PROCEDIMIENTO Y APARATO PARA EXAMINAR EL MATERIAL INTERIOR DE UN OBJETO, TAL COMO UNA TUBERIA O UN CUERPO HUMANO, A PARTIR DE UNA SUPERFICIE DEL OBJETO USANDO ULTRASONIDOS.

Un procedimiento para examinar el material interior de un objeto (2,

4, 6) desde una superficie (8) de un objeto, tal como una tubería (2, 4, 6) o un cuerpo humano, usando ultrasonido que tiene una frecuencia de al menos 100 kHz, en el que el ultrasonido es suministrado al material interior del objeto (2, 4, 6), caracterizado porque las reflexiones y/o las difracciones del ultrasonido desde el material interior del objeto son recibidas usando receptores ultrasónicos (16.i; 16.i.j) que están acoplados acústicamente con la superficie (8) del objeto en posiciones que están distribuidas en dos dimensiones de la superficie del objeto, en puntos diferentes en el tiempo o no, en el que, con cada uno de los receptores ultrasónicos (16.i; 16.i.j) se genera una señal de recepción, en el que las señales de recepción son procesadas en combinación para determinar, conforme al principio de extrapolación inversa del campo ondulatorio, dónde ocurren reflexiones y/o difracciones en el material interior del objeto

Procedimiento y aparato para examinar el material interior de un objeto, tal como una tubería o un cuerpo humano, a partir de una superficie del objeto usando ultrasonidos.

La presente invención versa acerca de un procedimiento para examinar el material interior de un objeto, tal como una tubería o un cuerpo humano, desde una superficie del objeto usando un ultrasonido que tiene una frecuencia de al menos 100 kHz, en el que el ultrasonido es suministrado al material interior del objeto.

La presente invención versa además acerca de un sistema para examinar el material interior de un objeto, tal como una tubería o un cuerpo humano, desde una superficie del objeto usando un ultrasonido que tiene una frecuencia de al menos 100 kHz, en el que el sistema está dotado de al menos un transmisor para suministrar el ultrasonido al material interior del objeto, una pluralidad de receptores ultrasónicos para recibir reflexiones y/o difracciones del ultrasonido desde el material interior del objeto y medios de procesamiento de señales para procesar las señales de recepción procedentes de los respectivos receptores ultrasónicos.

Tal procedimiento y aparato son conocidos, entre otros, por el documento EP 0 829 714. Por ejemplo, los procedimientos y el aparato conocidos son usados, entre otros, en la verificación no destructiva de una soldadura circunferencial que conecta tuberías. Tales técnicas se vienen usando desde aproximadamente 1970. Aquí, el transductor (o un sistema de transductores) es desplazado sobre el material, usándose una amplitud y a veces también un tiempo de demora para generar presentaciones gráficas simples. En aquellos primeros tiempos se usaba para esto lo que se denomi-naba grabador de facsímiles, el predecesor del fax, usado en aquellos días para transmitir fotografías de periódicos.

La técnica usada actualmente para el examen ultrasónico mecanizado de soldaduras sigue siendo la misma de aquellos días, aunque las posibilidades de hacer una representación gráfica han aumentado muchísimo, gracias a la introducción del ordenador, tal como se da a conocer en el documento EP 0 829 714. En los exámenes ultrasónicos pulsados, las imágenes generadas siguen estando compuestas por una serie de mediciones unidimensionales, en las que ya sea la amplitud o el tiempo de demora son traducidos a intensidades o colores. De esta manera, un ordenador puede generar vistas diversas de, por ejemplo, una soldadura. Sin embargo, una desventaja de esto es que las indicaciones mostradas de cualquier desviación presente, por ejemplo, en una soldadura tienen una relación limitada con la magnitud, la forma y la orientación reales de estas desviaciones.

En tal examen de las soldaduras, se imponen requerimientos cada vez más exigentes sobre la fiabilidad y la precisión de la verificación no destructiva empleada (procedimiento NDT). Esto se debe especialmente al deseo de poder rastrear defectos cada vez menores, específicamente en conducciones marinas como los tubos ascendentes, que forman la conexión entre las plataformas marinas y las instalaciones en el lecho marino. Estas conducciones están sometidas a fatigas, de modo que una pequeña imperfección en la soldadura puede ya dar inicio a una grieta que lleve a accidentes graves (por ejemplo, la pérdida de una plataforma y de vidas humanas) y a daños ecológicos. En parte por esa razón, en las normativas, los criterios de aceptabilidad para las imperfecciones en la soldadura están cada vez más ligados a los cálculos mecánicos de fractura, de modo que los requerimientos impuestos sobre el procedimiento NDT en cuanto a su capacidad de medición de la magnitud de defectos una vez que han sido detectados se están haciendo también crecientemente estrictos.

