Dati A-scan
Dati A-Scan
Gli strumenti ad ultrasuoni registrano in genere due parametri fondamentali di un'eco: la dimensione (ampiezza) e la posizione rispetto al tempo dove viene visualizzato in rapporto al punto zero (tempo di propagazione della trasmissione dell'impulso). Il tempo di propagazione è in genere correlato con la distanza o la profondità del riflettore, basandosi sulla velocità di propagazione dell'onda ultrasonora del materiale controllato e sulla semplice equazione
Distanza = velocità x tempo
La presentazione di base dei dati di una forma d'onda ultrasonora è la vista A-scan che mostra l'ampiezza dell'eco e il tempo di transito su una griglia semplice nella quale l'asse verticale rappresenta l'ampiezza e l'asse orizzontale rappresenta il tempo. L'esempio di seguito mostra una versione con una forma d'onda rettificata. Ci si avvale inoltre di schermate RF non rettificate. La barra rossa è un gate che permette di selezionare una parte della serie di onde per poter analizzare in genere la misura dell'ampiezza dell'eco o della profondità.
B-scan a singolo valore
Questa informazione può essere presentata come un B-scan a singolo valore. Un B-scan a singolo valore viene in genere usato con i comuni rilevatori di difetti e i misuratori di spessore della corrosione per tracciare la profondità dei riflettori in funzione della loro posizione lineare. Lo spessore viene definito in funzione del tempo o della posizione, mentre effettuando una scansione lungo il pezzo permette di ottenere il profilo della profondità del pezzo. La correlazione dei dati ultrasonori con la posizione corrente della sonda permette di elaborare un'immagine proporzionale e permette di correlare i dati alle zone specifiche del pezzo ispezionato e di tracciarli. Il tracciamento della posizione viene in genere realizzato mediante dei dispositivi elettromeccanici denominati encoder. Questi encoder vengono usati insieme a supporti, nel caso di ispezioni manuali, o in sistemi automatizzati che permettono di spostare la sonda mediante uno scanner programmabile motorizzato. In entrambi i casi l'encoder registra la posizione di ogni punto di acquisizione in rapporto a uno schema di scansione definito dall'utente e alla risoluzione dell'indice.
Nel caso riportato di seguito, il B-scan mostra due riflettori ad una certa profondità e un riflettore ad una maggior profondità corrispondenti alle posizioni dei fori laterali (SDH - side-drilled hole) nel blocco di taratura.
Mappatura C-scan
Il C-scan è un'altra opzione di rappresentazione. Si tratta di una rappresentazione bidimensionale di dati visualizzata come una vista superiore o planare del pezzo da ispezionare. Come aspetto grafico è simile a un'immagine radiologica dove il colore rappresenta l'ampiezza o la profondità del segnale nel gate in tutti i punti del pezzo mappati in riferimento alla propria posizione. Le immagini planari possono essere generate su pezzi piani raccogliendo i dati delle posizioni sugli assi X e Y o sui pezzi cilindrici raccogliendo i dati delle posizioni assiali e angolari. Nel caso degli ultrasuoni convenzionali, viene usato uno scanner meccanico con encoder per raccogliere le coordinate della sonda in funzione della risoluzione dell'indice desiderata. Le seguenti immagini illustrano in modo concettuale i C-scan di un blocco di taratura con un sistema ad immersione ad ultrasuoni convenzionali usando una sonda ad immersione focalizzata.
C-Scan phased array
Un C-scan ottenuto con un sistema phased array è molto simile a quello ottenuto con le sonde ad ultrasuoni convenzionali presentate precedentemente. Tuttavia con i sistemi phased array la sonda viene in genere spostata fisicamente lungo un asse mentre il fascio scansiona elettronicamente lungo l'altro asse in base alla sequenza di leggi focali. I dati di ampiezza o di profondità del segnale vengono raccolti nella zona del gate come nei comuni C-scan. Nel caso dei sistemi phased array, i dati vengono tracciati in funzione della progressione delle leggi focali mediante l'apertura del fascio programmato.
Di seguito viene illustrata una scansione corrente sullo stesso blocco di taratura mostrato nella sezione precedente. La scansione viene effettuata con una sonda lineare da 5 MHz a 64 elementi con uno zoccolo dritto. Ogni legge focale usa 16 elementi per formare l'apertura e, ad ogni impulso, il primo elemento s'incrementa di uno. In questo modo si ottengono 49 punti dei dati che vengono tracciati (orizzontalmente nell'immagine riportata di seguito) per la lunghezza di 37 mm della sonda. Man mano che la sonda avanza in linea retta, viene generata una vista C-scan planare. Gli encoder vengono in genere usati ogni volta che si deve mantenere una corrispondenza geometrica precisa dell'immagine di scansione del pezzo. Tuttavia le scansioni manuali senza encoder possono fornire delle informazioni utili in numerose situazioni.
Sebbene la risoluzione grafica dei sistemi phased array non sia pienamente equivalente a quella del C-scan dei sistemi ad ultrasuoni convenzionali per la maggior efficacia derivata dall'ampiezza del fascio, bisogna considerare altri aspetti. I sistemi phased array sono portatili (i sistemi ad ultrasuoni convenzionali non lo sono) e costano circa un terzo. Inoltre le immagini phased array vengono generate in pochi secondi mentre sono necessari diversi minuti per effettuare le scansioni ad immersioni con ultrasuoni convenzionali. La generazione in tempo reale del C-scan viene riportata di seguito.
B-scan a sezione trasversale
Una vista B-scan della sezione trasversale è una rappresentazione grafica dettagliata dell'estremità di un pezzo da ispezionare lungo un solo asse. Questo permette di ottenere maggior informazioni rispetto a un B-scan a singolo valore descritto precedentemente. Invece di tracciare un solo valore misurato in un gate posizionato in una zona, l'intera vista A-scan viene digitalizzata ad ogni posizionamento della sonda. Vengono tracciati degli A-scan successivi in funzione del tempo trascorso o della posizione corrente della sonda acquisita con encoder, in modo da generare delle viste della sezione trasversale delle linee scansionate. Questo permette di visualizzare i riflettori in prossimità o distanti dalla superficie della componente da ispezionare. Con questa tecnica i dati degli A-scan completi sono spesso memorizzati ad ogni posizione e possono essere richiamati e visualizzati per una valutazione o una verifica successiva.
Questo è possibile se ogni punto personalizzato in un A-scan viene tracciato in modo che il colore che rappresenta l'ampiezza del segnale viene visualizzato alla profondità corretta.
Gli A-scan successivi vengono digitalizzati, legati a un colore e "combinati" a degli intervalli definiti dall'utente (tempo trascorso o posizione) per generare un'immagine corrispondente della sezione trasversale.
Scansioni lineari phased array
Un sistema phased array si avvale della scansione elettronica lungo una sonda lineare per creare un profilo a sezione trasversale, senza spostare la sonda. In seguito al sequenziamento di ogni legge focale, l'A-scan viene digitalizzato e tracciato. Le aperture successive vengono "combinate" creando una vista della sezione trasversale. Una rappresentazione animata di questa sequenza di una sonda lineare a 16 elementi è illustrata di seguito.
In pratica questa scansione elettronica viene effettuata in tempo reale in modo da visualizzare in continuo la sezione trasversale del pezzo ispezionato man mano che viene spostata la sonda. Di seguito viene riportata un'immagine in tempo reale con una sonda phased array a 64 elementi.
È inoltre possibile effettuare una scansione ad un angolo fisso degli elementi. Come descritto in seguito questa possibilità è molto utile per l'ispezione automatizzata delle saldature. Mediante una sonda lineare phased array a 64 elementi e di uno zoccolo, possono essere generate delle onde trasversali con un angolo definito dall'utente (spesso di 45, 60 o 70 gradi). Il sequenziamento dell'apertura lungo l'intera sonda permette di raccogliere l'insieme dei dati volumetrici della saldatura senza bisogno di aumentare fisicamente la distanza di scansione fino alla linea centrale della saldatura. Questo permette un'ispezione in un solo passaggio lungo la saldatura.
Scansioni settoriali phased array
Tra tutte le modalità di rappresentazione delle immagini presentate fino a questo punto, la scansione Settoriale è la sola ad essere usata con l'apparecchiatura phased array. In una scansione lineare, tutte le leggi focali hanno un angolo fisso con delle aperture sequenziali. Invece le scansioni settoriali adottano delle aperture fisse e basano l'orientazione seguendo una sequenza di angoli.
Vengono in genere applicate due tecniche principali. La tecnica più diffusa, molto comune nelle rappresentazioni per immagini in ambito medico, impiega uno zoccolo d'interfaccia dritto per l'orientazione delle onde longitudinali con un angolo relativamente basso. Questo genera un'immagine triangolare contenente i difetti laminari e i difetti leggermente inclinati.
La seconda tecnica impiega uno zoccolo di plastica per aumentare l'angolo del fascio incidente in modo da generare delle onde trasversali, in genere nell'ambito di un intervallo di angoli compreso tra 30 e 70 gradi. Questa tecnica è simile ad una comune ispezione angolare, eccetto che il fascio scansiona con un intervallo di angoli invece che con un singolo angolo fisso determinato dallo zoccolo. Come nel caso della scansione lineare, la zona del pezzo viene rappresentata in un'immagine della sezione trasversale.
La generazione d'immagini correnti funziona in base allo stesso principio degli A-scan combinati che è stato presentato nella sezione precedente sulle scansioni lineari. L'utente finale definisce l'angolo d'inizio, l'angolo finale e la risoluzione del passo necessari per generare l'immagine settoriale. Notare che l'apertura rimane costante, con ogni angolo definito in grado di generare un fascio corrispondente alle caratteristiche definite dall'apertura, la frequenza, lo smorzamento, ecc. La risposta dell'A-scan da ogni angolo (legge focale) viene digitalizzata e tracciata in base ad un angolo appropriato corrispondente, applicandogli un codice cromatico, ottenendo un'immagine a sezione trasversale.
In realtà, la scansione settoriale viene creata in tempo reale in modo da offrire continuamente una rappresentazione per immagini dinamica in relazione al movimento della sonda. Questa caratteristica è molto utile per la visualizzazione dei difetti e per aumentare la probabilità di rilevamento, specialmente in rapporto ai difetti orientati in modo casuale, in quanto è possibile usare diversi angoli d'ispezione simultaneamente.