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INFORME EXPERIENCIA LABORATORIO CALIBRACIÓN DE EPOCH 1000I 3 DE AGOSTO DE 2018

UNIVERSIDAD AUSTRAL DE CHILE FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA INSTITUTO DE ACÚSTICA ESTUDIANTE FELIPE RAMOS CASTRO CURSO ULTRASONIDO ACUS 241 DOCENTE RESPONSABLE ALFIO YORI

ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN……….………………………..…………………………….3 2. OBJETIVOS……………..…….………………………………………………..4 2.1 Objetivo general…………………………………………………………………………….4 2.2 Objetivos específicos………………………………………………………..………………4 3. CALIBRACIONES……………………………………….…………….………5 3.1 Calibración tipo Espesor con un palpador recto……...………………………………….5 3.2 Calibración de la trayectoria acústica conocida con un palpador angular……..………9 3.3 Calibración con un palpador recto (modo phased array).....……………...……………13

4.

CONCLUSIÓN…………….……………………………………………………

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5. BIBLIOGRAFÍA……………………………………. ………………………….19

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1. INTRODUCCIÓN Por años el mantenimiento de maquinarias y materiales ha sido un área muy relevante para la industria y la ingeniería en general, ya que cualquier deterioro o rompimiento de algún elemento puede implicar la paralización de actividades o la inversión de una nueva máquina. Es por ello que hace más de 60 años se utiliza el ultrasonido para el control de materiales como uno de los principales métodos de prueba no destructivo (P.N.D) y desde sus comienzos se usaron osciladores ultrasónicos para la detección de heterogeneidades en materiales siendo un método de prueba clásico. En la actualidad, las técnicas de ensayo en materiales junto con el avance de la tecnología han hecho posible obtener resultados con muy poca tolerancia, permitiendo extender la utilización del ultrasonido a todos aquellos ámbitos de la actividad industrial en que la calidad y seguridad de estructuras, maquinarias, instalaciones y/o personal están involucrados. Las aplicaciones más clásicas hoy en día son la medición de espesores en fabricación y mantenimiento, caracterización de la naturaleza y estado de los materiales como en el caso de fundiciones de todo tipo y todas aquellas aplicaciones en que se requiera un alto grado de fiabilidad [1]. La calibración de los equipos de ultrasonido antes del desarrollo de cualquier medición es de suma importancia, ya que los palpadores, dispositivos capaces de generar y recibir ondas ultrasónicas, pueden sufrir pequeñas modificaciones físicas por su uso. Es por ello que para la evaluación de estos dispositivos se utilizan piezas estandarizadas llamadas bloques de calibración, los cuales presentan longitudes conocidas como espesores, distancias de discontinuidades, rangos de ángulos, entre otros. En el presente informe se describe la experiencia de laboratorio realizando la calibración del equipo de ultrasonido EPOCH1000i de Olympus por medio de un palpador recto, un palpador angular y un palpador recto pashed array.

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2. OBJETIVOS 2.1 Objetivo general 

Realizar la calibración del equipo de ultrasonido Olympus EPOCH 1000i utilizando tres tipos de palpadores.

2.2 Objetivos específicos 

Desarrollar el trabajo de calibración basado en las clases prácticas.



Adquirir experiencia en la utilización de dispositivos de ultrasonido.



Realizar un análisis teórico-práctico de la experiencia de laboratorio.

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3. CALIBRACIONES 3.1 Calibración tipo Espesor con un palpador recto Esta calibración consiste en ingresar la medida de dos diferentes espesores conocidos al equipo ultrasónico, para ello se utiliza un palpador recto de 5 MHz de frecuencia, el cual posee un único cristal con la capacidad de generar y recibir ondas ultrasónicas longitudinales y un bloque de calibración que presenta 5 espesores conocidos (2.5 mm; 5 mm; 7.5 mm; 10 mm. y 12,5 mm.)

Fig.1: Palpador Olympus A109S-RM

Fig. 2: Bloque de calibración Olympus 2214M

Antes de iniciar el proceso de calibración es necesario configurar algunos parámetros, para ello se debe ingresar al menú BASE asignando la velocidad de propagación de la onda longitudinal para el material de acero, la cual es cercana a los 5800 m/s. [1], también se ajusta el rango con el fin de visualizar varios ecos, el desplazamiento del cero a 0,00 μs y un retardo en 0 mm.

