Experiences from ultrasound testing - Olympus Omniscan MX and DolphiCam CF08/DF16

Abstract

Modern military platforms, such as the NH90 helicopter and the F-35 Joint Strike Fighter, consist of a large percentage of light-weight materials, such as composites. New materials require new and different techniques for efficient and reliable inspection to detect damages that may be critical for the performance and safety of the platform. This is particularly relevant for helicopters/aircrafts, but also for land vehicles and ships. Non-destructive inspection methods are defined and employed as part of the maintenance system for modern composite structures, but more research and testing is required. FFI supports the Norwegian Armed forces and the Norwegian Defence Logistics Organization (NDLO) in this work. This study was performed to compare and contrast two different types of ultrasonic nondestructive inspection (NDI) systems, while investigating simulated damages in carbon fibre reinforced polymer (CFRP) panels and repairs in a sandwich panel. The ultrasound systems investigated in this study were the Olympus Omniscan MX, a common phased-array unit, and two models of the DolphiTech DolphiCam™, which is a relatively new matrix-array system for area scan. Four CFRP panels were produced with simulated delaminations consisting of Teflon® and aluminium inclusions, blind drill holes, and impact damages. A glass fibre/Nomex honeycomb sandwich panel with scarf repairs was also investigated. In total, there were over 70 different types and depths of damage investigated by the NDI systems. Ultrasound imagery of the simulated damages provided information on the accuracy, applicability, and relative strengths and weaknesses of the two systems. The DolphiTech cameras, consisting of two models designed for 8 mm and 16 mm thick CFRP structures, DolphiCam™ CF08 and DolphiCam™ CF16, respectively, provided very detailed imagery and depth measurements of all types of simulated damages. Defect features of less than 1.0 mm out of plane could easily be detected and measured. Further, the DolpiTech cameras required minimal set-up time, and performed well in both freezing and controlled room temperature environments. The Olympus Omniscan MX system, requiring a longer set-up time and having larger support equipment requirements, was also able to detect the simulated damage areas. Finally, the Olympus Omniscan MX system performed quicker inspections of much larger areas compared to the DolphiTech cameras. This study found that the two types of NDI systems offered complementary strengths and weaknesses when employed for detection of simulated damages in CFRP materials. Also, DolphiCam™ CF08 showed surprisingly good results at investigating bonded scarf repairs to the glass fibre/Nomex sandwich panel.

Moderne militære plattformer, som blant annet NH90 og F-35, består av en stor andel lettvektsmaterialer, slik som kompositter. Bruk av nye materialer krever andre teknikker for å kunne gjøre en effektiv inspeksjon, for på den måten å avdekke skader som kan være kritisk for yteevnen og sikkerheten til plattformen. Dette er spesielt viktig for helikoptre/fly, men er også relevant for landgående fartøy og skip. Ikke-destruktive inspeksjonsmetoder er definert og benyttet som del av vedlikeholdssystemet for moderne komposittkonstruksjoner, men mer forskning og testing er nødvendig. FFI støtter Forsvaret og FLO i dette arbeidet. Denne studien er utført for å sammenlikne to ulike ultralydsystemer for ikke-destruktiv inspeksjon, ved å se på simulerte skader i karbonfiberpaneler og et reparert sandwich-panel. Ultralydsystemene som ble sett på i denne studien, var Olympus Omniscan MX, med en tradisjonell “phased-array”-enhet, og to modeller av DolphiCam™ fra DolphiTech, som har et relativt nytt matrisesystem for flateskann. Fire karbonfiberpaneler ble produsert, med simulerte delamineringer i form av Teflon®- og aluminiumsinklusjoner, med borede hull og med slagskader. Et reparert sandwich-panel med hudlag i glassfiberkompositt og kjernemateriale av Nomex (“honeycomb”) ble også studert. Totalt ble mer enn 70 forskjellige typer skader og dybder undersøkt med inspeksjonsutstyret. Ultralydbildene av de simulerte skadene ga informasjon om nøyaktighet, anvendbarhet og relative styrker og svakheter ved de to systemene. Kameraene fra DolphiTech, som besto av to modeller som er designet for karbonfiberpaneler med en tykkelse på 8 mm og 16 mm, henholdsvis DolphiCam™ CF08 og DolphiCam™ CF16, ga detaljerte bilder og dybdeinformasjon for alle typer simulerte skader. Defekter med en utstrekning på mindre enn 1,0 mm i tykkelsesretningen ble lett oppdaget og målt. Videre krevde DolphiTech-kameraene minimalt med tid til å sette opp systemet, og fungerte bra både i kalde omgivelser og ved romtemperatur. Olympus Omniscan MX krevde mer tid til å sette opp systemet og har flere komponenter som del av oppsettet. Dette systemet var også i stand til å detektere alle skadene, og var i stand til å inspisere et større areal hurtigere sammenliknet med DolphiTech-kameraene. Denne studien har vist at de to systemene for ikke-destruktiv inspeksjon har komplementære styrker og svakheter for deteksjon av simulerte skader i karbonfiberpaneler. DolphiCam™ CF08 ga for øvrig overraskende gode resultatet ved inspeksjon av det reparerte glassfiber/Nomex sandwich-panelet.