Kiểm tra không phá hủy (NDT) bằng phân tích cộng hưởng âm thanh – Phần 2.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về các thiết bị, cách thực hiện cũng như ứng dụng của phương pháp phân tích cộng hưởng âm thanh trong kiểm tra không phá hủy.

4. Vị trí cảm biến và kích thích.

4.1. Micro

Cảm biến tiêu chuẩn để kiểm tra cộng hưởng âm là một micrô  (Hình 7) ghi lại tiếng ồn trong không khí phát ra từ tất cả các vùng của bộ phận được kiểm tra.

Hình 7: Micrô băng thông rộng được sử dụng trong Thử nghiệm Cộng hưởng Âm thanh (ART).

Nó phụ thuộc vào các thông số kỹ thuật  xem băng thông 20 kHz là đủ hay cần phải có micrô băng thông rộng với băng thông lên đến 75 kHz.4.3. Gia tốc kế

4.2.Gia tốc kế.

Cảm biến tiếng ồn do cấu trúc như cảm biến gia tốc (Hình 8) ghi lại tín hiệu chỉ tại một điểm trên bề mặt của bộ phận và với băng thông hạn chế so với micrô băng thông rộng.

User-added image
Hình 8: Cảm biến gia tốc công nghiệp Simcenter Anovis được ứng dụng theo kiểu tự động hóa từng phần.

Một ưu điểm của cảm biến gia tốc là có thể sử dụng trong môi trường ồn, nơi mà âm thanh nhà máy gây nhiễu cho phép đo của micrô. Độ rung bề mặt của một bộ phận trong quá trình thử nghiệm va đập tỷ lệ với âm thanh phát ra, nhưng ít bị ảnh hưởng bởi tiếng ồn xung quanh. Việc sử dụng các cảm biến tiếng ồn do cấu trúc tạo ra trong kiểm tra cộng hưởng âm là phổ biến đối với các bộ phận thân xe hoặc các bộ phận đúc.

   4.3. Laser

Cảm biến tiếp xúc khó có thể được áp dụng tự động cho các bộ phận có kích thước vừa và nhỏ mà không ảnh hưởng nhiều đến kết quả. Các cảm biến không tiếp xúc như máy đo rung Doppler laser cho phép băng thông cao hơn nhưng tương đối đắt tiền.

4.4. Vị trí

Kích thích âm thanh với thiết bị tác động thường được thực hiện từ bên cạnh hoặc từ phía trên, đập vào thành phần theo hướng vuông góc với bề mặt tại điểm xác định.

Điểm kích thích và vị trí micrô cần được chọn theo đặc tính của thành phần và hình dạng của bộ phận lõm xuống :

Cần tránh bất kỳ vị trí micrô nào có tính đối xứng cao so với bộ phận này để ngăn chặn sự ảnh hưởng của sóng âm thanh.

Điều tương tự cũng áp dụng cho điểm mà thiết bị tác động chạm vào bề mặt của bộ phận: Bất kỳ chế độ cộng hưởng nào đều không thể được kích thích tại các nút của nó và các chế độ cộng hưởng thường hiển thị các nút ở các điểm đối xứng cao (Hình 9)

User-added image
Hình 9: Các cấu trúc đối xứng, như rôto phanh, có các vùng không phản ứng (đường nút) cần phải tránh để kiểm tra ART thành công.

5. Tính toán phổ tần số

Tín hiệu cần quan tâm bắt đầu sau khi kích thích âm thanh xảy ra. Nó là vô ích khi sử dụng tín hiệu lâu hơn khoảng thời gian hiển thị mức âm thanh đáng kể (xem Hình 10).

Hình 10: Bên trái – Miền thời gian của tín hiệu kích thích là xung ngắn. Phải – Xung miền thời gian ngắn tạo ra đầu vào tần số rộng. Thời gian ghi phải phù hợp với xung kích thích để tránh các tín hiệu không liên quan.

Nhiệm vụ chính của phần mềm ART là cung cấp các chức năng kích hoạt thích hợp để cắt tín hiệu tương ứng:

  • Windows và Leakage ( Rò rỉ): Áp dụng Fast-Fourier-Transform (FFT) trên tín hiệu thời gian là một cách nhanh chóng và có thể áp dụng để có được phổ tần số. Vì tín hiệu quan tâm có độ dài hạn chế, nên phải sử dụng hàm Windows có giá trị bằng không ở đầu và cuối của tín hiệu âm thanh để tránh xuất hiện các hiệu ứng rò rỉ.
  • Độ phân giải phổ: Số lượng đường tín hiệu được tính toán tương ứng chặt chẽ với khoảng thời gian của tín hiệu quan tâm và hình dạng của các đỉnh cộng hưởng. Các đỉnh cộng hưởng có hình dạng tốt hỗ trợ các chức năng cho phép xác định vị trí tần số cực đại với độ phân giải cao hơn độ phân giải phổ FFT.

