ES2644882T3 - Procedimiento y dispositivo de control no destructivo por ultrasonidos de la porosidad de una pieza de material compuesto - Google Patents

Procedimiento y dispositivo de control no destructivo por ultrasonidos de la porosidad de una pieza de material compuesto Download PDF

Info

Publication number
ES2644882T3
ES2644882T3 ES09734018.6T ES09734018T ES2644882T3 ES 2644882 T3 ES2644882 T3 ES 2644882T3 ES 09734018 T ES09734018 T ES 09734018T ES 2644882 T3 ES2644882 T3 ES 2644882T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
piece
porosity
thickness
attenuation
level
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES09734018.6T
Other languages
English (en)
Inventor
Nicolas Dominguez
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Airbus SAS
Original Assignee
Airbus SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Airbus SAS filed Critical Airbus SAS
Application granted granted Critical
Publication of ES2644882T3 publication Critical patent/ES2644882T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/11—Analysing solids by measuring attenuation of acoustic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/30—Arrangements for calibrating or comparing, e.g. with standard objects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/4409—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor by comparison
    • G01N29/4436—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor by comparison with a reference signal
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/4472—Mathematical theories or simulation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/023—Solids
    • G01N2291/0231—Composite or layered materials
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028—Material parameters
    • G01N2291/02818—Density, viscosity

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Description

5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
DESCRIPCION
Procedimiento y dispositivo de control no destructivo por ultrasonidos de la porosidad de una pieza de material compuesto
La presente invencion pertenece al ambito del control no destructivo por ultrasonidos de piezas de material compuesto, en particular al control de la porosidad del material compuesto de las piezas en fase de produccion.
Los procedimientos de control no destructivo por ultrasonidos son utilizados en numerosos ambitos industriales, especialmente para el control de las piezas de material compuesto que comprenden fibras mantenidas en una matriz. Estos controles son particularmente importantes cuando debe garantizarse la integridad de las piezas en servicio, especialmente en el caso de construcciones aeronauticas.
Un dispositivo de control no destructivo por ultrasonidos comprende en general equipos para la inspeccion por ultrasonidos y equipos para el analisis de los datos recogidos durante la inspeccion.
Los equipos para la inspeccion consisten en al menos un transductor ultrasonico, que realiza una conversion de una senal, en general electrica, en una onda ultrasonica y viceversa, y en un generador/receptor de senales electricas que esta conectado al transductor ultrasonico.
Los equipos para el analisis consisten en medios de visualizacion de los datos recogidos, y medios de calculo para el tratamiento de los datos recogidos, como por ejemplo el aislamiento de ecos de ondas ultrasonicas, la determinacion de niveles de potencia, etc.
En el caso de una pieza aeronautica de material compuesto, la evaluacion cuantitativa del nivel de porosidad del material compuesto que forma la citada pieza es una etapa particularmente importante del control de calidad en fase de produccion de la citada pieza.
La porosidad corresponde a la presencia de burbujas en la matriz del material compuesto, que tienen dimensiones pequenas (10 pm a 250 pm) con respecto a las longitudes de las ondas ultrasonicas generalmente utilizadas (en general de 300 pm a 3 mm).
La porosidad de la matriz del material compuesto reduce la resistencia mecanica maxima de la pieza, y conviene evaluar el nivel de porosidad correspondiente a fin de determinar si la resistencia mecanica de la citada pieza es suficiente para la aplicacion que se haga de la misma.
Para evaluar este nivel de porosidad, es habitual medir la atenuacion de una onda ultrasonica que atraviese la pieza.
Sin embargo, la interpretacion del valor de atenuacion medida, es decir la traduccion en terminos de nivel de porosidad del citado valor de atenuacion, se considera compleja. La complejidad de interpretacion reside en el hecho de que el valor de atenuacion depende de numerosos parametros, que dependen especialmente del transductor ultrasonico utilizado, del tipo de material compuesto que forma la pieza, del espesor de la citada pieza, etc.
Por la solicitud de patente US 2007/0089479, se conoce realizar una muestra en un material de referencia homogeneo (es decir que no sea de material compuesto) que presente inclusiones controladas representativas de las burbujas presentes en la matriz del material compuesto de la pieza, y efectuar una medicion de atenuacion ultrasonica sobre esta muestra, y comparar su resultado con el resultado de la inspeccion de la pieza de material compuesto cuya tasa de porosidad se busca determinar.
Esta solucion presenta limitaciones debido a la no toma en cuenta de los fenomenos ffsicos que son la fuente de la atenuacion en los materiales compuestos (presencia de fibras y viscoelasticidad de la resina), fenomenos que dependen de la frecuencia ultrasonica. Esto da como resultado una limitacion de la gama de frecuencias para la cual la aproximacion de un material compuesto por un material de referencia homogeneo es valida. La utilizacion de otro transductor cuya gama frecuencial no coincidiera con la que haya sido objeto de las validaciones induce por tanto errores en la evaluacion del nivel de porosidad.
Por la solicitud de patente US2004/0054474, se conoce tambien estimar las propiedades mecanicas de una pieza de material compuesto, propiedades mecanicas que vanan en el tiempo, que comprende las etapas de: a) medicion con un transductor de una senal correspondiente a ondas ultrasonicas tras propagacion en la muestra, b) comparacion de la senal medida en la etapa a) con una senal calculada segun un modelo analttico que tiene en cuenta por una parte una funcion de transferencia del transductor y la electronica de recepcion, y por otra propiedades acusticas previamente estimadas de la pieza, es decir valores de atenuacion de referencia, c) actualizacion de las propiedades acusticas de la pieza en funcion de las diferencias entre la senal medida y la senal calculada.
