MÉTODO PARA LA INSPECCIÓN NO DESTRUCTIVA DE UN CUERPO DE ENSAYO USANDO ULTRASONIDOS.

Método para la inspección no destructiva de un cuerpo de ensayo usando ultrasonidos. Antecedentes de la Invención La presente invención se refiere a un método para la inspección no destructiva de un cuerpo de ensayo usando ultrasonidos, en el cual las ondas ultrasónicas se acoplan al cuerpo de ensayo por medio de una multiplicidad de transductores ultrasónicos y las ondas ultrasónicas reflejadas dentro del cuerpo de ensayo se reciben por una multiplicidad de transductores ultrasónicos y se convierten en señales ultrasónicas, que forman la base de la inspección no destructiva. Estado de la Técnica La manera de proceder para la inspección no destructiva de un cuerpo de ensayo por medio de ultrasonidos, con la finalidad de, respectivamente, inspeccionar un material en busca de defectos del material, tales como grietas, inclusiones u otras inhomegeneidades del material, comprende acoplar ondas ultrasónicas al cuerpo de ensayo, detectar las ondas ultrasónicas transmitidas a través, o reflejadas, deflexionadas, dispersadas y/o rotas dentro, del cuerpo de ensayo, así como evaluar las ondas ultrasónicas convertidas en señales ultrasónicas. Usando los anteriores como tales métodos de inspección de estado de la técnica, es posible detectar y evaluar respectivamente las propiedades de transmisión de ondas ultrasónicas y las propiedades de reflexión de un cuerpo de ensayo. En este método, que se deriva originalmente de la tecnología médica (diagnóstico ultrasónico), se forman imágenes de lugares defectuosos, tales como grietas en los materiales, inclusiones o costuras en un cuerpo de ensayo, por medio de la evaluación correspondiente de las señales ultrasónicas recibidas como áreas con propiedades de reflexión alteradas. Pueden representarse en tres dimensiones la posición, forma y tamaño de los lugares defectuosos de una manera altamente resuelta espacialmente. Obviamente, los campos de aplicación de este método son múltiples. Se mencionan como ejemplos la aplicación del método para la inspección, examen y detección de las propiedades de homogeneidad o propiedades de solidez de las partes estructurales de edificios (paredes de hormigón, elementos de techo o elementos de pared, etc.) o inspección de grietas, por ejemplo en ruedas de vagones de ferrocarril o partes de aeroplanos. En muchas aplicaciones de inspección de material no destructiva se emplea una multiplicidad de transductores de ultrasonidos que se combinan para una mejor manipulación dentro de las denominadas sondas ultrasónicas o sondas de red de emisores. Fundamentalmente, se diferencian dos tipos de sondas ultrasónicas. Se denomina sonda de ecoimpulso si la sonda acopla un paquete de ondas ultrasónicas con el cuerpo de ensayo y las ondas ultrasónicas reflejadas en el cuerpo de ensayo se reciben de nuevo por la sonda. Por otro lado, las sondas con transductores ultrasónicos separados para acoplamiento interior y receptores para recibir sondas ultrasónicas se denominan sondas de transmisión/recepción. En todas las sondas ultrasónicas del estado de la técnica, cada uno de los transductores ultrasónicos sencillos está conectado a un dispositivo de control que está provisto de una electrónica de control independiente, es decir, un canal de control eléctrico propio, para cada transductor ultrasónico de tal manera que los transductores ultrasónicos sencillos puedan ser disparados independientemente uno de otro y sirvan, por ejemplo, como un transmisor ultrasónico o como un receptor ultrasónico. En particular, tal tipo de disparo ultrasónico permite operar los transductores ultrasónicos sencillos con una posición de fase diferente y una amplitud diferente. La figura 2 muestra esquemáticamente una disposición del estado de la técnica de un sistema de red de emisores que, al usar una tecnología de formación en fase, es capaz de excitar ondas ultrasónicas en la sonda bajo cualquier ángulo y en cualquier rango de enfoque y de recibir las mismas desde ellos. El sistema de red de emisores comprende una sonda 1 con una multiplicidad de transductores ultrasónicos sencillos que están todos ellos conectados a una electrónica de canal múltiple mediante un cable 2 para transmitir señales eléctricas. Para cada canal, la electrónica ultrasónica para disparar un transductor ultrasónico está provista de un amplificador 3, un conversor analógico/digital 4, unos