超聲波全聚焦TFM技術(shù)

-Total Focusing Method（TFM）全聚集技術(shù)

-Full Matrix Capture（FMC）即全矩陣采集

全聚焦的歷史可以追溯到2004年，話說(shuō)當(dāng)年的11月份，C Holmes, B Drinkwater以及P Wilcox等人發(fā)表了一篇論文，題目叫“The post-processing of ultrasonic array data using the total focusing method”，翻譯成中文就是”使用全聚焦方法對(duì)超聲陣列數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理“。這也是全聚焦的說(shuō)法第一次出現(xiàn)在公眾視野，但當(dāng)時(shí)大部分人還只是把它當(dāng)作是高校的一個(gè)研究方向未加重視。

回憶一下2004年的國(guó)內(nèi)檢測(cè)設(shè)備，當(dāng)時(shí)的普通相控陣檢測(cè)技術(shù)也才剛剛起步，對(duì)普通相控陣的檢測(cè)原理、方法和數(shù)據(jù)分析、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用都還處于摸索階段。自然還無(wú)暇顧及這種剛出來(lái)的全新數(shù)據(jù)處理方法。

我們來(lái)看一下這篇文章里都講了些什么，也許能夠更好地幫助大家了解全聚焦技術(shù)的歷史。

首先這篇文章提到了實(shí)驗(yàn)使用了一種后處理算法Total Focusing Method（TFM），即全聚焦方法，該方法將視圖顯示的每一個(gè)點(diǎn)都做了聚焦處理，細(xì)心的童鞋有沒(méi)有注意到一個(gè)細(xì)節(jié)，我們經(jīng)常提到的全聚焦方法，其實(shí)是一種數(shù)據(jù)處理方法，而不是數(shù)據(jù)采集方法，那數(shù)據(jù)采集方法是什么涅？聽我后面再慢慢道來(lái)。

這篇文章還比較了全聚焦方法和超聲相控陣方法的差異，指出超聲相控陣方法是對(duì)晶片的激發(fā)和接收端都做時(shí)間延遲，以得到聲束的偏轉(zhuǎn)或者聚焦，進(jìn)而可以形成實(shí)時(shí)的顯示圖像，因而被用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的動(dòng)態(tài)物體的超聲檢測(cè)（比如心臟跳動(dòng)）。而在無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域，檢測(cè)對(duì)象通常是靜態(tài)的，因而可通過(guò)數(shù)據(jù)離線處理的方式得到全聚焦的圖像。

從這里我們可以理解為TFM全聚焦技術(shù)應(yīng)用是在無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域，而不是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，這也打破了此前超聲檢測(cè)技術(shù)一直是先醫(yī)學(xué)后工業(yè)的老傳統(tǒng)，這是值得我們工業(yè)檢測(cè)人為之驕傲的地方。但當(dāng)時(shí)的作者可能也沒(méi)有想到在16年后的今天，全聚焦技術(shù)已經(jīng)可以做到實(shí)時(shí)顯示了，那這種技術(shù)是否在未來(lái)的醫(yī)療領(lǐng)域也被應(yīng)用呢？我們不得而知，未來(lái)可期！

前面提到全聚焦指的是數(shù)據(jù)處理方法，該文章還提到它的數(shù)據(jù)采集方法是Full Matrix Capture（FMC）即全矩陣采集。使用FMC方法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是它使得采集到的任何一個(gè)數(shù)據(jù)可以進(jìn)行重新創(chuàng)建和存儲(chǔ)，并可以用于任何一個(gè)數(shù)據(jù)處理算法。同時(shí)這種數(shù)據(jù)采集方法是一般的單晶探頭無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

使用FMC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，之后再使用TFM算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可以使得顯示區(qū)域的每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)都聚焦，這也使得TFM算法成為陣列數(shù)據(jù)處理的金標(biāo)準(zhǔn)（注：該文引用的TFM處理算法出自Karaman等人1995年的一篇文章中），由此可知2004年的這篇文章是第一次將TFM運(yùn)用于無(wú)損檢測(cè)行業(yè)的，而TFM算法早在90年代就已有之。

文章里還直觀地將幾種數(shù)據(jù)接收延遲處理類型做了個(gè)比較，下面是直觀的示意圖。

圖a顯示的是多個(gè)晶片接收延遲一致的時(shí)候，多晶片回波合成以后得到的是未聚焦的0度聲束。

圖b顯示的是接收延遲做了聚焦算法處理，回波合成以后得到的是聚焦的0度聲束。

圖c顯示的是接收延遲做了角度偏轉(zhuǎn)算法處理，回波合成以后得到的是未聚焦的角度偏轉(zhuǎn)聲束。

圖d顯示的是接收延遲做了角度偏轉(zhuǎn)+聚焦算法處理，回波合成以后得到的是角度偏轉(zhuǎn)+聚焦的聲束，而且圖像中的每個(gè)像素點(diǎn)都按照此種數(shù)據(jù)處理方式進(jìn)行處理，得到的就是全體積內(nèi)的聚焦圖像，所以此種算法才被叫做TFM全聚焦方法。