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Fig. 4: Configuración menú BASE

Se inicia el proceso de calibración conectando el palpador al equipo ultrasónico, luego en la sección EMISOR se definió la frecuencia de repetición de impulsos (PRF) en Auto min, energía del impulso a 100 V, el amortiguamiento a 100 Ω, el Modo de inspección en Pulso eco, la frecuencia en 5 MHz y Emisor en cuadrados

Fig. 5: Conexión mediante cable bnc

Fig. 6: Configuración menú EMISOR

Posteriormente se coloca el palpador al bloque de calibración con la ayuda de un gel acoplante en el nivel de espesor de 5 mm. Se determina el ángulo de incidencia a 0º y el rango a 15 mm con el Instituto de Acústica UACh· Casilla 567 · General Lagos 2086 - Campus Miraflores · Valdivia, Chile · teléfono.+56 63 221339 fax.221013 email. [email protected]. · visite www.acusticauach.cl.

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fin de visualizar los ecos. Luego se mueve la puerta 1 al primer eco de fondo, se cultiva al 80%, es decir, que la amplitud del eco alcance el 80% y se asigna un valor de nivel de puerta a 60, con el fin de que el umbral del eco sobrepase dicha puerta.

Fig.7: Palpador sobre espesor de 5 mm. del bloque de calibración

Fig. 8: Ajusto de puerta en primer eco de fondo, palpador sobre espesor de 5 mm.

Ya estabilizada la señal, se procede a calibrar el desplazamiento del cero, se debe presionar Auto Cal. y luego CAL Cero asignando la medida del espesor correspondiente, en este caso a 5 mm.

Fig. 9: Ingreso de valor para calibración del desplazamiento del cero

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Una vez desarrollada la calibración del cero en el espesor delgado, análogamente se realiza la calibración de velocidad. Ahora, se ubica el palpador en el mayor espesor (12,5 mm.) del bloque de calibración, ajustando la puerta 1 en el primer eco de fondo y cultivando al 80%. Luego para realizar la calibración de velocidad se asigna Auto Cal. seguidamente CAL Vel. introduciendo el valor del espesor, en este caso a 12,5 mm.

Fig. 10: Palpador sobre espesor de 12,5 mm. del bloque de calibración

Fig. 11: Ingreso de valor para calibración de velocidad

Finalmente, para comprobar la correcta calibración se verifica colocando el palpador sobre el bloque de calibración en el espesor de 10 mm. y 12,5 mm. obteniendo un óptimo resultado.

Fig. 12: Palpador sobre espesor de 10 mm. del bloque de calibración

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Fig. 13: Palpador sobre espesor de 12.5 mm. del bloque de calibración

3.2 Calibración de la trayectoria acústica conocida con un palpador angular Como es mencionado en el apartado anterior, los transductores de incidencia normal son capaces de transmitir ondas longitudinales en los materiales, pero gracias al uso de zapatas con ciertos ángulos es posible lograr transformaciones en estas ondas, pudiendo transmitir ondas transversales a través de los materiales a partir de ondas longitudinales, transformación de estas ondas se sustenta bajo el principio físico de la refracción. Este tipo de calibración consiste en ingresar la medida de la trayectoria acústica de dos diferentes espesores conocidos y para esta actividad se utiliza un palpador de 2,25 MHz de frecuencia, una zapata de 45º y un bloque de calibración de acero al carbono.

Fig. 14: Palpador Olympus A540S-M

Fig. 15: Zapata Olympus ABWM-5T-45

Fig. 16: Bloque de calibración Olympus IIW Tipo 1

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Al igual que en la calibración con un palpador recto, es necesario ajustar ciertos parámetros, para esto se ingresa al menú BASE, donde se asigna un valor de velocidad de propagación de la onda transversal para el acero, ingresando un valor cercano a los 3000 m/s. [1], además se ajusta el rango a 300 mm. con el fin de visualizar el segundo eco, el desplazamiento del cero a 0,00 us y un retardo en 0 mm.

Fig. 17: Configuración menú BASE

Para comenzar el proceso de calibración el palpador se conecta al equipo ultrasónico y se coloca en la zapata con la ayuda del gel acoplante. En el menú DISPARO y al presionar “Angulo” se ajusta el ángulo de refracción a 45º o bien con la tecla de acceso directo [ANGLE] ubicada a la izquierda del equipo. También en el menú EMISOR se ingresa la energía del impulso a 100 V, el amortiguamiento a 100 Ω, el Modo de inspección en Pulso eco, la frecuencia en 2.27 MHz y Emisor en cuadrados

Fig. 18: Palpador en zapata de 45º

Fig. 19: Angulo de refracción

Fig. 20: Configuración menú EMISOR

Con el propósito de encontrar el punto de incidencia, el palpador se ubica en el bloque de calibración en el punto 0 con el fin buscar la amplitud máxima de señal, para ello se mueve el Instituto de Acústica UACh· Casilla 567 · General Lagos 2086 - Campus Miraflores · Valdivia, Chile · teléfono.+56 63 221339 fax.221013 email. [email protected]. · visite www.acusticauach.cl.

