Dados de A-scan
Dados de A-scan
Qualquer instrumento ultrassônico costuma registrar dois parâmetros fundamentais de um eco: seu tamanho (amplitude) e onde ele ocorre no tempo em relação a um ponto zero (tempo de trânsito do pulso). Em geral, o tempo da trajetória está correlacionado com a profundidade ou distância do refletor, baseado na velocidade do som no material e na relação simples
Distância = velocidade × tempo
A apresentação básica dos dados da forma de onda ultrassônica é na forma de um A-scan, ou tela de forma da onda, no qual a amplitude do eco e o tempo da trajetória são representados graficamente em uma grade simples com o eixo vertical representando a amplitude e o eixo horizontal representando o tempo. O exemplo abaixo exibe uma versão com forma de onda retificada; também há o uso de visualizações não retificadas de RF. A barra vermelha na tela representa uma portão que seleciona uma parte da série de ondas para análise, normalmente a fim de medir a amplitude e/ou a profundidade.
B-Scans de valor único
Outra maneira de apresentar essas informações é como um B-scan de valor único. Normalmente, um B-scan de valor único é usado em detectores convencionais de defeitos e em medidores de espessura de corrosão para a representação gráfica da profundidade dos refletores em relação ao posicionamento linear. A espessura é representada graficamente como uma função do tempo ou posição, enquanto o transdutor rastreia toda a extensão da peça para fornecer o perfil de profundidade. A correlação dos dados de ultrassom com a posição efetiva do transdutor permite representar graficamente a visualização proporcional e viabiliza a correlação e o rastreamento de dados de áreas específicas da peça inspecionada. Em geral, o rastreamento da posição é feito usando dispositivos eletromecânicos chamados codificadores. Esses codificadores são usados em instalações operadas manualmente ou em sistemas automatizados que movimentam o transdutor por um escâner programável motorizado. Em ambos os casos, o codificador registra a localização de cada ponto de aquisição de dados em relação a um padrão de rastreamento e resolução de índice definidos pelo usuário.
No caso abaixo, o B-scan mostra dois refletores profundos e um refletor mais raso, correspondentes às posições dos furos laterais no bloco de teste.
Mapeamento de C-scan
O C-scan é outra opção de apresentação. Trata-se de uma representação bidimensional dos dados, exibida como a visualização superior ou planar da peça de teste, com perspectiva gráfica semelhante à de uma imagem de raios X, na qual a cor representa a amplitude ou profundidade do sinal adquirido de cada ponto mapeado da peça de teste em relação a sua posição. Em peças planas, é possível gerar imagens planares por meio do monitoramento de dados da posição X-Y. Em peças cilíndricas, é possível fazer isso monitorando a posição axial e angular. No ultrassom convencional, utiliza-se um escâner mecânico com codificadores para localizar as coordenadas do transdutor de acordo com a resolução desejada do índice. As imagens abaixo são uma apresentação conceitual de C-scans de um bloco de referência feita com um sistema de escaneamento de imersão convencional usando um transdutor de imersão focado.
C-Scan phased array
O C-scan de um sistema phased array é muito semelhante ao da sonda convencional vista acima. No entanto, com os sistemas phased array, normalmente a sonda é movida fisicamente por toda a extensão de um eixo, enquanto o feixe varre eletronicamente ao longo do outro de acordo com a sequência da lei focal. Os dados de amplitude ou profundidade do sinal são coletados dentro da região fechada de interesse, assim como em C-scans convencionais. No caso de phased arrays, os dados são representados graficamente com cada progressão de lei focal, usando a abertura de feixe programada.
Abaixo você está vendo uma varredura real do mesmo bloco de teste apresentado na seção anterior, porém, usando uma sonda de 5 MHz codificada de matriz linear com 64 elementos com um calço reto ou sapata. Cada lei focal usa 16 elementos para formar a abertura e, a cada pulsação, o elemento inicial é incrementado em um. Isso resulta em 49 pontos de dados que são representados graficamente (horizontalmente na imagem abaixo) ao longo dos 37 mm (1,5”) de comprimento do transdutor. A visualização C-scan situada no plano aparece conforme o transdutor é movido para a frente em linha reta. Embora rastreamentos manuais não codificados também possam fornecer informações úteis em muitos casos, normalmente os codificadores são usados sempre que é necessário manter a correspondência geométrica precisa da imagem rastreada para a peça.
Embora a resolução gráfica não seja totalmente equivalente ao C-scan convencional por causa do maior tamanho de feixe efetivo, há outros fatores. Ao contrário do sistema convencional, o sistema phased array é portátil em campo e custa cerca de um terço do preço. Além disso, a imagem phased array foi feita em alguns segundos, enquanto o rastreamento de imersão convencional levou vários minutos. A geração do C-scan em tempo real é exibida na parte inferior.
