Procedimiento para el examen no destructivo de una muestra (2) por medio de ultrasonidos,

en el que las ondas ultrasónicas son acopladas en la muestra (2) usando una pluralidad de transductores ultrasónicos y las ondas ultrasónicas reflejadas dentro de la muestra (2) son recibidas por una pluralidad de transductores ultrasónicos y convertidas en señales ultrasónicas que son la base del examen no destructivo, en el que: a) n transductores ultrasónicos son dispuestos en una superficie superior (3) de la muestra (2), b) un primer transductor ultrasónico o un primer grupo de i transductores ultrasónicos de los n transductores ultrasónicos es seleccionado y activado para emitir ondas ultrasónicas dentro de la muestra, con in, c) las ondas ultrasónicas reflejadas en el interior de la muestra (2) son recibidas usando m transductores ultrasónicos, con i< n, y son generadas m señales ultrasónicas, que son d) almacenadas, y e) otro transductor ultrasónico u otro grupo de i transductores ultrasónicos que difiera en al menos un transductor ultrasónico del primer grupo, es elegido y activado para emitir ondas ultrasónicas y son realizadas las etapas de procedimiento c) y d), f) la etapa de procedimiento e) es ejecutada, repetidamente, con la selección de otro transductor ultrasónico u otro grupo de i transductores ultrasónicos en cada caso, con la condición de que el otro transductor ultrasónico o el otro grupo de i transductores ultrasónicos difiera del transductor ultrasónico ya seleccionado o grupo ya seleccionado de i transductores ultrasónicos, y en el que está previsto que los n ≥ 16 transductores ultrasónicos dispuestos en una configuración con forma de matriz bidimensional, es decir situados en filas y columnas, sean colocados sobre la superficie de la muestra, de manera que la recepción de las ondas ultrasónicas reflejadas en el interior de la muestra se realice por todos los transductores ultrasónicos previstos en la superficie (3) de la muestra (2), es decir m=n, y que las señales ultrasónicas sean evaluadas fuera de línea usando un algoritmo de reconstrucción, es decir tras la realización de la transmisión de ultrasonidos a través de la muestra (2), siendo aplicado el algoritmo de reconstrucción con la provisión de un ángulo de incidencia predefinible virtualmente de las ondas ultrasónicas acopladas en la muestra, y que la activación de todos los i transductores ultrasónicos pertenecientes a un grupo se produzca simultáneamente, es decir sin desplazamiento de fase

La invención se refiere a un procedimiento para el examen no destructivo de una muestra por medio de ultrasonidos, en el que con un transductor ultrasónico o una pluralidad de ellos son acopladas ondas ultrasónicas en la muestra y las ondas ultrasónicas reflejadas dentro de la muestra son recibidas por una pluralidad de transductores ultrasónicos y transformadas en señales ultrasónicas que son la base del examen no destructivo.

Estado de la técnica

El modo de proceder en el examen no destructivo de una muestra por medio de ultrasonidos o en una verificación de material en cuanto a defectos en el mismo, como por ejemplo grietas, impurezas o otras faltas de homogeneidad del material, comprende el acoplamiento de ondas ultrasónicas en la muestra, la detección de las ondas ultrasónicas transmitidas a través de la muestra

o reflejadas, combadas, dispersadas y/o rotas dentro de la muestra, así como la evaluación de las ondas ultrasónicas transformadas en señales ultrasónicas.

Con el método de examen anterior, conocido en sí, es posible detectar y evaluar las propiedades de transmisión o reflexión para ondas ultrasónicas de una muestra. Así, en estos procedimientos que proceden originalmente de la técnica médica (diagnostico por ultrasonidos) los lugares de defecto que se encuentran dentro de una muestra, como por ejemplo grietas en el material, acumulaciones de materiales extraños o limites de material, se representan por la evaluación correspondiente de las señales ultrasónicas recibidas como zonas con propiedades de reflexión modificadas. La posición, forma y tamaño de los lugares de defecto pueden ser representados espacialmente de forma tridimensional con alta resolución.

Es obvio que los ámbitos de aplicación de este procedimiento son múltiples. Ejemplos de ello son la aplicación del procedimiento para la verificación y detección de propiedades de homogeneidad o resistencia de lugares de edificios (paredes de hormigón, elementos de cubierta o pared, etc.) o para la verificación de grietas por ejemplo en ruedas de ferrocarriles o piezas de avión.

