ITTO20101090A1 - Metodo di ispezione a ultrasuoni non distruttiva, in particolare per strutture in materiale composito per applicazioni aeronautiche - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo: "METODO DI ISPEZIONE A ULTRASUONI NON DISTRUTTIVA, IN PARTICOLARE PER STRUTTURE IN MATERIALE COMPOSITO PER APPLICAZIONI AERONAUTICHE"

La presente invenzione è relativa a un metodo di ispezione a ultrasuoni non distruttiva, in particolare per strutture in materiale composito per l'industria aereonautica. Ancora più in particolare, la presente invenzione è relativa ad un metodo di rivelazione e caratterizzazione di grinze interne e sacche di resina in strutture di materiale composito per l'industria aeronautica, utilizzando una tecnica di ispezione non distruttiva ad ultrasuoni.

Scopo dei controlli non distruttivi (CND) ("non destructive testing", NDT) è ispezionare, qualificare e/o valutare la qualità di una struttura senza generare difetti o qualsiasi altro cambiamento della struttura stessa rispetto ai requisiti di progetto. Le metodologie CND vanno dalla semplice ispezione visiva a tecniche più complesse, come ad esempio l'ispezione mediante ultrasuoni.

Con il decrescente costo dei materiali per i tipi di fibre e resine più comunemente utilizzati, materiali compositi (in particolare quelli in carboresina, comprendenti fibre di carbonio impregnate con resine epossidiche) sono applicati su larga scala per la realizzazione di parti di mezzi di trasporto, soprattutto nell'ambito aerospaziale. In tale ambito il loro utilizzo è fondamentalmente legato alla necessità di ridurre il peso dei velivoli ai fini della riduzione dei consumi di carburante e di aumento del carico pagante; ciò senza intaccare, o addirittura migliorando, le caratteristiche meccaniche dei velivoli stessi. Altre caratteristiche vantaggiose sono relative al buon isolamento termico, all'eliminazione dei fenomeni di corrosione ed alla semplificazione (con conseguente riduzione dei costi) dei piani di manutenzione.

Le strutture in carboresina possono essere laminate (strati sovrapposti di pre-impregnati) o di tipo "sandwich" (cioè, un materiale a basso peso interposto tra due laminati in carboresina). Esse possono presentare difetti di fabbricazione, intesi come qualsiasi deviazione dai requisiti di progetto. Tali difetti, se non rivelati ed eliminati, possono evolvere durante la vita operativa delle strutture che li comprendono, compromettendone le performance. Alcuni difetti non sono riparabili, nel qual caso la struttura fabbricata deve essere scartata.

Alcuni difetti sono superficiali o comunque rivelabili mediante indaqine visiva. Altri, invece, sono interni alla struttura, per cui la loro rivelazione e misura richiede metodoloqie non distruttive strumentali più complesse, in qenere ad ultrasuoni. I difetti interni più comuni nelle strutture laminate sono le delaminazioni, le inclusioni, la porosità, i vuoti e le deformazioni deqli strati di preimpreqnato, qeneralmente indicate, quando orientate perpendicolarmente alla superficie, come qrinze interne. Ad eccezione delle qrinze, tali difetti sono di norma aqevolmente rivelabili mediante tecniche ad ultrasuoni convenzionali applicate durante le fasi di controllo di qualità, o anche in servizio, per difetti qenerati da danni accidentali durante la vita operativa della struttura (ad esempio, una delaminazione prodotta da un impatto).

Le ispezioni ultrasonore sono utilizzate anche in diversi altri campi industriali (navale, automobilistico, enerqetico) .

Nelle ispezioni mediante ultrasuoni onde elastiche vibrazionali ad alta frequenza (ben oltre la soqlia udibile) sono introdotte nell'oggetto da esaminare allo scopo di evidenziarne difetti interni, misurarne lo spessore o valutarne caratteristiche meccaniche. Le onde sono in genere prodotte da sonde (comunemente piezoelettrici o piezoceramici), ma possono anche essere generate da altri meccanismi, ad esempio mediante eccitazione laser della superficie da indagare, che, a questo punto, genera essa stessa le onde elastiche. In particolare, per l'analisi di carboresine, tipicamente si utilizzano onde longitudinali con frequenze comprese fra 0.5 e 15 MHz (tuttavia, per certe applicazioni, si possono superare i 200 MHz).

Il fascio ultrasonoro generato, caratterizzato da una legge di propagazione nel tempo e nello spazio (che determina anche una specifica forma geometrica) è inviato alla struttura da esaminare mediante un opportuno mezzo accoppiante (come acqua o gel, che lascia sostanzialmente imperturbato il fascio stesso). In genere, l'ispezione ultrasonora di una struttura è eseguita con l'ausilio di un sistema di scansione (che per strutture piane è a due assi), che sostanzialmente descrive una maglia, tanto più fitta quanto minore è il passo di scansione in ogni direzione: in ogni nodo della maglia viene eseguito un evento ispettivo.

Le tecniche di ispezione a ultrasuoni note, seppur in grado di rilevare la maggior parte dei difetti, quali porosità, delaminazioni, ecc., non sono in grado di fornire una caratterizzazione accurata di alcuni tipi di difetti, o addirittura non sono in grado di rivelarli. Ciò accade in particolare per le grinze interne, alle quali possono essere associati addensamenti di resina, noti come sacche di resina ("resin pocket"). Le grinze possono prodursi sia in laminati piani, sia in zone raggiate (quali, ad esempio, sezioni aventi forma a C, T, L, I, J). Quando gli strati si deformano (ortogonalmente al piano di laminazione) durante la fabbricazione, possono crearsi condizioni di vuoto o di pressione anomala. Durante la fase di polimerizzazione, la resina in fase liquida può riempire i vuoti, creando così dei canali di resina, ovvero "resin pocket" (paralleli alla generatrice della sezione curva in caso di parti raggiate) che seguono il profilo del primo strato interessato dalla deformazione .

Scopo della presente invenzione è fornire un metodo di ispezione non distruttiva esente dai problemi dell'arte nota, ed inoltre in grado di rivelare e misurare dimensioni di difetti interni a strutture analizzate, in particolare difetti di grinza.

Secondo la presente invenzione, viene realizzato un metodo di ispezione non distruttiva come definito nelle rivendicazioni allegate.

Per una migliore comprensione della presente invenzione viene ora descritta una forma di realizzazione preferita, a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

la figura la mostra una struttura, in particolare una porzione di una superficie alare in carboresina di un aeromobile presentante difettosità, in particolare una grinza interna con sacca di resina;

la figura lb mostra un particolare ingrandito della struttura di figura la comprendente una difettosità, in particolare una grinza interna con sacca di resina;

la figura 2 mostra fasi di un metodo di ispezione non distruttiva secondo la presente invenzione, in particolare di un metodo per rilevare e misurare le difettosità della struttura di figura 1;

la figura 3 mostra, schematicamente e secondo una rappresentazione di tipo A-scan, un segnale di eco sonoro indicativo di un possibile difetto nella struttura analizzata, con basso rumore di fondo;

la figura 4 mostra, schematicamente e secondo una rappresentazione di tipo A-scan, un segnale di eco sonoro indicativo di un possibile difetto nella struttura analizzata, con elevato rumore di fondo;

la figura 5 mostra sottofasi del metodo di figura 2;

la figura 6 mostra ulteriori sottofasi del metodo di figura 2; e

la figura 7 mostra uno spettrogramma in cui sono invece presenti informazioni in frequenza relative all'eco di fondo e all'eco di difetto.

