преобразуют их соответственно в цветовые коды, реконструируемые в ультразвуковые изображения, передаваемые на дисплей. A known method of ultrasonic testing of products according to ultrasound images [RU 2256172 C2, IPC G01N29 / 04 (2000.01), IPC G01N 29/16 publ. 10/07/2005], selected as a prototype, consisting in the fact that they are scanned with an ultrasonic beam along the profile of the product to determine its physical and technical characteristics. During the scanning process, ultrasonic echo signals are recorded, data is processed on a computer and two-dimensional ultrasound images are received on the display. The controlled area of the product is programmatically selected according to the travel time of the ultrasonic signals (pulses) into layers, the combinations of signals from each layer are analyzed on a computer and converted accordingly into color codes, reconstructed into ultrasound images transmitted to the display.
Этот способ ограничен использованием к строго плоским конструкциям контролируемого изделия, так как ультразвуковой сигнал направлен строго по нормали к поверхности. Это условие не позволяет точно измерять параметры изделий с искривленной поверхностью, так как искажает принимаемый сигнал или требует применять сканеры с изменяющейся геометрией движения датчика по сложной траектории, что удорожает конструкцию сканера и делает её громоздкой. This method is limited to the use of strictly flat structures of the controlled product, since the ultrasonic signal is directed strictly normal to the surface. This condition does not allow to accurately measure the parameters of products with a curved surface, since it distorts the received signal or requires the use of scanners with varying geometry of the sensor along a complex path, which makes the scanner construction more expensive and bulky.
Техническим результатом предлагаемого изобретения, является создание способа контроля керамических изделий, позволяющего реализовать ультразвуковой контроль изделий, на поверхности которых при их помещении в иммерсионную жидкость (например, в воду) образуется взвесь из частиц материала, затрудняющих распространение ультразвуковых волн, а также изделий имеющих не плоский, а округленный профиль. The technical result of the invention is the creation of a method for controlling ceramic products, which allows for ultrasonic testing of products on the surface of which, when placed in immersion liquid (for example, water), a suspension of particles of material is formed that impedes the propagation of ultrasonic waves, as well as products that are not flat , and rounded profile.
Предложенный способ ультразвукового контроля керамических изделий, также как в прототипе, включает сканирование ультразвуковой волной по профилю изделия, регистрацию отраженных сигналов, измерение времени их распространения до изделия, обработку полученных данных на компьютере и получение на дисплее двумерных ультразвуковых изображений.The proposed method for ultrasonic testing of ceramic products, as in the prototype, includes scanning with an ultrasonic wave along the product profile, registering the reflected signals, measuring the time of their propagation to the product, processing the received data on a computer and receiving two-dimensional ultrasound images on the display.
Согласно изобретению предварительно измеряют геометрические размеры L(X,Y)1 эталонного изделия с известной плотностью и изделия контроля L(X,Y)2, которые фиксируют. Помещают каждое изделие в полиэтиленовый пакет с толщиной пленки менее 0,1 длины ультразвуковой волны датчика-приемника, вакуумируют пакеты и запаивают. Последовательно каждое подготовленное изделие помещают в иммерсионную среду. Измеряют время прохождения ультразвукового сигнала от ультразвукового датчика до верхней и нижней поверхности эталонного изделия и изделия контроля в каждой измеренной ранее координате Х,Y, фиксируют время и текущие координаты. Переворачивают последовательно оба изделия и проводят аналогичные измерения с обратной стороны каждого изделия. Определяют плотность изделия контроля ρх по формуле:According to the invention, the geometric dimensions L (X, Y) 1 of the reference article with known density and the control article L (X, Y) 2 , which are fixed, are pre-measured. Each product is placed in a plastic bag with a film thickness of less than 0.1 of the ultrasonic wavelength of the sensor-receiver, the bags are vacuumized and sealed. In sequence, each prepared product is placed in an immersion medium. The transit time of the ultrasonic signal from the ultrasonic sensor to the upper and lower surfaces of the reference product and the control product is measured in each previously measured coordinate X, Y, time and current coordinates are recorded. Both products are turned over sequentially and similar measurements are carried out from the back of each product. The density of the control product ρ x is determined by the formula:
где ρэ – плотность эталонного изделия;where ρ e is the density of the reference product;
L(X,Y)1 – геометрический размер эталонного изделия в точке с координатами Х и У;L (X, Y) 1 - the geometric size of the reference product at a point with coordinates X and Y;
L(X,Y)2 – геометрический размер изделия контроля в точке с координатами Х и У; L (X, Y) 2 - the geometric size of the control product at a point with coordinates X and Y;
t(X,Y)1, t(X,Y)2 - время пробега ультразвукового сигнала в эталоном изделии и изделии контроля соответственно, t (X, Y) 1 , t (X, Y) 2 - travel time of the ultrasonic signal in the reference product and the control product, respectively,
Полученные значения плотности изделия контроля визуализируют.The obtained density values of the control product are visualized.
