جلوگیری از نویز در اندازه گیری ضخامت با دستگاه التراسونیک

اندازه گیری با ضخامت سنج آلتراسونیک یکی از دقیق ترین و سریع ترین فرآیندهای تست غیرمخرب در صنایع مختلف است؛ اما این دقت تنها زمانی حاصل می شود که سیگنال دریافتی از دستگاه شفاف، بدون اعوجاج و به دور از هرگونه نویز باشد.

نویز در اندازه گیری ضخامت می تواند نتیجه یک عامل ساده مثل سطح کثیف باشد یا ناشی از شرایط پیچیده تر مانند انتخاب نامناسب پراب، کیفیت پایین کوپلنت یا ویژگی های ساختاری خود فلز.

موضوع زمانی حساس تر می شود که قطعه مورد ارزیابی ضخامت کمی داشته باشد یا نیاز به دقت بسیار بالایی باشد؛ زیرا در چنین شرایطی کوچک ترین اختلال می تواند باعث کاهش قابل توجه دقت سیگنال شود. بخش قابل توجهی از مشکلاتی که اپراتورها با آن مواجه می شوند، مستقیماً به مسئله «کاهش نویز در تست التراسونیک» مربوط است.

اگر نویز کنترل نشود، نمایش اکوی برگشتی تضعیف شده یا حتی از دست می رود و دستگاه به جای ضخامت واقعی، مقدار خطادار نشان می دهد. در این مقاله از پایه توضیح خواهیم داد که نویز چگونه ایجاد می شود و چه راهکارهایی برای کنترل و کاهش آن وجود دارد.

نویز در اندازه گیری ضخامت چیست و چگونه ایجاد می شود؟

نویز در تست التراسونیک به هرگونه سیگنال ناخواسته گفته می شود که دامنه موج اصلی را مخدوش می کند و باعث کاهش کیفیت نمایش اکوی برگشتی می شود. این نویز ممکن است از خود پراب، سطح قطعه، دستگاه، شرایط محیطی یا جنس قطعه ایجاد شود. وقتی امواج التراسونیک از طریق یک پراب به داخل ماده ارسال می شوند، هرگونه ناهمگونی یا مانع در مسیر موج، انرژی اضافی یا تداخل ایجاد می کند و این انرژی به شکل نویز روی صفحه دستگاه ظاهر می شود.

اهمیت کاهش نویز در تست التراسونیک زمانی بیشتر می شود که ضخامت کم باشد، زیرا فاصله زمانی بین ارسال و دریافت موج کوتاه است و هر اختلال کوچک می تواند اکوی اصلی را پنهان یا ضعیف کند.

منابع اصلی نویز در تست التراسونیک

منابع ایجاد نویز بسیار متنوع هستند. بخشی از نویز به خود پراب برمی گردد؛ مثلاً زمانی که کریستال ترک خورده باشد یا کوپل بین پراب و سطح قطعه مناسب نباشد. بخش دیگری از نویز ناشی از سطح قطعه است، مخصوصاً اگر قطعه زنگ زده، رنگ ضخیم داشته باشد یا دارای زبری بالا باشد.

در مواردی هم نویز از ساختار داخلی ماده ایجاد می شود، مثلاً در آلیاژهای دانه درشت یا قطعات ریخته گری شده که مسیر موج را غیرقابل پیش بینی می کنند. شرایط محیطی مانند لرزش های مکانیکی، دمای بسیار بالا یا خیلی پایین، نبود کوپلنت مناسب و حتی فشار بیش ازحد اپراتور روی پراب نیز به ایجاد نویز کمک می کند.

تأثیر نویز بر دقت اندازه گیری ضخامت

اگر نویز کنترل نشود، دستگاه نمی تواند مرزهای بین لایه ها یا بازتاب موج از سطح پشتی قطعه را تشخیص دهد. این مشکل زمانی شدیدتر می شود که ضخامت کم باشد و اکوی اول و دوم خیلی به هم نزدیک باشند. در این حالت نویز باعث تداخل پالس ها و تغییر دامنه موج می شود و دستگاه به جای ضخامت واقعی، مقدار خطادار نمایش می دهد.

در برخی موارد، نویز آن قدر شدید است که اپراتور مجبور می شود دستگاه را Gain بالا ببرد و این کار باعث تشدید نویز و بدتر شدن سیگنال می شود. اهمیت کاهش نویز در تست التراسونیک دقیقاً به همین دلیل بسیار بالا است، زیرا بدون کنترل نویز حتی بهترین دستگاه ها هم قادر به ارائه نتایج قابل اعتماد نیستند.

