Frequently Asked Questions about TFM
Q: TFM이란 무엇이며 FMC와 어떤 관련이 있습니까?
A: 전체집속기법(TFM)은 기존의 위상 배열(PAUT)과 동일한 조향 및 초점 방식을 기반으로 합니다. 오직 이 방법만이 초점을 고정 깊이뿐만 아니라 대상 영역(“TFM 영역”)의 모든 곳에 맞출 수 있습니다. TFM은 대상 영역의 모든 위치에서 초점 음향 빔을 물리적으로 전송하여 수행될 수 있지만, 이러한 획득 주기를 완료하는 데는 너무 긴 시간이 필요합니다.
NDT 적용 분야에 사용되는 음파는 선형이기 때문에, 송신과 수신에서 특정 빔을 생성하는 음파의 물리적 중첩(빔 형성)은 획득 후 합산으로 복제될 수 있습니다. 물리적 빔 형성에 해당하는 TFM 합성 빔 형성을 수행하려면 프로브의 송신 조리개와 수신 조리개에서 모든 기본 A-스캔을 획득해야 합니다. 이 완전한 기본 A-스캔 데이터 세트가 있어야 모든 초점 빔을 계산할 수 있습니다. 전체 매트릭스 캡처(Full Matrix Capture; FMC) 획득은 이 데이터 세트를 수집하는 데 사용됩니다.
Q: TFM은 어떻게 작동합니까?
A: 먼저 TFM 영역[대상 검사 영역 또는 대상 영역(ROI)]을 구분하는 매개 변수를 입력합니다. TFM 영역은 그리드로 나누어지며 해당 그리드의 각 위치(또는 픽셀)의 크기는 사용자에 의해 결정됩니다(그리드 해상도). FMC 데이터를 이해하기 위해 TFM 알고리즘은 음향 전파 모드 및 해상도와 같은 주요 변수를 입력하여 데이터를 파동 세트로 나눕니다. 예를 들어, TT-T 파동 세트는 전송된 횡파가 대상 영역의 각 픽셀에 도달하기 전에 내부 표면에서 반사되는 파동 세트로, 그 다음 각 픽셀에서 수신 소자까지의 직접 경로에서 횡파로 이동합니다.
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TFM 영역 매개 변수 설정
Q: FMC란 무엇이며 어떻게 작동합니까?
A: 전체 매트릭스 캡처(FMC) 음향 획득은 FMC 데이터 세트를 만들어냅니다. FMC 데이터 세트는 위상 배열 프로브의 각 소자 또는 프로브 배열의 송신에서 얻은 기본 수신 A-스캔의 모든 조합을 모은 것입니다. 이 전략에서의 프로브는 각 소자를 연속적으로 작동하고, 다른 모든 소자는 돌아오는 음향 빔을 수신합니다.
FMC와 TFM의 진행 모습을 보시려면 비디오를 시청하세요.
Q: TFM을 사용하여 FMC 데이터 세트를 처리하는 이유는 무엇입니까?
또는 (그 반대로)
Q: FMC 전략을 사용하여 TFM 이미지를 생성하는 이유는 무엇입니까??
어떠한 빔 형성 방법이라도 FMC 데이터 세트에 적용할 수 있습니다. 원시 FMC 데이터(기본 A-스캔)를 사용해서 일반적인 위상 배열(PA) 획득을 종합적으로 에뮬레이트할 수 있습니다. 그러나, PA 빔 형성 전략은 부품의 특정 깊이에 있는 빔에만 초점을 맞추는 반면, TFM은 전체 대상 영역(“TFM 영역”)에 대한 음향 진폭의 표현이 가능하고 해당 영역의 모든 픽셀 위치에 초점을 맞출 수 있습니다. 완전히 초점이 맞춰진 대상 영역을 얻을 수 있는 가능성은 TFM을 사용하여 FMC 데이터를 처리하는 주요 동기입니다.
반대로, NDT 분야에 충분히 효율적인 속도로 TFM 이미지를 얻으려면 FMC 획득 방법을 사용해야 합니다. TFM 이미지를 계산하려면 조리개에 대한 기본 A-스캔의 전체 세트가 필요합니다. 동일한 FMC 데이터 세트는 다른 파동 세트를 나타내는 여러 TFM 이미지의 소스가 될 수 있습니다.
