WO2011128487A1 - Unidad y método de catalogación de cerámicas arqueológicas según su procedencia - Google Patents

Unidad y método de catalogación de cerámicas arqueológicas según su procedencia Download PDF

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ultrasonic
cataloging
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Addisson Salazar Afanador
Luis VERGARA DOMÍNGUEZ
Jorge GOSÁLBEZ CASTILLO
Ramón MIRALLES RICÓS
Ignacio Bosch Roig
Ángela PARRA CREGO
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Universidad Politecnica de Valencia
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Universidad Politecnica de Valencia
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/07—Analysing solids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/023—Solids
    • G01N2291/0232—Glass, ceramics, concrete or stone
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/10—Number of transducers
    • G01N2291/102—Number of transducers one emitter, one receiver

Definitions

  • the present invention is attached to the field of archeology and, within it, to the cataloging of archaeological ceramics by ultrasound techniques. BACKGROUND OF THE INVENTION
  • the analysis and conservation of archaeological objects usually include the use of cataloging tools that allow obtaining relevant data on said objects, such as the time elapsed since their manufacture or the most likely culture to which they belong, among others.
  • cataloging tools include a large number of bibliographic and documentary research techniques, as well as the use of systems for analyzing the physicochemical properties of the pieces that are being studied.
  • the technique described above has some elements 30 common with the present invention, resulting in the determination of the corresponding archaeological period of the ceramics, does not allow, because of its design, the determination of the place of origin (region and / or furnace of manufacture) of the same, this information being of great importance within any process of archaeological cataloging. Additionally, the acquisition of data described in the aforementioned reference is done in a manual way, this way of using a certain degree of inaccuracy in the data obtained, in addition to being more laborious. Also, the classification method used in said reference is based on a particular classification technique that could induce biases derived from the operation of said technique.
  • the present invention is intended to overcome the problems described above, by means of a unit and a non-destructive method of cataloging archaeological ceramics according to their origin, capable of providing accurate and standardized information on the samples studied, being additionally easy for the user to handle. without incurring a high cost of implementation, being able to adapt, in addition, to numerous types of archaeological activities, such as the establishment of the place of origin, chronology or restoration, and thus being useful for museums, archaeologists and restorers in multiple tasks
  • An object of the present invention is a cataloging unit of archaeological ceramics by means of the analysis of ultrasonic signals transmitted through the ceramic materials under study, as well as the estimation of the most probable manufacturing site of said materials. .
  • the cataloging unit of archaeological ceramics according to their origin comprises at least the following elements:
  • each housing comprising a damping and pressure control system
  • preamplifier connected between the receiver ultrasound transducer and the ultrasonic transmitter / receiver card, intended to amplify the captured signal
  • a processor capable of processing the digitized signals, by extracting and storing an ultrasonic signature of the measured signal, which is used to assign the place of origin of the ceramic sample under study.
  • the damping and pressure control system of the cataloging unit is preferably a mechanical spring that confers three degrees of freedom to the ultrasonic transducers, to be oriented according to the morphology of the inspected part.
  • the coupling means of the cataloging unit is preferably a synthetic rubber applied dry to each transducer which, together with the damping and pressure control system, allows the maximum transfer of ultrasonic energy and protects the piezoelectric crystal of the transducers.
  • the approximation system of the cataloging unit is preferably a mechanical guide based on concentric guides that allows the aligned approach of the transducers.
  • the longitudinal measurement system of the cataloging unit is preferably a digital linear distance encoder.
  • the scanning means of the cataloging unit is preferably an oscilloscope.
  • the scanning means of the cataloging unit is preferably a scanning card integrated in a computer.
  • the processor of the 5 digitized signals of the cataloging unit is composed of at least:
  • ⁇ o - a database capable of storing the measurements taken.
  • the ultrasonic signals used by the cataloging unit have a working frequency in a range, preferably between 1-15.5 MHz.
  • the energy of the ultrasonic signals used by the cataloging unit is preferably between 20-80 dB.
  • the ultrasound transducers are applied to the ceramic sample under study, placing said sample between the housings,
  • the signals of the pulses emitted by the receiving ultrasound transducer are received, conditioning said signals by means of the preamplifier and digitizing them by means of the scanning means;
  • ultrasonic signature is stored and cataloged, estimating, in case of belonging to the group of "unlabeled samples", the most probable place of manufacture of the sample under study.
  • the temporal, frequency and statistical parameters of the signal that determine the calculation of the ultrasonic signature of the ceramic sample under study, in the cataloging method preferably comprise at least one of the following parameters:
  • Figure 1 shows a simplified schematic representation of the cataloging unit according to the invention, in which the sequence of the acquisition phases of the ultrasonic signal, the storage of the ultrasonic signature and the determination of the furnace of origin of archaeological ceramic fragments.
  • Figure 2 shows a schematic representation of an embodiment of the invention, in which the emitter and receiver transducers are adapted to the surfaces of the ceramic sample studied, through the coupling means.
  • the cataloging unit of archaeological ceramics comprises the following elements:
  • Each housing has a damping and pressure control system (6) that causes the pressure exerted in the transducers in each measurement is normalized.
  • the damping and pressure control system (6) is preferably a mechanical spring, which gives three degrees of freedom to the emitter (1) and receiver (2) transducers to be oriented according to the morphology of the inspected part 5.
  • a coupling means (7) that allows coupling the impedances of the transducers (1, 2) with the sample of ceramic material under study (see Figure 2).
