Sistema de ensayo por ultrasonidos.

Sistema de ensayo por ultrasonidos para someter a ensayo un objeto de ensayo con al menos una unidad deemisión (6,

8, 10) y una pluralidad de unidades de recepción (40):

- midiendo cada unidad de recepción (40) ópticamente la oscilación de la superficie del objeto de ensayo,

- estando previsto un láser de iluminación (20) cuya luz ilumina la superficie en un área de medición (30),- recibiendo la unidad de recepción (40) luz que incide desde el área de medición (30) en la unidad de recepción(40),

- estando respectivamente asociada a una unidad de recepción (40) un área de medición (30) de modo que launidad de recepción (40) recibe luz que incide en la unidad de recepción (40) desde el área de medición (30),

- irradiando un sistema de guía de luz (22, 24) la luz del láser (20) en una primera posición del sistema de guíade luz (22, 24) hacia una primera área de medición (30) y en una segunda posición del sistema de guía de luz(22, 24) hacia una segunda área de medición (30) y

- dividendo un sistema de guía de luz (22, 24) la luz del láser (20) e irradiándola hacia una área de medición (30)y hacia otra área de medición (30),

caracterizado porque

- está prevista una pluralidad de unidades de emisión (6, 8, 10) y

- porque cada unidad de emisión (6, 8, 10) genera un arco eléctrico(12) generando el arco (12) eléctrico en lasuperficie y/o en el objeto de ensayo una oscilación de ultrasonidos.

Sistema de ensayo por ultrasonidos La invención se refiere a un sistema de ensayo por ultrasonidos con al menos una unidad de emisión y al menos una unidad de recepción, un dispositivo de emisión para un sistema de ensayo por ultrasonidos para someter a ensayo un objeto de ensayo con al menos una unidad de emisión, un sistema de recepción para un sistema de ensayo por ultrasonidos para someter a ensayo un objeto de ensayo con un láser para iluminar al menos dos áreas de medición de la superficie del objeto de ensayo y con al menos unidades de recepción para la medición óptica de la oscilación de la superficie del objeto de ensayo así como un procedimiento para hacer funcionar un sistema de ensayo por ultrasonidos.

En el contexto del control de calidad de productos de acero y otros metales los métodos de ensayo por ultrasonidos y la tecnología de medición no destructivos dejan abierto un importante potencial de mejora de la calidad. En el ensayo por ultrasonidos se genera una onda de ultrasonidos en el cuerpo de ensayo y a partir del tiempo de ida y vuelta de la señal de sonido y eventualmente de las señales interferentes que aparecen en particular ecos de los defectos se pueden determinar espesor de pared y eventualmente defectos en el material o en la superficie del cuerpo de ensayo. Un ensayo online fiable de defectos internos y superficiales o la edición de espesores de pared durante el proceso de producción deriva en una gran ventaja económica. La información obtenida tempranamente sobre el estado del producto no sólo garantiza la calidad del producto terminado sino que permiten además de las medidas de orientación de la producción pudiéndose aumentar mucho la productividad y la calidad del postprocesamiento y elevar la seguridad del personal del proceso de producción.

En el caso de productos calientes o que se mueven a gran velocidad el ensayo convencional con cabezales de ensayo de ultrasonidos piezoeléctricos no resulta posible. Los procedimientos alternativos, por ejemplo, ultrasonidos por láser o transductor acústico-electromagnético (técnica de ensayo EMAT) o son muy caros o no tienen suficiente sensibilidad a las ondas ultrasonoras libres.