B-scan transversal
Um B-scan transversal fornece uma visão final detalhada de uma peça de teste por toda a extensão de um único eixo. Isso fornece mais informações do que o B-scan de valor único apresentado anteriormente. Em vez de representar graficamente um único valor medido de dentro de uma região fechada, toda a forma de onda do A-scan é digitalizada em cada local do transdutor. Os A-scans sucessivos são representados graficamente em função do tempo decorrido ou da posição efetiva do transdutor codificado de modo a desenhar cortes transversais puros da linha rastreada. Isso permite a visualização de refletores de superfície próximos e distantes na amostra. Com essa técnica, frequentemente os dados completos da forma de onda são armazenados em cada local e podem ser recuperados da imagem para avaliação ou verificação posterior.
Para conseguir isso, cada ponto digitalizado da forma de onda é representado graficamente de modo que a cor que representa a amplitude do sinal apareça na profundidade adequada.
A-scans sucessivos são digitalizados, relacionados à cor e “empilhados” em intervalos definidos pelo usuário (tempo decorrido ou posição) para formar uma nova imagem transversal verdadeira.
Rastreamento linear phased array
Um sistema phased array usa varredura eletrônica por toda a extensão do comprimento de uma sonda de matriz linear para criar um perfil transversal sem mover o transdutor. O A-scan associado é digitalizado e representado graficamente conforme cada lei focal é sequenciada. As aberturas sucessivas são “empilhadas” e criam uma vista transversal ao vivo. Uma representação animada dessa sequência com uma sonda linear de 16 elementos é exibida abaixo.
Na prática, essa varredura eletrônica é feita em tempo real, proporcionando a visualização contínua de uma seção transversal ao vivo enquanto o transdutor é movido fisicamente. Veja abaixo uma imagem em tempo real obtida com uma sonda phased array linear de 64 elementos.
Essa frase em destaque menciona a animação abaixo (usando uma sonda de 16 elementos), mas em seguida, o parágrafo abaixo fala sobre uma “imagem em tempo real usando uma sonda de 64 elementos” e menciona novamente uma imagem abaixo, mas não tenho certeza onde essa imagem está, pois aparentemente só há uma imagem.
Também é possível rastrear usando um ângulo fixo entre os elementos. Conforme discutido posteriormente, isso é muito útil para a inspeção automatizada de solda. Usando uma sonda phased array linear de 64 elementos com calço, é possível gerar ondas de cisalhamento em um ângulo definido pelo usuário (normalmente 45, 60 ou 70 graus). Com o sequenciamento de abertura ao longo do comprimento da sonda, é possível coletar dados volumétricos completos de soldagem sem a necessidade de aumentar fisicamente a distância para a linha central de solda durante a varredura. Isso permite a inspeção com uma só passagem pelo comprimento da solda.
Rastreamento setorial phased array
De todos os modos de formação de imagem abordados até agora, o rastreamento setorial é exclusivo de equipamentos phased array. Em uma varredura linear, todas as leis focais empregam um ângulo fixo com aberturas de sequenciamento. Por outro lado, as varreduras setoriais usam aberturas fixas e fazem a condução por uma sequência de ângulos.
Normalmente, utiliza-se duas formas principais. A mais conhecida, muito comum em imagens médicas, usa um calço de interface de zero grau ou sapata para conduzir ondas longitudinais a ângulos relativamente baixos, criando uma imagem em formato de pizza que mostra defeitos laminares e ligeiramente angulares.
O segundo formato emprega um calço plástico em ângulo para aumentar o ângulo do feixe incidente para a geração de ondas de cisalhamento, mais comumente na faixa de ângulo refratado de 30 a 70 graus. Essa técnica é semelhante à inspeção de feixe angular convencional, com a exceção de que o feixe varre um intervalo de ângulos em vez de um só ângulo fixo determinado por um calço. Assim como acontece na varredura linear, a apresentação da imagem é uma imagem em corte transversal da área inspecionada da peça de teste.
A geração efetiva da imagem funciona com o mesmo princípio de A-scan empilhado que foi discutido no contexto das varreduras lineares apresentadas na seção anterior. O usuário final define o início e o fim do ângulo, além da resolução do passo para gerar a imagem setorial. Você perceberá que a abertura permanece constante, com cada ângulo definido gerando um feixe correspondente com características definidas pela abertura, frequência, amortecimento e afins. A resposta da forma de onda de cada ângulo (lei focal) é digitalizada e representada graficamente em relação à cor no ângulo correspondente apropriado, construindo uma imagem transversal.
Na verdade, o rastreamento setorial é produzido em tempo real e oferece a formação contínua e dinâmica de imagens com a movimentação da sonda. Isso é muito útil para a visualização de defeitos e aumenta a probabilidade de detecção, especialmente em relação a defeitos orientados aleatoriamente, pois é possível usar muitos ângulos de inspeção de uma só vez.