  • Said coupling means (7) is preferably a synthetic rubber applied dry to each transducer (1, 2) which, together with the damping and pressure control system (6), allows the maximum transfer of ultrasonic energy and protects the piezoelectric crystal from the transducers (1, 2).
  • Said approach system (8) that allows to move the assembly formed by the housings (4, 5), until they are adjusted to the thickness of the sample of ceramic material under study.
  • Said approach system (8) is preferably a mechanical guide, based on concentric guides, which allows the aligned approach of the transducers.
  • the longitudinal measurement system (9) is preferably a digital linear distance encoder.
  • a preamplifier 10 connected between the receiver ultrasound transducer (2) and the ultrasonic transmitter / receiver card (3), designed to amplify the captured signal.
  • a processor (12) intended to process the digitized signals, by means of extracting and storing an ultrasonic signature of the measured signal that will be used to assign the place of origin of the ceramic sample under study.
  • the archaeological ceramic analysis unit can be divided into three connected and cooperating sub-units: a) Sub-unit of measurement: Composed of the two ultrasound transducers (1, 2), the two housings (4, 5), the damping and pressure control system (6), the coupling means (7), the approach mechanism (8) for moving said housings (3, 4) and the longitudinal measuring instrument ( 9).
  • the ultrasound transducers (1, 2) are, respectively, housed inside the housings (4, 5). Said housings (4, 5) are provided with a mechanism that allows to exert a standard pressure on the transducers (1, 2) during the entire measurement process.
  • the approach system (8) allows moving the housings (3, 4) until the transducers (1, 2) come into contact with the ceramic sample under study.
  • the longitudinal measurement system (9) is used to measure the thickness of the sample.
  • the ultrasound transducers (1, 2) preferably have a diameter between 5-15 mm, which allows adapting to ceramic fragments of small dimensions, the usual thickness of said fragments being between 3-15 mm and having surfaces between 300-1200 mm, with irregular shapes.
  • the ceramic samples under study are measured through their cross section (thickness), whose walls may have curvatures or irregularities.
  • the coupling means (7) is flexible to guarantee the adaptation of the transducers (1, 2) to the physical characteristics of the samples under study, obtaining a good signal-to-noise ratio in the transmitted signal.
  • the coupling means (7) allows the transducers (1, 2) to be applied for the measurement at multiple points of a ceramic piece under study, facilitating the overall characterization of said piece.
  • the ultrasound transducers (1, 2) are selected with a desired frequency, in accordance with the resolution of the cataloging unit, and with a diameter and a section of the piezoelectric crystal of said transducers (1, 2) appropriate for the dimensions and shape of the ceramic samples under study.
  • Ultrasonic sub-unit Composed of the ultrasonic transmitter / receiver device (3), the signal preamplifier (10) and the scanning means (1 1).
  • the ultrasonic transmitter / receiver card (3) generates and picks up a frequency signal sensitive to the microstructure of the material under study. Normally, for the analysis of archaeological ceramics, a working frequency is preferably used in a range between 1-5 MHz.
  • the emitted ultrasonic pulses pass through the ceramic sample under study and produce a signal that is measured by the receiving transducer. (2) and amplified by means of the preamplifier (10), transmitting it to an oscilloscope or to the transmitter / receiver ultrasound card (3), for further processing by means of the processor (12).
  • the energy of the ultrasonic pulse must be that necessary to pass through the piece, and will preferably be between 20-80 dB.
  • Sub-processing unit Composed of the processor (12) for acquisition and digital processing of ultrasonic signals.
  • the processor (12) intended to process the digitized signals comprises a computer connected to the scanning medium (1 1), a set of software programs that carry out the processing of the acquired ultrasonic signals and a reference database which is generated and updated with the measurements taken.
  • the processing of the signals is carried out by means of statistical characterization algorithms that extract temporal, frequency and statistical parameters from the signal, or by forming an ultrasonic signature of the ceramic sample under study.
  • the signatures of the evaluated samples are stored in a reference database together with their site and place of manufacture (known or estimated). Additionally, other parts data can be stored that allow you to adjust the equipment configuration
  • the present invention further comprises a method of cataloging archaeological ceramics according to their origin, which is carried out with the cataloging unit described in previous paragraphs.
  • Said method comprises the following steps:
  • this sample is included in a group of
  • the thickness measured by the longitudinal measurement system (9) is transmitted to the processor (12).
  • the signals of the pulses emitted by the receiving ultrasound transducer (2) are received, conditioning said signals by means of the preamplifier (10) and digitizing them by means of scanning means (1 1).
  • the ultrasonic signature is stored (15) and cataloged (16) estimating, in case of belonging to the group of "unlabeled samples", the most probable place of manufacture of the sample under study.
  • the method of cataloging archaeological ceramics also includes two application phases: a training phase and a cataloging phase.
  • the training phase is applied to constitute a reference database and a model based on the parameters extracted from the ultrasonic signals measured in samples of known origin.
  • the model obtained from the extracted parameters allows defining classification regions within the space of said parameters that are used during the cataloging phase to assign the origin of the samples belonging to the group of "unlabeled samples".
  • the estimated provenances are assigned by probabilities of success.
  • the present invention is based on the principle that all 5 archaeological ceramics have an ultrasonic signature, which, being properly identified, can be used to determine the place where the samples under study have been manufactured.
  • Said ultrasonic signature may vary between different potential sources of origin, and this variation may be related to the geographical or geographical occurrences of the raw materials used in the manufacture of ceramics.
  • the differences presented by the ultrasonic signature can occur as a result of the differences between the physical characteristics of the manufacturing materials, such as the porosity or elasticity of the ceramic.
  • the ultrasonic signal are sensitive to these differences and constitute a characterization of the sample manufacturing material. From the estimation of the origin of the archaeological ceramics and having an appropriate socio-economic model of the original peoples of the samples under study, it is possible to deepen the data collection
  • the parameters extracted from the ultrasonic signals, from which the ultrasonic signature of the studied samples is made are the following: central frequency, average of third order moments evaluated around the origin, bandwidth of the measured ultrasonic pulse in fractional at different depths, evaluation of the power in time intervals, time of variation of the frequency of the signal with respect to the frequency of the transducer, and propagation speed.
  • central frequency average of third order moments evaluated around the origin
  • bandwidth of the measured ultrasonic pulse in fractional at different depths evaluation of the power in time intervals
  • time of variation of the frequency of the signal with respect to the frequency of the transducer time of variation of the frequency of the signal with respect to the frequency of the transducer, and propagation speed.
  • the first step of Parameter processing is performed by principal component analysis, selecting those components to obtain an explained variance greater than 90%.
  • the optimal classification of a vector of parameters (or components) x of unknown class is done by selecting the class c k that has the maximum probability of the class conditional on the data, p (c k / x). This probability is called the posterior probability of the class.

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Abstract

La presente invención hace referencia a una unidad y a un método de catalogación de cerámicas arqueológicas según su procedencia, basados en el análisis de señales ultrasónicas transmitidas a través de muestras de cerámica bajo estudio. La invención es capaz de proporcionar una información precisa y normalizada sobre las muestras estudiadas, permitiendo determinar la región y/o el horno de procedencia de las mismas, resultando adicionalmente de fácil manejo para el usuario sin incurrir en un alto coste de implementación, pudiendo adaptarse, además, a numerosos tipos de actividades arqueológicas, tales como el establecimiento de procedencia, la cronología o la restauración, y resultando de utilidad para museos, arqueólogos y restauradores.

Description

UNIDAD Y MÉTODO DE CATALOGACIÓN DE CERÁMICAS ARQUEOLÓGICAS SEGÚN SU PROCEDENCIA
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se adscribe al campo de la arqueología y, dentro del mismo, a la catalogación de cerámicas arqueológicas mediante técnicas de ultrasonidos. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
El análisis y la conservación de objetos arqueológicos comprenden, habitualmente, el empleo de herramientas de catalogación que permiten obtener datos relevantes sobre dichos objetos, tales como el tiempo transcurrido desde su fabricación o la cultura más probable a la que pertenecen, entre otros. Dichas herramientas de catalogación incluyen un gran número de técnicas de investigación bibliográfica y documental, así como el empleo de sistemas de análisis de las propiedades físico- químicas de las piezas que son objeto de estudio.
Dentro de los sistemas de análisis de las propiedades físico químicas de los objetos arqueológicos disponibles en la actualidad, resultan especialmente importantes aquellos métodos de catalogación que no resultan destructivos para las muestras estudiadas, los cuales permiten extraer información de las piezas sin alterar ni dañar sus propiedades o sus materiales de fabricación. En el ámbito correspondiente a la catalogación de cerámicas arqueológicas, la microestructura física específica de las cerámicas complica frecuentemente los procedimientos de análisis, haciendo que los métodos no destructivos convencionales no puedan ser, muchas veces, utilizados con éxito. Una de las técnicas existentes en el estado de la técnica, dentro de los citados sistemas de análisis no destructivos aplicados a la cerámica, es el empleo de señales acústicas o acústico-térmicas a través de las piezas bajo estudio, con el objetivo de obtener información sobre su 5 estructura. Ejemplos de este tipo de técnicas son las solicitudes de patente WO 2006042520, EP 0150843 y US 2009000382.
De las citadas técnicas acústicas, aquéllas basadas en ultrasonidos son capaces de proporcionar herramientas de gran precisión, al tiempo í o que permiten obtener información sobre un gran número de parámetros característicos de las muestras bajo estudio, minimizando el error en las estimaciones realizadas sobre ellas, mediante el uso de herramientas de computación y procesamiento de datos, implementadas en ordenadores. Un ejemplo de este tipo de técnicas es la publicación "Ultrasonic signal
15 processing for archaeological ceramic restoration" (A. Salazar et al., 31st IEEE Internacional Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing, ICASSP 2006, Toulouse (France), 14-19 May, 2006). En dicha publicación se describe un método para el procesado de señales de ultrasonidos a través de muestras de cerámicas arqueológicas, con el
20 objetivo de encontrar parámetros relacionados con las propiedades físicas de dichas muestras, que permitan, asimismo, determinar su época (periodo arqueológico) de procedencia. Para ello, mediante el análisis de los parámetros físicos obtenidos, se compone una firma ultrasónica que se usa, posteriormente, para establecer cuál es la época de origen más
25 probable de las muestras estudiadas, mediante la comparación de dicha firma con una base de datos de firmas correspondientes a piezas de origen conocido.
