SISTEMI D ISPEZIONE AUTOMATICI PER I CONTROLLI NON DISTRUTTIVI SVILUPPATI DA ENEA

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1 SISTEMI D ISPEZIONE AUTOMATICI PER I CONTROLLI NON DISTRUTTIVI SVILUPPATI DA ENEA A. Tatì, P. Varone ENEA DIPARTIMENTO TECNOLOGIE FISICHE AVANZATE E NUOVI MATERIALI Sezione MATQUAL CR CASACCIA Sommario A. Tatì: tel , fax , angelo.tati@enea.it La sezione Qualificazione dei Materiali e Componenti, effettua ricerche applicate e sviluppo di tecnologie, offre servizi tecnico scientifici, promuove il trasferimento di tecnologie e la diffusione dell innovazione. Gli obiettivi principali sono: - Sviluppare nuove tecnologie di processo, realizzare nuovi prodotti avanzati, qualificare processi e prodotti esistenti; - Dare una base più avanzata di competenze tecnologiche al sistema delle imprese, sia attraverso un complesso di servizi tecnologici mirati alla qualificazione e certificazione di processi e prodotti, sia con il trasferimento di nuove tecnologie e con la diffusione dell innovazione alle attività produttive, con particolare riferimento alle piccole e medie imprese. In particolare le attività relative alla Diagnostica Avanzata sono finalizzate a fornire servizi scientifici e tecnologici per la diffusione dei metodi di controllo non distruttivo (CND) nei settori civili ed industriali in cui siano coinvolti aspetti di sicurezza, per l'uomo e per l'ambiente e di garanzia della qualità del prodotto. Inoltre si risponde alle richieste di miglioramento del livello di qualità della produzione attraverso lo sviluppo di sistemi per la diagnosi difettologica, basati sia su metodi tradizionali che innovativi, aventi caratteristiche di elevata affidabilità. Tali sistemi vengono utilizzati nella messa a punto dei processi di produzione, nei controlli di qualità del prodotto e per l'ispezione in servizio di componenti di impianto. Introduzione Tutti i metodi non distruttivi sono supportati da sistemi automatici d ispezione che integrano e aiutano il personale ad ottenere dei risultati più sicuri e affidabili. Con l avanzare della tecnologia sono disponibili sul mercato nuovi strumenti hardware e software che rendono più semplice ed efficace l integrazione dei sistemi automatici nel campo dei CND in particolare : controllo movimentazione, acquisizione segnali ed immagini elaborazione dati

2 Il sistema messo a punto consente il controllo automatico di provini : cilindrici: tubi, dischi Campioni saldati Palette di turbina aeronautica Piastre saldate Materiali diversi: ceramici, metallici, compositi. Il sistema è costituito dai seguenti elementi: Computer Desktop NI PCI-GPIB NI 7344 PCI NI 5112 PCI NI 1402 PCI Oscilloscopio Tektronics TDS 3032B NI MID7604 Stepper Motor Driver + 4 canali ADC Strumento ultrasonoro Karl Deutsch Digital Echograph Strumento ELOTEST B300 Rohmann Eddy current test system Movimentazione MICOS stepper motor con encoder XYZ + rotazione su Z Ambiente di sviluppo Labview 6.1 Vasca in plexiglas 30x30x30 cm Fig. 1 Sistema Ispezione per il controllo Eddy Current di provini cilindrici.

3 Personal computer NI PCI-GPIB NI 7344 PCI NI 5112 PCI NI 1402 PCI Gpib Strumento E.C. ADC NI MID7604 Oscilloscopio Encoder Motore Limiti CCD Movimentatore MICOS 4 gradi libertà Strumento UT Campione Fig. 2 Schema funzionale Fig. 3 Programma in LABVIEW di gestione sistema CND E.C.

4 Fig. 4 Sistema Ispezione automatico per il controllo Ultrasonoro ad immersione. Fig. 5. modulo di acquisizione segnale ultrasonoro RF e movimentazione.