La presente invencion propone resolver los mencionados problemas estableciendo un conjunto de resultados de referencia correspondientes a varias muestras de referencia representativas de diferentes niveles de porosidad del material compuesto considerado. Estos resultados de referencia son obtenidos por calculo a partir de un conjunto restringido de datos experimentales y hacen posible la evaluacion de un nivel de porosidad para cualquier espesor de material y cualquiera que sea el transductor ultrasonico utilizado.
5
10
15
20
25
30
35
40
En un procedimiento no destructivo de evaluacion de un nivel de porosidad de una pieza de material compuesto por medio de al menos un transductor ultrasonico de acuerdo con la reivindicacion 1, el nivel de porosidad de la pieza es estimado por comparacion de un valor de atenuacion por la citada pieza de una onda ultrasonica emitida por el al menos un transductor ultrasonico con valores de atenuacion de referencia de una onda ultrasonica del citado al
menos un transductor ultrasonico por muestras de referencia Rm de espesor em y representativos de niveles de porosidad Pn conocidos diferentes del material compuesto en el cual la pieza esta fabricada.
El procedimiento de acuerdo con la invencion esta caracterizado por que los valores de atenuacion de referencia son calculados sobre la base:
- de una funcion de onda previamente memorizada, representativa de una onda ultrasonica emitida por el al menos un transductor ultrasonico,
- y del resultado de un calculo de filtrado de la funcion de onda por funciones de transferencia Fn previamente memorizadas, representativas de atenuaciones frecuenciales experimentadas por ondas ultrasonicas que atraviesan
a las muestras de referencia Rm
La funcion de onda es determinada en una etapa previa sin la pieza y sin la muestra de referencia Rm, midiendo una onda ultrasonica emitida por el al menos un transductor ultrasonico en un medio de acoplamiento, en condiciones proximas a las que deben ser puestas en practica para la pieza.
Ventajosamente, para mejorar la precision del nivel de porosidad estimado, el citado nivel de porosidad de la pieza es estimado comparando el valor de atenuacion por la pieza con valores de atenuacion de referencia calculados por
al menos N muestras de referencia Rm, siendo N superior o igual a dos, de niveles de porosidad Pn conocidos
diferentes 1 < n < N, estando caracterizada cada muestra de referencia por una funcion de transferencia F^1 propia.
En un modo preferido de puesta en practica, las funciones de transferencia Fn son establecidas tras la
determinacion de un espesor de la pieza, y el espesor em de cada muestra de referencia Rm es proximo al espesor de la pieza.
En otro modo preferido de puesta en practica, se calculan valores de atenuacion de referencia previamente a la
determinacion del espesor de la pieza para M muestras de referencia Rm, por nivel de porosidad, de espesores diferentes em (1 < m < M), siendo M superior o igual a dos. En este caso se calculan valores de atenuacion de referencia para un espesor sensiblemente proximo a un espesor de la citada pieza por interpolacion o extrapolacion
de los valores de atenuacion de referencia por las muestras de referencia Rfj1, de espesores em, 1 < m < M.
En los dos modos de puesta en practica precedentes, el nivel de porosidad para la pieza es estimado comparando el valor de atenuacion por la citada pieza con los valores de atenuacion de referencia calculados para los espesores proximos al de la citada pieza; el nivel de porosidad estimado es por ejemplo igual al nivel de porosidad para el cual ha sido calculado el valor de atenuacion de referencia mas proximo al valor de atenuacion por la pieza, eventualmente el mas proximo por valores superiores.
El procedimiento comprende igualmente en un modo particular de puesta en practica una etapa en la cual se
determina la funcion de transferencia Fm de una muestra de referencia Rm de nivel de porosidad Pn y de espesor em en el ambito de las frecuencias calculando para valores de frecuencias f discretos la expresion:
Fm(f) = exp
f
V
em ^ lSn(f)l adn / A|S(f)| ,
expresion en la cual Sn(f) es una medicion de un espectro frecuencial de una onda ultrasonica que haya atravesado una muestra de referencia real Rn de espesor dn, realizada de material compuesto del mismo tipo que el de la pieza y de nivel de porosidad Pn, S(f) es una medicion de un espectro frecuencial de una onda ultrasonica de iguales caractensticas que no haya atravesado a la citada muestra de referencia real Rn, a y A son factores positivos que dependen del modo de medicion de los citados espectros frecuenciales S(f) y Sn(f).
5
10
15
20
25
30
35
40
T-m
Ventajosamente, para reducir la cantidad de datos que deben ser memorizados, la funcion de transferencia Fn de la muestra de referencia Rm, de nivel de porosidad Pn y de espesor em es determinada segun la expresion:
f
Fnm(f) = exp
a (f).e ^
nw m
20
V J
donde an(f) es una funcion de atenuacion de referencia previamente establecida que es determinada segun la expresion:
an(f)
imagen1
.20.log
A.|S(f)| >
|Sn(f^| J ,
Para amentar el numero de niveles de porosidad conocidos utilizados para determinar el nivel de porosidad de la pieza, en un modo proximo de puesta en practica se calculan valores de atenuacion de referencia para niveles de porosidad intermedios por interpolacion o extrapolacion de los valores de atenuacion de referencia obtenidos para
las muestras de referencia Rm de niveles de porosidad Pn.