La richiedente ha verificato che difetti di grinza ("wrinkle defects") in strutture composite, in particolare grinze interne in strutture in fibra di carbonio e resina, possono nascere durante la fabbricazione di una struttura in associazione con la formazione di sacche di resina. In particolare, la richiedente ha verificato che durante la fabbricazione di strutture di velivoli con sezioni a C, T, L, I, J, come ad esempio lo stabilizzatore di coda, tali grinze si formano prevalentemente in corrispondenza delle zone curve. La figura la mostra, a titolo di esempio, una struttura 2, in particolare una struttura alare di materiale composito quale carboresina di un velivolo (non mostrato nel suo insieme). La richiedente ha verificato che grinze 4 associate a sacche di resina (del tipo schematicamente illustrato in figura lb, che mostra una porzione ingrandita della struttura 2 di figura la) si formano prevalentemente in corrispondenza delle regioni curve o angolari indicate con il numero di riferimento 6. Le grinze in genere coinvolgono tutti gli strati, da quelli più profondi fino allo strato più superficiale, che viene riempito da resina. Come si nota nell'ingrandimento di figura 1, una grinza 4 comprende sostanzialmente una regione interna 4a di resina, di profondità (indicata con il riferimento Pw)generalmente compresa tra circa 1 mm e alcuni millimetri o oltre (il valore massimo è correlato allo spessore della parte in quel punto), e larghezza (indicata con il riferimento Lw), in vista superiore, pari ad alcuni millimetri (ad esempio, tra 3 e 6 mm). L'estensione lungo la direzione identificata in figura 1 dall'asse Z può variare da pochi millimetri ad alcuni centimetri, fino ad estendersi, in condizioni limite, per l'intera lunghezza della struttura 2.

Una delle tecniche ultrasonore più utilizzate per la rilevazione di difetti interni in generiche strutture è nota come "pulse echo" o riflessione. Questa tecnica è basata sul rilevamento di riflessioni (echi) generate quando le onde ultrasonore incidono su superfici di regioni di discontinuità tra materiali aventi differenti impedenze acustiche. Tali superfici includono anche eventuali superfici di difetti interni delle strutture sotto test, ma anche la stessa superficie che delimita la struttura dall'ambiente circostante. Questo metodo è altresì utilizzato per la localizzazione di imperfezioni in genere e per misure di spessore.

Il segnale ultrasonoro ricevuto (segnale di eco) è un segnale che mostra l'andamento dell'intensità ricevuta (ad esempio, in dB) in funzione del tempo, con impulsi in corrispondenza di discontinuità (ad esempio un difetto interno) caratterizzati, oltre che dall'ampiezza di picco, anche da un valore di tempo di volo ("time of flight", TOF). Il tempo di volo, per un certo impulso di interesse, è l'intervallo temporale che intercorre tra la trasmissione del segnale a ultrasuoni e la ricezione dell'impulso di interesse. A fini pratici, il tempo di volo può essere calcolato come il tempo intercorso tra il primo picco ricevuto ("front echo"), indicativo della superficie di ingresso nella struttura in esame, e l'istante di ricezione dell'impulso di interesse (ad esempio, l'eco dovuto alla discontinuità interna alla struttura). Quanto detto è tanto più corretto considerando che, tipicamente, la sonda che genera il segnale incidente sulla superficie di ingresso nella struttura in esame è posta a contatto con la superficie stessa.

Il tempo di volo T è correlato al percorso X effettuato dall'onda ultrasonora nell'elemento sotto test (con X = VusT/2, Vusessendo la velocità degli ultrasuoni nel mezzo), e fornisce una misura indiretta di tale percorso.

Le onde riflesse vengono tipicamente visualizzate graficamente su uno schermo utilizzando una rappresentazione ampiezza in funzione del tempo, che si presenta come una successione di picchi, ognuno dei quali è causato da una riflessione dovuta ad una discontinuità (in termini di impedenza acustica) nel materiale. La distanza tra due picchi risulta proporzionale al tempo impiegato dagli ultrasuoni per percorrere lo spazio tra le due discontinuità che li hanno generati. Oltre alla riflessione, vi possono essere ulteriori fenomeni di riflessione, assorbimento, diffrazione, scattering.

La localizzazione ed il dimensionamento dei difetti avviene generalmente attraverso un processo di correlazione tra le caratteristiche del fascio ultrasonoro, le caratteristiche fisiche e geometriche del materiale, i parametri di ampiezza e tempo di volo precedentemente descritti e le coordinate della traiettoria di scansione. I risultati dell'ispezione possono essere mostrati graficamente secondo diverse forme di rappresentazione, le più comuni delle quali sono note come A-scan, B-scan, e C-scan.

Particolare rilevanza ha la rappresentazione A-scan, poiché è quella col maggior contenuto di informazione e da essa possono essere ricavate le altre rappresentazioni. L'A-Scan è una rappresentazione in ampiezza, nel dominio del tempo, di un segnale di eco generato a partire da un'onda introdotta nella struttura da analizzare, e dovuto alla riflessione di tale segnale trasmesso internamente alla struttura (le riflessioni possono essere dovute a qualsiasi discontinuità interna alla struttura, ed in particolare alle difettosità che si desidera rivelare). Il segnale di eco è normalmente ricevuto da un trasduttore che converte l'onda sonora in un segnale elettrico. Questo segnale elettrico, opportunamente amplificato, può essere rappresentato graficamente a video o campionato ed elaborato mediante calcolatore.

Relativamente alle altre rappresentazioni: la B-Scan è una mappa ultrasonora di una sezione del componente, in cui sono rappresentate le A-Scan lungo una linea di scansione (ogni punto dell'A-Scan è rappresentato da un colore o un tono di grigio); la C-Scan è una mappa in pianta del componente, in cui il colore o tono di grigio di ogni punto rappresenta l'ampiezza e/o il tempo di volo di un picco ultrasonoro riflesso in quel punto.

Con riferimento alle figure 2, 5, e 6, viene descritto un metodo per la rilevazione di difettosità, incluse difettosità di grinza del tipo mostrato in figura 1, secondo una forma di realizzazione della presente invenzione .

La figura 2 mostra, mediante diagramma a blocchi, fasi successive del metodo di rilevazione di difettosità secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, con riferimento esplicito alla struttura 2 di figura 1 per maggior chiarezza di esposizione. Tuttavia, tale metodo può essere applicato a generiche strutture piane o curve di materiale composito, e in generale per la rilevazione di difettosità in materiali compositi.

Innanzitutto, fase 10, viene eseguita una ispezione mediante ultrasuoni, in particolare longitudinali in riflessione, di tipo noto, al fine di acquisire primi dati identificativi di eventuali difettosità della struttura 2. L'ispezione secondo la fase 10 avviene utilizzando una sonda di tipo noto, configurata per emettere ultrasuoni con frequenza nell'intervallo compreso tra 0.5 MHz e 15 MHz, ad esempio ad un valore di frequenza pari a 3.5 MHz, ed un dato set-up.

Per set-up qui si intende, in generale, l'insieme dei parametri hardware e software di ispezione e acquisizione (una o più porte ("gate") di acquisizione, eventuali filtri, frequenze di campionamento dei convertitori A/D, parametri del segnale da acquisire, ecc.) Tuttavia, ai fini della descrizione, assumendo che tutti gli altri parametri siano stati configurati in maniera adeguata agli scopi diagnostici dell'ispezione secondo pratiche standard, il parametro di riferimento utile per il processo è il solo guadagno utilizzato del sistema emettitore (da non confondersi col voltaggio di eccitazione degli eventuali trasduttori), qui indicato con G0. Tale parametro, peraltro, può essere una funzione (generalmente crescente) dello spessore del materiale (ciò è realizzabile ad esempio mediante una "distance amplitude correction", comunemente indicata come DAC), per cui, più specificamente, G0indica il guadagno usato nell'intervallo di spessore di interesse per il difetto da rivelare. Si può assumere che G0sia tale da ottenere un valore di intensità o ampiezza (ad esempio, in dB) del picco dell'eco di fondo BE nell'intervallo 80-100% in una zona priva di difetti. L'assunzione che la prima fase ispettiva (fase 10 di figura 2) sia in grado di rivelare, anche se non di misurare, i difetti di interesse è di tipo formale, nel senso che si sottintende che l'ispezione secondo la presente invenzione si propone, in generale, come un approfondimento di una prima ispezione di tipo noto già eseguita (secondo la fase 10 di figura 2). Tuttavia, l'ispezione secondo la presente invenzione può essere considerata sostitutiva dell'ispezione secondo la fase 10, che non è dunque necessaria, ma facoltativa.

