Método de reflexión de impulsos mediante sistema de transductores y compensación de temperatura.

Procedimiento para el examen por ultrasonido no destructivo, donde se emite al menos un impulso ultrasónico mediante al menos un emisor de ultrasonidos

(3) a una pieza de ensayo y se refleja el impulso ultrasónico en las superficies de separación de la pieza de trabajo; el ultrasonido reflejado es recibido mediante al menos un receptor de ultrasonidos (2) y las señales correspondientes se valoran y, de este modo, el ultrasonido penetra en un cuerpo de acoplamiento (4) dispuesto entre la pieza de trabajo y el emisor o receptor, donde el procedimiento comprende al menos un paso para determinar la velocidad del sonido en el cuerpo de acoplamiento (4) mediante un sistema de transductores (1) con transductores (2, 3) controlados selectivamente, en el que respectivamente al menos un primer transductor (3) del sistema de transductores (1) actúa en calidad de emisor de, al menos, un impulso ultrasónico y, al menos, un segundo transductor (2) del sistema de transductores (1) actúa en calidad de receptor del impulso ultrasónico y se calcula la velocidad del sonido en el cuerpo de acoplamiento (4) al menos mediante medición de tiempo del ultrasonido a lo largo de la trayectoria más corta (e1, e2) del ultrasonido entre dichos transductores (2, 3) distanciados, y donde la velocidad del sonido en el cuerpo de acoplamiento (4), determinada en el paso para determinar la velocidad del sonido, se utiliza en la valoración de las señales del examen por ultrasonido de la pieza de trabajo y donde, en el paso para determinar la velocidad del sonido, se emplean los transductores (2, 3) del sistema de transductores (1) que estén espacialmente los más alejados posible el uno del otro.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2009/061581.

Solicitante: GE SENSING & INSPECTION TECHNOLOGIES GMBH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: ROBERT-BOSCH-STR. 3 50354 HÜRTH ALEMANIA.

Inventor/es: KLEINERT,Wolf-Dietrich, OBERDOERFER,YORK, BERKE,MICHAEL, POIRIER,JEROME, SCHIEKE,SASCHA.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION... > Investigación o análisis de materiales por el empleo... > G01N29/24 (Sondas)
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION... > Investigación o análisis de materiales por el empleo... > G01N29/07 (mediante la medida de la velocidad de propagación o del tiempo de propagación de ondas acústicas)
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION... > Investigación o análisis de materiales por el empleo... > G01N29/22 (Detalles)
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION... > Investigación o análisis de materiales por el empleo... > G01N29/26 (Disposiciones para la orientación o el barrido)
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION... > Investigación o análisis de materiales por el empleo... > G01N29/32 (Disposiciones para la supresión de influencias indeseadas, p. ej. variaciones de temperatura o presión)

PDF original: ES-2534578_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Método de reflexión de impulsos mediante sistema de transductores y compensación de temperatura.

La invención se refiere a un método de reflexión de impulsos para el ensayo de materiales por

ultrasonido. Se trata de un procedimiento acústico para hallar defectos de material, para el cual se utilizan los ultrasonidos. El control por ultrasonido forma parte de los métodos de ensayo no destructivos. Por ello pueden comprobarse los componentes también en estado montado, p. ej., los elementos de soporte de un avión. El control por ultrasonido es un procedimiento de ensayo adecuado para materiales capaces de conducir el sonido (entre ellos se encuentran la mayoría de los metales) para descubrir defectos intemos y extemos, p. ej., en soldaduras, fo~aduras, fundiciones, piezas brutas o tubos. En la ingeniería mecánica, el control de calidad de los componentes es una tarea importante para garantizar, por ejemplo, la seguridad de las instalaciones para el transporte de viajeros o de tuberías, por ejemplo para materiales peligrosos. Los raíles del ferrocarril se comprueban de forma rutinaria mediante trenes de prueba. Con ello se pretende aumentar la fiabilidad y precisión de este procedimiento.