El presente examen ultrasónico mecanizado constituye una limitación demasiado grande para satisfacer las normativas futuras. Esto es particularmente consecuencia del hecho de que, hasta ahora, el examen se lleva a cabo usando una serie de mediciones unidimensionales (registro de la amplitud y el tiempo de demora de las reflexiones ultrasónicas procedentes de la soldadura con respecto a reflectores de referencia). Usando estos parámetros, solo resulta posible una detección y una determinación de magnitud razonablemente fiables para ciertos tipos de defecto. En consecuencia, se requiere un conocimiento a priori de los tipos, la posición y la orientación de estos defectos de soldadura. Los otros defectos de soldadura son detectados y medidos de forma menos fiable.

El procedimiento y el aparato conocidos se usan también para examinar un cuerpo humano. Una posibilidad es hacer una imagen ultrasónica de un feto (ecografía). Con este fin, el aparato conocido está dotado de una matriz unidimensional de elementos ultrasónicos transmisores y receptores. Cada elemento puede actuar a la vez como transmisor y como receptor. Usando el elemento ultrasónico, se genera un haz de sonido que escanea en un plano (proyector de exploración). Así, con solo desplazar el aparato a lo largo del cuerpo, pueden verse desde diversos ángulos el feto o partes del mismo. Así, el aparato proporciona una imagen bidimensional, concretamente una sección transversal del feto. La sección transversal se corresponde con el plano en el que se genera el haz sonoro. Las reflexiones del haz son detectadas y presentadas como imagen en una pantalla. Aquí, varias secciones transversales son presentadas como imagen una junto a otra para obtener una representación (semi) tridimensional. En este aparato y este procedimiento conocidos, se obtiene una resolución razonable en la dirección de la matriz, mientras que la resolución en una dirección perpendicular a la matriz es relativamente deficiente.

Esta es también, en principio, una técnica de formación de imágenes unidimensionales, aunque una imagen razonablemente realista se obtiene por medio de filtros y de procedimientos de correlación.

La presente invención contempla proporcionar un procedimiento y un aparato con una resolución mejorada con respecto al procedimiento y el aparato conocidos.

Con este fin, el procedimiento conforme a la invención se caracteriza porque las reflexiones y/o las difracciones del ultrasonido procedente del material interior del objeto son recibidas usando receptores ultrasónicos que están acústicamente acoplados con la superficie del objeto en posiciones que están distribuidas, en puntos diferentes en el tiempo o no, en dos dimensiones de la superficie del objeto, mientras se genera una señal de recepción con cada uno de los receptores ultrasónicos, mientras que las señales de recepción son procesadas en combinación para determinar, conforme al principio de extrapolación de onda inversa, dónde ocurren reflexiones y/o difracciones del ultrasonido en el material interior del objeto.

Conforme a la invención, las señales de recepción procedentes de los receptores ultrasónicos que son distribuidas en dos dimensiones sobre la superficie del objeto son procesadas en combinación. Sobre la base de las señales de recepción, usando extrapolación inversa del campo ondulatorio, puede hacerse un seguimiento del campo ondulatorio detectado hasta la posición de la que provino, particularmente las posiciones de las fuentes virtuales que surgen por las reflexiones y/o las difracciones del ultrasonido suministrado al material. En el caso de un examen de una soldadura de una tubería, una fuente virtual puede ser la posición de un defecto de soldadura. En el caso de un cuerpo humano, una fuente virtual puede ser determinada por la estructura del cuerpo. Las señales de recepción son el punto de inicio de la extrapolación inversa del campo ondulatorio. Sobre la base de las señales de recepción, el tiempo puede ser matemáticamente invertido. Con la teoría ondulatoria inversa, se hace un seguimiento hasta su origen del campo ondulatorio detectado hasta la posición de la que provino, es decir, la posición de las fuentes virtuales. La teoría ondulatoria tiene en consideración tanto la amplitud como el tiempo de demora de la señal. El procedimiento de seguir hasta su origen el campo ondulatorio medido es denominado extrapolación inversa del campo ondulatorio. El resultado da las posiciones tridimensionales, la forma y la magnitud de las fuentes virtuales, estando determinadas en efecto cada forma, la magnitud y la posición de una fuente virtual por la posición de una colección de fuentes puntuales de las que se compone una fuente virtual.

Dado que, conforme a la invención, son procesadas señales de recepción que provienen de receptores ultrasónicos distribuidos en dos dimensiones por la superficie del objeto,...