Si bien la técnica anteriormente descrita posee algunos elementos 30 comunes con la presente invención, resultando exitosa en la determinación del periodo arqueológico correspondiente de las cerámicas, no permite, a causa de su diseño, la determinación del lugar de procedencia (región y/u horno de fabricación) de las mismas, siendo esta información de gran importancia dentro de cualquier proceso de catalogación arqueológica. Adicionalmente, la adquisición de datos descrita en la citada referencia se realiza de un modo manual, comportando este modo de uso cierto grado de imprecisión en los datos obtenidos, además de resultar más laborioso. También, el método de clasificación empleado en la citada referencia está basado en una técnica de clasificación particular que podría inducir sesgos derivados del funcionamiento de dicha técnica.
La presente invención está destinada a superar los problemas anteriormente descritos, mediante una unidad y un método no destructivos de catalogación de cerámicas arqueológicas según su procedencia, capaces de proporcionar una información precisa y normalizada sobre las muestras estudiadas, resultando adicionalmente de fácil manejo para el usuario sin incurrir en un alto coste de implementación, pudiendo adaptarse, además, a numerosos tipos de actividades arqueológicas, tales como el establecimiento del lugar de procedencia, la cronología o la restauración, y resultando, así, de utilidad para museos, arqueólogos y restauradores en múltiples tareas.
DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA INVENCIÓN Un objeto de la presente invención es una unidad de catalogación de cerámicas arqueológicas por medio del análisis de señales ultrasónicas transmitidas a través de los materiales cerámicos bajo estudio, así como la estimación del lugar de fabricación más probable de los citados materiales. Mediante la invención, es posible discernir entre fragmentos arqueológicos de la misma época, distinguiendo si dichos fragmentos han sido fabricados en la misma región o en el mismo horno. En una realización preferente de la invención, la unidad de catalogación de cerámicas arqueológicas según su procedencia comprende, al menos, los siguientes elementos:
- un transductor de ultrasonidos emisor y un transductor de ultrasonidos receptor, ambos conectados a una tarjeta emisora/receptora de ultrasonidos;
- dos carcasas donde se alojan los transductores de ultrasonidos emisor y receptor, comprendiendo cada carcasa un sistema de amortiguamiento y control de presión;
- un medio de acople capaz de acoplar las impedancias de los transductores con la muestra de material cerámico bajo estudio;
- un sistema de aproximación capaz de desplazar el conjunto formado por las carcasas, hasta ajustados al espesor de la muestra de material cerámico bajo estudio;
- un sistema de medición longitudinal asociado al sistema de aproximación y a las carcasas, capaz de medir el espesor de la muestra de cerámica bajo estudio;
- un preamplificador conectado entre el transductor de ultrasonidos receptor y la tarjeta emisora/receptora de ultrasonidos, destinado a amplificar la señal captada;
- un medio de digitalización de la señal captada por el transductor de ultrasonidos receptor;
- un procesador capaz de procesar las señales digitalizadas, por medio de la extracción y el almacenamiento de una firma ultrasónica de la señal medida, que se emplea para asignar el lugar de procedencia de la muestra de cerámica bajo estudio.
Con el diseño anterior se consigue una unidad de catalogación que proporciona un uso no destructivo de las muestras cerámicas bajo estudio, y que no produce ninguna alteración en el material de fabricación de dichas muestras. La unidad, asimismo, permite trabajar con muestras no preparadas y no resulta intensiva en el tiempo, resultando muy rápida en la obtención de resultados. En una realización preferente de la invención, el sistema de amortiguamiento y control de presión de la unidad de catalogación es, preferentemente, un muelle mecánico que confiere tres grados de libertad a los transductores de ultrasonidos, para orientarse según la morfología de la pieza inspeccionada.
En una realización preferente de la invención, el medio de acople de la unidad de catalogación es, preferentemente, una goma sintética aplicada en seco a cada transductor que, junto con el sistema de amortiguamiento y control de presión, permite la máxima transferencia de energía ultrasónica y protege el cristal piezoeléctrico de los transductores.
En una realización preferente de la invención, el sistema de aproximación de la unidad de catalogación es, preferentemente, un guiado mecánico basado en guías concéntricas que permite la aproximación alineada de los transductores.
En una realización preferente de la invención, el sistema de medición longitudinal de la unidad de catalogación es, preferentemente, un codificador digital de distancia lineal.
En una realización preferente de la invención, el medio de digitalización de la unidad de catalogación es, preferentemente, un osciloscopio. En una realización preferente de la invención, el medio de digitalización de la unidad de catalogación es, preferentemente, una tarjeta de digitalización integrada en un ordenador.
En una realización preferente de la invención, el procesador de las 5 señales digitalizadas de la unidad de catalogación está compuesto por, al menos:
- un ordenador conectado al medio de digitalización;
- un conjunto de programas de software capaces de procesar la señal ultrasónica adquirida;
í o - una base de datos capaz de almacenar las medidas realizadas.
En una realización preferente de la invención, las señales ultrasónicas empleadas por la unidad de catalogación poseen una frecuencia de trabajo en un rango comprendido, preferentemente, entre 1 - 15 5 MHz.
En una realización preferente de la invención, la energía de las señales ultrasónicas empleadas por la unidad de catalogación está comprendida, preferentemente, entre 20-80 dB.
