СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ ПРОФИЛЯ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЯ С НЕРОВНЫМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ Российский патент 2015 года по МПК G01N29/06 

Изобретение относится к области ультразвукового неразрушающего контроля.

Известен способ ультразвуковой томографии [Пат. RU №2458342. Алехин Сергей Геннадиевич, Самокрутов Андрей Анатольевич, Соколов Никита Юрьевич, Шевалдыкин Виктор Гавриилович. Способ ультразвуковой томографии и устройство для его осуществления. Опубл. 10.08.2012].

Недостатки этого способа состоят в следующем:

- способ применяется для объектов контроля с плоскопараллельными поверхностями и характеризуется отсутствием возможности применения для изделий с неровными поверхностями;

- способ не учитывает трансформацию типов волн при отражении от донной поверхности объекта контроля, в том числе при подключении антенных решеток (АР) по раздельно-совмещенной схеме.

Наиболее близким, принятым за прототип является способ ультразвуковой томографии [Пат. RU №2458342. Алехин Сергей Геннадиевич, Самокрутов Андрей Анатольевич, Соколов Никита Юрьевич, Шевалдыкин Виктор Гавриилович. Способ ультразвуковой томографии и устройство для его осуществления. Опубл. 10.08.2012].

Известный объект не может быть использован для контроля за состоянием геометрических параметров металлоконструкций с неровными поверхностями и не учитывает трансформацию типов волн при отражении от донной поверхности контролируемого изделия.

Предложен способ ультразвуковой толщинометрии с применением антенных решеток, заключающийся в том, что две антенные решетки на наклонных призмах, обращенных передними гранями друг к другу, размещают на поверхности контролируемого изделия на заранее рассчитанном расстоянии между собой, излучают ультразвуковые импульсы в контролируемое изделие независимо каждым элементом излучающей решетки, фиксируют отраженные от донной поверхности ультразвуковые эхо-импульсы элементами регистрирующей решетки, восстанавливают множество парциальных изображений путем умножения матрицы принятых эхо-импульсов и матрицы сигналов, рассчитанных для каждой точки изображения для точечного отражателя, учитывая трансформацию типов волн при отражениях, получают изображение профиля донной поверхности, по которому получают таблицу значений толщины контролируемого изделия в каждой точке, отличающийся тем, что определение профиля дна проводится по изображению, полученному при суммировании множества восстановленных парциальных изображений с учетом трансформации типов волн при отражении от дна, и тем, что используют две антенные решетки, одну в качестве излучателя, а другую в качестве приемника.

Предлагаемый способ позволяет увеличить ширину области измерения и проводить контроль состояния геометрических параметров профиля внутренней поверхности контролируемого изделия с неровными и непараллельными поверхностями, повысить достоверность и точность измерений контроля.

На фиг. 1 приведена схема распространения ультразвуковых сигналов в объекте контроля с валиком усиления и с неровным дном.

Рассмотрим применение предложенного способа для измерения профиля донной поверхности образца, приведенного на фиг. 2. Образец толщиной 18 мм изготовлен из перлитной стали. Две идентичные АР устанавливают на идентичные наклонные призмы и располагают на поверхности образца так, чтобы призмы были обращены передними гранями друг к другу. Расстояние между гранями призм с АР выбирают, исходя из параметров АР (рабочей частоты, количества элементов, шага, ширины элемента, активной апертуры), призм (угла наклона, скорости продольной волны в призме c_l,w) и объекта контроля (скорости продольной волны c_l, скорости поперечной волны c_s). Одну АР используют в качестве излучателя ультразвуковых эхо-сигналов, а вторую АР в качестве приемника. Каждый элемент излучающей решетки независимо и последовательно излучает в образец ультразвуковые волны. Принимающая решетка всеми элементами регистрирует отраженные от донной поверхности ультразвуковые эхосигналы ρ(r_t, r_r, t), где r_t - координаты элементов излучающей АР, r_r - координаты элементов принимающей АР, t - время пролета ультразвуковых эхоимпульсов.

Рассчитывают эхосигналы для каждой точки изображения для точечного отражателя, учитывая трансформацию типов волн при отражении от дна, зная скорости продольной (L-волна) и поперечной (S-волна) волн. Если обозначить через s(t) вид излученного сигнала, то оценку измеренного сигнала можно представить в следующем виде:

где

{as} - список используемых при оценке акустических схем.

Используются следующие акустические схемы с однократным отражением (m=1): излученная S - принятая L-волна {c_l,w; c_s; c_l; c_l,w], излученная S-волна - принятая S-волна {c_l,w; c_l; c_s; c_l,w}, излученная L-волна - принятая S-волна {c_{l, w}; c_l; c_s; c_{l, w}). Перемножив измеренные данные p(r_t, r_r, t) и рассчитанные данные получим парциальные изображения для каждой из акустических схем. Результатом суммирования восстановленных изображений является изображение профиля донной поверхности (фиг. 3). Применив на результирующем изображении алгоритм поиска дна по критерию превышения амплитуды изображения заданного порога, получим профиль донной поверхности с известными геометрическими параметрами (фиг. 4).

Предлагаемый способ может найти широкое применение в ультразвуковой дефектоскопии различных металлоконструкций с неровными поверхностями и одностороннем доступе. Например, для контроля профиля донной поверхности сварных соединений трубопроводов с наличием валика усиления или трубопроводов с конусной поверхностью.

Таким образом, способ позволяет обнаруживать вмятины, выемки, коррозию, утонения, провисания, утяжины, смещение кромок с измерением их геометрических параметров.

Использование: для ультразвукового контроля профиля внутренней поверхности изделия с неровными поверхностями. Сущность изобретения заключается в том, что две антенные решетки на наклонных призмах размещают на поверхности контролируемого изделия на заранее рассчитанном расстоянии между собой, излучают ультразвуковые импульсы в контролируемое изделие независимо каждым элементом излучающей решетки, фиксируют отраженные от донной поверхности ультразвуковые эхо-импульсы элементами регистрирующей решетки, восстанавливают множество парциальных изображений, учитывая трансформацию типов волн при отражениях, получают изображение профиля донной поверхности, по которому получают таблицу значений толщины контролируемого изделия в каждой точке. Технический результат: обеспечение возможности увеличения ширины области измерения и обеспечение возможности проводить контроль состояния геометрических параметров профиля внутренней поверхности контролируемого изделия с неровными и непараллельными поверхностями с высокой достоверностью и точностью. 4 ил.

Способ ультразвукового контроля профиля внутренней поверхности изделия с неровными поверхностями, заключающийся в том, что две антенные решетки на наклонных призмах, обращенных передними гранями друг к другу, размещают на поверхности контролируемого изделия на заранее рассчитанном расстоянии между собой, излучают ультразвуковые импульсы в контролируемое изделие независимо каждым элементом излучающей решетки, фиксируют отраженные от донной поверхности ультразвуковые эхо-импульсы элементами регистрирующей решетки, восстанавливают множество парциальных изображений путем умножения матрицы принятых эхо-импульсов и матрицы сигналов, рассчитанных для каждой точки изображения для точечного отражателя, учитывая трансформацию типов волн при отражениях, получают изображение профиля донной поверхности, по которому получают таблицу значений толщины контролируемого изделия в каждой точке,
отличающийся тем, что определение профиля дна проводится по изображению, полученному при суммировании множества восстановленных парциальных изображений с учетом трансформации типов волн при отражении от дна, и тем, что используют две антенные решетки, одну в качестве излучателя, а другую в качестве приемника.