La scelta del valore di frequenza degli ultrasuoni da utilizzare dipende da vari fattori, in particolare ad esempio dal tipo di struttura (dimensioni e materiale) che si vuole analizzare e dal tipo di difettosità che si desidera rilevare.

Tipicamente, per l'ispezione di strutture da pochi millimetri a qualche decina di millimetri, e per difetti di dimensioni tipiche minime non inferiori a 2-3 mm, vengono utilizzate frequenze dai 3 MHz ai 10 MHz.

I dati acquisiti dall'ispezione secondo la fase 10 possono essere rappresentati indifferentemente secondo una o più rappresentazioni comuni, quali, ad esempio, A-scan, B-scan, e C-scan.

La rappresentazione A-scan è una rappresentazione in intensità o ampiezza (ad esempio in dB), nel dominio del tempo, di uno o più seqnali di eco, qenerati a partire da un'onda introdotta nella struttura da analizzare, e dovuti a riflessioni di tale seqnale trasmesso internamente alla struttura. Le riflessioni possono essere dovute a qualsiasi discontinuità interna alla struttura, ed in particolare a difettosità che si desidera rilevare. Il seqnale di eco ricevuto è acquisito dal trasduttore che converte l'onda sonora in un seqnale elettrico. Questo seqnale elettrico, opportunamente amplificato, può essere rappresentato qraficamente a video nel dominio del tempo o campionato ed elaborato mediante calcolatore.

La fiqura 3 mostra, a titolo esemplificativo, una rappresentazione A-scan. Il seqnale di fiqura 3 presenta un primo picco FE, indicativo di una prima riflessione (eco frontale, o "front echo") all'interfaccia sonda-struttura (interfaccia con la superficie di inqresso dell'impulso ultrasonoro nella struttura); un secondo picco D, indicativo di una seconda riflessione dovuta ad un difetto interno alla struttura; e un terzo picco BE, indicativo di una terza riflessione (eco di fondo, o "back echo", o "back-wall echo"), indicativo di una terza riflessione all'interfaccia struttura-aria opposta all'interfaccia a cui è accoppiata la sonda. Il segnale di figura 3 è rappresentato su assi cartesiani aventi sulle ordinate valori temporali e sulle ascisse valori di intensità o ampiezza del segnale, ad esempio in dB.

La figura 4 mostra una rappresentazione A-scan che differisce dalla rappresentazione di figura 3 per la presenza di un elevato rumore di fondo. In questo caso, il rumore di fondo è così elevato da mascherare il picco identificativo del difetto. La semplice analisi visiva di questa rappresentazione A-scan non consente pertanto di identificare con certezza la presenza di difettosità nella struttura analizzata. Tuttavia, la richiedente ha verificato che, in presenza di un difetto (mascherato dal rumore di fondo o meno), il picco BE relativo all'eco di fondo ha ampiezza ridotta rispetto ad un caso in cui il difetto è assente. Tale situazione può essere rilevata comparando la struttura sotto analisi con una struttura di riferimento avente caratteristiche dimensionali, geometriche e di materiale analoghe a quelle della struttura sotto analisi, ma privo di difettosità. L'assenza di difettosità della struttura di riferimento può essere confermata mediante prova distruttiva della struttura di riferimento, o in altro modo.

Pertanto, anche sulla base della rappresentazione di figura 4, è possibile supporre la presenza di una difettosità, che andrà comunque meglio indagata per essere confermata o esclusa. In questo caso, però, l'informazione sulla posizione del difetto nello spessore (cioè in profondità della struttura 2) è persa.

I dati acquisiti durante la fase 10 sono convertiti in formato digitale e memorizzati per successive fasi di analisi.

Si procede quindi, fase 14, con un esame dei dati così acquisiti. Questa fase può comprendere l'analisi di una rappresentazione C-scan, valutata visivamente da un operatore qualificato.

La rappresentazione C-scan è una rappresentazione bidimensionale in pianta, mediante colori, della struttura sotto analisi, per valutare la presenza di eventuali difettosità interne ad essa. La variazione dei colori nella rappresentazione C-scan è indicativa di una discontinuità, incontrata dal segnale a ultrasuoni, estendentesi lungo una direzione normale alla direzione di propagazione del segnale a ultrasuoni stesso. La C-scan rappresenta dunque una sintesi grafica dei dati già rappresentabili mediante rappresentazione A-scan, e consente di ottenere una mappatura dei difetti della struttura analizzata.

Mediante valutazione, eventualmente combinata, di A-scan e C-scan, è possibile avere una prima indicazione relativa all'eventuale presenza di un difetto (in particolare, per il caso specifico descritto, della presenza di grinze e/o sacche di resina).

Nel caso le fasi 10-14 descritte fornissero indicazione negativa riguardo alla presenza di un difetto nella struttura analizzata (uscita NO dalla fase 16), si ritorna alla fase 10 e l'analisi della struttura continua in una porzione non ancora analizzata (la sonda e il trasduttore vengono movimentati in corrispondenza di tale porzione, fase 17). Si considerano indicazioni negative della presenza di un difetto l'assenza del secondo picco D (relativo alla riflessione causata dal difetto, mostrato in figura 3) e/o un terzo picco BE (relativo all'eco di fondo) avente ampiezza sostanzialmente uguale all'ampiezza che avrebbe nel caso in cui il difetto sia assente.

In caso contrario (sospetta grinza 4, uscita SI dalla fase 16), si continua con una nuova ispezione locale (fase 20), della zona della struttura 2 (ad esempio una porzione indicata con il riferimento 6 in figura 1) in corrispondenza della quale si sospetta, sulla base dei dati precedentemente acquisiti, la presenza di una grinza 4.

Al fine di procedere con la fase 20, devono essere fissati alcuni parametri. Più in dettaglio, si identifica (eventualmente mediante prove specifiche su un campione con caratteristiche dimensionali, geometriche e di materiale analoghe a quelle della struttura in esame):

a) la durata temporale (generalmente indicata come 1peak) dei picchi che compongono l'A-Scan (picco dell'eco frontale, picco dell'eco di fondo);

b) l'istante relativo TRMAXin cui un picco tipico (picco dell'eco frontale, picco dell'eco di fondo) ha un massimo, a partire dal suo istante iniziale;

c) l'ampiezza dell'eco frontale FE, intesa come l'intervallo (ΑΕΕ-ΔΑΕΕ, ΑΕΕ+ΔΑΕΕ), dove ΔΑΕΕè l'oscillazione statistica delle ampiezze di interesse;

d) l'ampiezza dell'eco di fondo BE, intesa come l'intervallo (ΑΒΕ-ΔΑΒΕ,ΑΒΕ+ΔΑΒΕ), dove ΔΑΒΕè l'oscillazione statistica delle ampiezze di interesse (generalmente, ΔΑΒΕè circa uguale a ΔΑΕΕ);

e) la velocità media Vusdegli ultrasuoni nel materiale di cui la struttura sotto analisi è composta;

f) l'ampiezza massima ultrasonora An maxdel rumore nel materiale di cui la struttura sotto analisi è composta;

g) l'ampiezza del rumore An, intesa come l'intervallo (Αη-ΔΑη,Αη+ΔΑη), dove ΔΑηè l'oscillazione statistica delle ampiezze di interesse;

h) l'entità dell'oscillazione statistica nel tempo ΔΤ dei picchi;

i) lo spessore massimo Pmaxdella struttura sotto analisi (per parti a geometria o spessore variabile, Pmaxè una funzione delle variabili di scansione) ;

l) la massima profondità Pd-maxalla quale ci si aspetta di rilevare un difetto;

m) la minima riduzione percentuale a dell'ampiezza dell'eco di fondo causata dalla presenza del difetto.