راهکارهای کاهش نویز مرتبط با پراب

پراب اولین نقطه تماس میان دستگاه و قطعه است؛ بنابراین بخش قابل توجهی از کیفیت سیگنال و نویز از همین نقطه آغاز می شود. انتخاب پراب مناسب، تمیزی سطح آن، فرکانس صحیح و قطر مناسب، همگی نقش حیاتی در کاهش نویز دارند. بسیاری از اپراتورهای تازه کار تصور می کنند مشکل از دستگاه است، در حالی که اغلب نویز از انتخاب اشتباه پراب ناشی می شود.

انتخاب پراب با فرکانس مناسب

فرکانس پراب نقش کلیدی در کیفیت سیگنال دارد. اگر ضخامت کم باشد و از فرکانس پایین استفاده شود، طول موج بزرگ تر شده و پالس ها هم پوشانی پیدا می کنند. این پدیده یکی از مهم ترین دلایل ایجاد نویز است. در مقابل، اگر ضخامت زیاد باشد و فرکانس خیلی بالا انتخاب شود، موج به سرعت تضعیف شده و نویز افزایش می یابد.

بهترین روش برای کاهش نویز در تست التراسونیک انتخاب فرکانسی است که تعادل میان رزولوشن و نفوذ را حفظ کند. برای ورق های نازک معمولاً فرکانس بالا و برای قطعات ضخیم تر فرکانس متوسط گزینه مناسب تری است.

استفاده از پراب قطر کوچک برای سطوح نازک

قطر پراب التراسونیک در فلزات نازک نقش زیادی دارد. پراب های قطر بزرگ ناحیه نزدیک بیشتری دارند و این باعث ایجاد امواج مزاحم در ابتدای پالس می شود. زمانی که ضخامت کم باشد، اکوی اصلی در داخل همین ناحیه قرار می گیرد و دستگاه، سیگنال را نویزی یا غیرقابل تشخیص نمایش می دهد.

استفاده از پراب های قطر کوچک بهترین روش برای کاهش تداخل و جلوگیری از اعوجاج سیگنال در ضخامت های کم است. درواقع هر قدر قطر کمتر شود، امکان تفکیک دقیق اکوی ها بیشتر خواهد بود.

اهمیت سلامت و تمیزی سطح پراب

پراب در تماس مستقیم با کوپلنت و سطح قطعه قرار دارد، بنابراین کوچک ترین آلودگی، چربی یا خش روی سطح پراب می تواند باعث ایجاد نویز شود. اگر کوپلنت خشک شود یا روی سطح پراب باقی بماند، امواج ارسال شده دچار پراکندگی می شوند.

تمیز نگه داشتن پراب، بررسی سلامت کریستال و اطمینان از عدم وجود ترک های میکروسکوپی از مهم ترین عوامل در کاهش نویز در تست التراسونیک هستند. بسیاری از خطاهای اندازه گیری تنها با تمیز کردن پراب برطرف می شوند.

راهکارهای کاهش نویز مربوط به سطح قطعه

سطح قطعه اصلی ترین نقطه ورود موج فراصوت است، بنابراین اگر سطح ناصاف، کثیف، زنگ زده یا رنگ شده باشد، موج در همان ابتدای مسیر دچار افت انرژی و پراکندگی می شود. این موضوع مستقیماً سیگنال برگشتی را ضعیف می کند و نویز را افزایش می دهد.

آماده سازی سطح (تمیزکاری، صاف سازی)

تمیزکاری سطح از روغن، گردوغبار، براده و آلودگی یکی از آسان ترین اما مهم ترین راهکارهای کاهش نویز محسوب می شود. اگر سطح ناهموار باشد، انرژی موج در همان ابتدا به چند جهت پخش می شود و سیگنال قوی در مسیر اصلی تولید نمی شود.

صاف سازی سطح با دستمال تمیز، استفاده از سایش ملایم یا حتی حذف یک لایه نازک از سطح کار می تواند تفاوت چشمگیری در کیفیت موج ایجاد کند.

حذف زبری، رنگ ضخیم یا زنگ زدگی

زبری سطح، رنگ های ضخیم یا پوسته پوسته، و اکسیدهای ناشی از زنگ زدگی از مهم ترین منابع ایجاد نویز هستند. موج التراسونیک در برخورد با چنین سطحی بخشی از انرژی خود را از دست می دهد و به صورت نویز بازتاب می شود.

با حذف لایه های زائد، استفاده از ابزارهای صاف سازی مناسب یا حتی انتخاب نقطه ای از قطعه که سالم تر باشد، می توان تا حد زیادی مشکل را برطرف کرد. کاهش نویز در تست التراسونیک در بسیاری از موارد تنها با حذف همین زبری ها امکان پذیر است.

انتخاب کوپلنت مناسب برای کاهش تداخل

کوپلنت واسطه انتقال موج از پراب به سطح قطعه است. اگر کوپلنت غیراستاندارد باشد یا مناسب جنس قطعه انتخاب نشود، موج به درستی منتقل نمی شود و نویز افزایش می یابد. کوپلنت باید چسبندگی کافی داشته باشد، کوپلنت خشک نمیتواند حفره های میکروسکوپی سطح را پر کند.

انتخاب کوپلنت مناسب یکی از مؤثرترین راهکارها برای کاهش نویز و افزایش کیفیت سیگنال در تست های ضخامت سنجی است.

جدول مقایسه عوامل ایجاد نویز و راهکارهای مؤثر

عامل ایجاد نویز	توضیح	بهترین راهکار کاهش نویز
پراب با فرکانس نامناسب	تداخل پالس ها و افت دامنه	انتخاب فرکانس متناسب با ضخامت
سطح زبر یا رنگ ضخیم	پراکندگی موج و تضعیف سیگنال	صاف سازی و تمیزکاری سطح
کوپلنت نامناسب	انتقال ناقص موج	انتخاب کوپلنت استاندارد
قطر زیاد پراب	افزایش نویز ناحیه نزدیک	استفاده از پراب قطر کوچک
آلودگی یا خش روی پراب	ایجاد امواج مزاحم	تمیزکاری و بررسی سلامت پراب

تنظیمات صحیح دستگاه التراسونیک برای کاهش نویز

در بسیاری از مواقع، منبع اصلی نویز در تست التراسونیک پراب یا سطح قطعه نیست، بلکه تنظیمات نادرست دستگاه است. دستگاه التراسونیک مجموعه ای از پارامترهای حساس دارد که هرکدام می توانند به تنهایی کیفیت موج را تغییر دهند. Gain، Range، Gate و فیلترهای زمانی از مهم ترین تنظیماتی هستند که اگر اشتباه تنظیم شوند، نویز افزایش یافته و سیگنال اصلی تحت تأثیر قرار می گیرد.

حتی زمانی که بهترین پراب، سطح کاملاً آماده و کوپلنت استاندارد انتخاب شده باشد، یک تنظیم غلط در دستگاه کافی است تا نتیجه نهایی قابل اعتماد نباشد. تسلط اپراتور بر این تنظیمات، یکی از عوامل کلیدی در کاهش نویز در تست التراسونیک محسوب می شود.

تنظیم Gain مناسب

Gain یکی از حساس ترین پارامترهای دستگاه است. اگر Gain بیش از حد بالا تنظیم شود، هر موج کوچکی که در ماده منتشر می شود تقویت شده و دستگاه آن را به عنوان بخشی از سیگنال اصلی نمایش می دهد.

این رفتار موجب افزایش نویز، بزرگ شدن امواج ناخواسته و ایجاد پالس های اضافی در صفحه می شود. از طرف دیگر، اگر Gain بیش از حد پایین باشد، اکوی برگشتی آن قدر ضعیف می شود که تشخیص آن سخت خواهد بود.

یافتن نقطه تعادل میان این دو، مهم ترین قدم در کاهش نویز است. بهترین روش این است که Gain در حدی تنظیم شود که اکوی اصلی به وضوح قابل مشاهده باشد اما پالس های جانبی، دانه درشتی ماده یا نویز محیط تقویت نشوند. اپراتور حرفه ای همیشه Gain را متناسب با ضخامت، جنس قطعه و نوع پراب تنظیم می کند.

