Dispositivo y procedimiento para el ensayo no destructivo de objetos mediante ultrasonidos así como utilización de palpadores PHASED ARRAY matriciales.

Dispositivo (68) para el ensayo no destructivo de chapas (70) transportadas sobre rodillos de transporte (72,

74) como chapas gruesas o finas mediante ultrasonidos, que comprende uno o varios palpadores (PK1 - PKn) que pueden activarse por separado y aplicarse a la chapa (70), que están dispuestos sin huecos en una fila transversalmente a la dirección de transporte (76) o transversalmente a la dirección de transporte (76) por filas y en la dirección de transporte (76) consecutivamente en dos filas con solapamiento, en donde está cubierta una anchura B de la chapa (70) mediante los palpadores (PK1 - PKn), caracterizado porque los palpadores (PK1 - PKn) están configurados como palpadores dimensionales de array matricial (PK1 - PKn), que comprenden una matriz formada por diferentes elementos de convertidor de ultrasonidos (10) con una superficie de 6 x 6 mm2 o 7 x 7 mm2, y porque cada elemento de convertidor de ultrasonidos (10) está conectado a un transmisor de impulsos (12) así como a un canal de una unidad analógica/digital y puede controlarse y valorarse individualmente, para una focalización dinámica en profundidad y/o una adaptación dinámica de apertura.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2009/056584.

Solicitante: GE SENSING & INSPECTION TECHNOLOGIES GMBH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: ROBERT-BOSCH-STR. 3 50354 HÜRTH ALEMANIA.

Inventor/es: KOCH,ROMAN, MAURER,Albrecht, WAEDT,Ioana, DE ODORICO,Walter.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G01N29/26 SECCION G — FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01N INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION DE SUS PROPIEDADES QUIMICAS O FISICAS (procedimientos de medida, de investigación o de análisis diferentes de los ensayos inmunológicos, en los que intervienen enzimas o microorganismos C12M, C12Q). › G01N 29/00 Investigación o análisis de materiales por el empleo de ondas ultrasonoras, sonoras o infrasonoras; Visualización del interior de objetos por transmisión de ondas ultrasonoras o sonoras a través del objeto (G01N 3/00 - G01N 27/00 tienen prioridad). › Disposiciones para la orientación o el barrido.
  • G01N29/28 G01N 29/00 […] › para establecer el acoplamiento acústico.

PDF original: ES-2380519_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Dispositivo y procedimiento para el ensayo no destructivo de objetos mediante ultrasonidos así como utilización de palpadores phased array matriciales La invención se refiere a un dispositivo según el preámbulo de la reivindicación 1.

En el documento DE-A-34 42 751 se describe un dispositivo de la clase citada al comienzo. El dispositivo presenta palpadores aplicables a la chapa, que están previstos transversalmente a la dirección de transporte y consecutivamente en varias filas con solapamiento, en la dirección de transporte, y presentan en cada caso un emisor. Cada palpador está equipado con una instalación para aplicar una película de agua entre el palpador y la chapa. Los palpadores dentro de cada fila están dispuestos transversalmente a la dirección de transporte, de forma que pueden trasladarse o graduarse mediante el ajuste de una misma distancia respectiva entre palpador y palpador.

En el documento US-B-7, 263, 888 se describe un phased array bidimensional para el ensayo volumétrico mediante ultrasonidos así como un procedimiento para utilizar el phased array. El phased array se compone de varios convertidores de ultrasonidos, que están dispuestos en un esquema en ángulo recto. El array bidimensional hace posible el ajuste electrónico de características de foco virtual y magnitud de apertura/diafragma, en direcciones tanto laterales como en altura, de tal modo que pueden alcanzarse características de campo acústico de brazos iguales y/o especificados en cada posición o en todas las posiciones, en los componentes ensayados.

A cada uno de los elementos ultrasónicos puede aplicarse una modulación, para conformar un haz explorador y explorar al menos una región del material a ensayar con el haz explorador.

El phased array bidimensional ofrece, frente a un array lineal unidimensional, la ventaja de que éste está separado y/o dividido en varios convertidores de ultrasonidos discretos, que se extienden en dirección tanto X como Z. En consecuencia, la formación de un haz explorador puede tener lugar tanto en el plano X-Y como en el Z-Y. Esto hace posible un mando/control tridimensional del haz explorador con relación a la profundidad de distancia focal, al ángulo de control y a la geometría de distancia focal. El control de la apertura contribuye también a la formación del haz explorador. La apertura del array puede elegirse mediante multiplexado del haz explorador, mediante la unión de canales sincrónicos a transductores individuales del array. También puede controlarse y/o ajustarse la magnitud de la apertura en dirección tanto X como Z.