1. Un procedimiento para examinar el material interior de un objeto (2, 4, 6) desde una superficie (8) de un objeto, tal como una tubería (2, 4, 6) o un cuerpo humano, usando ultrasonido que tiene una frecuencia de al menos 100 kHz, en el que el ultrasonido es suministrado al material interior del objeto (2, 4, 6), caracterizado porque las reflexiones y/o las difracciones del ultrasonido desde el material interior del objeto son recibidas usando receptores ultrasónicos (16.i; 16.i.j) que están acoplados acústicamente con la superficie (8) del objeto en posiciones que están distribuidas en dos dimensiones de la superficie del objeto, en puntos diferentes en el tiempo o no, en el que, con cada uno de los receptores ultrasónicos (16.i; 16.i.j) se genera una señal de recepción, en el que las señales de recepción son procesadas en combinación para determinar, conforme al principio de extrapolación inversa del campo ondulatorio, dónde ocurren reflexiones y/o difracciones en el material interior del objeto.

2. Un procedimiento conforme a la reivindicación 1 caracterizado porque los receptores ultrasónicos (16.i; 16.i.j) están dispuestos entre sí conforme a una matriz unidimensional, en el que la matriz unidimensional se desplaza a lo largo de la superficie de una manera conocida para obtener señales de recepción procedentes de los receptores ultrasónicos distribuidos en dos dimensiones por la superficie.

3. Un procedimiento conforme a la reivindicación 1 caracterizado porque los receptores ultrasónicos (16.i; 16.i.j) están dispuestos entre sí conforme a una matriz bidimensional.

4. Un procedimiento conforme a una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque el ultrasonido es suministrado al objeto de tal modo que el espacio que comprende el material interior que ha de ser examinado se llena completamente del ultrasonido.

5. Un procedimiento conforme a una cualquiera de las reivindicaciones 1-3 precedentes caracterizado porque el ultrasonido es suministrado al objeto de tal modo que el espacio que comprende el material interior (12) que ha de ser examinado es escaneado con un haz ultrasónico, en el que las señales de recepción de reflexiones y/o difracciones del ultrasonido procedentes del espacio completamente escaneado son procesadas para determinar, conforme al principio de extrapolación inversa del campo ondulatorio, dónde ocurren reflexiones del ultrasonido en el material interior del objeto.

6. Un procedimiento conforme a una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque se determina, conforme al principio de extrapolación inversa del campo ondulatorio, en qué dirección ocurren dichas reflexiones y/o difracciones.

7. Un procedimiento conforme a una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque el ultrasonido es suministrado al objeto (2, 4, 6) de forma pulsada.

8. Un procedimiento conforme a una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque el ultrasonido es suministrado al objeto usando antenas ultrasónicas (16.i; 16.i.j), antenas ultrasónicas que forman también receptores ultrasónicos para recibir las reflexiones y/o las difracciones.

9. Un procedimiento conforme a una cualquiera de las reivindicaciones 1-7 caracterizado porque el ultrasonido es suministrado al objeto usando al menos un transmisor ultrasónico, transmisor ultrasónico que difiere de los receptores ultrasónicos (16.i; 16.i.j).

10. Un procedimiento conforme a una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque el al menos un transmisor ultrasónico (16.i) y los receptores ultrasónicos (16.i; 16.i.j) están dispuestos entre sí de tal manera que es medida también una transmisión del ultrasonido por el interior del objeto.

11. Un procedimiento conforme a una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque las señales de recepción son procesadas en tiempo real.

12. Un procedimiento conforme a una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque el procesamiento de las señales de recepción se lleva a cabo de tal manera que el resultado del procesamiento puede ser visualizado gráficamente en una pantalla (29).

13. Un procedimiento conforme a la reivindicación 12 caracterizado porque en la pantalla se visualiza una imagen tridimensional de al menos parte del material interior del objeto.

14. Un procedimiento conforme a las reivindicaciones 4 o 5 caracterizado porque en una pantalla se visualiza una imagen tridimensional del material en el espacio.

15. Un procedimiento conforme a una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque se examina una soldadura de una tubería.

16. Un procedimiento conforme a una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque se examina una pared de una tubería.