Для обеспечения иммерсионного контакта ультразвукового датчика с поверхностью изделия его помещают в водную среду. Однако, материал изделия подвержен частичному растворению в воде, что приводит к возникновению взвеси, которая в свою очередь изменяет амплитуду и структуру ультразвукового сигнала регистрируемого датчиком и искажает значение времени пробега сигнала. Для исключения этого явления предложено использовать полиэтиленовый пакет, в который помещают изделие. Однако простое применение полиэтиленового пакета оказывает негативное влияние на качество сканирования изделия. Если пленка тонкая, то происходит её порыв от шероховатостей поверхности изделия. При увеличении толщины пленки происходит искажение дискретного изображения поверхности и плотности изделия. Причиной искажения изображения является попадание воздуха под плёнку в области сканирования, вызванной шероховатостью поверхности изделия. Воздушная среда в области контакта приводит к дополнительным потерям энергии при отражении, снижению коэффициента отражения. Образуется слоистая среда (вода, пленка, воздух, поверхность изделия из керамики). Это ведет к многократному отражению сигнала ультразвуковых волн, возникновению интерференционных и дифракционных явлений, преждевременному затуханию и уширению ультразвукового сигнала. To ensure immersion contact of the ultrasonic sensor with the surface of the product, it is placed in an aqueous medium. However, the material of the product is subject to partial dissolution in water, which leads to the appearance of a suspension, which in turn changes the amplitude and structure of the ultrasonic signal recorded by the sensor and distorts the value of the signal travel time. To eliminate this phenomenon, it is proposed to use a plastic bag in which the product is placed. However, the simple use of a plastic bag has a negative effect on the scan quality of the product. If the film is thin, then it ruptures from the roughness of the surface of the product. With increasing film thickness, a discrete image of the surface and the density of the product are distorted. The cause of image distortion is the ingress of air under the film in the scanning area, caused by the surface roughness of the product. The air in the contact area leads to additional energy loss during reflection, lower reflection coefficient. A layered medium is formed (water, film, air, ceramic surface). This leads to repeated reflection of the signal of ultrasonic waves, the appearance of interference and diffraction phenomena, premature attenuation and broadening of the ultrasonic signal.
Последнее обстоятельство дополнительно ведет к увеличению неточности фиксирования времени измерения распространения ультразвукового сигнала. Поэтому образец, помещенный в полиэтиленовую пленку, предварительно вакуумируют форвакуумным насосом.The latter circumstance additionally leads to an increase in the inaccuracy of fixing the time for measuring the propagation of the ultrasonic signal. Therefore, a sample placed in a plastic film is pre-evacuated with a foreline pump.
