Design of a system for immersion ultrasonic testing

Ultrasonic testing (UT) is a group of non-destructive testing techniques based on the propagation of ultrasonic waves in solids, liquids or gases. The advantages brought by these methods are leading modern industry to develop innovative devices being able to execute non-destructive tests for specific situation. The aim of this study was to design an innovative and highly precise system for metrological validations of ultrasonic probes with a position accuracy of 0.01 mm. Considering the proprieties of ultrasonic waves, water is one of the best ultrasonic coupling medium. Therefore, the project consists in using a three-axes cartesian robot to move the ultrasonic probe mounted on the end-effector in an immersion tank. The prototype was realized in three main phases. First of all, an appropriate study of the structural requirements of system led to design an adequate support for the water tank, able to support a 3-axes cartesian robot. The second phase focused on developing an ad hoc LabVIEW software to control the robot positions. The last step consisted in studying the repeatability of the end effector positions with a set of tests carried out with laser technology on one axis. The ultrasonic testing processes can be automated through the use of pre-programmed trajectories, in particular starting from the definition of the geometry of the measurand, the robot identifies the scanning grid and takes care of the motion control to inspect the surface. Following this protocol, the physical system was manufactured and the motion of the robot was tested with the developed software. The system responded correctly to the motion tests as well as the repeatability tests, which have highlighted a value for the positioning repeatability parameter of 0.006 mm.

I controlli ad ultrasuoni (UT) sono una famiglia di tecniche non distruttive basate sulla propagazione delle onde ultrasonore nei solidi, nei liquidi e nei gas. I vantaggi che questa categoria di metodi permette di avere stanno spingendo l’industria moderna a sviluppare dei sistemi capaci di eseguire controlli ad ultrasuoni per specifiche situazioni. L’obiettivo di questo studio è stato quello di progettare un sistema innovativo e altamente preciso per la caratterizzazione metrologica di sonde ad ultrasuoni, con un’accuratezza di posizione di 0.01 mm. Considerando le proprietà degli ultrasuoni, l’acqua è uno dei migliori mezzi per l’accoppiamento acustico sonda-pezzo. Pertanto, il progetto consiste nel fare uso di un robot cartesiano di tre assi per muovere la sonda ad ultrasuoni montata sull’end-effector in una vasca d’acqua. Il prototipo è stato realizzato in tre fasi principali. In primo luogo è stato condotto uno studio sui requisiti strutturali del sistema che ha portato a progettare un adeguato supporto per la vasca d’acqua, capace di sostenere il robot cartesiano di tre assi. La seconda fase ha visto lo sviluppo di un software ad hoc, per controllare i movimenti del robot. L’ultimo step è stato incentrato sullo studio della ripetibilità delle posizioni dell’end-effector, tale studio è stato condotto tramite lo svolgimento di alcuni test con tecnologia laser su un asse del robot. I test di controllo ad ultrasuoni possono essere automatizzati con l’utilizzo di traiettorie preselezionate, in particolare partendo dalla definizione della geometria del misurando, il robot identifica una griglia di scansione e si occupa del controllo del moto per scansionare la superficie voluta. Seguendo questo protocollo, il sistema fisico è stato costruito e il moto del robot è stato testato con il software sviluppato. Il sistema ha risposto correttamente ai test di movimento e di ripetibilità, questi ultimi hanno evidenziato un valore di ripetibilità di posizionamento di 0.006 mm.