La durata Tpeak(vedere figura 4) può essere stimata mediante la misura della durata dell'eco frontale FE (durata TFE) o dell'eco di fondo BE (durata TBE) in una zona priva di difetti e analoga, come spessore e composizione, alla porzione sotto analisi. In assenza di fenomeni di interferenza sugli echi frontale e di fondo, TEEe TBEdell'eco di fondo sono mediamente entrambe uguali a Tpeakentro ΔΤ, come espresso dalle seguenti formule (1) e (2):

dove TEEe TEi, e TBEe ΤΒΪsono, rispettivamente gli istanti iniziali e finali dell'eco frontale e di quello di fondo (si vedano le figura 3 e 4). L'istante iniziale e quello finale possono essere stimati, rispettivamente, come l'istante relativo al fronte di salita dell'impulso in cui l'ampiezza diventa pari ad Ane l'istante relativo al fronte di discesa dell'impulso in cui l'ampiezza diventa pari sempre ad An. In modo del tutto analogo può essere stimato TRMAX.

La scansione locale secondo la fase 20 di figura 2 avviene impostando, precedentemente alla scansione vera e propria, i seguenti parametri di scansione ed elaborazione ("post processing"):

a) ispezione mediante tecnica a ultrasuoni (preferibilmente con sonde a banda larga, ad esempio 2-8 MHz), e acquisendo onde complete in riflessione (ad esempio rappresentazione in A-Scan) con frequenza di campionamento pari o superiore a 100 MHz (nel dominio del tempo) e con una digitalizzazione delle ampiezze dell'onda di almeno 6 bit ;

b) guadagno G0come precedentemente definito;

c) porta ("gate") di acquisizione Cacq con larghezza maggiore di 2-(Pmax/Vus), con istante di partenza all'origine del picco dell'eco frontale FE (ipotizzata ad esempio coincidente con l'origine dell'asse temporale, pari a 0 ps);

d) porta per una prima rappresentazione C-scan (indicata nel seguito come C-scanl) con istante di partenza a TFF+AT, istante finale ad almeno 3-(Pmax/Vus), livello di rumore pari a An-max+AAn, e modalità di acquisizione a picco massimo. La modalità a picco massimo indica che ogni punto della C-Scanl generata è relativo alla massima ampiezza di picco della relativa A-Scan in quel punto all'interno della porta di acquisizione stabilita per la Cscanl, purché l'ampiezza di picco considerata sia maqqiore del livello di rumore stabilito (An-max+AAn);

e) porta per una seconda rappresentazione C-scan (indicata nel sequito come C-scan2) per il monitoraqqio dell'eco di fondo, con inizio e fine, rispettivamente, a 2· (Pmax/Vus)-ΔΤ ed a 3·(Pmax/Vus), livello di rumore pari a An-max+AAne con modalità di acquisizione "picco massimo" o "primo-picco". La modalità picco-picco indica che oqni punto della C-Scan qenerata è relativo al primo picco dell'A-Scan avente ampiezza maqqiore del livello di rumore stabilito, e in oqni caso all'interno dell'ampiezza di porta stabilita.

Si procede quindi con la scansione a ultrasuoni locale, con i parametri impostati, in corrispondenza del presunto difetto (preferibilmente in una pluralità di punti in prossimità dell'area che si desidera analizzare). Per oqni direzione di scansione, è preferibile utilizzare un passo di scansione minore o uquale a 1 mm.

Si procede quindi, fase 22 di fiqura 2, con la creazione di una base dati per orqanizzare i dati acquisiti mediante la precedente fase 20, ed in particolare i dati acquisiti secondo le impostazione Cacq, C-scanl e C-scan2, e cioè la forma d'onda completa con porta di acquisizione Cacq per ogni punto di scansione, il valore di tempo di volo (TOF) e ampiezza dell'eco di fondo per C-scanl, e il valore di tempo di volo (TOF) e ampiezza dell'eco di fondo per C-scan2.

Quindi, fase 24, si procede con un esame delle informazioni rilevate mediante la fase 22. Tale fase può essere eseguita visivamente da un operatore qualificato o automaticamente, mediante elaboratore.

In particolare, si esegue un'analisi della rappresentazione secondo C-Scanl e C-Scan2: nel seguito, si suppone che le caratteristiche di tempo di volo e ampiezza dell'eco di fondo valutate in C-Scanl siano poi confermate in C-Scan2 (ciò accade quando non ci sono difetti o quando i picchi dei difetti hanno ampiezza minore del picco di difetto).

La richiedente ha infatti verificato che difetti (in particolare grinze 4) associati a sacche di resina profonde (in particolare a profondità superiore a (Tpeak+hT)Vus)causano riflessione del segnale ultrasonico incidente (cioè generano il picco D) avente un valore di tempo di volo superiore alla durata temporale Tpeak+hT del picco relativo all'eco frontale FE, ed un'ampiezza generalmente maggiore di quella dell'eco di fondo BE; si ha inoltre una riduzione dell'ampiezza di picco dell'eco di fondo BE pari ad un valore percentuale a generalmente maggiore del 70%.

Anche nel caso in cui il secondo picco D non sia visivamente percepibile (ad esempio perché sotto la soglia di rumore), si ha comunque una riduzione dell'ampiezza di picco del segnale di eco di fondo BE pari ad almeno a, associata ad una sua traslazione lungo l'asse temporale maggiore di ΤΒΕ+ΔΤ.

Inoltre, la richiedente ha verificato che nell'ulteriore ipotesi di difetti non associati a sacche di resina, o associati a sacche di resina non rilevabili in quanto, ad esempio, molto superficiali (indicativamente a profondità inferiore a (Tpeak+AT)Vus), si ha comunque una riduzione dell'ampiezza di picco del segnale di eco di fondo BE di valore percentuale pari ad a.

Si fa qui notare che le considerazioni prima riportate si applicano sia a rappresentazioni C-Scan singole (in cui ampiezze e tempi di volo sono rappresentati con due differenti immagini), sia a rappresentazioni combinate (ampiezze e tempi di volo fusi in un'unica immagine). In generale, l'indicazione di sacca di resina associata ad una grinza 4 si presenta come un'indicazione lineare (ovvero con rapporto larghezza/lunghezza molto minore di 1) e con un tempo di volo TOF_wrinkle pressoché costante entro l'oscillazione statistica. Per il tempo di volo TOF_wrinkle di un picco associato ad una grinza vale la seguente relazione (3):

(Tpeak+ΔΤ)Vus<T0F_wrinkle<2(Pmax/Vus)-ΔΤ (3) Il valore di ampiezza Awdel picco ultrasonoro associato alla sacca di resina, entro l'oscillazione statistica, è dato dalla relazione (4):

Aw=a<■>(ΑΒΕ<_>ΔΑπ)(4)

Se le valutazioni secondo la fase 24, in accordo con quanto prima descritto, confermano la probabile presenza di un difetto, allora (uscita SI dalla fase 26), si passa alla fase 28. Viceversa, se la presenza di un difetto è esclusa sulla base delle valutazioni secondo la fase 24, si passa (uscita NO dalla fase 26) alla fase 17 e quindi alla scansione di una nuova porzione della struttura 2.

