Defektoskop OmniScan® X3 wykorzystujący technikę ultradźwiękową Phased Array (PAUT) jest wyposażony w zaawansowane funkcje akwizycji i przetwarzania danych: Full Matrix Capture/Total Focusing Method (FMC/TFM). Metody te optymalizują sygnały emitowane i odbierane przez głowicę, pozwalając na uzyskiwanie obrazów wyższej jakości i bardziej wiarygodnych wyników w niektórych zastosowaniach.
Nie poprzestaliśmy na wyposażeniu naszego defektoskopu OmniScan w funkcje FMC/TFM — zadbaliśmy także o to, by działały jeszcze lepiej. W tym wpisie na blogu omówimy 3 najważniejsze udoskonalenia, jakie wprowadziliśmy w metodach FMC/TFM. Zacznijmy jednak od podstaw.
Czym jest FMC?
FMC, czyli akwizycja pełnej macierzy (Full matrix capture), to strategia akwizycji danych polegająca na rejestracji każdej możliwej kombinacji nadawania i odbioru przez macierz przetworników — innymi słowy, akwizycja kompletu informacji akustycznych uzyskiwanych za pomocą wszystkich elementów głowicy Phased Array. Każdy element emituje wiązkę indywidualnie, a wszystkie pozostałe elementy macierzy odbierają wracające sygnały („nasłuchują”). W ten sposób powstaje macierz elementarnych skanów A, z której składany jest zbiór danych FMC. W odróżnieniu od akwizycji Phased Array, metoda FMC nie wprowadza opóźnień i nie wymaga kierowania wiązek na podstawie zaprogramowanych parametrów.
Czym jest TFM?
Total Focusing Method (TFM) to proces interpretacji danych uzyskanych techniką FMC. Algorytmy TFM, korzystając z określonych zmiennych, dzielą obszerne dane o elementarnych skanach A, zawarte w zbiorze danych FMC, na zbiory fal. Te zbiory fal — lub tryby propagacji — reprezentują drogi pokonywane przez fale ultradźwiękowe od nadajnika do pozycji piksela na obrazie i z powrotem do odbiornika (z uwzględnieniem ewentualnych odbić). Zdefiniowane są przez typy fal na każdym odcinku tej drogi — mogą to być fale poprzeczne (T) albo wzdłużne (L).
Gdy głowica defektoskopu OmniScan X3 skanuje badaną część, dane FMC są rejestrowane i kodowane, a algorytm TFM je przetwarza. Wynikowe obrazy TFM są wyświetlane na żywo i tworzone na podstawie wszystkich wybranych zbiorów fal (maksymalnie czterech jednocześnie). Ten sam zbiór danych FMC jest przetwarzany wielokrotnie z różnymi parametrami rekonstrukcji w danym punkcie kodowania.
Nawet niewprawne oko łatwo ustali orientację defektu
Przy zachowaniu pewnych warunków widoki TFM są ostrymi obrazami defektów, przedstawiającymi ich rzeczywiste położenie geometryczne w badanej części. Sposób prezentacji zależy od kilku czynników, w tym od wyboru głowicy i klina, metody skanowania, wcześniejszej znajomości cech części i od wybranego zbioru fal (trybu propagacji). Jeśli wyniki inspekcji mają być prezentowane współpracownikom, którzy nie są zaznajomieni z tą techniką, łatwiej jest wyjaśnić im zasady ustalania orientacji geometrycznej.
Czy technika TFM jest lepsza od Phased Array?
Trudno jednoznacznie mówić o przewadze jednej metody nad drugą. Technika FMC/TFM jest pod wieloma względami lepsza w niektórych zastosowaniach, a Phased Array w innych. Najlepszym rozwiązaniem jest zaopatrzenie się w wysoko wydajny przyrząd, który może działać w obu tych technikach i pozwala na uzyskanie obrazów o wysokiej jakości.
Ponieważ w metodzie TFM ogniskowanie odbywa się w całym obszarze zainteresowania (zdefiniowanej przez użytkownika „strefie TFM”), pozwala skuteczniej niż technika Phased Array wykrywać defekty w tej strefie. Z drugiej strony badanie FMC/TFM odbywa się z mniejszą częstością skanowania niż w przypadku techniki Phased Array, a w dodatku ogniskowane jest tylko bliskie pole. Technika Phased Array również pozwala na uzyskanie znakomitych obrazów, często o jakości zbliżonej do wyników badania TFM. Wady i zalety poszczególnych technik omówiono szczegółowo, punkt po punkcie, na naszej stronie z odpowiedziami na często zadawane pytania o TFM.
W procesach akwizycji i przetwarzania FMC/TFM realizowanych przez defektoskop OmniScan X3 zastosowano kilka innowacyjnych rozwiązań, które dodatkowo podnoszą jakość uzyskiwanych obrazów.
