Sonda de matriz de corriente de Foucault y procedimiento para compensación de elevación durante operación sin referencias de elevación conocidas.

Un sistema EC (corriente de Foucault) para la detección de defectos en un objeto de prueba,

comprendiendo el sistema:

(a) una sonda de matriz EC configurada con una disposición de sensores, que incluye:

(i) una pluralidad de primeros sensores de tipo EC que son sensores ortogonales (128) dispuestos en canales y configurados para inducir corrientes de Foucault en el objeto de prueba y para detectar y emitir unas primeras señales representativas de defectos en el objeto de prueba; caracterizado porque

(ii) una pluralidad de segundos sensores de tipo EC que son sensores absolutos (129) configurados para producir a partir del objeto de prueba (50) unas segundas señales indicativas de una distancia de elevación de dichos sensores ortogonales y absolutos EC (128, 129) respecto a dicho objeto de prueba, estando configurada dicha disposición de bobinas EC de manera que se establece una relación predeterminada entre dichas segundas señales y dichas primeras señales, a diferentes distancias de elevación;

(b) una tabla de configuración que comprende valores de calibración de dichos sensores EC ortogonales (128) con valores de compensación de elevación correspondientes para dichos canales basados en dichas segundas señales; y

(c) una unidad de adquisición que responde a dichos valores de compensación de calibración y de elevación en dicha tabla de configuración y a dichas segundas señales y configurada para convertir dichas primeras señales obtenidas a partir de dichos sensores EC ortogonales (128) durante las pruebas reales de dicho objeto de prueba, para obtener unas terceras señales que son de representativas de dichos defectos en dicho objeto de prueba, siendo dichas terceras señales sustancialmente independientes de las distancias de elevación reales prevalecientes entre dichos sensores EC y dijo objeto de prueba (50) en el momento de la obtención de dichas primeras señales haciendo dichas pruebas reales.

Sonda de matriz de corriente de Foucault y procedimiento para compensación de elevación durante operación sin referencias de elevación conocidas Campo de la invención La presente invención se refiere a sistemas de prueba e inspección no destructivos (NDT/NDI) , y más particularmente a tecnología de matriz de corriente de Foucault (ECA) , sondas de corrientes de Foucault grabadas sobre placas de circuito impreso y compensación de elevación.

Antecedentes de la invención La inspección de corrientes de Foucault se utiliza comúnmente para detectar defectos no destructivos en superficies de los componentes manufacturados fabricados a partir de un material conductor, tales como barras, tubos y piezas especiales para las industrias de automoción, aeronáutica o energía. Con los años, los sensores de corrientes de Foucault han sido diseñados con diferentes configuraciones y formas.

Configuraciones de sensores de corrientes de Foucault típicas incluyen puente de impedancia, emisión y recepción (llamado alternativamente reflexión o transmisión-recepción) y configuraciones diferenciales, pero también pueden incluir combinaciones más complejas, tal como emisión y recepción con receptores diferenciales, múltiples diferenciales, etc. Una variedad aún mayor de formas de sonda se ha desarrollado durante los años, con algunos de las mismas siendo configuraciones verdaderamente exitosas, como se conoce en la industria.

Un primer tipo conocido de sensor de corriente de Foucault de este tipo, llamado punto ortogonal, transversal o adicional, está montado en un cubo o un núcleo en forma de cruz, con dos bobinas enrolladas ortogonalmente entre sí. Una de las bobinas es el conductor y está enrollada perpendicularmente en el otro eje del núcleo de la bobina, que se utiliza como receptor. En este sensor ortogonal particular, las bobinas conductora y receptora se colocan perpendicularmente al componente a inspeccionar. Esta característica desacopla el campo magnético del conductor desde el eje sensible del receptor, reduciendo así la sensibilidad del receptor al ruido de la superficie que no representa un defecto.

Con los avances de las tecnologías de placa de circuito impreso (PCB) en las últimas décadas, ahora es posible fabricar algunas formas y configuraciones de sensores de corrientes de Foucault sobre un soporte flexible y delgado. Incluso aún más interesante es el uso de estas tecnologías de fabricación para la fabricación de sondas de matriz de corriente de Foucault, ya que la reducción de costes, la flexibilidad y la reproducibilidad son factores críticos para un diseño de sonda de matriz exitoso. La solicitud de patente en trámite del actual cesionario en Estados Unidos número de serie 12/832620 describe cómo construir una sonda ortogonal con la tecnología de placa de circuito impreso. El contenido de dicha solicitud 12/832620 se incorpora a la presente memoria por referencia.