elementos 5 de retardo de transmisión/recepción, un sumador 6 de señales y una unidad 7 de reconstrucción de imágenes por sectores. Con el fin de realizar una medición con la que se haya de probar la capacidad de transmisión de una sonda, el dispositivo de control excita al menos uno o bien usualmente una multiplicidad de transductores ultrasónicos de la sonda de red de emisores para acoplar ondas ultrasónicas con el cuerpo de ensayo durante in intervalo de tiempo limitado. Los paquetes de ondas ultrasónicas acoplados interiormente resultantes se reflejan, por ejemplo, en los lugares defectuosos dentro del cuerpo de ensayo y retornan como ondas ultrasónicas reflejadas a los transductores ultrasónicos, que funcionan ahora como receptores, y se convierten en señales ultrasónicas por estos últimos y se transportan al dispositivo de control para evaluación. El período de tiempo entre la emisión y recepción de las señales ultrasónicas se denomina usualmente como ciclo de medición. Por último y no por ello menos importante, para una detección y evaluación mejoradas de señal, se realiza sucesivamente una multiplicidad de tales tipos de 2   ciclos de medición para obtener una relación señal/ruido aceptable. En muchas aplicaciones, el objetivo es detectar dentro del volumen del cuerpo de ensayo de una manera resuelta tan finamente como sea posible las propiedades de transmisión y las propiedades de reflexión de un cuerpo de ensayo. Con este fin, el retardo temporal de los ciclos de transmisión se ajusta en consecuencia para establecer la dirección de irradiación y la profundidad de enfoque. Las señales ultrasónicas recibidas de los transductores ultrasónicos sencillos de la sonda de red de emisores son, por decirlo así, añadidos al retardo de fase de tal manera que en un ciclo de transmisión se genera una señal ultrasónica para un cierto ángulo de irradiación y, si es necesario, para una cierta profundidad de enfoque. A esto se hace referencia como una denominada imagen-A, que se muestra en la figura 3a. La imagen-A representa el eco ultrasónico a lo largo de una "dirección de propagación de visión, respectivamente una dirección de propagación del sonido" dadas a través del cuerpo de ensayo. Puede verse como una imagen seccional unidimensional semejante a una línea de intersección a través del cuerpo de ensayo, a lo largo de la cual se muestra resueltas localmente las señales de eco ultrasónicas. La transmisión de sonido a través del cuerpo de ensayo bajo ángulos diferentes, es decir que el haz sonoro se hace pivotar en el cuerpo de ensayo, preferiblemente dentro de un plano de pivote uniforme, permite reconstruir una denominada imagen de sector, que se componente de una multiplicidad de imágenes-A como muestra la gráfica según la figura 3b. Adicionalmente, la codificación de las señales de eco sencillas en colores diferentes a lo largo de la multiplicidad de imágenes-A combinadas produce una imagen de sector interpretable o imagen-B interpretable según la representación de imagen de la figura 3c, que muestra los lugares de reflectividad incrementada en un plano de corte o en un sector dentro del cuerpo de ensayo. Sin embargo, un inconveniente al usar el método de red en fase para la inspección no destructiva del material de un cuerpo de ensayo es que se requiere una gran cantidad de tiempo y de esfuerzo de medición hasta que un cuerpo de ensayo se inspecciona tan concienzudamente como sea posible, dado que el objetivo es obtener señales de medición suficientemente fiables de, si es posible, todas las regiones del volumen para una evaluación de señal completa. De este modo, en un ciclo de medición o en una multiplicidad de ciclos de medición con el mismo disparo en fase de los transductores ultrasónicos, únicamente se obtiene una información acerca de las propiedades de reflexión en sólo una región de volumen o a lo largo de un sector dado del cuerpo de ensayo. Por tanto, se necesita un número muy grande de mediciones, cada una con un disparo en fase diferente, para examinar todo el volumen del cuerpo de ensayo, requiriendo así una gran cantidad de tiempo para realizar la inspección completa del material. Se requiere una reprogramación intensiva en tiempo y trabajo para establecer un nuevo ángulo de irradiación, respectivamente una nueva posición focal. Otra desventaja es que un ángulo de irradiación dado determina la abertura de la sonda, es decir, no es posible seleccionar... [Seguir leyendo]

