научная статья по теме ПРИМЕНЕНИЕ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК И КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКОГО ПОЛИМЕРА В КАЧЕСТВЕ ИММЕРСИОННОЙ СРЕДЫ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ ОБЪЕКТОВ С НЕРОВНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства

Текст научной статьи на тему «ПРИМЕНЕНИЕ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК И КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКОГО ПОЛИМЕРА В КАЧЕСТВЕ ИММЕРСИОННОЙ СРЕДЫ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ ОБЪЕКТОВ С НЕРОВНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ»

Акустические методы

УДК 534.8+620

ПРИМЕНЕНИЕ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК И КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКОГО ПОЛИМЕРА В КАЧЕСТВЕ ИММЕРСИОННОЙ СРЕДЫ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ ОБЪЕКТОВ С НЕРОВНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ

А.Е. Базулин, Е.Г. Базулин

Рассмотрена возможность применения эластичного кремнийорганического полимера (акваполимер) в качестве иммерсионной среды для обеспечения стабильного акустического контакта между объектом контроля с неровной поверхностью и антенной решеткой при автоматизированном у.з. контроле. Если форма поверхности известна, то ее можно учесть в методе С^ЛЕТ для восстановления изображения отражателя по эхосигналам. Получить профиль поверхности можно либо путем непосредственного измерения профилометром, либо путем анализа восстановленного изображения поверхности. Для автоматического получения информации о профиле поверхности предложен алгоритм обработки ее изображения, восстановленного методом С-БЛЕТ В модельных экспериментах продемонстрирована работоспособность предложенного метода получения изображения отражателей с учетом неровной поверхности объекта контроля.

Ключевые слова: у.з. неразрушающий контроль, антенные решетки, иммерсионный режим, двойное сканирование, ЕМС, цифровая фокусировка антенной (ЦФА), С-БЛЕТ, ТЕМ.

1. ВВЕДЕНИЕ

При подготовке к проведению у.з. контроля поверхность объекта часто подвергают механической обработке, например, для удаления защитных красок. В результате на поверхности может образоваться множество впадин глубиной до нескольких миллиметров и протяженностью несколько десятков миллиметров. Для проведения автоматизированного у.з. контроля некогерентными методами наличие таких неровных участков не критично, но для когерентного у.з. контроля неровности поверхности уже в четверть длины волны могут заметно исказить восстановленное изображение отражателей. Пусть эхосигналы от точечного отражателя регистрируются на ровной поверхности объекта контроля с помощью одноэлементного преобразователя, работающего в совмещенном режиме. Когерентная обработка эхосигна-лов [1, 2], измеренных на ровной поверхности, позволяет восстановить изображение отражателя в виде компактного блика с фронтальным разрешением порядка длины волны. Предположим, что в середине пространственной апертуры поверхность имеет ступенчатый перепад высоты больше четверти длины волны. Тогда восстановленное изображение отражателя можно представить как когерентную сумму двух бликов, каждый из которых восстановлен с апертуры с ровной поверхностью. При этом меньшие размеры апертуры приведут к тому, что фронтальное разрешение каждого парциального блика увеличится, а наличие ступеньки приведет к смещению бликов друг от друга по линии ввода ультразвука. Поэтому изображение отражателя "рассыплется" на множество бликов, число которых зависит от формы неровности и частоты излучения. Такое изображение не позволит оператору правильно оценить число и тип отражателей [3]. Аналогичная проблема возникает и при использовании антенных решеток, используемых как для регистрации эхосигналов в режиме двойного сканирования [4], так и при работе в классическом режиме фазированной антенной решетки [5] (ФАР-дефектоскоп).

Андрей Евгеньевич Базулин, старший научный сотрудник ООО "НПЦ "ЭХО+", Москва. Тел. +7 (495) 780-92-48. E-mail: bazulin@echoplus.ru

Евгений Геннадиевич Базулин, канд. физ.-мат. наук, начальник научно-методического отдела ООО "НПЦ "ЭХО+", Москва. Тел. +7 (495) 780-92-48. E-mail: bazulin@echoplus.ru

В практике у.з. контроля наличие валика усиления сварного соединения, конструкционные особенности поверхности объекта контроля могут значительно уменьшить эффективность контроля из-за невозможности обеспечить надежный акустический контакт. Следует отметить, что в методе C-SAFT, широко использующемся при восстановлении изображения не-сплошностей [9], достаточно просто учесть неровную форму поверхности, поэтому основной проблемой при решении данных задач является получение оперативной информации о профиле поверхности.

Для решения этой проблемы в [3] предложена система со специальным профилометром, информация с которого автоматически учитывается при расчете законов фокусировки как при использовании антенных решеток, так и антенных матриц. Такой подход позволил проводить контроль сварных соединений через валик усиления и с неровных поверхностей объекта контроля. Следует отметить, что все ФАР -дефектоскопы имеют настройки, позволяющие учитывать радиусы кривизны поверхности, с которых проводят контроль притертыми призмами. В [7] для получения качественного изображения при контроле с кривой поверхности известной геометрии изготовлена специальная призма, форма основания которой учтена при расчете законов фокусировки ФАР-дефектоскопа.

