Real-time non-contact ultrasonic detection of surface defects on objects moving at high speed

The detection of surface defects during periodic inspection is important because, usually, the stresses are higher at the surface, thus affecting the growth of the discontinuity. Surface defects can be detected using some traditional non-destructive testing methods, such as eddy current, dye penetrant, magnetic particle and ultrasonic. Some of these methods can be used only in static conditions; the others have limitations for the dynamic inspection. The recent progress in the field of non-contact ultrasonic sensors has led us to develop a simple system for the real-time inspection of moving bodies at a high speed. The paper presents the possibility of using, with the developed system, two methodologies, based on non-contact ultrasound, to detect surface defects on objects moving at 100 km/h, so that in service inspection is possible. A methodology, based on laser and air-coupled sensors, uses the advantages of laser-generated surface waves; the analysis is done on the reflected wave, created by the interaction of the surface wave with the defect. The inspected surface layer can be selected from the wavelength of the surface wave. The other methodology, based on air-coupled sensors, uses the disadvantages of the ultrasound transmission at the air/metal interface; the analysis is done on the diffraction of the wave reflected from the surface. The execution of the inspection is simple with both techniques. The experimental results indicate a good efficiency of the two methodologies proposed for the real-time detection of surface defects on objects moving at high speed.

Il rilievo di difetti superficiali durante le ispezioni periodiche è importante poiché in genere le sollecitazioni sono maggiori in superficie e possono accelerare la crescita delle discontinuità. I difetti superficiali possono essere rilevati utilizzando alcuni metodi tradizionali di controllo non distruttivo, quali correnti indotte, liquidi penetranti, polveri magnetiche ed ultrasuoni. Alcuni tra questi metodi possono essere usati solo in condizioni statiche; gli altri presentano delle limitazioni per l’ispezione dinamica. I progressi recenti nel campo dei sensori ultrasonori senza contatto ci hanno permesso di sviluppare un sistema semplice per l’ispezione in tempo reale di corpi in movimento a velocità elevata. Nel lavoro viene presentata la possibilità di usare, col sistema sviluppato, due metodologie, basate sugli ultrasuoni generati e ricevuti senza contatto con la struttura, per rilevare difetti superficiali su corpi in movimento a 100 km/h, così da poter effettuare l’ispezione anche in servizio. Una metodologia, basata sull’uso di laser e trasduttori senza contatto, utilizza i vantaggi delle onde superficiali generate con il laser; l’analisi viene fatta sull’onda riflessa, creata dall’interazione dell’onda superficiale con il difetto. Lo spessore superficiale ispezionato è selezionabile dalla lunghezza d’onda dell’onda superficiale generata. L’altra metodologia, basata sull’uso di trasduttori senza contatto, sfrutta gli svantaggi della trasmissione degli ultrasuoni all’interfaccia aria/metallo; l’analisi viene fatta sulla diffrazione dell’onda riflessa dalla superficie. L’esecuzione delle ispezioni risulta semplice con entrambe le tecniche. I risultati sperimentali indicano una buona efficienza delle due metodologie proposte per il rilievo, in tempo reale, di difetti superficiali su corpi in movimento ad alta velocità