Q: OmniScan X3 시리즈 결함 탐상기에서 처리되지 않은 전체 매트릭스 캡처(FMC) 원시 데이터 세트를 이용할 수 있습니까?
A: 이 게시물을 올리는 현재로서는 이용할 수 없습니다. 하지만 OmniScan X3 시리즈를 위한 새로운 솔루션을 지속적으로 개발하고 있습니다!
Q: 수직 반사면을 이미지화할 때 어떤 음향 전파 모드를 사용해야 합니까?
A: 일부 모드(또는 파동 세트)는 수직 반사면에서 더 나은 성능을 발휘하는 경향이 있습니다. TTT-TT 또는 TT-T 파동 세트를 사용하여 셀프 탠덤 모드로 시작하는 것이 좋습니다. 하지만 하나의 파동 세트는 일반적으로 수직 반사면의 일부 시야만 제공한다는 것이 문제입니다. TL-T 같은 추가 파동 세트는 선택한 첫 번째 모드에서 남은 이미징 간격을 채우는 데 도움이 될 수 있고, T-T 및 TT-TT 같은 펄스 에코 파동 세트는 코너 트랩 에코와 회절 팁을 탐지하는 데 사용할 수 있습니다.
적절한 이미징과 탐지를 위한 방법은 OmniScan™ X3 결함 탐상기의 음향 영향 맵(AIM) 기능을 실험적 검증과 함께 사용하여 각 전파 모드의 장단점을 완전히 특성화하고 이해하는 것입니다. 셀프 탠덤 모드는 사용이 까다로울 수 있습니다. 예상 결과를 얻으려면 검사된 재료의 두께와 속도가 정확하게 평가되어야 하기 때문입니다.
백서 “TFM AIM”에서 음향 영향 맵에 대해 자세히 알아보세요.
Q: HydroFORM™ 스캐너를 TFM과 함께 사용할 수 있습니까?
A: 물기둥이 일정하게 유지되는 매우 특별한 분야를 제외하고는, 안타깝게도 함께 사용할 수 없습니다. 아직은 TFM으로 HydroFORM 스캐너를 사용하는 것이 불가능합니다. 검사하는 재료와 물 사이의 음속 차이 때문에 매우 작은 물기둥 변화가 재료의 초음파 경로에서는 비교적 큰 편차로 나타납니다. 예를 들어, 0.5mm의 물기둥 변화는 궁극적으로 탄소강에서 2mm의 경로 차에 해당하며, 이는 TFM 초점 기능에 부정적인 영향을 미칩니다. 하지만 계속해서 새로운 솔루션을 개발하고 있으니 계속 지켜봐 주세요.
Q: OmniScan X3 시리즈에서 TFM 엔벨로프 기능의 이점은 무엇인가요?
A: TFM 엔벨로프를 사용할 때의 가장 분명한 이점은 자연적으로 진동하는 음파 A-스캔을 기본 데이터 세트로 사용하여 발생하는 진폭 진동을 버린다는 것입니다. 진동이 없으면 진폭이 더 연속적으로 나타나고 크기를 조정하기가 더 쉬워집니다.
또한 동일한 진폭 충실도(AF) 값을 유지하면서 표준 진동 TFM보다 더 빠른 획득 속도로 TFM 엔벨로프 이미지를 얻을 수 있습니다. 아래 예는 엔벨로프가 꺼져 있을 때(위쪽)와 켜져 있을 때(아래쪽)의 고온 수소 침식(HTTA) 결함을 나타냅니다. TFM 엔벨로프 기능이 켜져 있으면 그리드 해상도가 더 낮아질 수 있지만 진폭 충실도는 2dB(표준 허용 오차) 미만으로 유지되고 획득 속도가 빨라집니다. 이 두 이미지를 비교하면 엔벨로프가 활성화되었을 때 결함 에코를 더 쉽게 식별할 수 있습니다. 진동에 대해 이와 같은 강점이 있으므로 TFM 엔벨로프 이미지는 결함을 쉽게 해석하고 진폭 기반의 크기를 쉽게 조정하는 데 도움이 됩니다.
백서 “엔벨로프 특성이 있는 TFM 사용”에서 TFM 엔벨로프에 대해 자세히 알아보세요.
