Дефектоскоп УД4-76 – ультразвуковая лаборатория в габаритах ручного дефектоскопа. - Промприлад

Дефектоскоп УД4-76 – ультразвуковая лаборатория в габаритах ручного дефектоскопа.

Анализируя тенденции развития аппаратуры НК и отзывы наших потребителей, специалисты фирмы "ПРОМПРЫЛАД" пришли к выводу о необходимости разработки нового ультразвукового дефектоскопа, обладающего расширенной функциональностью. Основным дополнением стали функции томографа – съем Б-Сканов с привязкой к пути сканирования, построение и работа с ортогональными видами Б-Сканов. Эти возможности позволят дефектоскописту в реальном времени получать информацию о размерах и распределении дефектов в объекте контроля. Больше не потребуется проводить в уме расчеты и рисовать дефектограммы. Взаимное расположение обнаруженных дефектов будет наглядно отображено на ортогональных видах Б-Скана. Проведение измерений по радиочастотным Б-Сканам даст возможность получить информацию не только об условных, но и истинных (в случае применения TOFD методик) размерах дефектов. В дефектоскопе предусмотрена возможность удобного построения карт коррозии. Добавлены инструменты для работы со спектром сигнала и многие другие функции.

Обилие функций может создать впечатление, что дефектоскоп сложен в освоении. Однако, это не так. Разработчиками был принят комплекс мер, упрощающий работу с дефектоскопом. Во-первых, это продуманная структура древовидных меню, в которой все настройки прибора сгруппированы в интуитивно понятном порядке. Кроме того, имеется два режима меню – «Пользователь» и «Эксперт». В первом режиме в меню представлены только базовые настройки прибора, тогда как во втором – доступен полный спектр функций дефектоскопа-томографа.

Для удобства читателя описание возможностей прибора построено следующим образом: сначала приведен список функций и технических характеристик дефектоскопа, а затем дано подробное описание наиболее интересных из них.

Полоса пропускания приемного тракта, МГц	0,2 ÷ 20
Номинальные значения центральных частот полосовых фильтров, МГц	0,4; 1,25; 1,8; 2,5; 5; 10; 15
Номинальных значения частот повторения зондирующих импульсов, Гц / дискретность установки, Гц	30 ÷ 1000 / 1; 10; 100
Амплитуда зондирующего импульса генератора в режиме максимальной амплитуды / в режиме минимальной амплитуды, В	не менее 200 / 20
Диапазон регулировки коэффициента усиления приёмного тракта, дБ / дискретность установки, дБ	0 ÷ 100 / 0,1; 0,5; 1; 10
Динамический диапазон сигналов наблюдаемых на экране, дБ	не менее 20
Диапазон контроля наличия дефектов по стали, мм / дискретность установки, мм	1 ÷ 10 000 / 1; 10; 100
Диапазон измерения глубины залегания дефектов по стали, мм	0,5 ÷ 10 000
Диапазон измерений эквивалентного диаметра дефекта, мм	0,8 ÷ 20
Диапазон установки скорости распространения УЗК, м/с / дискретность установки, м/с	1 000 ÷ 15 000 / 1; 10; 100; 1000
Диапазон установки угла ввода УЗК пьезоэлектрического преобразователя (ПЭП) / дискретность установки	от 0 до 90 / 0,1; 1,0; 10,0
Диапазон установки задержки развертки относительно импульса возбуждения, мм / дискретность установки, мм	от 0 до 10 000 / 1; 10; 100; 1000
Диапазон установки длительности задержки измерительного строба, мм / дискретность установки, мм	от 1 до 10 000 / 1; 10; 100; 1000
Диапазон установки порога АСД (высоты уровней измерительного строба):
- браковочный уровень (красный уровень строба), дБ / дискретность установки, дБ	минус 34 – плюс 6 дБ / 0,1; 1 10
- контрольный уровень (синий уровень строба) , дБ / дискретность установки, дБ	минус 34 – плюс 6 дБ, / 0,1; 1; 10
- поисковый уровень (зеленый уровень строба) , дБ / дискретность установки, дБ;	минус 34 – плюс 6 дБ, / 0,1; 1; 10
Диапазон установки линейной компенсированной отсечки / дискретность установки	от 0 до 80 % высоты экрана / 1 %.
Количество запоминаемых программ настройки дефектоскопа	не менее 100
Количество запоминаемых изображений развертки (А-Скан изображений)	не менее 100
Количество запоминаемых измеренных значений глубины (координат)	не менее 150 000
Количество запоминаемых томограмм (Б-Скан изображений)	ограничено объемом встроенной карты памяти
Масса дефектоскопа с аккумуляторной батареей (без комплекта ПЭП, кабелей и футляра), кг	не более 3,5
Электрическое питание дефектоскопа	встроенная аккумуляторная батарея 12 В
	Сеть переменного тока 220В, 50 Гц
Емкость встроенной аккумуляторной батареи	4500 мА/час

Функциональные возможности дефектоскопа

работа с любыми типами пьезоэлектрических преобразователей.
измерение эквивалентных и условных размеров дефектов;
функция «толщиномер»;
развёртки типов A-скан, B-скан;
синхронизация: внутренняя, внешняя, от датчика пути;
контроль скорости сканирования;
различные формы детектирования: РЧ/ 2п.п./ +п.п./ –п.п.;
набор функций регулировки усиления, в том числе: АРУ, ВРЧ;
интерфейс автоматической калибровки параметров ПЭП и объекта контроля;
несколько режимов работы с АРД диаграммами;
два независимых трёхуровневых измерительных строба;
два дополнительных специальных строба;
возможность контроля акустического контакта;
система АСД по всем уровням стробов;
индикация АСД на ярких трёхцветных светодиодах;
усовершенствованный режим пиковой кривой;
режим наложения текущего сигнала на зафиксированный ранее (режим «стоп-кадр»);
построение спектра сигнала;
динамическое изменение характеристик генерирующего тракта в зависимости от включаемых частотных фильтров;
разметка экрана по отражениям сигнала в объекте контроля;
возможность использования специального программного интерфейса
возможность выбора структуры меню по двум схемам: «Пользователь»/ «Эксперт»;
возможность создания голосовых комментариев ко всем типам сохраняемых данных;
большой высококонтрастный TFT дисплей;
сохранение и вызов настроек контроля;
связь с ПЭВМ через USB порт.

Большой контрастный цветной дисплей высокого разрешения в комбинации с продуманными цветовыми схемами позволяет дефектоскописту одновременно воспринимать большое количество информации, не утомляясь. Рабочее пространство дисплея условно разделено на 3 основных части: рабочая область развертки, область меню дефектоскопа и информационная панель. При желании оператор может перейти в полноэкранный режим работы, в этом режиме область развертки занимает всю площадь дисплея (рис. 1).

Рис. 1. Внешний вид электронного блока УД4-76.

Управление дефектоскопом осуществляется при помощи ставших уже привычными для всех пользователей компьютеров древовидных меню. Для удобства дефектоскописта параметры настроек сгруппированы в подменю в соответствии с логикой прибора. Так, например, задержка в призме, угол ввода и стрела, являющиеся характеристиками датчика, настраиваются в меню «ПЭП», а скорость звука и толщина изделия расположены в меню «Объект контроля».

В условиях постоянного развития и усовершенствования аппаратной и программной составляющих современных дефектоскопов, возрастает их функциональность, а значит и сложность в эксплуатации прибора. Сложная архитектура рабочего меню дефектоскопа зачастую не дает возможности оперативно изменять текущие настройки - данная проблема разрешена в новейшей версии программного обеспечения дефектоскопа УД4-76, которая предусматривает выбор структуры меню в зависимости от сложности выполняемых настроек дефектоскопа. В дефектоскопе предусмотрено два типа структуры меню - «Пользователь» и «Эксперт» (рис. 2).

Рис. 2. Смена режимов Пользователь/Эксперт.

Наиболее важные параметры дефектоскопа и результаты измерений (до 5 параметров дефекта) постоянно отображаются в информационной панели. Также, создана возможность вывода наиболее информативного, с точки зрения пользователя, измеренного параметра дефекта в рабочей области развертки, что заметно облегчает работу пользователя (рис. 3 ).

Рис. 3. Результаты измерений на экране дефектоскопа

Для более подробного рассмотрения выводимого на дисплей изображения в приборе применены два независимых режима: режим «электронная лупа» и полноэкранный режим (рис. 4).

Рис. 4. Полноэкранный режим дисплея дефектоскопа.

В дефектоскопе-томографе УД4-76, наряду с простыми и всем привычными режимами настройки и работы, также представлены новые «экспресс-режимы», нацеленные на повышение точности измерений и уменьшение временных затрат при подготовке прибора к контролю. Одним из них является режим полуавтоматической калибровки параметров ПЭП и объекта контроля (рис. 5). Данный режим позволяет максимально упростить процесс предварительной настройки дефектоскопа при подключении нового ПЭП, либо калибровке используемого ПЭП.

Рис. 5. Полуавтоматическая калибровка параметров ПЭП.

Например, для полуавтоматической калибровки прямых ПЭП на произвольном образце достаточно задать толщину образца и, застробировав специальными измерительными стробами первый и второй донный эхосигналы, инициализировать измерение. Результатом измерения являются измеренные значения скорости ультразвука в образце и значение задержки в призме ПЭП (рис. 5). Далее полученные параметры можно сохранить, как текущие или провести измерение повторно.

Для наклонных ПЭП выбор значительно богаче:

есть возможность калибровать задержку в призме на СО-3,
угол ввода – на СО-2,
а скорость – по любому отражателю в объекте контроля – например по сигналу от торца.
С другой стороны, можно обойтись вообще без стандартных образцов, откалибровав все 3 величины по двум отражениям от торца объекта контроля – прямым и отраженным лучами.
И, наконец, можно откалибровать задержку в призме и скорость в объекте контроля по любым двум отражателям в объекте контроля, например его конструктивным особенностям.

В приборе реализована возможность калибровки прямых ПЭП, наклонных ПЭП и ПЭП поверхностной волны.

Особое внимание было уделено усовершенствованию акустического тракта дефектоскопа. Реализована возможность подключения как селективных узкополосных фильтров, соответствующих рабочим частотам, подключаемых ПЭП, так и широкополосного фильтра с полосой пропускания 0.2 – 20 МГц. Кроме того, в приборе используются алгоритмы динамического изменения характеристик генерирующего тракта в зависимости от включаемых частотных фильтров. И, наконец, в дополнение к обычной фильтрации была применена инновационная методика спектрально-временной обработки сигналов, что позволило существенно повысить отношение сигнал-шум при контроле (рис.6).

Рис. 6. Вид эхо-сигнала на дисплее дефектоскопа: а) при выключенном алгоритме динамического изменения характеристик генерирующего тракта; б) при включенном алгоритме.

Известно, что для корректного расчета АРД-диаграмм необходимо точно указывать частоту используемого ПЭП. Беря во внимание то, что каждый датчик имеет свою, индивидуальную рабочую частоту, для проведения корректных измерений в УД4-76 реализован встроенный спектрограф с возможностью точного измерения рабочей частоты датчика и отображения спектра сигнала на дисплее дефектоскопа (рис. 7).

Рис. 7. Отображение спектра сигнала и измерение частоты ПЭП.

Для передачи в ПЭВМ "Б-сканов", "А-сканов" и "Файлов" для создания отчетов по результатам контроля или баз данных в дефектоскопе предусмотрен встроенный USB порт. При необходимости в дефектоскоп из персонального компьютера могут быть введены пользователем программы настроек на конкретные виды контроля, что значительно сокращает время подготовки дефектоскопа к проведению контроля (рис. 8).