В [8] для одноэлементного преобразователя предложено использовать в качестве иммерсионной среды эластичный кремнийорганический полимер (акваполимер) с характеристическим импедансом, близким к воде, и получать сфокусированные изображения в два этапа. На первом этапе восстанавливали форму поверхности объекта контроля по измеренным эхо-сигналам, а на втором — ее учитывали в алгоритме восстановления изображения отражателей методом SAFT по этим же эхосигналам. Такой подход можно применить и для разработки технологии контроля объектов с неровной поверхностью с использованием антенных решеток, так как он практически не требует доработки аппаратной части ни электронной части дефектоскопа, ни сканирующего устройства, ни разработки специальных антенных решеток.

2. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ ОТРАЖАТАЛЕЙ МЕТОДОМ ЦФА

2.1. Два этапа восстановления изображения

Для восстановления изображения отражателей по эхосигналам, измеренным в режиме двойного сканирования, часто используют метод C-SAFT [9, 2, 4], который можно модернизировать для учета неровной поверхности объекта контроля. В [10] восстановление изображения отражателей методом C-SAFT по эхосигналам, измеренным в режиме двойного сканирования, предложено называть цифровой фокусировкой антенной решеткой (ЦФА). На первом этапе (полагая, что скорость звука в объекте контроля такая же, как и в акваполимере) по измеренным эхосигналам восстанавливали изображение поверхности е(г, х), по которому оценивали форму профиля поверхности к(х). На втором этапе методом C-SAFT можно провести расчет времен задержек распространения эхо-сигналов с учетом профиля поверхности к(х) и восстановить изображение отражателей е(г, х) по тем же эхосигналам. Такой подход не требует изменения аппаратных средств ЦФА-дефектоскопа.

2.2. Алгоритм восстановления формы поверхности объекта контроля

Для определения профиля поверхности был разработан алгоритм обработки изображения поверхности образца, который заключается в выполнении следующих операций.

1. Восстановление комплексного изображения поверхности е (г, х) в предположении, что объект контроля имеет такие же акустические свойства, что и акваполимер.

2. Суммирование модуля изображения е(г, х) вдоль оси г и выделение по уровню 0,1 от максимума области (х[ей, г^), в которой будет определен профиль поверхности. Комплексное сопряженное изображение в точке максимума х (то есть столбец матрицы е) полагается базовым сигналом е (г, х ).

шах 4 ^ г ц/ ' шах7

3. Нахождение функции корреляции всех столбцов матрицы е^ (г, х) с базовым сигналом е (г, хшах) и определение координаты ее максимума г(х).

4. Корректировка профиля г(х) для его привязки к изображению поверхности.

5. Аппроксимация функции г(х) полиномом третьей степени р3(г(х), х) и удаление из функции г(х) точек-выбросов, которые удовлетворяют условию |г(х) - р3(г(х), х)| > 0,1.

6. Нахождение по новой функции гсогг(х) ее аппроксимации полиномом четвертой степени р4(гсогг(х), х), который и будет описывать форму поверхности к(х).

7. Запись профиля поверхности, определенного для всех положений хп антенной решетки, в файл в виде строк (х , р (г (х), х)) для учета в алгоритме С^АБТ.

3. МОДЕЛЬНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ

3.1. Тест-образец с имитацией валика усиления и предваликовой

впадины

Для проведения испытаний использовали тест-образец толщиной 38 мм с неровным профилем поверхности, имитирующим валик усиления и пред-валиковую впадину (рис. 1). В образце просверлены сквозные боковые отверстия (1—4) диаметром 2 мм.

Рис. 1. Тест-образец с неровной поверхностью с четырьмя боковыми отверстиями диаметром 2 мм. Положения центра антенной решетки отмечены стрелками желтого цвета с цифрами.

Для измерения эхосигналов и сканирования антенной решеткой PE-5.0M32E0.8P (5 МГц, 32 элемента, размер элемента 0,8 мм) применили ЦФА-дефектоскоп АВГУР-АРТ, разработанный в научно-производственном центре "ЭХО+". Изготовлен специальный прижим, обеспечивающий контакт антенной решетки с акваполимером, выполняющим функцию иммерсионной среды (рис. 2). Измерения проводили для пяти положений антенной решетки с шагом 3 мм, центр которой соответствует стрелкам желтого цвета (см. рис. 1). Акустический контакт между антенной решеткой и акваполи-мером, между акваполимером и образцом обеспечивали за счет контактного слоя из глицерина.

Рис. 2. Тест-образец, система сканирования, прижим для антенной решетки и акваполимера.

На рис. 3 показан результат определения профиля поверхности с помощью предложенного алгоритма для четвертого положения х4 антенной решетки: черной сплошной линией — функция z(x); черной пунктирной линией — ее аппроксимацияр3(г(х), х); красной сплошной линией — ^согг(х) после удаления выбросов; определенный профиль к(х) = (х4, р4(гсогг(х), х)) — красной линией.

Определение формы поверхности (слой 4, порядок полинома 3) ■ 0,2

■ 0,4 0,6

■ 0,8 -1

-1,2 -1,4 -1,6

/4'

1/ \ к

/ / 1 \ 11 1

\ ]у

и 1

40 45 50 55 60 65 70 75

х, мм

Рис. 3. Определение профиля поверхности к(х) для четвертого положения х4.

На рис. 4 показан профиль к0(х) поверхности образца, измеренный про-филометром (линия черного цвета), и профили поверхности к(х), определенные по рассмотренному выше алгоритму, для четырех положений {х2, х3, х4, х5} антенной решетки. Видно, что в каждом положении у

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком