Часто задаваемые вопросы по TFM

Вопрос: Что такое TFM и как оно связано с FMC?

Ответ: Метод общей фокусировки (TFM) основан на том же принципе управления и фокусировки луча, что и обычный УЗК с фазированной решеткой (УЗК ФР), только в этом случае фокусировка применяется повсюду в области интереса («зона TFM»), а не только на определенной глубине. Учитывая, что TFM может быть выполнен путем физической передачи сфокусированных акустических лучей во всех положениях в области интереса, необходимо огромное количество времени для завершения такого цикла сбора данных.

Акустические волны, используемые в приложениях НК, являются линейными; физическое наложение акустических волн, создающих определенный луч при передаче и приеме (формирование луча), может быть воспроизведено суммированием после сбора данных. Для синтетического формирования луча TFM, соответствующего физическому формированию луча, необходимо получить все элементарные А-сканы из апертур приема и передачи преобразователя. Этот полный набор данных элементарных A-сканов необходим для вычисления всех сфокусированных лучей. Метод полноматричного захвата данных (FMC) используется для сбора этих данных.

Вопрос: Как работает TFM?

Ответ: Сначала пользователь вводит параметры, определяющие зону TFM, которая является целевой зоной контроля, или областью интереса (ROI). Зона TFM разбита на сетку, и размер каждой позиции (или пикселя) в этой сетке определяется пользователем (разрешение сетки). Для понимания данных FMC, алгоритм TFM вводит ключевые переменные (например, режим распространения УЗ волны и разрешение), разделяя данные на группы волн. Группа волн TT-T, например, представляет собой группу, в которой импульсная поперечная волна отражается от внутренней поверхности до достижения каждого пикселя в области интереса, а затем распространяется как поперечная волна по прямому пути от каждого пикселя к принимающему элементу.

Установка параметров зоны TFM

Вопрос: Что такое FMC и как это работает?

Ответ: FMC, или метод полноматричного захвата, позволяет получить набор данных FMC. Набор данных FMC представляет собой совокупность всех комбинаций элементарных A-сканов, полученных в результате передачи каждого элемента ПФР или конфигурации преобразователей. Стратегия заключается в последовательной активации каждого элемента ПФР, в то время как все остальные элементы принимают отраженные акустические лучи.

См. видео, чтобы увидеть FMC и TFM в работе.

Вопрос: Зачем использовать TFM для обработки данных FMC?
ИЛИ (наоборот)
Вопрос: Зачем использовать стратегию FMC для получения TFM-изображений?

Любой метод формирования луча может быть применен к набору данных FMC. Вы можете использовать исходные данные FMC (элементарные A-сканы), чтобы синтетически эмулировать типичный сбор данных ФР. Однако, стратегия формирования луча ФР фокусирует луч только на определенной глубине в объекте, тогда как TFM отображает акустическую амплитуду по всей области интереса («зоне TFM»), и каждый пиксель в данной зоне сфокусирован. Возможность получения полностью сфокусированной области интереса — основная мотивация при выборе TFM для обработки данных FMC.

И наоборот, чтобы получить TFM-изображение с достаточно эффективной скоростью в рамках неразрушающего контроля, необходимо использовать метод сбора данных FMC. Полный набор элементарных A-сканов апертуры необходим для вычисления TFM-изображения. Этот же набор данных FMC может быть источником множества TFM-изображений, представляющих разные группы волн.

Вопрос: Могу ли я получить доступ к исходным (необработанным) данным FMC в дефектоскопе OmniScan X3?

Ответ: На момент публикации, ответ – нет. Однако, мы постоянно разрабатываем новые решения для серии OmniScan X3, поэтому следите за обновлениями!

Вопрос: Какой режим распространения УЗ волн использовать для визуализации вертикального отражателя?

Ответ: Некоторые режимы (или группы волн) лучше подходят для вертикальных отражателей. Мы рекомендуем начать с самотандемного режима с использованием волн TTT-TT или TT-T. Однако, недостаток в том, что одна группа волн обычно дает только частичное представление вертикального отражателя. Дополнительные группы волн, н-р, режим TL-T, помогут восполнить «пробелы» первого выбранного режима, а режимы импульс-эхо (T-T и TT-TT) позволят выявить эхо-сигналы «углового отражателя» (corner trap) и дифракцию на концах дефекта.