20
Es, asimismo, otro objeto de la invención un método de catalogación de cerámicas arqueológicas según su lugar de procedencia, que comprende el uso de una unidad de catalogación, donde se realizan las siguientes etapas:
25 - se incluye la muestra de cerámica bajo estudio en un grupo de
"muestras etiquetadas" o "muestras no etiquetadas", en función de que el origen de dicha muestra sea, respectivamente, conocido o desconocido;
- se aplican los transductores de ultrasonidos a la muestra de cerámica bajo estudio, situando dicha muestra entre las carcasas,
30 dejándola descansar sobre la carcasa inferior de la unidad de catalogación; - se activa el mecanismo de aproximación para que la carcasa superior se desplace hasta que la muestra bajo estudio queda fija entre ambas carcasas;
- se emiten pulsos de ultrasonidos sobre la muestra de cerámica etiquetada o no etiquetada;
- se transmite el espesor medido por el sistema de medición longitudinal al procesador;
- se reciben las señales de los pulsos emitidos por el transductor de ultrasonidos receptor, acondicionando dichas señales mediante el preamplificador y digitalizándolas mediante el medio de digitalización;
- se procesan las señales digitales mediante algoritmos de extracción de parámetros temporales, frecuenciales y estadísticos para el cálculo de la firma ultrasónica. La firma ultrasónica es almacenada y catalogada estimándose, en caso de pertenecer al grupo de "muestras no etiquetadas", el lugar de fabricación más probable de la muestra bajo estudio.
En una realización preferente de la presente invención, los parámetros temporales, frecuenciales y estadísticos de la señal que determinan el cálculo de la firma ultrasónica de la muestra de cerámica bajo estudio, en el método de catalogación, comprenden, preferentemente, al menos uno de los siguientes parámetros:
- la frecuencia central, calculada a partir de un modelo autorregresivo de segundo orden;
- el promedio de momentos de tercer orden evaluados en torno al origen;
- el ancho de banda del pulso ultrasónico medido en fracciónales a diferentes profundidades;
- la potencia de la señal en intervalos de tiempo;
- el tiempo de variación de la frecuencia de la señal, con respecto a la frecuencia del transductor; - la velocidad de propagación de la señal.
Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán de la descripción de la invención que sigue, así como de la realización ilustrativa de las figuras que la acompañan.
5
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
La Figura 1 muestra una representación esquemática simplificada de la unidad de catalogación según la invención, en la que se aprecia la í o secuencia de las fases de adquisición de la señal ultrasónica, el almacenamiento de la firma ultrasónica y la determinación del horno de procedencia de fragmentos cerámicos arqueológicos.
La Figura 2 muestra una representación esquemática de una 15 realización de la invención, en la que los transductores emisor y receptor se adaptan a las superficies de la muestra de cerámica estudiada, a través de los medios de acople.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
20
Tal y como se representa en la Figura 1 , la unidad de catalogación de cerámicas arqueológicas según la presente invención comprende los siguientes elementos:
25 - Un transductor de ultrasonidos emisor (1 ) y un transductor de ultrasonidos receptor (2), ambos conectados a una tarjeta emisora/receptora de ultrasonidos (3).
- Dos carcasas (4, 5) donde se alojan los transductores de 30 ultrasonidos emisor (1 ) y receptor (2). Cada carcasa posee un sistema de amortiguamiento y control de presión (6) que hace que la presión ejercida en los transductores en cada medida esté normalizada. El sistema de amortiguamiento y control de presión (6) es, preferentemente, un muelle mecánico, que le confiere tres grados de libertad a los transductores emisor (1 ) y receptor (2) para orientarse según la morfología de la pieza 5 inspeccionada.
- Un medio de acople (7) que permite acoplar las impedancias de los transductores (1 , 2) con la muestra de material cerámico bajo estudio (ver Figura 2). Dicho medio de acople (7) es, preferentemente una goma í o sintética aplicada en seco a cada transductor (1 , 2) que, junto con el sistema de amortiguamiento y control de presión (6), permite la máxima transferencia de energía ultrasónica y protege el cristal piezoeléctrico de los transductores (1 , 2).
15 - Un sistema de aproximación (8) que permite desplazar el conjunto formado por las carcasas (4, 5), hasta ajustarlos al espesor de la muestra de material cerámico bajo estudio. Dicho sistema de aproximación (8) es, preferentemente, un guiado mecánico, basado en guías concéntricas, que permite la aproximación alineada de los transductores.
20
- Un sistema de medición longitudinal (9) asociado al sistema de aproximación (8) y a las carcasas (4, 5), destinado a medir el espesor de la muestra de cerámica bajo estudio. El sistema de medición longitudinal (9) es, preferentemente, un codificador digital de distancia lineal.
25
- Un preamplificador (10) conectado entre el transductor de ultrasonidos receptor (2) y la tarjeta emisora/receptora de ultrasonidos (3), destinado a amplificar la señal captada.
30 - Un medio de digitalización (1 1 ) de la señal captada por el transductor de ultrasonidos receptor (2). - Un procesador (12) destinado a procesar las señales digitalizadas, por medio de la extracción y el almacenamiento de una firma ultrasónica de la señal medida que será usada para asignar el lugar de procedencia de la muestra de cerámica bajo estudio.
Según su funcionalidad, la unidad de análisis de cerámicas arqueológicas según la presente invención se puede dividir en tres sub- unidades conectadas y cooperantes: a) Sub-unidad de medida: Compuesta por los dos transductores de ultrasonidos (1 , 2), las dos carcasas (4, 5), el sistema de amortiguamiento y control de presión (6), el medio de acople (7), el mecanismo de aproximación (8) para mover dichas carcasas (3, 4) y el instrumento de medición longitudinal (9).
