Jesteś tutaj: Home >> Projekty B&R >> Projekty badawczo-rozwojowe >> Pomiar zgrzewów punktowych przy pomocy ręcznego skanera

Pomiar zgrzewów punktowych przy pomocy ręcznego skanera

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                                                        Rys. 3

 
           1                                                  2                    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