0.07mm의 그리드 해상도, AF 1.7dB, 10.6Hz의 획득 속도로 측정한 HTHA 결함의 표준 TFM 이미지
0.15mm의 그리드 해상도, AF 1.9dB, 19.5Hz의 획득 속도로 측정한 HTHA 결함의 TFM 엔벨로프 이미지
Q: TFM에서 동일한 기기 모델과 프로브를 사용할 때 PA 소자 수가 두 배인 활성 조리개를 사용할 수 있는 이유는 무엇입니까?
A: FMC 데이터를 사용하여 TFM 이미징을 생성하기 때문에 가능한 일입니다. OmniScan X3 시리즈 결함 탐상기의 FMC 데이터 수집은 필요시 두 부분으로 나뉘어 수행될 수 있습니다. 예를 들어 OmniScan X3 64 모델과 같은 64채널 결함 탐상기와 함께 128개 소자의 위상 배열 프로브를 사용하는 경우입니다.
작동 원리: 먼저, 기기가 단일 소자에 펄스를 생성하고 소자의 전반부에서 돌아오는 초음파를 수신합니다. 그런 다음 해당 소자를 다시 작동하여 이번에는 소자의 후반부에서 수신합니다. 이 이중 작동 시퀀스는 프로브의 모든 소자에서 반복되어, 모든 소자에서 데이터를 매우 빠르게 수집합니다.
TFM과 PA를 비교하기 위해 128개 소자의 프로브가 장착된 OmniScan X3 64 결함 탐상기의 예를 다시 사용해 보겠습니다. PA 획득 모드를 사용하면 한 번에 프로브의 64개 소자만 사용하여 펄스를 생성 및 수신할 수 있습니다. PA 신호 처리는 결함 탐상기의 채널 수로 제한되고, 이 경우에는 64개입니다. TFM 처리는 128개의 모든 프로브 소자를 사용하여 수집할 수 있는 FMC 데이터를 기반으로 하기 때문에, PA에 비해 활성 조리개의 수가 두 배로 늘어납니다.
Q: 스캔 계획에서, TFM 모드에서는 빔의 컬러 맵이 표시되지만 위상 배열 초음파 검사(PAUT) 모드에서는 표시되지 않는 이유는 무엇입니까?
A: 이 게시물을 올리는 현재로서는 음향 영향 맵(AIM) 기능을 TFM 모드에서만 사용할 수 있습니다. 하지만 지속적으로 새로운 솔루션을 개발하고 있습니다!
Q: 그리드 해상도를 낮추게 되는 이유는 무엇입니까?
A: 픽셀 수가 매우 높으면(높은 그리드 해상도) TFM 이미지를 개선할 수 있지만 처리 부담으로 인해 획득 속도가 느려집니다. 따라서 사용자는 생산성이 저하되지 않으면서 우수한 탐지 및 특성화 기능을 제공하는 “최적의 해상도”를 목표로 해야 합니다. OmniScan X3 시리즈 결함 탐상기에는 샘플에서 횡파(T파)와 종파(L파) 모두에 대해 프로브의 중심 주파수 파장 기능을 사용하여 그리드 해상도에 대한 통찰력을 제공하는 몇 가지 유용한 측정값이 포함되어 있습니다. 또 다른 측정값은 그리드 해상도와 선택한 음향 모드의 기능에서 이론적인 진폭 충실도(AF) 값을 제공합니다. 일부 새로운 FMC/TFM 코드 및 표준에서는 작업자가 2dB 이하의 AF 수준을 얻기 위해 그리드 해상도를 정의해야 하므로 이 측정값이 매우 유용합니다. 이렇게 하면 작업자는 AF 값을 실험적으로 측정하는 번거로운 과정을 수행하지 않아도 됩니다.
Q: 펄스 에코, 셀프 탠덤, 피치 캐치 전파 모드의 차이점은 무엇입니까?
A: 펄스 에코는 송신된 빔과 수신된 빔이 검사된 부분에서 정확히 동일한 경로를 따르는 전파 모드입니다. 펄스 에코 모드는 직접 경로(건너뛰기 없음) 또는 다중 건너뛰기로 가능합니다. 이 모드는 전파 경로 각 구간(L-L, T-T, LL-LL, TT-TT 등)의 음파(종파인 L파 또는 횡파인 T파) 모드로 정의됩니다.
