ISO 18563-3:2024
(Main)Non-destructive testing — Characterization and verification of ultrasonic phased array equipment — Part 3: Complete systems
Non-destructive testing — Characterization and verification of ultrasonic phased array equipment — Part 3: Complete systems
This document addresses ultrasonic test systems implementing array probes, for contact technique (with or without wedge) or for immersion technique, with centre frequencies in the range of 0,5 MHz to 10 MHz. This document provides methods and acceptance criteria for determining the compliance of the complete system (see 3.2). Its purpose is for the verification of the correct operation of the system prior to testing or verification of the absence of degradation of the system. The methods are not intended to prove the suitability of the system for particular applications but are intended to prove the capability of the complete system (used for an application) to operate correctly according to the settings used. Tests can be performed on individual ultrasonic beams (for phased array technique, see 9.4.4) or on resulting images (for phased array technique and total focusing technique, see 9.4.3). The tests can be limited to the functions that are intended to be used for a certain application. This document does not cover the sensitivity setting of the system for a specific application. Nor does it apply to the characterization or verification of the mechanical scanning equipment. It is intended that these items will be covered by the test procedure. This document does not address the phased array technique using tandem technique. The characterization of beams, as recommended in case of dead elements or for more in-depth knowledge of the beams, is presented in Annex A. It is not applicable for signal processing technology using arrays. NOTE Unless stated otherwise, in this document ‘TFM’ and ‘TFM technique’ refer to the total focusing technique as defined in ISO 23243, and to related techniques, see for example ISO 23865 and ISO 23234.
Essais non destructifs — Caractérisation et vérification de l’appareillage ultrasonore multiélément — Partie 3: Systèmes complets
Le présent document concerne l'appareillage d'essais par ultrasons équipé de traducteurs multiéléments, dans le cadre de techniques par contact (avec ou sans sabot) ou en immersion, avec des fréquences centrales comprises entre 0,5 MHz et 10 MHz. Le présent document fournit des méthodes et des critères d'acceptation permettant de statuer sur la conformité du système complet (voir 3.2) L'objectif du présent document est de vérifier le bon fonctionnement du système avant les essais ou de vérifier l'absence de dérive du système. Les méthodes ne sont pas destinées à démontrer l'adéquation du système avec des applications particulières, mais à confirmer l'aptitude du système complet (utilisé pour une application) à fonctionner correctement en fonction des réglages utilisés. Les essais peuvent être réalisés sur des faisceaux ultrasonores individuels (pour la technique multiélément, voir 9.4.4) ou sur les images résultantes (pour la technique multiélément et la technique de focalisation en tous points, voir 9.4.3). Les essais peuvent être limités aux fonctions destinées à être utilisées dans le cadre d'une application donnée. Le présent document ne couvre pas le réglage de la sensibilité du système pour une application spécifique. Il ne s'applique pas non plus à la caractérisation ou la vérification de l'équipement de balayage mécanique. Ces éléments sont censés être couverts par la procédure d'essai. Le présent document ne traite pas la technique multiélément fonctionnant en méthode tandem. La caractérisation des faisceaux, comme recommandé en cas d'éléments morts ou pour obtenir une connaissance plus approfondie des faisceaux, est présentée à l'Annexe A. Elle n'est pas applicable à la technologie de traitement du signal à l'aide de réseaux. NOTE Sauf indication contraire, dans le présent document, les termes «FTP» et «technique FTP» font référence à la technique de focalisation en tous points, telle que définie dans l'ISO 23243, et aux techniques connexes; voir par exemple l'ISO 23865 et l'ISO 23234.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
International
Standard
ISO 18563-3
Second edition
Non-destructive testing —
2024-05
Characterization and verification
of ultrasonic phased array
equipment —
Part 3:
Complete systems
Essais non destructifs - Caractérisation et vérification de
l’appareillage ultrasonore multiélément —
Partie 3: Systèmes complets
Reference number
© ISO 2024
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be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting on
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Website: www.iso.org
Published in Switzerland
ii
Contents Page
Foreword .iv
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 2
4 Symbols . 2
5 General requirements for conformity . 3
5.1 General .3
5.2 Reference system .3
5.3 Identical system .3
5.4 Periodic checks .3
6 Qualification of test personnel . 4
7 Modes of operation for phased array techniques . 4
8 Equipment required for tests . 6
9 Tests to be performed . 6
9.1 General .6
9.2 External aspects of the equipment .8
9.2.1 General .8
9.2.2 Procedure .8
9.2.3 Acceptance criteria .8
9.2.4 Reporting .8
9.3 Elements and channels .8
9.3.1 General .8
9.3.2 Channel assignment .8
9.3.3 Relative sensitivity of elements, reference amplitude and dead elements .10
9.4 Verification of correct operation . 12
9.4.1 General . 12
9.4.2 Amplification system . 12
9.4.3 Verification of correct operation by using imaging . 15
9.4.4 Verification of correct operation by using beams .18
9.4.5 Skew angle . 22
9.5 Other verifications . 22
9.5.1 Squint angle . 22
9.5.2 Grating lobes (recommended) . 23
10 System record sheet .23
Annex A (informative) Characterization of sound beams .25
Bibliography .32
iii
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through
ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee
has been established has the right to be represented on that committee. International organizations,
governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely
with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are described
in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the different types
of ISO document should be noted. This document was drafted in accordance with the editorial rules of the
ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
ISO draws attention to the possibility that the implementation of this document may involve the use of (a)
patent(s). ISO takes no position concerning the evidence, validity or applicability of any claimed patent
rights in respect thereof. As of the date of publication of this document, ISO had not received notice of (a)
patent(s) which may be required to implement this document. However, implementers are cautioned that
this may not represent the latest information, which may be obtained from the patent database available at
www.iso.org/patents. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and expressions
related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the World Trade
Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 135 Non-destructive testing, Subcommittee
SC 3 Ultrasonic testing, in collaboration with the European Committee for Standardization (CEN) Technical
Committee CEN/TC 138, Non-destructive testing, in accordance with the Agreement on technical cooperation
between ISO and CEN (Vienna Agreement).
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 18563-3:2015), which has been technically
revised.
The main changes are as follows:
— integration of matrix array probes;
— deletion of group 1 and 2 tests;
— addition of a clause on the use of imaging for complete system verification (9.4.3) as a simplification for
a more functional standard (characterisation of beams moved to Annex A);
— addition of signal processing techniques using arrays (e.g. total focusing technique (TFM)) in the scope.
A list of all parts in the ISO 18563 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
iv
International Standard ISO 18563-3:2024(en)
Non-destructive testing — Characterization and verification
of ultrasonic phased array equipment —
Part 3:
Complete systems
1 Scope
This document addresses ultrasonic test systems implementing array probes, for contact technique (with
or without wedge) or for immersion technique, with centre frequencies in the range of 0,5 MHz to 10 MHz.
This document provides methods and acceptance criteria for determining the compliance of the complete
system (see 3.2). Its purpose is for the verification of the correct operation of the system prior to testing or
verification of the absence of degradation of the system.
The methods are not intended to prove the suitability of the system for particular applications but are intended
to prove the capability of the complete system (used for an application) to operate correctly according to the
settings used. Tests can be performed on individual ultrasonic beams (for phased array technique, see 9.4.4)
or on resulting images (for phased array technique and total focusing technique, see 9.4.3).
The tests can be limited to the functions that are intended to be used for a certain application.
This document does not cover the sensitivity setting of the system for a specific application. Nor does it
apply to the characterization or verification of the mechanical scanning equipment. It is intended that these
items will be covered by the test procedure.
This document does not address the phased array technique using tandem technique.
The characterization of beams, as recommended in case of dead elements or for more in-depth knowledge of
the beams, is presented in Annex A. It is not applicable for signal processing technology using arrays.
NOTE Unless stated otherwise, in this document ‘TFM’ and ‘TFM technique’ refer to the total focusing technique
as defined in ISO 23243, and to related techniques, see for example ISO 23865 and ISO 23234.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content constitutes
requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For undated references,
the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 5577, Non-destructive testing — Ultrasonic testing — Vocabulary
ISO 9712, Non-destructive testing — Qualification and certification of NDT personnel
ISO 18563-1, Non-destructive testing — Characterization and verification of ultrasonic phased array equipment
— Part 1: Instruments
ISO 18563-2, Non-destructive testing — Characterization and verification of ultrasonic phased array equipment
— Part 2: Probes
ISO 22232-2, Non-destructive testing — Characterization and verification of ultrasonic test equipment — Part
2: Probes
ISO 23243, Non-destructive testing — Ultrasonic testing with arrays — Vocabulary
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 5577, ISO 23243 and the
following apply.
ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
3.1
combined equipment
connected set including the instrument, the array probe (with wedge if applicable) and connecting cables,
including adapters
[SOURCE: ISO 23243:2020. Modified – array and wedge added]
3.2
complete system
combined equipment including the settings for a given mode of operation
Note 1 to entry: Settings are specific values or ranges of values, e.g. electronic scanning or steering range.
3.3
reference system
complete system, including an instrument according to ISO 18563-1 and an array probe initially according to
ISO 18563-2, on which all of the applicable tests defined in Clause 9 of this document have been performed
successfully
3.4
identical system
complete system in which instrument, array probe, wedge, connecting cables and the settings for a given
mode of operation are identical to those of the reference system
Note 1 to entry: Components are identical if from the same manufacturer and the same model.
3.5
system record sheet
document for reporting the results for a complete system which enables a comparison with the values
obtained from the reference system
4 Symbols
For the purposes of this document, the symbols given in Table 1 apply.
Table 1 — Symbols
Symbol Unit Definitions
(X ; Z ) mm; mm Coordinates of the position of the centre of the reference reflector
C C
(X ; Z ) mm; mm Coordinates of the position of maximum amplitude of an indication
M M
A V or % FSH Amplitude of one elementary signal
el
Contact technique: reduced projected sound path length
a mm
Immersion technique: distance between the orthogonal projection of the axis of the side-
i
drilled hole on the test surface and the centre of the probe front surface
A V or % FSH Maximum value of the amplitudes of all elementary signals
max
A V or % FSH Minimum value of the amplitudes of all elementary signals, excluding the dead elements
min
A V or % FSH Median value of the amplitudes of all elementary signals
ref
TTabablele 1 1 ((ccoonnttiinnueuedd))
Symbol Unit Definitions
D mm Diagonal of the active aperture
Distance between the centre of a side-drilled hole and the point of maximum amplitude of
D mm
CM
the indication of this hole
G dB Reference gain
ref
N mm Near-field length associated with the active aperture
p mm Pitch
X mm Distance between the probe front surface and the probe index point for the studied beam
s
ΔS dB Relative sensitivity of an element
el
Θ ° Angle of refraction
λ mm Wavelength
5 General requirements for conformity
5.1 General
All following tests shall be performed with an instrument that complies with ISO 18563-1 and an array that
initially complied with ISO 18563-2.
The tests can be limited to the functions that are intended to be used for a certain application, e.g. used
channels of the instrument or used part of the array or specific settings for a specified mode of operation.
When all required tests have been successfully conducted, the complete system is considered to conform to
this document.
5.2 Reference system
a) The tests to be performed prior to the first use of a complete system are described in Table 4.
When all required tests have been successfully conducted, this complete system may be used as a
reference system. The results of the measurements made are the base values.
b) A system record sheet of these base values shall be created.
5.3 Identical system
a) When an identical system is created, and/or when using other channels of the instrument and duplicating
the settings, or after a maintenance operation or after the replacement of a system component, the tests
as described in Table 4 shall be performed again.
b) The results of the measurements made on the identical system shall be recorded in the system record
sheet and compared against the base values.
5.4 Periodic checks
a) For a periodic check of correct operation of the system, the tests as described in Table 4 shall be
performed again.
b) The frequency of checking of the complete system shall be specified in the test procedure, e. g. before
starting and at the end of the non-destructive testing or daily, weekly, monthly, depending on the
application.
c) Each periodic check shall be documented on the system record sheet, either by recording the values of
the checks or by stating that the results are within the acceptance criteria.
6 Qualification of test personnel
a) Personnel performing the verifications in accordance with this document shall be qualified to an
appropriate level in ultrasonic testing in accordance with ISO 9712 or equivalent.
b) In addition to general knowledge of ultrasonic testing, the operators shall be familiar with, and have practical
experience in, the use of the ultrasonic phased array technique or the total focusing technique (TFM).
7 Modes of operation for phased array techniques
This clause is not applicable for signal processing techniques using arrays, e.g. TFM.
This clause is applicable for phased array techniques based on beams by using a set of delay laws for multiple
array elements during transmission and/or reception.
Depending on the application, the following options of the phased array technique may be used:
— number of active apertures (one or multiple);
— number of shots or delay laws (one or multiple) per active aperture;
— type of delay law (beam steering, beam focusing or combined setting).
The six most common modes of operation for phased array techniques are defined in Table 2.
Examples of modes of operation for phased array techniques are illustrated in Table 3.
Considering these different modes of operation and their resulting beams, the number of beams or images to
be tested is described in Table 4.
Table 2 — Definition of modes of operation for phased array techniques
Number Number of delay Identical or differ-
Array orienta-
Modes of active laws per active ent set of delay laws Resulting beam(s)
tion
apertures aperture for each aperture
Not applicable
Mode 1 One One Not relevant One beam
(only one aperture)
Not applicable Multiple beams from one active
Mode 2 One Multiple Not relevant
(only one aperture) aperture
Array parallel to One beam from each active ap-
Mode 3 Multiple One Identical
the test surface erture, all beams are identical
Multiple beams from each ac-
Array parallel to
Mode 4 Multiple Multiple Identical tive aperture, beams are identi-
the test surface
cal for all active apertures
Array not parallel
One beam from each active
Identical
to the test surface
Mode 5 Multiple One aperture, beams are different
for each active aperture
Different Not relevant
Array not parallel
Multiple beams from each
Identical
to the test surface
Mode 6 Multiple Multiple active aperture, beams are dif-
ferent for each active aperture
Different Not relevant
Table 3 — Examples of modes of operation for phased array techniques
Modes Examples
Mode 1
a) Beam steering b) Beam focusing on one point
Mode 2
b) Focusing on several points
a) Electronic sectorial scanning
Mode 3
a) Electronic linear scanning with constant delay
b) Electronic linear scanning with focusing
path
Mode 4
a) Electronic sectorial scanning together with b) Focusing on several points together with elec-
electronic linear scanning tronic linear scanning
Mode 5
a) Electronic linear scanning with varying delay b) Electronic linear scanning with focusing or
path combined electronic scanning
The medium between the array and the test object may be a fluid (immersion) or a solid (e.g. wedge).
NOTE 1 For simplicity, only the beam centre lines are indicated. An arrow indicates the beam direction, dots indicate focal
points.
TTabablele 3 3 ((ccoonnttiinnueuedd))
Modes Examples
Mode 6
a) Electronic sectorial scanning together with b) Focusing on several points together with elec-
electronic linear scanning tronic linear scanning
The medium between the array and the test object may be a fluid (immersion) or a solid (e.g. wedge).
NOTE 1 For simplicity, only the beam centre lines are indicated. An arrow indicates the beam direction, dots indicate focal
points.
8 Equipment required for tests
The equipment required for the tests of a complete system includes:
a) suitable reference block(s);
b) measurement devices for the length with an accuracy of ±0,5 mm and for the angle with an accuracy of ±1°.
9 Tests to be performed
9.1 General
a) Before performing the tests, the equipment settings shall be made according to the array and wedge
that are in use for the application.
b) For applications where only a part of the array is used, the tests can be limited to this part. In that case,
the results of the tested part of the array shall be recorded on the system record sheet, including a
description of the tested part of the array.
c) The tests described in Table 4 shall be performed initially (5.2), after every maintenance operation or
after the replacement of a system component (5.3), and periodically (5.4).
Table 4 describes the various tests to be conducted on a complete system based on the different modes of
operation for phased array techniques.
The last column of Table 4 describes the various tests to be conducted on a complete system in case of signal
processing techniques using arrays. For conciseness, it is named TFM mode.
For tests where Table 4 indicates that it is required to verify at least three beams, apertures or presentations,
this means at least the median and both extreme situations shall be verified.
For phased array technique, tests can be performed either on individual ultrasonic beams or on resulting
images, if applicable.
For total focusing technique, tests can only be performed on resulting images, because no individual
ultrasonic beams are available.
