Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Enhanced feature extraction algorithms using oscillatory-mode pulsed Eddy Current techniques for aircraft structure inspection

Lysenko Iuliia, Kuts Yurii, Protasov Anatoliy, Redka Mykhailo, Uchanin Valentin

Transactions on Aerospace Research

|

2021

|

Nr 3 (264)

1--16

EN

A review of the existing literature shows that modern pulsed eddy current (PEC) technique for flaw detection in aircraft structure inspection is typically carried out in aperiodic mode. At the same time, the unstable characteristic points of the EC signal usually used as informative parameters can restrict the potential of this excitation mode due to significant measurement errors. This article considers an advanced PEC method of NDT based on the oscillatory mode. To obtain the conditions concerned with different modes of EC probe response oscillations, an equivalent scheme of the "testing object - EC probe" system was developed and analyzed. The frequency and attenuation coefficient of natural oscillations are proposed as the informative parameters of the probe signals. The obtained mathematical model of the probe signals allows for the dependence of proposed signal parameters on the characteristics of the testing object to be evaluated. Herein, we first develop algorithmic software for determining and analyzing the discrete amplitude and phase characteristics of PEC NDT signals based on the simulation results. The errors of the natural frequency oscillations and the attenuation coefficient determination as well as the optimal time for its determination are analyzed in order to minimize the possible errors. Next, the proposed informative parameters are experimentally investigated using a set of specimens. The obtained results confirm the possibility of the proposed methodology to enhance the inspection procedures related to the electrical conductivity and geometric parameters measurements as well as the detected defect sizing.

PL

Przegląd istniejącej literatury wskazuje, że nowoczesna technika impulsowych prądów wirowych (PEC) do wykrywania wad w inspekcji konstrukcji lotniczych jest zwykle prowadzona w trybie aperiodycznym. Przy tym, niestabilne punkty charakterystyczne w sygnale prądów wirowych, które zwykle są używane jako parametry informacyjne, mogą ograniczać potencjał tego trybu wzbudzenia ze względu na znaczne błędy pomiarowe. W niniejszym artykule rozważano zaawansowaną metodę PEC dla badań nieniszczących (NDT) opartą na trybie oscylacyjnym. W celu uzyskania warunków związanych z różnymi trybami oscylacji odpowiedzi sondy prądów wirowych, opracowano i przeanalizowano równoważny schemat układu „obiekt badany - sonda”. Jako parametry informacyjne dla sygnałów brano częstotliwość i współczynnik tłumienia drgań własnych.Tak powstały model matematyczny sygnałów pozwala na ocenęzależności proponowanych parametrów sygnałów od właściwości obiektu badanego. Najpierw na podstawie wyników symulacji opracowano algorytmiczne oprogramowanie do wyznaczania i analizy dyskretnych charakterystyk amplitudowych i fazowych sygnałów PEC NDT. Analizowano błędy wyznaczania częstotliwości drgań własnych oraz współczynnika tłumienia, a także optymalny czas jego wyznaczania w celu minimalizacji możliwych błędów. Następnie, zaproponowane parametry informacyjne badano eksperymentalnie z wykorzystaniem zestawu próbek. Otrzymane wyniki potwierdzają możliwość zastosowania proponowanej metody do usprawnienia procedur inspekcyjnych związanych z pomiarami przewodności elektrycznej, parametrów geometrycznych oraz oceny rozmiarów wykrywanych defektów.

2

Enhanced Eddy Current techniques for detection of surface-breaking cracks in aircraft structures

Uchanin Valentin

Transactions on Aerospace Research

|

2021

|

Nr 1 (262)