En el documento DE-A-10 2004 059 856 se describe un procedimiento para el análisis no destructivo de un cuerpo a ensayar mediante ultrasonidos. En este procedimiento se acoplan ondas ultrasónicas al cuerpo a ensayar, con uno o varios convertidores de ultrasonidos, y las ondas ultrasónicas reflejadas dentro del cuerpo a ensayar son recibidas por varios convertidores de ultrasonidos y se transforman en señales ultrasónicas. Las señales ultrasónicas detectadas en ciclos de medición individuales se archivan individualmente y, después de finalizar la medición, son accesibles para una valoración offline. Mediante la aplicación de algoritmos de reconstrucción correspondientes es de este modo posible, a posteriori, sintetizar cualquier ángulo de sonorización y focalización en el margen volumétrico materializable físicamente del cuerpo a ensayar a partir de las señales ultrasónicas archivadas, sin que sean necesarias mediciones ultrasónicas adicionales. Bajo la premisa de que todos los emisores emiten simultáneamente el número i de emisores de ultrasonidos y la composición concreta del grupo de emisores, en especial su disposición sobre la superficie del cuerpo a ensayar, determinan además la característica de radiación total (apertura) del grupo de emisores y, aparte de esto, la sensibilidad y la capacidad de resolución de las mediciones. La activación de todos los convertidores de ultrasonidos de un array para la emisión de un frente de ondas completo no se hace patente en este documento.

El documento DE-C-34 42 751 se refiere a una instalación de pruebas que trabaja con ultrasonidos para chapas situadas en plano, transportadas sobre una vía de rodillos, de diferente anchura. La instalación comprende palpadores aplicables a la chapa, que están previstos transversalmente a la dirección de transporte por filas y consecutivamente en varias filas con solapamiento de sus pistas de ensayo, en la dirección de transporte, y que presentan en cada caso un emisor así como un receptor. Aparte de esto, está prevista una instalación para aplicar una película de agua entre cada palpador y la chapa. Los palpadores están dispuestos de forma que pueden trasladarse o graduarse dentro de cada fila transversalmente a la dirección de transporte, mediante el ajuste de una misma distancia respectiva entre palpador y palpador, y mediante el mantenimiento de pistas de ensayo solapantes. Además de esto está prevista una instalación para medir la anchura de chapa. Los palpadores de una fila de palpadores se ajustan de forma correspondiente a la anchura de chapa medida entre las aristas longitudinales de la chapa, de tal modo que se ajustan sobre la chapa dos palpadores de esta fila de forma adyacente por sus aristas.

En el documento US-B-4, 989, 143 se describe un procedimiento para representar un haz de energía coherente y en especial un nuevo procedimiento para una mejor formación adaptativa de un haz coherente, mediante la utilización de conjugación de fases interactiva, para contrarrestar extensiones de ondas no homogéneas.

En el artículo de SUNG-JIN SONK y otros "Development of an Ultrasonic Phased Array System For Non-distructive Tests of Nuclear Power plant Components", Nuclear Engineering and Design 214 (2002) ; páginas 151-161, 2002, se describe un sistema de ensayo por ultrasonidos - phased array, el cual se ha obtenido de la modificación de un sistema que ofrece una imagen ultrasónica médica, que presenta 64 canales de transceptor independientes. En el documento se describe la activación retardada de elementos emisores de ultrasonidos.

En el documento AT-B-307 088 se describe un dispositivo para el ensayo continua de banda, compuesto por al menos una sonda de ensayo. Un bastidor que aloja la sonda de ensayo y hace contacto con la banda está suspendido de forma pendular en un soporte, alrededor de un eje horizontal que se extiende en la dirección de desplazamiento de la banda. El soporte está montado de forma pendular en un bastidor base, alrededor de un eje horizontal que se extiende transversalmente a la dirección de desplazamiento de la banda.

El documento DE-U-72 40 684 describe un palpador para instalaciones, para el ensayo continuo por ultrasonidos de banda laminada. El palpador se compone de una carcasa de palpador y al menos una cabeza ultrasónica dispuesta dentro de la misma, en donde la carcasa de palpador está configurada como cámara de acoplamiento por la que puede circular fluido de acoplamiento y está conectada de forma móvil a un carro de pruebas. A la cámara de acoplamiento está preconectada una cámara de riego previo. Debajo de la carcasa de palpador están aplicados rodillos de guiado y a la cámara de acoplamiento está post-conectado un rascador.

En el documento US-A-5, 533, 401 se describen un procedimiento y un dispositivo para el ensayo por ultrasonidos de diferentes zonas de una pieza de trabajo. Con ello se disponen varios convertidores de ultrasonidos con zonas focales con profundidades de diferente magnitud, para comprobar el grosor de un cuerpo de titanio en forma de barra. Las zonas focales se solapan parcialmente con las zonas focales adyacentes, de tal modo que se garantiza una comprobación completa del grosor de todo el segmento de barra. Las señales reflejadas de los receptores de transductor se tratan de forma digital, para generar una imagen del segmento de barra.

Un procedimiento de este tipo es evidentemente complicado, ya que cada palpador tiene que regularse individualmente y es difícil una adaptación a las irregularidades de la superficie.