Table 4 — Tests to be performed
Mode 2 Mode 2
Items Test and clause Mode 1 Mode 3 Mode 4 Mode 5 Mode 6 TFM mode
Example a Example b
External aspects of
External as-
the equipment Required
pects
9.2
Channel assignment
Required for used channels
9.3.2
Relative sensitivity of
Elements and
elements, reference
channels
amplitude and dead Required for used channels
elements
9.3.3
Amplification system
Required for used channels
9.4.2
L-scan
a
Using imaging Not appli- S-scan pres- L-scan pres- At least one L-scan or S-scan At least three L-scan or
Not applicable or S-scan pres- TFM image
b
9.4.3 cable entation entation presentation S-scan presentations
entation
a
Using beams At least the three following
Correct opera-
Not applicable
b
c 9.4.4 beams: first shot of first aper- At least three apertures , and
tion
At least three At least three
b b
Used beam At least 3 beams ture, last shot of last aperture three beams for each of these
b b
apertures apertures
Skew angle Required if
and median shot of median apertures
9.4.5 applied
aperture
Characterization of
sound beams Optional Not applicable
Annex A
Squint angle
Required
9.5.1
Other verifica-
tions
Grating lobes
Optional
9.5.2
a
Verification of correct operation is either done by using imaging (9.4.3) or by using beams (9.4.4).
b
Verifications shall be done for extreme and median beams or apertures or presentations.
c
For matrix array probes generating beams with skew angles, the verifications shall be performed in the extreme and median deflection planes
9.2 External aspects of the equipment
9.2.1 General
This general visual inspection is intended to verify that there is no degradation of the test equipment.
9.2.2 Procedure
a) Visually inspect the outside of the ultrasonic instrument, the array probes, the cables and the connectors
in order to detect any sign of damage or wear that can affect both the current operation of the system
and its long-term reliability.
b) In particular, inspect the contact surface of the array probe and the wedge.
c) If the probe is made out of various components, verify that they are correctly assembled.
d) Check the wedge dimensions by measuring with a ruler to detect any wear.
9.2.3 Acceptance criteria
All the components of the system shall not show any visible sign of damage or wear that influences the beam
characteristics or imaging.
9.2.4 Reporting
The results of the visual inspection shall be recorded on or appended to the system record sheet.
9.3 Elements and channels
9.3.1 General
These tests are to ensure proper connection of the array probe to the instrument and correct operation of
the array probe once connected.
The tests address:
a) the verification of channel/element assignment for transmission and reception, and the capability of the
instrument to perform the electronic switching operations necessary to activate individual elements
successively;
b) the measurement of the relative sensitivity of the array elements, and the reference amplitude;
c) the identification of any failing component (e.g. dead elements).
9.3.2 Channel assignment
9.3.2.1 Procedure
a) Use a test block with a planar reflecting surface that is not parallel to the array in order to generate
increasing time-of-flight values from element to element, see Table 5 and Figure 1.
b) Activate the elements one by one from the first element to the last element of the array.
c) Compare the individual time-of-flight values of the signals from the reflecting surface from element to
element (e.g. by A-scans, L-scans) (Figure 2).
d) The verification for matrix array probes shall be performed in two phases:
1) first check the individual elements column by column;
2) then, having rotated the matrix array probe by 90°, or a small skew angle when using a wedge,
check row by row.
Table 5 — Test blocks to be used depending on the configuration
Technique Probe configuration Reflecting surface
Without wedge
Block with planar surfaces that are non-parallel (Figure 1 b))
(or wedge removed)
Wedge contact surface if the time-of-flight values differ from element to
Contact tech-
element
nique
With a wedge or
Block with a planar reflecting surface where the impingement angle of
the natural refracted beam is at least a few degrees (Figure 1 a))
Immersion Block with a planar reflective test surface tilted by at least a few de-
-
technique grees with respect to the probe
a) For an array with wedge b) For an array without wedge on a block, e.g.
according to ISO 19675
Key
a impingement angle of the natural refracted beam
b natural refracted beam angle
Figure 1 — Verification of channel assignment
Key
X element position.
Y time of flight.
Figure 2 — Comparing elementary time of flight on imaging, e.g. L-scan
9.3.2.2 Acceptance criteria
a) The longest time of flight shall be associated with the element farthest from the reflecting surface;
b) The shortest time of flight shall be associated with the element closest to the reflecting surface;
c) The time of flight of the received signals shall vary monotonically with element position.
9.3.2.3 Reporting
The settings and results of the test shall be recorded on or appended to the system record sheet.
9.3.3 Relative sensitivity of elements, reference amplitude and dead elements
9.3.3.1 General
The objectives of the following tests are to check the relative sensitivity of the elements, to identify dead
elements and to determine the reference amplitude.
An additional objective of periodic tests is to verify that the possible occurrence of changes in the relative
sensitivity of the elements has no influence on the correct operation of the system.
9.3.3.2 Elementary sensitivity
9.3.3.2.1 Procedure for contact technique
a) Position the array probe on a test block in order to obtain the same time of flight for all of the elements, e.g.:
1) preferably without a wedge (if possible), using a block with parallel surfaces;
2) with a delay line, using the signals from the delay line contact surface;
3) with a wedge, using a test block of the same material with one side inclined at the same angle as the
probe wedge;
b) Activate the elements one by one (transmit and receive with the same element).
c) Display the amplitude of the echo from the reflector for each element.
d) Adjust the gain to have the signal amplitudes approximately at 80 % of FSH and, if necessary, reduce the
gain if the maximum amplitude cannot be read from the display (above 100 % of FSH).
e) Measure the amplitude A of each elementary signal in % of FSH.
el
f) For dual-array probes, perform tests a) to e) for each array separately.
In case of a non-removable wedge, use an adapted block that compensates for the influence of the roof angle.
9.3.3.2.2 Procedure for immersion technique
a) Position the array probe parallel to an immersed test block in order to obtain the same time-of-flight
values for all of the elements.
b) Activate the elements one by one (transmit and receive with the same element).
c) Display the amplitude of the interface echo for each element; perpendicular incidence is obtained if all
signals show an equivalent time of flight within a half-period tolerance.
d) Adjust the gain to have the signal amplitudes approximately at 80 % of FSH and, if necessary, reduce the
gain if the maximum amplitude cannot be read from the display (above 100 % of FSH).
e) Measure the amplitude A of each elementary signal in % of FSH.
el
9.3.3.3 Determination of the reference amplitude
The reference amplitude A is defined as the median of the elementary amplitudes of the elements A .
ref el
a) Calculate A and record it on the system record sheet, together with the applied gain.
ref
b) During the system's service life, use the same settings and the same test block, recalculate A every
ref
time to check the absolute sensitivity of the system.
9.3.3.4 Identification of dead elements
Calculate the relative sensitivity ΔS (in dB) of each element using Formula (1):
el
∆S = 20log(A /A ) (1)
el el ref
An element is considered a dead element, if ΔS < −9 dB.
el
A loss of sensitivity can be caused by the array element, the cable and/or the instrument.
Regardless of the reason, this is named a dead element.
9.3.3.5 Range of sensitivity of elements
A is defined as the maximum A value.
max el
A is defined as the minimum A value excluding dead elements.
min el
Check the range of sensitivity of elements by comparing A and A .
min max
9.3.3.6 Acceptance criteria
The following criteria shall be applied:
a) The reference amplitude A is acceptable if the signal-to-noise ratio is acceptable for the application.
ref
b) If the reference amplitude and the signal-to-noise ratio do not remain acceptable, the beams or images
resulting from the affected active apertures shall be checked. This verification may be performed via
simulation or, for phased array technique, by measurements according to Annex A.
c) The relative sensitivity of elements is acceptable if A – A < 50 % of FSH;
max min
d) The maximum number of dead elements for each active aperture shall not be more than the values given
in Table 6.
Table 6 — Maximum number of dead elements
Type of array probe 0,5 < f ≤ 5 MHz 5 < f ≤ 10 MHz
Linear array
1 out of 16
Matrix array with number ≤ 64 elements
Matrix array with number > 64 elements 10 % 15 %
e) For linear array probes, the dead elements shall not be adjacent.
f) For matrix array probes with up to 64 elements, the dead elements shall not be adjacent.
g) For matrix array probes with more than 64 elements, each dead element shall have maximum one
adjacent dead element.
h) If new dead elements are found during periodical tests, it should be verified that the reference amplitude
of the affected active apertures and the signal-to-noise ratio remain acceptable for the application.
9.3.3.7 Reporting
The settings and results of the tests shall be recorded on or appended to the system record sheet.
