Domande frequenti (FAQ) sul TFM

D: Cos'è il TFM e come è correlato all'FMC?

R: Il Metodo di focalizzazione totale (TFM) è basato sullo stesso approccio di orientazione e focalizzazione del phased array convenzionale (PAUT), solamente che in questo caso, la focalizzazione è applicata ovunque nell'area di interesse (la "zona TFM"), non solamente a una profondità specifica. Sebbene il TFM possa essere applicato attraverso fasci acustici focalizzati con trasmissione fisica in tutte le posizioni sull'area di interesse, il tempo richiesto per completare un tale ciclo di acquisizione è proibitivamente lungo.

Visto che le onde acustiche usate nelle applicazioni NDT sono lineari, la sovrapposizione fisica di onde acustiche che producono un fascio specifico in trasmissione e ricezione (formazione dei fasci) può essere replicata attraverso una somma post-elaborazione. Per eseguire la formazione di fasci TFM , che corrisponde alla formazione fisica di fasci, è necessario acquisire tutti gli A-scan elementari dalle aperture di trasmissione e ricezione di una sonda. Questo dataset completo di A-scan di base è necessario per calcolare tutti i fasci focalizzati. L'acquisizione della matrice completa (FMC) viene usata per raccogliere questo dataset.

D: Come funziona il TFM?

R: Innanzitutto l'utente inserisce i parametri che delimitano la zona TFM, la quale è l'area d'ispezione target, o l'area di interesse (ROI - region of interest). La zona TFM è divisa in una griglia e la dimensione di ogni posizione (o pixel) nella griglia è determinata dall'utente (risoluzione della griglia). Per utilizzare i dati FMC, l'algoritmo TFM integra delle variabili principali, come la modalità di propagazione acustica e la risoluzione, dividendo questi dati in serie di onde. Per esempio, nella serie di onde TT-T, l'onda trasversale trasmessa riflette la superficie interna prima di raggiungere ogni pixel nell'area di interesse e, in seguito, si propaga come onda trasversale in un percorso diretto da ogni pixel all'elemento ricevente.

Configurazione dei parametri della zona TFM

D: Cos'è la FMC e come funziona?

R: Il rilevamento acustico dell'acquisizione della matrice completa (FMC) produce un dataset FMC. Il dataset FMC rappresenta la raccolta di tutte le combinazioni di A-scan di base ricevuti, ottenuti dalla trasmissione di ogni elemento di una sonda phased array o di una serie di sonde. Il processo presuppone la trasmissione di ogni elemento della sonda in successione, mentre tutti gli altri elementi ricevono i fasci acustici di ritorno.

Guardate il video per vedere la dinamica della FMC e del TFM.

D: Perché usare il TFM per elaborare il dataset FMC?
OPPURE (viceversa)
D: Perché usare la strategia FMC per produrre le immagini TFM?

R: Ogni metodo di formazione dei fasci può essere applicato al dataset FMC. È possibile usare i dati FMC grezzi (A-scan di base) per simulare sinteticamente una tipica acquisizione phased array (PA). Tuttavia la strategia di formazione dei fasci PA presuppone solamente la focalizzazione del fascio a una profondità specifica nella componente, mentre il TFM permette la rappresentazione dell'ampiezza acustica sull'intera area di interesse (la "zona TFM") e ogni posizione dei pixel in questa area è focalizzata. La capacità di ottenere un'area di interesse completamente focalizzata rappresenta la principale ragione per usare il TFM per elaborare i dati FMC.

Invece per ottenere le immagini TFM a una velocità che garantisca una sufficiente efficienza per le applicazioni NDT, è necessario usare il metodo di acquisizione FMC. Per elaborare un'immagine TFM è necessaria l'intera serie di A-scan di base per l'apertura. La stessa serie di dati FMC può rappresentare la fonte di immagini TFM multiple con diverse serie di onde.

D: Posso accedere alla serie di dati FMC (acquisizione della matrice completa) grezzi non elaborati nei rilevatori di difetti della serie OmniScan X3?

R: Al momento della pubblicazione di questo post la risposta è negativa. Tuttavia rimanete aggiornati in quanto sviluppiamo continuamente nuove soluzioni per la serie OmniScan X3!

D: Quale modalità di propagazione acustica dovrei usare per acquisire un'immagine di un riflettore verticale?

R: Alcune modalità (o serie di onde) tendono a essere applicate meglio sui riflettori verticali. Consigliamo di iniziare con una modalità auto-tandem mediante la serie di onde TTT-TT o TT-T. Tuttavia, la questione è che una serie di onde in genere fornisce solamente una rappresentazione parziale di un riflettore verticale. Delle serie di onde supplementari, come la modalità TL-T, possono aiutare a compensare le lacune nell'acquisizione di immagini lasciate dalla prima modalità selezionata. Invece le serie di onde modalità impulso-eco come la T-T e la TT-TT possono essere usate per rilevare gli echi angolari e le estremità di diffrazione.

Il modo per assicurare un ottimale processo di rilevamento e di acquisizione delle immagini è quello di utilizzare la Mappatura dell'influenza acustica (AIM) del rilevatore di difetti OmniScan™ X3, insieme a prove sperimentali, per caratterizzare e comprendere completamente gli aspetti positivi e negativi di ogni modalità di propagazione. Bisogna considerare che l'uso delle modalità auto-tandem può risultare complessa visto che lo spessore e la velocità del materiale ispezionato devono essere valutati con precisione per ottenere i risultati attesi

Maggior informazioni sulla Mappatura dell'influenza acustica in questo articolo tecnico: "Mappatura dell'influenza acustica TFM".

D: Con il TFM posso usare lo scanner HydroFORM™?

R: Eccetto che nel caso di applicazioni molto specifiche, nelle quali le colonne d'acqua rimangono costanti, sfortunatamente la risposta è negativa. Non è ancora possibile usare lo scanner HydroFORM con il metodo di focalizzazione totale. A causa della differenza della velocità acustica tra l'acqua e il materiale ispezionato, una bassissima variazione della colonna d'acqua corrisponderà a una relativamente elevata deviazione nel percorso dell'onda ultrasonora nel materiale. Per esempio, una variazione della colonna d'acqua di 0,5 mm corrisponde sostanzialmente in una differenza del percorso di 2 mm nell'acciaio al carbonio, il quale influisce negativamente sulla capacità di focalizzazione del TFM. Comunque rimanete aggiornati sulle nostre soluzioni in quanto ne sviluppiamo sempre di nuove.

D: Quali sono i vantaggi della funzione dell'involucro del TFM nella serie OmniScan X3?

R: Il principale vantaggio nell'uso dell'involucro TFM è l'esclusione delle oscillazioni dell'ampiezza risultanti dall'impiego di A-scan delle onde acustiche oscillanti naturalmente e del dataset di base. Senza oscillazioni, l'ampiezza aumenta la continuità e la misura si semplifica.

Inoltre l'immagine dell'involucro TFM può essere ottenuto a una maggiore velocità di acquisizione rispetto al TFM con oscillazioni standard, conservando lo stesso valore di corrispondenza dell'ampiezza (AF - amplitude fidelity). I seguenti esempi mostrano i difetti di Attacco da idrogeno a alta temperatura (HTHA) con l'involucro disattivato (in alto) e attivato (in basso). Quando l'involucro del TFM è attivato, la risoluzione della griglia potrebbe essere minore, tuttavia la corrispondenza dell'ampiezza rimane al di sotto di 2 dB (tolleranza standard) e aumenta la velocità di acquisizione. Confrontando queste due immagini, gli echi dei difetti possono essere identificati più facilmente con l'involucro attivato. Visto che è più affidabile in rapporto alle oscillazioni, l'involucro TFM può facilitare l'interpretazione dei difetti e la misura basata sull'ampiezza.

Maggior informazioni sull'involucro TFM sono contenute nell'articolo tecnico: "Uso del Metodo di focalizzazione totale con la funzione dell'Involucro".

Immagine TFM standard dei difetti HTHA con una risoluzione della griglia di 0,07 mm, una AF di 1,7 dB AF e una velocità di acquisizione di 10,6 Hz

Immagine TFM standard dei difetti HTHA con una risoluzione della griglia di 0,15 mm, una AF di 1,9 dB AF e una velocità di acquisizione di 19,5 Hz

D: Perché il TFM è in grado di utilizzare aperture attive con il doppio di numeri di elementi di PA quando si utilizza lo stesso modello di strumento e sonda?

R: Questo è possibile visto che l'imaging TFM è prodotto mediante i dati FMC. Se necessario, l'acquisizione dei dati FMC in un rilevatore di difetti della serie OmniScan X3 può essere diviso in due parti: per esempio, se si utilizza una sonda phased array contenente 128 elementi con un rilevatore di difetti a 64 canali come un modello OmniScan X3 64.

Modalità di funzionamento: innanzitutto, lo strumento trasmette da un solo elemento e riceve l'onda ultrasonora di ritorno nella prima metà degli elementi. In seguito, trasmette nuovamente dallo stesso elemento e riceve, questa volta, nella seconda metà degli elementi. Questa doppia sequenza di trasmissione si ripete per ogni elemento della sonda, acquisendo i dati da tutti gli elementi molto rapidamente.

Per confrontare il TFM con il PA, fare riferimento all'esempio di un rilevatore di difetti OmniScan X3 64 con una sonda da 128 elementi. Mediante la modalità di acquisizione PA è possibile solamente trasmettere-ricevere con 64 elementi della sonda in una volta. L'elaborazione del segnale PA è limitata dal numero di canali nel rilevatore di difetti (in questo caso 64). Visto che l'elaborazione del TFM è basato sui dati FMC, i quali possono essere acquisiti mediante tutti i 128 elementi della sonda, viene raddoppiata in modo efficace l'apertura attiva in confronto al PA.

D: Nel piano di scansione, perché vedo una mappatura a colori del mio fascio in modalità TFM ma non in modalità a ultrasuoni phased array (PAUT)?

R: Al momento della pubblicazione di questo post la funzione AIM (Acoustic Influence Map) è disponibile solamente in modalità TFM. Comunque rimanete aggiornati sulle nostre soluzioni in quanto ne sviluppiamo sempre di nuove!

D: Quando dovrei ridurre la risoluzione della griglia?

R: Sebbene un numero elevato di pixel (elevata risoluzione della griglia) potrebbe migliorare l'immagine TFM, il carico di elaborazione causerà la diminuzione della velocità di acquisizione. Pertanto gli utenti dovrebbero individuare un "punto ottimale" che fornisca una capacità di rilevamento e caratterizzazione ideali senza rinunciare alla produttività. Il rilevatore della serie OmniScan X3 include alcune utili letture che forniscono informazioni sulla risoluzione della griglia in funzione della lunghezza d'onda della frequenza centrale della sonda nel campione, sia per l'onda trasversale (onda T) che per l'onda longitudinale (onda L). Un'altra lettura fornisce un valore di corrispondenza teorica dell'ampiezza (AF) in funzione della modalità acustica selezionata e della risoluzione della griglia. Questa lettura è abbastanza utile visto che alcune nuove norme e standard FMC/TFM richiedono l'operatore per definire la risoluzione della griglia per acquisire un livello di corrispondenza dell'ampiezza pari o inferiore a 2 dB. Questo aiuta l'operatore a evitare il complesso processo di misura del valore di corrispondenza dell'ampiezza con modalità sperimentali.

D: Qual è la differenza tra le modalità di propagazione impulso-eco, auto-tandem e trasmissione-ricezione?

R: Impulso-eco è una modalità di propagazione dove il fascio in trasmissione e il fascio in ricezione segue lo stesso percorso nella componente ispezionata. La modalità impulso-eco può essere espressa attraverso un percorso diretto (senza passi) o con salti multipli. Essi sono definiti mediante la modalità dell'onda acustica, longitudinale o trasversale (L o T) di ogni semipasso del percorso di propagazione: L-L, T-T, LL-LL, TT-TT, ecc.

