ISO 18563-3:2015

Non-destructive testing - Characterization and verification of ultrasonic phased array equipment - Part 3: Combined systems

ISO 18563-3:2015 addresses ultrasonic test systems implementing linear phased array probes, in contact (with or without wedge) or in immersion, with centre frequencies in the range of 0,5 MHz?10 MHz. It provides methods and acceptance criteria for verifying the performance of combined equipment (i.e. instrument, probe and cables connected). The methods described are suitable for users working under on-site or shop floor conditions. Its purpose is for the verification of the correct operation of the system prior to testing, and also the characterization of sound beams 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 combined equipment to generate ultrasonic beams according to the settings used. The calibration of the system for a specific application is outside of the scope of part of ISO 18563 and it is intended that it be covered by the test procedure. ISO 18563-3:2015 does not address the following: - encircling arrays; - series of apertures having a different number of elements; - different settings for transmitting and receiving (e.g. active aperture, number of active elements, delays); - techniques using post-processing of the signals of individual elements in a more complex manner than a simple delay law (e.g. full matrix capture).

Essais non destructifs — Caractérisation et vérification de l'appareillage ultrasonore multi-éléments — Partie 3: Système complet

ISO 18563-3:2015 concerne l'appareillage d'essais par ultrasons équipé de traducteurs linéaires multiéléments, en contact (avec ou sans sabot) ou en immersion, avec des fréquences centrales comprises entre 0,5 MHz et 10 MHz. Elle décrit les méthodes et les critères d'acceptation applicables à la vérification des performances de l'équipement complet (à savoir appareil, traducteur et câbles connectés). Les méthodes décrites conviennent aux utilisateurs travaillant sur site ou en usine. L'objectif de la présente partie est de vérifier le bon fonctionnement du système avant les essais, et également de caractériser les faisceaux acoustiques ou de vérifier l'absence de dégradation 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 à générer des faisceaux acoustiques en fonction des réglages utilisés. L'étalonnage du système pour une application spécifique ne fait pas partie du domaine d'application de la présente partie de l'ISO 18563 et est censé être couvert par le mode opératoire d'essai. ISO 18563-3:2015 ne concerne pas les cas suivants : - réseaux encerclants ; - séries d'ouvertures ayant différents nombres d'éléments ; - différents réglages pour l'émission et la réception (par exemple, ouverture active, nombre d'éléments actifs, retards) ; - techniques utilisant le post-traitement des signaux d'éléments individuels de manière plus complexe qu'une simple loi de retards (par exemple, acquisition de la matrice intégrale).

General Information

• Status: Withdrawn
• Publication Date: 07-Dec-2015
• ICS: 19.100 - Non-destructive testing
• Technical Committee: ISO/TC 135/SC 3 - Ultrasonic testing
• Drafting Committee: ISO/TC 135/SC 3 - Ultrasonic testing
• Current Stage: 9599 - Withdrawal of International Standard
• Start Date: 01-May-2024
• Completion Date: 13-Dec-2025

Relations

• Revised: ISO 18563-3:2024 - Non-destructive testing - Characterization and verification of ultrasonic phased array equipment - Part 3: Complete systems
• Effective Date: 06-Jun-2022

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 18563-3
First edition
2015-12-15
Non-destructive testing —
Characterization and verification of
ultrasonic phased array equipment —
Part 3:
Combined systems
Essais non destructifs — Caractérisation et vérification de
l’appareillage ultrasonore multi-éléments —
Partie 3: Système complet
Reference number
©
ISO 2015
© ISO 2015, Published in Switzerland
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or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting on the internet or an intranet, without prior
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ii © ISO 2015 – All rights reserved

