The feasibility of an ultrasonic technique using a pulse-echo method of normal-incident compressional waves was evaluated for its sensitivity to the worn surface and near surface damage due to wear. Worn surfaces were generated at various oscillation frequency under a given load and amplitude and these surface were in situ monitored using a ultrasonic wave detection system. Analysis of the ultrasonic waves received from the worn surface revealed a close relationship between the surface and near-surface damage and the maximum echo-amplitude of the compressional waves. The ultrasonic technique was successful in assessing the level of severity of the worn surface in real time during the wear process. It is also shown that the wear depth can be easily measured by the calculation of change of the specimen thickness based on the wave speed measured for the specimen medium.
Bohm, Stefan;Hellmanns, Mark;Backes, Andreas;Dilger, Klaus
접착 및 계면
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제7권4호
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pp.10-12
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2006
The successful use of adhesively bonded parts depends on the defect-free bond of the components. Therefore it is necessary to detect relevant faults and defects in an early state of the production. A 100% test should be pursued, but especially at complicated structures the detection of defects is not easy. Possible testing methods, which show a high potential for the NDT of adhesively bonded parts, are thermography based NDT methods. At present mainly two different procedures of active thermography are being used: Pulse and Lock-In Thermography. With pulse thermography the examined material is warmed up with a short energy pulse (light, eddy current or ultrasonic pulse) and the heat response is recorded after a certain time. The result is an infrared image which indicates material defects in different depths. This paper presents a variety of images showing the capability of Lock-In Thermography to image subsurface defects. Several examples of adhesives joints qualify the ultrasonic Lock-In-Thermography for the in-process quality control for adhesive bonded components.
The pulse-echo response of the piezoceramics PZT-polymer 3-3 type composite transducers with various PVA additions were investigated. The PZT powder was prepared by the molten salt synthesis method. The porous PZT specimens will be used as a filler to make 3-3 type comosite were prepared from a mixture of PZT and polyvinylalcohol(PVA) sphere by utilizing BURPS(Bumout Plastic Sphere) technique. It was shown that the transmitting and receiving sensitivity of 3-3 type piezoelectric composite transducers could be improved than that of solid PZT transducers. The reason is that 3-3 type piezoelectric composite have low dielectric constant, density and acoustic impedance. The distance between transducer and reflector was in good agreement with the distance calculated from the longitudinal velocity of the specimens and receiving time observed pulse-echo responses on the ultrasonic transducer analyzer.
주행 중인 차량의 타이어와 노면 사이에서 발생하는 랜덤성 초음파신호의 주기성을 검출하여 타이어의 손상을 분별하는 방법에 대하여 연구하였다. 잡음으로부터 타이어손상에 의한 유효한 펄스를 검출하기 위해 적응 임계치를 설정하는 방법을 제안하였고, 이를 위한 전처리로서 신호의 랜덤성을 감소시키는 저역통과필터를 사용하였다. 자동차의 속도에 따라 검출된 펄스의 시간간격을 밀도함수화하고 피크점의 시간을 측정하여 타이어 손상물질을 검출하는 방법을 제안하였다. 손상물질이 한 개이고, 주행속도가 50km/h, 80km/h, 100km/h 일 때, 시간밀도함수의 제 1 피크시간 측정결과는 각각 169.8ms, 97.9ms, 81.8ms로 주행속도에 따라 계산한 타이어 회전주기의 오차범위내로 측정되었으며, 한개 이상의 손상물질의 경우에는 각 피크시간의 합이 타이어 회전주기의 오차범위내로 측정되는 결과를 얻을 수 있었다.
본 연구에서는 Xilinx의 Zynq SoC (system on chip)를 이용하여 초음파 신호의 TOF (Time of Flight)를 측정한다. TOF는 특정 거리를 이동하는 데 소요되는 RF (radio frequency) 기준 신호와 초음파 신호의 시간차이로 부터 계산되고, 공기중 초음파의 속도를 곱하여 초음파 이동거리를 알아낸다. 이를 위해 Zynq의 내장 ADC, FIR (finite impulse response) 필터, Kalman 필터로부터 초음파 펄스를 생성하고, RF 인터페이스로부터 RF 기준펄스를 생성한다. Kalman 필터와 RF 인터페이스는 baremetal 멀티프로세싱에 의해 Zynq의 듀얼 프로세서 코어에 c-코드로 프로그래밍하고 나머지 구성 요소들은 Zynq의 FPGA 내에 설계하여, HW/SW co-design을 구현한다. 이를 통해 HW design에 비해 Zynq 자원의 가용률을 낮추고, 설계 시간을 대폭 줄일 수 있었다. 설계 툴로 Vivado IDE (integrated design environment)를 이용하여, 전체 신호처리 시스템을 계층적 블록 다이어그램의 형태로 설계하였다.