Oto trzy najważniejsze udoskonalenia obrazowania:
1. Obwiednia TFM generowana na żywo
Zaawansowany algorytm przetwarzania TFM zastosowany w defektoskopie OmniScan X3 obejmuje funkcję usuwania oscylacji sygnału z obrazu, która poprawia pomiar energii maksymalnej amplitudy i podnosi dokładność wskazań. Stwarza w ten sposób lepsze warunki do opisu defektu i określania jego wymiarów na podstawie amplitudy. Funkcja obwiedni TFM umożliwia też stosowanie większej częstości akwizycji niż standardowe oscylacyjne odtwarzanie obrazu metodą TFM, przy jednoczesnym zachowaniu dokładności amplitudy (AF — amplitude fidelity).
Akwizycja wysokiej jakości obrazów TFM przy wyższej powtarzalności
Najlepiej zobaczyć to na własne oczy. Na poniższym porównaniu przedstawiono uszkodzenia spowodowane przez wysokotemperaturowy atak wodorowy (HTHA — high-temperature hydrogen attack) z włączoną (u góry) i wyłączoną (u dołu) obwiednią.
Obraz, na którym uszkodzenia HTHA są wyraźnie widoczne (obwiednia włączona) uzyskano przy mniejszej rozdzielczości niż obraz TFM z wyłączoną obwiednią, a mimo to odczyt AF nie przekracza standardowej tolerancji 2 dB. Większa prędkość akwizycji (19,5 Hz zamiast 10,6 Hz) wynika z mniejszej rozdzielczości, a co za tym idzie — mniejszej ilości danych do przetworzenia. Jednak, jak widać, nie cierpi na tym jakość obrazu. W istocie echa łatwiej jest dostrzec na obrazie TFM z obwiednią.
2. Symulator AIM (Acoustic Influence Map)
W typowym systemie TFM zakłada się, że cały obszar zainteresowania (ROI — region of interest) jest pokryty przez fale akustyczne emitowane z głowicy. Jednak liczne czynniki wpływające na fale akustyczne, w tym dyfrakcja na elementach głowicy, długość drogi pokonywanej przez falę akustyczną, współczynniki transmisji i odbicia na styku ośrodków oraz cechy badanego defektu, mogą zmieniać poziomy wpływu akustycznego w obszarze ROI.
Aby umożliwić wykrywanie poszukiwanych defektów przy korzystnym stosunku sygnału do szumu (SNR — signal to noise ratio), defektoskop OmniScan X3 wyposażono w funkcję modelowania mapy wpływu akustycznego AIM (Acoustic Influence Map).
Gdy operator tworzy plan skanu TFM w defektoskopie, narzędzie do modelowania AIM pokazuje efektywny wpływ akustyczny w obszarze ROI w każdym trybie propagacji (lub zbiorze fal). Na poniższych zrzutach ekranu widoczne jest pokrycie przez zbiory fal TTL (na górze) i TTTT (na dole) TFM.
Czytelna mapa barwna przedstawiająca pokrycie amplitudą
Kolory na mapie amplitudy AIM w przejrzysty sposób odzwierciedlają pokrycie strefy ROI przez zbiory fal TFM.
- Czerwone obszary wskazują, że odpowiedź ultradźwiękowa jest bardzo dobra i waha się między 0 dB a -3 dB w odniesieniu do maksymalnej amplitudy.
- Pomarańczowe obszary wskazują, że odpowiedź ultradźwiękowa waha się między -3 dB a -6 dB w odniesieniu do maksymalnej amplitudy.
- Żółte obszary wskazują, że odpowiedź ultradźwiękowa waha się między -6 dB a -9 dB.
- I tak dalej...
To narzędzie pomaga w wyborze właściwych zbiorów fal TFM do zastosowania w konkretnej inspekcji.
3. Porównanie maksymalnie 4 zbiorów fal na ekranie
W trakcie inspekcji można na ekranie defektoskopu porównywać nawet 4 zbiory fal. Porównanie takie dostarcza informacji uzupełniających, które mogą ułatwić takie zadania, jak określanie wymiarów defektu.
Większa precyzja umieszczania kursora oznacza większą dokładność wymiarowania defektów
Jeden zbiór fal może pozwalać na lepszą wizualizację dyfrakcji na końcówce defektu, inny zapewni lepszą wizualizację sygnału odbitego od naroża („corner trap”), a jeszcze inny (zwykle TTT w przypadku spoin) — uwidoczni profil defektu niemal dokładnie w położeniu geometrycznym.
Można wykorzystać tę kombinację zbiorów fal, by trafniej wybierać dokładne położenia kursorów wymiarujących.
Wiarygodność, którą możesz zobaczyć
Ta kombinacja funkcji TFM czyni z defektoskopu OmniScan X3 bardzo wszechstronne narzędzie, zwłaszcza w połączeniu z zaawansowanymi możliwościami obrazowania techniką Phased Array. Główna korzyść polega na większej różnorodności i wartości dostępnych informacji, które pozwalają na wiarygodne potwierdzanie wniosków z obserwacji i analiz.
Poniżej zamieszczono odsyłacze do materiałów, z których można dowiedzieć się więcej na temat zalet technik FMC/TFM i Phased Array w różnych rodzajach inspekcji.
Powiązane treści
5 powodów, dla których warto wybrać defektoskop OmniScan ;X3
Często zadawane pytania o technikę TFM
Warto nawiązać kontakt