Contents Page
Foreword .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 2
4 Symbols . 2
5 General requirements for conformity . 3
6 Modes of operation . 4
7 Equipment required for tests . 8
8 Group 1 tests . 9
8.1 General . 9
8.2 Elements and channels . 9
8.2.1 General. 9
8.2.2 Channel assignment . 9
8.2.3 Relative sensitivity of elements .10
8.3 Beam characterization .12
8.3.1 General.12
8.3.2 Absence of saturation .13
8.3.3 Beam characterization for contact probes .14
8.3.4 Beam characterization for immersion probes .21
8.4 Imaging check .24
8.4.1 General.24
8.4.2 Reflector positioning .25
8.4.3 −6 dB spot size .25
8.4.4 Amplitude comparison .25
9 Group 2 tests .25
9.1 General .25
9.2 Visual inspection of equipment .26
9.2.1 Operating procedure .26
9.2.2 Acceptance criteria .26
9.3 Relative sensitivity of elements .26
9.3.1 General.26
9.3.2 Operating procedure .26
9.3.3 Identification of dead elements .27
9.3.4 Compensation of sensitivity variation .27
9.3.5 Acceptance criteria .27
9.4 Linearity of amplification system .27
9.4.1 Operating procedure .27
9.4.2 Acceptance criteria .27
9.5 Absolute sensitivity of virtual probes .28
9.5.1 General.28
9.5.2 Operating procedure .28
9.5.3 Acceptance criterion .28
9.6 Relative sensitivity of virtual probes .28
9.6.1 General.28
9.6.2 Operating procedure .28
9.6.3 Acceptance criterion .29
9.7 Probe index points .29
9.7.1 General.29
9.7.2 Operating procedure .29
9.7.3 Acceptance criteria .29
9.8 Angle(s) of refraction .29
9.8.1 General.29
9.8.2 Operating procedure .30
9.8.3 Acceptance criterion .30
9.9 Squint angle for contact probes .30
9.9.1 General.30
9.9.2 Operating procedure .30
9.9.3 Reporting .30
10 System record sheet .30
Annex A (informative) Tests to be performed and their acceptance criteria .32
Bibliography .34
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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 documents 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).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity
assessment, as well as information about ISO’s adherence to the WTO principles in the Technical
Barriers to Trade (TBT) see the following URL: Foreword - Supplementary information
This document was prepared by the European Committee for Standardization (CEN) Technical
Committee CEN/TC 138, Non-destructive testing, in collaboration with ISO Technical Committee
ISO/TC 135, Non-destructive testing, Subcommittee SC 3, Ultrasonic Testing, in accordance with the
Agreement on technical cooperation between ISO and CEN (Vienna Agreement).
ISO 18563 consists of the following parts, under the general title Non-destructive testing —
Characterization and verification of ultrasonic phased array systems:
— Part 1: Instruments
— Part 3: Combined systems
INTERNATIONAL STANDARD ISO 18563-3:2015(E)
Non-destructive testing — Characterization and
verification of ultrasonic phased array equipment —
Part 3:
Combined systems
1 Scope
This part of ISO 18563 addresses ultrasonic test systems implementing linear phased array probes, in
contact (with or without wedge) or in immersion, with centre frequencies in the range of 0,5 MHz–10 MHz.
It provides methods and acceptance criteria for verifying the performance of combined equipment
(i.e. instrument, probe and cables connected). The methods described are suitable for users working
under on-site or shop floor conditions. Its purpose is for the verification of the correct operation of the
system prior to testing, and also the characterization of sound beams 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 combined equipment to generate ultrasonic beams according to
the settings used.
The calibration of the system for a specific application is outside of the scope of part of ISO 18563 and it
is intended that it be covered by the test procedure.
This part of ISO 18563 does not address the following:
— encircling arrays;
— series of apertures having a different number of elements;
— different settings for transmitting and receiving (e.g. active aperture, number of active elements,
delays);
— techniques using post-processing of the signals of individual elements in a more complex manner
than a simple delay law (e.g. full matrix capture).
2 Normative references
The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are
indispensable for its application. 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 inspection — Vocabulary
ISO 18563-1, Non-destructive testing — Characterization and verification of ultrasonic phased array
equipment — Part 1: Instruments
EN 1330-4, Non-destructive testing — Terminology — Part 4: Terms used in ultrasonic testing
EN 16018, Non-destructive testing — Terminology — Terms used in ultrasonic testing with phased arrays
EN 16392-2, Non-destructive testing — Characterization and verification of ultrasonic phased array test