1--14

EN

Well-timed detection of the defects (e.g., fatigue cracks and corrosive damages) in aircraft structures is the question of vital importance. Periodic in-service non-destructive inspection (NDI) is necessary to prevent expensive aircraft breakdowns during in-service life. Eddy current (EC) NDI method have many advantages for in-service aircraft inspection due to high mobility and the possibility to detect fatigue cracks without direct contact with the inspected surface (even through a protective coating withou tremoval). Last decades some enhanced EC techniques were developed for aircraft in-service inspection in the Karpenko Physico-Mechanical Institute of National Academy of Sciences (Lviv) in collaboration with Ukrainian and foreign aircraft companies. Proposed earlier EC efficiency coefficient was applied for the selection of the ferrite-core EC probe parameters. Investigations concerned with the crack detectability for single-coil EC probes of different sizes were carried out to improve the inspection procedures. The sensitivity of the developed single-coil EC probe was experimentally investigated. The possibility to distinguish the signals associated with detected defect and lift-off was shown. The new inspection procedure was proposed for full suppression of the noise concerned with the rivet edge influence. The high-frequency EC flaw detector of Leotest VD 3.03 type based on self-generator mode andminiature single-coil EC probes application was developed for detection of the surface-breaking fatigue cracks. The original scheme of double-circuit self-generator with intermittent oscillations was invented and investigated. The pulse-repetition frequency of high-frequency oscillations was used as an informative parameter. The important feature of the developed self-generating scheme is the effective suppression ofthe lift-off influence (the changes of the clearance between the EC probe and the inspected object surface during the scanning). Developed EC flaw detectors of Leotest VD 3.03 type and inspection procedures were successfully implemented into the maintenance practice for detection of the fatigue cracks initiated in the wing and the fuselage structures and aviation engines in many companies such as ANTONOV AIRCRAFT, Lviv State Aircraft Repair Plant, Konotop aircraft repair plant «AVIAKON», Ukrainian International Airlines, MOTOR-SICH, State Enterprise “IVCHENKO-PROGRESS”, etc.

PL

Odpowiednio wczesne wykrywanie defektów (np. pęknięć zmęczeniowych i uszkodzeń korozyjnych) w strukturach lotniczych jest zagadnieniem o kluczowym znaczeniu. Okresowa eksploatacyjna kontrola nieniszcząca (NDI) jest konieczna, aby zapobiec kosztownym awariom samolotu w trakcie jego eksploatacji. Metoda wiroprądowa (EC) NDI ma wiele zalet dla kontroli samolotów w trakcie eksploatacji ze względu na wysoką mobilność i możliwość wykrywania pęknięć zmęczeniowych bez bezpośredniego kontaktu z badaną powierzchnią (nawet przez powłokę ochronną bez jej usuwania). W ostatnich dziesięcioleciach w Instytucie Fizyko-Mechanicznym Narodowej Akademii Nauk im. Karpenki (Lwów), we współpracy z ukraińskimi i zagranicznymi firmami lotniczymi, opracowano udoskonalone techniki EC do kontroli eksploatacyjnej samolotów. Zaproponowany wcześniej współczynnik efektywności EC został zastosowany do doboru parametrów ferrytowo-rdzeniowej sondy EC. Przeprowadzono badania dotyczące wykrywalności pęknięć dla jednocewkowych sond EC o różnych rozmiarach w celu poprawy procedur kontroli. Doświadczalnie zbadano czułość opracowanej sondy jednowstęgowej EC. Wykazano możliwość rozróżnienia sygnałów związanych z wykrytym defektem i lift-off. Zaproponowano nową procedurę inspekcyjną umożliwiającą pełne wyeliminowanie szumów związanych z oddziaływaniem krawędzi nitów. Opracowano wysokoczęstotliwościowy detektor wad EC typu Leotest VD 3.03 oparty na trybie samogeneratora i zastosowaniu miniaturowych jednocewkowych sond EC do wykrywania pęknięć zmęczeniowych pękających powierzchniowo. Wynaleziono i zbadano oryginalny schemat dwuobwodowego samogeneratora z przerywanymi oscylacjami. Jako parametr informacyjny wykorzystano częstotliwość powtarzania impulsów oscylacji o wysokiej częstotliwości. Istotną cechą opracowanego schematu samogenerującego jest skuteczne tłumienie wpływu zjawiska lift-off (zmiany prześwitu pomiędzy sondą EC a powierzchnią badanego obiektu podczas skanowania). Opracowane wykrywacze wad EC typu Leotest VD 3.03 oraz procedury kontrolne zostały z powodzeniem wdrożone do praktyki obsługowej w celu wykrywania pęknięć zmęczeniowych inicjowanych w strukturach skrzydeł i kadłuba oraz silnikach lotniczych w wielu firmach, takich jak ANTONOV AIRCRAFT, Lwowskie Państwowe Zakłady Remontu Samolotów, Konotopskie Zakłady Remontu Samolotów "AVIAKON", Ukraińskie Międzynarodowe Linie Lotnicze, MOTOR-SICH, Przedsiębiorstwo Państwowe "IVCHENKO-PROGRESS", itp.