Результаты испытаний (фиг. 1) показали, что изделие, помещенное в иммерсионную жидкость без пленки, начинает растворяться, так как для получения качественной картины визуализации необходимо иметь до 10000 точек измерения изделия контроля, что увеличивает время процесса измерения. В результате образуется размытый полупрозрачный слой (взвесь), который искажает принимаемый сигнал ультразвуковых колебаний (появляется паразитный сигнал) и это не позволяет точно определить время прохождения ультразвукового сигнала от датчика до поверхности изделия и до его нижней внутренней поверхности (отраженный ультразвуковой сигнал). Излучаемый датчиком (излучателем-приемником) ультразвуковой сигнал 1 проходит до поверхности изделия и отражается от него. Отраженный сигнал 2 фиксируется датчиком (излучателем-приемником). Одновременно ультразвуковой сигнал доходит до нижней внутренней поверхности изделия и отражается от неё. Отраженный от внутренней поверхности ультразвуковой сигнал 3 также фиксируется датчиком. Разность во времени между двумя этими сигналами равна времени пробега ультразвукового сигнала в изделии t(X,Y)пробега. В случае наличия растворенной взвеси вместо сигнала 2 появляется отраженный сигнал 4, который является паразитным и искажает величину времени пробега ультразвукового сигнала. Величина искажения может достигать более 10% и изменяется с течением времени измерения. Это приводит к существенному искажению измеренной плотности изделия контроля, включая его визуализацию. The test results (Fig. 1) showed that the product, placed in an immersion liquid without a film, begins to dissolve, since in order to obtain a high-quality visualization picture, it is necessary to have up to 10,000 measurement points of the control product, which increases the time of the measurement process. The result is a blurred translucent layer (suspension), which distorts the received signal of ultrasonic vibrations (spurious signal appears) and this does not allow to accurately determine the transit time of the ultrasonic signal from the sensor to the surface of the product and to its lower inner surface (reflected ultrasonic signal). The
Геометрические размеры эталонного изделия / изделия контроля, влияющие на длину пробега ультразвуковой волны, имеют отклонения, вызванные как неточностью их изготовления, так и кривизной формы в пределах заданной конфигурации. Данные отклонения влияют на точность определения плотности (формула 1), что учтено в предлагаемом изобретении. The geometric dimensions of the reference product / control product, affecting the path length of the ultrasonic wave, have deviations caused by both the inaccuracy of their manufacture and the curvature of the shape within a given configuration. These deviations affect the accuracy of determining the density (formula 1), which is taken into account in the present invention.
На фиг. 1 представлены значения амплитуд A ультразвуковых сигналов излученных датчиком-приемником, отраженных от поверхности изделия в условиях наличия взвеси и без неё и прошедших изделие в зависимости от времени пробега ультразвуковых сигналов.In FIG. 1 shows the values of the amplitudes A of the ultrasonic signals emitted by the receiver-sensor, reflected from the surface of the product in the presence of suspension and without it and passing the product depending on the travel time of the ultrasonic signals.
На фиг. 2 представлен внешний вид изделия контроля, помещенного в полиэтиленовый вакуумируемый пакет. In FIG. 2 shows the appearance of a control product placed in a vacuum evacuated plastic bag.
На фиг. 3 представлена структурная блок-схема ультразвукового линейного двухосного сканера.In FIG. 3 is a structural block diagram of an ultrasonic linear biaxial scanner.
На фиг. 4 приведена схема передвижения датчика ультразвуковых волн для измерения плотности эталонного изделия и изделия контроля в различных его точках. In FIG. Figure 4 shows the movement pattern of the ultrasonic wave sensor for measuring the density of a reference product and a control product at its various points.
На фиг. 5 представлен результат визуализации плотности изделия контроля № 1 с верхней стороны.In FIG. 5 shows the result of visualization of the density of the control product No. 1 from the upper side.
На фиг. 6 представлен результат визуализации плотности изделия контроля №1 с нижней стороны.In FIG. 6 shows the result of visualization of the density of the control product No. 1 from the bottom.
В таблице 1 представлены геометрические размеры изделий контроля (выборка из серии изделий).Table 1 presents the geometric dimensions of the control products (sample from a series of products).
В таблице 2 представлены результаты серии измерений средней плотности изделий контроля. Table 2 presents the results of a series of measurements of the average density of control products.