Рис. 8. Режим связи УД4-76 с ПЭВМ

В дефектоскопе реализована возможность использования специального программного интерфейса.Интерфейс используется при решении специализированных задач УЗК. При контроле различных однотипных деталей или в случае, когда детали имеют много зон контроля, возникает необходимость создавать много разных настроек дефектоскопа, для их вызова нужно помнить где они находятся, перед началом работы их необходимо перепроверять или перенастраивать. Это является трудоемкой задачей для оператора. В таких случаях обычно используют специализированные дефектоскопы, но их создание и внедрение влечет за собой большие затраты. Для решения этой проблемы в УД4-76 была создана система "СПЕЦ. МЕНЮ", позволяющая использовать настройки для контроля разнообразных деталей, и, в тоже время, прибор можно использовать как обычный универсальный дефектоскоп общего назначения.

Рис. 9. Специальный программный интерфейс в УД4-76

Необходимые типовые настройки и программный интерфейс "СПЕЦ. МЕНЮ" заносятся в дефектоскоп с ПЭВМ. Введенные настройки нельзя испортить (изменить) неопытному пользователю, но при этом есть возможность создавать рабочие настройки из типовых (базовых) и изменять их. Рабочие настройки создаются в обычной памяти дефектоскопа. Чувствительность контроля настраивается в режиме "Настройка" по эхо-сигналу от калибровочного отражателя.

Важнейшими параметрами достоверности механизированного контроля являются скорость сканирования и качество акустического контакта. Для отслеживания этих характеристик сканирования в УД4-76 имеются соответствующие контрольные системы, управляющие сигнальными светодиодами «Скорость сканирования» и «Акустический контакт».

Прибор, как следует из названия, принадлежит к IV группе дефектоскопов общего назначения. То есть имеет не только развертку типа А, но и полноценный Б-Скан с привязкой к пространственным координатам сканирующего ПЭП (рис.10).

Рис. 10. Снятия Б-Скана дефектоскопом УД4-76

Данные контроля могут быть представлены в виде Б-сканов – ортогональных видов объекта контроля – спереди, сверху и сбоку с обозначенными на них обнаруженными дефектами (рис 11).

Рис. 11. Б-Скан на дисплее дефектоскопа УД4-76

Использование Б-развертки в дефектоскопе УД4-76 заметно упрощает работу дефектоскописта, а соответственно производительность поиска дефектов многократно увеличивается. Регистрация B-разверток позволяет получить объективный документ контроля с полной информацией о проконтролированной детали.

Измерение параметров обнаруженных дефектов по снятым Б-сканам (их координат, условных и эквивалентных размеров, амплитуды и т. п.) позволяет сделать выводы о степени их опасности (рис. 12).

Рис. 12. Измерение параметров дефектов по Б-Скану

Для серийных преобразователей, поставляемых, с УД4-76 разработан комплект специализированных сканирующих устройств со встроенным датчиком пути (рис. 13) для фиксации истинной координаты перемещения ПЭП относительно объекта контроля.

Рис. 13. Сканирующее устройство для серийных ПЭП

Программное обеспечение дефектоскопа имеет гибкую структуру и может постоянно модернизироваться в соответствии с потребностями наших Заказчиков (рис. 14). Так, например, в ближайшем будущем мы планируем оснастить наш прибор системой SAFT – когерентной обработки сигналов, позволяющей значительно повысить соотношение сигнал / шум и приблизиться к выяснению истинных формы и размеров дефектов. Другой алгоритм, также направленный на решение задач дефектометрии, TOFD – основанный на измерении разностей времен прихода сигналов, отраженных и дифрагировавших на разных частях дефекта, также стоит на очереди для включения его в арсенал программного обеспечения прибора.