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palpador hacia adelante y hacia atrás para que el eco alcance su peak máximo, luego de ser encontrado se marca este punto de incidencia. Para lo anterior se utilizó la herramienta peak memory, la cual registra en tiempo real la máxima amplitud de señal.

Fig. 21: Palpador en el punto 0

Fig. 22: Amplitud máxima de señal, primer eco

A fin de comprobar el ángulo de refracción se realiza un procedimiento similar al anterior, en este caso se debe colocar el palpador encima de la marca del angulo de 45º del bloque de calibración, luego con el fin de encontrar la máxima amplitud se debe mover la zapata hacia adelante y atrás y una vez encontrado se registra el ángulo encontrado, el cual corresponde a 45,3º

Fig. 23: Palpador en la marca de 45º

Fig. 24: Angulo corregido a 45,3º

Para realizar la calibración de distancia se debe colocar el punto de incidencia del palpador justo encima del punto 0 del bloque de calibración, seguidamente en el equipo ultrasónico se debe mover la puerta 1 al primer eco de fondo, cultivando al 80% y asignando un valor de nivel de Instituto de Acústica UACh· Casilla 567 · General Lagos 2086 - Campus Miraflores · Valdivia, Chile · teléfono.+56 63 221339 fax.221013 email. [email protected]. · visite www.acusticauach.cl.

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puerta bajo, con el fin de que el umbral del eco sobrepase dicha puerta. Una vez estabilizada la lectura se procede a calibrar el desplazamiento del cero, seleccionando Auto Cal., luego CAL Cero ingresando el valor de la distancia entre el punto de incidencia y el borde de la pieza, en este caso es 100 mm. Cabe recordar que el modo de calibración se debe asignar en trayectoria acústica.

Fig. 25: Trayectoria acústica 100mm.

Fig. 26: Ingreso de valor para calibración del desplazamiento del cero

Para finalizar la calibración se debe llevar la puerta 1 al segundo eco, se cultiva al 80% y asignando un valor por debajo del umbral del eco. Luego para realizar la calibración de velocidad se selecciona CAL Vel. en el menú Auto Cal. y se introduce el valor del espesor conocido, en este caso corresponde a 225 mm.

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Fig. 27: Trayectoria acústica 225mm.

Fig. 28: Ingreso de valor para calibración de velocidad

Finalmente, para chequear la calibración, se mueve la puerta 1 al primer eco, cultivado al 80% apreciando un eficiente resultado obteniendo una trayectoria acústica de 100 mm.

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Fig. 29: Calibración con un palpador angular

3.3 Calibración con un palpador recto (modo phased array) Este tipo de palpadores comúnmente poseen entre 16 a 128 elementos y algunos hasta 256. Un mayor número de elementos aumenta la capacidad de enfoque, dirección y cobertura del haz. Para esta actividad se utilizará un palpador recto de 16 elementos de 5 MHz de frecuencia, capaz de abarcar varias leyes con un rango entre los -30º y los 30º, una zapata recta pashed array, un bloque de calibración que presenta 5 espesores conocidos (ver figura 2) y otro bloque de calibración IIW tipo 1 (ver figura 16), ya utilizados anteriormente.

Fig. 30: Palpador recto pashed array Olympus 5L16-A10P en zapata Olympus SA10P-OL

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La conexión del palpador se realiza en la parte trasera del equipo ultrasónico, EPOCH 1000i cuenta con un dispositivo de reconocimiento automático de palpadores pashed array, por lo que al momento de conectar en pantalla se aprecia la página de configuración del haz Beam. En dicha sección se configura el ID del palpador a 5L16-A10 y el ID de zapata a SA10-OL, además se ajusta la velocidad de programación de la onda longitudinal en el acero, la cual corresponde a 5900 m/s aproximadamente.

Fig. 31: Conexión palpador pashed array en EPOCH 1000i

Fig. 32: Página de configuración de Beam

Al utilizar un palpador phased array, el equipo ultrasónico necesita realizar tres tipos de calibración, con el fin de obtener medidas precisas de la distancia y de la amplitud en todas las leyes focales del área de escaneo. El primer tipo de calibración corresponde a la calibración de velocidad, la cual permite calibrar correctamente esta velocidad de propagraciòn de la onda ultrasonora en el material. Para aquello se ubica el palpador sobre el nivel de 5 mm del  bloque de calibración Olympus 2214M con la ayuda del gel acoplante. Luego se mueve la puerta 1 al primer eco de interés, de modo que el umbral supere la puerta, se cultiva al 80% y se configura el ángulo de trabajo a 0º.