셀프 탠덤 모드 송신과 수신 전파 경로는 정확히 일치하지는 않지만, 송신과 수신 소자는 동일한 위상 배열 프로브에 있습니다. 가장 단순한 형태로, 전파 경로(송신 또는 수신 경로) 세그먼트 하나는 검사된 부분의 아래에서 건너뛰고 다른 전파 경로(각각 수신 또는 송신 경로)는 직접 경로입니다. 탐지 영역은 두 경로의 교차점에서 발생합니다. 펄스 에코 모드와 마찬가지로, 셀프 탠덤 모드(또는 파동 세트)는 전파 경로 각 구간(TT-T, TL-T 등)의 음파 모드로 정의됩니다. 또한 셀프 탠덤 전파 모드에는 TTT-TT 같은 다중 건너뛰기가 있는 파동 세트도 포함됩니다.
일반적인 펄스 에코 전파 경로(왼쪽의 이미지 세 개) 및 셀프 탠덤 전파 경로(오른쪽의 이미지)
피치 캐치 모드는 셀프 탠덤 모드와 동일한 방식으로 정의되지만, 송신기와 수신기 소자가 두 개의 서로 다른 위상 배열 프로브에 있다는 점이 다릅니다.
펄스 에코 전파 모드와 셀프 탠덤 전파 모드는 TFM에만 국한되지 않고, 기존의 위상 배열과 TFM에서 획득할 수 있습니다.
펄스 에코 TFM에서 부품의 두께 변화는 후면 벽 신호와 ID 연결 표시의 위치에만 영향을 줍니다. 펄스 에코 TFM 모드와 달리, 셀프 탠덤 TFM 모드는 송신과 수신 초점 사이의 작은 중첩 때문에 부품 두께의 작은 변화에도 매우 민감합니다. 두께 변화가 5%밖에 되지 않아도 셀프 탠덤 TFM에서 “초점을 벗어남” 표시가 나타날 수 있으므로 실제 부품 두께를 정확하게 측정하는 것이 중요합니다.
Q: TFM 모드에서 검사할 때 웨지를 사용할 수 있습니까?
A: 물론입니다! PAUT와 마찬가지로, 웨지 유무에 관계없이 TFM를 프로브와 함께 사용할 수 있습니다.
Q: TFM 모드에서 A-스캔은 어디에서 획득됩니까?
A: TFM “단면도” 옆에 표시된 A-스캔은 FMC 기본 A-스캔 데이터 세트에서가 아닌 재구성된 TFM 이미지에서 획득됩니다. TFM A-스캔은 선택 및 표시되는 픽셀 진폭의 행렬을 나타냅니다. 따라서 TFM의 A-스캔을 PAUT에서와 같이 집합된 A-스캔이 아니라 합성 A-스캔이라고 하는 것입니다.
Q: TFM이 위상 배열 초음파 검사(PAUT)보다 낫습니까?
A: TFM이 PAUT보다 나은지는 적용 분야와 선호도에 따라 달라집니다. 사과가 오렌지보다 나을까요? 사과를 선호하는 사람은 애플파이에 더 적합하기 때문에 사과가 더 좋다고 하고 오렌지를 선호하는 사람은 오렌지 주스에 더 적합하기 때문에 오렌지가 더 좋다고 말할 수 있습니다. PAUT와 TFM의 주요 차이점은 다음과 같습니다.
- 초점: 기존 PAUT는 하나의 깊이에 초점을 맞춘 빔을 생성합니다. TFM은 어디에서나 초점을 맞추도록 설계되었습니다. 하지만 TFM은 PAUT 배치를 허용하는 동일한 음향을 기반으로 합니다. 동일한 물리 법칙이 PAUT와 TFM 모두에 적용되고 정확히 동일한 방식으로 빔 형성에 영향을 미칩니다. 이런 이유로, 특히 TFM의 경우에 흔히 간과되는 한 가지 사실은 이 방법이 근거리 영역에서만 작동한다는 것입니다. PAUT 초점 영역에서 TFM과 PAUT의 성능은 매우 비슷해야 합니다. PAUT는 비초점(스크리닝 목적) 또는 초점(정확한 크기 조정용) 방식으로 작동할 수 있어 유연성이 더 뛰어납니다.
