ES2947809B2 - Método de inspección de un volumen de un componente compuesto, aparato para inspeccionar el componente compuesto y un programa de ordenador - Google Patents
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Description
DESCRIPCIÓN
Método de inspección de un volumen de un componente compuesto, aparato para inspeccionar el componente compuesto y un programa de ordenador
Objeto
La presente invención se refiere, en general, pertenece al campo técnico de los métodos de inspección de un volumen de un componente compuesto por ultrasonido, de los aparatos para inspección de componentes compuestos por ultrasonido y de los programas de ordenador para inspección de componentes compuestos por ultrasonido.
Estado de la técnica
Ya se conocen técnicas no destructivas de inspección de componentes tales como la tomografía computarizada y las inspecciones por ultrasonido. Estas técnicas permiten detectar características del volumen del componente, como por ejemplo defectos del componente, tales como defectos resultantes de la fabricación del material del componente compuesto.
Un ejemplo de estos defectos es el exceso o la escasez accidental de alguno de los materiales que forman un material compuesto. Otro ejemplo de defectos son los huecos que se forman accidentalmente en el volumen de un componente, como por ejemplo en una porción del volumen no visible para un humano desde el exterior del componente. Los huecos y las regiones con exceso o escasez de material presentan diferentes formas y volúmenes.
Los ensayos por ultrasonido permiten detectar algunas características de los huecos, sin embargo, no permiten una estimación robusta de ciertas características, tales como el volumen y la forma, de los huecos y de las regiones con exceso o escasez de un material. Para obtener esta estimación robusta es necesario recurrir a otras técnicas de inspección más caras y lentas que la inspección por ultrasonidos, tales como la tomografía computarizada. Las tomografías computarizadas permiten detectar porciones del volumen con menor capacidad de absorción de rayos X que otras porciones del volumen, permitiendo detectar características de estas porciones del volumen con una precisión relativamente alta en comparación con las técnicas de inspección por ultrasonido conocidas en el sector de la técnica. Lógicamente estas técnicas encarecen y ralentizan las inspecciones de componentes, ralentizando y encareciendo los procesos de fabricación que incluyen dichas inspecciones.
Sumario
La presente invención busca resolver uno o más de los inconvenientes expuestos anteriormente mediante un método de inspección de un volumen de un componente tal y como está definido en las reivindicaciones.
El método de inspección utiliza dos frecuencias de inspección y la atenuación calculada a partir de una de las frecuencias de inspección para realizar un análisis comparado de la representación de las imágenes derivadas de las frecuencias de inspección y de la atenuación para obtener el nivel de porosidad de defectos y las características de la porosidad tal como microporos, poros o inclusiones y defectos alargados del volumen del componente inspeccionado.
El método de inspección del volumen del componente está delimitado por una superficie anterior del componente y por una superficie posterior del componente; comprendiendo el método:
• Inducir, por medio de un transductor de transmisión, al menos una onda de ultrasonido de inspección a una frecuencia central nominal en al menos una porción de la superficie posterior del componente,
• recibir, por medio de un transductor de recepción, al menos una onda de ultrasonido en respuesta a la onda de ultrasonido de inspección inducida, representando la forma de la onda una evolución temporal de intensidad de la onda de ultrasonido recibida,
• calcular, por medio de un medio de procesamiento, la transformada de Hilbert de la forma de la onda de ultrasonido recibida,
• calcular, por medio de un medio de procesamiento, la amplitud instantánea a partir de la transformada Hilbert calculada de acuerdo con la formula:
• Calcular, por medio del medio de procesamiento, el valor de atenuación para la al menos una porción de la superficie del componente de acuerdo con la fórmula:
donde
A es el valor de la amplitud en un instante t,
AA es el valor de la atenuación en dB
A0 es del valor de amplitud de referencia del transductor de transmisión, del valor del pico del eco de salida máximo.
• Calcular, por medio del medio de procesamiento, una representación de la señal C-scan de la atenuación calculada, que muestra una imagen la atenuación AA
• Calcular, por medio del medio de procesamiento, al menos una transformada de Fourier para la al menos una onda de ultrasonido recibida,
• Calcular, por medio del medio de procesamiento, una señal de ratio R de acuerdo con 
siendo
la superficie posterior del componente
• Seleccionar, por medio del medio de procesamiento, de cada señal de ratio R, al menos un rango de una frecuencia de análisis superior a la frecuencia nominal central y al menos un rango de una frecuencia de análisis inferior a la frecuencia nominal central e inferior a la frecuencia de análisis superior,
• Calcular, por medio del medio de procesamiento, una imagen del rango de la frecuencia de análisis superior, y una imagen del rango de la segunda frecuencia de análisis inferior,
• Comparar, por medio del medio de procesamiento, las imágenes de la señal de ratio R de la frecuencia de análisis superior calculada, las imágenes de la señal de ratio R de la frecuencia de análisis inferior calculada y las imágenes de atenuación de la señal C-scan de atenuación calculada para clasificar un nivel de porosidad de defectos de al menos una porción del componente.
El método de inspección permite distinguir entre el tamaño, forma y distribución del nivel de porosidad estableciendo un análisis comparativo de los resultados de la inspección por ultrasonidos en el material compuesto y sus defectos.
El método de inspección en el dominio de la frecuencia se resume en realizar, a partir de un único transductor de transmisión de ultrasonidos, el análisis de al menos dos frecuencias o rangos de frecuencias en el dominio de Fourier para deducir las características del nivel de porosidad de defecto.
El método de inspección permite realizar un análisis comparativo entre imágenes relacionadas con la frecuencia de análisis superior a la frecuencia nominal central, con la frecuencia de análisis inferior a la frecuencia nominal central y con la atenuación calculada para la onda de ultrasonido recibida en respuesta a la onda de ultrasonido de inspección inducida.
El valor de la frecuencia de análisis superior a la frecuencia nominal central es tal que permite detectar un nivel de porosidad de defectos de un amplio rango de tamaños desde pequeños a grandes.
Sin embargo, el valor de la frecuencia de análisis inferior a la frecuencia nominal central es seleccionada para permitir detectar el nivel de porosidad de defectos de tamaño grande.
El valor de la frecuencia de análisis inferior a la frecuencia nominal central permite generar un contraste entre los niveles de porosidad de defectos. La frecuencia de análisis superior y la frecuencia de análisis inferior no están solapadas.
La dimensión detectable del nivel de porosidad de defectos es aproximadamente la mitad de la longitud de onda de la frecuencia de análisis utilizada, ver Tabla I
El valor de la frecuencia de análisis inferior permite generar un contraste entre los niveles de porosidad de defectos.
Una ventaja del método de inspección de un volumen del componente permite detectar características de defectos tales como tamaño, geometría y ubicación con mayor precisión que otros métodos de inspección por ultrasonido.
Alternativamente, el método de inspección del volumen de un material compuesto evita utilizar filtros en la parte superior o inferior realizando una etapa de comparación utilizando la atenuación y amplitud en la frecuencia de inspección media-alta, y la fase en la frecuencia de inspección baja.
Por lo tanto, el método de inspección del volumen de un material compuesto es realizado a partir de al menos dos transductores de transmisión de ultrasonidos con diferentes frecuencias de inspección, el análisis de al menos dos frecuencias o rangos de frecuencias de inspección permite deducir las características del nivel de porosidad de defecto, el método de inspección comprende:
• Inducir, por medio de un primer transductor de transmisión, al menos una primera onda de ultrasonido de inspección en al menos una porción de la superficie posterior del componente,
• recibir, por medio de un primer transductor de recepción, al menos una primera onda de ultrasonido en respuesta a la primera onda de ultrasonido de inspección inducida en la al menos una porción de la superficie posterior del componente,
• calcular, por medio de un medio de procesamiento, la transformada de Hilbert de la forma de la primera onda de ultrasonido recibida,
• calcular, por medio de un medio de procesamiento, la amplitud instantánea a partir de la transformada Hilbert calculada de acuerdo con la formula:
• Calcular, por medio del medio de procesamiento, el valor de atenuación para la al menos una porción de la superficie del componente de acuerdo con la fórmula:
donde
A es el valor de la amplitud en un instante t
AA es el valor de la atenuación en dB.
Aces del valor de amplitud de referencia del transductor de transmisión
• Calcular, por medio del medio de procesamiento, una representación de la señal C-scan de la atenuación calculada,
• Inducir, por medio de un segundo transductor de transmisión, al menos una segunda onda de ultrasonido de inspección en la al menos una porción de la superficie posterior del componente,
• recibir, por medio de un segundo transductor de recepción, al menos una onda de ultrasonido en respuesta a la segunda onda de ultrasonido de inspección inducida en la al menos una porción de la superficie posterior del componente,
• Calcular, por medio del medio de procesamiento, una representación C-scan de la atenuación calculada,
• Calcular, por medio del medio de procesamiento, al menos una forma de onda de la onda de ultrasonido recibida, definiendo la forma de onda fases instantáneas de la onda de ultrasonido recibida,
• Calcular, por medio del medio de procesamiento, al menos una fase instantánea a partir de la forma de onda calculada, siendo la fase instantánea de una porción de la onda de ultrasonido recibida, siendo la porción de la onda reflejada en la superficie posterior del componente,
• Calcular, por medio del medio de procesamiento, una imagen de la fase instantánea rango de la frecuencia de análisis superior, y una imagen del rango de la segunda frecuencia de análisis inferior,
• Comparar, por medio del medio de procesamiento, las imágenes de la fase instantánea calculada, las imágenes de la amplitud instantánea calculada y las imágenes de amplitud de la señal C-scan de atenuación calculada para clasificar un nivel de porosidad de defectos de al menos una porción del componente.