Como todos los procedimientos de ensayo, el control por ultrasonido también está normalizado y se lleva a cabo conforme a las directivas, por ejemplo, conforme a la norma DIN EN 10228-3 1998-07 sobre ensayos no destructivos de piezas fo~adas de acero -parte 3: ensayo por ultrasonido de piezas fo~adas en acero ferrítico o marlensítico que se incorpora aquí mediante referencia. Para este control no destructivo de una pieza de trabajo mediante ultrasonido, se conocen dispositivos de ensayo y procedimientos adecuados. Generalmente se remite al li bro técnico de J. y H. Krautkramer, WerkstoffprOfung mil U/traschall, ISBN-13: 978-3-540-15754-0, 5. Edición (1986) , Springer (Berlín) . En general, estos procedimientos se basan en la reflexión del sonido en las superficies de separaciórJ. Como fuente de sonido se utiliza generalmente un transductor de ultrasonido o cabeza de prueba, cuya radiación se encuentra en la gama de frecuencias entre 10kHz Y 100 MHz. En el método de reflexión de 25 impulsos, el transductor de ultrasonido no emite una radiación continua, sino un breve impulso acústico cuya duración es 1 jJs o inferior. El impulso emitido por el transmisor recorre, con la respectiva velocidad del sonido, la pieza de ensayo y se refleja casi completamente en la superficie de separación cuerpo sólido-aire. El transductor generalmente no solo puede emitir impulsos, sino también convertir los impulsos entrantes en señales de medición eléctricas, de modo que funciona también como receptor. El tiempo que necesita el impulso acústico para ir desde el transmisor a través de la pieza de trabajo y volver, se mide con un osciloscopio o una unidad de medición como unidad de evaluación. En caso de conocer la velocidad del sonido c en el material, de este modo se puede controlar, por ejemplo, el grosor de una pieza de trabajo. El núcleo de una cabeza de prueba de este lipo es al menos un transductor de ultrasonido en forma de, por ejemplo, un elemento piezoeléctrico. También se conoce, por ejemplo, del documento WO 2007f144271 , el hecho de usar un sistema de transductores ron var ios transductores de ultrasonido, accionados por separado, que se encuentran en una relación de disposición fija para generar y recibir los impulsos ultrasónicos.

El o los transductores se acoplan a la pieza de ensayo generalmente mediante interposición de una capa de adaptación conocida también como cuerpo de acoplamiento, por ejemplo cuneiforme, y por lo general hechos de un material termoplástico como polimetilmetacrilato (PMMA) . En el cuerpo de acoplamiento existe una superficie de acoplamiento, a traves de la cual el sOllido producido por el o los transductores de ultrasonido puede acoplarse a la pieza de ensayo, donde la forma de cuña provoca una entrada de sonido oblicua en la pieza de trabajo. El cuerpo de acoplamiento y el o los elementos piezoeléctricos están dispuestos generalmente en una carcasa , que está cerrada por uno de sus lados y presenta en su otra parte una abertura de 45 acoplamiento, por la cual puede salir el ultrasonido radiado por la superficie de acoplamiento de sonido [0004] Para el acoplamiento entre pieza de trabajo y cabeza de prueba, es decir, el cuerpo de acoplamiento, sobre la superficie de pieza de ensayo se aplica un medio de acoplamiento (p. ej., engrudo (soluciÓn) , gel, agua o aceite) . Por lo general, la superficie de ensayo se explora con la cabeza de prueba. Esto puede llevarse a cabo, por ejemplo, de forma manual, mecánica o automática (dentro de cadenas de fabricaciÓn) . En el último caso, la pieza de ensayo a menudo se sumerge en un líquido apropiado para el propósito de la transmisión de la señal del sonido (ensayo por inmersión) o se humedece definidamente.

La velocidad del sonido es una de las principales variables, mediante las cuales se determina la 55 localización exacta de defectos en una pieza de trabajo yfo sus dimensiones. La velocidad del sonido se da por supuesta en la mayoría de procedimientos por ultrasonido.

Sin embargo, se ha demostrado que la velocidad del sonido del material termoplástioo empleado para el cuerpo de acoplamiento depende en gran parte de la temperatura, al menos en comparación con las piezas de ensayo, generalmente metálicas. Este problema ya se conoce del documento DE 3327526 A1 . En este se determina el tiempo de ejecución en la compensación de temperatura en una cabeza de prueba transmisorreceptor mediante un reflector de prueba provisto en el cuerpo de acoplamiento y, con ello, la velocidad del sonido dependiente de la temperatura con el fin de compensar las variaciones de tiempo.

Una modificación de la velocidad del sonido en el cuerpo de acoplamiento debido a una variación de temperatura puede conllevar, por ejemplo, en un cuerpo de acoplamiento cuneiforme, la modificación del ángulo de sonorización de la pieza de trabajo, por ejemplo, con respecto a la información del cuerpo de acoplamiento Incluso en un ajuste electrónico del ángulo de sonorización, p ej., mediante un sistema de transductores, puede ocasionar errores.