17. Un procedimiento conforme a una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque se examina un cuerpo humano.

18. Un sistema para examinar el material interior de un objeto (2, 4, 6), tal como una tubería (2, 4, 6) o un cuerpo humano, desde una superficie (8) de un objeto usando ultrasonido que tiene una frecuencia de al menos 100 kHz, en el que el sistema está dotado de al menos un transmisor (16.i) para suministrar el ultrasonido al material interior (12) del objeto, una pluralidad de receptores ultrasónicos (16.i; 16.i.j) para recibir reflexiones y/o difracciones del ultrasonido desde el material interior (12) del objeto (2, 4, 6), y medios (22) de procesamiento de las señales para procesar las señales de recepción procedentes de los respectivos receptores ultrasónicos (16.i; 16.i.j), caracterizado porque el sistema está dispuesto de tal modo que, durante su uso, los receptores ultrasónicos (16.i; 16.i.j) están acoplados acústicamente con la superficie (8) del objeto (2, 4, 6) en posiciones que están distribuidas en dos dimensiones de la superficie del objeto, en puntos diferentes en el tiempo o no, en el que, durante su uso, con cada uno de los receptores ultrasónicos (16.i; 16.i.j) se genera una señal de recepción, en el que los medios (22) de procesamiento de las señales están dispuestos para procesar las señales de recepción procedentes de los receptores ultrasónicos en combinación para determinar, conforme al principio de extrapolación inversa del campo ondulatorio, dónde ocurren reflexiones y/o difracciones del ultrasonido en el material interior del objeto.

19. Un sistema conforme a la reivindicación 18 caracterizado porque los receptores ultrasónicos (16.i; 16.i.j) están dispuestos entre sí conforme a una matriz unidimensional, en el que el sistema está dispuesto para desplazar la matriz unidimensional a lo largo de la superficie durante el uso para obtener señales de recepción procedentes de los receptores ultrasónicos distribuidos en dos dimensiones por la superficie.

20. Un sistema conforme a la reivindicación 18 caracterizado porque los receptores ultrasónicos (16.i; 16.i.j) están dispuestos entre sí conforme a una matriz bidimensional.

21. Un sistema conforme a una cualquiera de las reivindicaciones 18-20 precedentes caracterizado porque el sistema está dispuesto para suministrar el ultrasonido al objeto durante el uso de tal modo que el espacio que comprende el material interior que ha de ser examinado se llena completamente del ultrasonido.

22. Un sistema conforme a una cualquiera de las reivindicaciones 18-20 precedentes caracterizado porque el sistema está dispuesto para suministrar el ultrasonido al objeto durante el uso de tal modo que el espacio que comprende el material interior (12) que ha de ser examinado es escaneado con un haz ultrasónico, en el que las señales de recepción de reflexiones y/o difracciones del ultrasonido procedentes del espacio completamente escaneado son procesadas para determinar, conforme al principio de extrapolación inversa del campo ondulatorio, dónde ocurren reflexiones y/o difracciones del ultrasonido en el material interior del objeto.

23. Un sistema conforme a una cualquiera de las reivindicaciones 18-22 precedentes caracterizado porque los medios (22) de procesamiento de señales están dispuestos para determinar, conforme al principio de extrapolación inversa del campo ondulatorio, en qué dirección ocurren dichas reflexiones y/o difracciones.

24. Un sistema conforme a una cualquiera de las reivindicaciones 18-23 precedentes caracterizado porque el sistema está dispuesto para suministrar el ultrasonido al objeto de forma pulsada.

25. Un sistema conforme a una cualquiera de las reivindicaciones 18-24 precedentes caracterizado porque el sistema está dotado de antenas ultrasónicas (16.i; 16.i.j), cada una de las cuales puede funcionar como el al menos un transmisor, al igual que como uno de los receptores.

26. Un sistema conforme a una cualquiera de las reivindicaciones 18-24 precedentes caracterizado porque el al menos un transmisor, por una parte, y los receptores (16.i; 16.i.j), por otra, están albergados en alojamientos mutuamente diferentes.

27. Un sistema conforme a una cualquiera de las reivindicaciones 18-26 precedentes caracterizado porque el transmisor ultrasónico (16.i) y los receptores ultrasónicos (16.i; 16.i.j) están dispuestos entre sí de tal manera que, durante su uso, es medida también la transmisión del ultrasonido por el interior del objeto.

28. Un sistema conforme a una cualquiera de las reivindicaciones 18-27 precedentes caracterizado porque el sistema está dispuesto para procesar las señales de recepción en tiempo real usando los medios (22) de procesamiento de señales.

29. Un sistema conforme a una cualquiera de las reivindicaciones 18-28 precedentes caracterizado porque el sistema está dotado además de una pantalla (29) para visualizar el resultado de las señales de recepción procesadas por los medios de procesamiento de señales.

30. Un sistema conforme a la reivindicación 29 caracterizado porque el sistema está dispuesto para la visualización de una imagen tridimensional de al menos parte del material interior del objeto en la pantalla (29).

31. Un sistema conforme a las reivindicaciones 21 o 22 caracterizado porque el sistema está dispuesto para la visualización de una imagen tridimensional del material en el espacio en una pantalla.