El método de inspección permite detectar mediante estimaciones de fases instantáneas diferentes asignadas a porciones de la superficie posterior mediante un contraste entre estimaciones de fases instantáneas asignadas a primeras porciones de la superficie posterior y estimaciones de fases instantáneas asignadas a segundas porciones de la superficie posterior adyacentes a las primeras porciones de la superficie posterior.
Las porciones del componente compuesto con poros pequeños concentrados o defectos de mayor tamaño como canales son aquellas porciones con niveles medios o altos de atenuación, cuanto más blancas, mayor atenuación, y que en la visualización de la señal de ratio R en el rango [2, 2,5] MHz de baja frecuencia coinciden con zonas oscuras.
Las porciones del componente compuesto con poros pequeños más distribuidos son aquellas porciones con atenuación y que en la visualización de la señal de ratio R en el rango [2, 2,5]
MHz de baja frecuencia no son distinguibles, en la señal de ratio R en el rango [4, 4,5] MHz de alta frecuencia coinciden con zonas oscuras.
En el caso en el que los poros presentan cierto tamaño, las imágenes de la señal de ratio R de la primera frecuencia de análisis calculada y la señal de ratio R de la segunda frecuencia de análisis calculada son estructuras de poros prácticamente equivalentes.
En conclusión, la comparación de la proyección de la tomografía computarizada, la atenuación y de las imágenes obtenidas a partir del análisis en el dominio de la frecuencia permite identificar la porosidad en base a su tamaño, forma y distribución en el componente de material compuesto.
Tal como se muestra en la Tabla II, de izquierda a derecha,
imágenes correspondientes a una señal de atenuación 5MHz, a una amplitud instantánea a 0.3 MHz y a una fase media instantánea a 0.3 MHz.
El método de inspección permite detectar características mediante estimaciones de fases instantáneas diferentes asignadas a las porciones de la superficie posterior, mediante un contraste entre estimaciones de fases instantáneas asignadas a unas primeras porciones de la superficie posterior y estimaciones de fases instantáneas asignadas a unas segundas porciones de la superficie posterior adyacentes a las primeras porciones de la superficie posterior.
De este modo, el método de inspección habilita la detección de porciones del componente compuesto alargadas y estrechas que comprenden unas primeras regiones con una cantidad de resina por unidad de volumen superior a una cantidad de resina por unidad de volumen de unas segundas regiones contiguas a las primeras regiones. También permite la detección de
regiones con huecos. Tal como se observa en la Tabla II, los huecos generan regiones de forma irregular.
Como se ha comentado anteriormente, el uso de la fase instantánea para frecuencia de inspecciones bajas, en lugar de la envolvente del valor absoluto de la amplitud usada en métodos tradicionales de inspección por ultrasonido, se justifica por el comportamiento diferenciado de defectos de distinto tamaño en comparación con el de la envolvente. El uso de la fase instantánea permite diferenciar defectos indiferenciables con la envolvente, pero no es sustitutivo de la envolvente, ya que, a su vez, la envolvente permite detectar características no detectables por la fase.
Además, la fase instantánea de la porción de la onda reflejada en la superficie posterior, es decir, del eco de salida, es más sensible a defectos del volumen inspeccionado que las frecuencias de otros ecos. Por ello, se estima la fase instantánea de la porción de la onda procedente de la reflexión en la superficie posterior.
En algunas realizaciones del método de inspección, la estimación de la forma de onda se expresa mediante la ecuación:
donde:
A (t): es la amplitud de la estimación de la forma de onda en función del tiempo t,
0 (t): es la fase de la estimación de la forma de onda en función del tiempo t, y
X: es la estimación de la forma de onda
El cálculo de la transformada de Hilbert permite definir fases instantáneas de la onda de ultrasonido recibida, dicho de otro modo, permite definir variaciones de las fases instantáneas de la onda recibida con respecto al tiempo. Las fases instantáneas de la estimación de la forma de onda coinciden con las fases instantáneas de la transformada de Hilbert de la estimación de la forma de onda.
La forma de onda recibida permite definir amplitudes instantáneas además de fases instantáneas de la onda de ultrasonido recibida. También es posible definir una forma de onda que define amplitudes instantáneas de la onda recibida en función del tiempo, un escaneo A, y otra forma de onda que define fases instantáneas de la onda recibida en función del tiempo. El escaneo A también se conoce como “A-scan” por su denominación en inglés.
En algunas realizaciones, el método comprende determinar un instante mediante:
o calcular módulos instantáneos de una transformada de Hilbert de la estimación de la forma de onda, definiendo la forma de onda fases instantáneas y amplitudes instantáneas de la onda de ultrasonido recibida;
o determinar un instante de un máximo de los módulos instantáneos calculados,
o sumar al instante del máximo una estimación de un tiempo de propagación de sonido por el componente, transcurriendo el tiempo de propagación desde que la onda inducida atraviesa la porción de la superficie posterior hasta que la onda inducida regresa a la porción de la superficie posterior tras una única reflexión en la superficie posterior,
o comprendiendo el método estimar la fase instantánea utilizando el instante resultante de la suma.
Los módulos instantáneos son módulos de la transformada de Hilbert en varios instantes. El instante resultante de la suma es una estimación del instante del eco de salida, es decir, de la porción de la onda recibida tras una única reflexión de la onda inducida en la superficie posterior.
El máximo de los módulos instantáneos se produce en un instante de una porción de la onda recibida que ha sido reflejada en la superficie posterior del componente, es decir, marca el instante en el que la onda inducida llega a la superficie posterior, entrando en el componente. La porción de la onda reflejada en la superficie anterior se conoce como eco de entrada.
Estas realizaciones del método de inspección permiten estimar el instante de la fase instantánea de la porción de la onda recibida reflejada en la superficie posterior del componente mediante un análisis o un procesamiento de la transformada de Hilbert de la estimación de la forma de onda recibida. En materiales con defectos como porosidad, es complejo localizar la porción de la onda de ultrasonido producida por la reflexión en la superficie posterior ya que la amplitud del eco de salida no destaca claramente con respecto a otros ecos. Esta dificultad es aún mayor si el componente está ligeramente inclinado con respecto al plano de ensayo.
El método de inspección ofrece una solución a este obstáculo mediante la estimación del tiempo de propagación de sonido, que se permite definir como el instante de recepción del eco de salida menos el instante de recepción del eco de entrada. Posteriormente, esta estimación del tiempo de propagación se suma al instante del máximo, resultando el instante de la fase instantánea estimada. Dicho de otro modo, el instante del eco de salida se estima sumando la estimación del tiempo de propagación de sonido al instante del eco de entrada.
En algunas realizaciones del método de inspección, la estimación de un tiempo de propagación de sonido por el componente es impreciso, causando que la estimación de la fase instantánea presente un margen de error indeseable. Por ello, en algunas realizaciones, el método de inspección comprende determinar un instante mediante:
o calcular módulos instantáneos de una transformada de Hilbert de la estimación de la forma de onda, definiendo la forma de onda fases instantáneas y amplitudes instantáneas de la onda de ultrasonido recibida,
o determinar un instante de un máximo de los módulos instantáneos,
o sumar al instante del máximo una estimación de un tiempo de propagación de sonido por el componente, transcurriendo el tiempo de propagación desde que la onda inducida atraviesa la porción de la superficie anterior hasta que la onda inducida regresa a la porción de la superficie anterior tras una única reflexión en la superficie posterior, y
o determinar un instante de un máximo de los módulos instantáneos de un intervalo continuo de tiempo no nulo, comprendiendo el intervalo continuo de tiempo un instante resultante de la suma y teniendo el intervalo continuo de tiempo una extensión de como máximo Tmax segundos, siendo:
donde:
e : espesor del componente, y
v: velocidad de propagación de sonido en un volumen sin defectos del componente; y
comprendiendo el método estimar la fase instantánea usando el instante del máximo de los módulos instantáneos del intervalo continuo de tiempo.
El instante del máximo de los módulos instantáneos del intervalo continuo de tiempo es una estimación del instante del eco de salida.
Dicho de otro modo, se determina un primer instante de un máximo de los módulos instantáneos y un segundo instante de un módulo instantáneo máximo con respecto a los módulos instantáneos de instantes mayores que un primer instante extremo y menores que un segundo instante extremo, siendo el segundo instante mayor que el primer instante extremo y menor que el segundo instante extremo, y siendo el valor absoluto de la diferencia de los dos instantes extremos no nulo y como máximo Tmax.