Muchos sensores de corriente de Foucault generan una señal muy fuerte representativa de variaciones en la distancia (elevación) entre el sensor y la parte inspeccionada. Tales sensores se hacen referencia en la presente memoria como que son de un segundo tipo, denominado comúnmente como que tienen una respuesta "absoluta" debido a que proporcionan una información relativamente directa del acoplamiento entre el sensor y el componente inspeccionado. Por otro lado, unas pocas configuraciones (incluyendo las disposiciones ortogonales y algunas diferenciales) sólo exhiben una reducción en la sensibilidad con un elevación en aumento. Estas configuraciones son entonces ideales para realizar una inspección sobre piezas irregulares (tal como soldaduras o barras laminadas en caliente) o cuando el entorno de inspección no puede proporcionar un elevación perfectamente estable.

Sin embargo, incluso para los sensores ortogonales y diferenciales, las potenciales variaciones de sensibilidad relacionadas con las variaciones de elevación inicial correspondientes son un importante factor limitante para las capacidades de detección de los sensores de corriente de Foucault. Este problema es aún más importante para las sondas de matriz de corrientes de Foucault, que incluyen varios canales de corrientes de Foucault independientes, ya que es más fácil mantener un elevación constante para un único sensor que para una matriz de sensores. Varios términos utilizados en este documento tienen las siguientes definiciones:

(i) Un sensor de corriente de Foucault es una disposición de bobina completa capaz de generar corrientes de Foucault en la parte de prueba y recepción del campo magnético producido por esas corrientes de Foucault;

(ii) Un sonda de matriz de corriente de Foucault (ECA) es un conjunto completo que incluye varios sensores; y

(iii) Un canal de matriz de corriente de Foucault (ECA) es una combinación única del sensor y condiciones de prueba (frecuencia, ganancia, etc.) , de manera que una sonda ECA de treinta y dos sensores accionada con dos frecuencias de prueba generaría, por ejemplo, sesenta y cuatro canales.

La patente US 5.371.461 divulga unos medios para compensar la elevación para una sonda ECA hecha de bobinas

grabadas mediante la combinación de sensores diferenciales para la detección de defectos y sensores de emisión y recepción para la medición de elevación en la misma sonda. En esta patente, los sensores de emisión y recepción añadidos requieren bobinas adicionales a grabarse en la sonda, que añade complejidad y tamaño a la sonda. El contenido de la patente US 5.371.461 se incorporan por referencia en el presente documento.

El procedimiento presentado en la patente US 5.371.461 también requiere el uso de una referencia de elevación precisa para calibrar los canales de medición de la elevación. Tal referencia puede ser muy difícil de obtener para piezas de formas complejas y/o irregulares. Esta referencia de elevación también se suma a la complejidad de la solución respecto a su uso diario debido a las etapas de calibración adicionales y el nivel de precisión implicado.

Otros procedimientos encontrados en la técnica anterior (por ejemplo, en la publicación US 20030071615 o en la patente US 4.727.322) incluyen el uso de un plano de impedancia predefinido respecto a un conjunto de variables medidas, incluyendo la elevación. Estos procedimientos requieren un cálculo intensivo y/o datos experimentales para lograr resultados en un conjunto muy limitado de configuraciones de sonda y piezas. La solicitud de patente US 2012/0007595 A1 divulga una bobina en 2D y un procedimiento de uso del sensor EC envuelto en 2D para la reproducción de la respuesta de la prueba de corriente de Foucault (ECT) de un sensor ortogonal en 3D de la técnica anterior. El sensor ortogonal en 3D se enrolla convencionalmente sobre un núcleo en 3D, con al menos algunas de las superficies siendo no paralelos a la superficie a inspeccionar. El uso de la configuración en 2D divulgada en la presente memoria, permite el uso de tecnologías de la placa de circuito impreso para la fabricación de estos sensores EC. El procedimiento y los sensores EC en 2D asociados divulgados en la presente memoria son particularmente útiles para reproducir el efecto EC de las matrices de sondas ortogonales convencionales.