9.4 Verification of correct operation
9.4.1 General
a) For phased array techniques, the beams generated in the deflection plane(s) shall be verified either by
using imaging (9.4.3) or by measuring the angle of refraction and the index point (9.4.4).
b) For signal processing techniques using arrays, the term beam is not relevant. Then, only the resulting
TFM image in the deflection plane(s) shall be verified (9.4.3).
c) For imaging with indirect beams or indirect imaging paths, i.e. using reflection(s) at surface(s) of the
test object, the verifications shall be performed using reference block(s) of known thickness.
d) In all cases, prior to the verifications described in 9.4.3 and 9.4.4, the absence of saturation of signals
and the linearity of the amplification system shall be verified (9.4.2).
e) For matrix array probes operating with skew angles, the skew angles shall be verified (9.4.5).
NOTE Presentations in other planes (e.g. type C, top-view, side-view) or imaging using reflection are related to
the test procedure and verifications will be described in it.
9.4.2 Amplification system
9.4.2.1 General
Ultrasonic testing is often based on the evaluation of amplitude values that can be quantitatively altered by
a default in the amplification system due to either:
— a saturation of elementary signals;
— a saturation of summed signals;
— a non-linearity of the amplification system.
Summed signals are obtained either by delaying and summing elementary signals (summed A-scan for
phased array technique) or by synthetic focusing by coherent summation of elementary signal amplitudes
(summed amplitudes for TFM technique). Then the summed signals are displayed as summed A-scan
presentations (for phased array technique) or in an image (for phased array technique or TFM technique).
The summation of multiple elementary signals may be performed analogue or digital, depending on the
design of the instrument (AD-converter, amplifier, processing):
— In all cases, for phased array instruments and TFM instruments, there is a risk for saturation of
summed signals, especially in case of high gain setting, strong ultrasonic signals (e.g. large reflectors) or
summation over a large number of channels;
— In case all or most elementary signals are saturated, the linearity of the summed signals will deviate;
— In case only one or a few elementary signals are saturated (e.g. 1 out of 16), the linearity of the summed
signals may be acceptable because of the limited influence of the saturated signals (e.g. 1/16). The
influence can be so small that there is no measurable effect on the linearity of the summed signals and
the system meets the acceptance criteria.
Typically, the elementary signals are not available to the operator, so the operator cannot perform a
verification of elementary signals. Then the linearity of the amplification system can only be verified
simultaneously with the displayed summed signals.
The following subclauses describe the procedures for verification of absence of saturation of signals and
linearity of the amplification system:
a) The verifications shall be performed on the presentations and with the settings (including sensitivity on
a relevant reference reflector) that are to be used in the actual testing of objects, by using:
1) The echo height displayed in an A-scan presentation.
2) The amplitude value displayed in an image, selected with a cursor or a box.
3) The echo height measured in a gate, displayed as a numerical value.
b) If available on the instrument, the indication function for the absence of saturation of elementary signals
shall be used (9.4.2.2).
c) Depending on the maximum summed signal amplitude value that can be displayed by the instrument:
1) If the maximum summed signal amplitude value is 100 % of the full screen height (FSH), the vertical
linearity shall be verified according to 9.4.2.3.1.
2) If the maximum summed signal amplitude value is higher than 100 % of FSH, e.g. displayed as a
value, the vertical linearity shall be verified up to this maximum amplitude value according to
9.4.2.3.2.
3) The verification of summed signals shall also be performed in case the instrument indicates that
the elementary signals are not saturated.
In case no absolute amplitude values are used in the evaluation of test objects, it is still recommended to
verify the correct operation of the amplification system.
9.4.2.2 Absence of saturation of elementary signals
Phased array instruments and TFM instruments can have an indication function for saturation of elementary
signals.
If saturation of elementary signals is indicated, the operator shall take appropriate measures.
9.4.2.3 Absence of saturation of summed signals and linearity of the amplification system
9.4.2.3.1 Procedure for verification of linearity up to 100 % of FSH
For presentations with a maximum summed signal amplitude value of 100 % of full screen height (FSH):
a) Apply the settings that are to be used in the actual testing of objects (including sensitivity), set and note
the transmitter voltage.
b) Position the probe to visualize the echo from the reflector considered.
The reflector to be used for this test shall be the same as the reflectors used in 9.4.3.2 and 9.4.4.2.
c) Adjust the gain so that the summed signal corresponds to 80 % of the full screen height (FSH).
d) Note the value of the calibrated gain control (dB).
e) Then increase the gain by 2 dB and confirm that the signal rises to approximately 100 % of FSH.
f) Retrieve the initial value of gain and then decrease it by 6 dB and then by an additional 6 dB.
g) Confirm that the signal drops to approximately 40 % then to 20 % of FSH according to Table 7.
9.4.2.3.2 Procedure for verification of linearity above 100 % of FSH
For presentations with a maximum summed signal amplitude value higher than 100 % of full screen height
(FSH), e.g. displayed as a value when gates or images are used, the linearity of the displayed amplitude shall
be verified up to the maximum amplitude value, i.e. above 100 % of FSH:
a) Apply the settings that are to be used in the actual testing of objects (including sensitivity), set and note
the transmitter voltage.
b) Position the probe to visualize the echo from the reflector considered.
The reflector to be used for this test shall be the same as the reflectors used in 9.4.3.2 and 9.4.4.2.
c) Adjust the gain so that the summed signal corresponds to 80 % of the maximum possible amplitude
value of the used presentation.
d) Note the value of the calibrated gain control (dB).
e) Then increase the gain by 2 dB and confirm that the signal rises to approximately 100 % of the maximum
possible amplitude value of the used presentation.
f) Retrieve the initial value of gain and then decrease the gain in steps of 6 dB.
g) Confirm that the signal amplitude falls to approximately the expected amplitude value according to
Table 8.
9.4.2.4 Acceptance criteria
a) If the instrument has an indication function for saturation of elementary signals, the indication function
for saturation of elementary signals shall have given no warning.
b) The linearity of the summed signals in presentations up to 100 % of FSH shall comply with Table 7.
c) The linearity of the summed signals in presentations above 100 % of FSH shall comply with Table 8.
d) If the criteria are not met, a solution may be to decrease the transmitter voltage.
Table 7 — Acceptance criteria for the linearity of summed signals up to 100 % of FSH
Gain setting Expected amplitude Limits
(dB) (% of full screen height) (% of full screen height)
+ 2 101 Not less than 95
0 80 (Reference value)
− 6 40 37 to 43
− 12 20 17 to 23
Table 8 — Acceptance criteria for the linearity of summed signals above 100 % of FSH
Gain setting Expected amplitude value Limits
(dB) (% of maximum value) (% of maximum value)
+ 2 101 Not less than 95
0 80 (Reference value)
− 6 40 37 to 43
− 12 20 17 to 23
- 18 10 8 to 12
9.4.3 Verification of correct operation by using imaging
9.4.3.1 General
Phased array and TFM systems offer the possibility to visualize acquisition data on reconstructed 2D images
in the deflection plane (e.g. L-scan presentations, S-scan presentations, TFM images), except for mode 1 and
mode 2 example b.
Other presentations can also be available which are not in the deflection plane (e.g. C-scan presentation,
top view, side view). All these presentations are generated through algorithms s
...
Norme
internationale
ISO 18563-3
Deuxième édition
Essais non destructifs -
2024-05
Caractérisation et vérification
de l’appareillage ultrasonore
multiélément —
Partie 3:
Systèmes complets
Non-destructive testing — Characterization and verification of
ultrasonic phased array equipment —
Part 3: Complete systems
Numéro de référence
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publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
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E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii
Sommaire Page
Avant-propos .iv
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 2
4 Symboles . 2
5 Exigences générales de conformité . 3
5.1 Généralités .3
5.2 Système de référence .3
5.3 Système identique .3
5.4 Vérifications périodiques .4
6 Qualification du personnel chargé des essais . 4
7 Modes de fonctionnement pour les techniques multiéléments . 4
8 Matériel requis pour les essais . 7
9 Essais à réaliser . 7
9.1 Généralités .7
9.2 Aspects externes de l'équipement . .10
9.2.1 Généralités .10
9.2.2 Mode opératoire .10
9.2.3 Critères d'acceptation .10
9.2.4 Établissement des rapports .10
9.3 Éléments et voies .10
9.3.1 Généralités .10
9.3.2 Attribution des voies .10
9.3.3 Sensibilité relative des éléments, amplitude de référence et éléments morts . 12
9.4 Vérification du bon fonctionnement .14
9.4.1 Généralités .14
9.4.2 Système d'amplification .14
9.4.3 Vérification du bon fonctionnement en utilisant l'imagerie .17
9.4.4 Vérification du bon fonctionnement en utilisant des faisceaux . 20
9.4.5 Angle de biais .24
9.5 Autres vérifications . 25
9.5.1 Angle de bigle . 25
9.5.2 Lobes de réseau (recommandé) . 25
10 Fiche d'enregistrement du système.26
Annexe A (informative) Caractérisation des faisceaux ultrasonores .27
Bibliographie .35
iii
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux
de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général
confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire
partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document
a été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2
(voir www.iso.org/directives).