В таблице 3 представлены результаты измерений плотности отдельных керамических изделий контроля.Table 3 presents the results of density measurements of individual ceramic control products.
Использовали два керамических изделия в виде дисков из материала на основе двуокиси циркония ZrO2 фирмы НЭВЗ-Керамикс, один из которых был представлен фирмой изготовителем (из партии в 30 изделий) в качестве эталона с известной плотностью (3,22 ± 0,05) г/см3. We used two ceramic products in the form of disks from a material based on zirconium dioxide ZrO 2 from NEVZ-Ceramiks, one of which was presented by the manufacturer (from a batch of 30 products) as a standard with a known density (3.22 ± 0.05) g / cm 3 .
Используя координатно-измерительную машину с лазерным датчиком фирмы Mitutoyo, модель MACH-KO-GA-ME 357-137 провели измерения размеров L(Х,У) эталонного изделия и изделия контроля в каждой точке с координатами Х и У. Для изделий диаметром 95 мм площадь сканирования составила 100х100 мм. Каретку сканера перемещали над изделиями по всем значениям координат Х и У, то есть в области сканирования площадью 100х100 мм это составило 10000 точек. Все значения размеров эталонного изделия и изделия контроля L(Х,У) записали в компьютер координатно-измерительной машины в виде матрицы-таблицы.Using a coordinate measuring machine with a laser sensor from Mitutoyo, model MACH-KO-GA-ME 357-137 measured the sizes L (X, Y) of the reference product and the control product at each point with coordinates X and Y. For products with a diameter of 95 mm the scanning area was 100x100 mm. The scanner carriage was moved over the products at all X and Y coordinates, that is, in the scanning area of 100x100 mm, this amounted to 10,000 points. All sizes of the reference product and the control product L (X, Y) were recorded in the computer coordinate measuring machine in the form of a matrix table.
Эталонное изделие и изделие контроля 5 поместили каждый в свой полиэтиленовый пакет 6 с толщиной плёнки 40 мкм, что не превышает 0,1 длины ультразвуковой волны. С помощью форвакуумного насоса откачали воздух из пакетов с изделиями, и пакеты запаяли (фиг. 2). The reference product and
Использовали ультразвуковой линейный двухосный сканер (фиг. 3), содержащий иммерсионную ванну 7 с иммерсионной жидкостью 8 (водой) для размещения подготовленного керамического изделия 5 на дне ванны 7. На каретке 9 (К) закреплен датчик (излучатель-приемник) 10 (Д) ультразвуковых волн, который подключен к генератору электрических импульсов 11 (Г) и усилителю сигналов 12 (У), который связан с блоком регулировки чувствительности 13 (БРЧ). Персональный компьютер 14 (ПК) подключен к блоку управления 15 (БУ), который соединен с блоком оцифровки и визуализации данных 16 (БОВД), который связан с усилителем 12 (У). Блок управления 15 (БУ) соединен с блоком регулировки чувствительности 13 (БРЧ), генератором электрических импульсов 11 (Г) и с кареткой 9 (К).An ultrasonic linear biaxial scanner was used (Fig. 3), containing an
Основными параметрами ультразвукового сканера являются частота 225 МГц ультразвуковых волн датчика 10 (Д) с длиной исходной ультразвуковой волны, равной 400 мкм. Расстояние от датчика 10 (Д) до изделия 5 составляло 30 см. Коэффициент усиления генератора электрических импульсов 11 (Г) - до 1000. Минимальное возможное расстояние Х и У перемещения датчика 10 (Д) по осям координат составляло 1 мм. The main parameters of an ultrasound scanner are the frequency of 225 MHz of the ultrasonic waves of the sensor 10 (D) with a length of the initial ultrasonic wave equal to 400 microns. The distance from the sensor 10 (D) to the
Для эталонного изделия и изделия контроля 5 по отдельности провели следующие действия.For the reference product and the
Подготовленное керамическое эталонное изделие / изделие контроля 5 поместили в иммерсионную ванну 7, таким образом, что бы оно попало в зону досягаемости каретки 9 (К), то есть фиксировали начальную точку по осям Х,У. Произвели настройку параметров сканера, включая настройку зоны сканирования по координатам Х и У, запись матрицы-таблицы L(Х,У) из компьютера координатно-измерительной машины в блок управления 15 (БУ) и в персональный компьютер 14 (ПК), усиление ультразвукового сигнала датчика ультразвуковых волн 10 (Д), определение толщины иммерсионного слоя воды 8. The prepared ceramic reference product /