Наилучший способ обеспечения корректной визуализации и обнаружения дефектов – карта акустического воздействия (AIM) OmniScan™ X3, а также тестирование каждого режима распространения звука для полного понимания их плюсов и минусов. Имейте в виду, что использование самотандемных режимов может быть затруднено, поскольку для получения ожидаемых результатов необходимо знать точное значение толщины и скорости проверяемого материала.

Подробнее о карте акустического воздействия см. в этом документе: «Карта акустического воздействия TFM».

Вопрос: Могу ли я использовать сканер HydroFORM™ с функцией TFM?

Ответ: За исключением очень специфических случаев (когда обеспечивается постоянство высоты водяного столба), ответ – нет. На данный момент невозможно использовать сканер HydroFORM с методом общей фокусировки. По причине разной скорости звука в воде и исследуемом материале, даже незначительное колебание водяного столба будет соответствовать относительно большому отклонению УЗ-пути в материале. Например, колебание водяного столба 0,5 мм соответствует разности путей в 2 мм в углеродистой стали, что негативно влияет на возможности фокусировки TFM. Однако, мы постоянно разрабатываем новые решения, поэтому следите за обновлениями.

Вопрос: Каковы преимущества функции огибающей TFM в дефектоскопах серии OmniScan X3?

Ответ: Наиболее очевидным преимуществом использования огибающей TFM является устранение амплитудных колебаний, возникающих в результате естественных вариаций A-сканов акустической волны как базового набора данных. Без колебаний, амплитуда становится более непрерывной, что упрощает измерение размеров дефектов.

Кроме того, изображение огибающей TFM можно получить при более высокой частоте сбора данных, чем стандартное TFM-изображение; при этом сохраняется точность амплитуды. На примерах ниже показаны дефекты HTHA (высокотемпературное водородное растрескивание) без огибающей (вверху) и с использованием огибающей (внизу). При включенной функции огибающей TFM, разрешение сетки может быть грубее, однако точность амплитуды остается ниже 2 дБ (стандартный допуск), а скорость сбора данных увеличивается. Если сравнить эти два изображения, эхо-сигналы дефектов легче идентифицировать при активированной функции огибающей. Поскольку изображение огибающей TFM более устойчиво к колебаниям, это облегчает интерпретацию дефектов и определение размеров по амплитуде.

Узнайте больше об огибающей TFM в техническом документе: «Использование метода общей фокусировки (TFM) с функцией огибающей».

Стандартное TFM-изображение HTHA-дефектов с разрешением сетки 0,07 мм, точностью амплитуды 1,7 дБ и частотой сбора данных 10,6 Гц

Изображение огибающей TFM HTHA-дефектов с разрешением сетки 0,15 мм, точностью амплитуды 1,9 дБ и частотой сбора данных 19,5 Гц

Вопрос: Почему в режиме TFM можно использовать активные апертуры, которые содержат вдвое больше элементов ФР, не меняя модель дефектоскопа и преобразователя?

Ответ: Это возможно, поскольку изображение TFM создается с использованием данных FMC. Сбор данных FMC в дефектоскопах серии OmniScan X3 при необходимости можно разделить на две части; например, при использовании ПФР (128 элементов) с 64-х канальным дефектоскопом OmniScan X3 64.

Как это работает: Сначала прибор подает импульс на один элемент, а возвращающийся ультразвук поступает на первую половину элементов. Затем прибор снова запускает импульс, принимая в этот раз УЗ на вторую половину элементов. Двойная последовательность генерации импульсов повторяется для каждого элемента ПФР, обеспечивая быстрый сбор данных со всех элементов.

Для сравнения TFM с ФР, давайте снова рассмотрим пример использования OmniScan X3 64 со 128-элементным преобразователем. В режиме сбора данных ФР вы можете одновременно посылать/принимать импульсы, задействовав только 64 элемента преобразователя. Обработка сигналов ФР ограничена количеством каналов в дефектоскопе, которое в данном случае равно 64. Поскольку TFM базируется на данных FMC, которые могут быть получены с использованием всех 128 элементов ПФР, активная апертура удваивается по сравнению с ФР.

Вопрос: Что касается плана сканирования, почему я вижу цветовую карту моего луча в режиме TFM, но не в режиме ультразвуковой фазированной решетки (УЗК ФР)?

Ответ: На момент публикации, функция AIM (карта акустического воздействия) доступна только в режиме TFM. Однако, мы постоянно разрабатываем новые решения, поэтому следите за обновлениями.