equipment — Part 2: Probes
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 5577, EN 1330-4, EN 16018
and the following apply.
3.1
combined equipment
connected set including the instrument, the probe and connecting cables including adapters
3.2
system
combined equipment including the settings for a given mode of operation
Note 1 to entry: Settings are specific values or ranges of values.
3.3
reference system
system including an instrument according to ISO 18563-1 and a probe according to EN 16392-2, on
which all of the Group 1 tests defined in Clause 8 and all Group 2 tests defined in Clause 9 of this part of
ISO 18563-3 have been performed successfully
3.4
identical system
system in which instruments, probes and connecting cables are each from the same manufacturer and
of the same product name, and the mode of operation and the settings are the same
3.5
mode of operation
specification of shots and active apertures for each position of the probe as reported in Clause 6
3.6
natural refracted beam
beam in the direction of the natural refracted beam angle
3.7
system record sheet
document for reporting the test results for a system and for comparing 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
λ mm Wavelength
ΔS dB Relative sensitivity of an element
el
a mm Contact probe: distance between the orthogonal projection
i
of the axis of the hole and the front surface of the probe, see
Figure 4
Immersion probe: distance between the orthogonal projection
of the axis of the hole and the centre of the probe surface
A V or %-FSH Amplitude of one elementary signal
el
A V or %-FSH Mean value of the amplitudes of all elementary signals
mean
A V or %-FSH Mean value of the amplitudes of all elementary signals, ex-
ref
cluding the dead elements,
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Table 1 (continued)
D mm Diagonal of the active aperture
d mm Depth of the holes
i
G dB Calibrated gain
G dB Reference gain for the amplitude – distance measurements
ref
N mm Near field length associated with the active aperture
Θ ° Angle of refraction
p mm Pitch
X mm Distance between the probe front surface and the probe
index point
5 General requirements for conformity
The tests to be performed prior to the first use of the system for a given application (mode of operation
and settings) are described in Clause 8 (Group 1 tests) and in Clause 9 (Group 2 tests), except the tests
described in 9.3, 9.8 and 9.9 which are already performed for Group 1.
When all tests are successful, the system is considered to conform to this part of ISO 18563 and becomes
a reference system. If no component and/or setting of the system is modified or replaced, it remains a
reference system. Using the system with other settings does not void the reference system, if the original
settings can be restored. The results of the tests shall be reported on the system record sheet.
On a system identical to a reference system, only the Group 2 tests have to be performed. When all
tests are successful, the system is considered to conform to this part of ISO 18563. During the first
performance of the tests, the system record sheet is initialized with the values obtained on the reference
system and is completed with the values obtained after the tests.
The Group 2 tests have then to be performed periodically, on any system, on workshop or on site. After
each performance of the Group 2 tests, the system record sheet shall be updated.
Table 2 presents the different tests to be performed on a system, featuring an immersion or contact probe.
A summary of all tests to be carried out, including their acceptance criteria, is given in Table A.1.
Table 2 — Tests to be performed
Contact probe Immersion probe
Group 1 tests
Elements and channels
Channel assignment 8.2.2 8.2.2
Relative sensitivity of elements 8.2.3 8.2.3
Beam characterization
Absence of saturation 8.3.2 8.3.2
Angle of refraction — Probe index point 8.3.3.2
Angle of refraction — Point of incidence on the test object 8.3.4.2
Sensitivity along the beam axis 8.3.3.3 8.3.4.3
Beam dimensions 8.3.3.4 8.3.4.4
Squint angle 8.3.3.5
Grating lobes (recommended) 8.3.3.6
a
For the reference system, the test need not to be repeated because it was performed in Group 1.
Table 2 (continued)
Contact probe Immersion probe
Imaging check
Reflector positioning 8.4.2 8.4.2
−6 dB spot size 8.4.3 8.4.3
Amplitude comparison 8.4.4 8.4.4
Group 2 tests
Visual inspection of the equipment 9.2 9.2
a
Relative sensitivity of elements 9.3 9.3
Linearity of the amplification system 9.4 9.4
Absolute sensitivity of virtual probes 9.5 9.5
Relative sensitivity of virtual probes 9.6 9.6
a
Probe index points 9.7
a
Angle(s) of refraction 9.8 9.8
a
Squint angle 9.9
a
For the reference system, the test need not to be repeated because it was performed in Group 1.
6 Modes of operation