Se ha observado que el máximo de los módulos instantáneos del intervalo continuo de tiempo en general se produce en el instante de la porción de la onda reflejada en la superficie posterior del componente. Por ello, como estas realizaciones permiten detectar dicho máximo, permiten incrementar la robustez frente a realizaciones en las que no hay ningún intervalo continuo de tiempo o, dicho de otro modo, el intervalo continuo de tiempo tiene una extensión nula.
Un Tmax adecuado en general para inspeccionar componentes es:
En algunas realizaciones, el método comprende estimar el tiempo de propagación de sonido por el componente resolviendo la ecuación:
donde:
t : es la estimación del tiempo de propagación de sonido;
e : es un espesor del componente desde la superficie anterior hasta la superficie posterior; y
v : es una velocidad de propagación de sonido en un volumen sin defectos del componente.
Estas realizaciones permiten estimar el tiempo de propagación a partir de características del componente que en general permiten ser determinadas antes de las inspecciones, estas son: el espesor del componente y la velocidad de sonido en un volumen sin defectos del componente.
La frecuencia de la onda de ultrasonido inducida está dentro del intervalo entre 1 MHz y 20 MHz. En algunas realizaciones, la onda de ultrasonido inducida tiene una frecuencia que está dentro del intervalo 2 MHz a 10 MHz.
Una frecuencia relativamente elevada permite obtener una resolución mayor, pero disminuye la ratio de señal-ruido de la estimación de la forma de onda. En general, la frecuencia de 5 MHz permite lograr un compromiso adecuado entre la resolución y la ratio señal-ruido. En algunas realizaciones, una frecuencia diferente de 5 MHz permite lograr un compromiso adecuado entre la resolución y la ratio señal-ruido.
En algunas realizaciones, el método comprende generar una imagen de ubicaciones de las porciones de la superficie anterior, comprendiendo la imagen una representación visual de las estimaciones de fase instantánea asignadas a las porciones de la superficie anterior.
Estas realizaciones resultan ventajosas frente a otras realizaciones porque integran en una misma imagen la combinación de información que permite determinar las características del volumen inspeccionado: la ubicación relativa de las porciones de la superficie anterior y las estimaciones de fase instantánea asignadas a las porciones de la superficie anterior. De este modo, un usuario del método de inspección identifica fácilmente y con precisión características de defectos del componente compuesto.
En algunas realizaciones, la representación visual es una escala de colores, representando cada color de la escala de colores una medida de frecuencia; y teniendo cada ubicación de la imagen un color, representando el color la estimación de la fase instantánea asignada a la porción de la ubicación según la escala de colores.
Estas realizaciones resultan ventajosas frente a realizaciones en las que, en lugar de una escala de colores, se usa una escala numérica, porque la detección de un gradiente o contraste de colores es, en general, más sencilla y rápida para los usuarios, que la detección de un gradiente numérico.
En algunas realizaciones, el método de inspección comprende identificar porciones de la superficie anterior que componen una región con forma de línea, siendo las estimaciones de fase instantánea asignadas a las porciones de la región con forma de línea menores que las estimaciones de fase instantánea asignadas a todas las porciones de la superficie anteriores exteriores a la región con forma de línea y contiguas a las porciones de la región con forma de línea.
Estas realizaciones permiten detectar defectos con forma de línea comunes en ciertos materiales, como por ejemplo materiales compuestos que comprenden fibras y opcionalmente resina.
Otro aspecto del método de inspección se refiere a un aparato de inspección por ultrasonido para inspeccionar un componente, comprendiendo el aparato al menos un:
un transductor de transmisión de ondas de ultrasonido;
un transductor de recepción de ondas de ultrasonido acoplable a porciones de una superficie de un componente; y
un medio de procesamiento comunicativamente conectados al transductor de recepción de ondas de ultrasonido;
estando el medio de procesamiento está configurado para:
i) recibir datos de una onda de ultrasonido enviados por el transductor de recepción de ondas de ultrasonido;
ii) recibir una ubicación del transductor de recepción de ondas de ultrasonido;
iii) estimar una forma de onda de la onda de ultrasonido a partir de los datos de la onda de ultrasonido, definiendo la forma de onda fases instantáneas de la onda de ultrasonido;
iv) estimar una fase instantánea de la onda de ultrasonido recibida a partir de la estimación de la forma de onda, siendo la fase instantánea de un eco de salida;
v) asignar a la ubicación la estimación de la fase instantánea;
vi) calcular la amplitud instantánea a partir de la transformada Hilbert,
vii) Calcular el valor de atenuación para la al menos una porción de la superficie del componente compuesto,
viii) Calcular una representación de la señal C-scan de la atenuación calculada,
ix) Calcular al menos una transformada de Fourier para la al menos una primera onda de ultrasonido recibida,
x) Calcular una señal de ratio R de la al menos una primera transformada de Fourier calculada dividida entre la transformada de Fourier de una onda de ultrasonido recibida en respuesta a una onda de ultrasonido de referencia inducida en un fluido líquido en proximidad al al menos una porción de la superficie posterior del componente,
xi) Seleccionar a partir de cada señal de ratio R, al menos un rango de una frecuencia de análisis superior a la frecuencia nominal central y al menos un rango de una frecuencia de análisis inferior a la frecuencia nominal central e inferior a la primera frecuencia de análisis,
xii) Calcular una imagen del rango de la frecuencia de análisis superior y una imagen del rango de la frecuencia de análisis inferior.
xiii) Comparar las imágenes correspondientes a la señal de ratio R de la frecuencia de análisis superior calculada, las imágenes de la señal de ratio R de la frecuencia de análisis inferior calculada y la señal C-scan de atenuación calculada para cada porción de la superficie posterior del componente para clasificar un nivel de porosidad de defectos del volumen del componente analizado,
estando el medio de procesamiento configurado para repetir las etapas i) a xiii) para ubicaciones diferentes del transductor de transmisión y de recepción de ondas de ultrasonido.
Además, el método de inspección se refiere a un programa de ordenador, comprendiendo el programa de ordenador las etapas de:
i) recibir datos de una onda de ultrasonido;
ii) recibir una ubicación asociada a los datos de la onda de ultrasonido;
iii) estimar una forma de onda de la onda de ultrasonido a partir de los datos de la onda de ultrasonido, definiendo la forma de onda fases instantáneas de la onda de ultrasonido;
iv) estimar una fase instantánea de la onda de ultrasonido a partir de la estimación de la forma de onda, siendo la fase instantánea de un eco de salida;
v) asignar a la ubicación la estimación de la fase instantánea;
vi) calcular la amplitud instantánea a partir de la transformada Hilbert,
vii) Calcular el valor de atenuación para la al menos una porción de la superficie del componente compuesto,
viii) Calcular una representación de la señal C-scan de la atenuación calculada,
ix) Calcular al menos una transformada de Fourier para la al menos una primera onda de ultrasonido recibida,
x) Calcular una señal de ratio R de la al menos una primera transformada de Fourier calculada dividida entre la transformada de Fourier de una onda de ultrasonido recibida en respuesta a una onda de ultrasonido de referencia inducida en un fluido líquido en proximidad al al menos una porción de la superficie posterior del componente,
xi) Seleccionar a partir de cada señal de ratio R, al menos un rango de una frecuencia de análisis superior a la frecuencia nominal central y al menos un rango de una frecuencia de análisis inferior a la frecuencia nominal central e inferior a la primera frecuencia de análisis,
xii) Calcular una imagen del rango de la frecuencia de análisis superior y una imagen del rango de la frecuencia de análisis inferior.
xiii) Comparar las imágenes correspondientes a la señal de ratio R de la frecuencia de análisis superior calculada, las imágenes de la señal de ratio R de la frecuencia de análisis inferior calculada y la señal C-scan de atenuación calculada para cada porción de la superficie posterior del componente para clasificar un nivel de porosidad de defectos del volumen del componente analizado,
xiv) repetir las etapas i) a xiii) para ubicaciones diferentes y, además, diferentes transductores de transmisión.
Otro aspecto del método de inspección se refiere a un programa de ordenador, comprendiendo el programa de ordenador instrucciones para que el aparato del segundo aspecto de la invención ejecute el método del primer aspecto de la invención.
Otro aspecto de método de inspección se refiere a un aparato para ejecutar el método de inspección.
Los diferentes aspectos y realizaciones de método de inspección definidos anteriormente son combinables entre sí, siempre que sean mutuamente compatibles.