Los transductores de ultrasonidos (1 , 2) se encuentran, respectivamente, alojados dentro de las carcasas (4, 5). Dichas carcasas (4, 5) están dotadas de un mecanismo que permite ejercer una presión estándar sobre los transductores (1 , 2) durante todo el proceso de medida. El sistema de aproximación (8) permite mover las carcasas (3, 4) hasta que los transductores (1 , 2) entran en contacto con la muestra de cerámica bajo estudio. El sistema de medición longitudinal (9) se utiliza para medir el espesor de la muestra.
Los transductores de ultrasonidos (1 , 2) poseen, preferentemente, un diámetro comprendido entre 5-15 mm, que permite adaptarse a fragmentos cerámicos de dimensiones reducidas, siendo el espesor habitual de dichos fragmentos de entre 3-15 mm y presentando superficies de entre 300-1200 mm, con formas irregulares. Las muestras de cerámica bajo estudio son medidas a través de su sección transversal (espesor), cuyas paredes pueden presentar curvaturas o irregularidades. Por este motivo, el medio de acople (7) es flexible para garantizar la adaptación de los transductores (1 , 2) a las características físicas de las muestras bajo estudio, obteniendo una buena relación señal a ruido en la señal transmitida. El medio de acople (7) permite que los transductores (1 , 2) puedan aplicarse para la medición en múltiples puntos de una pieza de cerámica bajo estudio, facilitando la caracterización global de dicha pieza. Los transductores de ultrasonidos (1 , 2) se seleccionan con una frecuencia deseada, acorde con la resolución de la unidad de catalogación, y con un diámetro y una sección del cristal piezoeléctrico de dichos transductores (1 , 2) apropiados para las dimensiones y forma de las muestras de cerámica bajo estudio. b) Sub-unidad de ultrasonidos: Compuesta por el dispositivo emisor/receptor de ultrasonidos (3), el preamplificador de señal (10) y el medio de digitalización (1 1 ).
La tarjeta emisora/receptora de ultrasonidos (3) genera y capta una señal de frecuencia sensible a la microestructura del material bajo estudio. Normalmente, para el análisis de cerámicas arqueológicas, se emplea, preferentemente, una frecuencia de trabajo en un rango comprendido entre 1 -5 MHz. Los pulsos ultrasónicos emitidos atraviesan la muestra de cerámica bajo estudio y producen una señal que es medida por el transductor receptor (2) y amplificada por medio del preamplificador (10), transmitiéndola a un osciloscopio o a la tarjeta emisora/receptora de ultrasonidos (3), para su tratamiento posterior por medio del procesador (12). La energía del pulso ultrasónico ha de ser la necesaria para atravesar la pieza, y estará comprendida, preferentemente, entre 20-80 dB. c) Sub-unidad de procesamiento: Compuesta por el procesador (12) de adquisición y procesado digital de señales ultrasónicas.
El procesador (12) destinado a procesar las señales digitalizadas, comprende un ordenador conectado al medio de digitalización (1 1 ), un 5 conjunto de programas de software que llevan a cabo el procesado de las señales ultrasónicas adquiridas y una base de datos de referencia que se genera y actualiza con las medidas realizadas. El procesado de las señales se efectúa mediante algoritmos de caracterización estadística que extraen parámetros temporales, frecuenciales y estadísticos de la señal, í o conformando una firma ultrasónica de la muestra de cerámica bajo estudio. Las firmas de las muestras evaluadas son almacenadas en una base de datos de referencia junto con su yacimiento y lugar de fabricación (conocido o estimado). Adicionalmente, pueden ser almacenados también otros datos de las piezas que permitan ajustar la configuración del equipo
15 de medida, tales como las constantes elásticas, densidad, uso de la pieza (vajilla, cocina,...), etc.
La presente invención comprende, adicionalmente, un método de catalogación de cerámicas arqueológicas según su procedencia, que se 20 lleva a cabo con la unidad de catalogación descrita en párrafos anteriores.
Dicho método comprende las siguientes etapas:
- En función de que el origen de la muestra bajo estudio sea conocida o desconocida, se incluye dicha muestra en un grupo de
25 "muestras etiquetadas" (13) o "muestras no etiquetadas" (14), respectivamente.
- Se aplican los transductores de ultrasonidos (1 , 2) a la muestra bajo estudio, situando la muestra entre las carcasas (4, 5), dejándola
30 descansar sobre la carcasa inferior (5) de la unidad de catalogación. - Se activa el mecanismo de aproximación (8) para que la carcasa superior (4) se desplace hasta que la muestra bajo estudio queda fija entre ambas carcasas (4, 5). - Se emiten pulsos de ultrasonidos sobre la muestra de cerámica etiquetada (13) o no etiquetada (14).
- Se transmite el espesor medido por el sistema de medición longitudinal (9) al procesador (12).
- Se reciben las señales de los pulsos emitidos por el transductor de ultrasonidos receptor (2), acondicionando dichas señales mediante el preamplificador (10) y digitalizándolas mediante el medio de digitalización (1 1 ).
- Se procesan las señales digitales mediante algoritmos de extracción de parámetros temporales, frecuenciales y estadísticos para el cálculo de la firma ultrasónica. La firma ultrasónica es almacenada (15) y catalogada (16) estimándose, en caso de pertenecer al grupo de "muestras no etiquetadas", el lugar de fabricación más probable de la muestra bajo estudio.