La fase 28 è basata suqli stessi criteri di valutazione della fase 24. La fase 24 stabilisce se vi sono indicazioni di difetto (in particolare di qrinza 4) rivelabili, ovvero se vi sono indicazioni lonqitudinali formate: (i) da picchi in tempo di volo anticipati rispetto all'eco di fondo (analisi di C-Scanl); o (ii) da picchi dell'eco di fondo ridotti in ampiezza e ritardati rispetto a quanto si avrebbe in strutture prive di difetti (da analisi di C-Scanl e C-Scan2); in quest'ultimo caso (ii), non sono riscontrabili picchi relativi a qrinze o a sacche di resina associate. La fase 28 individua quale tra i due casi (i) e (ii) qui esposti sia applicabile.

Se è verificato solo il caso (ii) anche la fase di decisione 30 produce un NO, il che conduce all'esecuzione della fase 34. Se è verificato anche (o solo) il caso (i), la fase 30 produce un SI, e si entra nella fase 32.

La fase 34 comprende fasi di una procedura meglio descritta nel seguito con riferimento al diagramma a blocchi di figura 5.

Nella fase 32, mediante ancora analisi di C-Scanl e di C-Scan2, si valuta se l'ampiezza dell'eco di fondo è trascurabile rispetto al caso di assenza di difetto. Nel caso in cui la variazione di eco di fondo BE non è trascurabile (uscita NO dalla fase 32), si passa alla fase 38, che comprende fasi di una procedura meglio descritta nel seguito con riferimento al diagramma a blocchi di figura 6. Viceversa (uscita SI dalla fase 32), si attua una modifica del set-up in termini di guadagno e si reispeziona l'area (fase 36). Il principio base che sottende la fase 36 è che se le ampiezze sia del difetto, sia dell'eco di fondo sono trascurabili (per cui non vi sono dati utili per la caratterizzazione e misura del difetto), ciò potrebbe essere dovuto ad un guadagno (in questa fase pari a G0)insufficiente; è necessario quindi incrementarlo e ripetere la scansione (fase 40). Tuttavia, la richiedente ha verificato che, nell'assunzione già segnalata che G0sia stato opportunamente scelto sulla base di pratiche standard, un incremento maggiore di 12 dB non conduce generalmente a nessun miglioramento significativo, soprattutto a causa dell'ampiezza eccesiva che caratterizzerà il rumore. Il valore limite di 12 dB è solo indicativo, in quanto dipende da molteplici fattori (inclusi rumorosità della strumentazione e del cablaggio, prestazioni della sonda, perturbazioni dell'ambiente, materiale in esame). In ogni caso, prima di passare alla fase 40, va quindi verificato che non si sia superato il valore limite (fase di decisione 36): in caso di uscita SI, 0 si dispongono ulteriori approfondimenti (inclusa la ri-scansione dell'area, in caso di verifica di condizioni che abbiano potuto perturbare la scansione, come contaminazioni superficiali o irregolarità geometrico-dimensionali ) o il difetto è al di sotto della soglia di misurabilità.

La soglia di misurabilità va verificata mediante un processo sperimentale, qui indicato come "calibrazione sperimentale", basato su un numero statisticamente sufficiente di campioni rappresentativi delle parti da ispezionare e contenenti difetti reali, simulati o artificialmente indotti simili a quelli di interesse. La rappresentatività dei campioni dovrà essere assicurata in termini di materiale, spessori e geometrie. Gli spessori ed 1 parametri geometrici (raggi, angoli, curvature) devono andare dal minimo al massimo valore delle parti di interesse . I difetti dovranno avere caratteristiche dimensionali (almeno minimo e massimo spessore lungo la direzione di propagazione degli ultrasuoni, minima e massima larghezza nella relativa direzione di scansione, minima lunghezza nella corrispondente direzione di scansione), di posizione (minima e massima profondità dalla superficie di ingresso degli ultrasuoni, posizione nell'arco se si tratta di una parte a T o similare, ecc.) e di forma (squadrata, parabolica, ecc.). Il processo di misura è calibrato secondo tutte le configurazioni rappresentate dai campioni, le dimensioni dei difetti dei quali rappresentano anche le soglie documentate di misurabilità .

Nel diagramma a blocchi in figura 2 viene in ogni caso indicata come successiva azione l'ispezione di una nuova porzione della struttura in esame (fase 17).

Nella fase 36, dunque, il valore di guadagno corrente viene valutato. In particolare si verifica che il guadagno Gccorrente supera una certa soglia, ad esempio pari a G0+12dB. Entro i limiti e le considerazioni ora riportate, un guadagno Gcsuperiore alla soglia impostata (ad esempio Gc>G0+12dB) è considerato non accettabile e la scansione dell'area sotto esame si interrompe (uscita SI dalla fase 36). In questo caso la scansione della struttura sotto esame può procedere con una nuova porzione della struttura (si passa alla fase 17). Al contrario, se il guadagno Gcnon ha raggiunto un valore superiore alla soglia, si passa (uscita NO dalla fase 36) alla fase 40.

Nella fase 40 il guadagno corrente Gcviene incrementato di un valore predefinito, ad esempio 6 dB, e si procede con una nuova ispezione della stessa zona già analizzata e per cui non si è raggiunto un risultato considerato accettabile. Si torna quindi alla fase 22, per acquisire nuovi dati da analizzare e si procede nuovamente aumentato con le fasi già descritte.

Viene ora descritta, con riferimento alla figura 5, la procedura secondo la fase 34 di figura 2. Tale procedura consente di stimare condizioni geometriche, in particolare la larghezza Lwe la profondità Pw, della grinza 4 nelle condizioni prima definite.

Si assume innanzitutto che il rapporto larghezza/profondità della grinza 4 (rapporto Lw/Pwcon riferimento alla figura 1, dove Lwè la larghezza L della grinza nella relativa direzione di scansione e Pwè la profondità della grinza lungo la direzione di propagazione degli ultrasuoni) sia una funzione R del corrispondente rapporto larghezza/profondità LR/PRdella sacca di resina, come espresso dalla relazione (5):

La richiedente ha verificato che l'assunzione (5) è corretta. In particolare, la deformazione del primo strato di materiale in carboresina sul quale incide il fascio ultrasonoro (indicato di seguito come "ply-1") rispetto alla superficie di ingresso degli ultrasuoni (supposta nel verso della sacca di resina) segue fedelmente la deformazione della sacca di resina, ovvero:

Tale grinza, per deformazioni verso l'interno, è generalmente anche quella più severa (Lw/Pwminore). Le relazioni funzionali R, RLed Rppossono essere stimate in fase di calibrazione del processo ed, eventualmente, dall'analisi distruttiva o visiva delle grinze su casi reali o con grinze indotte artificialmente.

La procedura di figura 5 inizia con la fase 50. Si esegue una nuova ispezione a ultrasuoni della porzione di struttura includente la sospetta grinza 4, ed i risultati ottenuti sono rappresentati mediante una ulteriore rappresentazione C-scan (nel seguito definita per semplicità C-scan3) . Per la rappresentazione della C-scan3, i parametri di porta per questa acquisizione comprendono: una larghezza di porta pari a 1.5TBE, dove TBEè, come detto, la durata temporale del picco di segnale relativo all'eco di fondo BE; un istante di inizio pari a ΤΒΙ-ΔΤ; e livello di ampiezza An max+AA. La modalità di acquisizione è di tipo a picco massimo. La C-Scan3 può essere ottenuta durante la stessa scansione della fase 20 o con una nuova scansione

La successiva fase 52 è relativa all'individuazione sulla C-Scan3 dell'indicazione della sacca di resina.