Breve descripción de las figuras
Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención de acuerdo con ejemplos de realizaciones prácticas de la misma, se acompaña como parte integrante de la descripción, un juego de dibujos en el que, con carácter ilustrativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1 muestra en un esquema un método de inspección de un volumen de un componente compuesto de un acuerdo con algunas realizaciones de la invención,
La figura 1A muestra una visualización de una señal de eco de ultrasonido reflectada, en propagación libre en un fluido líquido, por el fondo de un contenedor donde está dispuesto el componente compuesto a inspeccionar,
La figura 1B muestra en un esquema una distribución de señales de ultrasonido inducidas por un transductor de transmisión y recibidas por un transductor de recepción, ecos de ultrasonido en propagación libre en agua, ecos de ultrasonido en un polímero reforzado por fibra de carbono, CFRP, donde cada porción de componente compuesto proporciona una señal de eco,
La figura 2 muestra en un diagrama una curva que comprende muestras de una estimación de una forma de onda de una onda recibida,
La figura 3 muestra en un diagrama una envolvente de la curva de la figura 2,
La figura 4 muestra en un diagrama una envolvente de la curva de la figura 2,
La figura 4A muestra una onda de ultrasonido recibida tras aplicar la transformada de Hilbert donde la parte compleja no se visualiza y como queda la onda de ultrasonido recibida tras anular los valores fuera de la ventana que delimitada el máximo y se establece como eco de
salida, se toma una segunda ventana en el eje X de ordenadas que abarca un intervalo en el eje X de ordenadas del orden del rango del máximo de a figura 4 superior,
La figura 4B muestra una señal correspondiente a la onda de ultrasonido recibida reflejo en el fondo del contenedor donde ha sido cancelado cualquier valor fuera de la ventana que, delimitada el máximo,
La figura 4C muestra imágenes de proyecciones de porosidad, estructuras blancas en las imágenes, de izquierda hacia la derecha, para una atenuación en dB, señal de ratio R media en un intervalo [2, 2,5] MHz y señal de ratio R media en un intervalo [4, 4,5] MHz,
La figura 4D muestra imágenes de proyecciones de porosidad, estructuras blancas en la imagen, donde se observan distintas regiones de porosidad:
1. Poros pequeños distribuidos en el espacio, cuadro azul,
2. Poros pequeños más concentrados en ciertas regiones, cuadro azul,
3. Grandes canales horizontales y verticales, líneas rojas
La figura 4E muestra imágenes de porciones de componente con poros pequeños concentrados o defectos de mayor tamaño como los canales con niveles medios o altos de atenuación, cuanto más blancas mayor atenuación y que en la imagen relativa a la señal de ratio R media en un intervalo [2, 2,5] MHz coinciden con zonas oscuras,
La figura 4F muestra una Tabla resumen de las imágenes relativas a la atenuación en dB, a la señal de ratio R media en un intervalo [2, 2,5] MHz, a la señal de ratio R media en un intervalo [4, 4,5] MHz y a la tomografía computarizada XCT,
La figura 5 muestra en un diagrama una representación gráfica de una función que comprende estimaciones de fase instantánea,
La figura 5A muestra la señal antes de aplicar la transformada de Hilbert y la amplitud instantánea para una porción,
La figura 5B muestra los instantes de los picos de los ecos de salida máximo dentro de la ventana y se visualiza el valor de fase instantánea en los instantes seleccionados para el conjunto de señales de fase instantánea,
La figura 5C muestra en una Tabla un análisis comparativo de los 3 tipos de imágenes provenientes de los ultrasonidos para deducir un tipo de morfología de la porosidad, la tabla muestra en columnas: una numeración de caso, la descripción de lo que se visualizar en cada imagen de análisis, con una región que cumple la descripción y destacada en negro o con
flechas; además de una imagen de tomografía computarizada XCT y una columna del tipo de porosidad,
La figura 6 muestra una imagen generada en un método de acuerdo con algunas realizaciones de la invención.
La figura 7 muestra una imagen generada mediante tomografía computarizada.
La figura 8 muestra una comparación entre la imagen de la figura 6 y la imagen de la figura 7.
La figura 9 muestra en un esquema un aparato de realización del método de inspección de un volumen de un componente compuesto,
La figura 10 muestra en un esquema un componente compuesto inspeccionado de acuerdo con el método de inspección,
Descripción detallada
En relación con las figuras 1 y 10 donde se muestra esquemáticamente un método 100 de inspección de un volumen de un componente 300, estando el volumen delimitado por una superficie anterior 301 del componente 300 y por una superficie posterior 302 del componente 300. El volumen del componente 300 comprende un material compuesto; la matriz del material compuesto es una resina y el agente reforzante del material compuesto son fibras.
El método de inspección 100 permite realizar un análisis comparado entre las imágenes obtenidas a partir de al menos dos frecuencias de inspección e imágenes obtenidas a partir de la atenuación y relativas para diferenciar porciones del volumen del componente compuesto 300 con un contenido de resina elevado y porciones del volumen del componente 300 con un contenido de resina relativamente menor.
El método de inspección 100 permite diferenciar volúmenes del material compuesto relativamente estrechos y alargados, presentando un volumen prismático, paralelepípedo con una longitud de al menos diez veces el diámetro de la base del volumen, comprendiendo un contenido de resina elevado con respecto a otros volúmenes del material compuesto con un contenido de resina relativamente más bajo.
En relación ahora con la figura 9, donde se muestra un aparato 200 configurado para realizar el método de inspección 100 del volumen del componente y métodos alternativos de inspección 100 del volumen del componente 300.
El método 100 de inspección del componente compuesto permite diferenciar entre zonas ricas y pobres en otros materiales, como polímeros, polímeros termoplásticos y biopolímeros.
Volviendo a la figura 10 que muestra el componente compuesto 300 con forma de paralelepípedo cuyo volumen es inspeccionable mediante el método 100 de inspección del volumen del componente 300.
El componente bajo inspección presenta una forma de paralelepípedo, siendo el método de inspección 100 aplicable a componentes con otras formas.
El componente 300 comprende una superficie anterior 301 y una superficie posterior 302. La única parte visible de la superficie posterior 302 en la figura 10 son algunos bordes de la periferia de la superficie posterior 302.
El volumen del componente 300 se divide en porciones volumétricas 303, 304, 305, 306. Cada porción volumétrica 303, 304, 305, 306 comprende una porción de la superficie anterior 301 del componente 300 y una porción de la superficie posterior 302 del componente 300.
La figura 10 muestra las porciones 3011,3012, 3013 de la superficie anterior 301. El método de inspección 100 se aplica a la pluralidad de porciones volumétricas del componente 300, donde la superficie anterior 301 y la superficie posterior 302 delimitan la pluralidad de porciones volumétricas.
En relación ahora con las figuras 1A, 1B y 4A, el método de inspección 100 de inspección del volumen del componente 300 comprende:
• Inducir, por medio de un transductor de transmisión, una onda de ultrasonido de inspección a una frecuencia central nominal de 5MHz sobre una pluralidad de porciones de la superficie 3011,3012, 3013 superficie posterior 302 del componente compuesto 300;
Realizar para cada una de las porciones 3011,3012, 3013 de la superficie posterior 302 del componente compuesto 300 las siguientes etapas,
• recibir 1021, por medio de un transductor de recepción, una pluralidad de ondas de ultrasonido en respuesta a la onda de ultrasonido de inspección inducida en la pluralidad de porciones de la superficie posterior 302 del componente 300, representando la forma de la onda una evolución temporal de intensidad de la onda de ultrasonido recibida, definiendo la forma de onda fases instantáneas de la onda de ultrasonido recibida,
• calcular, por medio de un medio de procesamiento 203 conectado al transductor de recepción, la transformada de Hilbert de la forma de la onda de ultrasonido recibida,
• calcular la amplitud instantánea a partir de la transformada Hilbert calculada de acuerdo con la formula:
Calcular el valor de atenuación para cada porción de la superficie posterior del componente de acuerdo con la fórmula:
donde A es el valor de un pico del eco de salida 9 de cada señal, ver figura 4, para seleccionar el pico del eco de salida 9 de cada señal reflejada en la superficie posterior del componente se determina el pico del eco de salida máximo 21 como entrada s_r1, se calcula el tiempo de vuelo s_r1, se determina una primera ventana distante del pico del eco de salida máximo 21 y se obtiene el pico del eco de salida máximo 9, que se establece como eco de salida. Una vez seleccionado el pico del eco de salida máximo 9, se determina la ventana o rango de la frecuencia de muestreo en el eje de ordenadas: la ventana o rango de la frecuencia de muestreo relativa al pico del eco de salida máximo 9 será equivalente al rango del pico del eco de salida máximo 21.
AA es el valor de la atenuación en dB.
A0 es del valor de amplitud de referencia del transductor de transmisión
calcular una representación de la señal C-scan de la atenuación calculada,
calcular al menos una transformada de Fourier para la onda de ultrasonido s_r2 recibida dentro del rango de la frecuencia de muestreo relativa al pico del eco de salida máximo 9 para la al menos una porción de la superficie posterior del componente,
calcular una señal de ratio R, en valor absoluto, de la al menos una transformada de Fourier calculada que es dividida entre la transformada de Fourier de la onda de ultrasonido recibida en respuesta a una onda de ultrasonido de referencia s_r1 inducida en un fluido líquido en proximidad a al menos una porción de la superficie posterior del componente,
siendo
\FFT(M)| el valor absoluto de la transformada de Fourier correspondientes a porción de la superficie posterior del componente
|FFT(Å)| el valor absoluto de transformada de Fourier correspondiente a la referencia en una región donde el ultrasonido solo se transmitió en un fluido líquido como es el agua,
• seleccionar de cada señal de ratio R, al menos un rango de una frecuencia de análisis superior próxima a la frecuencia nominal central y al menos un rango de una frecuencia de análisis inferior que es inferior a la frecuencia de análisis superior e inferior a la frecuencia nominal central,
• calcular una imagen del rango de la frecuencia de análisis superior, y del rango de la frecuencia de análisis inferior,
• Comparar las imágenes correspondientes a la señal de ratio R de la frecuencia de análisis superior calculada, la señal de ratio R de la frecuencia de análisis inferior calculada y la señal C-scan de atenuación calculada para cada porción de la superficie posterior del componente para clasificar un nivel de porosidad del volumen del componente analizado.