Посредством компьютера 14 (ПК) запустили процесс измерения. Для этого подали сигнал блоку управления 15 (БУ), который управлял перемещением каретки 9 (К) согласно сформированной матрицы значений L(Х,У), генератором электрических импульсов 11 (Г), блоком регулировки чувствительности 13 (БРЧ), блоком оцифровки и визуализации данных 16 (БОВД) от датчика 10 (Д) ультразвуковых волн. Далее сигнал-команда от блока управления 15 (БУ) запускала перемещение каретки 9 (К) в исходную точку для начала процесса измерения. Блок управления 15 (БУ) одновременно запускал генерацию электрического импульса на генераторе электрических импульсов 11 (Г). Получаемый датчиком 10 (Д) (излучателем-приемником) ультразвуковых волн электрический импульс одновременно с запуском каретки 9 (К) для её перемещения на 1 мм по осям Х и У генерировал ультразвуковую волну 1, которая проходя через иммерсионную жидкость 8, частично отражалась от поверхности эталонного изделия / изделия контроля 5, частично проходила внутрь изделия, отражаясь от его нижней внутренней поверхности. Отраженные ультразвуковые волны от верхней поверхности 2 изделия и от нижней (внутренней) поверхности 3 изделия датчиком 10 (Д) (излучателем-приемником) ультразвуковых волн преобразовывались в электрический сигнал, который поступал на вход усилителя 12 (У). По запускающему импульсу от блока управления 15 (БУ) датчиком 10 (Д) ультразвуковых волн измеряли время прохождения ультразвуковой волной расстояния от верхней поверхности изделия до нижней поверхности эталонного изделия / изделия контроля и записывали его в матрицы данных, сформированные в файлах компьютера 14 (ПК). Using computer 14 (PC), the measurement process was started. To do this, they sent a signal to the control unit 15 (CU), which controlled the movement of the carriage 9 (K) according to the generated matrix of values L (X, Y), the electric pulse generator 11 (G), the sensitivity adjustment unit 13 (BRC), the digitization and visualization unit data 16 (BOVD) from the sensor 10 (D) of ultrasonic waves. Next, the command signal from the control unit 15 (CU) started moving the carriage 9 (K) to the starting point to start the measurement process. The control unit 15 (CU) at the same time started the generation of an electric pulse on an electric pulse generator 11 (G). An electric pulse received by the ultrasonic wave sensor 10 (D) (transmitter-receiver) simultaneously with the start of the carriage 9 (K) to move it 1 mm along the X and Y axes generated an
Коэффициент усиления сигнала от датчика 10 (Д) регулировался блоком регулировки чувствительности 13 (БРЧ), который управлялся блоком управления 15 (БУ) в соответствии с заданными настройками сканирования изделия 5. Усиленный усилителем сигналов 12 (У) ультразвукового датчика 10 (Д) сигнал передавался блоку оцифровки и визуализации данных 16 (БОВД). Цифровой код сигнала передавался компьютеру 14 (ПК), который обрабатывал и сохранял всю информацию. Далее блок управления 15 (БУ) подавал сигнал каретке 9 (К) с датчиком 10 (Д) ультразвуковых волн двигаться в следующую точку с новыми координатами Х,У и процесс повторялся. По получении последнего оцифрованного сигнала от блока управления 15 (БУ), измерение величин времени распространения ультразвуковых волн в эталонном изделии / изделии контроля 5 заканчивали. The gain of the signal from the sensor 10 (D) was regulated by the sensitivity adjustment unit 13 (BRC), which was controlled by the control unit 15 (CU) in accordance with the specified settings for scanning the
Далее эталонное изделие / изделие контроля 5 перевернули на обратную сторону и измерения повторили. Все измеренные данные, сохраненные в компьютере 14 (ПК), использовали для определения плотности изделия контроля.Next, the reference product /
С помощью компьютера 16 (ПК) провели расчеты по формуле (1) плотности изделия контроля 5 по всем 10000 точкам измеренных значений и свели в матрицы-таблицы.Using a computer 16 (PC), calculations were performed according to the formula (1) for the density of the
Результаты серии измерений ультразвукового контроля плотности керамических изделий сведены в таблицах 1-3 (выборка). The results of a series of measurements of ultrasonic density control of ceramic products are summarized in tables 1-3 (sample).
