Phased Array Imaging Scans

A 스캔 데이터

모든 초음파 기기는 일반적으로 에코의 두 가지 기본 매개변수, 즉, 에코의 크기(진폭)와 영점에 대해 시간적으로 발생하는 위치(펄스 통과 시간)를 기록합니다.통과 시간은 일반적으로 시험 재료의 음속과 단순한 관계를 기반으로 하며 반사체 깊이 또는 거리와 상관관계가 있습니다.

거리 = 속도 x 시간

초음파 파형 데이터의 가장 기본적인 표현은 A 스캔 또는 파형 디스플레이의 형태로, 에코 진폭과 통과 시간이 진폭을 나타내는 수직 축과 시간을 나타내는 수평 축이 있는 간단한 그리드에 표시됩니다.아래 예는 파형이 정류된 버전을 보여줍니다. 정류되지 않은 RF 디스플레이도 사용됩니다.화면의 빨간색 막대는 일반적으로 에코 진폭 및 깊이 측정을 위해 파동 행렬의 일부를 선택하는 게이트입니다.

단일 값 B 스캔 

이 정보를 표시하는 또 다른 방법은 단일 값 B 스캔입니다.단일 값 B 스캔은 일반적으로 선형 위치에 대한 반사체의 깊이를 표시하기 위해 기존의 결함 탐상기 및 부식 두께 측정기와 함께 사용됩니다.두께는 깊이분포를 제공하기 위해 부품을 따라 탐촉자로 스캔하는 동안의 시간 또는 위치의 함수로 표시됩니다.초음파 데이터를 실제 탐촉자 위치와 연관시키면 비례 보기를 표시할 수 있으며 검사 중인 부품의 특정 영역과 데이터를 연관시키고 추적할 수 있습니다.이 위치 추적은 일반적으로 인코더라고 하는 전자기계 장치를 사용하여 수행합니다.이러한 인코더는 수동으로 스캔되는 고정장치 또는 프로그래밍 가능한 모터 제어 스캐너에 의해 탐촉자를 이동하는 자동화 시스템에 사용됩니다.두 경우 모두 인코더는 원하는 사용자 정의 스캔 패턴 및 인덱스 분해능에 대한 각 데이터 획득 지점의 위치를 ??기록합니다.

아래의 경우 B 스캔은 시험편의 측면 드릴 구멍(SDH) 위치에 해당하는 두 개의 깊은 반사체와 하나의 얕은 반사체를 보여줍니다.

C 스캔 매핑

또 다른 표시 옵션은 시험편의 상면도 또는 평면도로 표시되는 데이터의 2차원 표시인 C 스캔입니다. 여기서 C 스캔은 그래픽 관점에서 엑스레이 이미지와 유사하고, 색상은 해당 위치에 매핑된 시험편의 각 지점에서의 게이트 신호 진폭 또는 깊이를 나타냅니다.평면 이미지는 X-Y 위치로 데이터를 추적하여 평면 부품에 생성하거나 축 및 각도 위치를 추적하여 원통 부품에 생성할 수 있습니다.기존 초음파의 경우 인코더가 있는 기계식 스캐너를 사용하여 원하는 인덱스 분해능으로 탐촉자의 좌표를 추적합니다.다음 이미지는 집속형 침지 탐촉자를 사용하는 기존 침지 스캐닝 시스템으로 만든 대비 시험편의 C 스캔을 개념적으로 보여줍니다.

위상 배열 C 스캔

위상 배열 시스템의 C 스캔은 위에서 본 기존 프로브의 C 스캔과 매우 유사합니다.그러나 위상 배열 시스템의 경우 일반적으로 프로브는 한 축을 따라 물리적으로 이동하는 반면 빔은 집속 규칙 시퀀스에 의해 다른 축을 따라 전자적으로 스캔합니다.신호 진폭 또는 깊이 데이터는 기존 C 스캔과 마찬가지로 관심 영역 내에서 수집합니다.위상 배열의 경우 프로그래밍된 빔 조리개를 사용하여 각 집속 규칙 진행과 함께 데이터가 표시됩니다.

아래는 직선 쐐기 또는 슈가 있는 인코딩된 5MHz, 64개 요소 선형 배열 프로브를 사용하여 이전 섹션에 표시된 동일한 시험편의 실제 스캔입니다.각 집속 규칙은 조리개를 형성하기 위해 16개의 요소를 사용하고 각 펄스에서 시작 요소가 1씩 증가합니다.그 결과 탐촉자의 길이 37mm(1.5인치) 에 걸쳐 49개의 데이터 포인트가 아래 이미지와 같이 수평으로표시됩니다.탐촉자가 직선으로 전방 이동하면 평면 C 스캔 보기가 나타납니다.인코더는 일반적으로 부품에 대한 스캔 이미지의 정확한 기하학적 대응을 유지해야 할 때 사용되지만, 인코딩되지 않은 수동 스캔도 많은 경우에 유용한 정보를 제공할 수 있습니다.