Se ha de observar que, una vez se ha determinado el rango de la frecuencia de muestreo utilizada para calcular la atenuación, se determina la ventana en la estimación de la forma de la onda de ultrasonido recibida a partir de la transformada de Hilbert. A continuación, se anulan todos los valores de la estimación de la forma de la onda de ultrasonido recibida tras aplicar la transformada de Hilbert que se encuentren fuera del rango de la ventana, ver figura 4A.
Hay que realizar el mismo proceso para la onda de ultrasonido que se propaga a través del fluido líquido como el agua en un punto medio cercano al componente compuesto 300, que se utiliza para calibrar el transductor de recepción.
La ventana seleccionada comprende la forma de la onda de ultrasonido del reflejo en el fondo del contenedor y, de nuevo, se cancela cualquier valor fuera de esa ventana, ver figura 4B, y se calcula la transformada de Fourier de la onda de ultrasonido del reflejo del contenedor. Se repite el proceso para todas señales que incluyen información en la ventana de interés para todas las porciones 3011 de la superficie posterior del componente 300:
• estimar 1041 una fase instantánea a partir de la estimación de la forma de onda recibida reflejada en la superficie posterior 302 de la primera porción 3011, siendo la fase instantánea de la porción de la onda de ultrasonido recibida,
• asignar 1051 a la porción de la superficie anterior 301 la estimación de la fase instantánea 8, en la figura 5.
Para una porción 3012 adyacente a la anterior porción de la superficie anterior 301 del componente 300, se realizan las siguientes etapas del método de inspección:
• recibir, en respuesta a la onda de ultrasonido inducida en la segunda porción 3012 de la superficie posterior 302 del componente 300, una onda de ultrasonido,
• estimar una segunda forma de onda 1032 de la onda de ultrasonido recibida, definiendo la forma de onda fases instantáneas de la onda de ultrasonido recibida,
o estimar una segunda fase instantánea 1042 a partir de la estimación de la segunda forma de onda, siendo la fase instantánea de una onda de ultrasonido recibida reflejada por la superficie posterior 302 del componente 300 antes de la recepción de la porción de la onda,
o asignar la estimación de la segunda fase instantánea 1052 a la segunda porción 3012 de la superficie anterior 301.
Asimismo, las antedichas etapas del método de inspección se repiten para cada porción adyacente a otra porción adyacente anterior del componente compuesto 300.
A continuación, se calcula la señal de ratio R, división de cada señal valor absoluto de la transformada de Fourier obtenida en material entre el valor absoluto de la transformada de Fourier de la referencia en agua. Por lo tanto, la señal de ratio R es el porcentaje de valor absoluto de una frecuencia restante tras el paso del ultrasonido por el componente compuesto 300.
A partir de cada señal de ratio R, se selecciona un rango de una frecuencia de análisis superior igual o superior a 4 MHz próxima a la frecuencia nominal central 5 MHz y al menos un rango de una frecuencia de análisis inferior igual o inferior a 2,5 MHz que es inferior a la frecuencia de análisis superior e inferior a la frecuencia nominal central.
La figura 4C muestra las imágenes relativas a la atenuación, a un valor de señal de ratio R en un intervalo de 2 a 2,5 M Hz y señal de ratio R en un intervalo de 4 a 4,5 MHz.
En relación ahora con la figura 4D, que muestra la proyección del nivel de porosidad de defectos, estructuras blancas en la imagen, se observan distintas regiones de porosidad:
1. Poros pequeños distribuidos en el espacio, cuadro azul,
2. Poros pequeños más concentrados en ciertas regiones, cuadro azul,
3. Grandes canales horizontales y verticales, líneas rojas.
En relación ahora con la figura 4E, que muestra un resultado del análisis comparado de imágenes, se concluye que las porciones con poros pequeños concentrados, o defectos de mayor tamaño como los canales son aquellas con niveles medios o altos de atenuación, imagen izquierda, cuanto más blancas, mayor atenuación, y que en la imagen central la señal de ratio R media del intervalo [2, 2,5] MHz no son distinguibles y en la imagen derecha la señal de ratio R media del intervalo [4, 4,5] MHz coinciden con zonas oscuras. En el caso en el que los poros presentan cierto tamaño, la imagen en el rango de la frecuencia de análisis superior y en el rango de la frecuencia de análisis inferior son muy similares, es decir la respuesta en cada frecuencia es prácticamente equivalente.
La figura 4F muestra una tabla resumen de la etapa de comparación de las imágenes de la señal de ratio R de la frecuencia de análisis superior calculada, la señal de ratio R de la frecuencia de análisis inferior calculada y la señal C-scan de atenuación calculada para cada porción de la superficie posterior del componente y la proyección de la tomografía computarizada para clasificar un nivel de porosidad del volumen del componente analizado
En conclusión, la comparación de la proyección de la tomografía computarizada, la atenuación y de las imágenes obtenidas a partir del análisis en el dominio de la frecuencia permite identificar la porosidad en base a su tamaño y forma en material compuesto.
Lógicamente, se requiere que las etapas del método de inspección se realicen para tantas porciones del componente compuesto 300 sometidas a inspección del nivel de porosidad de defectos.
Alternativamente, el método de inspección del volumen de un material compuesto es realizado a partir de al menos dos transductores de transmisión de ultrasonidos con diferentes frecuencias de inspección, a partir de una primera frecuencia de inspección se generan imágenes de atenuación de señales C-scan de atenuación tal y como ha sido descrito anteriormente y a partir de la segunda frecuencia se generan las imágenes de la amplitud instantánea y las imágenes de la media de la fases de la segunda frecuencia de inspección.
El método de inspección comprende:
• Inducir, por medio de un primer transductor de transmisión, al menos una primera onda de ultrasonido de inspección en al menos una porción de la superficie posterior del componente,
• recibir, por medio de un primer transductor de recepción, al menos una primera onda de ultrasonido en respuesta a la primera onda de ultrasonido de inspección inducida en la al menos una porción de la superficie posterior del componente,
• calcular, por medio de un medio de procesamiento, la transformada de Hilbert de la forma de la primera onda de ultrasonido recibida,
• Calcular, por medio del medio de procesamiento, el valor de atenuación para la al menos una porción de la superficie del componente de acuerdo con la fórmula:
donde A es el valor de un pico del eco de salida 9 de cada señal, ver figura 4, para seleccionar el pico del eco de salida 9 de cada señal reflejada en la superficie posterior del componente se determina el pico del eco de salida máximo 21 como entrada s_r1, se calcula el tiempo de vuelo s_r1, se determina una primera ventana distante del pico del eco de salida máximo 21 y se obtiene el pico del eco de salida máximo 9, que se establece como eco de salida. Una vez seleccionado el pico del eco de salida máximo 9, se determina la ventana o rango de la frecuencia de muestreo en el eje de ordenadas: la ventana o rango de la frecuencia de muestreo relativa al pico del eco de salida máximo 9 será equivalente al rango del pico del eco de salida máximo 21.
AA es el valor de la atenuación en dB.
A0 es del valor de amplitud de referencia del transductor de transmisión
• Calcular, por medio del medio de procesamiento, una representación de la señal C-scan de la atenuación calculada,
• calcular al menos una transformada de Fourier para la onda de ultrasonido s_r2 recibida dentro del rango de la frecuencia de muestreo relativa al pico del eco de salida máximo 9 para la al menos una porción de la superficie posterior del componente,
Inducir, por medio de un segundo transductor de transmisión, al menos una segunda onda de ultrasonido de inspección en la al menos una porción de la superficie posterior del componente, siendo la segunda onda de ultrasonido de inspección menor que la primera onda de ultrasonido de inspección,
recibir, por medio de un segundo transductor de recepción, al menos una onda de ultrasonido en respuesta a la segunda onda de ultrasonido de inspección inducida en la al menos una porción de la superficie posterior del componente,
• Calcular, por medio del medio de procesamiento, al menos una forma de onda de la onda de ultrasonido recibida, definiendo la forma de onda fases instantáneas de la onda de ultrasonido recibida,
• calcular, por medio del medio de procesamiento, la amplitud instantánea a partir de la transformada Hilbert calculada para la al menos una forma de onda de la onda de ultrasonido recibida de acuerdo con la formula:
• Calcular, por medio del medio de procesamiento, al menos una fase instantánea a partir de la forma de onda calculada, siendo la fase instantánea de una porción de la onda de ultrasonido recibida, siendo la porción de la onda reflejada en la superficie posterior del componente,
• Calcular, por medio del medio de procesamiento, una imagen de la fase instantánea calculada, y una imagen de la amplitud instantánea calculada,
• Comparar, por medio del medio de procesamiento, las imágenes de la fase instantánea calculada, las imágenes de la amplitud instantánea calculada y las imágenes de la señal C-scan de atenuación calculada para clasificar un nivel de porosidad de defectos de al menos una porción del componente.