3

Detection of the Fatigue Cracks Initiated Near the Rivet Holes by Eddy Current Inspection Techniques

Uchanin Valentin

Transactions on Aerospace Research

|

2020

|

Nr 2 (259)

47--58

EN

Eddy current (EC) method is considered as most applicable for in-service detection of fatigue subsurface cracks initiated in aircraft multilayer structures near the rivet holes. At the same time, the successful solution of this problem is obstructed by additional noise created by defect-free rivets. All EC inspection techniques for the detection of subsurface cracks around the rivets can be classified into three main groups: 1) static mode – carried out by placing the EC probe concentrically on the rivet head; 2) rotational mode – when the EC probe is rotated around the rivet axle and 2) sliding mode – performed by the movement of EC probe along the rivet line or near it. All these approaches have some advantages and limitations. In this study, known EC techniques for the detection of cracks in multilayer aircraft structures are analyzed. New advanced EC techniques for the detection of fatigue cracks in internal layers of the riveted structures based on different types (ring, sliding, and rotational) probes are presented. The static EC method with developed low-height ring-type probe creates the possibility to detect cracks in the difficult of access areas. The possibility to estimate the length of detected cracks by a ring-type probe is shown. The proposed rotational remote field EC probe can detect as small as 1.0 mm long cracks under the button-head rivet and 2 mm thick upper skin with a high signal-to-noise ratio. Therefore, in many aircraft structures, fatigue cracks will be detected before a critical threshold achieved. New EC sliding techniques based on remote field and double differential probes were proposed for the rapid detection of cracks in internal layers of riveted aircraft structures. Remote-field EC probe for reliable detection of fatigue cracks in third and fourth layers of five-layer units was proposed. Another sliding technique based on a double differential EC probe gives the possibility to detect transverse cracks in the second layer without the rivet row area access. The main advantage of developed techniques is high inspection reliability due to the possibility to discriminate the signals created by cracks and defect-free rivets. Presented inspection procedures include the selective signal analysis in the complex plane diagram. Proposed EC inspection techniques were successfully implemented into the aircraft maintenance practice.

PL

Metodę wiroprądową (EC) uważa się za najbardziej odpowiednią do wykrywania pęknięć podpowierzchniowych zmęczeniowych zapoczątkowanych w konstrukcjach wielowarstwowych w pobliżu otworów nitów stosowanych w statkach powietrznych. Jednocześnie skuteczne rozwiązanie tego problemu jest utrudnione przez dodatkowy hałas wytwarzany przez nity pozbawione wad. Wszystkie techniki inspekcji EC do wykrywania pęknięć podpowierzchniowych wokół nitów można podzielić na trzy główne grupy: 1) tryb statyczny - przeprowadzany poprzez umieszczenie sondy EC koncentrycznie na głowicy nitu; 2) tryb rotacyjny - gdy sonda EC obraca się wokół osi nitu oraz 3) tryb ślizgowy - wykonywany przez ruch sondy EC wzdłuż linii nitu lub w jej pobliżu. Wszystkie te sposoby mają pewne zalety i ograniczenia. W tym badaniu analizowane są znane techniki EC do wykrywania pęknięć w wielowarstwowych strukturach samolotów. Przedstawiono nowe zaawansowane techniki EC do wykrywania pęknięć zmęczeniowych w wewnętrznych warstwach nitowanych konstrukcji opartych na różnych typach (pierścieniowych, przesuwnych i obrotowych) sond. Statyczna metoda EC z opracowaną sondą pierścieniową daje możliwość wykrywania pęknięć w trudno dostępnych obszarach. Pokazano możliwość oszacowania długości wykrytych pęknięć za pomocą sondy typu pierścieniowego. Proponowana sonda obrotowa EC z odległym polem może wykrywać pęknięcia o długości zaledwie 1,0 mm pod nitem z grzybkiem i górną powłokę o grubości 2 mm z wysokim stosunkiem sygnału do szumu. Dlatego w wielu konstrukcjach lotniczych pęknięcia zmęczeniowe zostaną wykryte przed osiągnięciem progu krytycznego. Zaproponowano nowe techniki przesuwania EC oparte na zdalnych sondach polowych i podwójnych sondach różnicowych do szybkiego wykrywania pęknięć w wewnętrznych warstwach nitowanych konstrukcji lotniczych. Zaproponowano sondę EC z odległym polem do niezawodnego wykrywania pęknięć zmęczeniowych w trzeciej i czwartej warstwie pięciowarstwowych konstrukcji. Inna technika przesuwna oparta na podwójnej różnicowej sondzie EC daje możliwość wykrycia pęknięć poprzecznych w drugiej warstwie bez dostępu do obszaru rzędu nitów. Główną zaletą opracowanych technik jest wysoka niezawodność inspekcji dzięki możliwości rozróżnienia sygnałów wytwarzanych przez pęknięcia i nity wolne od wad. Przedstawione procedury inspekcji obejmują selektywną analizę sygnału na złożonym schemacie płaszczyzny. Proponowane techniki inspekcji EC zostały pomyślnie wdrożone w praktyce obsługi technicznej statku powietrznego.