La descripcion que sigue de modos de realizacion de la invencion se hace refiriendose a las figuras, en las cuales referencias identicas designan elementos identicos o analogos, que representan de manera no limitativa:
- Figura 1: una representacion esquematica de un dispositivo de control no destructivo por ultrasonidos de acuerdo con la invencion,
- Figura 2: una representacion esquematica porosidad de acuerdo con la invencion,
- Figura 3: una representacion esquematica transductor ultrasonico,
- Figuras 4a:y 4b: un ejemplo de una funcion de onda en los ambitos temporal y frecuencial,
- Figuras 5a y 5b: una representacion esquematica de un modo de caracterizacion de una muestra de referencia real,
- Figuras 6a y 6b: ejemplos de funciones de atenuacion de referencia y de funciones de transferencia de acuerdo con la invencion,
- Figuras 7a y 7b: un ejemplo de filtrado de una funcion de onda por una funcion de transferencia en los ambitos frecuencial y temporal,
- Figuras 8a y 8b: ejemplos de modos de representacion de valores de atenuacion de referencia de acuerdo con la invencion.
La presente invencion concierne a un procedimiento de evaluacion 6 de un nivel de porosidad de una pieza 2 de material compuesto que comprende fibras mantenidas en una matriz, por un control no destructivo por ultrasonidos de la citada pieza. La invencion concierne igualmente a un dispositivo 1 para el control no destructivo del nivel de porosidad de la pieza de material compuesto 2.
Como esta representado en la figura 1, el dispositivo 1 utilizado para el control no destructivo por ultrasonidos de la pieza de material compuesto 2 comprende equipos para la inspeccion ultrasonica, especialmente un transductor ultrasonico 100 y un generador/receptor 101 de senales, generalmente electricas, y equipos para el analisis de los datos recogidos en el transcurso de la inspeccion, tales como medios de calculo 110 (un microcontrolador, un ordenador que dispone de un microprocesador, etc.) y medios de almacenamiento 111 (una memoria electronica magnetica, etc.) para memorizar los resultados de la inspeccion ultrasonica.
La pieza de material compuesto 2 es sumergida, de manera conocida, al menos parcialmente en un medio de acoplamiento 3.
El transductor 100 es colocado en general, para la evaluacion de la porosidad, de modo que emita ondas ultrasonicas que tengan una incidencia sensiblemente normal a una cara delantera 2a de la pieza de material compuesto, enfrente del citado transductor.
El transductor 100 de la figura 1 es utilizado en emision y en recepcion, y mide ecos debidos a discontinuidades de impedancias acusticas.
de las etapas de un procedimiento de evaluacion de nivel de de un modo de determinacion de una funcion de onda de un
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Un eco, denominado « de cara » es recibido de una interfaz entre la cara delantera 2a de la pieza 2 y el medio de acoplamiento 3, y un eco, denominado « de fondo » es recibido en general de una interfaz entre el citado medio de acoplamiento y una cara trasera 2b de la citada pieza, situada en el lado de la pieza opuesto al transductor 100.
En el ejemplo representado en la figura 1, un eco puede ser recibido igualmente de una interfaz entre el medio de acoplamiento 3 y una placa reflectante 4, por ejemplo de vidrio, que esta colocada enfrente de la cara trasera 2b de la pieza 2. La inspeccion es denominada entonces por « doble transmision » debido a que las ondas ultrasonicas atraviesan dos veces la pieza 2
Es igualmente posible efectuar una inspeccion denominada por « transmision », utilizando un transductor para la emision en el lado de la cara delantera 2a, y un transductor para la recepcion en el lado de la cara trasera 2b.
Para evaluar el nivel de porosidad de la pieza 2, se mide la atenuacion por la citada pieza de una onda ultrasonica emitida por el transductor 100.
Por nivel de porosidad, hay que comprender un valor representativo de caractensticas estructurales o mecanicas de la pieza inducidas por la presencia de burbujas en la matriz del material compuesto. El nivel de porosidad es evaluado por ejemplo en forma de un porcentaje volumico de « vado » (es decir de burbujas) o de un nivel de abatimiento de la resistencia mecanica de la pieza.
En lo que sigue de la exposicion, se utilizan las notaciones siguientes para las representaciones en los ambitos frecuencial y temporal de funciones: una funcion indicada por H puede corresponder a una o a la otra de las representaciones, H(f) es la representacion frecuencial de la funcion H, y H(t) es la representacion temporal de la citada funcion H.
El procedimiento de evaluacion 6 comprende una pluralidad de etapas 61, 62, 63, 64 y 65 que estan representadas esquematicamente en la figura 2. Hay que observar que en la practica las etapas 62, 63 y eventualmente 64 son puestas en practica preferentemente antes que la etapa 61. La etapa 65 es ejecutada en ultimo lugar.
Los resultados de ciertas etapas son reproducibles y, si los citados resultados son memorizados para ser reutilizados, las citadas etapas no son necesariamente ejecutadas de nuevo.
En la etapa 61 del procedimiento de evaluacion 6, se realiza la inspeccion por el transductor 100 de la pieza 2 de material compuesto y se calcula al menos un valor de atenuacion por la citada pieza de una onda ultrasonica emitida por el transductor 100.
Las perdidas en las interfaces, por ejemplo entre el medio de acoplamiento 3 por una parte y las caras delantera 2a y trasera 2b por otra, son igualmente medidas o calculadas, o compensadas por calibracion.
En la etapa 62 del procedimiento de evaluacion 6, se caracteriza el transductor 100, utilizado en la etapa 61.
La caracterizacion del transductor 100 consiste en la determinacion de una funcion de onda F0, representativa de las ondas ultrasonicas emitidas por el citado transductor, con las mismas regulaciones que las utilizadas para hacer el control de la etapa 61, y recibidas en ausencia de pieza de material compuesto.
La funcion de onda F0 es determinada por ejemplo clocando una placa reflectante 4 enfrente del transductor 100 en el medio de acoplamiento 3, tal como esta representado en la figura 3, y midiendo el eco de una onda ultrasonica reflejada por la placa reflectante 4.