تنظیم صحیح Range و Gate

Range محدوده زمانی نمایش موج روی صفحه دستگاه است و انتخاب اشتباه آن باعث می شود نویز بیشتر دیده شود یا اکوی اصلی خارج از محدوده قرار گیرد. برای کاهش نویز در تست التراسونیک، باید Range دقیقاً مطابق ضخامت قطعه تنظیم شود تا دستگاه فقط بازه ای را نمایش دهد که موج اصلی در آن قرار می گیرد.

Gate نیز یک فریم زمانی است که روی بازه مشخصی از موج قرار می گیرد تا دستگاه فقط پالس های داخل آن ناحیه را تحلیل کند.

اگر Gate خیلی پهن باشد، نویز وارد محدوده تحلیل می شود. اگر Gate خیلی کوچک تنظیم شود، بخشی از اکوی اصلی حذف خواهد شد. تنظیم درست Gate باعث افزایش دقت و کاهش نویز به صورت چشمگیر می شود.

استفاده از فیلترهای زمانی (Time Filtering)

فیلترهای زمانی یکی از قدرتمندترین ابزارهای نرم افزاری برای کاهش نویز هستند. این فیلترها باعث می شوند پالس هایی که خارج از محدوده فرکانسی یا زمانی مورد نیاز هستند حذف شوند. در فلزات دانه درشت، ریخته گری یا سطوح Rough، فیلتر زمانی می تواند نویز سطحی را به طور قابل توجهی کاهش دهد. دستگاه با حذف امواج کوچک و مزاحم، اکوی اصلی را واضح تر نمایش می دهد.

استفاده صحیح از Time Filtering نه تنها رزولوشن اندازه گیری را افزایش می دهد، بلکه باعث کاهش تداخل و بهبود پایداری سیگنال می شود. در نتیجه، بخش مهمی از موفقیت در کاهش نویز در تست التراسونیک به تسلط اپراتور بر تنظیمات این فیلترها بستگی دارد.

سخن پایانی

کنترل و کاهش نویز در تست التراسونیک فرآیندی چندلایه است که به عوامل مختلفی از جمله پراب مناسب، کوپلنت استاندارد، تنظیمات صحیح دستگاه، آماده سازی سطح و شرایط محیطی وابسته است. اندازه گیری ضخامت زمانی قابل اعتماد خواهد بود که اپراتور تمام این مراحل را با دقت انجام دهد. نویز نه تنها اکوی اصلی را مخدوش می کند، بلکه می تواند باعث نمایش ضخامت اشتباه یا ناپایداری پالس ها شود.

اهمیت این موضوع زمانی چند برابر می شود که قطعه نازک، حساس یا مربوط به صنایع بحرانی مانند نفت و گاز، هوافضا یا صنعت خودرو باشد. در چنین کاربردهایی کوچک ترین خطا نیز می تواند پیامدهای جدی ایجاد کند. انتخاب صحیح تجهیزات و آگاهی کامل از دلایل ایجاد نویز باعث می شود اپراتور بتواند بهترین کیفیت سیگنال را به دست آورد و اندازه گیری ضخامت با دقت واقعی انجام شود. در نهایت، مهارت اپراتور و شناخت عوامل مؤثر مهم ترین بخش های موفقیت در اجرای یک تست التراسونیک بدون نویز هستند.

سوالات متداول کاهش نویز در تست التراسونیک

1. چرا نویز در تست التراسونیک باعث خطا در اندازه گیری ضخامت می شود؟
   زیرا نویز بازتاب های اصلی را مخدوش کرده و پالس های مزاحم در محدوده تحلیل دستگاه ظاهر می شوند. این اختلال باعث ادغام پالس ها، کاهش دامنه موج یا تضعیف اکوی اصلی می شود و دستگاه ضخامت اشتباه را نمایش می دهد.
2. مهم ترین عامل کاهش نویز چیست؟
   هیچ عامل واحدی وجود ندارد، اما تنظیمات صحیح دستگاه، انتخاب پراب مناسب و آماده سازی سطح سه عامل اصلی هستند. اگر این سه مورد درست انجام شوند، نویز به مقدار قابل توجهی کاهش پیدا می کند.
3. آیا نوع کوپلنت می تواند بر میزان نویز تأثیر بگذارد؟
   بله، کوپلنت نامناسب باعث ایجاد فضای خالی بین پراب و سطح قطعه شده و موج در همان لحظه برخورد پراکنده می شود. انتخاب کوپلنت استاندارد و متناسب با جنس قطعه یکی از مؤثرترین راهکارها برای کاهش نویز در تست التراسونیک است.