위상 배열 선형 스캔

위상 배열 시스템은 선형 배열 프로브의 길이를 따라 전자 스캐닝을 사용하여 탐촉자를 이동하지 않고 단면 프로파일을 생성합니다.각 집속 규칙이 시퀀싱됨에 따라 관련 A 스캔이 디지털화되고 표시됩니다.{연속 조리개는 “적층”되어 실시간 단면도를 생성합니다.16개 요소로 구성된 선형 프로브를 사용한 이 시퀀스를 표현한 동영상은 아래에 나와 있습니다.

실제 환경에서 이 전자의 회전은 실시간으로 진행되므로 탐촉자를 물리적으로 이동할 때 실시간으로 실제 단면을 지속적으로 볼 수 있습니다.아래는 64개 요소의 선형 위상 배열 프로브를 사용한 실시간 이미지입니다.

이 하이라이트 문구는 아래의 동영상 (16개 요소 프로브 사용)을 참조하지만 아래 단락은 “64개 요소 프로브를 사용한 실시간 이미지”에 대해 다루고 아래 이미지를 다시 참조합니다. 하지만 이미지가 하나뿐인 것으로 보여 저는 이미지를 쉽게 찾을 수가 없습니다.

여러 요소에 걸쳐 고정 각도로 스캔하는 것도 가능합니다.나중에 설명하겠지만 이것은 자동화된 용접 검사에 매우 유용합니다.쐐기가 있는 64개 요소 선형 위상 배열 프로브를 사용하여 사용자 정의 각도(보통 45도, 60도 또는 70도)에서 전단파를 생성할 수 있습니다.프로브 길이를 통한 조리개 시퀀싱을 통해 스캔하는 동안 용접 중심선까지의 거리를 물리적으로 늘릴 필요 없이 전체 용적 용접 데이터를 수집할 수 있습니다.이를 통해 용접 길이를 따라 단일 경로 검사가 가능합니다.

위상 배열 부채꼴 스캔

지금까지 논의된 모든 이미징 모드 중에서 부채꼴 스캔은 위상 배열 장비에만 있습니다.선형 스캔에서 모든 집속 규칙은 시퀀싱 조리개와 함께 고정각을 사용합니다.반면에 부채꼴 스캔은 고정 조리개를 사용하고 일련의 각도를 통해 조정합니다.

일반적으로 두 가지 주요 형식이 사용됩니다.의료 이미징에서 가장 친숙하고 매우 일반적으로 사용되는 0도 인터페이스 쐐기 또는 슈를 사용하여 상대적으로 낮은 각도에서 종파를 조정하여 층류 및 약간 각진 결함을 보여주는 파이 모양 이미지를 생성합니다.

두 번째 형식은 전단파 생성을 위해 입사 빔의 각도를 증가시키려고 각진 플라스틱 쐐기를 사용하며, 가장 일반적으로 30~70도의 굴절각 범위에서 발생합니다.이 기법은 빔이 쐐기로 결정되는 단일 고정 각도가 아닌 다양한 각도 범위를 회전한다는 점을 제외하면 기존의 경사각 빔 검사와 유사합니다.선형 스캔과 마찬가지로 이미지 표현은 시험편의 검사 영역에 대한 단면 사진입니다.

실제 이미지 생성은 이전 섹션에서 소개된 선형 스캔의 맥락에서 논의한 것과 동일한 적층형 A 스캔 원리에 따라 작동합니다.최종 사용자는 각도 시작, 끝 및 단계 해상도를 정의하여 부채꼴 이미지를 생성합니다.조리개는 일정하게 유지되며 정의된 각 각도는 조리개, 주파수, 감쇠 등에 의해 정의된 특성을 가진 해당 빔을 생성합니다.각 각도(집속 규칙)의 파형 응답은 디지털화되고 적절한 해당 각도의 색상과 관련 있게 표시되어 단면 이미지를 만들어 냅니다.

실제로 부채꼴 스캔은 실시간으로 생성되어 프로브의 움직임과 함께 연속적인 동적 이미징을 제공합니다.이것은 결함을 시각화하는 데 매우 유용하며 특히 임의 방향의 결함과 관련하여 많은 검사 각도를 한 번에 사용할 수 있기 때문에 탐지 확률을 높입니다.