During ultrasonic testing with phased arrays, a set of beams is generally produced from each position
of the probe.
Each beam corresponds to one shot, each being defined by the active aperture and by the delay laws
applied. The modes of operation are characterized by the number of apertures (one or multiple) and the
number of shots per aperture (one or multiple).
The tests described only address applications in which the transmitting elements are also receiving.
In the scope of this standard, only one received signal is considered for each shot.
Depending on the application the following variants of phased array technique (modes of operation)
can be used/combined:
— 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).
If multiple active apertures are used, then the same set of delay laws may be used for all active
apertures, or a different set of delay laws may be used for each active apertures. The latter may be
required to compensate for the orientation of the array relative to the object surface (wedge angle for
contact technique, array tilt for immersion technique).
The verification tests for the different modes shall be performed as follows:
Mode 1
— Only one beam is created.
— Tests are performed with this beam.
Mode 2
— Multiple beams are created with the same active aperture.
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— Tests are performed with a minimum of three beams corresponding to the extremes and median
delay laws.
Mode 3
— Only applicable for an array parallel to the test surface.
— Multiple active apertures are used, all using the same delay law.
— Tests are performed with a minimum of one aperture.
Mode 4:
— Multiple active apertures are used, all using the same set of delay laws.
— Tests are performed with a minimum of one aperture and with a minimum of three beams
corresponding to the extremes and median delay laws.
Mode 5
— Multiple active apertures are used, all using a single delay law but different for each active aperture.
— Alternatively, multiple active apertures are used, all using the same delay law, if the array is not
parallel to the test surface.
— Tests are performed with a minimum of three apertures corresponding to the extreme and
median positions.
Mode 6
— Multiple active apertures are used, each using a different set of delay laws.
— Tests are performed with a minimum of three apertures corresponding to the median and extreme
positions and, for each of these apertures, on three beams corresponding to the extremes and
median delay laws.
The modes are described and illustrated in Table 3.
Table 3 — Modes of operation
Number of
Number of Identical or different
delay laws
Modes active delay laws for each Examples
per active
apertures aperture
aperture
Not applicable
Beam steering
Mode 1 One One
Not applicable
Focusing on one point
Not applicable
Sectorial electronic scanning
Mode 2 One Multiple
Not applicable
Focusing on several points
NOTE 1 For simplicity only the beam centre lines are indicated. An arrow indicates the beam direction, dots indicate focal
points.
NOTE 2 The medium between array and test object can be a fluid (immersion) or a solid (e.g. wedge).
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Table 3 (continued)
Number of
Number of Identical or different
delay laws
Modes active delay laws for each Examples
per active
apertures aperture
aperture
Identical beams for each
aperture
Beam steering
Mode 3 Multiple One
Identical beams for each
aperture
Focusing on one depth
Set of beams identical
for each aperture
Sectorial electronic scanning
Mode 4 Multiple Multiple
Set of beams identical
for each aperture
Focusing on several points
NOTE 1 For simplicity only the beam centre lines are indicated. An arrow indicates the beam direction, dots indicate focal
points.
NOTE 2 The medium between array and test object can be a fluid (immersion) or a solid (e.g. wedge).
Table 3 (continued)
Number of
Number of Identical or different
delay laws
Modes active delay laws for each Examples
per active
apertures aperture
aperture
Different for each
aperture
Beam steering
Mode 5 Multiple One
Different for each
aperture
Focusing on one depth
Set of beams different
for each aperture
Sectorial electronic scanning
Mode 6 Multiple Multiple
Set of beams different
for each aperture
Focusing on several points
NOTE 1 For simplicity only the beam centre lines are indicated. An arrow indicates the beam direction, dots indicate focal
points.
NOTE 2 The medium between array and test object can be a fluid (immersion) or a solid (e.g. wedge).
7 Equipment required for tests
The equipment required for the tests of the phased array system includes the following:
— suitable reference block(s);
EXAMPLE Size, curvature, material grade and/or sound velocity, dimensions of the block(s) and type, size
and position of reflectors.
8 © ISO 2015 – All rights reserved