Preferentemente, la placa reflectante 4 esta colocada a una distancia d del transductor 100, sensiblemente igual a la distancia entre el citado transductor y la cara delantera 2a de la pieza 2 en la etapa 61, especialmente en el caso de un transductor ultrasonico focalizado.
Un ejemplo de eco medido esta representado en la figura 4a, Tal eco es una representacion temporal F0(t) de la funcion de onda F0 asociada al transductor 100.
La funcion de onda F0(t) es preferentemente traspasada al ambito de las frecuencias por ejemplo por transformada de Fourier, a fin de tener una funcion de onda Fg(f) en forma de un espectro frecuencial. El espectro frecuencial asociado al eco representado en la figura 4a esta representado en la figura 4b.
Las frecuencias f consideradas para la funcion de onda F0(f) son preferentemente valores discretos comprendidos en un intervalo fMiN, fMAx]. El intervalo [fMiN, fMAx] es elegido de modo que lo fundamental de la potencia de las ondas ultrasonicas emitidas por cada transductor ultrasonico que pueda ser utilizado este comprendido en el citado intervalo. En el ejemplo de la figura 4b, fMiN = 0 Hz y fMAx = 10 MHz.
La funcion de onda F0 asociada al transductor 100 depende unicamente del transductor 100 y no depende de la pieza de material compuesto 2 que haya que controlar.
5
10
15
20
25
30
35
40
La funcion de onda asociada al transductor 100 es por tanto memorizada para ser reutilizada para evaluar el nivel de porosidad para otras piezas que la pieza 2 por medio del mismo transductor 100. En este caso, si la funcion de onda F0 ha sido previamente establecida y memorizada, la etapa 62 no es ejecutada necesariamente salvo por ejemplo de modo sensiblemente periodico para tener en cuenta la evolucion en el tiempo de las caractensticas del transductor 100.
En el caso en que la inspeccion de la etapa 61 sea efectuada por transmision es preferible determinar la funcion de onda asociada al par de transductores utilizados, en una configuracion comparable a la representada en la figura 5a.
i-m
En la etapa 63 del procedimiento de evaluacion 6, se determina al menos una funcion de transferencia Fn ,
representativa de una muestra de referencia Rfj1 de espesor em y representativa de un nivel de porosidad Pn del material compuesto de la pieza 2.
m
Preferentemente, se determinan funciones de transferencia Fn para un numero N, preferentemente superior o igual a 3, de niveles de porosidad Pn, 1 < n < N, diferentes, elegidos en un intervalo de interes de los niveles de porosidad, por ejemplo comprendido entre un nivel de porosidad representativo de un material compuesto sano, y un nivel de porosidad representativo de un material compuesto de resistencia mecanica insuficiente.
m
En la etapa 63, se determinan las funciones de transferencia Fn a partir de muestras de referencia, denominadas reales Rn, 1 < n < N cuyos espesores dn pueden ser diferentes del espesor em.
Cada muestra de referencia real Rn es fabricada efectivamente en un material compuesto del mismo tipo que aquel en que es fabricada la pieza 2, y es representativa del nivel de porosidad Pn que es conocido.
En lo que sigue de la exposicion, se considera que cuanto mayor es n, 1 < n < N, mas elevado es el nivel de porosidad Pn: P1 < P2 < ... < Pn.
m
La al menos un funcion de transferencia Fn para el nivel de porosidad Pn, 1 < n < N es determinada emitiendo ondas ultrasonicas en direccion a la muestra de referencia real Rn, con un transductor ultrasonico (o dos transductores en el caso de una inspeccion por transmision) que no es necesariamente el transductor 100 utilizado en la etapa 61.
La al menos una funcion de transferencia fJ11 para el nivel de porosidad Pn, 1 < n < N es determinada por ejemplo a
partir de un espectro frecuencial S(f) de una onda ultrasonica que no haya atravesado la muestra de referencia real Rn y de un espectro frecuencial Sn(f) de una onda ultrasonica que haya atravesado la citada muestra de referencia real, que son medidos preferentemente en el intervalo flN, fMAx] anteriormente descrito.
En el caso de una medicion de los espectros frecuenciales por transmision, tal como esta representado en las figuras 5a y 5b, utilizando un transductor en emision 50 y un transductor en recepcion 51, el espectro frecuencial S(f) es medido sin la muestra de referencia real Rn (vease la figura 5a) y el espectro frecuencial Sn(f) es medido intercalando la citada muestra de referencia entre los transductores 50 y 51 (vease la figura 5b).
En un modo preferido de puesta en practica, se determina una funcion intermedia an(f), denominada funcion de atenuacion de referencia, calculando, para cada frecuencia f considerada en el intervalo flN, fMAx], la expresion siguiente:
an(f) = -jL .20.log.
((
T.
W
Sn®
Expresion en la cual T es un coeficiente de transmision, que tiene en cuenta las perdidas en las interfaces correspondientes a una cara delantera y una cara trasera de la muestra de referencia real Rn.
El coeficiente T, cuyo valor es calculado o bien medido, es igual a la expresion siguiente:
T =
4ZMCZCO (ZMC +ZCO)2
donde Zmc es la impedancia acustica del medio de acoplamiento y Zco es la impedancia acustica del material compuesto.
5
10
15
20
25
30
35
En el caso de una inspeccion por doble transmision, la funcion de atenuacion de referencia an(f) es calculada segun la expresion:
an(f) = 2^T-20lOg-
(( 2 i ,Y\
T2. S(f)
n
Sn (f)
En efecto, debido a la doble transmision a traves de la muestra de referencia Rn, el coeficiente de transmision T y el espesor dn de la citada muestra de referencia deben ser tenidos en cuenta dos veces.
La funcion de atenuacion de referencia an(f) es igualmente calculable segun otros metodos, por ejemplo comparando un espectro frecuencial del eco de cara y un espectro frecuencial del eco de fondo, y se entiende que el calculo de la citada funcion de atenuacion no esta limitado a los metodos descritos. De manera mas general, la funcion de atenuacion de referencia an(f) es calculada segun la expresion:
an(f) = 7±
-.20.log.
A|S(f)
Sn(f)
donde a y A son factores reales que dependen del modo de inspeccion puesto en practica para medir los espectros frecuenciales S(f) y Sn(f) (a = 1 y A = T para una inspeccion por transmision, a = 2 y A = T2 para una inspeccion por doble transmision).
La funcion de atenuacion de referencia an(f) es ventajosa debido a que la misma es independiente del espesor dn de la muestra de referencia real Rn y permite calcular, para cada nivel de porosidad Pn considerado, funciones de
transferencia Fm de muestras Rm para espesores em diferentes, especialmente de dn.
La funcion de transferencia Fn (f) para el nivel de porosidad Pn y para el espesor em es determinada calculando para cada frecuencia considerada:
f
Fnm(f) = exp
V
an(f)em
A
20
m
La funcion de transferencia Fn (f) es igualmente calculable directamente a partir de los espectros frecuenciales S(f) y Sn(f) y el calculo o no de las citadas funciones de atenuacion de referencia depende del modo de puesta en
m
practica elegido. La funcion de transferencia Fn (f) es determinada por ejemplo directamente segun la expresion general siguiente:
Fm (f) = exp
f
V
'm
ad
n J
A|S(f)
m
Si el espesor de la pieza 2 es conocido antes de determinar las funciones de transferencia Fn , las citadas funciones de transferencia son determinadas para un espesor em proximo al espesor de la pieza 2. Llegado el caso, las funciones de transferencia Fm son establecidas para un numero M de espesores em , 1 ^ m < M.
Funciones de atenuacion de referencia obtenidas para N = 3 niveles de porosidad Pi a P3 estan representadas en la figura 6a. Funciones de transferencia obtenidas para M = 3 valores de espesores ei a e3 estan representadas en la figura 6b para un nivel de porosidad Pn.
Debido a la utilizacion de muestras de referencia reales Rn fabricadas en un material compuesto del mismo tipo que el de la pieza 2, se tiene en cuenta la dependencia frecuencial de la atenuacion del material compuesto. Ademas, las funciones de transferencia son calculadas para varios espesores diferentes a partir de un numero restringido de muestras de referencia real Rn.
Hay que observar que las funciones de atenuacion de referencia y/o las funciones de transferencia no dependen del o de los transductores ultrasonicos utilizados en la etapa 61 sino solamente de las caractensticas de las muestras de
5
10
15
20
25
30
35
40
45
referencia reales Rn. Las funciones de atenuacion de referencia y/o las funciones de transferencia son memorizadas para ser reutilizadas para evaluar la porosidad en material compuesto del mismo tipo, independientemente del transductor utilizado.
Es igualmente importante observar que las funciones de atenuacion de referencia y/o las funciones de transferencia tales como vistas anteriormente caracterizan la atenuacion intrmseca del material compuesto considerado y por tanto son independientes de las perdidas en las interfaces. La compensacion de las perdidas en las interfaces es efectuada generalmente durante la etapa 61 por calibracion; en el caso contrario esta compensacion es efectuada por ejemplo de manera conocida por pos-tratamiento de la medicion de la etapa 61.
En la etapa 64 del procedimiento de evaluacion 6 de acuerdo con la invencion, se calculan valores de atenuacion de referencia de ondas ultrasonicas del transductor 100 por las muestras de referencia R1, utilizando la funcion de
onda Fo caractenstica del transductor 100 y las funciones de transferencia Fl (1 < m < M, 1 < n < N) caractensticas de las muestras de referencia.
Para simular la atenuacion de ondas ultrasonicas del transductor 100 por la muestra de referencia R1 de espesor em y de nivel de porosidad Pn, la funcion de onda F0 asociada al transductor 100 es filtrada por la funcion de transferencia Fl.
El filtrado es calculado de manera conocida, en el ambito temporal o el ambito frecuencial. En el caso de un filtrado calculado en el ambito frecuencial, se calcula el producto de la funcion de transferencia por la funcion de onda rm
Fn (f).F0(f) para cada frecuencia f considerada en el intervalo friN, fMAx].
Un ejemplo que ilustra el calculo del filtrado en el ambito frecuencial esta representado en la figura 7a. El resultado del calculo del filtrado esta igualmente representado en el ambito temporal en la figura 7b, con la referencia
(Fo*Fl)(t).
Se calcula un valor de atenuacion de referencia para cada muestra de referencia Rl (1< m < M, 1 < n < N), por ejemplo calculando la relacion de las potencias de la funcion de onda F0 antes y despues del filtrado, siendo
calculadas las citadas potencias por integracion de los espectros frecuenciales F0(f) y Fnn(f).F)(f). El valor de
atenuacion de referencia es estimado en otro modo de calculo en el ambito temporal calculando una relacion de los valores de los extremos de la funcion de onda F0(t) antes y despues del filtrado.
Los valores de atenuacion de referencia son atenuaciones absolutas, o atenuaciones de referencia relativas, es decir definidas con respecto a una muestra de referencia representativa de un material compuesto sano. La figura 8a y la figura 8b son representaciones de valores de atenuacion de referencia correspondientes a atenuaciones absolutas por una parte y a atenuaciones relativas por otra.
En un modo particular de puesta en practica, se calculan valores de atenuacion de referencia para niveles de porosidad intermedios, por interpolacion o extrapolacion de los valores de atenuacion de referencia de las muestras
de referencia Rl. En particular se ha verificado que una interpolacion lineal es conservadora por que el nivel de abatimiento mecanico para un nivel de porosidad interpolado linealmente es siempre superior al nivel de abatimiento mecanico real del material correspondiente.