In particolare nella fase 52, sulla base della rappresentazione C-scan3, si individua graficamente la sezione Swrelativa alla sacca di resina da misurare (lungo la dimensione della larghezza).

Dopo tale individuazione, si passa alla fase 54. Tale fase riguarda una stima della larghezza Ladi Swutilizzando i valori di ampiezza ottenuti dall'analisi della C-scan3. La sequenza delle ampiezze che caratterizzano l'intera sezione Swdella sacca di resina rilevata, in funzione dell'asse relativo di scansione, genera una curva che può essere approssimata mediante procedure standard di migliore approssimazione, o "bestfit". In particolare, la richiedente ha verificato che per strutture con forma a T o comunque con zone raggiate, in particolare per grinze originate in corrispondenza di angoli o curve, la sequenza delle ampiezze ultrasonore di Swlungo la larghezza può essere approssimata con una gaussiana. Siano Ga(k), con k=l,...,q i valori ottenuti dal best-fit (ad esempio gaussiano) e q il numero di punti di scansione (con passo di scansione s pari a, ad esempio, s=lmm) che coprono integralmente Sw; sia inoltre max[Ga(k)] il massimo di Ga(k). Laè stimata con la formula (7): (7) dove φ è una funzione definibile in base al best-fit ed alla fase di calibrazione; k2 e kl sono indici di Ga(k) tali per cui l'indice kmax relativo al massimo valore assunto da Ga(k) (max [Ga (k)]=Ga (kmax)) è compreso tra kl e k2; Ga(kl) e Ga(k2) sono i valori più prossimi (approssimati per difetto) ad hi<■>max [Ga (k)], tali per cui Ga (kl)3⁄4Ga (k2)3⁄4hi<■>max [Ga (k)]. Il fattore hi è tipicamente pari a 0.126 (18 dB) e può essere più finemente stimato in fase di calibrazione.

Nel caso di funzione gaussiana, con passo di scansione pari a s=lmm, il valore di La, in millimetri, può essere in prima approssimazione stimato pari k2-kl.

Risulta evidente che possono essere utilizzate altre funzioni per il best fit dei valori delle ampiezze ottenuti per Sw, ad esempio funzioni paraboliche, o altre ancora.

Quindi si passa alla fase 56, che indirizza la misura della larghezza e della profondità della grinza valutando se il massimo valore rilevato di tempo di volo (indicato come TM(Sw)) relativo alla sacca di resina della sezione Swè maggiore di un valore di soglia, in particolare dato da

Se TM(SW) è maggiore del doppio della durata temporale 1peakdei picchi che compongono l'A-Scan ed in particolare del picco dell'eco frontale (uscita SI dalla fase 56), il picco della sacca di resina è nettamente separato dall'eco frontale e si passa alle fasi 58-65.

In caso contrario (uscita NO dalla fase 56), si passa all'ulteriore fase di decisione 66: se TM(SW) è maggiore di

-peak, il tempo di volo della sacca di resina è ancora individuabile e si passa alle fasi 68-70; se, invece, TM(Sw)≤TPeak, il processo ha termine, non essendo separabile la riflessione dovuta alla sacca di resina da quella dell'eco frontale (i rispettivi picchi sono graficamente sovrapposti sulla A-scan) .

Con riferimento alle fasi 58-64, cioè al caso in cui la riflessione dalla sacca di resina è completamente separata dall'eco frontale, viene innanzitutto valutata (fase 58) la profondità Pwdella grinza, utilizzando TM(SW) e la velocità Vusdegli ultrasuoni, secondo la formula (8):

Generalmente, il termine algebrico li ha valore pari a zero; tuttavia, durante la fase di calibrazione, il termine ii può essere diverso da zero, ed è utile per la trasformazione dei tempi di volo in profondità.

Si passa quindi alle fasi 60-65, che riguardano la misura della larghezza (qui indicata come Lt) di Swmediante valori di tempo di volo e della successiva valutazione della larghezza della grinza.

Nella fase 60 si verifica se il valore di a (che indica il fattore di riduzione in percentuale dell'eco di fondo dovuta al difetto) eccede il 50%.

Se a ≤ 0,5 (uscita NO della fase 60), Ltpuò essere stimata (fase 62) con la misura del segmento sulla C-Scan3 (in tempo di volo) che delinea la larghezza di Sw; si passa poi alla fase 65 per la valutazione di Lw.

Se a > 0,5 (uscita SI della fase 60), Ltpuò essere stimato (fase 64) mediante un procedimento analogo a quanto fatto per le ampiezze nella fase 54. In questo caso, la sequenza dei tempi di volo di Swin funzione dell'asse relativo di scansione forma una curva che può essere approssimata mediante procedure standard di best-fit. Anche per i tempi di volo la richiedente ha verificato che per strutture con forma a T o comunque con zone raggiate, per grinze originate negli angoli o nelle porzioni curve, la sequenza dei tempi di volo di Swlungo la larghezza possa essere approssimata con una gaussiana. Siano quindi Gt(j), con j=l,...,q i valori ottenuti dal best-fit (ad esempio gaussiano) e q il numero di punti di scansione (con passo di scansione s, ad esempio s=lmm) che coprono integralmente Sw. Ltè stimata con la formula (9):

Lt=i|/(|j2-j1|-s) (9) dove ψ è una funzione definibile in base al best-fit ed alla fase di calibrazione; j2 e jl sono indici di Gt(j) tali per cui l'indice jmax per cui Ga(j) ha valore massimo (max [Gt (j)]=Gt (jmax)) è compreso tra jl e j2; Gt(jl) e Gt(j2) sono i valori più prossimi (approssimati per difetto) ad h2-max [Gt (j)]. Il fattore h2è tipicamente pari a 0.126 (18 dB) e può essere più finemente stimato in fase di calibrazione.

Nel caso di funzione gaussiana, con passo di scansione pari a s=lmm, il valore di Lt, in millimetri, può essere in prima approssimazione stimato pari k2-kl.

Risulta evidente che possono essere utilizzate altre funzioni per il best fit dei valori delle ampiezze ottenuti per Sw, ad esempio funzioni paraboliche, o altre ancora. Quindi, si passa alla fase 65.

La fase 65 comprende il calcolo della larghezza Lwdi grinza mediante la formula (10):

Il completamento della fase 65 conduce alla fine del processo .

Come anticipato, le fasi 68-70 (uscita SI dalla fase 66) sono dedicate alla valutazione della larghezza (fase 68) e della profondità (fase 70) di grinza nel caso in cui l'eco del difetto non sia nettamente separato da quello dell'eco frontale.

Nella fase 68, non essendo in questo caso utilizzabili in modo affidabile i valori in tempo di volo, la larghezza di grinza Lwè valutata solo utilizzando Larmediante la formula (11):

La profondità di grinza Pwnella fase 70 è valutata con la formula (12):

Anche in questo caso la richiedente ha verificato che, durante la fase di calibrazione, può essere necessario un termine algebrico aggiuntivo (i2nella formula (12)) per la trasformazione dei tempi di volo in profondità. Si ricordi che TRMAXè l'istante in cui un picco tipico ha un massimo, a partire dal suo istante iniziale.

Con riferimento alla figura 6, vengono ora descritte sottofasi della procedura secondo la fase 38 di figura 2. Come già detto, si entra nella fase 38 quando l'indicazione della presenza di un difetto è fornita esclusivamente da un abbassamento dell'ampiezza di picco dell'eco di fondo BE e il segnale di eco dovuto al difetto potrebbe essere mascherato dall'elevato rumore di fondo.