L'ISO attire l'attention sur le fait que la mise en application du présent document peut entraîner l'utilisation
d'un ou de plusieurs brevets. L'ISO ne prend pas position quant à la preuve, à la validité et à l'applicabilité
de tout droit de propriété revendiqué à cet égard. À la date de publication du présent document, l'ISO
n'avait pas reçu notification qu'un ou plusieurs brevets pouvaient être nécessaires à sa mise en application.
Toutefois, il y a lieu d'avertir les responsables de la mise en application du présent document que des
informations plus récentes sont susceptibles de figurer dans la base de données de brevets, disponible à
l'adresse www.iso.org/brevets. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne pas avoir identifié tout ou
partie de tels droits de brevet.
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données pour
information, par souci de commodité, à l'intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion de
l'ISO aux principes de l'Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles techniques au
commerce (OTC), voir www.iso.org/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 135, Essais non destructifs, sous-
comité SC 3, Contrôle par ultrasons, en collaboration avec le comité technique CEN/TC 138, Essais non
destructifs, du Comité européen de normalisation (CEN), conformément à l'accord de coopération technique
entre l'ISO et le CEN (Accord de Vienne).
Cette seconde édition annule et remplace la première édition (ISO 18563-3:2015), qui a fait l'objet d'une
révision technique.
Les principales modifications sont les suivantes:
— intégration des traducteurs à réseau matriciel;
— suppression des essais de groupe 1 et 2;
— ajout d'un paragraphe sur l'utilisation de l'imagerie pour la vérification du système complet (9.4.3) par
souci de simplification pour obtenir une norme plus fonctionnelle («Caractérisation des faisceaux»
déplacée à l'Annexe A);
— ajout des techniques de traitement du signal à l'aide de réseaux (par exemple, technique de focalisation
en tous points (FTP)) dans le domaine d'application.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 18563 se trouve sur le site web de l'ISO.
Il convient que l'utilisateur adresse tout retour d'information ou toute question concernant le présent
document à l'organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes se
trouve à l'adresse www.iso.org/fr/members.html.
iv
Norme internationale ISO 18563-3:2024(fr)
Essais non destructifs - Caractérisation et vérification de
l’appareillage ultrasonore multiélément —
Partie 3:
Systèmes complets
1 Domaine d'application
Le présent document concerne l'appareillage d'essais par ultrasons équipé de traducteurs multiéléments,
dans le cadre de techniques par contact (avec ou sans sabot) ou en immersion, avec des fréquences centrales
comprises entre 0,5 MHz et 10 MHz.
Le présent document fournit des méthodes et des critères d'acceptation permettant de statuer sur la
conformité du système complet (voir 3.2) L'objectif du présent document est de vérifier le bon fonctionnement
du système avant les essais ou de vérifier l'absence de dérive du système.
Les méthodes ne sont pas destinées à démontrer l'adéquation du système avec des applications particulières,
mais à confirmer l'aptitude du système complet (utilisé pour une application) à fonctionner correctement en
fonction des réglages utilisés. Les essais peuvent être réalisés sur des faisceaux ultrasonores individuels
(pour la technique multiélément, voir 9.4.4) ou sur les images résultantes (pour la technique multiélément et
la technique de focalisation en tous points, voir 9.4.3).
Les essais peuvent être limités aux fonctions destinées à être utilisées dans le cadre d'une application donnée.
Le présent document ne couvre pas le réglage de la sensibilité du système pour une application spécifique. Il
ne s'applique pas non plus à la caractérisation ou la vérification de l'équipement de balayage mécanique. Ces
éléments sont censés être couverts par la procédure d'essai.
Le présent document ne traite pas la technique multiélément fonctionnant en méthode tandem.
La caractérisation des faisceaux, comme recommandé en cas d'éléments morts ou pour obtenir une
connaissance plus approfondie des faisceaux, est présentée à l'Annexe A. Elle n'est pas applicable à la
technologie de traitement du signal à l'aide de réseaux.
NOTE Sauf indication contraire, dans le présent document, les termes «FTP» et «technique FTP» font référence
à la technique de focalisation en tous points, telle que définie dans l'ISO 23243, et aux techniques connexes; voir par
exemple l'ISO 23865 et l'ISO 23234.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu'ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour
les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 5577, Essais non destructifs — Contrôle par ultrasons — Vocabulaire
ISO 9712, Essais non destructifs — Qualification et certification du personnel END
ISO 18563-1, Essais non destructifs — Caractérisation et vérification de l'appareillage de contrôle par ultrasons
en multiéléments — Partie 1: Appareils
ISO 18563-2, Essais non destructifs — Caractérisation et vérification de l’appareillage de contrôle par ultrasons
en multiéléments — Partie 2: Traducteurs
ISO 22232-2, Essais non destructifs — Caractérisation et vérification de l'appareillage de contrôle par ultrasons
— Partie 2: Traducteurs
ISO 23243, Essais non destructifs — Contrôle à l’aide de réseaux ultrasonores — Vocabulaire
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et les définitions de l'ISO 5577 et de l'ISO 23243 ainsi que
les suivants s'appliquent.
L'ISO et l'IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en normalisation,
consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l'adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l'adresse https:// www .electropedia .org/
3.1
équipement complet
ensemble connecté comprenant l'appareil, le traducteur multiélément (avec le sabot, le cas échéant) et les
câbles de raccordement, adaptateurs compris
[SOURCE: ISO 23243:2020, modifié — ajout de «multiélément» et de la mention relative au sabot]
3.2
système complet
équipement complet incluant les réglages pour un mode de fonctionnement particulier
Note 1 à l'article: Les réglages sont des valeurs spécifiques ou une gamme de valeurs, par exemple gamme pour le
balayage électrique ou la déflexion.
3.3
système de référence
système complet comprenant un appareil conforme à l'ISO 18563-1 et un traducteur multiélément
initialement conforme à l'ISO 18563-2, sur lequel tous les essais applicables définis à l'Article 9 du présent
document ont été réalisés avec succès
3.4
système identique
système complet dans lequel l'appareil, le traducteur, le sabot, les câbles de raccordement et les réglages
pour un mode de fonctionnement particulier sont identiques à ceux du système de référence
Note 1 à l'article: Les composants sont identiques s'ils proviennent du même fabricant et appartiennent au même modèle.
3.5
fiche d'enregistrement du système
document dans lequel sont consignés les résultats d'un système complet, permettant une comparaison avec
les valeurs obtenues à partir du système de référence
4 Symboles
Pour les besoins du présent document, les symboles indiqués dans le Tableau 1 s'appliquent.
Tableau 1 — Symboles
Symbole Unité Définitions
(X ; Z ) mm; mm Les coordonnées de la position du centre du réflecteur de référence
C C
(X ; Z ) mm; mm Les coordonnées du point d'amplitude maximale d'une indication
M M
A V ou % HTE Amplitude d'un signal élémentaire
el
Technique par contact: trajet ultrasonore projeté réduit
a mm
Technique en immersion: distance entre la projection orthogonale de l'axe du trou de
i
génératrice sur la surface d'essai et le centre de la surface avant du traducteur
A V ou % HTE Valeur maximale des amplitudes de tous les signaux élémentaires
max
Valeur minimale des amplitudes de tous les signaux élémentaires, à l'exception des élé-
A V ou % HTE
min
ments morts
A V ou % HTE Valeur médiane des amplitudes de tous les signaux élémentaires
ref
D mm Diagonale de l'ouverture active
Distance entre le centre d'un trou de génératrice et le point d'amplitude maximale de
D mm
CM
l'indication de ce trou
G dB Gain de référence
ref
N mm Longueur du champ proche associée à l'ouverture active
p mm Pas interéléments
Distance entre la surface avant du traducteur et le point d'émergence du traducteur pour
X mm
s
le faisceau étudié
ΔS dB Sensibilité relative d'un élément
el
Θ ° Angle de réfraction
λ mm Longueur d'onde
5 Exigences générales de conformité
5.1 Généralités
L'ensemble des essais suivants doit être réalisé avec un appareil conforme à l'ISO 18563-1 et un réseau
initialement conforme à l'ISO 18563-2.
