Ученые разработали новый метод бесконтактной дефектоскопии объемных тел
Инновационный метод обнаружения и визуализации с помощью лазера дефектов на поверхности и внутри различных объектов разработали ученые университета Хельсинки и Уральского федерального университета (УрФУ), 2 сентября сообщает пресс-служба УрФУ.
Принципиальная новизна разработки, в отличие от традиционных методов дефектоскопии, в том, что этот метод позволяет бесконтактно и без искажений выявлять и визуализировать повреждения (полости) не только на плоскости, но и на любых объемных криволинейных поверхностях. При этом он не требует установки на объекте датчиков, что сокращает время на получение и обработку информации о состоянии объекта.
Аспирант кафедры физики университета Хельсинки Даниэль Вейра Канле рассказал: «С помощью мощного лазера в верхней части исследуемого объекта генерируются акустические волны. По мере распространения волн другой лазер улавливает их».
При этом для успешного сканирования лазер обнаружения должен уловить отраженный от объекта сигнал и вернуть его в ту точку, откуда он исходил. При этом, продолжил Канле, главной проблемой была точность позиционирования лазера обнаружения из-за кривизны поверхности объекта — лазерный луч должен быть строго перпендикулярен к его поверхности.
«Мы решили эту проблему: в нашем методе акустические волны, сгенерированные на вершине объекта, улавливаются лазером обнаружения в другой точке — посередине, на „экваторе“ объекта. Такое распределение точек генерации и обнаружения волн предупреждает образование помех и обеспечивает высокую точность изображений, которые передаются на компьютер», — пояснил финский ученый.
Локализация дефекта обеспечивается протяженным лазерным источником. Такой акустический источник генерирует пакет плоских волн, затенение которого дефектом позволяет рассчитать ширину области, содержащей рассеиватель. Ширина наименьшего обнаруживаемого дефекта определяется размером линейного источника и величиной шага сканирования.
«В лабораторных условиях образец вращался вокруг лазерного источника. Возможно и другое решение, когда, наоборот, лазерный источник будет вращаться вокруг объекта. И в том, и в другом случае акустические волны постепенно воспроизводят картину физического состояния объекта, шаг за шагом формируется полная и детальная акустическая карта», — рассказала старший научный сотрудник УрФУ, доцент университета Хельсинки Мария Грицевич.
Методику и результаты ее экспериментальной проверки исследователи описали в статье, опубликованной журналом Scientific Reports.
Исследователи отмечают, что разработанный ими метод может быть использован при изготовлении и в процессе эксплуатации любых изделий, контроль состояния которых желательно или возможно проводить бесконтактным способом. Сами они предлагают применить его к ортопедическим имплантам, вживленным в организм человека.
«Наш метод, — отмечает Канле, — дает четкое представление о том, насколько прочно протез прикреплен к кости, есть ли нежелательные пустоты в цементе, который удерживает протез. Эта информация будет полезной для принятия решения о необходимости хирургического вмешательства».
А Мария Гринцевич добавила, что разработанный ими метод будет эффективен и в космической отрасли. «Например, при решении задачи дистанционной экспресс-проверки состояния топливных баков космических аппаратов».