De forma ventajosa, para el acoplamiento, así como para la recepción y detección de ondas ultrasónicas son adecuados transductores ultrasónicos piezoeléctricos que pueden transformar energía eléctrica en energía mecánica elástica y viceversa. Los transductores ultrasónicos piezoeléctricos se caracterizan en particular por su comportamiento lineal en la transformación de energía mecánica elástica en energía eléctrica y viceversa. Además los transductores ultrasónicos piezoeléctricos dependiendo de la forma y tamaño disponen de una abertura, es decir una característica de radicación determinada que define el comportamiento de acoplamiento espacial para las ondas ultrasónicas en la muestra. Si se emplea una pluralidad de transductores ultrasónicos individuales, entonces las superficies de acoplamiento de los transductores ultrasónicos individuales sobre una muestra pueden ser agrupadas directamente colindantes una sobre otra, de manera que resulta una abertura completa que se obtiene por adición a partir de las aberturas de los transductores ultrasónicos individuales. Para por ejemplo acoplar ondas ultrasónicas con amplitudes en su mayor parte iguales en un semiespacio dentro del volumen de la muestra se pueden elegir transductores ultrasónicos con una característica de radiación con una forma lo más esférica posible. Si por el contrario se desea la penetración de ondas ultrasónicas en una muestra bajo un ángulo de propagación lo más pequeño posible, entonces se deben elegir transductores ultrasónicos con una “característica direccional” lo más alta posible.

En muchos casos de aplicación de la verificación no destructiva de materiales por medio de ultrasonidos se emplea una pluralidad de transductores ultrasónicos que para un mejor manejo son reunidos en un llamado palpador o transductor ultrasónico. Esencialmente se distinguen dos tipos de transductores. Se habla de un palpador impulso-eco cuando el transductor acopla un paquete de ondas ultrasónicas en los palpadores y recibe de nuevo las ondas ultrasónicas reflejadas en el palpador. Por el contrario, los palpadores con transductores ultrasónicos separados para el acoplamiento y recepción de ondas ultrasónicas son designados como palpadores de emisión-recepción.

En todos los palpadores ultrasónicos conocidos hasta ahora los transductores ultrasónicos individuales están unidos, respectivamente, a un aparato de control que presenta para cada transductor ultrasónico una electrónica de control separada, es decir un canal de control eléctrico propio, de manera que los transductores ultrasónicos individuales pueden ser controlados de forma independiente uno de otro y, por ejemplo, sirven como emisores

o receptores de ultrasonidos. En particular un control separado de este tipo de los transductores ultrasónicos individuales posibilita accionar los transductores ultrasónicos, respectivamente, con posición de fase y amplitud diferentes.

Para llevar a cabo una medición con la que debe ser examinado el comportamiento de transmisión de una muestra, el aparato de control excita al menos un transductor ultrasónico del transductor completo, pero la mayoría de las veces varios transductores, durante un intervalo de tiempo corto limitado para el acoplamiento de ondas ultrasónicas en la muestra.

Los paquetes de ondas ultrasónicas acopladas que se forman son reflejados por ejemplo en lugares de defecto dentro de la muestra y llegan de nuevo como ondas ultrasónicas reflejadas a los transductores ultrasónicos que trabajan ahora como receptores, son transformados por éstos en señales ultrasónicas y son dirigidas al aparato de control para su evaluación. El lapso de tiempo entre la emisión y la recepción de las señales ultrasónicas es denominado la mayoría de las veces periodo de medición. No en último lugar por motivos de una mejora en la determinación y evaluación de la señal se realiza una pluralidad de periodos de medición de este tipo sucesivamente uno tras otro para obtener una relación señal/ruido aceptable.

En muchos casos de aplicación se pueden determinar las propiedades de transmisión y reflexión de una muestra con resolución espacial fina dentro del volumen de la muestra. Para ello se realiza una pluralidad de periodos de medición, en los que las ondas ultrasónicas acopladas en la muestra son focalizadas a una zona de volumen limitada estrechamente (pixel volumétrico).

Por la focalización de la energía elástica de las ondas ultrasónicas en una zona de volumen determinada dentro de la muestra, la energía elástica reflejada desde esta zona de volumen en forma de ondas ultrasónicas reflejadas es significativamente mayor que en caso de radiación no focalizada. La focalización ayuda a mejorar la sensibilidad de medición.