Del documento DE 3441894 A1 se conoce también el hecho de calcular las velocidades del sonido en una pieza de trabajo mediante el eco de la superficie limite [0009] A partir del documento DE 101 12583 A1 se conoce un procedimiento de compensación de temperatura en un sensor de densidad ultrasónico. En este, la determinación de la velocidad del sonido se utiliza en un cuerpo de acoplamiento para compensar la dependencia de la temperatura en los ensayos por ultrasonido [0010] En estas circunstancias, los inventores de la presente invención se han propuesto la tarea de crear un método de reflexión de impulsos mejorado, en el que la dependencia de la temperatura de la velocidad del sonido se mida en comparación de forma sencilla y precisa en el cuerpo de acoplamiento y, dado el caso, en la evaluación del ensayo por ultrasonido. Este objeto se consigue mediante un procedimiento según la reivindicación 1. Las configuraciones ventajosas son objeto de las reivindicaciones dependientes.

En el procedimiento de ensayo por ultrasonido no destructivo se emite al menos un impulso ultrasÓflico a través de un emisor ultrasónico a una pieza de ensayo. La invención no está limitada con respecto a la pieza de trabajo, generalmente consta de un material que conduce el sonido. El impulso ultrasónico se refleja en las superficies límite, por ejemplo en su parte posterior, y en las discontinuidades de la pieza de trabajo. Los ultrasonidos reflejados se reciben mediante al menos un receptor de ultrasonidos y se analizan las señales correspondientes.... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para el examen por ultrasonido no destructivo, donde se emite al menos un impulso ultrasónico mediante al menos un emisor de ultrasonidos (3) a una pieza de ensayo y se refleja el impulso ultrasónico en las superficies de separación de la pieza de trabajo; el ultrasonido reflejado es recibido mediante al menos un receptor de ultrasonidos (2) y las señales correspondientes se valoran y, de este modo, el ultrasonido penetra en un cuerpo de acoplamiento (4) dispuesto entre la pieza de trabajo y el emisor o receptor, donde el procedimiento comprende al menos un paso para determinar la velocidad del sonido en el cuerpo de acoplamiento (4) mediante un sistema de transductOfes (1) con transductores (2, 3) controlados selectivamente, en el que respectivamente al menos un primer transductor (3) del sistema de transductores (1) actúa en calidad de emisor de, al menos, un impulso ultrasónico y, al menos, un segundo transductor (2) del sistema de transductores (1) actúa en calidad de receptor del impulso ultrasónico y se calcula la velocidad del sonido en el cuerpo de acoplamiento (4) al menos mediante medición de tiempo del ultrasonido a lo largo de la trayectoria más corla (e1 , e2) del ultrasonido entre dichos transductores (2, 3) distanciados, y donde la velocidad del sonido en el cuerpo de acoplamiento (4) , determinada en el paso para determinar la velocidad

del sonido, se utiliza en la valoración de las señales del examen por ultrasonido de la pieza de trabajo y donde, en el paso para determinar la velocidad del sonido, se emplean los transductores (2, 3) del sistema de transductores (1 ) que estén espacialmente los más alejados posible el uno del otro.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque en el paso de determinación de la velocidad del sonido en el cuerpo de acoplamiento (4) se calcula la velocidad del sonido mediante al menos un eco de la superficie límite (e1 , e2) del cuerpo de acoplamiento (4)

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la trayectoria del sonido más corta (e1 , e2) se calcula de forma geométrica o mediante simulación numérica.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el cuerpo de acoplamiento (4) es cuneiforme o presenta dos superficies planas y paralelas

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el cuerpo de acoplamiento (4) está formado por un material lermopláslico, preferentemente por un copolimero de poliestireno reticulado

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en el paso de determinación de la velocidad del sonido en el cuerpo de acoplamiento (4) , este se encuentra desacoplado.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el procedimiento comprende al menos otro paso, en el que se determina el tiempo de ejecución del eco de la superficie limite de la superficie de acoplamiento (5) del cuerpo de acoplamiento (4) , contigua o que limita con la pieza de trabajo para, al menos, uno de los transductores (2, 3) del sistema de transductores (1) que actúa como emisor y receptor

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el sistema de transductores (1 ) comprende al menos un emisor de ultrasonido (2, 3) que emite, al menos, un impulso ultrasónico en la pieza de ensayo para el examen por ultrasonido no destructivo y, al menos, un receptor de

ultrasonido (2, 3) que recibe los impulsos ultrasónicos

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el sistema de transductores (1 ) comprende más de dos transductores (2, 3) controlados selectivamente.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en el paso de determinación de la velocidad del sonido tiene lugar la valoración mediante una activación de un tope de impulso del eco de impulso recibido.