Datos A-scan
Cada instrumento ultrasónico registra típicamente dos parámetros fundamentales de un eco: la dimensión (amplitud), y el lugar de incidencia temporal con respecto al punto cero (tiempo de tránsito del impulso). A su vez, el tiempo de tránsito está frecuentemente correlacionado a la distancia o la profundidad del reflector, que se basa en la velocidad del sonido del material bajo ensayo y la simple relación entre la distancia = velocidad x tiempo.
Distancia = velocidad x tiempo
La representación más básica de los datos, provenientes de la forma de la onda del ultrasonido, es el A-scan o el diseño de pantalla de forma de onda, en donde la amplitud del eco y el tiempo de tránsito son trazados en una cuadrícula simple con el eje vertical que representa la amplitud, y el eje horizontal, el tiempo. El ejemplo a continuación muestra la versión de una forma de onda rectificada. También, es posible usar la onda radiofrecuencia con rectificación. La barra roja en la pantalla es una puerta que selecciona una porción de la trayectoria de la onda para analizarla, típicamente en la medición de amplitud o profundidad del eco.
Valor único B-scan
Otro modo de presentar esta información es mediante un valor único B-scan. Por lo general, el B-scan a valor único es usado por detectores de defectos convencionales y medidores de espesores dedicados a la corrosión. Estos permiten medir la profundidad de los reflectores con respecto a su posición lineal. El espesor es medido en función del tiempo o la posición mientras la sonda escanea la pieza para obtener el perfil de profundidad. La correlación entre los datos ultrasónicos y la posición en curso de la sonda permite obtener una visión proporcional que puede trazarse y habilita la capacidad para correlacionar y rastrear los datos de áreas específicas de la pieza bajo inspección. Este rastreo (seguimiento) de posición se efectúa de forma típica con dispositivos electromecánicos, denominados «codificadores». Estos codificadores son usados en integradores de escaneo manual o de sistemas automatizados, que permiten desplazar la sonda mediante un escáner de motor lógico programable. En ambos casos, el codificador registra la ubicación de cada punto de adquisición de dato con respecto a un patrón de escaneo y a una resolución de índice definida por el usuario.
En el siguiente caso, la representación B-scan muestra dos reflectores de profundidad y un reflector más superficial que corresponde a las posiciones de los taladros (SDH) en el bloque de calibración.
Mapeo C-Scan
Otra opción de representación es un C-scan: una presentación visual bidimensional de datos proyectados como una vista superior o plana de una pieza bajo ensayo. Presenta una similitud a nivel de la perspectiva gráfica con una imagen de rayos X, en donde los colores representan la amplitud de la señal controlada o la profundidad en cada punto de la pieza bajo ensayo mapeada hasta su posición. Las imágenes planas pueden ser generadas a partir de piezas planas por medio de los datos rastreados hasta la posición X e Y, o en piezas cilíndricas por medio del rastreo de la posición axial y angular. En el caso del ultrasonido convencional, un escáner mecánico con codificadores es usado para rastrear las coordenadas de la sonda hasta la resolución de índice deseada. Las siguientes imágenes muestran de forma conceptual las representaciones C-scan de un bloque de referencia por medio de un sistema de escaneo de inmersión convencional que usa una sonda de inmersión focalizada.
Escaneo Phased Array
El C-scan de un sistema Phased Array es muy similar al de la sonda convencional previamente apreciado. Sin embargo, con los sistemas Phased Array, la sonda física se desplaza por lo general a lo largo de un eje mientras que el haz escanea electrónicamente otro conforme a la secuencia de la ley focal. Los datos de amplitud o profundidad de la señal se recopilan dentro de la región de interés controlada, al igual que en los C-scan de ultrasonido convencional. En el caso del ultrasonido multielemento (Phased Array), se trazan los datos con cada progresión de la ley focal mediante la apertura programada del haz.
A continuación, se muestra un escaneo en curso del mismo bloque de calibración usado para la sección anterior, con una sonda de matriz lineal codificada de 5 MHz y 64 elementos y una suela (zapata) recta. Cada ley focal usa 16 elementos para formar la apertura, y en cada pulsación (impulso), el elemento inicial incrementa de uno. Esto da como resultado 49 puntos de datos que se trazan (horizontalmente en la siguiente imagen) a lo largo de los 37 mm (1,5 pulg.) de longitud de la sonda. A medida que la sonda se desplaza en línea recta hacia adelante, aparece una representación C-scan plana. Normalmente, los codificadores son usados cuando la correspondencia geométrica precisa de la imagen de escaneo —a partir de la muestra— debe ser mantenida, si bien los escaneos manuales no codificados también pueden proporcionar información útil en muchos casos.
A pesar de que la resolución gráfica no es completamente equivalente a la del C-scan convencional, debido al tamaño efectivo más grande del haz, existen otras consideraciones en la cuales basarse. El sistema de ultrasonido multielemento (Phased Array) presenta una configuración portátil para campo, a diferencia del convencional, y cuesta aproximadamente un tercio del precio. Además, la representación Phased Array se generó en unos pocos segundos, mientras que el escaneo de inmersión convencional tomó varios minutos. La generación del C-scan en tiempo real se muestra al final.
Representación B-scan transversal
Un B-scan transversal proporciona una vista final detallada de una pieza de ensayo a lo largo de un solo eje. Esto proporciona más información que el B‑scan a valor único presentado anteriormente. En lugar de trazar un solo valor medido dentro de una región controlada, el A-scan completo se digitaliza en cada ubicación de la sonda. Los A-scan sucesivos se representan sobre el tiempo transcurrido o la posición codificada de la sonda en curso para dibujar secciones transversales puras de la línea escaneada. Esto permite visualizar los reflectores superficiales tanto cercanos como lejanos dentro de la muestra. Con esta técnica, los datos completos de la forma de onda se almacenan a menudo en cada ubicación, y pueden ser recuperados a partir de la representación para una evaluación o verificación adicional.
Para lograr esto, se traza cada punto digitalizado de la forma de onda, de manera que el color que representa la amplitud de la señal aparecerá en la profundidad adecuada.
Los A-scan sucesivos son digitalizados, asociados cromáticamente y se apilan en intervalos definidos por el usuario (tiempo transcurrido o posición) para formar una verdadera y nueva representación transversal.
Escaneos lineales por ultrasonido multielemento (Phased Array)
Un sistema Phased Array usa un escaneo electrónico a lo largo de una sonda de matriz lineal para crear un perfil transversal sin desplazar la sonda. A medida que se secuencia cada ley focal, el A-scan asociado es digitalizado y trazado. Las aperturas sucesivas se «apilan» creando una vista transversal en vivo. A continuación, se muestra una representación animada de esta secuencia usando una sonda lineal de 16 elementos.
En la práctica, este escaneo electrónico se ejecuta en tiempo real, por lo que una vista transversal en vivo puede observarse de forma continua mientras la sonda se desplaza físicamente. A continuación, se muestra una representación en tiempo real adquirida por una sonda lineal Phased Array de 64 elementos.
Asimismo es posible escanear un ángulo fijo a través de los elementos. Tal como se mencionó previamente, este procedimiento es muy útil para la inspección automatizada de soldaduras. Con una sonda lineal Phased Array de 64 elementos más una suela (zapata), es posible generar ondas transversales con un ángulo definido por el usuario (a menudo de 45°, 60° o 70°). Con la secuenciación de la apertura a lo largo de la sonda, es posible recopilar datos de soldadura volumétricos completos sin la necesidad de aumentar físicamente la distancia con respecto a la línea central de la soldadura durante el escaneo. Esto permite una inspección de una sola pasada a lo largo de la longitud de la soldadura.
Escaneos sectoriales de ultrasonido multielemento (Phased Array)
De todos los procesamientos de imágenes discutidos hasta ahora, el escaneo sectorial es exclusivo de las unidades Phased Array. En un escaneo lineal, todas las leyes focales emplean un ángulo fijo con aperturas secuenciales. Por el contrario, los escaneos sectoriales aplican aperturas fijas y se propagan a través de una secuencia de ángulos.
Por lo general, se usan en dos formas principales. El más familiar y muy común en el procesamiento de imágenes médicas, usa una suela (zapata) de interfase de 0° para orientar ondas longitudinales en ángulos relativamente bajos. Esto crea una imagen en forma de tajada que muestra defectos laminares y ligeramente angulados.
La segunda forma emplea una suela (zapata) de plástico angular para aumentar el ángulo del haz incidente a fin de generar ondas transversales, por lo general en el rango de ángulo refractado de 20° y 70°. Esta técnica es similar a la inspección de haz angular convencional, excepto por la propagación del haz que se da a través de un rango de ángulos en lugar de un solo ángulo fijo determinado por una suela (zapata). Al igual que con el escaneo lineal, la representación resultante es una imagen transversal del área inspeccionada proveniente de la pieza bajo ensayo.
La generación de imágenes en curso parte del mismo principio de A-scan apilado que se estudió en el contexto de los escaneos lineales de la sección anterior. El usuario final define el ángulo de inicio, fin y resolución del paso para generar la representación sectorial. Note que la apertura permanece constante con cada ángulo definido y cuyo haz generado se dota de características definidas en apertura, frecuencia, amortiguación y similares. La respuesta A-scan proveniente de cada ángulo (ley focal) se digitaliza y se traza basándose en el color del ángulo correspondiente apropiado, lo que crea una representación transversal.
De hecho, el escaneo sectorial se produce en tiempo real para ofrecer representaciones dinámicas de forma continua a través del desplazamiento de la sonda. Esto es muy útil en la visualización de defectos y aumenta la probabilidad de detección, en especial con los defectos orientados de forma aleatoria, ya que pueden cubrirse muchos ángulos de inspección a la vez.