Thời gian chu kỳ để kiểm tra trong dây chuyền phải bắt kịp với dây chuyền sản xuất: Mất khoảng 1 giây để thực hiện một kích thích âm thanh duy nhất, tính toán phổ, tự động xác định các giá trị tính năng đã xác định và đánh giá chúng đạt/không đạt.

Kiến thức về xử lý tín hiệu và kinh nghiệm trong việc tối ưu hóa các bộ phận điều chỉnh riêng lẻ hoặc các thông số kích thích âm thanh là một lý do tại sao thị trường cho hệ thống ART được thống trị bởi các nhà cung cấp giải pháp thay vì nhà cung cấp thiết bị. Kiến thức này cần được chuyển giao cho khách hàng trong bất kỳ ngành nào ở mức độ cần thiết và mong muốn, ví dụ: trong quá trình vận hành hoặc đào tạo người vận hành.

6. Đánh giá dữ liệu bổ sung và đánh giá từng phần

Trong hệ thống ART, các chế độ dao động của bộ phận thử nghiệm được đánh giá. Đối với một chế độ rung nhất định, ba tham số thường được đánh giá:

  • Tần số tại vị trí tối đa
  • Biên độ / mức độ
  • Giảm xóc

Tất cả ba danh mục cũng như sự kết hợp của các vị trí tối đa (tỷ lệ, sự khác biệt) tạo thành các thước đo để đánh giá bộ phận.

Điều chúng ta phải làm là chuyển đổi các số liệu này thành đánh giá chất lượng bộ phận. Kinh nghiệm cho thấy rằng trong sản xuất công nghiệp thực tế – ngoại trừ một số nhiệm vụ nhỏ – điều này không thể thực hiện được bằng cách đánh giá thông qua các giới hạn cố định. Trên thực tế, cần có sự điều chỉnh đối với hành vi dao động của toàn bộ quá trình sản xuất như thể hiện trong Hình 11.

Hình 11: Ba tình huống áp dụng ART (xem chú thích) và kết quả của chúng đối với độ rộng của dải dung sai đối với bất kỳ tính năng đánh giá nào (đồ thị ở giữa). Các minh họa tượng trưng về giới hạn phát hiện khuyết tật (màu đỏ) có thể đạt được trong các tình huống tương ứng được hiển thị. Kịch bản bên phải phát hiện những sai lệch nhỏ nhất, trong khi kịch bản bên trái chỉ phát hiện những sai lệch lớn hơn.

Hình 11 mô tả ba tình huống với các giới hạn phát hiện khuyết tật khác nhau:

Hình bên trái: Trường hợp các bộ phận không được phân loại đến từ các lô sản xuất khác nhau (màu xanh lam so với màu đỏ tươi) được kiểm tra: Sự phân tán sản xuất của từng lô sản xuất đơn lẻ cộng lại với nhau, tạo ra dải biến thiên rộng hơn. Một bộ phận riêng lẻ phải có hành vi khác biệt đáng kể so với tất cả các lô sản xuất để được phân loại và xác định là bộ phận không đạt

Hình giữa: Tất cả các bộ phận đến từ một lô sản xuất (chỉ màu xanh lam) được so sánh với nhau. Kết quả là, các sai lệch nhỏ hơn có thể được xác định so với đánh giá nhiều lô.

Hình bên phải: Trong kịch bản bên phải, các bộ phận được kiểm tra theo thứ tự sản xuất (nhập trước, xuất trước, FIFO). Vì phân tán sản xuất là sự kết hợp của phân tán sản xuất hiện tại và  theo thời gian, hai phần đóng góp này hiện có thể được tách biệt và dải dung sai hẹp thay đổi theo sự thay đổi các đặc tính của bộ phận. Kịch bản này rõ ràng có ảnh hưởng đến quá trình sản xuất và hậu cần, nhưng nó sẽ giúp việc phát hiện lỗi là tốt nhất có thể.

7. Ví dụ về ứng dụng

Hình ảnh về các ứng dụng khác nhau của Kiểm tra cộng hưởng âm:

Hình 12: Một vết nứt 150 micron được phát hiện trong phần kim loại thiêu kết.
Hình 13: Kích thích âm thanh với thiết bị tác động để kiểm tra puli hộp lái
User-added image
Hình 14: Kiểm tra phần thân xe ở cuối đường ép với gia tốc kế hoạt động như cảm biến rung.
User-added image
Hình 15: Kích thích âm thanh với thiết bị trượt để kiểm tra vòng chuyển số của hộp số.

Tham khảo: https://community.sw.siemens.com/s/article/Acoustic-Resonance-Testing

This post is also available in: enEnglish

Chia sẻ bài đăng này



Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *