数年前に非破壊検査業界に導入されたフルマトリックスキャプチャ / トータルフォーカシングメソッド（FMC/TFM）は、検査時間と結果を最適化する革新的な技術でした。 しかし、時間の経過とともに、特に溶接検査アプリケーションに関して、いくつかの限界と課題が明らかになりました。
プローブの選択から校正の実行まで、検査員には、管理基準に準拠するように最適化された検査戦略を構築するための重要な選択肢があります。
現時点で、FMCまたはTFMに適用される規制を含む唯一の非破壊検査業界基準は、ASMEボイラ及び圧力容器基準（BPVC）です。 そのセクションV、第4条（2019）には、以下の付録が含まれています。
- 必須付録XI：フルマトリックスキャプチャ（FMC）
- 必須でない付録F：フルマトリックスキャプチャ（FMC）を使用した溶接検査
- 特定の人事要件とトレーニングの概要（セクション V、第1条）
この基準に準拠した溶接検査のTFM戦略を構築するための4つの基本事項を以下に示します。
1. 適切なプローブの選択
標準のフェイズドアレイ超音波検査（PAUT）では、プローブの選択が検査の精度に影響します。 TFMはPAUTと同じ物理法則を利用しているため、どのプローブを選択するかも同様に重要です。 特定プローブのパフォーマンスは、以下に示す特性の組み合わせによって異なります。
- 振動素子数
- 素子のピッチ/幅
- 周波数/波長
検査員は、アプリケーションのタイプ、検査する部品の特性、部品の対象となる対象領域に合わせて、特性の最適な組み合わせを見つける必要があります。 たとえば、高周波と組み合わせた大きい開口幅（素子のピッチ×素子数）は、部品のより深い位置での焦点合わせを向上させる傾向がありますが、小さい開口幅と低い周波数を組み合わせると、表面近くの領域でより良い局在化が得られる傾向があります。
TFM検査では、いくつかの波形データセット（伝播モードに従ってグループ化されたビームのセット）があるため、適切なモデリングツールがないと、これらのパラメーターでは、各パラメーターに与える影響を視覚化することはできません。 OmniScan™ X3探傷器の音響影響マップ（AIM）ツールを使用すると、材料の速度、欠陥のタイプおよび方向を考慮して、異なるプローブ間で対象領域の感度カバレッジを比較できます。
以下の画像は、FMC/TFM検査用プローブの選択に関して、AIMツールの使用例を示しています。 AIM感度カバレッジは、4つの異なるプローブモデルについて表示されます。 波形データセット（2T）、入力材料速度、および欠陥タイプ（球形）は、4つのマップすべてで同じです。
プローブモデル：5L64-A32 駆動可能振動素子数：64 周波数：5 MHz ピッチ：0.5mm
プローブモデル：5L64-A2 駆動可能振動素子数：64 周波数：5 MHz ピッチ：0.6 mm
プローブモデル：10L64 A31 駆動可能振動素子数：64 周波数：10 MHz ピッチ：0.31 mm
プローブモデル：5L64 NW1 駆動可能振動素子数：64 周波数：5 MHz ピッチ：1 mm
色が表す感度のレベルは、各マップの予想される最大振幅に関連しているため、正しい解釈方法を知ることが重要です。 そのため、「感度指数」の数値が示されています。 AIMと感度指数の簡単な説明については、アプリケーションノートを確認してください。
4つのAIMモデルを比較すると、ピッチと周波数が感度マップの結果に重要な影響を与えることがわかります。 例では、TTモードで対象領域（ROI）に適切なカバレッジを提供するのは、4つのプローブのうち2つだけです（5L64-A32および5L64-A2プローブ）。 この場合、より良い選択肢は、ROIをカバーする赤い波のデシベルレベルが高いことを示す感度指数の読み取り値が高い（25.20対20.02）2番目のモデルです。
2. モデリングツールを使用してスキャンプランを最適化
最適化されたスキャンプランは、検査戦略を成功させるための鍵です。 ASMEコードでは、FMC/TFMスキャンプランが少なくとも検査ボリュームカバレッジと溶接継ぎ手の形状を描写し、使用される波形データセット、グリッド密度情報、およびスキャンパターンが含まれている必要があります（インデックスとスキャンオフセット、ゼロ基準点、および必要なスキャンラインの数）。
プローブのフォーカス機能、部品の形状、予想される欠陥のタイプと方向を考慮した最適な波形データセットの選択は、TFM検査設定時に検査員が直面する最大の課題の1つです。
OmniScan X3探傷器のAIMツールは、感度カバレッジの推定において、これらすべてのパラメーターを考慮に入れており、適切な波形データセットとインデックスオフセットの選択を容易にします。
