Analisi boresonica per test non distruttivi: controllo motori tramite trigger esterno DSP per spostamento di una sonda piana ad ultrasuoni

Author(s):
L. Ventura - UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI GENOVA

Industry:
Research

Products:
Motion Control, LabVIEW, ValueMotion

The Challenge:
Controllo in tempo reale, tramite trigger esterni forniti da DSP, di due motori passo passo indipendenti, atti alla movimentazione negli assi X e Y di una sonda ultrasonica per test non distruttivi sui materiali metallici (Analisi Boresonica).

The Solution:
Implementazione di un sistema Motion Control National Instruments flessibile in ambiente NI LabVIEW con parametri definibili dall’utente e comandi di attivazione provenienti da un DSP esterno.

L’invecchiamento del parco macchine per la produzione dell’energia, specie dei turbogruppi a vapore, è un fenomeno noto: da ciò si deduce l’importanza di stabilire, in ambito manutentivo, la vita residua delle turbine. Uno dei test principali è costituito dall’ispezione ad ultrasuoni e dalla conseguente pericolosita’ dei difetti strutturali riscontrati. Si è constatato che una alta percentuale di rottura nelle turbine è innescata da aree difettose, cricche o inclusioni, di piccole dimensioni e sotto sollecitazioni nominali assai inferiori ai limiti di rottura e snervamento del materiale. L’analisi degli stress ha mostrato che la regione più sollecitata e suscettibile a rotture per propagazione di cricche è ubicata attorno al foro assiale, zona con maggiore probabilità di imperfezioni metallurgiche. L’analisi ad ultrasuoni del foro assiale è comunemente chiamata analisi boresonica.
Si è realizzato un sistema capace di effettuare la scansione del materiale esaminato mediate una sonda piana ad ultrasuoni, mossa sulla superficie del materiale da un braccio meccanico e generante un fascio ortogonale al piano di scansione. Il segnale proveniente dalla sonda viene campionato ed elaborato, ottenendo una immagine tridimensionale della struttura interna del campione: ciò grazie all’uso di un DSP, processore per l’elaborazione numerica del segnale, che ha anche il compito di pilotare lo spostamento e l’attivazione della sonda ad ultrasuoni.
La sonda è inserita in un sistema meccanico che permette la movimentazione a 2 assi X ed Y, tramite due motori passo passo a risoluzione micrometrica. I motori sono tra loro indipendenti così come i due segnali di trigger esterni che li comandano.
La scelta hardware è caduta sul sistema Motion Control di National Instruments, quale piattaforma ideale per l’implementazione di questo obiettivo. La versatilità della scheda National Instruments PCI-7324 (4 Axis Step,Closed Loop Motion Controller) e del National Instruments MID-7604 (4 Axis Stepper Motor Power Drive) e’ stata determinante per permettere lo sviluppo dell’applicativo in tempi veramente brevi.
L’utilizzo del Motor Power Drive NI ha permesso di evitare l’uso di componentistica esterna di potenza per interfacciare i motori passo passo. (Figura1)
La componente software del progetto che permette di controllare i motori è stata realizzata usando la piattaforma LabVIEW di National Instruments.
Il PC ha come Sistema Operativo Microsoft Windows 2000 Professional e l’ambiente è NI LabVIEW integrato da ValueMotion 5.0.1 Motion Control Software sempre di National Instruments.
Il VI realizzato permette, tramite pannello di controllo, settaggi e letture indipendenti, sia per la parte relativa al motore 1 (asse Y) che per quella relativa al motore 2 (asse X) .
Grazie alla flessibilità del sistema National Instruments è stato possibile sviluppare questo applicativo che è in grado di definire quale asse è associato al motore in oggetto, la posizione assoluta o relativa da raggiungere, con quale velocità ed accelerazione e quale trigger seguire. Di notevole importanza, inoltre, la possibilità di definire due valori limite, al di fuori dei quali un motore inverte il senso di rotazione e, non ultimo, la lettura istantanea della posizione dei motori. Ciò risulta di fondamentale importanza nella movimentazione a scansione. (Figura2) (Figura3)
La possibilità di aver accesso e poter intervenire su questi parametri, grazie anche a pochi comandi da tastiera del PC direttamente sul pannello di controllo, ha permesso di finalizzare rapidamente le misure rendendo veloce e preciso il posizionamento della sonda ultrasonica, durante i suoi spostamenti micrometrici.
Il sistema realizzato ha, inoltre, il vantaggio di non presentare caratteristiche customizzate, ma di poter essere rapidamente adattato alle diverse caratteristiche dimensionali dei differenti campioni da analizzare.

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L. Ventura
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Tel: 0103536310
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