En el caso en que el espesor de la pieza 2 no sea conocido en la etapa 63, se han calculado preferentemente
rm
funciones de transferencia Fn para un conjunto de espesores em, 1 < m < M. Ventajosamente se determinan valores de atenuacion de referencia para el espesor de la citada pieza, por interpolacion o extrapolacion para las
muestras de referencia R1 de espesores em, 1 < m < M.
El espesor efectivo de la pieza es determinado por ejemplo midiendo un retardo del eco de fondo con respecto al eco de cara. La velocidad de fase de la onda ultrasonica en la pieza 2 de material compuesto y el retardo medido permiten estimar el espesor de la citada pieza. Si la velocidad de fase no es conocida, la misma es estimada por ejemplo en funcion de las atenuaciones de los ecos medidos con respecto a una muestra de referencia representativa de un material compuesto sano, utilizando relaciones conocidas como las relaciones de Kramers- Kronig.
5
10
15
20
25
30
35
Los valores de atenuacion de referencia as^ calculados y los parametros correspondientes, es decir los niveles de porosidad y espesores correspondientes, forman un conjunto de datos de referencia cuyos formates de representacion son variables y no estan limitados a los formates descritos.
En la etapa 65 del procedimiento de evaluacion 6, se estima el nivel de porosidad de la pieza de material compuesto 2 comparando el valor de atenuacion obtenido con el transductor 100 en la citada pieza, medido en la etapa 61, con los valores de atenuacion de referencia establecidos en la etapa 64.
El nivel de porosidad de la pieza 2 es estimado por comparacion del valor de atenuacion por la pieza 2 y valores de atenuacion de referencia establecidos para los espesores proximos al espesor de la citada pieza. Por ejemplo, el nivel de porosidad estimado es igual al nivel de porosidad para el cual se ha establecido el valor de atenuacion de referencia mas proximo al valor de atenuacion de la pieza 2, eventualmente el mas proximo por valores superiores.
La invencion concierne igualmente al dispositivo 1 de control no destructivo del nivel de porosidad de la pieza 2 de material compuesto, adaptado para poner en practica el procedimiento de acuerdo con la invencion.
El dispositivo 1 comprende los elementos de un sistema de control no destructivo por ultrasonidos conocido, especialmente medios de calculo 110 y medios de almacenamiento 111 en los cuales son memorizados los resultados de la inspeccion ultrasonica de la pieza inspeccionada.
El dispositivo 1 comprende ademas medios de almacenamiento 111a en los cuales son memorizadas temporalmente funciones de transferencia para al menos el tipo de material compuesto que forma la citada pieza, y ventajosamente para una pluralidad de tipos de materiales compuestos diferentes.
El dispositivo 1 comprende en un modo particular de realizacion medios de almacenamiento 111b en los cuales son memorizadas funciones de ondas para al menos un transductor 100 puesto en practica, y ventajosamente para una pluralidad de transductores ultrasonicos diferentes.
El dispositivo 1 comprende medios de seleccion para seleccionar en funcion del tipo de material compuesto de la pieza 2 inspeccionada y del transductor utilizado para la inspeccion ultrasonica de la citada pieza:
- las funciones de transferencia correspondientes al material compuesto de la pieza inspeccionada, en los medios de almacenamiento 111a,
- la funcion de onda correspondiente al transductor puesto en practica para la inspeccion, en los medios de almacenamiento 111b.
El dispositivo 1 comprende igualmente medios de calculo 110a de los valores de atenuacion de referencia entre la funcion de onda y los resultados de filtrados de onda por las funciones de transferencia.
Ventajosamente, los citados medios de calculo 110a y los medios de calculo 110 son los mismos.
En un modo particular de realizacion, el dispositivo comprende medios de determinacion del espesor de la citada pieza, y los medios de seleccion seleccionan en los medios de almacenamiento 111a las funciones de transferencia correspondientes al espesor de la pieza 2. Si las citadas funciones de transferencia no se encuentran en los citados medios de almacenamiento, las mismas son calculadas por los medios de calculo 110a en funcion de las funciones de transferencia presentes en los citados medios de almacenamiento.
La obtencion de los valores de atenuacion de referencia es por tanto poco compleja y poco cara porque los citados valores de atenuacion de referencia son calculados a partir de un numero restringido de datos experimentales que son reutilizables para otras configuraciones de control.

Claims (11)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento (6) no destructivo de evaluacion de un nivel de porosidad de una pieza (2) de material compuesto por medio de al menos un transductor ultrasonico (100), en cuyo citado procedimiento se determina un valor de atenuacion por la citada pieza de una onda ultrasonica emitida por el al menos un transductor ultrasonico (100), siendo estimado el nivel de porosidad de la citada pieza por una comparacion del valor de atenuacion por la pieza (2) con valores de atenuacion de referencia de una onda ultrasonica del citado al menos un transductor ultrasonico
    por muestras de referencia Rm de espesor em y representativas de niveles de porosidad Pn conocidos diferentes del material compuesto de la citada pieza, 1 < n < N, siendo N superior o igual a dos, estando caracterizado el procedimiento (6) por que los valores de atenuacion de referencia son calculados sobre la base:
    - de una funcion de onda F0, previamente memorizada, representativa de una onda ultrasonica emitida por el al menos un transductor ultrasonico (100), y
    - del resultado de calculos de filtrado de la citada funcion de onda por funciones de transferencia Fn , previamente memorizadas, representativas de atenuaciones frecuenciales experimentadas por ondas ultrasonicas que atraviesan
    las muestras de referencia Rm.