En el ensayo de materiales fríos, por ejemplo, el ensayo de chapa en bruto se realiza este ensayo tradicionalmente con muchos cabezales de ensayo piezoeléctricos con conexión a través de capa de agua. El coste en aparatos o de la electrónica es muy alto. Debido a, por ejemplo, manchas de aceite o grasa en la superficie u otro tipo de suciedad

o superficies irregulares la conexión se puede romper o modificarse, lo que deriva muy a menudo en indicaciones de fallos que no existen,

Los parámetros típicos de las chapas en bruto laminadas son:

Material: aceros al carbono de alta resistencia y poco aleados Espesor de la chapa: 5 mm - 60 mm, en particular incluso hasta 100 mm o 150 mm Ancho de la chapa: 1000 mm - 3000 mm Longitud de la chapa: 5000 mm - 36000 mm Temperatura de la chapa: aproximadamente 5ºC - 110ºC Combamiento de la chapa: aproximadamente 15 mm/lm - 50 mm/lm Velocidad de ensayo: máxima 1 m/s Propiedad superficial: en las condiciones de producción pueden aparecer muchos daños superficiales diferentes, por ejemplo, zonas rugosas, irregularidades de corrugado fino, manchas de aceite y grasa, zonas de óxido etc. pueden derivar en indicaciones erróneas, en particular, es hasta aproximadamente el 95% para el ensayo por ultrasonidos con la tecnología de ensayo piezoeléctrico.

Para el ensayo de materiales por ultrasonidos o la medición de espesores de pared por ultrasonidos de materiales metálicos se han utilizado recientemente para determinados problemas sistemas de emisión de ultrasonidos y de recepción ópticos por láser.

Por ultrasonidos mediante láser se entiende un procedimiento de medición o ensayo por ultrasonidos sin contacto caracterizado porque debido a la excitación por ultrasonidos mediante un pulso de láser corto mediante a la par que una comprobación óptica, por lo general, interferométrica, de la desviación de los ultrasonidos. Si un pulso láser de normalmente algunos pocos nanosegundos de duración incide sobre la superficie de material una parte de su energía se absorbe, el resto se transmite o se refleja. La energía absorbida se transforma en una gran parte en calor, una fracción menor sin embargo se libera como una onda de ultrasonidos.

Se distingue entre dos mecanismos de excitación diferentes: la excitación termoelástica y la excitación por transmisión del impulso. La excitación por ultrasonidos termoelástica se puede explicar completamente por la absorción local el calentamiento y la elongación térmica. Define la fuente de ultrasonidos en el caso de una intensidad del pulso láser baja. Si se aumenta la intensidad se produce un reventón de las capas que se adhieren, la evaporación del material y la formación de plasma. Este es el mecanismo de excitación de mayor importancia práctica quedando limitado el efecto de la superficie, en el caso de acero, a una capa del orden de los micrómetros. Las oscilaciones de ultrasonidos generadas por pulsos de láser se caracterizan por una estructura espacial y temporal complejas. En la excitación por transmisión de impulso se generan predominantemente pulsos longitudinales de un ancho de banda alto que se propagan perpendicularmente a la superficie y que se reflejan en la

pieza de forma conocida como una secuencia de ecos de pulsos. Las oscilaciones superficiales en la dirección normal se pueden medir entonces interferométricamente utilizando el efecto Doppler, como modulación en frecuencia o en fase. En otras palabras, las oscilaciones superficiales en la dirección normal derivan, debido al efecto Doppler, en una modulación de fase o frecuencia de la luz y se pueden transformar interferométricamente en una señal modulada en amplitud que se puede medir con un fotodetector.

Para verificar la desviación de ultrasonidos que normalmente está en el intervalo desde pocos Ångström hasta el orden de los nanómetros resulta adecuada una pluralidad de tipos de interferómetros diferentes. Sin embargo los efectos Speckle asociados inevitablemente con la radiación láser en superficies tecnológicas de tope reducen mucho la elección. Para superficies que se muevan rápidamente hasta ahora estaban disponibles interferómetros de tiempo de ida y vuelta al así como interferómetros Fabr y -Pérot. El interferómetro de tiempo de ida y vuelta es muy grande y en la práctica se puede utilizar difícilmente.

