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Tesis

Composición de imágenes ultrasónicas de alta resolución empleando sistemas de Phased Array para la inspección de componentes de uso nuclear

2017



TesistaDante Patricio QUIRÓS
Ingeniero Mecánico Universidad Nacional de Tucumán - Argentina
Magíster en Ciencia y Tecnología de Materiales - Instituto Sabato UNSAM/CNEA - Argentina
DirectoresDr. Ing. José BRIZUELA, CNEA, CONICET - Argentina
Ing. Carlos DESIMONE, CNEA, UNSAM - Argentina
Lugar de realizaciónDepartamento ENDE - Gerencia Desarrollo, Ensayos y Gestión de Vida - Gerencia de Área Energía Nuclear - Centro Atómico Constituyentes - CNEA - Argentina
Fecha Defensa29/06/2017
JuradoDr. Javier Oscar FAVA, CNEA, UNSAM - Argentina
Dr. Martín Pedro GÓMEZ, CNEA, UNSAM - Argentina
Ing. Leonardo VISCONTI, Nucleoeléctrica Argentina S. A. - Argentina
CódigoITS/TM 177/17

Título completo

Composición de imágenes ultrasónicas de  alta resolución empleando sistemas de Phased Array para la inspección de componentes de uso nuclear

Resumen

Dentro del ámbito de los Ensayos No Destructiva (END) y, en particular, en el campo de los diagnósticos por Ultrasonidos (US), la técnica de Phased Array (PA) se ha convertido en una herramienta de evaluación por imágenes muy utilizada en el sector industrial, por ejemplo, para la inspección periódica de componentes críticos de una instalación.

La técnica PA permite realizar deflexiones con el haz de ultrasonidos y enfocarlo a  diferentes profundidades dentro del material, mediante el control electrónico de cada uno de los N elementos que componen el transductor o array. Esta capacidad facilita la realización de diversos barridos para generar imágenes en distintos formatos (Modo B o S).

 Las imágenes de PA resultan muy eficientes en la detección de los defectos, siempre que éstos tengan una orientación favorable a la dirección del haz. Por lo tanto, es requisito establecer correctamente el posicionamiento del transductor y la configuración del barrido. No obstante, existen inconvenientes adicionales, tales como, las pérdidas de calidad e intensidad en las indicaciones a medida que la detección se realice con ángulos elevados. En estos casos, siempre resulta conveniente compensar amplitudes y realizar exploraciones desde distintas posiciones y con diferentes rangos angulares para mayor diversidad de información. 

Este trabajo presenta la composición espacial y coherente de imágenes PA capturadas con distintas orientaciones y posiciones sobre un mismo plano de la pieza, para luego ser combinadas en una única imagen. Cada una de las imágenes primarias individuales aporta una información espacial específica que depende de las características de emisión, por lo que la combinación permite presentar toda la información en una imagen de mayor calidad en la que se incrementa la capacidad de detección de defectos.

La propuesta consiste en la creación de un algoritmo genérico capaz de realizar una conversión de barrido utilizando la interpolación bilineal de los datos adquiridos, facilitando el análisis cualitativo y cuantitativo de las indicaciones. El desarrollo ha sido validado en materiales y componentes de uso nuclear.

Complete Title

High resolution image compounding using Phased Array systems for the inspection of nuclear materials

Abstract

The Phased Array Ultrasonic Technique (PAUT) has become in a widely used imaging tool for the Nondestructive Testing (NDT) in the industrial field, for example, for the periodic inspection of critical components of an installation.
The PAUT allows to make deflections and focusing the ultrasound beam at different depths within the material, through an electronic control of each of the N elements that make up the array transducer. Thus, several electronic sweeps can be performed for obtaining images in different formats (B or S scans).
The PAUT imaging is very efficient for detecting flaws whenever they have a favorable orientation to the beam direction. Therefore, it is necessary to establish the transducer position and setting the scanning correctly. Nevertheless, there are some drawbacks such as quality and intensity losses on the indications when the detection is made at high angles. For these reasons, it is necessary to perform amplitudes corrections and to explore from different positions using different angular ranges to obtain information with spatial diversity.
This work presents the spatial and coherent compounding of PAUT images, which have been captured with different orientations and positions on the same plane of the piece, to be combined in a single image. Each of the individual primary images provides specific spatial information that depends on the emission characteristics, so that the combination allows all the information to be presented in a higher quality image in which the defect detection capacity is increased.
A generic algorithm was developed for performing a scanning conversion using the bilinear interpolation, which allows obtaining a high quality final image and more accuracy in the quantitative analysis of indications. The proposal has been validated on materials and components of nuclear applications.

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