Para la focalización de las ondas ultrasónicas en una zona de volumen determinada dentro de la muestra se emplea el llamado procedimiento de alineaciones en fase (Phased-array). En este procedimiento, transductores ultrasónicos dispuestos con forma de matriz sobre la superficie superior de la muestra son excitados desplazados en fase, es decir retardados en el tiempo para la emisión de ondas ultrasónicas. Por la selección correspondiente del retardo se consigue en una zona de volumen determinada una superposición constructiva de las ondas ultrasónicas acopladas según el principio de Huygens. Para conseguir una superposición constructiva lo más óptima posible de las ondas ultrasónicas en la zona de volumen, los transductores ultrasónicos individuales que trabajan como emisores ultrasónicos son excitados con formas de señal idénticas.

Además de la focalización de las ondas ultrasónicas sobre una zona de volumen determinada dentro de la muestra, igualmente por la selección correspondiente del desplazamiento de fase en la excitación de los transductores ultrasónicos dispuestos en forma matricial es posible predeterminar una dirección de radiación uniforme de las ondas ultrasónicas. Con ello pueden ser radiados campos ultrasónicos giratorios a discreción en una muestra.

La evaluación de la señal en el procedimiento de alineaciones en fase conocido se realiza de tal modo que las señales ultrasónicas reflejadas individuales recibidas en un periodo de medición sean sumadas teniendo en cuenta el desplazamiento de fase empleado en la radiación al principio del periodo de medición. Por tanto, después de cada periodo de medición individual...

1. Procedimiento para el examen no destructivo de una muestra (2) por medio de ultrasonidos, en el que las ondas ultrasónicas son acopladas en la muestra (2) usando una pluralidad de transductores ultrasónicos y las ondas ultrasónicas reflejadas dentro de la muestra (2) son recibidas por una pluralidad de transductores ultrasónicos y convertidas en señales ultrasónicas que son la base del examen no destructivo, en el que: a) n transductores ultrasónicos son dispuestos en una superficie

superior (3) de la muestra (2),

b) un primer transductor ultrasónico o un primer grupo de i transductores ultrasónicos de los n transductores ultrasónicos es seleccionado y activado para emitir ondas ultrasónicas dentro de la muestra, con i<n,

c) las ondas ultrasónicas reflejadas en el interior de la muestra (2) son recibidas usando m transductores ultrasónicos, con i<m≤ n, y son generadas m señales ultrasónicas, que son

d) almacenadas, y

e) otro transductor ultrasónico u otro grupo de i transductores ultrasónicos que difiera en al menos un transductor ultrasónico del primer grupo, es elegido y activado para emitir ondas ultrasónicas y son realizadas las etapas de procedimiento c) y d),

f) la etapa de procedimiento e) es ejecutada, repetidamente, con la selección de otro transductor ultrasónico u otro grupo de i transductores ultrasónicos en cada caso, con la condición de que el otro transductor ultrasónico o el otro grupo de i transductores ultrasónicos difiera del transductor ultrasónico ya seleccionado o grupo ya seleccionado de i transductores ultrasónicos,

y en el que está previsto que los n ≥ 16 transductores ultrasónicos dispuestos en una configuración con forma de matriz bidimensional, es decir situados en filas y columnas, sean colocados sobre la superficie de la muestra, de manera que la recepción de las ondas ultrasónicas reflejadas en el interior de la muestra se realice por todos los transductores ultrasónicos previstos en la superficie (3) de la muestra (2), es decir m=n, y que las señales ultrasónicas sean evaluadas fuera de línea usando un algoritmo de reconstrucción, es decir tras la realización de la transmisión de ultrasonidos a través de la muestra (2), siendo aplicado el algoritmo de reconstrucción con la provisión de un ángulo de incidencia predefinible virtualmente de las ondas ultrasónicas acopladas en la muestra, y que la activación de todos los i transductores ultrasónicos pertenecientes a un grupo se produzca simultáneamente, es decir sin desplazamiento de fase.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la activación de los i transductores ultrasónicos pertenecientes a un grupo se realiza de forma modulada, es decir, cada transductor ultrasónico individual es activado usando una modulación diferenciable, de manera que las ondas ultrasónicas acopladas dentro de la muestra son detectadas de forma específica para el transductor.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la selección de los i transductores ultrasónicos pertenecientes a un grupo se realiza de tal modo que los transductores ultrasónicos directamente adyacentes son seleccionados según una matriz plana.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque son usados transductores ultrasónicos basados en un principio de acción electromagnético, óptico, y/o mecánico, en particular basados en el principio de transductor piezoeléctrico.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la generación y almacenamiento de n señales ultrasónicas se realiza, respectivamente, en el curso de una conversión analógico/digital durante la cual las señales ultrasónicas analógicas de los n transductores analógicos son convertidas en señales digitales y almacenadas en forma de serie.