En una realización, el valor de la primera onda de ultrasonido de inspección es igual o superior a 5 MHz y el valor de la segunda onda de ultrasonido de inspección es inferior o igual a 0,3 MHz.
Como se ha indicado anteriormente, el segundo transductor de recepción recibe las ondas de ultrasonido en respuesta a la segunda onda de ultrasonido de inspección inducida para el componente compuesto 300 y el medio de procesamiento calcula la transformada de Hilbert, obteniendo la amplitud instantánea de la señal transformada de cada porción del componente compuesto 300.
En relación ahora con la figura 5A y 5B, muestra una onda de ultrasonido en respuesta a la segunda onda de ultrasonido de inspección inducida antes de que el medio de procesamiento calcule la transformada de Hilbert y la correspondiente amplitud instantánea para una porción del componente compuesto 300.
El segundo transductor de recepción recibe las ondas de ultrasonido en respuesta a la segunda onda de ultrasonido de inspección inducida y el medio de procesamiento calcula la transformada de Fourier para proporcionar un conjunto de fases instantáneas y obtiene el valor absoluto del conjunto de fases instantáneas
El medio de procesamiento determinación de la ventana o rango de la frecuencia de muestreo donde el valor de inicio de la ventana está definido en el eje X y es el valor máximo de la envolvente y el valor final de la ventana es el valor en el eje X resultante de calcular el tiempo de vuelo necesario para recorrer el espesor del material a la velocidad del sonido.
El medio de procesamiento determina los instantes de los picos dentro de la ventana y se visualiza el valor de fase instantánea en los instantes seleccionados para el conjunto de señales de fase instantánea, siendo imágenes muy parecidas, por tanto, el medio de procesamiento calcula una media de las fases instantáneas dentro de la ventana.
En relación ahora con la figura 5C, una vez que han sido obtenidas las imágenes de la señal de atenuación para la primera frecuencia de inspección 5 MHz y las imágenes de la amplitud instantánea y de la fase media instantánea de la segunda frecuencia de inspección 0,3 MHz, se realiza el análisis comparado de las imágenes obtenidas para deducir un tipo de morfología del nivel de porosidad de defectos. Además, se ha incluido una cuarta imagen de tomografía computarizada XCT para validar las conclusiones.
Dependiendo del material, el tamaño de los defectos u otras variables, son deducibles varios tipos de porosidad del tipo poros pequeños distribuidos (tipo I), poros de mayor tamaño (tipo II) y defectos alargados (tipo III).
En una etapa del método de inspección 100, se induce 101 una onda de ultrasonido en varias porciones 3011,3012, 3013, ... de la superficie anterior 301 del componente 300.
La onda de ultrasonido se induce en la primera porción 3011 de la superficie anterior 301 accionando un transductor de transmisión piezoeléctrico acoplado a la primera porción 3011 de la superficie anterior 301. El transductor de transmisión se acciona a una frecuencia apropiada para generar la onda de ultrasonido, aplicando una tensión eléctrica de frecuencia de entre 0,5 MHz y 15 MHz, tal como una frecuencia de 10 MHz resultante en una onda de ultrasonido de frecuencia de 10 MHz.
Una onda de ultrasonido se induce simultáneamente en cada porción de la superficie anterior 301, alternativamente, se induce una onda de ultrasonido consecutivamente en cada porción de la superficie anterior 301.
Para inducir una onda de ultrasonido en varias porciones de la superficie anterior simultáneamente, se acopla un transductor de transmisión piezoeléctrico a cada una de las porciones de la superficie anterior 301 y se acciona cada transductor de transmisión piezoeléctrico simultáneamente.
Para inducir una onda de ultrasonido consecutivamente en cada porción de la superficie anterior 301, se:
• acopla el transductor de transmisión piezoeléctrico a una porción de la superficie anterior 301;
• acciona el transductor de transmisión piezoeléctrico posteriormente al acoplamiento del transductor de transmisión piezoeléctrico a la porción de la superficie anterior 301; y
• repiten las antedichas etapas en porciones adyacentes o contiguas de la superficie anterior 301del componente compuesto 300.
El acoplamiento del transductor de transmisión a la porción de la superficie anterior 301 del componente 300 no requiere que el transductor esté en contacto físico con el componente 300, se aplica al fluido líquido del tipo gel, agua, etc. entre el transductor de transmisión y el componente 300 para mejorar la transmisión de la onda entre el transductor de transmisión y la porción de la superficie anterior 301.
La etapa de inducir 101 una onda de ultrasonido en varias porciones de la superficie anterior 301 comprende una primera etapa de inducción 1011 de una onda de ultrasonido en la primera porción 3011 de la superficie anterior 301, una segunda etapa de inducción 1012 de una onda de ultrasonido en la segunda porción 3012 adyacente de la superficie anterior 301 diferente de la primera porción de la superficie anterior 301, una tercera etapa de inducción 1013 adyacente a la anterior porción del componente compuesto 300 de una onda de ultrasonido en la tercera porción 3013 de la superficie anterior 301 diferente de la primera porción 3011 y la segunda porción 3012 de la superficie anterior 301. Tal como se ilustra en la figura 1 se induce una onda de ultrasonido en más de tres porciones de la superficie anterior 301, por ejemplo, en cien, quinientas o mil porciones de la superficie anterior 301.
En otra etapa del método de inspección 100, se recibe 1021 una onda de ultrasonido en respuesta a la onda de ultrasonido inducida en la porción de la superficie anterior 301, procediendo la onda recibida de la primera porción 3011 de la superficie anterior 301.
La onda de ultrasonido inducida en el componente 300 se refleja en la superficie posterior 302 del componente 300, de manera que vuelve a la primera porción 3011 de la superficie anterior 301. La onda se recibe en un transductor de recepción de ondas de ultrasonido acoplado a la primera porción 3011 de la superficie anterior 301. El transceptor de recepción de ondas de ultrasonido es un transductor que convierte la amplitud instantánea de intensidad de la onda de ultrasonido recibida en una señal que depende de la amplitud instantánea de intensidad de la onda recibida. Lógicamente, no se r recepción de ondas
de ultrasonido esté en contacto físico con el componente 300 para recibir la onda de ultrasonido, se aplica un gel o un líquido entre el transceptor de recepción y el componente 300 para mejorar la transmisión de la onda entre la primera porción 3011 de la superficie anterior 301 y el transceptor de recepción.
En otra etapa del método de inspección 100, se estima una forma de onda de la onda de ultrasonido recibida, definiendo la forma de onda fases instantáneas de la onda de ultrasonido recibida. Se estima la forma de onda de la onda de ultrasonido recibida muestreando la onda de ultrasonido recibida, por muestreo de la intensidad, elongaciones de intensidad, de la onda de ultrasonido recibida.
El transductor de recepción de ondas de ultrasonido envía, a medio de procesamiento, señales representativas de intensidades instantáneas de porciones adyacentes de una onda de ultrasonido recibidas en una pluralidad de instantes de tiempo. El medio de procesamiento estima la forma de onda usando las señales representativas de intensidades instantáneas.
En relación ahora con la figura 2, una frecuencia de muestreo relativamente elevada permite minimizar la pérdida de información del muestreo. Una curva 7 comprende muestras de intensidad instantánea de una onda recibida y muestreada a una frecuencia de 40 MHz, resultando la onda recibida de una onda inducida de 10 MHz. El eje horizontal de abscisas de las gráficas, indica instantes. El eje vertical de la gráfica eje de ordenadas, indica elongaciones instantáneas de una estimación de una forma de onda de la onda de ultrasonido recibida en tanto por uno con respecto a la elongación máxima de la estimación.
En concreto, las elongaciones instantáneas son elongaciones de intensidades de la onda. El eje vertical de la gráfica de las figuras 3 y 4 indica módulos instantáneos de una transformada de Hilbert de la estimación de una forma de onda de la onda de ultrasonido recibida en tanto por uno con respecto al módulo instantáneo máximo de la transformada.
La estimación de la forma de onda se expresa mediante la ecuación:
X = A (t) ■ cos(0(t))
donde:
A (t): es la amplitud de la estimación de la forma de onda en función del tiempo t;
0(t): es la fase de la estimación de la forma de onda en función del tiempo t; y
X : es la estimación de la forma de onda.
En otra etapa del método de inspección 100, se estima 1041 una fase instantánea a partir de la estimación de la forma de onda de ultrasonido. La fase instantánea es una fase instantánea
de una porción de la onda de ultrasonido recibida. En concreto, se estima la fase instantánea de la porción de la onda recibida que ha sido reflejada en la superficie posterior 302 del componente 300 antes de la recepción de la porción de la onda. Dicho de otro modo, la onda inducida se refleja en la superficie posterior 302 generando un eco de salida, y el eco de salida es la porción de la onda recibida cuya fase instantánea se estima.
Lógicamente, la estimación de la fase instantánea 8 es una estimación de la frecuencia de la porción de la onda de ultrasonido recibida en el instante T.