  2. 2. Procedimiento (6) de acuerdo con la reivindicacion 1, que comprende una etapa previa en la cual la funcion de
    onda F0 es determinada sin la pieza (2) y sin las muestras de referencia Rm, midiendo una onda ultrasonica emitida por el al menos un transductor ultrasonico (100) en un medio de acoplamiento (3) en condiciones proximas a las que deben ser puestas en practica para la citada pieza.
  3. 3. Procedimiento (6) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 2, en el cual las funciones de transferencia Fn son establecidas tras la determinacion de un espesor de la pieza (2), y el espesor em de cada muestra de referencia
    Rm es proximo al citado espesor de la pieza.
  4. 4. Procedimiento (6) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 2, en el cual se calculan valores de atenuacion
    de referencia para cada nivel de porosidad Pn, 1 < n < N, para M muestras de referencia Rm de espesores diferentes em, 1 < m < M, siendo M superior o igual a dos, previamente a la determinacion de un espesor de la pieza (2), y en cuyo dicho procedimiento se calculan valores de atenuacion de referencia para un espesor proximo al espesor de la citada pieza por interpolacion o extrapolacion de los valores de atenuacion de referencia por las
    muestras de referencia Rm de espesores em, 1 < m < M.
  5. 5. Procedimiento (6) de acuerdo con una de las reivindicaciones 3 o 4, en el cual el nivel de porosidad para la pieza (2) es estimado comparando el valor de atenuacion por la citada pieza con los valores de atenuacion de referencia calculados para un espesor proximo al espesor de la citada pieza, y el nivel de porosidad estimado es igual al nivel de porosidad para el cual se ha calculado un valor de atenuacion de referencia proximo al valor de atenuacion por la pieza (2).
  6. 6. Procedimiento (6) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, que comprende una etapa en la cual
    la funcion de transferencia Fm de una muestra de referencia Rm de nivel de porosidad Pn y de espesor em es determinada en el ambito de las frecuencias calculando para valores de frecuencias f discretos la expresion:
    f n (f)=exp
    f
    v
    m
    ad
    n ;
    |Sn (f) A|S(f)
    en la cual Sn(f) es una medicion de un espectro frecuencial de una onda ultrasonica que haya atravesado una muestra de referencia real Rn de espesor dn realizada de material compuesto del mismo tipo que el de la pieza (2) y de nivel de porosidad Pn, S(f) es una medicion de un espectro frecuencial de una onda ultrasonica de iguales caractensticas que no haya atravesado la citada muestra de referencia real Rn, a y A son factores positivos que dependen del modo de medicion de los citados espectros frecuenciales S(f) y Sn(f).
    m
  7. 7. Procedimiento (6) de acuerdo con la reivindicacion 6, en el cual la funcion de transferencia Fn de la muestra de referencia Rm de nivel de porosidad Pn y de espesor em es determinada segun la expresion:
    5
    10
    15
    20
    25
    30
    f
    Fn1 (f) = exp
    V
    an(f)em
    A
    20
    donde an(f) es una funcion de atenuacion de referencia previamente establecida que es determinada segun la expresion:
    an(f)
    a.d.
    .20.log.
    ^A|S(f)| 1
    lSnf . ’
    1
  8. 8. Procedimiento (6) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el cual el nivel de porosidad de la pieza (2) es estimado por comparacion del valor de atenuacion por la citada pieza con valores de atenuacion de referencia para niveles de porosidad intermedios, que son calculados por interpolacion o extrapolacion de los valores
    de atenuacion de referencia obtenidos para las muestras de referencia Rm.
  9. 9. Dispositivo (1) de control no destructivo por ultrasonidos de un nivel de porosidad de una pieza (2) de material compuesto por medio de al menos un transductor ultrasonico (100), por comparacion de un valor de atenuacion por la citada pieza de una onda ultrasonica emitida por el al menos un transductor ultrasonico (100) con valores de atenuacion de referencia de ondas ultrasonicas del citado al menos un transductor ultrasonico por muestras de
    referencia Rm de espesor em y representativas de niveles de porosidad Pn conocidos diferentes del material compuesto de la citada pieza (2), 1 < n < N, siendo N superior o igual a dos, cuyo citado dispositivo comprende medios de calculo (110) del valor de atenuacion por la pieza (2), estando caracterizado el dispositivo (1) por que el mismo comprende
    i-m
    - medios de almacenamiento (111a) en los cuales son memorizadas funciones de transferencia Fn representativas de las atenuaciones frecuenciales introducidas por las muestras de referencia Rm,
    - medios de almacenamiento (111b) en los cuales es memorizada una funcion de onda F0 representativa de las ondas ultrasonicas emitidas por el al menos un transductor ultrasonico (100),
    - medios de calculo (110a) de los valores de atenuacion de referencia sobre la base de la citada al menos una funcion de onda F0 y del resultado de calculos de filtrados de la citada funcion de onda por las funciones de transferencia.
  10. 10. Dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicacion 9, en el cual en los medios de almacenamiento (111a) son memorizadas funciones de transferencia para muestras de referencia representativas de una pluralidad de tipos de materiales compuestos diferentes, y cuyo dicho dispositivo comprende medios de seleccion para seleccionar en los
    citados medios de almacenamiento las funciones de transferencia F™ de las muestras de referencia Rm representativas del material compuesto del mismo tipo que el de la pieza (2).
  11. 11. Dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicacion 10, que comprende medios de determinacion de un espesor de la pieza (2), y en el cual en los medios de almacenamiento (111a) son memorizadas funciones de transferencia para
    M muestras de referencia Rm de espesores diferentes em, 1 < m < M, siendo M superior o igual a dos, y en el cual
    i-m
    los medios de seleccion seleccionan las funciones de transferencia Fn de muestras de referencia de espesor sensiblemente proximo al espesor de la citada pieza para estimar el nivel de porosidad de la citada pieza.