Вопрос: Зачем мне уменьшать разрешение сетки?

Ответ: Если очень большое количество пикселей (высокое разрешение сетки) может улучшить изображение TFM, то их обработка приведет к снижению скорости сбора данных. Пользователь должен выбрать оптимальный вариант, обеспечивающий хорошую выявляемость дефектов, без ущерба для производительности. Дефектоскоп серии OmniScan X3 включает некоторые данные, которые дают представление о разрешении сетки, в зависимости от центральной частоты ПФР (длины волны в объекте контроля), как для поперечной волны (T), так и для продольной волны (L). Другое показание отображает теоретический разброс амплитуды (AF, amplitude fidelity), в зависимости от выбранного акустического режима и разрешения сетки. Данное значение важно, поскольку некоторые новые стандарты FMC/TFM требуют от оператора определения разрешения сетки, чтобы получить уровень разброса амплитуды 2 дБ или лучше. Это помогает операторам избежать сложного процесса экспериментального измерения значения AF.

Вопрос: В чем разница между импульс-эхо, самотандем и раздельно-совмещенным режимами распространения УЗ волн?

Ответ: Импульс-эхо — любой режим распространения, где луч передачи и луч приема следуют по одному и тому же УЗ-пути в объекте контроля. Режимы импульс-эхо могут выполняться по прямому пути (без отражения) или с несколькими отражениями. Они определяются режимом акустической волны, продольной или поперечной (L или T) на каждом отрезке пути распространения : L-L, T-T, LL-LL, TT-TT и т.д.

Пути распространения ультразвуковых лучей, в самотандемном режиме передачи и приема, не совпадают в точности, но передающие и принимающие элементы находятся в одном и том же ПФР. Проще говоря, один сегмент УЗ-пути, передачи или приема, отражается в нижней части объекта контроля, а другой сегмент УЗ-пути, приема или передачи соответственно, является прямым. Зоной обнаружения будет пересечение этих путей. Как и режимы импульс-эхо, самотандемные режимы (или группы волн) определяются модой (типом) акустической волны каждого отрезка УЗ-пути: TT-T, TL-T, и т.д. Самотандемные режимы распространения также включают в себя группы волн с несколькими отражениями, такие как TTT-TT.

Типичные УЗ-пути в режиме импульс-эхо (три изображения слева) и УЗ-путь в режиме самотандем (изображение справа)

Раздельно-совмещенный режим работает так же, как и режим самотандема, но только элементы передачи и приема находятся в двух разных ПФР.

Режимы импульс-эхо и самотандем не являются характерными для TFM: они могут быть получены при стандартном УЗК ФР, а также в методе общей фокусировки.

В режиме импульс-эхо TFM, колебания толщины объекта влияют только на положение донных эхо-сигналов и показания, связанные с дефектами на внутренней поверхности. В отличие от эхо-импульсных режимов TFM, самотандемные режимы TFM очень чувствительны к незначительным изменениям толщины объекта из-за небольшого наложения между фокальными точками передачи и приема. Колебания толщины всего в 5% могут вывести показания TFM «вне в фокуса», поэтому важно точно измерить фактическую толщину объекта.

Вопрос: Можно ли использовать призму при контроле в режиме TFM?

Ответ: Конечно! Как и при УЗК ФР, в режиме TFM вы можете использовать преобразователь с призмой или без нее.

Вопрос: Откуда исходит A-скан в режиме TFM?

Ответ: A-скан, представленный рядом с «видом с торца» TFM, происходит из восстановленного изображения TFM, а не из элементарного банка (матрицы) A-скана FMC. A-скан TFM представляет матрицу выбранных/отображенных амплитуд пикселей. Вот почему A-скан в TFM называется синтетическим A-сканом, а не элементарным A-сканом, как в классическом ультразвуковом контроле.

Вопрос: Является ли TFM лучшей технологией, чем традиционный ультразвуковой контроль с фазированными решетками (УЗК ФР)?

