Летучие мыши всегда знают, где они, даже в полной темноте. Дело не в том, что у них потрясающее зрение: скорее, эти ночные существа «сканируют» свое окружение, постоянно издавая звуки, неслышимые для человека.
Каждый раз, когда эти ультразвуковые волны сталкиваются с препятствием, они отправляются обратно в виде эха. Чем дольше эхо возвращается, тем дальше находится объект. Мы, люди, тоже используем этот принцип эхолокации; в промышленности, например, где ультразвук обеспечивает эффективный способ проверки компонентов.
Ультразвуковые волны, излучаемые датчиком, используются для обнаружения мельчайших разрывов или дефектов материала, которые не видны снаружи. До сих пор в этом процессе служащий проводил зондом вдоль компонента вручную, при этом отраженные сигналы отображались в виде кривых на дисплее зонда. Также могут быть созданы простые изображения поперечного сечения исследуемой области, что дает опытным экспертам достаточно информации для выявления дефектов материала. Тем не менее, экзаменаторам необходимо создать пространственный образ в своей голове, а это трудоемкая процедура.
Все это в будущем будет проще и быстрее. Исследователи из Института неразрушающего контроля IZFP им. Фраунгофера в Саарбрюккене смогли получить 3D-изображения с высоким разрешением из тестовых сигналов, как в медицинской ультразвуковой компьютерной томографии. «Эти фотографии выявляют любые дефекты материала, сообщая нам их размер и точное местонахождение», – говорит профессор Ханс-Георг Херрманн из Fraunhofer IZFP.
Исследование армированных волокном высокоэффективных полимеров на предмет дефектов материала
Решение Фраунгофера основано на технологии фазированных решеток, в которой несколько одноэлементных зондов расположены рядом друг с другом в ряды или листы. Это позволяет ультразвуковым волнам проходить через большие площади материала одновременно, а не только избирательно проникать в объект.
Ученые Fraunhofer IZFP развили эту идею дальше, сделав возможным управлять каждым зондом отдельно, что позволяет исследователям сосредоточиться на каждой части исследуемой области одновременно. Параллельно они разработали алгоритм, который генерирует трехмерное изображение из множества отдельных сигналов, которое затем можно просматривать на ПК. «Пространственное разрешение этих изображений значительно лучше, чем у традиционных методов. Более того, наш алгоритм реконструкции работает в режиме реального времени, что позволяет нам значительно ускорить процесс тестирования », – говорит Херрманн, суммируя преимущества, предлагаемые их новым оптимизированным методом – технологией дискретизации фазированных решеток. Еще один плюс: новый процесс с участием роботов позволяет тестировать даже материалы, которые исторически трудно было охарактеризовать.
Проверка армированных волокном высокоэффективных полимеров с ориентацией волокон в зависимости от направления является типичным для тех видов применения, которые подходят для этой новой технологии тестирования.
Чтобы проанализировать отклонение от нормы в материале, экзаменатор может просматривать изображения с разных сторон, вращать их или выбирать определенные области.
Также можно делать продольные или поперечные срезы изображений. Целью промышленных приложений является достижение в значительной степени автоматизированного тестирования компонентов, позволяя промышленному роботу, подключенному к системе контроля через интерфейс, выполнять полное сканирование компонентов. Созданные трехмерные изображения затем будут автоматически оцениваться с использованием специально разработанных и адаптированных алгоритмов, что облегчит нагрузку на исследователя. В долгосрочной перспективе это сделает ненужной трудоемкую ручную интерпретацию всех полученных данных, что ускорит процесс тестирования и сделает его более надежным.
Обеспечение качества – лишь один из примеров возможного применения этого метода. «Наша технология подходит для использования на протяжении всего жизненного цикла продукта – от определения характеристик материала до оценки компонентов, от услуг по ремонту до вторичной переработки», – говорит профессор Бернд Валеске из Fraunhofer IZFP. В настоящее время новый процесс проходит квалификацию в рамках промышленного проекта и находится на грани выпуска.
На выставке Hannover Messe исследователи фраунгофера из Саарбрюккена продемонстрируют демонстрацию своей тестовой системы.