5 Programmi in Labview per il controllo UT Sono stati sviluppati tre programmi per la gestione delle diverse interfacce presenti nel computer e per l elaborazione dei dati: 1. Acquisizione UT 2. Elaborazione UT 3. Acquisizione ed elaborazione E.C. Descrizione del programma Il programma in Labview acquisisce il segnale in radiofrequenza (RF) proveniente dallo strumento UT attraverso l oscilloscopio e controlla un sistema di movimentazione a più assi ( due assi alla volta ) di modo che si può associare il segnale RF con la posizione spaziale. Si genera quindi una matrice tridimensionale: ( X=asse 1, Y=asse 2, Z=segnale RF ) dalla quale si ottengono tramite il programma d elaborazione delle mappe in falsi colori ( presentazioni C-B scan ) che ci danno informazioni sull integrità del campione in esame. Le onde UT sono generate tramite lo strumento che eccita un trasduttore per mezzo di un impulso elettrico d alcune centinaia di Volt. Il trasduttore trasforma l energia elettrica in un fascio d onde meccaniche che si propagano ad una determinata frequenza ( per es. 10 MHz ) nel componente in esame tramite un accoppiante ( acqua, gel ). Il fascio d onde incide normalmente all interfaccia tra due mezzi A e B aventi differente impedenza acustica, una parte di questo è riflessa e la parte restante trasmessa. La parte del fascio che è riflessa prende nome d eco riflesso. La tecnica utilizzata con questi sistemi automatici è la tecnica per riflessione. T/R T R Tecnica per riflessione Tecnica per trasmissione L onda UT trasmessa dal trasduttore si propaga fino alla superficie di fondo dove avviene la riflessione quasi totale, l onda UT viene ricevuta dal trasduttore che la trasforma in un segnale elettrico di alcuni millivolt e che viene elaborato dallo strumento. In presenza di

6 una discontinuità lungo il percorso del fascio US si ottiene una riflessione da questa, di entità dipendente dalle sue dimensioni, orientamento e natura. Il diagramma che presenta l ampiezza degli echi in funzione del tempo si chiama oscillogramma oppure A-Scan di solito viene mostrato sull oscilloscopio o direttamente sullo strumento US. Poiché gli US si propagano a velocità costante, le distanze degli echi letti sull oscillogramma sono proporzionali alle distanze reali e quindi, dopo opportuna taratura della linea della base dei tempi, si rivela direttamente la profondità a cui le discontinuità sono situate. Programma di elaborazione dati UT Le misure US possono essere rappresentate da una matrice in 3 dimensioni dove la Z rappresenta il percorso che le onde US compiono nel materiale. La matrice non è altro che una rappresentazione volumetrica del campione attraversato dagli ultrasuoni molto simile alla tomografia assiale computerizzata. X Y Z=T Il programma in Labview è fornito di librerie per eseguire operazioni sulle matrici che semplificano il trattamento dei dati. Queste funzioni permettono di elaborare i segnali in modo che è possibile esaminare il volume in qualsiasi sezione e direzione integrando nella mappa finale più sezioni alla volta si parla quindi di una finestra che può essere temporale o spaziale.

7 Metodi di rappresentazione del Segnale UT Nella finestra appaiano diversi grafici e mappe che danno diverse indicazioni. C-SCAN A-SCAN B-SCAN Rappresentazione A-Scan : E il sistema di rappresentazione dell ecogramma più diffuso. Il riflettore viene rappresentato sul grafico da un picco, chiamato solitamente eco, la cui distanza dallo zero della scala sull asse dei tempi è proporzionale al percorso che il fascio effettua prima di incidere sul riflettore stesso e quindi alla profondità del riflettore rispetto alla superficie di controllo. L altezza di tale picco invece, è proporzionale all intensità riflessa dal riflettore I D F Interfaccia Difetto Fondo Rappresentazione B-Scan Questo tipo di presentazione permette di visualizzare l indicazione come la si può lungo una sezione trasversale del pezzo in esame. E quindi possibile stabilire con una certa precisione una delle due dimensioni del riflettore e la sua posizione in profondità.

8 Interfaccia I Difetto D F Fondo Rappresentazione C-Scan Questo tipo di rappresentazione viene impiegato particolarmente negli esami con ultrasuoni che vengono eseguiti con sistemi automatici. La discontinuità o riflettore vengono visti sullo schermo e sul sistema computerizzato x y y I D F Sotto viene illustrato il diagramma a blocchi del programma per le misure ultrasonore x Programma in Labview per il controllo E.C. Il Controllo non distruttivo con il metodo delle correnti indotte consiste in un campo magnetico variabile, generato da una bobina alimentata da una corrente alternata che produce in un materiale elettricamente conduttore delle Correnti indotte ( Eddy Current E.C. ). In presenza di una discontinuità superficiale, o poco al di sotto della superficie, il percorso delle Correnti indotte viene modificato e con esso il valore dell impedenza della bobina che le ha generate. Misurando le variazioni di corrente nel circuito che alimenta la bobina o le variazioni dell ampiezza e dell angolo di fase relative al vettore dell impedenza, è possibile individuare la presenza di discontinuità nei materiali conduttori. Il programma in Labview è molto più semplice perché le grandezze da acquisire dallo strumento E.C. sono solo i due valori X, Y del piano di impedenza. Il valore più significativo è l ordinata in quanto le variazioni dovute a eventuali difetti viene calibrato

9 solo sull ordinata. Il programma è simile a quello per gli ultrasuoni ma risulta più semplice il trattamento dei dati sia in acquisizione che in elaborazione. Il risultato finale è una mappa in falsi colori che ha come coordinate gli assi di scansione e come colore l ampiezza del segnale Y. Profilo Y Profilo X Piano d impedenza Mappa