1. Un método para la investigación no destructiva de una pieza de ensayo (P) por medio de ultrasonidos, en el que una multiplicidad de ondas de ultrasonidos de unos transductores ultrasónicos (8) son acopladas dentro de la pieza de ensayo (P), y las ondas de ultrasonidos reflejadas dentro de la pieza de ensayo se reciben por una multiplicidad de transductores de ultrasonidos (8) y se convierten en señales de ultrasonidos, las cuales forman la base de la investigación no destructiva, caracterizado por los siguientes pasos del método: - habilitación de una multiplicidad n de transductores de ultrasonidos (8) dispuestos con la forma de una red distribuida sobre una superficie (9) de la pieza de ensayo (P), de tal manera que cada transductor de ultrasonidos individual (8) sea capaz de admitir ondas de ultrasonidos en todas las direcciones espaciales dentro de la pieza de ensayo, y la activación de al menos un grupo de i de los n transductores de ultrasonidos (8) de tal manera que los i frentes de onda de ultrasonidos acoplados dentro de la pieza de ensayo se superpongan en un frente de onda (W) global que se propaga de una manera esférica dentro de la pieza de ensayo, - recepción de las ondas de ultrasonidos reflejadas dentro de la pieza de ensayo (P) con un multiplicidad m de transductores ultrasónicos (8) dispuestos sobre la superficie (9), y la generación de m señales temporales de ultrasonidos, en las que se contiene información de amplitud resuelta en tiempo de tal manera que las señales temporales de ultrasonidos recibidas por los transductores de ultrasonidos individuales (8), teniendo en cuenta en cada caso un tiempo transcurrido entre el tiempo de transmisión y el tiempo de recepción en cada uno de los transductores de ultrasonido individuales (8), se registran de tal manera que el volumen de la pieza de ensayo (P) se divida en puntos espaciales individuales, los llamados voxeles, a los cuales en cada caso se asigna al menos una parte de la señal de eco de ultrasonidos, la cual se corresponde con un llamado valor de voxel, - almacenamiento de las m señales temporales de ultrasonidos, - reconstrucción de una imagen volumétrica tridimensional, de una imagen de sector con la forma de una imagen seccional de ultrasonidos bidimensional a través de la pieza de ensayo (P), o de una imagen-A con la forma de una señal de eco de ultrasonidos unidimensional, resuelta en el tiempo y en el espacio a lo largo de un ángulo de intromisión prescribible, exclusivamente con el uso de al menos una parte de las m señales temporales de ultrasonidos de tal manera que los valores de voxel se seleccionen en una región del volumen, en el plano seccional o estén situados a lo largo del ángulo de intromisión. 2. El método según la reivindicación 1, caracterizado porque 3 i n. 3. El método según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la recepción de las ondas de ultrasonidos reflejadas dentro de la pieza de ensayo se realiza sobre la base de la tecnología de red en fase de muestreo. 4. El método según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque al menos un transductor de ultrasonidos es activado de una manera pulsada en un solo impulso de reloj de transmisión con la finalidad de transmitir ondas de ultrasonidos. 7   Frente de onda 8   Electrónica de Red en Fase Retardo Transmisor Canal 1 Amplificador Filtro Retardo Reconstrucción de imagen de sector Suma digital (reconstrucción de imagen-A) Canal 2 Transmisor Retardo Retardo Filtro Amplificador Canal 3 Transmisor Retardo Retardo Filtro Amplificador Cable Canal 4 Transmisor Retardo Sonda de red de emisores 9 Retardo Filtro Amplificador Canal 5 Transmisor Retardo Retardo Filtro Amplificador Transmisor Retardo Retardo Filtro Amplificador Canal N Transmisor Retardo Retardo Filtro Amplificador   Canal 1 Transmisor Retardo Electrónica de Red en Fase de Muestreo de Formación de Imágenes Procesador de Imagen-A (reconstrucción de Imágenes- A) Filtro Amplificador Canal 2 Transmisor Amplificador Filtro Amplificador Canal 3 Transmisor Retardo Filtro Amplificador Cable Canal 4 Transmisor Retardo Procesador de imagen de sector (reconstrucción de imágenes de sector) Memoria Filtro Amplificador Sonda de red de emisores Canal 5 Transmisor Retardo Filtro Amplificador Transmisor Retardo Filtro Amplificador Canal N Transmisor Retardo Filtro Amplificador   Señales de tiempo almacenadas Imagen de sector Proyección de la imagen-A 11