En consecuencia, es un objeto de la divulgación proporcionar unos medios para compensar las variaciones de sensibilidad de elevación para una matriz de sondas de corriente de Foucault diferencial u ortogonal sin el uso de bobinas adicionales.

También es un objeto de la divulgación proporcionar unos medios para compensar la elevación sin la necesidad de calibrar la sonda en una referencia de elevación fija.

Es un objeto adicional de la divulgación tener unos medios para compensar la elevación sin la necesidad de tablas generadas previamente específicas para una aplicación o sonda.

Un objeto adicional de la divulgación es reducir el número de interconexiones en la sonda, permitiendo así un diseño de la sonda más compacto.

Otro objeto más de la divulgación es permitir la realización de la calibración de compensación de elevación y de la calibración del canal de detección de manera simultánea.

Otro objeto más de la divulgación es eliminar la necesidad de tablas de elevación calculadas previamente, que son típicamente dependientes del material inspeccionado y de las características del sensor (frecuencia de prueba, tamaño del sensor, etc.) .

Sumario de la divulgación La invención proporciona un sistema de matriz de sondas EC para detectar defectos en un objeto de prueba. Ese sistema incluye:

(a) una disposición de bobina EC que incluye:

(i) una pluralidad de sensores EC ortogonales dispuestos... [Seguir leyendo]

1. Un sistema EC (corriente de Foucault) para la detección de defectos en un objeto de prueba, comprendiendo el sistema:

(a) una sonda de matriz EC configurada con una disposición de sensores, que incluye:

(i) una pluralidad de primeros sensores de tipo EC que son sensores ortogonales (128) dispuestos en canales y configurados para inducir corrientes de Foucault en el objeto de prueba y para detectar y emitir unas primeras señales representativas de defectos en el objeto de prueba;

caracterizado porque (ii) una pluralidad de segundos sensores de tipo EC que son sensores absolutos (129)

configurados para producir a partir del objeto de prueba (50) unas segundas señales indicativas de una distancia de elevación de dichos sensores ortogonales y absolutos EC (128, 129) respecto a dicho objeto de prueba, estando configurada dicha disposición de bobinas EC de manera que se establece una relación predeterminada entre dichas segundas señales y dichas primeras señales, a diferentes distancias de elevación;

(b) una tabla de configuración que comprende valores de calibración de dichos sensores EC ortogonales (128) con valores de compensación de elevación correspondientes para dichos canales basados en dichas segundas señales; y (c) una unidad de adquisición que responde a dichos valores de compensación de calibración y de elevación en dicha tabla de configuración y a dichas segundas señales y configurada para convertir dichas primeras señales obtenidas a partir de dichos sensores EC ortogonales (128) durante las pruebas reales de dicho objeto de prueba, para obtener unas terceras señales que son de representativas de dichos defectos en dicho objeto de prueba, siendo dichas terceras señales sustancialmente independientes de las distancias de elevación reales prevalecientes entre dichos sensores EC y dijo objeto de prueba (50) en el momento de la obtención de dichas primeras señales haciendo dichas pruebas reales.

2. El sistema de la reivindicación 1, en el que la sonda de matriz EC es proporcionada sobre una placa de circuito impreso.

3. El sistema de la reivindicación 1, en el que dicha sonda de matriz EC comprende bobinas superpuestas configuradas como bobinas conductoras y receptoras.

4. El sistema de la reivindicación 2, en el que dicha pluralidad de primeros sensores de tipo EC (128) están configurados para generar un primer conjunto de canales ortogonales que se extienden a lo largo de una primera línea.

5. El sistema de la reivindicación 4, en el que dicha pluralidad de segundos sensores de tipo EC (128) están dispuestos de modo que los canales absolutos están dispuestos a lo largo de al menos una línea, que se extiende 35 paralela a dicha primera línea.

6. El sistema de la reivindicación 5, en el que al menos un par de dichos canales absolutos emparedan físicamente dichos canales ortogonales.

7. El sistema de la reivindicación 6, en el que un promedio de dos áreas sensibles de canales absolutos es utilizado para obtener un valor de elevación para un canal ortogonal correspondiente.