Les essais peuvent être limités aux fonctions destinées à être utilisées dans le cadre d'une application
donnée, par exemple les voies de l'appareil utilisées, la partie du réseau utilisée ou les réglages spécifiques
pour un mode de fonctionnement spécifié.
Lorsque tous les essais requis ont été menés avec succès, le système complet est considéré conforme au
présent document.
5.2 Système de référence
a) Les essais à effectuer avant la première utilisation d'un système complet sont décrits dans le Tableau 4.
Lorsque tous les essais requis ont été menés avec succès, ce système complet peut servir comme système
de référence. Les résultats des mesures réalisées constituent les valeurs de base.
b) Une fiche d'enregistrement du système contenant ces valeurs de base doit être créée.
5.3 Système identique
a) Lorsqu'un système identique est créé et/ou lorsque d'autres voies de l'appareil sont utilisées et que
les réglages sont reproduits, ou après une opération de maintenance ou après le remplacement d'un
composant du système, les essais comme décrits dans le Tableau 4 doivent être effectués de nouveau.
b) Les résultats des mesures réalisées sur le système identique doivent être consignés dans la fiche
d'enregistrement du système et comparés aux valeurs de base.
5.4 Vérifications périodiques
a) Pour la vérification périodique du bon fonctionnement du système, les essais comme décrits dans
le Tableau 4 doivent être effectués de nouveau.
b) La fréquence de vérification du système complet doit être spécifiée dans la procédure d'essai, par
exemple avant le début et à la fin des essais non destructifs ou quotidiennement, hebdomadairement,
mensuellement, en fonction de l'application.
c) Chaque vérification périodique doit être documentée sur la fiche d'enregistrement du système, soit en
enregistrant les valeurs des vérifications, soit en indiquant que les résultats sont conformes aux critères
d'acceptation.
6 Qualification du personnel chargé des essais
a) Le personnel réalisant les vérifications conformément au présent document doit avoir un niveau
approprié de qualification pour le contrôle par ultrasons, conformément à l'ISO 9712 ou à une norme
équivalente.
b) En plus des connaissances générales en matière de contrôle par ultrasons, les opérateurs doivent
connaître et avoir une expérience pratique des techniques multiéléments ou de techniques de
focalisation en tous points (FTP).
7 Modes de fonctionnement pour les techniques multiéléments
Le présent article n'est pas applicable aux techniques de traitement du signal à l'aide de réseaux, par
exemple FTP.
Le présent article s'applique aux techniques multiéléments reposant sur des faisceaux, utilisant un ensemble
de lois de retards sur des éléments de réseau multiples pendant l'émission et/ou la réception.
Selon l'application, les options suivantes pour la technique multiélément peuvent être utilisées:
— nombre d'ouvertures actives (une ou plusieurs);
— nombre de tirs ou de lois de retards (un(e) ou plusieurs) par ouverture active;
— type de loi de retards (déflexion du faisceau, focalisation du faisceau ou réglage combinant les deux).
Les six modes de fonctionnement les plus courants pour les techniques multiéléments sont définis dans le
Tableau 2.
Des exemples de modes de fonctionnement pour les techniques multiéléments sont représentés dans
le Tableau 3.
Compte tenu de ces différents modes de fonctionnement et des faisceaux résultants, le nombre de faisceaux
ou d'images à soumettre à essai est décrit dans le Tableau 4.
Tableau 2 — Définition des modes de fonctionnement pour les techniques multiéléments
Ensemble iden-
Nombre de
tique ou différent
Nombre d'ou- lois de retards Orientation du
Modes de lois de retards Faisceau(x) résultant(s)
vertures actives par ouverture réseau
pour chaque ouver-
active
ture
Non applicable
Mode 1 Une Une (une seule ouver- Non pertinent Un faisceau
ture)
Non applicable
Plusieurs faisceaux issus
Mode 2 Une Plusieurs (une seule ouver- Non pertinent
d'une ouverture active
ture)
Réseau paral- Un faisceau issu de chaque
Mode 3 Plusieurs Une Identique lèle à la surface ouverture active, tous les
d'essai faisceaux étant identiques
Plusieurs faisceaux issus de
Réseau paral- chaque ouverture active,
Mode 4 Plusieurs Plusieurs Identique lèle à la surface tous les faisceaux étant
d'essai identiques pour toutes les
ouvertures actives
Réseau non Un faisceau issu de chaque
Identique parallèle à la ouverture active, tous les
Mode 5 Plusieurs Une surface d'essai faisceaux étant différents
pour chaque ouverture
Différent Non pertinent
active
Réseau non Plusieurs faisceaux issus de
Identique parallèle à la chaque ouverture active,
Mode 6 Plusieurs Plusieurs surface d'essai tous les faisceaux étant
différents pour chaque
Différent Non pertinent
ouverture active
Tableau 3 — Exemples de modes de fonctionnement pour les techniques multiéléments
Modes Exemples
Mode 1
a) Déflexion du faisceau b) Focalisation du faisceau sur un point
Mode 2
a) Balayage électronique sectoriel b) Focalisation sur plusieurs points
Mode 3
a) Balayage électronique linéaire avec trajectoire à
b) Balayage linéaire électronique avec focalisation
retard constant
Mode 4
a) Balayage électronique sectoriel associé à un b) Focalisation sur plusieurs points associée à un
balayage électronique linéaire balayage linéaire électronique
Le milieu entre le réseau et la pièce à contrôler peut être un liquide (immersion) ou un solide (par exemple, sabot).
NOTE 1 Pour des raisons de simplicité, seules les lignes centrales du faisceau sont indiquées. Une flèche indique la direction du
faisceau, des points indiquent les points focaux.
TTabableleaauu 3 3 ((ssuuiitte)e)
Modes Exemples
Mode 5
a) Balayage électronique linéaire avec trajectoire à b) Balayage linéaire électronique avec focalisation
retard variable ou balayage électronique combiné
Mode 6
a) Balayage électronique sectoriel associé à un b) Focalisation sur plusieurs points associée à un
balayage électronique linéaire balayage linéaire électronique
Le milieu entre le réseau et la pièce à contrôler peut être un liquide (immersion) ou un solide (par exemple, sabot).
NOTE 1 Pour des raisons de simplicité, seules les lignes centrales du faisceau sont indiquées. Une flèche indique la direction du
faisceau, des points indiquent les points focaux.
8 Matériel requis pour les essais
Le matériel requis pour les essais d'un système complet comprend:
a) un ou des bloc(s) de référence approprié(s);
b) des dispositifs de mesure de la longueur avec une précision de ±0,5 mm et de l'angle avec une
précision de ±1°.
9 Essais à réaliser
9.1 Généralités
a) Avant de mener les essais, les réglages de l'équipement doivent être effectués en fonction du réseau et du
sabot utilisés pour l'application.
b) Pour les applications où seule une partie du réseau est utilisée, les essais peuvent être limités à cette
partie. Dans ce cas, les résultats pour la partie du réseau soumise à essai doivent être consignés sur la
fiche d'enregistrement du système, y compris une description de la partie du réseau soumise à essai.
c) Les essais décrits au Tableau 4 doivent être effectués initialement (5.2), après chaque opération de
maintenance ou après le remplacement d'un composant du système (5.3), et périodiquement (5.4).
Le Tableau 4 décrit les différents essais à effectuer sur un système complet en fonction des différents modes
de fonctionnement pour les techniques multiéléments.
La dernière colonne du Tableau 4 décrit les différents essais à effectuer sur un système complet dans le cas de
techniques de traitement du signal à l'aide de réseaux. Par souci de concision, ces cas sont appelés «mode FTP».
Pour les essais du Tableau 4 indiquant qu'il est nécessaire de vérifier au moins trois faisceaux, ouvertures ou
représentations, au moins la situation médiane et les deux situations extrêmes doivent être vérifiées.
Pour la technique multiélément, les essais peuvent être réalisés soit sur des faisceaux ultrasonores
individuels, soit sur les images résultantes, le cas échéant.