更新?lián)Q代FMC、TFM的超聲波相控陣檢測(cè)設(shè)備，有5個(gè)原因

01

眼見為實(shí)

全聚焦方式（TFM）圖像具有很高的清晰度，可使用戶在檢測(cè)過(guò)程中大受裨益。高級(jí)全聚焦方式（TFM）處理工具包括一個(gè)可以消除回波和偽影的實(shí)時(shí)包絡(luò)功能，從而增強(qiáng)了探測(cè)到難以發(fā)現(xiàn)的微小缺陷的性能，如：細(xì)小的高溫氫致（HTHA）缺陷。一旦看到了圖像，就很難駁斥其中顯示的結(jié)果。

02

全角度覆蓋

通過(guò)全矩陣捕獲（FMC）數(shù)據(jù)生成的全聚焦方式（TFM）圖像不僅具有很高的分辨率，而且還可以正確反映工件的幾何形狀，從而可使用戶更輕松地了解缺陷在工件中的位置和方向。用戶還可以同時(shí)觀察最多4種不同傳播模式的全聚焦方式（TFM）圖像，并比較這些圖像。這個(gè)功能有助于用戶發(fā)現(xiàn)具有異常方向的缺陷。

03

比較和確認(rèn)

新的高級(jí)軟件工具可在檢測(cè)之前、之中、之后為用戶提供更多的優(yōu)勢(shì)特性：

• 忘記了您的掃查計(jì)劃？ 沒(méi)有關(guān)系！我們可以在現(xiàn)場(chǎng)使用機(jī)載向?qū)?shí)時(shí)創(chuàng)建一個(gè)掃查計(jì)劃。聲束模擬器可以使用戶觀察到聲束，其中包括全聚焦方式（TFM）區(qū)域，并在現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)需要對(duì)聲束進(jìn)行調(diào)整。掃查計(jì)劃中包含一個(gè)聲學(xué)影響圖（AIM）工具，這個(gè)工具所生成的模型會(huì)向用戶表明*高探測(cè)靈敏度所在的區(qū)域，以及掃查覆蓋不到的區(qū)域。

• 在檢測(cè)過(guò)程中，可以使用“分屏”形式同時(shí)顯示多個(gè)視圖，從而可使用戶將最多4種不同聲波傳播模式的結(jié)果進(jìn)行比較。這個(gè)功能有助于驗(yàn)證和表征所探測(cè)到的缺陷類型，并確定放置定量光標(biāo)的確切位置，從而可提高缺陷深度測(cè)量的準(zhǔn)確性。

•  

04

滿足用戶對(duì)速度的需求

多組顯示、較大的文件容量、800%的高波幅范圍以及簡(jiǎn)化的菜單結(jié)構(gòu)，都有助于加速檢測(cè)進(jìn)程，而且加快檢測(cè)進(jìn)程的功能還不只這些。此外，得益于包括全聚焦方式（TFM）圖像在內(nèi)的一些高級(jí)、靈活的數(shù)據(jù)解讀工具，還可以更快地完成分析操作。

05

大大地縮短了設(shè)置時(shí)間

擁有了可以更方便、更有效地配置儀器的多個(gè)功能，用戶可以立即投入到檢測(cè)工作中：

       改進(jìn)的快速校準(zhǔn)：靈敏度、時(shí)間校正增益（TCG）

       同時(shí)完成多組配置

• 對(duì)保存的設(shè)置進(jìn)行簡(jiǎn)化的校準(zhǔn)驗(yàn)證

• 簡(jiǎn)潔的衍射時(shí)差（TOFD）菜單去除了一些不必要的步驟

全矩陣 (FMC)全聚焦 (TFM) 相控陣探傷儀

——全新一代高性能超聲波相控陣探傷儀PHASEYE FMC-64

全新一代高性能相控眼技術(shù)的相控陣探傷儀：PHASEYE FMC-64相控陣探傷儀運(yùn)用了新的相控眼技術(shù)，包含F(xiàn)MC、TFM及PA技術(shù)，結(jié)合自主研發(fā)的內(nèi)置聚焦法則計(jì)算器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)快速3D功能，不論是運(yùn)用常規(guī)的超聲技術(shù)，還是單波束、多組PA功能都讓讓您如虎添翼。設(shè)備配備的多軸編碼器同步聯(lián)動(dòng)功能，讓自動(dòng)和半自動(dòng)檢測(cè)更加高效便捷。

全矩陣采集（FMC）-多達(dá)128陣元 采集速度可達(dá)2GB/S

全聚焦技術(shù)（TFM）-實(shí)時(shí)（Real Time）高效 高分辨率

內(nèi)置聚焦法則計(jì)算器（FLC）-3D模擬技術(shù) 預(yù)知聲場(chǎng)分布

多款硬件配置滿足不同檢測(cè)需求-32：64PR 32:128PR 64:128PR等