ES09734018.6T 2008-04-22 2009-04-14 Procedimiento y dispositivo de control no destructivo por ultrasonidos de la porosidad de una pieza de material compuesto Active ES2644882T3 (es)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0852690A FR2930344B1 (fr) 2008-04-22 2008-04-22 Procede et dispositif de controle non-destructif par ultrasons de la porosite d'une piece en materiau composite
FR0852690 2008-04-22
PCT/EP2009/054379 WO2009130140A1 (fr) 2008-04-22 2009-04-14 Procédé et dispositif de contrôle non-destructif par ultrasons de la porosité d'une pièce en matériau composite

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2644882T3 true ES2644882T3 (es) 2017-11-30

Family

ID=40032780

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES09734018.6T Active ES2644882T3 (es) 2008-04-22 2009-04-14 Procedimiento y dispositivo de control no destructivo por ultrasonidos de la porosidad de una pieza de material compuesto

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP2271928B1 (es)
ES (1) ES2644882T3 (es)
FR (1) FR2930344B1 (es)
WO (1) WO2009130140A1 (es)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8934703B2 (en) 2009-10-05 2015-01-13 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Determination assist system of ultrasonic testing, determination assist method of ultrasonic testing, determination assist program of ultrasonic testing, and computer-readable storage medium for storing determination assist program of ultrasonic testing
FR2970337B1 (fr) * 2011-01-06 2015-05-29 Eads Europ Aeronautic Defence Procede de caracterisation ultrasonore conjointe de l'epaisseur et du taux de porosite de materiaux ayant des proprietes ultrasonores attenuantes
FR3000214B1 (fr) * 2012-12-21 2017-04-28 European Aeronautic Defence & Space Co Eads France Methode d'auto-calibration pour le controle par ultrasons, en cours de fabrication, d'une structure en materiau composite
FR3010525B1 (fr) * 2013-09-12 2015-09-25 Eads Europ Aeronautic Defence Procede de controle non-destructif par ultrasons d'une piece par analyses d'echos
US11255825B2 (en) * 2016-10-31 2022-02-22 The Boeing Company Wrinkle characterization and performance prediction for composite structures
EP4124860A1 (en) * 2021-07-30 2023-02-01 Airbus Operations GmbH Method and device for ultrasonic inspection of composite parts, in particular made from carbon fiber reinforced plastics, device and computer program
CN113740437B (zh) * 2021-08-10 2023-06-16 西安交通大学 基于超声复合模型的含孔隙的涂层厚度及声速的测量方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020112540A1 (en) * 2000-12-20 2002-08-22 Schlumberger Technology Corporation Acoustic method for estimating mechanical properties of a material and apparatus therefor
US6856918B2 (en) * 2001-11-26 2005-02-15 Lockheed Martin Corporation Method to characterize material using mathematical propagation models and ultrasonic signal
US7353709B2 (en) * 2005-07-06 2008-04-08 National Research Council Of Canada Method and system for determining material properties using ultrasonic attenuation

Also Published As

Publication number Publication date
EP2271928A1 (fr) 2011-01-12
EP2271928B1 (fr) 2017-07-26
WO2009130140A1 (fr) 2009-10-29
FR2930344B1 (fr) 2010-05-21
FR2930344A1 (fr) 2009-10-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2644882T3 (es) Procedimiento y dispositivo de control no destructivo por ultrasonidos de la porosidad de una pieza de material compuesto
ES2544313T3 (es) Sistema de inspección no destructiva por ultrasonidos, en particular para estructuras de material compuesto para aplicaciones aeronáuticas
JP4938050B2 (ja) 超音波診断評価装置
WO2013100046A1 (ja) 液面レベル計測装置、方法及びプログラム
WO2009071960A1 (en) Method and apparatus for determining the flow parameters of a streaming medium
JP5280647B2 (ja) 超音波を用いた骨強度診断装置及び超音波を用いた骨強度診断装置が作動する方法
JP5374086B2 (ja) 骨強度診断装置及び骨強度測定方法
CN103889338B (zh) 用于实时地确定目标生物组织处于超声换能器对面的可能性的方法
JP5909285B2 (ja) 複合構造体の界面検査方法及び装置
US8468889B2 (en) Apparatus for the non-destructive testing of samples using ultrasonic waves
ES2655514T3 (es) Procedimiento de control no destructivo por ultrasonidos de una pieza por análisis de ecos
AU2018359026B2 (en) Device and method for determining the elasticity of soft-solids
US20110048134A1 (en) Ultrasonic diagnostic apparatus
JP5305093B2 (ja) 音響インピーダンス測定方法、音響インピーダンス測定装置、物体特性評価方法、及び物体特性評価装置
US7537566B2 (en) Bone strength measuring instrument and method
JP4246297B2 (ja) 音響インピーダンス測定装置
JP2001116733A (ja) 超音波センサ及び材料測定装置
JP5472851B2 (ja) 超音波検査装置および検査方法
JP2005147770A (ja) 超音波探傷装置
RU2688877C1 (ru) Способ определения прочностных характеристик полимерных композиционных материалов
RU2087908C1 (ru) Способ поверки ультразвуковых эхо-импульсных приборов и устройство для его осуществления
KR20120117394A (ko) 초음파 반사 모니터링에 의한 진단 장치 및 방법
JP4747300B2 (ja) 音響インピーダンス測定方法、音響インピーダンス測定装置、物体特性評価方法、及び物体特性評価装置
KR101391141B1 (ko) 비선형 파라미터 측정 장치 및 방법
JPH0249103B2 (es)