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OmniScan X3探傷儀

更新時間:2019-11-04      點擊次數(shù):982

OmniScan X3超聲波相控陣探傷儀

使用全聚焦方法改善相控陣超聲成像

無損檢測(NDT)行業(yè)正在經(jīng)歷一項重要的技術(shù)進步,因為具有全面聚焦方法(TFM)能的檢測設(shè)備正在進入市場。TFM方法代表了相控陣超聲測試(PAUT)技術(shù)的重要一步。但是,一些PAUT從業(yè)人員可能仍然對TFM及其與全矩陣捕獲(FMC)的關(guān)系以及常規(guī)PAUT和TFM / FMC處理之間的差異感到困惑。本應(yīng)用筆記為熟悉PAUT成像的人們提供了TFM本知識。為了簡明起見,擱置了與超聲模式轉(zhuǎn)換有關(guān)的方面。

常規(guī)PAUT和TFM之間的根本區(qū)別

在PAUT和TFM中,都使用多元素探頭在測試件中發(fā)射脈沖超聲波并記錄回波的時間軌跡(波形)。然后將這些波形組裝在一起,以生成被檢查件中反射鏡的圖像。超聲圖像可以看作是稱為幀的子圖像的堆棧。例如,PAUT中的扇區(qū)掃描由以不同角度捕獲的A掃描(幅度與時間)的排列組成。單獨的A掃描在扇形掃描的定義中充當幀。PAUT策略包括以快的方式處理這些幀,實時顯示和刷新全局圖像。

常規(guī)PAUT和TFM之間的根本區(qū)別在于信號獲取和幀處理策略。

常規(guī)PAUT成像

為了演示PAUT中的幀獲取過程,此處以S掃描為例。S掃描由單獨的幀組成,這些幀對應(yīng)于在工件中以不同角度捕獲的A掃描。在采集過程中,一組元素(稱為光圈)同時觸發(fā)并記錄。將一個延遲應(yīng)用于每個元素,以將超聲束控制在所需角度并將其聚焦在部件中的所需深度上。然后,每個幀都由折射角和焦點深度定義。因此,要獲取的幀總數(shù)是組成全局圖像的離散角度數(shù)。

PAUT的優(yōu)勢在于它需要進行少量的采集。發(fā)射束是各個發(fā)射器聲振幅材料中“物理求和”的結(jié)果,而接收束是從前端電子設(shè)備的快速求和能力綜合獲得的。因此,通過PAUT獲得的圖像顯示速度非??臁AUT的缺點是幀僅以恒定深度聚焦。位于焦點區(qū)域外部的反射器顯得模糊,并且比出現(xiàn)在焦點區(qū)域中的相同反射器稍大。

總聚焦方法(TFM)有助于解決此分辨率問題。TFM的基本概念是,它可以在多個深度的焦線上顯示振幅,從而在任何地方(而不僅僅是在單個深度線上)都可以生成高分辨率圖像。

(1)個元素以FMC順序觸發(fā)。 (2)所有探頭元件都接收返回信號。 (3)基本A掃描存儲在全矩陣捕獲中。

(4)第二個元素以FMC順序觸發(fā)。 (5)所有探頭元件都接收返回信號。 (6)經(jīng)過延遲和求和處理的A掃描。 (7)TFM重建。

如果將PAUT采集策略(每個幀都需要采集)用于總聚焦方法,則生成TFM圖像的時間將大大增加。使用TFM時,構(gòu)成圖像的像素數(shù)遠遠高于生成S掃描所需的離散角度數(shù)。例如,掃過100個角度的S掃描需要100次采集,而100×100像素的TFM圖像則需要10,000次采集。為避免此問題,使用了另一種采集策略,其中在后處理中計算幀,如圖2所示。該策略需要一組與每個像素位置相對應(yīng)的聚焦定律,以及一組稱為全矩陣捕獲的原始基本波形。 (FMC)。有了這兩個要素,基本波形可以被延遲并適當?shù)厍蠛?,以在發(fā)送和接收中合成生成超聲波束,并聚焦在每個像素位置。因此,生成的圖像被“聚焦在任何地方”。

FMC采集所有單獨的一對探頭元件之間的所有波形。通常使用探頭的全光圈,因為它可以為給定的探頭設(shè)計提供佳的聚焦結(jié)果。在這種情況下,構(gòu)建FMC所需的獲取數(shù)量等于探針的元素數(shù)量。FMC包含有關(guān)聲音在探頭的每個元素之間傳播的所有信息,包括界面處的反射和缺陷的散射??梢允褂肍MC重建任何類型的PAUT采集,包括扇形掃描,平面波成像(PWI),動態(tài)深度聚焦(DDF)等。

使用FMC采集過程,生成圖像所需的采集次數(shù)與PAUT大約相同,但是存儲單個FMC數(shù)據(jù)集需要大量的存儲容量,傳輸帶寬和處理能力。根據(jù)所用設(shè)備的電子設(shè)備,獲得TFM / FMC結(jié)果可能比PAUT慢。

實驗案例中PAUT和TFM圖像之間差異的圖示

為了說明PAUT和TFM成像中的差異,提出了一種設(shè)置,其中使用線性相控陣(PA)探頭掃描垂直分布在鋼塊中的相同側(cè)面鉆孔(SDH)。

下面介紹了使用OmniScan™X3探傷儀以相同的檢查配置獲得的PAUT S掃描(a)和TFM圖像(b)。

在S掃描中,使用20毫米的一焦距(由紅色虛線表示)獲取每個幀。位于焦點區(qū)域的SDH出現(xiàn)類似的幅度和大小。對于這樣的焦距,與較短的焦距相比,圖像分辨率佳的區(qū)域更大,這說明了這一結(jié)果。距焦深較遠的SDH出現(xiàn)失真,幅度明顯降低。為了使所有SDH的尺寸更均勻,需要具有不同焦距的幾幅圖像。

在TFM圖像(b)中,超聲波束聚焦在每個像素上。如您所見,每個SDH都以佳分辨率出現(xiàn),并且只需要一張圖像即可對較大深度范圍內(nèi)的SDH進行適當大小調(diào)整。但是,對于位于電子聚焦功能末端的SDH,觀察到了橫向失真。這種失真是PA成像固有的,因此仍然存在于TFM圖像中。

探針進行FMC掃描

PAUT掃描與TFM圖像相比

TFM / FMC收購提供的優(yōu)勢摘要

TFM和PAUT之間的主要區(qū)別在于組成圖像的幀的性質(zhì)和數(shù)量。

在PAUT中,幀是一維信號或A掃描。只有實時的前端電子總和可以用作后處理,并且可以實時獲取和顯示幀。

另一方面,TFM幀是來自每個像素坐標處聚焦光束的零維數(shù)據(jù)點。因此,在TFM中要處理的幀數(shù)比在PAUT中要處理的幀數(shù)要多得多。在后處理中需要FMC采集過程以產(chǎn)生合成聚焦光束。

TFM的主要優(yōu)點是,與通過PAUT生成的圖像相比,以佳分辨率顯示整個圖像,而PAUT只能在光束的聚焦區(qū)域中高度分辨。在使用總聚焦方法時值得注意的一個約束是電子聚焦能力,這是相控陣成像帶來的局限性。

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