I percorsi di propagazione in trasmissione e in ricezione con la modalità auto-tandem non corrispondono esattamente, tuttavia gli elementi in trasmissione e ricezione sono nella stessa sonda phased array. Nella sua forma più semplice, un segmento del percorso di propagazione, in trasmissione o in ricezione, rimbalza nella parte inferiore della componente ispezionata e l'altro percorso di propagazione, rispettivamente il percorso in trasmissione e in ricezione, è diretto. La zona di rilevamento si posiziona all'incrocio di entrambi i percorsi. Come le modalità impulso-eco, le modalità auto-tandem (o serie di onde) sono definite dalla modalità dell'onda acustica di ogni semipasso del percorso di propagazione: TT-T, TL-T, ecc. Le modalità di propagazione auto-tandem includono anche serie di onde con passi multipli come il TTT-TT.

Tipici percorsi di propagazione impulso-eco (tre immagini a sinistra) e un percorso di propagazione auto-tandem (immagine a destra)

La modalità trasmissione-ricezione è definita allo stesso modo della modalità auto-tandem, con la sola differenza che gli elementi del trasmettitore e ricevitore sono su due diverse sonde phased array.

Le modalità di propagazione impulso-eco e auto-tandem non sono specifiche al TFM: esse possono essere applicate con il phased array convenzionale e con il metodo di focalizzazione totale.

Nel TFM impulso-eco le variazioni di spessore nella componente da ispezionare influenza solamente la posizione dei segnali dell'eco di fondo e delle indicazioni collegate al diametro interno. Contrariamente alle modalità TFM impulso-eco, le modalità TFM auto-tandem sono altamente sensibili a leggeri cambiamenti nell'ambito dello spessore della componente a causa di piccole sovrapposizioni tra i punti focali in trasmissione e in ricezione. Variazioni di spessore di appena il 5% possono mettere le indicazioni TFM auto-tandem "fuori fuoco", pertanto è importante misurare in modo preciso lo spessore reale della componente da ispezionare.

D: Posso usare uno zoccolo quando si ispeziona in modalità TFM?

R: Certo! Come nel caso del PAUT, è possibile usare una sonda con il TFM con o senza uno zoccolo.

D: Da dove viene originato l'A-scan in modalità TFM?

R: L'A-scan rappresentato a lato della "vista frontale" del TFM è originato dall'immagine TFM ricostruita e non dal dataset dell'A-scan elementare dell'FMC. L'A-scan del TFM rappresenta una matrice di ampiezze di pixel che sono selezionate/mostrate. Questo è il motivo per il quale l'A-scan nel TFM viene definito A-scan sintetico invece che A-scan sommato come nel caso del PAUT.

D: Il TFM è migliore rispetto al controllo a ultrasuoni phased array (PAUT)?

R: Se il metodo di focalizzazione totale è migliore del PAUT è questione di tipo di applicazione e preferenze. Le mele sono meglio delle arance? Chiunque preferisca uno dei frutti rispetto all'altro può sostenere che le mele sono indispensabili per preparare un'ottima torta di mele o le arance sono necessarie per ottenere un gustoso succo d'arancia. Le principali differenze tra PAUT e TFM sono elencate di seguito:

• Focalizzazione: Il PAUT convenzionale produce fasci che sono focalizzati a una specifica profondità. Il TFM è progettato per essere focalizzato ovunque. Tuttavia il TFM è basato sulla stessa acustica che permette l'applicazione del PAUT: le stesse leggi della fisica si applicano al PAUT e TFM, inoltre influenzano la formazione dei fasci nello stesso modo. Di conseguenza, un fatto che è spesso trascurato, specialmente per il TFM, è che il metodo funziona solamente nell'area del campo vicino. Nell'area focalizzata del PAUT, l'efficacia del TFM e del PAUT dovrebbe essere abbastanza simile. Notare che il PAUT fornisce una flessibilità supplementare visto che può essere applicato senza focalizzazione (per scopo di controllo generale) o focalizzato ( per una misura precisa).
• Rilevamento: Il TFM e il PAUT possono assicurare un'efficacia di rilevamento migliore o equivalente in base al tipo di applicazione. La capacità del TFM di focalizzare in qualunque punto può permettere di gestire indicazioni di dimensioni ridotte, come inclusioni e porosità, senza il bisogno di regolare la focalizzazione in relazione alla posizione del difetto rilevato. Le diverse modalità TFM e le serie di onde presentano delle sensibilità molto differenti. Infine il TFM è anche molto sensibile all'orientazione dei difetti, visto che, dopotutto, si tratta di una tecnica ultrasonora. La realizzazione di ispezioni TFM, senza sapere l'effetto e il limite di influenza di ognuna delle variabili precedenti, può portare a una scarsa efficacia di rilevamento. Il miglior modo per assicurare un rilevamento ottimale è quello di generare una mappatura della sensibilità simulata (come la funzione AIM del rilevatore di difetti OmniScan X3) e di supportare i risultati di simulazione mediante un controllo di verifica. Al contrario, le funzionalità di rilevamento PAUT sono molto conosciute, in quanto la tecnica è stata in uso per decenni nell'ambito NDT. Il PAUT è riconosciuto per assicurare eccellenti operazioni di rilevamento e misura di vari tipi di cricche e fusioni incomplete. Tuttavia è considerato meno efficace per indicazioni di dimensioni inferiori come le porosità isolate. Questa affermazione è "generalmente vera" tuttavia solamente perché la maggior parte delle ispezioni PAUT sono realizzate inizialmente senza focalizzazione (per scopi di verifica). Quando si usa il PAUT in modalità focalizzata, in combinazione con una sonda e uno zoccolo idoneo di buona qualità, è possibile produrre risultati ottimali, comparabili al TFM. Tuttavia queste considerazioni si applicano solamente all'area dove il fascio è focalizzato.
• Velocità: Visto che l'acquisizione FMC trasmette da ogni elemento in successione e che il PAUT impiega un limitato numero di serie di fasci (leggi focali), il PAUT è in genere più veloce. Inoltre il TFM richiede un'elaborazione intensa in tempo reale, rallentando ulteriormente l'acquisizione. Per il PAUT, invece, questo non è necessario. In termini generali, il PAUT può fornire delle acquisizioni più veloci rispetto al TFM, tuttavia focalizzando solamente a una profondità specifica. Notare che l'uso dell'involucro TFM può migliorare la velocità di acquisizione in rapporto al TFM standard, mantenendo il valore della corrispondenza dell'ampiezza a un livello accettabile.
• Piano di scansione e simulatori: Il rilevatore di difetti OmniScan X3 è dotato di un utile strumento di simulazione denominato AIM (Acoustic Influence Map). L'AIM mostra all'utente la copertura offerta da ogni serie di onde, per aiutare nella selezione dei dati FMC da salvare. Il TFM e il PAUT assicurano una copertura ottimale, ognuno a proprio modo. Pertanto è importante conoscere ogni metodo nello specifico per ottenere dei risultati affidabili (vedi "Formazione" di seguito).
• Formazione: Il TFM e il PAUT richiede una formazione adeguata per essere usati in modo efficace. Il modo e il tempo raccomandati per la formazione per ogni tecnica è praticamente equivalente. Considerazioni erronee come "chiunque può configurare un riquadro con il TFM" o "con il PAUT è possibile trasmettere da ogni angolo ", contribuiscono a una visione falsata di queste tecnologie. Questo può condurre a prendere delle decisioni erronee evitabili solamente attraverso una formazione adeguata.
• Diffusione storica e collaudata: Il PAUT è stato impiegato con successo nell'ambito NDT per più di due decenni definendo casi, capacità e limiti. In alternativa, il TFM è una tecnologia emergente che offre numerose possibilità che il settore deve ancora completamente sfruttare.
• Regolazione sul posto: Il TFM e il PAUT permettono di usare delle modifiche di configurazione sul posto.
• Taratura: Il TFM e il PAUT richiedono una corretta taratura della sensibilità per assicurare che i difetti saranno rilevati nell'intero intervallo (o zona) considerato come target.