Este tipo de conversión de ultrasonidos ofrece las siguientes ventajas fundamentales con respecto a los muy extendidos convertidores de ultrasonidos piezoeléctricos:

- el ensayo o la medición de espesores de pared se puede realizar sin contacto

- no hace falta un medio de conexión

- el material que se mueva a gran velocidad se puede someter a ensayo

- se puede estudiar material caliente

- puesto que el sonido en la superficie del material aparece por sí mismo o la oscilación de la superficie se detecta los problemas de conexión que aparecen al utilizar convertidores de ultrasonidos piezoeléctrico convencionales se evitan.

Las desventajas fundamentales con respecto a los muy extendidos convertidores de ultrasonidos piezoeléctricos son:

- La tasa de repetición de emisión es baja y está, por ejemplo, por debajo de 100 Hz,

- la sensibilidad de los sistemas es menor que para convertidores de ultrasonidos piezoeléctricos

- el precio de un sistema de ensayo de un canal es muy alto.

El rendimiento de la conversión de la energía óptica en ultrasonidos es muy malo. Por eso la potencia, por ejemplo, 360 mJ por cada pulso de emisión, del láser de emisión para los sistemas conocidos tiene que ser muy grande o la tasa de repetición de pulsos es baja, por ejemplo, menor que 100 Hz, puesto que la potencia del láser existente se divide entre los pulsos de emisión generados. Al utilizar sistemas de ultrasonidos láser-láser se reciben por ello señales con una proporción señal-ruido mala para tasas de repetición bajas.

El documento EP 1679513 A2 describe un procedimiento y un sistema para medir un parámetro físico de una capa de un objeto de ensayo en el que dos pulsos de energía electromagnética se dirigen hacia la superficie del artículo y los impulsos de ultrasonidos así generados se evalúan para la medición del parámetro.

El objetivo de la invención es desarrollar una nueva tecnología de ensayo y medición que por un lado evite los problemas que aparecen para los procedimientos conocidos y por otro lado que se pueda producir de forma relativamente económica.

Este objetivo se consigue mediante... [Seguir leyendo]

1. Sistema de ensayo por ultrasonidos para someter a ensayo un objeto de ensayo con al menos una unidad de emisión (6, 8, 10) y una pluralidad de unidades de recepción (40) :

- midiendo cada unidad de recepción (40) ópticamente la oscilación de la superficie del objeto de ensayo, 5 - estando previsto un láser de iluminación (20) cuya luz ilumina la superficie en un área de medición (30) ,

- recibiendo la unidad de recepción (40) luz que incide desde el área de medición (30) en la unidad de recepción (40) ,

- estando respectivamente asociada a una unidad de recepción (40) un área de medición (30) de modo que la unidad de recepción (40) recibe luz que incide en la unidad de recepción (40) desde el área de medición (30) ,

- irradiando un sistema de guía de luz (22, 24) la luz del láser (20) en una primera posición del sistema de guía de luz (22, 24) hacia una primera área de medición (30) y en una segunda posición del sistema de guía de luz (22, 24) hacia una segunda área de medición (30) y

- dividendo un sistema de guía de luz (22, 24) la luz del láser (20) e irradiándola hacia una área de medición (30)

y hacia otra área de medición (30) , 15 caracterizado porque

- está prevista una pluralidad de unidades de emisión (6, 8, 10) y

-porque cada unidad de emisión (6, 8, 10) genera un arco eléctrico (12) generando el arco (12) eléctrico en la superficie y/o en el objeto de ensayo una oscilación de ultrasonidos.

2. Sistema de ensayo por ultrasonidos según la reivindicación 1,

caracterizado porque una unidad de emisión presenta una bobina de chispa (8) y una electrónica de control (6) para hacer saltar la chispa de la bobina de chispa (8) en instantes determinados.

3. Sistema de ensayo por ultrasonidos según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la unidad de recepción presenta un interferómetro (40) o un sistema de guía de luz (22, 24) que transmite la luz que incide en la unidad de 25 recepción a un interferómetro (40) .