Cast iron pipe has been used as a water distribution technology in North America since the early nineteenth century. The first cast iron pipes were made of grey cast iron which was succeeded by ductile iron as a pipe material in the 1940s. These different iron alloys have significantly different microstructures which give rise to distinct mechanical properties. Insight into the non-destructive structural condition assessment of aging pipes can be advantageous in developing mitigation strategies for pipe failures. This paper examines the relationship between the small-strain and large-strain properties of exhumed cast iron water pipes. Nondestructive and destructive testing programs were performed on eight pipes varying in age from 40 to 130 years. The experimental program included microstructure evaluation and ultrasonic, tensile, and flexural testing. New applications of frequency domain analysis techniques including Fourier and wavelet transforms of ultrasonic pulse velocity measurements are presented. A low correlation between wave propagation and large-strain measurements was observed. However, the wave velocities were consistently different between ductile and grey cast iron pipes (14% to 18% difference); the ductile iron pipes showed the smaller variation in wave velocities. Thus, the variation of elastic properties for ductile iron was not enough to define a linear correlation because all the measurements were practically concentrated in single cluster of points. The cross-sectional areas of the specimens tested varied as a result of minor manufacturing defects and levels of corrosion. These variations affect the large strain testing results; but, surface defects have limited effect on wave velocities and may also contribute to the low correlations observed. Lamb waves are typically not considered in the evaluation of ultrasonic pulse velocity. However, Lamb waves were found to contribute significantly to the frequency content of the ultrasonic signals possibly resulting in the poor correlations observed. Therefore, correlations between wave velocities and large strain properties obtained using specimens manufactured in the laboratory must be used with caution in the condition assessment of aged water pipes especially for grey cast iron pipes.
Two evaluation techniques of the tunnel lining concrete using ultra sonic velocity method are developed. Modified linear regression technique is proposed to enhance the corelation between the pulse velocity and the compressive strength of core specimens. And bivariate normal distribution is assumed to evaluate the quality of concrete as a terms of compressive strength. A simple corelation table between the pulse velocity and the compressive strength of core specimens are proposed.
Ultrasonic waves are used in various applications in multiple devices, sensors, and high-power machinery, such as processing machines, welders, and cleaners, because the acoustic vibration frequencies are above the human audible frequency range. In ultrasonic machining, electrical energy at a high frequency of 20 kHz or more is converted into mechanical vibration by a vibrator and an amplifier. This technique allows instantaneous separation between a tool and a workpiece during machining, machining by pulse impulse force at the time of re-contact and minimizes the minute elastic deformations of the workpiece and machine tools due to the cutting effect. The Al7075 alloy used in this study is a typical aluminum alloy with superior strength that is mainly used in aircrafts, automobiles, and sporting goods. To investigate the optimal conditions for machining aluminum alloy using ultrasonic vibration, the present experiment utilized the Taguchi orthogonal array method, and the coefficient of friction was analyzed using the characteristics of the Taguchi technique. In ultrasonic friction and abrasion tests, the changes in the friction coefficient were measured in the absence of ultrasonic vibrations and at 28 kHz and 40 kHz. As a result, the most considerable influence on the friction coefficient was found to be the normal load, and the frequency of ultrasonic vibrations increases, the coefficient of friction increases. It was thus confirmed that the amount of wear increases when ultrasonic vibration is applied.
In order to monitor the pipe thinning caused by flow-accelerated corrosion (FAC) that occurs in coolant piping systems, a shear horizontal ultrasonic pitch-catch waveguide technique was developed for accurate pipe wall thickness monitoring. A clamping device for dry coupling contact between the end of the waveguide and pipe surface was designed and fabricated. A computer program for multi-channel on-line monitoring of the pipe thickness at high temperature was also developed. Both a four-channel buffer rod pulse-echo type and a shear horizontal ultrasonic waveguide type for high-temperature thickness monitoring system were successfully installed to the test section of the FAC proof test facility. The overall measurement error can be estimated as ${\pm}10{\mu}m$ during a cycle from room temperature to $200^{\circ}C$.
This paper presents a methodology for In-Process monitoring of tool wear by using ultrasonic sensor in turning operation. An integrated single ultrasonic transducer operation at a frequency of 10MHz is placed in contact with the insert tip. The change in amount of the reflected energy from the nose and flank of the tool can be related to the level of tool wear and the mechanical integrity of the tool. As the results, the tool wear monitoring system based on the ultrasonic pulse-echo method was proposed, it is useful to determine a tool life and tool change time.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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