En el documento DE-A- 10 2005 051 781 se describe un procedimiento para el análisis no destructivo de un cuerpo a ensayar mediante ultrasonidos. En este procedimiento se acoplan al cuerpo a ensayar ondas ultrasónicas, con uno o varios convertidores de ultrasonidos, y las ondas ultrasónicas reflejadas dentro del cuerpo a ensayar son recibidas por varios convertidores de ultrasonidos y transformadas en señales ultrasónicas. Se prevé y activa un convertidor de... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo (68) para el ensayo no destructivo de chapas (70) transportadas sobre rodillos de transporte (72, 74) como chapas gruesas o finas mediante ultrasonidos, que comprende uno o varios palpadores (PK1 - PKn) que pueden activarse por separado y aplicarse a la chapa (70) , que están dispuestos sin huecos en una fila transversalmente a la dirección de transporte (76) o transversalmente a la dirección de transporte (76) por filas y en la dirección de transporte (76) consecutivamente en dos filas con solapamiento, en donde está cubierta una anchura B de la chapa (70) mediante los palpadores (PK1 - PKn) , caracterizado porque los palpadores (PK1 - PKn) están configurados como palpadores dimensionales de array matricial (PK1 - PKn) , que comprenden una matriz formada por diferentes elementos de convertidor de ultrasonidos (10) con una superficie de 6 x 6 mm2 o 7 x 7 mm2, y porque cada elemento de convertidor de ultrasonidos (10) está conectado a un transmisor de impulsos (12) así como a un canal de una unidad analógica/digital y puede controlarse y valorarse individualmente, para una focalización dinámica en profundidad y/o una adaptación dinámica de apertura.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque los palpadores (PK1 - PKn) están dispuestos en un depósito de agua (96) , el cual puede graduarse mediante elementos de ajuste (86, 88, 90) con el fin de adaptar la ondulación con relación a un lado inferior (78) del material a ensayar (70) .

3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el depósito de agua (96) está obturado mediante un elemento obturador periférico como collarines de obturación, con respecto al lado inferior (78) del material a ensayar (70) .

4. Dispositivo según la reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque el depósito de agua (96) está dotado de elementos de deslizamiento como patines de deslizamiento en la dirección de ensayo hacia el lado inferior (78) del material a ensayar (70) , para prevenir daños al depósito de agua causados por irregularidades excesivamente grandes de la pieza a ensayar.

5. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los palpadores (PKI - PKn) cubren una anchura dentro de un margen de 1.000 mm : B : 5.300 mm.

6. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los palpadores (PKI - PKn) presentan de forma preferida una superficie activa dentro de un margen de 30 mm x 150 mm.

7. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los elementos de convertidor de ultrasonidos (10) están dispuestos a una distancia mutua dentro de un margen de 0, 2 mm a 3 mm.

8. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los palpadores (PK1 - PKn) pueden programarse según zonas focales individuales.

9. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los palpadores (PKI - PKn) pueden acoplarse mediante técnica de inmersión por segmentos al material a ensayar (78) .

10. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado

- porque se emite un frente de ondas completo sobre al menos un segmento a ensayar de la chapa, mediante varios elementos ultrasónicos independientes,

- porque mediante el gran número de elementos ultrasónicos independientes entre sí puede detectarse una onda reflejada por la estructura de la chapa,

- porque la unidad de emisión/recepción presenta una unidad de digitalización para digitalizar en pasos de digitalización las señales recibidas por los elementos ultrasónicos,

- porque la unidad de emisión/recepción presenta una unidad de control para la modificación continua de valores de retardo y/o del número de elementos ultrasónicos para cada paso de digitalización (on-the-fly) .

11. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque los valores de retardo pueden calcularse, desde un retardo inicial archivado (ley focal para la posición superficial) hasta un retardo final (ley focal para la posición de pared trasera) , mediante una función distanciadora 1/R con R = radio.

12. Dispositivo según la reivindicación 10 u 11, caracterizado porque los valores de retardo están archivados en una tabla de referencia, en especial en el caso de coherencia compleja.

13. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque mediante la modificación lineal del número de elementos receptores puede ajustarse una adaptación de apertura.

14. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque un inicio de la

modificación de los valores de retardo y/o de la adaptación de apertura puede activarse mediante la posición "time5 of-flight" del eco de interfaz superficial.

15. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la unidad de recepción presenta un sumador para sumar diferentes disparos de transmisor focalizados, para formar una señal, mediante la utilización de una función TGC digital

16. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque pueden definirse

valores de retardo mediante dependencias funcionales, como términos de una función de BEZIER, una función polinómica o de otro tipo, en donde la función utiliza índices de elemento como argumento y ofrece como resultado los valores de retardo, mientras que los parámetros se establecen en función de la aplicación.

17. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque pueden generarse valores de retardo mediante la combinación lineal de una o varias instancias de un método o mediante la 15 combinación lineal de diferentes instancias de varios de los métodos citados.

18. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los elementos detectores presentan un módulo de memoria electrónico (42, 46) para el almacenamiento intermedio de los datos.

Dirección de desplazamiento de chapa


 

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