Per l'analisi vengono considerati come dati di partenza l'insieme delle onde complete riflesse (considerate qui in modalità radiofrequenza) acquisite secondo Cacq e la C-Scan3.

Si individuano sulla C-Scan3 un'area contenente il difetto (Zw) ed un'area priva di difetti (Zb). Quest'ultima deve essere quanto più vicina alla prima o comunque relativa ad una porzione della parte o di uno standard di riferimento con caratteristiche qeometriche e dimensionali uquali a quelle dell'area difettata. Zwe Zbsono tipicamente aree rettanqolari di dimensioni contenenti un numero di punti sufficienti per analisi di tipo statistico, ad esempio 100 punti (corrispondenti a 100 mm<2>, nel caso di passi di scansione nelle due dimensioni rilevanti entrambi di 1 mm) . Si ricorda che ad oqni punto della C-Scan corrisponde un'onda completa. Di entrambe le aree venqono prelevate le onde e conservate in due matrici (file) che indicheremo con qli stessi nomi Zwed Zb, di rispettive dimensioni wl-w2 e bl-b2 (ad esempio, wl e bl si riferiscono alle riqhe e w2 e b2 alle colonne delle rispettive matrici) . Nel sequito, per semplicità di esposizione, viene supposto che il difetto abbia la lunqhezza e la larqhezza orientate, rispettivamente, nel senso delle colonne e delle riqhe della matrice Zw. Si suppone anche che: w2 sia maqqiore della larqhezza del difetto e che questo sia interno all'intervallo [l,w2]; wl coincida con la lunqhezza del difetto che si vuole caratterizzare (in caso contrario, la procedura va ripetuta per ulteriori zone fino a completare tutte quelle di interesse) .

Nella fase 91, tutte le onde in Zwe Zbvengono normalizzate. La normalizzazione consiste di due operazioni consecutive: normalizzazione in ampiezza e compensazione offset dei tempi di volo.

La normalizzazione in ampiezza fa in modo che tutte le onde abbiano il massimo ed il minimo uguali a due valori prefissati (indicati rispettivamente nel seguito con AMAXed AMIN; tipicamente AMAX= -AMIN)· Essa è eseguita come segue. Siano AwMAx(i,j) ed AwMiN(i/j) rispettivamente il massimo ed il minimo dell'ampiezza dell'onda di posizione i,j nella matrice Zw(con i=l,...,wl e j=l,...,w2). Analogamente, siano AbMAx(l,m) ed AbMiN(l/in) rispettivamente il massimo ed il minimo dell'ampiezza dell'onda di posizione l,m nella matrice Zb(con i=l,...,wl e j=l,...,w2). Se Aw(i,j;t) ed Ab(l,m;t) sono le ampiezze in funzione del tempo t, rispettivamente, dell'onda di posizione i,j in Zw, e dell'onda di posizione l,m in Zb, applicando le formule lineari (13) e (14), si ottengono i corrispettivi valori normalizzati Awi(i,j;t) ed Abi(l,m;t). Si deve notare che il tempo t varia in modo discreto (in cui si suppone che t=0 corrisponde a 0 ps), e che quindi:

ogni passo dt dipende dalla frequenza di campionamento vf(ad esempio, per vf= 100 MHz, dt = 0.01 ps); per cui i valori di t possono essere costruiti dalla variabile discreta τ (τ = 0,1,...): t = dt-τ (le funzioni della variabile tempo t possono anche essere indicate come funzioni della variabile i);

- il valore massimo di t dipende dal set-up scelto (cioè dall'estremo superiore della porta di acquisizione di Cacq) . Nel sequito sarà utilizzata anche la variabile discreta t.

Le formule (13) e (14) sono le sequenti:

La compensazione dell'offset dei tempi di volo, attuata sulle Awie sulle Abi, fa in modo che il massimo di ampiezza dell'eco frontale si trovi all'origine dell'asse dei tempi, ovvero a t=0. Se per l'onda Axi(p,q), con x=w o x=b, l'eco frontale ha il massimo in twAx, allora, supponendo che t=0,...,tf, la compensazione, con la quale sono generate le onde compensate Axn(p,q), è ottenuta mediante la formula (15):

Dopo la normalizzazione, in cui vengono generate le matrici Zme Zbncontenenti le onde normalizzate Ame Abn, viene eseguita la fase 92, dove vengono ottenute due onde medie, A^ tt) ed Abm(t), che sintetizzano le caratteristiche, rispettivamente, della zona difettata e di quella non difettata. A^ tt) ed Abm(t) sono ottenute mediante le formule (16) e (17):

Quindi, fase 93, viene generata la matrice dei valori picco picco Vpp(i,j) degli echi di fondo (situati ora tra ti<=>TBiTMAXe tf= TBF<_>TMAX) delle onde Am(t), mediante la formula (18):

con t compreso tra (t±e tf). È vantaggioso lavorare piccopicco in quanto si esaltano i contrasti.

In seguito, fase 94, mediante la formula (19), viene ottenuto il vettore riga Vppm(j) mediando sulle colonne di Vpp(i,j) ed invertendo rispetto al valore massimo:

con V'max=rnax (V'ppm(j)). La fase di mediare secondo la fase 94 consente di abbattere il rumore, mentre la fase di invertire rispetto al valore massimo semplifica le successive fasi di elaborazione e calcolo.

La sequenza dei valori Vppm(j) forma una curva che può essere approssimata mediante procedure standard di bestfit. In particolare, la richiedente ha verificato che, per gli scopi di misura in trattazione, la sequenza può essere approssimata con una gaussiana, caratterizzata da una deviazione standard oppm. Nella fase successiva 95 viene valutata la larghezza di grinza come da formula (20):

(20)

Dalla fase 96 inizia la parte della procedura dedicata alla misura della profondità di grinza Pw, a partire dalla generazione del segnale differenza D(t) come da formula (21):

(21)

Di tale vettore, viene costruito lo spettrogramma logaritmico Γ(ν,τ), come da formula (22):

(22)

dove v=0, ..., nf; nfè tipicamente pari a 255 ed i è l'unità immaginaria.

Nella fase 97 lo spettrogramma viene rappresentato e poi valutato. La rappresentazione è una mappa a colori, avente sull'asse delle ascisse i valori di profondità x=dt-i· (Vus/2); sull'asse delle ordinate le frequenze f=v/dt; per colore dei pixel i valori Γ(ν,τ) nell'intervallo γι e γ2(tipicamente γι = 0.73- rmaxe γ2= 0.90-rmax, dove Tmaxè il massimo su v e τ di Γ(ν,τ); i valori di γι e γ2possono essere più finemente stabiliti in fase di calibrazione) . In tale rappresentazione appariranno dei picchi (si veda la figura 7 come esempio). Il picco relativo all'eco iniziale tende ad essere trascurabile, mentre tipicamente appaiono il picco relativo all'eco di fondo ed il picco del difetto. Supponendo che il picco del difetto sia situato tra Xi ed x2, la profondità della grinza può essere valutata mediante la formula (23):

Pw=x2-Xi (23) A questo punto il processo ha termine.

Da un esame delle caratteristiche del metodo realizzato secondo la presente invenzione sono evidenti i vantaggi che essa consente di ottenere.

In generale, la possibilità di rivelare, misurandone le dimensioni significative, grinze interne in strutture in composito di qualsiasi forma, associate o meno a sacche di resina, consente di aumentare in modo sensibile la qualità del prodotto, riducendo il numero di parti erroneamente accettate, e nello stesso tempo di ridurre i costi di produzione delle strutture, riducendo il numero di parti erroneamente scartate. Inoltre, tale capacità diagnostica amplia il ventaglio delle possibili configurazioni strutturali in fase di progettazione, nell'ambito dei criteri di tolleranza del danno ("damage tolerance").