Ниже представлен пример расчета плотности изделия контроля №1 (таблица 1) в одной из 10000 точек проведенных измерений. Длина пробега ультразвуковой волны в изделии контроля в данной точке равнялась L2 = 14,1 мм. Отклонение от данного параметра равнялось ΔL(X,Y)2 = 0,04 мм. Время распространения ультразвуковой волны от поверхности изделия контроля до его внутренней нижней поверхности t2 = 7,03125 мкс. Below is an example of calculating the density of the control product No. 1 (table 1) in one of the 10000 points of the measurements. The path length of the ultrasonic wave in the control product at this point was L 2 = 14.1 mm. The deviation from this parameter was ΔL (X, Y) 2 = 0.04 mm. The propagation time of an ultrasonic wave from the surface of the control product to its inner lower surface is t 2 = 7.03125 μs.
Длина пробега ультразвуковой волны в эталонном изделии L1 = 12,2 мм. Время распространения ультразвуковой волны от поверхности эталонного изделия до его внутренней нижней поверхности t1 = 5,9714 мкс, плотность эталонного изделия ρэ = 3,22 г/см3. The path length of the ultrasonic wave in the reference product L 1 = 12.2 mm The propagation time of the ultrasonic wave from the surface of the reference product to its inner lower surface t 1 = 5.9714 μs, the density of the reference product ρ e = 3.22 g / cm 3 .
Погрешность измерения времени в обоих случаях равнялась Δt = 0,0125 мкс. Ширина импульса ультразвукового сигнала равна 2,0 – 2,5 мкс. По найденным значениям времени распространения ультразвуковой волны от поверхности эталонного изделия и изделия контроля до внутренней нижней поверхности эталонного изделия в точке (Х,У)1 и изделия контроля в точке (Х,У)2 рассчитали по формуле (1) значение плотности контрольного изделия в данной точке из таблицы-матрицы значений плотности изделия контроля.The time measurement error in both cases was Δt = 0.0125 μs. The pulse width of the ultrasonic signal is 2.0 to 2.5 μs. Based on the found values of the propagation time of the ultrasonic wave from the surface of the reference product and the control product to the inner lower surface of the reference product at point (X, Y) 1 and the control product at point (X, Y) 2 , the density of the control product was calculated using formula (1) given point from the matrix matrix of the density of the control product.
Изделия перевернули и повторили измерения. Время распространения ультразвуковой волны в точках с такими же координатами Х и У от поверхности эталонного изделия до его внутренней поверхности равнялось t1 = 5,7603 мкс. Время распространения ультразвуковой волны от поверхности с обратной стороны изделия контроля до его внутренней поверхности t2 = 7,0824 мкс. Ширина импульса ультразвуковой волны осталась в прежних пределах. Значение плотности изделия контроля по измерениям в данной точке составило 3,35 г/см3.Products turned over and repeated measurements. The propagation time of an ultrasonic wave at points with the same X and Y coordinates from the surface of the reference product to its inner surface was t 1 = 5.7603 μs. The propagation time of the ultrasonic wave from the surface from the back of the control product to its inner surface is t 2 = 7.0824 μs. The pulse width of the ultrasonic wave remained unchanged. The density value of the control product according to measurements at this point was 3.35 g / cm 3 .