8. El sistema de la reivindicación 1, en el que dichos canales absolutos están situados para no estar en línea con las grietas longitudinales o transversales del objeto de prueba cuando dichas grietas están situadas en un área sensible de un canal ortogonal.

9. El sistema de la reivindicación 1, en el que dicha unidad de adquisición es eficaz para accionar el primer tipo y segundo tipo de sensores de canal simultáneamente.

10. El sistema de la reivindicación 1, en el que el primero tipo y el segundo tipo de canales correspondiente utilizan los mismos conjuntos de bobinas de accionamiento para permitir una adquisición más rápida y señales más estables.

11. El sistema de la reivindicación 3, en el que dichas bobinas conductoras están conectadas como parte de un puente de impedancia para realizar los canales absolutos.

12. El sistema de la reivindicación 1, en el que dicho sistema está configurado como una sonda de matriz de corriente de Foucault diferencial.

13. El sistema de la reivindicación 1, en el que dichos sensores EC absolutos están formados de bobinas físicas que forman también dichos sensores EC ortogonales (128) .

14. El sistema de la reivindicación 2, en el que dichas sondas están dispuestas en al menos cuatro capas sobre dicha placa de circuito.

15. El sistema de la reivindicación 2, en el que dicha sonda de matriz EC comprende sensores GMR.

16. El sistema de la reivindicación 2, en el que dicha sonda de matriz EC comprende sensores AMR.

17. El sistema de la reivindicación 2, en el que dicha sonda de matriz EC comprende sensores de efecto Hall.

18. Un procedimiento para probar un objeto utilizando un sistema EC (corriente de Foucault) , comprendiendo el procedimiento las etapas de:

proporcionar una sonda de matriz EC que incluye: (i) una pluralidad de primeros sensores de tipo EC (128) dispuestos en una pluralidad de canales y configurados para inducir corrientes de Foucault en un objeto de prueba y para emitir unas primeras señales representativas de defectos en el objeto de prueba; y (ii) una pluralidad de segundos sensores de tipo EC (129) dispuestos en canales y configurados para producir a partir del objeto de prueba unas segundas señales indicativas de una distancia de elevación de dichos sensores EC de primer tipo y de segundo tipo (128, 129) respecto a dicho objeto de prueba, estando dicha disposición de bobinas EC configurada de manera que se establece una relación sustancialmente predeterminada entre dichas segundas señales y dichas primeras señales, a diferentes distancias de elevación; realizar una configuración del sistema de matriz de sonda que incluye el almacenamiento de al menos un valor de ganancia en cada canal ortogonal en relación con una muesca de calibración conocida usando los primeros sensores de tipo EC (128) ; obtener respecto a cada canal ortogonal un valor de vector de amplitud mediante el uso de dichos segundos sensores de tipo EC (129) ; en el que dichos sensores del primer tipo son sensores ortogonales (128) y dichos sensores del segundo tipo son sensores absolutos (129) , y almacenar dichos valores de ganancia y del vector de amplitud en una tabla de configuración.

19. El procedimiento de la reivindicación 18, que incluye además la realización de un procedimiento de adquisición de datos que comprende:

adquirir datos de corriente de Foucault reales para dichos canales del primer tipo y dichos canales del segundo tipo en relación con dicho objeto, dichos datos incluyendo datos ortogonales en bruto y datos absolutos en bruto para cada canal; calcular longitudes de vector de amplitud; y compensar dichos datos ortogonales en bruto para efectos de elevación utilizando dichas longitudes de vector absoluto y aplicar dichos valores de ganancia de calibración para obtener unas terceras señales que son representativas de defectos en dicho objeto e independientes de dichas distancias de elevación.

20. El procedimiento de la reivindicación 19, en el que dicha etapa de configuración del sistema incluye el establecimiento de un valor de rotación de fase y un valor de ganancia en cada canal ortogonal y calcular ambos valores de ganancia y de fase en cada posición.

21. El procedimiento de la reivindicación 19, que incluye la adquisición de dichos datos ortogonales y absolutos simultáneamente durante la prueba real de dicho objeto de prueba.

22. El procedimiento de la reivindicación 19, que incluye accionar dicho sensor EC ortogonal y absoluto (128, 129) simultáneamente.

23. El procedimiento de la reivindicación 19, en el que dichos valores de vector de amplitud están entre aire y una línea de base de calibración.