- 탐지: TFM과 PAUT는 모두 적용 분야에 따라 동등하거나 더 나은 탐지 성능을 제공할 수 있습니다. 어디에서나 초점을 맞추는 TFM의 기능은 탐지된 결함의 위치와 관련하여 초점을 조정할 필요 없이, 개재물과 기공 같은 작은 징후를 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다. 다른 TFM 모드와 파동 세트는 매우 다른 감도 패턴을 보여줍니다. 마지막으로, TFM은 초음파 기술이기 때문에 결함 방향에도 매우 민감합니다. 위의 각 변수의 영향을 알지 못한 상태에서 TFM 검사를 수행하면 탐지 성능이 저하될 수 있습니다. 우수한 탐지 성능을 보장하는 가장 좋은 방법은 시뮬레이션된 감도 맵(예: OmniScan X3 결함 탐상기의 AIM 기능)을 생성하고 검증 테스트로 시뮬레이션 결과를 지원하는 것입니다. 또한 PAUT 탐지 기능은 NDT 분야에서 수십 년 동안 사용되어, 잘 알려진 기능입니다. PAUT는 다양한 유형의 균열과 융합 불량에 대해 우수한 탐지 및 크기 조정 기능을 제공하는 것으로 인정받고 있지만 고립된 기공 같은 작은 징후에서는 덜 효과적인 것으로 인식됩니다. 위의 설명은 “대체로 사실”입니다. 하지만 이는 단지 대부분의 PAUT 검사가 초기에 비초점 방식으로 수행(스크리닝 목적)되기 때문입니다. 초점 모드에서 PAUT를 적절한 고품질 프로브 및 웨지와 함께 사용하면 TFM만큼 좋은 결과를 얻을 수 있습니다. 하지만 이는 빔의 초점이 맞춰진 영역에만 해당됩니다.
- 속도: FMC 획득은 일반적으로 각 소자에 연속적으로 펄스를 생성하고 PAUT는 제한된 수의 빔 세트(초점 법칙)를 사용하므로 PAUT가 일반적으로 더 빠릅니다. 또한 TFM에는 실시간 집중 처리가 필요해서 획득 속도가 더 느려지고, PAUT 계측에는 집중 처리가 필요하지 않습니다. 일반적으로 PAUT는 TFM보다 획득 속도가 훨씬 더 빠르지만, 단일 깊이에만 초점을 맞춥니다. TFM 엔벨로프를 사용하면 AF 값을 허용되는 수준으로 유지하면서 표준 TFM에 비해 획득 속도를 높일 수 있습니다.
- 스캔 계획 및 시뮬레이터: OmniScan X3 결함 탐상기에는 음향 영향 맵(AIM)이라는 유용한 시뮬레이션 도구가 장착되어 있습니다. 이 도구는 저장할 FMC 데이터 선택에 도움이 되도록 각 파동 세트에서 제공하는 적용 범위를 보여줍니다. TFM과 PAUT 모두 고유의 방식으로 적절한 적용 범위를 보장하므로, 해당 방법에 대해 신뢰할 수 있는 결과를 얻으려면 각각의 방법을 배우는 것이 중요합니다(아래 “교육” 참조).
- 교육: TFM과 PAUT 모두 효과적으로 사용하려면 적절한 교육이 필요합니다. 각 기술의 교육에 권장되는 범위와 시간은 거의 동일합니다. “누구나 TFM으로 상자를 구성할 수 있다” 또는 “PAUT로 모든 각도에서 빔을 사용할 수 있다” 등의 착각으로 사람들이 이러한 기술을 오해하게 됩니다. 이로 인핸 잘못된 호출이 발생할 수 있으며 이를 방지하는 유일한 방법은 적절한 교육입니다.
- 수많은 적용과 현장 검증: PAUT는 20년 이상 NDT 분야에서 성공적으로 사용되어 왔으며 사용 사례, 기능 및 제한 사항을 확립하였습니다. 또한 TFM은 업계가 아직 완전히 활용하지 못한 광범위한 가능성을 제공하는 새로운 기술입니다.
- 즉시 조정: TFM과 PAUT 모두 사용자가 즉석에서 설정을 변경할 수 있게 해줍니다.
- 보정: TFM과 PAUT 모두 전체 대상 범위(또는 영역)에서 결함이 탐지되도록 적절한 감도 보정이 필요합니다.