Ответ: Выбор между методом общей фокусировки и классическим УЗК ФР зависит от конкретной задачи, и предпочтений пользователя. А яблоки лучше апельсинов? Вы, наверное, согласитесь, что яблоки лучше подходят для яблочного пирога, а апельсины – для апельсинового сока. Принципиальные различия между УЗК ФР и TFM перечислены ниже:

• Фокусировка: Традиционный УЗК ФР генерирует лучи, сфокусированные на одной глубине. TFM обеспечивает фокусировку в каждой точке зоны контроля. Однако, TFM опирается на те же акустические свойства, которые используются в УЗК ФР: одни и те же законы физики применимы как к УЗК, так и к TFM, и одинаково влияют на формирование луча. Соответственно, есть один факт, который часто упускается из виду, особенно для TFM, — это то, что метод работает только в ближней зоне. В сфокусированной зоне УЗК ФР, чувствительность TFM и УЗК ФР должны быть примерно одинаковыми. УЗК ФР может работать в несфокусированном режиме (для общего сканирования) или сфокусированном режиме (для точного измерения дефектов).
• Обнаружение дефектов: Обе технологии, TFM и УЗК ФР, могут обеспечивать эквивалентную или лучшую по отношению друг к другу способность обнаружения, в зависимости от применения и задачи. Возможность всесторонней фокусировки TFM может помочь выявить мелкие дефекты, такие как включения и пористость, без необходимости настройки фокусировки в зависимости от положения обнаруженного дефекта. Разные режимы (схемы прозвучивания) TFM демонстрируют разную чувствительность. И наконец, TFM также очень чувствителен к ориентации дефектов, так как это все-же ультразвуковая технология. Использование технологии TFM, не зная степени и пределов влияния каждого из вышеперечисленных факторов может привести к пропуску дефектов. Лучший способ обеспечить высокую выявляемость дефектов при использовании TFM – это моделирование карты чувствительности (н-р, функция AIM дефектоскопа OmniScan X3) и проверочные испытания. С другой стороны, возможности обнаружения УЗК ФР хорошо известны, поскольку технология используется в НК десятилетиями. УЗК ФР является превосходным методом для выявления и измерения различного рода трещин и несплавлений, но считается менее эффективным в обнаружении мелких дефектов, таких как изолированные поры. Вышеупомянутое утверждение «в целом верно», поскольку в большинстве случаев УЗК ФР выполняется в несфокусированном режиме (в целях общего сканирования). В сфокусированном режиме, УЗК ФР в комбинации с соответствующими ПЭП и призмой, позволяет получить очень хорошие результаты, аналогичные TFM или даже лучше. Однако, это относится только к зоне, где луч сфокусирован.
• Скорость: В режиме сбора данных FMC каждый элемент возбуждается поочередно, тогда как в УЗК ФР используется ограниченное количество пучков (законов фокусировки) и, соответственно, УЗК ФР быстрее. Кроме того, TFM требует интенсивной обработки в режиме реального времени, что еще больше замедляет процесс сбора данных – то, чего не требуется в классическом УЗК ФР. В целом, УЗК ФР обеспечивает более быстрый сбор данных по сравнению с TFM. Обратите внимание, что использование огибающей TFM может улучшить скорость сбора данных по сравнению со стандартным TFM, сохраняя при этом значение точности амплитуды на приемлемом уровне.
• План сканирования и средства моделирования: Дефектоскоп OmniScan X3 оснащен инструментом моделирования зоны прозвучивания AIM (карта акустического воздействия). Карта показывает зону прозвучивания для каждой группы волн, позволяя оператору выбрать, какие данные FMC сохранить. Обе технологии, TFM и УЗК ФР, обеспечивают оптимальное покрытие, поэтому важно знать возможности каждого метода для получения надежных результатов (см. раздел ниже «Обучение»).
• Обучение: Для эффективного использования технологий TFM и УЗК ФР требуется соответствующая подготовка. Время и ресурсы, необходимые для освоения каждой технологии, практически одинаковы. Такие фразы, как «каждый может настроить зону контроля с помощью TFM» или «вы можете направить УЗ луч в любой угол с помощью УЗК ФР», ведут к неправильному толкованию данных технологий. Единственный способ предотвратить это – должная подготовка и обучение.
• Опыт использования технологии: УЗК ФР успешно используется в НК уже более двух десятилетий; его возможности и ограничения хорошо известны. С другой стороны, TFM – это новая технология, предлагающая широкий спектр возможностей, которые еще не реализованы в полной мере.
• Настройка непосредственно на рабочем месте: Обе технологии, TFM и УЗК ФР, позволяют редактировать настройки непосредственно на месте работы.
• Калибровка: Обе технологии, TFM и УЗК ФР, требуют надлежащей калибровки чувствительности для выявления дефектов во всем целевом диапазоне (или зоне).