4

Advanced Signal Processing Methods for Inspection of Aircraft Structural Materials

Lysenko Iuliia, Eremenko Volodymyr, Kuts Yurii, Protasov Anatoliy, Uchanin Valentin

Transactions on Aerospace Research

|

2020

|

Nr 2 (259)

27--35

EN

Aircraft, their assemblies, and units must provide high durability and reliability, and maintain mechanical and technological characteristics throughout the life span of the aircraft. Different elements of aircraft structures work under mechanical loads, over a wide temperature range, with varying degrees of exposure to corrosive environments. Aircraft structural materials have a variation in the characteristics values and require the various testing methods for their inspection. In many NDT methods applied in aviation materials testing, signals that could be represented by a narrowband processes model are used. Known methods of their processing are focused on determining and analyzing the signals amplitude characteristics, but the information resource contained in phase characteristics is not used. In the article, the methodology for signal processing and determining phase characteristics in the time domain are discussed. It is based on the combination of the discrete Hilbert transform and the deterministic and statistical methods of the phase measurement. There are given examples of the application of the methodology for pulsed eddy current testing of electrically conductive materials and products, ultrasonic thickness measurement of products made of materials have significant ultrasonic attenuation, the realization impulse variant of acoustic impedance flaw detection of products made of composite materials. The examples have shown that the proposed signal processing methodology enables to determine new information parameters and signal characteristics for the industry, and extend the scope of known NDT methods.

PL

Samoloty, ich zespoły i jednostki muszą zapewniać wysoką trwałość i niezawodność oraz utrzymywać właściwości mechaniczne i technologiczne przez cały okres użytkowania statku powietrznego. Różne elementy konstrukcji lotniczych pracują pod obciążeniami mechanicznymi, w szerokim zakresie temperatur, z różnym stopniem narażenia na środowiska korozyjne. Materiały konstrukcyjne statków powietrznych różnią się właściwościami i wymagają różnych metod testowania w celu ich kontroli. W wielu metodach NDT stosowanych w testowaniu materiałów lotniczych sygnały, które mogą być badane stosowany jest model procesów wąskopasmowych. Znane metody ich przetwarzania koncentrują się na określeniu i analizie charakterystyk amplitudy sygnałów, ale zasoby informacyjne zawarte w charakterystyce fazowej nie są wykorzystywane. W artykule omówiono metodologię przetwarzania sygnału i określania charakterystyk fazowych w domenie czasowej. Opiera się on na kombinacji dyskretnej transformaty Hilberta oraz deterministycznych i statystycznych metod pomiaru fazy. W pracy podano przykłady zastosowania metodyki badań pulsacyjnych prądów wirowych materiałów i produktów przewodzących prąd. Ultradźwiękowy pomiar grubości wyrobów wykonanych z materiałów ma znaczne tłumienie ultradźwięków, wariant realizacji defektu impedancji akustycznej wykrywania wad wykonanych z materiałów kompozytowych. Przykłady pokazały, że proponowana metodologia przetwarzania sygnału umożliwia określenie nowych parametrów informacji i charakterystyk sygnału dla materiałów oraz rozszerza zakres znanych metod NDT.