Оценку погрешности любого из измерений плотности изделия контроля проводили по формуле:The error estimation of any of the measurements of the density of the control product was carried out according to the formula:
где ΔL(Х,У)1, Δρ, Δt1, Δt2, ΔL(Х,У)2 - погрешности измерения соответствующих величин. where ΔL (X, Y) 1 , Δρ, Δt 1 , Δt 2 , ΔL (X, Y) 2 are the measurement errors of the corresponding quantities.
Величина Δρэ определяется заказчиком – производителем изделия. Относительная погрешность представленного в примере измерения составляет менее 1,4%.The value of Δρ e is determined by the customer - manufacturer of the product. The relative error of the measurement presented in the example is less than 1.4%.
По полученным значениям визуализировали распределение плотности по конкретным точкам изделия. На экран компьютера 14 (ПК) вывели визуализированное изображение (фиг. 5, 6). При этом численное значение плотности кодировали цветом в соответствии цветовой палитрой. Максимальное значение плотности изделия кодировали красным цветом (255, 0, 0 в RGB кодировке). Минимальное значение плотности изделия кодировали синим цветом (0, 0, 255 в RGB кодировке). Среднему значению плотности изделия соответствует белый цвет (255, 255, 255 в RGB кодировке). Точки, в которых ультразвуковой датчик 10 (Д) находился за пределами изделия, либо величина отраженного ультразвуковой волны мала для точного определения времени пробега ультразвуковой волны, кодировали черным цветом (0, 0, 0 в RGB кодировке). Все остальные значения плотности изделия кодировали промежуточными цветами, пропорционально их величине. По вычисленным данным формировали результирующее изображение, в котором каждая точка окрашена в цвет, соответствующий значению плотности изделия в соответствующей координате расположения датчика ультразвуковых волн.According to the obtained values, the density distribution was visualized for specific points of the product. A visualized image was displayed on a computer screen 14 (PC) (Fig. 5, 6). In this case, the numerical value of the density was color coded in accordance with the color palette. The maximum density of the product was encoded in red (255, 0, 0 in RGB coding). The minimum density value of the product was encoded in blue (0, 0, 255 in RGB coding). The average value of the density of the product corresponds to white color (255, 255, 255 in RGB coding). The points at which the ultrasonic transducer 10 (D) was located outside the product, or the magnitude of the reflected ultrasonic wave is small to accurately determine the travel time of the ultrasonic wave, was encoded in black (0, 0, 0 in RGB coding). All other density values of the product were encoded in intermediate colors, in proportion to their size. Based on the calculated data, a resulting image was formed in which each point is painted in a color corresponding to the density of the product in the corresponding coordinate of the location of the ultrasonic wave sensor.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018122939A RU2682094C1 (en) | 2018-06-25 | 2018-06-25 | Method of ultrasound control of density of ceramic products |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018122939A RU2682094C1 (en) | 2018-06-25 | 2018-06-25 | Method of ultrasound control of density of ceramic products |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2682094C1 true RU2682094C1 (en) | 2019-03-14 |
Family
ID=65805736
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018122939A RU2682094C1 (en) | 2018-06-25 | 2018-06-25 | Method of ultrasound control of density of ceramic products |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2682094C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4489611A (en) * | 1982-02-05 | 1984-12-25 | Messerschmitt-Boelkow-Blohm Gesellschaft Mit Beschraenkter Haftung | Material testing apparatus using ultrasonic testing heads |
| SU1606925A1 (en) * | 1988-07-22 | 1990-11-15 | Московский Инженерно-Физический Институт | Apparatus for checking quality of articles |
| RU2196323C2 (en) * | 1999-08-06 | 2003-01-10 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" | Gear for ultrasonic inspection of cylindrical articles |
