الگوريتم مكان يابي سه بعدي عيب در وضعيت تراگذارهاي گيرنده هم سطح در آزمون فراصوتي تافد

An Algorithm for 3D Defect Positioning in the Case of Coplanar Transducers in Ultrasonic Time-of-Flight Diffraction Technique

روش فراصوتي تافد (TOFD) قادر به اندازه گيري موقعيت عيب بصورت دوبعدي و طول آن فقط در راستاي عمق است. در اين مقاله، با استفاده از روش هاي موقعيت يابي در تعيين موقعيت يك بازتابنده موج در سامانه هاي مختلفي از جمله رادار غيرفعال، اكوستيك و سونار، الگوريتمي براي مكان يابي سه عيب در روش فراصوتي تافد ارائه شده است. كميت اصلي مورد استفاده در اين روش ها "تاخير زمان رسيدن موج" به تراگذارهاي گيرنده است. روش تحليلي مورد استفاده در اين تحقيق با وجود برخورداري از مزيت سرعت در محاسبه، به خطاي تاخير زمان حساس است. اين حساسيت براي هنگامي كه فاصله تراگذارهاي گيرنده از صفحه ميانگين (صفحه اي با حداقل فاصله از تراگذارها) كم باشد، به شدت افزايش مي يابد. علاوه بر آن در مواردي كه تراگذارهاي گيرنده كاملا هم سطح باشند، براي مسئله جوابي بدست نمي آيد. در اين مقاله الگوريتمي مبتني بر حل بسته در شرايط تراگذارهاي گيرنده هم سطح پيشنهاد شده است. در اين الگوريتم با در نظر گرفتن مكان هايي فرضي براي تراگذارهاي گيرنده، به صورت همزمان موقعيت هدف و مكان تراگذارهاي گيرنده بدست مي آيند. اين موقعيت هاي فرضي به گونه اي بدست مي آيند كه فاصله آنها از صفحه ميانگين اندازه قابل قبولي داشته باشد. براي تاييد صحت عملكرد، از اين الگوريتم در تعيين موقعيت يك عيب مصنوعي درون قطعه فولادي استفاده شد و نتايج قابل قبولي در كاهش حساسيت به خطا و عدم رسيدن به بن بست در حل مسئله در وضعيت هم سطح بودن تراگذارهاي گيرنده بدست آمد.

The 2D position of a defect as well as its through-thickness length can be measured by ultrasonic time-of-flight diffraction technique (TOFD). By considering the methods used for detecting and positioning a target in radar, acoustic and sonar systems, an algorithm was developed for 3D positioning of defects in TOFD measurements. In this algorithm, the unknown parameter to be determined is the time difference of arrival (TDOA). While the developed algorithm is sufficiently fast, it suffers from various errors affecting the TDOA. The sensitivity of TDOA to errors is more noticeable when the distance between the receivers and the midplane (a plane with a minimum distance from the receivers) is small. This problem cannot be easily resolved when the receivers are coplanar. In this paper, using a closed form solution, a new algorithm is proposed for solving this problem. In this algorithm, by considering hypothetical locations for receivers, both the target (defect) and the positions of receivers are simultaneously verified. These hypothetical positions are obtained in such a way that their distances from the midplane is within acceptable limits. To validate the algorithm, it is used for determining the position of an artificial defect in a carbon steel block. The results prove that the algorithm is accurate and can be used in case of 3D TOFD measurements in which the receivers are usually coplanar.