El instante T de recepción de la onda de ultrasonido se calcula de varias formasa partir de una envolvente 2 de la estimación de la forma de onda. La envolvente 2 representa una evolución en el tiempo de los módulos instantáneos de una transformada de Hilbert de la estimación de la forma de onda.
Dada una estimación de la forma de onda igual a:
la curva 7 es una representación gráfica de X: y
la envolvente 2 es una representación gráfica de |A(t)|. Lógicamente:
siendo:
la amplitud de la estimación de la forma de onda en función del tiempo t;
X: la estimación de la forma de onda.
Para estimar la fase instantánea de la porción de la onda recibida se determina previamente un instante para estimar la fase instantánea.
Las figuras 3 y 4 muestran gráficas de la envolvente 2 de la estimación de la forma de onda. El eje horizontal, dicho de otro modo, el eje de abscisas de las gráficas, indica instantes. Se han tomado muestras de la onda a una frecuencia de 40 MHz.
Continuando con la determinación del instante T, se determina un instante de un primer máximo 21 de la envolvente 2. El instante del primer máximo 21 de la envolvente 2 es el instante de recepción de la onda de ultrasonido resultante de la reflexión de la onda inducida en la superficie anterior 301.
El instante T es el resultado de sumar al instante del primer máximo 21 de la envolvente 2 una estimación de un tiempo de propagación 4 de sonido por el componente 300, transcurriendo
el tiempo de propagación desde que la onda inducida atraviesa la porción de la superficie anterior 301 hasta que la onda inducida regresa a la porción de la superficie anterior 301 tras una única reflexión en la superficie posterior 302. Dicho de otro modo, este tiempo de propagación 4 es el tiempo que tarda el sonido en propagarse por un volumen del componente 300 sin defectos una distancia igual a dos veces un espesor 310 del componente 300. El tiempo de propagación 4 se estima resolviendo la ecuación:
donde:
t : es la estimación del tiempo de propagación 4 de la onda de ultrasonido;
e: es un espesor 310 del componente 300 desde la superficie anterior 301 hasta la superficie posterior 302; y
v: es la velocidad de propagación de sonido en un volumen sin defectos del componente 300.
En algunas realizaciones el instante resultante 6 de sumar la estimación del tiempo de propagación 4 al instante del primer máximo 21 de la envolvente 2 es el instante T. Sin embargo, en algunas realizaciones se mejora la estimación de la fase instantánea 8 determinando un instante T próximo al instante resultante 6 de la suma de la siguiente manera: se determina un instante de un módulo instantáneo máximo en un intervalo continuo de tiempo 5 no nulo de la envolvente 2. El intervalo continuo de tiempo 5 comprende el instante resultante 6 de la suma. El intervalo continuo de tiempo 5 tiene una extensión de como máximo Tmax segundos, siendo:
donde:
v: velocidad de propagación de sonido en un volumen sin defectos del componente en unidades de m/s.
A continuación, se indica un ejemplo de estimación del tiempo de propagación 4 de sonido por el componente 300, teniendo el componente 300 un espesor de cinco milímetros y una velocidad de propagación de sonido por un volumen del componente sin defectos igual a tres mil m/s:
donde:
e: es el espesor del componente 300;
v: es la velocidad de propagación de sonido en un volumen sin defectos del componente 300; y
t: es la estimación del tiempo de propagación 4 de sonido por el componente 300 desde que la onda inducida atraviesa la porción de la superficie anterior 301 hasta que la onda inducida regresa a la porción de la superficie anterior 301 tras una única reflexión en la superficie posterior 302.
En otra etapa del método de inspección 100, se asigna 1051 a la porción de la superficie anterior 301 la estimación de la fase instantánea 8, ver eje vertical o de ordenadas de la figura 5.
Se repite, para porciones diferentes de la superficie anterior 301 del componente 300, las etapas del método 100 posteriores a la etapa de inducir una onda de ultrasonido en cada porción de la superficie anterior 301 del componente 300. De este modo, se asigna una estimación de la fase instantánea 8 a cada porción de la superficie anterior 301.
La asignación de una estimación de la fase instantánea de la onda recibida a cada porción de la superficie anterior 301 se considera una distribución espacial de las estimaciones de fase instantánea. Esta distribución espacial de las estimaciones de fase instantánea permite ubicar defectos y estimar la geometría de defectos del volumen del componente 300. La ubicación y la geometría de los defectos están relacionados con las estimaciones de fases instantáneas asignadas a las porciones de la superficie anterior 301.
El método 100 incluye una etapa, no ilustrada en la figura 1, de generación de una imagen, tal como la imagen mostrada en la figura 6, de ubicaciones de las porciones de la superficie anterior 301, comprendiendo la imagen una representación visual de las estimaciones de fase instantánea asignadas a las porciones de la superficie anterior 301. La representación visual es representable mediante una escala de colores, representando cada color de la escala de colores una medida de frecuencia; y en el que cada ubicación de la imagen tiene un color, representando el color la estimación de la fase instantánea asignada a la porción de la ubicación según la escala de colores.
En la imagen de la figura 6 las frecuencias bajas son más oscuras que las frecuencias altas. La figura 7 muestra una imagen de tomografía computarizada del mismo componente 300. La
figura 8 muestra una primera imagen 12 y una segunda imagen 13 en las que se ha marcado las mismas porciones de la superficie anterior 301. Tal como se deduce de las porciones marcadas en la primera imagen 12 y en la segunda imagen 13 y de la figura 7, la imagen de la figura 6 obtenida por métodos de la presente invención permite identificar características del volumen con una resolución similar a la tomografía computarizada.
El método de inspección 100 permite identificar regiones estrechas y alargadas 121, 122, 123 del componente 300 más ricas en resina que otras regiones adyacentes, permite detectar unas porciones volumétricas 303, 305 más ricas en resina que otras porciones volumétricas 304, 306 adyacentes.
Las regiones estrechas y alargadas 121, 122, 123 del componente 300 más ricas en resina que otras regiones adyacentes son identificables por su menor fase instantánea en comparación con las estimaciones de fase instantánea de las otras regiones adyacentes.
El método de inspección 100 permite identificar porciones de la superficie anterior 301 que componen una región con forma de línea, por ejemplo, estando las porciones unidas por una línea continua, y que tienen asignadas estimaciones de fase instantánea menores que las estimaciones de fase instantánea asignadas a todas las porciones de la superficie anterior 301 exteriores a la región con forma de línea y contiguas a las porciones que componen la región con forma de línea.
La identificación de estas regiones se realiza de forma manual o automática.
La figura 9 muestra un aparato 200 de inspección por ultrasonido para inspeccionar un componente compuesto 300, comprendiendo el aparato 200:
un transductor de transmisión 201 de ondas de ultrasonido, del tipo transductor de transmisión 201 piezoeléctrico, para inducir una onda de ultrasonido en un componente 300;
un transductor de recepción 202 de ondas de ultrasonido acoplable a porciones de la superficie anterior 301 de un componente 300; el transductor de recepción 202 de ondas de ultrasonido se acopla a las porciones de la superficie anterior 301, de manera que, recibe ondas de ultrasonido transmitidas a través de las porciones de la superficie anterior 301, es decir, no es necesario que el transductor de recepción contacte físicamente con el componente 300; el transductor de recepción 202 de ondas de ultrasonido es configurado para convertir una perturbación, tal como una presión, una elongación o una deformación, causada por una onda de sonido en datos de fases instantáneas de la onda y de amplitudes instantáneas de la onda; y medio de procesamiento 203, como por ejemplo un microprocesador, comunicativamente conectados al transductor de recepción 202 de ondas de ultrasonido;
estando el medio de procesamiento 203 configurado para:
i) recibir datos de una onda de ultrasonido enviados por el transductor de recepción 202 de ondas de ultrasonido, datos de fases instantáneas de la onda, datos de instantes de las fases instantáneas de la onda y datos de amplitudes instantáneas de la onda y de instantes de las amplitudes instantáneas de la onda;
ii) recibir una ubicación del transductor de recepción 202 de ondas de ultrasonido, siendo la ubicación del transductor de recepción 202 de ondas de ultrasonido determinada por el transductor de recepción 202 de ondas de ultrasonido o por otro dispositivo;
iii) estimar una forma de onda de la onda de ultrasonido a partir de los datos de la onda de ultrasonido, definiendo la forma de onda fases instantáneas de la onda de ultrasonido y amplitudes instantáneas de la onda de ultrasonido;
iv) estimar una fase instantánea de la onda de ultrasonido a partir de la estimación de la forma de onda, siendo la fase instantánea de una porción de la onda reflejada en la superficie posterior 302 del componente 300;
v) asignar a la ubicación la estimación de la fase instantánea 8;
estando los medios de procesamiento 203 configurados para repetir i) a v) para ubicaciones diferentes del transductor de recepción de ondas de ultrasonido.
En algunas realizaciones, el medio de procesamiento estima la fase instantánea usando una estimación de un instante del eco de salida, siendo la estimación determinada mediante los métodos indicados anteriormente.
Opcionalmente, los medios de procesamiento 203 están comunicativamente conectados al generador 201 de ondas.