| RU2256172C2 (en) * | 2002-11-13 | 2005-07-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. акад. А.А. Бочвара" | Method for ultrasound control of products using ultrasound images |
| RU2360240C2 (en) * | 2005-04-07 | 2009-06-27 | Анатолий Владимирович Дубина | Method for ultrasonic control of rail transport wheels and device for its realisation |
| US7614304B2 (en) * | 2006-05-16 | 2009-11-10 | Corning Incorporated | Ultrasonic testing system and method for ceramic honeycomb structures |
-
2018
- 2018-06-25 RU RU2018122939A patent/RU2682094C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4489611A (en) * | 1982-02-05 | 1984-12-25 | Messerschmitt-Boelkow-Blohm Gesellschaft Mit Beschraenkter Haftung | Material testing apparatus using ultrasonic testing heads |
| SU1606925A1 (en) * | 1988-07-22 | 1990-11-15 | Московский Инженерно-Физический Институт | Apparatus for checking quality of articles |
| RU2196323C2 (en) * | 1999-08-06 | 2003-01-10 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" | Gear for ultrasonic inspection of cylindrical articles |
| RU2256172C2 (en) * | 2002-11-13 | 2005-07-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. акад. А.А. Бочвара" | Method for ultrasound control of products using ultrasound images |
| RU2360240C2 (en) * | 2005-04-07 | 2009-06-27 | Анатолий Владимирович Дубина | Method for ultrasonic control of rail transport wheels and device for its realisation |
| US7614304B2 (en) * | 2006-05-16 | 2009-11-10 | Corning Incorporated | Ultrasonic testing system and method for ceramic honeycomb structures |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4056970A (en) | Ultrasonic velocity and thickness gage | |
| US4389893A (en) | Precision ultrasound attenuation measurement | |
| EP2546641B1 (en) | Ultrasonic flaw detector and ultrasonic flaw detection method for objects having a complex surface shape | |
| CN110261485B (en) | Method for measuring elastic modulus and Poisson's ratio of each part in material by ultrasonic wave | |
| KR20190087041A (en) | Ultrasonic imaging device and controlling method thereof | |
| GB2221991A (en) | Ultrasonic testing of metal-matrix composite materials | |
| RU2682094C1 (en) | Method of ultrasound control of density of ceramic products | |
| US6823737B2 (en) | Non-contact inspection system for large concrete structures | |
| CN113916166A (en) | Gas turbine blade wall thickness water immersion ultrasonic detection method and device | |
| US7938006B2 (en) | Non-contact ultrasound materials systems and measurement techniques | |
| RU2319957C2 (en) | Method of ultrasonic inspection of polymers for strength limit at break | |
| JPH021273B2 (en) | ||
| US3808878A (en) | Method for sensing the depth of cellular pits formed in a material layer | |
| JP4761673B2 (en) | Ultrasonic diagnostic equipment | |
| RU2196982C2 (en) | Procedure determining physical and mechanical characteristics and composition of polymer composite materials in structures by ultrasonic method | |
| JP2973759B2 (en) | Grain size measuring device | |
| JP2005147770A (en) | Ultrasonic flaw detector | |
| CN115950956B (en) | Ultrasonic flaw detection device and method and computer storage medium | |
| RU2231054C1 (en) | Method of determination of degree of polymerization of composite materials | |
| CN115684024B (en) | Residual stress distribution detection method and system based on laser ultrasound | |
| RU2695950C1 (en) | Ultrasonic inspection method of metal products defectiveness | |
| US5101382A (en) | Acoustic imaging method and apparatus for nondestructive evaluation of materials | |
| JPS6144349A (en) | Method and apparatus for ultrasonic flaw detection | |
| RU2581083C1 (en) | Method of determining shape of scattering indicatrix of defect in ultrasound control and device therefor | |
| SU1320742A1 (en) | Method of ultrasonic shadow examination of articles and device for effecting same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200227 Effective date: 20200227 |
|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20200928 |