以下の4つのスクリーンショットは、2つのパルスエコー伝搬モードの波形データセット（2Tおよび4T）と2つのセルフタンデム伝搬モードの波形データセット（3Tおよび5T）のAIM感度マップを示しています。
P/Eモード（2Tおよび4T）の場合、欠陥タイプは、球形に設定され、セルフタンデムモード（3Tおよび5T）の場合、欠陥タイプは0度平面に設定されます。 4つのモードは、マルチグループ設定に適した組み合わせを表しています。 全4モードのプローブは、SA32-N55Sウェッジに取り付けられた5L64 A32モデルであり、25mm炭素鋼プレートのダブルV溶接中心線から-12mmオフセット位置に配置されます。
3. 高い振幅忠実度とエンベロープアルゴリズムを持つソフトウェア
振幅忠実度（AF）は、TFMグリッド分解能によって生じる最大振幅変動（dB）です。 AFは主にプローブの周波数と帯域幅、材料の速度、グリッドの解像度、適用されるエンベロープに依存します。
基準に準拠するには、AFが2 dBを超えてはいけません。 許容範囲を超える場合、検査員は解像度を上げるか、ゾーンサイズを小さくするか、要件が満たされるまでプローブ周波数を上げる必要があります。
OmniScan X3探傷器は、水平軸だけでなく、すべてのグリッド軸（水平軸、垂直軸、および伝播軸）で最も高い測定値に対応するAF値を表示します。 溶接用途では、伝播軸が最も重要です。
理論的な（計算された）AF検査と実際のAF検査は、どちらも基準に準拠していることに注意してください。
TFMエンベロープは、2つの異なるTFM画像の基準を計算することによって得られます。一方は取得された標準FMCデータを使用し、他方はヒルベルト変換されたFMCデータを使用して計算されます。 エンベロープは、画像の信号振動を除去し、最大振幅測定の信頼性向上により、サイジング精度を改善します。 情報は失われず、信号のみが処理されます。
TFMエンベロープをアクティブ化することで、以下が得られます
- 振幅ベースのサイジング方法（6 dBドロップ法など）の容易なサイジング
- 同じグリッド解像度でより高い振幅忠実度
- 同じAFでより高い取得率
TFMエンベロープ機能の詳細については、「エンベロープ機能を利用したトータルフォーカシングメソッドの使用」をご覧ください。
4. マルチグループ設定機能
基準に準拠したセットアップでは、以下に示す2つの理由により、マルチグループ設定が必要です。
- 基準によれば、2Tや2Lのような直接パスは、ボリューム全体をカバーするには適切ではありません。
- 校正プロセスでは、パス検証で肉厚方向のスロット全範囲を検出する必要があります。 校正中に使用されるイメージングパスは、検査用のものと同じにする必要があります。
PAUTの経験を持つ検査員が、2Tの波形データセットを持つ1つのグループのみを対象に、装置上で部品の厚さを2倍に設定することにより、標準の扇形スキャンに匹敵する結果を再現することを試みました。 ただし、この設定はお勧めできません。波形データセットが1つしかないこの設定では、パス検証の要件を満たすために必要な校正ブロックの肉厚方向のスロット全範囲を検出できないからです。
基準の要件を満たすには、3Tや5Tなどのセルフタンデム波形データセットを含むマルチグループ設定が必要です。 OmniScan X3探傷器を使用すると、AFと解像度の品質に影響を与えることなく、最大4つのグループを設定して実行できます。
肉厚方向のスロットに面した校正ブロックに配置された5L64-A32プローブによるセットアップの写真（上）をご覧ください。 右の画像は、マルチグループ設定で得られた結果の端面図のスクリーンショットです。 これらの画像はスロットの全範囲が3Tおよび5Tセルフタンデムモードによって検出されることを明らかに示しています。 画像とデータの提供：K. Shane Walton（University of Ultrasonics）。
最適な校正に関するアドバイス
- 標準のPAUTと同様に、厚いコンポーネントを対象とするTFM検査では、溶接量を完全にカバーするために、異なるインデックスオフセットを使用した複数のスキャンが必要になる場合があります。 このような場合、パスの検証は同じインデックスオフセット（最終スキャンに使用）を使用して実行する必要があり、肉厚方向のスロット全範囲が検出されたことを示す必要があります。
- 校正ブロックの厚さ：校正ブロックの厚さが検査対象部品の厚さの±5%以下の場合に最適な結果が得られます。
TFM検査と基準準拠の理想と現実の詳細については 「トータルフォーカシングメソッドの使用時の規約準拠の確保」のウェビナーをご覧ください。
関連コンテンツ
ホワイトペーパー：TFM Acoustic Influence Map
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