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Fig. 33: Palpador pashed array en bloque de calibración 2214M

   

Fig. 34: Configuración puerta 1 y ángulo de trabajo

Cuando   la   lectura   en   pantalla   se   estabiliza   se   procede   a   realizar   la   calibración   de   velocidad, ingresando al menú Cal PA, posteriormente configurando el tipo de calibración en CAL Vel. y al presionar Profundidad 1 se ingresa el valor del espesor conocido, en este caso 5 mm.

Fig. 35: Ingreso de valor Profundidad 1 para calibración de velocidad

Posteriormente, se coloca el palpador en el nivel 12,5 mm del bloque de calibración y se ajusta la puerta 1 en el primer eco de interés, a un nivel con tal que la amplitud del eco sobrepase la puerta y se cultiva al 80%. Seguidamente en el menú Cal PA se selecciona Profuncidad 2, introduciendo 12.5 mm.

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Fig. 36: Ingreso de valor Profundidad 2 para calibración de velocidad

La siguiente etapa de calibración corresponde a la calibración de retardo de la zapata, aquella permite calibrar exactamente el retardo entre el disparo electrónico del palpador y el momento en el que el haz ultrasónico entra en el material. Para lo anterior, es necesario ubicar el palpador en la superficie del bloque de calibración IIW tipo 1 donde se encuentra el orificio a 15 mm. de distancia.

   Fig. 37: Palpador pashed array sobre bloque de calibración IIW tipo 1

Luego se mueve la puerta al eco de fondo y el ancho de la puerta para este caso se debe ampliar de tal manera que contenga todo el eco y se debe ajustar su amplitud al 80%. Luego se ingresa al menú Cal. PA cambiando el tipo de calibración a CAL Cero y en Iniciar se ingresa la distancia correspondiente a 15 mm. Seguidamente al costado izquierdo de la pantalla aparece una línea amarilla que representa la lectura de la medición del espesor en todas las leyes focales, por lo que Instituto de Acústica UACh· Casilla 567 · General Lagos 2086 - Campus Miraflores · Valdivia, Chile · teléfono.+56 63 221339 fax.221013 email. [email protected]. · visite www.acusticauach.cl.

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dicha línea se debe ajustar lo más recta posible moviendo el palpador hacia adelante y hacia atrás, con el fin de indicar que las medidas de espesor fueron capturadas desde el mismo reflector.

   Fig. 36: Línea amarilla para calibración de retardo de la zapata

La tercera etapa corresponde a la calibración de sensibilidad (ganancia), la cual permite calibrar correctamente las variaciones de la sensibilidad del equipo a un reflector detectado por todas las leyes focales. El proceso es muy similar al anterior, se debe ubicar el palpador en el mismo punto del bloque de calibración IIW tipo 1, el ajuste de la puerta debe abarcar todo el eco de fondo y se debe cultivar al 80%. Posteriormente en el menú Cal. PA se cambia el tipo de calibración a CAL gan., al momento de incicar la calibración nuevamente al costado izquierdo aparecerá la línea amarilla, ésta línea representa la lectura de la amplitud en todas las leyes focales, por ello se mueve el palpador hacia adelante y hacia atrás lentamente con el fin de dejar la línea lo más recta posible.

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Fig. 37: Línea amarilla para calibración de sensibilidad (ganancia)

Finalmente, en la figura 38 se puede apreciar la calibración de sensibilidad y una correcta lectura de la discontinuidad a 15 mm desde la superficie.

Fig. 38: Calibración con un palpador recto pashed array

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4. CONCLUSIÓN Las experiencias de laboratorio tenían como principales objetivos reafirmar la teoría del ultrasonido impartida durante el presente semestre y por medio del trabajo practico adquirir una mayor preparación en la manipulación de elementos ultrasónicos. Dichos propósitos se cumplieron con creces, abriendo un interés sobre esta área de la acústica. Se puede concluir que las tres experiencias se llevaron a cabo sin inconvenientes gracias a las clases prácticas previas y a la ayuda del manual del equipo ultrasónico serie EPOCH 1000. Sin embargo, la experiencia con un grado más de dificultad resultó la del palpador phased array, el ajuste de las curvas de línea amarilla para la calibración de retardo de la zapata y de sensibilidad fue un inconveniente, pero solucionado con la ayuda del trabajo en equipo.

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5. BIBLIOGRAFÍA [1] Yori A. (2018) Apuntes de asignatura, Ultrasonido ACUS 241 [2] Olympus NDT. (2009) Serie EPOCH 1000 – Manual de usuario

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