Pour la technique de focalisation en tous points, les essais ne peuvent être réalisés que sur les images
résultantes, étant donné qu'aucun faisceau ultrasonore individuel n'est disponible.
Tableau 4 — Essais à réaliser
Mode 2 Mode 2
Éléments Essai et paragraphe Mode 1 Mode 3 Mode 4 Mode 5 Mode 6 Mode FTP
Exemple a Exemple b
Aspects externes de l'équi-
Aspects externes pement Requis
9.2
Attribution des voies
Requis pour les voies utilisées
9.3.2
Sensibilité relative des
Éléments et voies
éléments, amplitude de
référence et éléments Requis pour les voies utilisées
morts
9.3.3
Système d'amplifica-
Requis pour les voies utilisées
tion 9.4.2
Représentation Au moins trois représen-
a
Utilisation de l'imagerie Non appli- Représentation Non appli- Représentation Au moins une représenta-
de type L ou de tations Image FTP
9.4.3 cable de type S cable de type L tion de type L ou de type S
b
type S de type L ou de type S
a
Utilisation de faisceaux Au moins les trois faisceaux
Non applicable
Bon fonctionne-
9.4.4 suivants: premier tir de Au moins trois ouver-
c
ment
b b
Faisceau Au moins trois la première ouverture, Au moins trois tures , et trois faisceaux
b
Au moins 3 faisceaux
b b
Obligatoire en
utilisé ouvertures dernier tir de la dernière ouvertures pour chacune de ces
Angle de biais
cas d'applica-
ouverture et tir médian de ouvertures
9.4.5
tion
l'ouverture médiane
Caractérisation des fais-
ceaux ultrasonores Facultatif Non applicable
Annexe A
Angle de bigle
Requis
9.5.1
Autres vérifica-
tions
Lobes de réseau
Facultatif
9.5.2
a
La vérification du bon fonctionnement est réalisée soit en utilisant l'imagerie (9.4.3), soit en utilisant des faisceaux (9.4.4).
b
Les vérifications doivent être effectuées pour les faisceaux, ouvertures ou représentations extrêmes et médians.
c
Pour les traducteurs à réseau matriciel générant des faisceaux avec angles de biais, les vérifications doivent être réalisées dans les plans de déflexion extrêmes et médian.
9.2 Aspects externes de l'équipement
9.2.1 Généralités
L'inspection visuelle générale a pour but de vérifier que l'équipement d'essai n'est pas dégradé.
9.2.2 Mode opératoire
a) Inspecter visuellement l'extérieur de l'appareil à ultrasons, les traducteurs multiéléments, les câbles
et les connecteurs pour détecter tout signe d'endommagement ou d'usure susceptible d'affecter le
fonctionnement actuel du système et sa fiabilité à long terme.
b) Inspecter en particulier la surface de contact du traducteur multiélément et du sabot.
c) Si le traducteur est constitué de différents composants, vérifier qu'ils sont correctement assemblés.
d) Vérifier par mesure au réglet les dimensions du sabot pour déceler les éventuelles usures.
9.2.3 Critères d'acceptation
L'ensemble des composants du système ne doit présenter aucun signe visible d'endommagement ou d'usure
affectant les caractéristiques du faisceau ou l'imagerie.
9.2.4 Établissement des rapports
Les résultats de l'inspection visuelle doivent être consignés ou joints à la fiche d'enregistrement du système.
9.3 Éléments et voies
9.3.1 Généralités
Ces essais visent à s'assurer que le traducteur multiélément est bien connecté à l'appareil et qu'il fonctionne
bien une fois connecté.
Les essais incluent:
a) la vérification de l'attribution des voies/éléments pour l'émission et la réception, et l'aptitude de
l'appareil à effectuer les opérations de commutation électronique nécessaires pour activer les éléments
individuels successivement;
b) la mesure de la sensibilité relative des éléments du réseau et de l'amplitude de référence;
c) l'identification de tout élément défectueux (par exemple, éléments morts).
9.3.2 Attribution des voies
9.3.2.1 Mode opératoire
a) Utiliser un bloc d'étalonnage avec une surface plane réfléchissante n'étant pas parallèle au réseau, afin
de générer des valeurs de temps de vol croissantes d'un élément à l'autre; voir le Tableau 5 et la Figure 1.
b) Activer les éléments un par un, du premier élément au dernier élément du réseau.
c) Comparer les valeurs individuelles de temps de vol des signaux provenant de la surface réfléchissante
d'un élément à l'autre (par exemple, représentations de type A, représentations de type L) (Figure 2).
d) La vérification des traducteurs à réseau matriciel doit être effectuée en deux phases:
1) contrôler dans un premier temps les éléments individuels colonne par colonne;
2) ensuite, après rotation du traducteur à réseau matriciel de 90°, ou d'un petit angle de biais en cas
d'utilisation d'un sabot, contrôler rangée par rangée.
Tableau 5 — Blocs d'étalonnage à utiliser selon la configuration
Configuration du tra-
Technique Surface réfléchissante
ducteur
Sans sabot
Bloc avec des surfaces planes non parallèles (Figure 1 b))
(ou sabot retiré)
Surface de contact du sabot si les valeurs de temps de vol sont différentes
Technique par
d'un élément à l'autre
contact
Avec sabot ou
Bloc avec une surface plane réfléchissante où l'angle d'impact du faisceau
réfracté naturel est d'au moins quelques degrés (Figure 1 a))
Technique en Bloc avec une surface d'essai plane réfléchissante inclinée d'au moins
-
immersion quelques degrés par rapport au traducteur
a) Pour un traducteur avec sabot b) Pour un traducteur sans sabot sur un bloc, par
exemple conformément à l'ISO 19675
a
Angle d'impact du faisceau réfracté naturel.
b
Angle du faisceau réfracté naturel.
Figure 1 — Vérification de l'attribution des voies
Légende
X position de l'élément
Y temps de vol
Figure 2 — Comparaison du temps de vol élémentaire sur l'imagerie (par exemple, de type L)
9.3.2.2 Critères d'acceptation
a) Le temps de vol le plus long doit être associé à l'élément le plus éloigné de la surface réfléchissante.
b) Le temps de vol le plus court doit être associé à l'élément le plus proche de la surface réfléchissante.
c) Le temps de vol des signaux reçus doit varier de façon monotone en fonction de la position des éléments.
9.3.2.3 Établissement des rapports
Les réglages et les résultats de l'essai doivent être consignés sur la fiche d'enregistrement du système ou y
être joints.
9.3.3 Sensibilité relative des éléments, amplitude de référence et éléments morts
9.3.3.1 Généralités
Les objectifs des essais suivants sont de vérifier la sensibilité relative des éléments, d'identifier les éléments
morts et de déterminer l'amplitude de référence.
Un objectif supplémentaire des essais périodiques est de vérifier que le risque de modification de la
sensibilité relative des éléments n'a pas d'influence sur le bon fonctionnement du système.
9.3.3.2 Sensibilité élémentaire
9.3.3.2.1 Mode opératoire pour la technique par contact
a) Positionner le traducteur multiélément sur un bloc d'étalonnage permettant d'obtenir le même temps de
vol pour tous les éléments, par exemple:
1) de préférence sans sabot (si possible), en utilisant un bloc ayant des surfaces parallèles;
2) avec une ligne de retard, en utilisant les signaux provenant de la surface de contact de la ligne de retard;
3) avec un sabot, en utilisant un bloc d'étalonnage du même matériau avec un côté incliné au même
angle que celui du sabot du traducteur.
b) Activer les éléments un par un (émission et réception avec le même élément).
c) Afficher l'amplitude de l'écho du réflecteur pour chaque élément.
d) Régler le gain pour que les amplitudes des signaux soient approximativement à 80 % de la HTE et, si
nécessaire, réduire le gain si l'amplitude maximale ne peut pas être visualisée (au-dessus de 100 % de
la HTE).
e) Mesurer l'amplitude A de chaque signal élémentaire en % de la HTE.
el
f) Pour les traducteurs à double réseau, réaliser les essais a) à e) pour chaque traducteur séparément.
En cas de sabot inamovible, utiliser un bloc adapté qui compense l'influence de l'angle de toit.