Los medios de procesamiento 203 del aparato 200 están configurados para ejecutar un programa de ordenador que comprende las etapas de:
i) recibir datos de una onda de ultrasonido;
ii) recibir una ubicación asociada a los datos de la onda de ultrasonido;
iii) estimar una forma de onda de la onda de ultrasonido a partir de los datos de la onda de ultrasonido, definiendo la forma de onda fases instantáneas de la onda de ultrasonido y, opcionalmente, amplitudes instantáneas de la onda de ultrasonido;
iv) estimar una fase instantánea de la onda de ultrasonido a partir de la estimación de la forma de onda, siendo la fase instantánea de una porción de la onda reflejada en la superficie posterior 302 del componente 300;
v) asignar a la ubicación la estimación de la fase instantánea 8;
vi) repetir las etapas i) a v) para ubicaciones diferentes.
Opcionalmente, el programa de ordenador comprende la etapa de accionar un generador de ondas para inducir una onda de ultrasonido en varias porciones de la superficie anterior 301 del componente 300.
Claims (12)
1. Método (100) de inspección de un volumen de un componente (300), estando el volumen delimitado por una superficie anterior (301) del componente (300) y por una superficie posterior (302) del componente (300); comprendiendo el método (100):
• inducir (101), por medio de un transductor de transmisión, una onda de ultrasonido de inspección a una frecuencia central nominal en al menos una porción de la superficie anterior (301) del componente (300);
• recibir (1021) una onda de ultrasonido en respuesta a la onda de ultrasonido inducida en la porción de la superficie anterior (301) para cada porción de la superficie anterior (301) del componente (300),
• recibir, por medio de un transductor de recepción, una pluralidad de ondas de ultrasonido (1031) en respuesta a la onda de ultrasonido de inspección inducida, representando la forma de la onda una evolución temporal de intensidad de la onda de ultrasonido recibida,
• calcular, por medio de un medio de procesamiento (203) conectado al transductor de recepción, la transformada de Hilbert de la forma de la onda de ultrasonido recibida,
• calcular la amplitud instantánea a partir de la transformada Hilbert,
• Calcular el valor de atenuación para cada porción de la superficie posterior (302) del componente (300),
• calcular una representación de la señal C-scan de la atenuación calculada,
• calcular al menos una transformada de Fourier para la onda de ultrasonido
(s_r2) recibida dentro del rango de la frecuencia de muestreo relativa a un pico del eco de salida máximo (9) para la al menos una porción de la superficie posterior (302) del componente (300),
• calcular una señal de ratio R, en valor absoluto, de la al menos una transformada de Fourier calculada dividida entre la transformada de Fourier de la onda de ultrasonido recibida en respuesta a una onda de ultrasonido de referencia (s_r1) inducida en un fluido líquido en proximidad a al menos una porción de la superficie posterior (302) del componente (300),
• seleccionar de cada señal de ratio R, al menos un rango de una frecuencia de análisis superior próxima a la frecuencia nominal central y al menos un rango
de una frecuencia de análisis inferior que es inferior a la frecuencia de análisis superior e inferior a la frecuencia nominal central,
• calcular una imagen del rango de la frecuencia de análisis superior, y del rango de la frecuencia de análisis inferior,
• Comparar las imágenes correspondientes a la señal de ratio R de la frecuencia de análisis superior calculada, la señal de ratio R de la frecuencia de análisis inferior calculada y la señal C-scan de atenuación calculada para cada porción de la superficie posterior del componente (300) para clasificar un nivel de porosidad del volumen del componente (300) analizado.
El método de acuerdo con la reivindicación 1, comprendiendo el método
• Inducir, por medio de un segundo transductor de transmisión, al menos una segunda onda de ultrasonido de inspección en la al menos una porción de la superficie posterior (302) del componente (300), siendo la segunda onda de ultrasonido de inspección menor que la onda de ultrasonido de inspección a la frecuencia central nominal,
• recibir, por medio del segundo transductor de recepción, al menos una onda de ultrasonido en respuesta a la segunda onda de ultrasonido de inspección inducida en la al menos una porción de la superficie posterior (302) del componente (300),
• Calcular (1031), por medio del medio de procesamiento (203), al menos una forma de onda de la onda de ultrasonido recibida, definiendo la forma de onda fases instantáneas de la onda de ultrasonido recibida,
• Calcular, por medio del medio de procesamiento, la amplitud instantánea a partir de la transformada Hilbert calculada para la al menos una forma de onda de la onda de ultrasonido recibida
• Calcular (1041), por medio del medio de procesamiento (203), al menos una fase instantánea a partir de la forma de onda calculada, siendo la fase instantánea una porción de la onda de ultrasonido recibida, siendo la porción de la onda reflejada en la superficie posterior (302) del componente (300) antes de la recepción de la porción de la onda,
• Calcular, por medio del medio de procesamiento (203), una imagen de la fase instantánea calculada, y una imagen de la amplitud instantánea calculada,
• Comparar, por medio del medio de procesamiento (203), las imágenes de la fase instantánea calculada, las imágenes de la amplitud instantánea calculada y las imágenes de la señal C-scan de atenuación calculada para clasificar un nivel de porosidad de defectos de al menos una porción del componente.
3. El método de acuerdo con la reivindicación 2, comprendiendo el método determinar un instante mediante:
o calcular módulos instantáneos de la transformada de Hilbert de la estimación de la forma de onda, definiendo la forma de onda fases instantáneas y amplitudes instantáneas de la onda de ultrasonido recibida;
o determinar un instante de un máximo de los módulos instantáneos calculados; y
o sumar al instante del máximo una estimación de un tiempo de propagación (4) de sonido por el componente (300), transcurriendo el tiempo de propagación desde que la onda inducida atraviesa la porción de la superficie anterior (301) hasta que la onda inducida regresa a la porción de la superficie anterior (301) tras una única reflexión en la superficie posterior (302); y
o estimar la fase instantánea usando el instante resultante (6) de la suma.
4. El método de acuerdo con la reivindicación 2 o 3, comprendiendo el método determinar un instante mediante:
o calcular módulos instantáneos de una transformada de Hilbert de la estimación de la forma de onda, definiendo la forma de onda fases instantáneas y amplitudes instantáneas de la onda de ultrasonido recibida;
o determinar un instante de un máximo de los módulos instantáneos;
o sumar al instante del máximo una estimación de un tiempo de propagación (4) de sonido por el componente (300), transcurriendo el tiempo de propagación desde que la onda inducida atraviesa la porción de la superficie anterior (301) hasta que la onda inducida regresa a la porción de la superficie anterior (301) tras una única reflexión en la superficie posterior (302); y
o determinar un instante de un máximo de los módulos instantáneos de un intervalo continuo de tiempo (5) no nulo, comprendiendo el intervalo continuo de tiempo (5) un instante resultante (6) de la suma y teniendo el intervalo continuo de tiempo (5) una extensión de como máximo Tmax segundos, siendo:
donde:
e: espesor del componente (300), y
v: velocidad de propagación de sonido en un volumen sin defectos del componente (300); y
comprendiendo el método estimar la fase instantánea usando el instante del máximo de los módulos instantáneos del intervalo continuo de tiempo (5).
5. El método de la reivindicación 3 o 4, comprendiendo el método estimar el tiempo de propagación de sonido por el componente resolviendo la ecuación:
donde:
t: es la estimación del tiempo de propagación (4) de sonido;
e: es un espesor del componente (300) desde la superficie posterior (301) hasta la superficie posterior (302); y
v: es una velocidad de propagación de sonido en un volumen sin defectos del componente (300).
6. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la onda de ultrasonido inducida tiene una frecuencia igual o superior a 5 MHz.
7. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la segunda onda de ultrasonido inducida tiene una frecuencia igual o inferior a 2,5 MHz.
8. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la segunda onda de ultrasonido inducida tiene una frecuencia igual a 0,3 MHz.
9. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, done las imágenes son una representación visual en una escala de colores, representando cada color de la escala de colores una medida de frecuencia; y teniendo cada ubicación de la imagen un color.
10. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo el método identificar porciones de la superficie anteriores (301) que componen una región con forma de línea, siendo las estimaciones de fase instantánea asignadas a las porciones de la región con forma de línea menores que las estimaciones de fase instantánea asignadas a todas las porciones de la superficie anteriores (301) exteriores a la región con forma de línea y contiguas a las porciones de la región con forma de línea.
11. Aparato (200) de inspección por ultrasonido para inspeccionar un componente, comprendiendo el aparato (200) al menos los siguientes medios para ejecutar el método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10:
Al menos un transductor de transmisión (201) de ondas de ultrasonido;
Al menos un transductor de transmisión (202) de ondas de ultrasonido acoplable a porciones de una superficie de un componente; y
Al menos un medio de procesamiento (203) comunicativamente conectado al transductor de recepción (202) de ondas de ultrasonido;
estando el medio de procesamiento (203) configurado para:
i) recibir datos de una onda de ultrasonido recibida por el transductor de recepción (202) de ondas de ultrasonido;
ii) recibir una ubicación del transductor de recepción (202) de ondas de ultrasonido.
12. Programa de ordenador, comprendiendo el programa de ordenador instrucciones para que el aparato de la reivindicación 11 ejecute el método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.
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