Nello specifico, il metodo non richiede attrezzature, strumenti o sonde particolari o ad hoc. Inoltre, esso si basa su ispezioni ultrasonore che possono essere eseguite contestualmente a quelle convenzionali, normalmente utilizzate in contesti produttivi. Infine, il metodo si presta ad una totale automazione, sia nella fase di scansione che in quella di processo e diagnosi.

Risulta infine chiaro che al metodo qui descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall'ambito protettivo della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate.

In particolare, rientrano nell'ambito protettivo dell'invenzione :

diverse scelte delle caratteristiche, anche in frequenza, delle sonde e dell'apparato di misura, dei metodi e delle curve di best fitting, della calibrazione sperimentale, delle soglie, dei parametri di gate e delle modalità di scansione;

- l'applicazione del metodo a tecniche ultrasonore in riflessione diverse da quelle riportate a titolo di esempio nella descrizione; tali tecniche includono, ma non sono limitate a, ultrasuoni in aria, laser-ultrasuoni, phasedarray;

l'applicazione del metodo in modo integrativo o sostitutivo di un'ispezione standard;

un diverso diagramma di processo, in cui la diramazione condizionale verso la procedura secondo la fase 38 di figura 2 è eseguita prima di quella verso la fase 34 di figura 2, o viceversa;

- l'applicazione del metodo a materiali o combinazioni di materiali differenti da quelli compositi in carboresina; - l'applicazione del metodo a difetti differenti dalle grinze, con analoghe caratteristiche morfologiche, includenti ma non limitati a deformazioni normali al piano di ispezione di strati costituenti un materiale, inclusioni o vuoti causanti deformazioni interne normali al piano di ispezione.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo di ispezione ultrasonora non distruttiva di una struttura (2) in materiale composito includente una superficie di incidenza ed una superficie di fondo disposta a distanza dalla superficie di incidenza, per rilevare almeno un difetto (4) interposto tra la superficie di incidenza e la superficie di fondo, comprendente le fasi di: - definire (20; 50) una pluralità di primi punti di ispezione lungo una prima direzione di scansione della struttura (2); - per ciascuno di detti primi punti di ispezione, generare (20; 50), ad un istante temporale iniziale, un segnale a ultrasuoni incidente su detta superficie di incidenza e acquisire (20; 50) un segnale a ultrasuoni riflesso indicativo della presenza del difetto (4); - per ciascuno di detti primi punti di ispezione, elaborare (24; 52; 91-93) il segnale a ultrasuoni riflesso per estrarre un primo impulso relativo ad una riflessione superficiale (FE) generata dalla superficie di incidenza in risposta al segnale a ultrasuoni incidente, un secondo impulso relativo ad una riflessione di difetto (D) generata dal difetto in risposta al segnale a ultrasuoni incidente, e un terzo impulso relativo ad una riflessione di fondo (BE) generata dalla superficie di fondo in risposta al segnale a ultrasuoni incidente; - associare (24; 52; 91.93) a ciascuno dei primi, secondi e terzi impulsi un rispettivo primo valore di ampiezza di picco ed un rispettivo primo valore di tempo di volo, il primo valore di tempo di volo essendo il valore di durata temporale intercorrente tra l'istante temporale iniziale e un istante temporale di acquisizione del rispettivo impulso; - approssimare ("fitting") (54; 94), mediante una funzione interpolante, i valori di ampiezza di picco associati ai secondi impulsi estratti per tutti i punti di ispezione di detta pluralità di punti di ispezione operativi; e - stimare (65; 68; 95) una prima dimensione (La; Lw) di detto difetto (4) sulla base di almeno un parametro della funzione interpolante.
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui la funzione interpolante è una funzione gaussiana, detto parametro della funzione interpolante comprendendo il valore di deviazione standard ("standard deviation") della funzione gaussiana, la fase di stimare la prima dimensione (La; Lw) comprendendo calcolare (95) un valore pari al doppio della deviazione standard.
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui la funzione interpolante è una funzione gaussiana, detta fase di stimare comprendendo le fasi di: - calcolare (54) un valore massimo (max[Ga(k)]) assunto dalla funzione gaussiana; - calcolare (54) un valore di soglia (hi<■>max[Ga(k)]) come frazione del valore massimo assunto dalla funzione gaussiana; determinare (54), lungo la prima direzione di scansione, un primo e un secondo punto intermedio (kl, k2) tali per cui la funzione gaussiana calcolata nel primo e nel secondo punto intermedio assume un valore pari al valore di soglia (hi<■>max[Ga(k)]); e - calcolare (54, 68) la prima dimensione (La; Lw) come distanza tra il primo e il secondo punto intermedio (kl, k2) lungo la prima direzione di scansione.
4. 4. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre la fase di stimare (58; 70) una seconda dimensione (Pw) di detto difetto (4) moltiplicando il massimo valore di tempo di volo tra i valori di tempo di volo (TOF_wrinkle) associati ai secondi impulsi per un valore di velocità (Vus)del segnale a ultrasuoni nella struttura (2).
5. 5. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-3, comprendente inoltre le fasi di: - definire (90) una pluralità di secondi punti di ispezione lungo una seconda direzione di scansione di una struttura di riferimento, la struttura di riferimento avendo una propria superficie di incidenza, una propria superficie di fondo ed essendo priva di difetti (4) tra la superficie di incidenza e la superficie di fondo; - per ciascuno dei secondi punti di ispezione, generare (90) un segnale a ultrasuoni di riferimento incidente su detta superficie di incidenza, e acquisire (90) un segnale di riferimento riflesso; - per ciascuno dei secondi punti di ispezione, elaborare (91-93) il segnale di riferimento riflesso per estrarre un quarto impulso relativo ad una riflessione superficiale (FE) generata dalla superficie di incidenza in risposta al segnale a ultrasuoni di riferimento incidente, un quinto impulso relativo ad una riflessione di difetto (D), e un sesto impulso relativo ad una riflessione di fondo (BE) generata dalla superficie di fondo in risposta al segnale a ultrasuoni di riferimento incidente; - associare (91-93) a ciascuno dei quarti, quinti e sesti impulsi un rispettivo valore di una ampiezza di picco di riferimento; - per ciascuno dei primi e secondi punti di ispezione, sottrarre (96) tra loro i rispettivi valori di ampiezza di picco del primo e del quarto impulso, i rispettivi valori di ampiezza di picco del secondo e del quinto impulso, e i rispettivi valori di ampiezza di picco del terzo e del sesto impulso, ottenendo rispettivi valori di ampiezza differenza (D(t)) ("difference amplitude values"); - calcolare (96) uno spettrogramma logaritmico di detti valori di ampiezza differenza (D(t)); e - sulla base dello spettrogramma logaritmico, ricavare (97) la seconda dimensione (Pw) del difetto (4).
6. 6. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre, prima di detta fase di generare un segnale a ultrasuoni incidente, le fasi di: - eseguire (10) una ispezione a ultrasuoni preventiva della struttura (2); - analizzare (14) un risultato di detta ispezione a ultrasuoni preventiva; e, nel caso in cui detto risultato dell'ispezione a ultrasuoni preventiva escluda la presenza di un difetto (4) nella struttura (2), - interrompere (16, 17) l'ispezione della struttura.
7. 7. Metodo secondo la rivendicazione 5, in cui detta fase di eseguire l'ispezione a ultrasuoni preventiva comprende eseguire una ispezione di tipo a impulso di eco ( "pulse-echo").