El método de catalogación de cerámicas arqueológicas comprende, asimismo, dos fases de aplicación: una fase de entrenamiento y una fase de catalogación. La fase de entrenamiento se aplica para constituir una base de datos de referencia y un modelo a partir de los parámetros extraídos de las señales ultrasónicas medidas en muestras de procedencia conocida. El modelo obtenido a partir de los parámetros extraídos permite definir unas regiones de clasificación dentro del espacio de dichos parámetros que se emplean durante la fase de catalogación para asignar la procedencia de las muestras pertenecientes al grupo de "muestras no etiquetadas". Las procedencias estimadas se asignan mediante probabilidades de acierto.
La presente invención se basa en el principio de que todas las 5 cerámicas arqueológicas poseen una firma ultrasónica, la cual, siendo apropiadamente identificada, puede emplearse para determinar el lugar donde las muestras bajo estudio han sido manufacturadas. Dicha firma ultrasónica puede variar entre diferentes fuentes potenciales de procedencia, y esta variación puede relacionarse con las ocurrencias í o geográficas de las materias primas empleadas en la fabricación de la cerámica. Así, las diferencias que presenta la firma ultrasónica se pueden producir como consecuencia de las diferencias existentes entre las características físicas de los materiales de fabricación, tales como la porosidad o la elasticidad de la cerámica. Los parámetros extraídos de la
15 señal ultrasónica son sensibles a estas diferencias y constituyen una caracterización del material de fabricación de las muestras. A partir de la estimación de la procedencia de las cerámicas arqueológicas y contando con un apropiado modelo socio-económico de los pueblos originarios de las muestras bajo estudio, es posible profundizar en la obtención de datos
20 tales como posibles patrones comerciales de dichos pueblos, la existencia de compañerismo en ellos o la existencia de contactos interregionales, entre otros.
Los parámetros extraídos de las señales ultrasónicas, a partir de los 25 cuales se elabora la firma ultrasónica de las muestras estudiadas, son los siguientes: frecuencia central, promedio de momentos de tercer orden evaluados en torno al origen, ancho de banda del pulso ultrasónico medido en fracciónales a diferentes profundidades, evaluación de la potencia en intervalos de tiempo, tiempo de variación de la frecuencia de 30 la señal con respecto a la frecuencia del transductor, y velocidad de propagación. Una descripción de estos parámetros se encuentra en la Tabla 1 que acompaña al presente documento. El primer paso del procesado de los parámetros se realiza mediante análisis de componentes principales, seleccionando dichos componentes para obtener una varianza explicada mayor del 90%. Los componentes seleccionados son procesados por un procedimiento de clasificación que 5 comprende una combinación de uno o más clasificadores, consistiendo dichos clasificadores en algoritmos que realizan una selección óptima de una clase k (entre κ posibles categorías previamente definidas, k = i ... K ), para un vector de parámetros de entrada cuya clase es desconocida (en el caso de la presente invención, la procedencia de la í o muestra de cerámica analizada). La clasificación óptima de un vector de parámetros (o componentes) x de clase desconocida se hace seleccionando la clase ck que tiene la máxima probabilidad de la clase condicionada a los datos, p (ck / x) . A esta probabilidad se la denomina probabilidad a posteriori de la clase. La combinación de las decisiones 15 individuales de N clasificadores se realiza escogiendo el máximo de la suma de la probabilidad a posteriori para cada clase obtenida por cada clasificador Í, (Í = \... N) . El procedimiento anterior de combinación de decisiones se aplica, en la presente invención, para combinar las decisiones de uno o más de los siguientes 5 clasificadores (Í = I... N, N = 5)
20 cuyos algoritmos son bien conocidos dentro de las técnicas de análisis estadístico: LDA ("Linear Discriminant Analysis"), kNN ("k-Nearest Neighbors"), Mixca ("Mixture of Component Analyzers"), SVC ("Support Vector Classifier"), y FCM ("Fuzzy C-Means"). La decisión final sobre la clase de cerámica analizada se toma mediante una integración de las
25 decisiones individuales de cada clasificador utilizado.
Una vez descrita la presente invención, cabe resaltar que las realizaciones preferentes de la misma no han de ser consideradas como limitativas frente variaciones de su diseño o de los elementos empleados para su fabricación, siempre que dichas variaciones no alteren la esencia de la invención, así como el objeto de la misma.
TABLA 1
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Claims

REIVINDICACIONES
1 . - Unidad de catalogación de cerámicas arqueológicas según su procedencia, que comprende los siguientes elementos:
5 - un transductor de ultrasonidos emisor (1 ) y un transductor de ultrasonidos receptor (2), siendo ambos conectables a una tarjeta emisora/receptora de ultrasonidos (3);
- una carcasa superior (4) y una carcasa inferior (5) donde se alojan los transductores de ultrasonidos emisor (1 ) y receptor (2), í o comprendiendo cada carcasa un sistema de amortiguamiento y control de presión (6);
- un medio de acople (7) capaz de acoplar las impedancias de los transductores (1 , 2) con la muestra de material cerámico bajo estudio;
- un sistema de aproximación (8) capaz de desplazar el conjunto 15 formado por las carcasas (4, 5), hasta ajustados al espesor de la muestra de material cerámico bajo estudio;
- un sistema de medición longitudinal (9) asociado al sistema de aproximación (8) y a las carcasas (4, 5), capaz de medir el espesor de la muestra de cerámica bajo estudio;
20 - un preamplificador (10) conectado entre el transductor de ultrasonidos receptor (2) y la tarjeta emisora/receptora de ultrasonidos (3), capaz de amplificar la señal captada;
- un medio de digitalización (1 1 ) de la señal captada por el transductor de ultrasonidos receptor (2);
25 - un procesador (12) capaz de procesar las señales digitalizadas, por medio de la extracción y el almacenamiento de una firma ultrasónica de la señal medida.