9.3.3.2.2 Mode opératoire pour la technique en immersion
a) Positionner le traducteur multiélément parallèlement à un bloc d'étalonnage en immersion de manière à
obtenir les mêmes valeurs de temps de vol pour tous les éléments.
b) Activer les éléments un par un (émission et réception avec le même élément).
c) Afficher l'amplitude de l'écho d'interface pour chaque élément; l'incidence perpendiculaire est obtenue
si tous les signaux présentent un temps de vol équivalent avec une tolérance d'une demi-période.
d) Régler le gain pour que les amplitudes des signaux soient approximativement à 80 % de la HTE et, si
nécessaire, réduire le gain si l'amplitude maximale ne peut pas être visualisée (au-dessus de 100 % de
la HTE).
e) Mesurer l'amplitude A de chaque signal élémentaire en % de la HTE.
el
9.3.3.3 Détermination de l'amplitude de référence
L'amplitude de référence A est définie comme la médiane des amplitudes élémentaires des éléments A .
ref el
a) Calculer A et consigner la valeur dans la fiche d'enregistrement du système, ainsi que le gain appliqué.
ref
b) Au cours de la vie du système, en utilisant les mêmes réglages et le même bloc d'étalonnage, recalculer
A à chaque fois pour vérifier la sensibilité absolue du système.
ref
9.3.3.4 Identification des éléments morts
Calculer la sensibilité relative ΔS (en dB) de chaque élément à l'aide de la Formule (1):
el
∆S = 20log(A /A) (1)
el el ref
Un élément est considéré comme élément mort si ΔS < −9 dB.
el
Une perte de sensibilité peut être provoquée par l'élément du réseau, le câble et/ou l'appareil.
Quelle qu'en soit la raison, on parle d'élément mort.
9.3.3.5 Sensibilité relative des éléments
A désigne la valeur maximale de A .
max el
A désigne la valeur minimale de A , éléments morts non compris.
min el
Vérifier la sensibilité relative des éléments en comparant A et A .
min max
9.3.3.6 Critères d'acceptation
Les critères suivants doivent être appliqués:
a) l'amplitude de référence A est acceptable si le rapport signal sur bruit est acceptable pour l'application;
ref
b) si l'amplitude de référence et le rapport signal sur bruit ne restent pas acceptables, les faisceaux ou
images résultants des ouvertures actives concernées doivent être vérifiés. Cette vérification peut être
réalisée par simulation ou, pour la technique multiélément, par des mesures conformément à l'Annexe A;
c) la sensibilité relative des éléments est acceptable si A – A < 50 % de la HTE;
max min
d) le nombre maximal d'éléments morts pour chaque ouverture active ne doit pas être supérieur aux
valeurs du Tableau 6:
Tableau 6 — Nombre maximal d'éléments morts
Type de traducteur multiélément 0,5 < f ≤ 5 MHz 5 < f ≤ 10 MHz
Réseau linéaire
1 sur 16
Réseau matriciel avec nombre d'éléments ≤ 64
Réseau matriciel avec nombre d'éléments > 64 10 % 15 %
e) pour les traducteurs à réseau linéaire, les éléments morts ne doivent pas être adjacents;
f) pour les traducteurs à réseau matriciel comportant jusqu'à 64 éléments, les éléments morts ne doivent
pas être adjacents;
g) pour les traducteurs à réseau matriciel avec plus de 64 éléments, chaque élément mort ne doit avoir au
maximum qu'un seul élément mort adjacent;
h) si de nouveaux éléments morts sont découverts lors des essais périodiques, il convient de vérifier que
l'amplitude de référence des ouvertures actives concernées et que le rapport signal sur bruit restent
acceptables pour l'application.
9.3.3.7 Établissement des rapports
Les réglages et les résultats des essais doivent être consignés ou joints à la fiche d'enregistrement du
système.
9.4 Vérification du bon fonctionnement
9.4.1 Généralités
a) Pour les techniques multiéléments, les faisceaux générés dans les plans de déflexion doivent être vérifiés
soit en utilisant l'imagerie (9.4.3), soit en mesurant l'angle de réfraction et le point d'émergence (9.4.4).
b) Pour les techniques de traitement du signal à l'aide de réseaux, le terme «faisceau» n'est pas pertinent.
Dans ce cas, seule l'image FTP résultante dans les plans de déflexion doit être vérifiée (9.4.3).
c) Pour l'imagerie avec des faisceaux indirects ou des trajectoires d'imagerie indirectes, c'est-à-dire
utilisant la ou les réflexions sur la ou les surfaces de la pièce à contrôler, les vérifications doivent être
effectuées à l'aide d'un ou de plusieurs blocs de référence d'épaisseur connue.
d) Dans tous les cas, avant les vérifications décrites en 9.4.3 et 9.4.4, l'absence de saturation des signaux et
la linéarité du système d'amplification doivent être vérifiées (9.4.2).
e) Pour les traducteurs à réseau matriciel fonctionnant avec des angles de biais, ces derniers doivent être
vérifiés (9.4.5).
NOTE Les représentations dans d'autres plans (par exemple, de type C, vue du dessus, vue latérale) ou l'imagerie
utilisant la réflexion sont liées à la procédure d'essai et les vérifications y seront décrites.
9.4.2 Système d'amplification
9.4.2.1 Généralités
Le contrôle par ultrasons repose souvent sur l'évaluation des valeurs d'amplitude qui peuvent être altérées
quantitativement par un défaut du système d'amplification, dû à l'une des causes suivantes:
— une saturation des signaux élémentaires;
— une saturation des signaux sommés;
— une non-linéarité du système d'amplification.
Les signaux sommés sont obtenus soit en retardant et en additionnant les signaux élémentaires (de type A
sommé pour la technique multiélément), soit par focalisation synthétique en additionnant de manière
cohérente les amplitudes des signaux élémentaires (amplitudes sommées pour la technique FTP). Les
signaux sommés sont ensuite affichés sous forme de représentations de type A sommées (pour la technique
multiélément) ou sous forme d'image (pour la technique multiélément ou la technique FTP).
La sommation de plusieurs signaux élémentaires peut être effectuée de manière analogique ou numérique,
en fonction de la conception de l'appareil (convertisseur AN, amplificateur, traitement):
— dans tous les cas, pour les appareils multiéléments et les appareils FTP, il existe un risque de saturation
des signaux sommés, notamment en cas de réglage avec gain élevé, de signaux ultrasonores puissants
(par exemple, grands réflecteurs) ou de sommation sur un grand nombre de voies;
— si l'ensemble ou la plupart des signaux élémentaires sont saturés, les signaux sommés ne seront pas
linéaires;
— si un seul ou quelques signaux élémentaires sont saturés (par exemple, 1 sur 16), la linéarité des signaux
sommés peut être acceptable en raison de l'influence limitée des signaux saturés (par exemple, 1/16).
L'influence peut être si faible qu'il n'y a aucun effet mesurable sur la linéarité des signaux sommés et le
système satisfait aux critères d'acceptation.
Généralement, les signaux élémentaires ne sont pas accessibles à l'opérateur, qui ne peut donc pas mener une
vérification des signaux élémentaires. La linéarité du système d'amplification ne peut alors être vérifiée que
simultanément avec les signaux sommés affichés.
Les paragraphes suivants décrivent les modes opératoires pour vérifier l'absence de saturation des signaux
et la linéarité du système d'amplification:
a) les vérifications doivent être effectuées sur les représentations et avec les réglages (y compris la
sensibilité sur un réflecteur de référence approprié) qui doivent être utilisés lors des essais réels sur des
pièces, en utilisant:
1) la hauteur de l'écho affichée dans une représentation de type A;
2) la valeur de l'amplitude affichée dans une image, sélectionnée à l'aide d'un curseur ou d'une boîte;
3) la hauteur de l'écho mesurée dans une porte de sélection, affichée sous forme de valeur numérique;
b) si disponible sur l'appareil, la fonction d'indication pour l'absence de saturation des signaux élémentaires
doit être utilisée (9.4.2.2);
c) selon la valeur d'amplitude maximale du signal sommé qui peut être affichée par l'appareil:
1) si la valeur d'amplitude maximale du signal sommé est 100 % de la hauteur totale de l'écran (HTE),
la linéarité verticale doit être vérifiée conformément au 9.4.2.3.1;
2) si la valeur d'amplitude maximale du signal sommé est supérieure à 100 % de la HTE, par exemple
affichée sous forme d'une valeur, la linéarité verticale doit être vérifiée jusqu'à cette valeur
d'amplitude maximale conformément au 9.4.2.3.2;
3) la vérification des signaux sommés doit également être réalisée lorsque l'appareil in
...
Questions, Comments and Discussion
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