2. - Unidad de catalogación según la reivindicación 1 , donde el 30 sistema de amortiguamiento y control de presión (6) es, preferentemente, un muelle mecánico.
3.- Unidad de catalogación según cualquiera de las reivindicaciones 1 -2, donde el medio de acople (7) es una goma sintética aplicada en seco a cada transductor (1 , 2).
5 4.- Unidad de catalogación según cualquiera de las reivindicaciones
1 -3, donde el sistema de aproximación (8) es un guiado mecánico, basado en guías concéntricas, que permite la aproximación alineada de los transductores (1 , 2). í o 5.- Unidad de catalogación según cualquiera de las reivindicaciones
1 -4, donde el sistema de medición longitudinal (9) es un codificador digital de distancia lineal.
6. - Unidad de catalogación según cualquiera de las reivindicaciones 15 1 -5, donde el medio de digitalización (1 1 ) es un osciloscopio.
7. - Unidad de catalogación según cualquiera de las reivindicaciones 1 -5, donde el medio de digitalización (1 1 ) es una tarjeta de digitalización integrada en un ordenador.
20
8. - Unidad de catalogación según cualquiera de las reivindicaciones 1 -7, donde el procesador (12) de las señales digitalizadas comprende, al menos:
- un ordenador conectado al medio de digitalización (1 1 );
25 - un conjunto de programas de software capaces de procesar la señal ultrasónica adquirida;
- una base de datos capaz de almacenar las medidas realizadas.
9. - Unidad de catalogación según cualquiera de las reivindicaciones 30 1 -8, donde las señales ultrasónicas empleadas poseen una frecuencia de trabajo en un rango comprendido entre 1 -5 MHz.
10.- Unidad de catalogación según cualquiera de las reivindicaciones 1 -9, donde la energía de las señales ultrasónicas empleadas está comprendida entre 20-80 dB.
5 1 1 .- Método de catalogación de cerámicas arqueológicas según su procedencia, que comprende el uso de una unidad de catalogación según cualquiera de las reivindicaciones 1 -10, donde se realizan las siguientes etapas:
- se incluye la muestra de cerámica bajo estudio en un grupo de í o "muestras etiquetadas" (13) o "muestras no etiquetadas" (14), en función de que el origen de dicha muestra sea, respectivamente, conocida o desconocida;
- se aplican los transductores de ultrasonidos (1 , 2) a la muestra de cerámica bajo estudio, situando dicha muestra entre las carcasas (4, 5),
15 dejándola descansar sobre la carcasa inferior (5) de la unidad de catalogación;
- se activa el mecanismo de aproximación (8) para que la carcasa superior (4) se desplace hasta que la muestra bajo estudio queda fija entre ambas carcasas (4, 5);
20 - se emiten pulsos de ultrasonidos sobre la muestra de cerámica etiquetada (13) o no etiquetada (14);
- se transmite el espesor medido por el sistema de medición longitudinal (9) al procesador (12);
- se reciben las señales de los pulsos emitidos por el transductor de 25 ultrasonidos receptor (2), acondicionando dichas señales mediante el preamplificador (10) y digitalizándolas mediante el medio de digitalización (1 1 );
- se procesan las señales digitales mediante algoritmos de extracción de parámetros temporales, frecuenciales y estadísticos para el cálculo de
30 la firma ultrasónica. La firma ultrasónica es almacenada (15) y catalogada (16) estimándose, en caso de pertenecer al grupo de "muestras no etiquetadas", el lugar de fabricación más probable de la muestra bajo estudio.
12.- Método según la reivindicación 1 1 , donde los parámetros 5 temporales, frecuenciales y estadísticos de la señal que determinan el cálculo de la firma ultrasónica de la muestra de cerámica bajo estudio comprenden, al menos, uno de los siguientes parámetros:
- la frecuencia central, calculada a partir de un modelo autorregresivo de segundo orden;
í o - el promedio de momentos de tercer orden evaluados en torno al origen;
- el ancho de banda del pulso ultrasónico medido en fracciónales a diferentes profundidades;
- la potencia de la señal en intervalos de tiempo;
15 - el tiempo de variación de la frecuencia de la señal, con respecto a la frecuencia del transductor;
- la velocidad de propagación de la señal.
20
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0509895A1 (fr) * 1991-04-15 1992-10-21 Sollac Procédé et dispositif de contrôle non destructif par ultrasons de pièces en matériaux réfractaires

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0509895A1 (fr) * 1991-04-15 1992-10-21 Sollac Procédé et dispositif de contrôle non destructif par ultrasons de pièces en matériaux réfractaires

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. SALAZAR ET AL., ULTRASONIC SIGNAL PROCESSING FOR ARCHAEOLOGICAL CERAMIC RESTORATION., 2006, TOULOUSE, FRANCIA, pages 1 - 4 *
A. SALAZAR ET AL.: "Evaluacion No Destructiva by Ultrasonidos para the Catalogacion of Ceramicas Arquologicas.", REVISTA FROM ASOCIACION SPANISH OF ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS, vol. 33, 2006, pages 22 - 31 *

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