— means for measuring length and angle.
8 Group 1 tests
8.1 General
Group 1 tests are to be performed upon the system, initially, after a maintenance operation or after
replacement of one of the system components.
For applications in which not all the elements of the probe are used, the tests can be limited to the
elements of the used apertures only. In that case the results of the tested elements shall be recorded on
the system record sheet.
Before performing the tests the equipment settings shall be made according to the array, wedge etc.
that are in use.
8.2 Elements and channels
8.2.1 General
These tests are to ensure proper connection of the probe to the instrument and correct operation of the
probe once connected.
The tests address
— 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 different
apertures successively,
— the measurement of the relative sensitivity of the probe elements, and
— the identification of any failing component (e.g. dead elements).
If necessary, and if the instrument has the capability, these tests are followed by a compensation in
amplitude of the elements.
8.2.2 Channel assignment
8.2.2.1 Operating procedure
For this test, it is necessary to use a planar reflecting surface that is tilted by a few degrees to the natural
refracted beam axis in order to generate increasing time-of-flight values from element to element.
For the immersion technique, either tilt the array or tilt the reflector (a few degrees off
perpendicular incidence).
For the contact technique:
— without a wedge, use a reference block with planar surfaces that are non-parallel;
— with a wedge,
1) no reference block is needed if an echo from within the wedge is received for each element, or
2) use a reference block with planar surfaces, where the impingement angle on the reflecting
surface is at least a few degrees (see Figure 1).
Activate the elements one by one from the first element to the last element and compare the individual
time-of-flight (e.g. A-scans, E-scans, time-of-flight values).
a
Impingement angle.
NOTE The lines show only the centre line of the transmitted beam.
Figure 1 — Example of operating mode for verification of channel assignment in case of contact
probe with wedge
8.2.2.2 Acceptance criteria
The longest time-of-flight shall be associated with the element farthest from the reflector; the shortest
time-of-flight shall be associated with the echo corresponding to the element closest to the reflector.
The time-of-flight of the received signals shall vary monotonically with element position.
8.2.3 Relative sensitivity of elements
8.2.3.1 General
The objective is to verify the relative sensitivity of the elements of the probe and to identify dead elements.
The test consists in activating successively each of the elements of the active aperture (transmit and
receive with the same element) then measuring the variation in the amplitude of an echo generated by
reflection on a planar surface equally distant from the various elements.
For contoured probe wedges, it is recommended to verify that the elementary channels are homogeneous
without the wedge, if possible.
8.2.3.2 Operating procedures
8.2.3.2.1 Contact probes
The operating procedure for contact probes is as follows.
Position the probe on a reference block in order to obtain the same time-of-flight for all of the
elements, e.g.:
— without a wedge, if possible;
— with a wedge, using a block of the same material with one side inclined at the same angle as the
probe wedge;
— with a flat delay block, using the signals of the block surface (dry surface, no coupling fluid at the
reflecting surface).
Activate the elements one by one (transmit and receive with the same element).
10 © ISO 2015 – All rights reserved

Display the amplitude of the echo from the reflector for each element.
Measure the amplitude A of each elementary signal.
el
8.2.3.2.2 Immersion probes
The operating procedure for immersion probes is as follows:
Position the probe in normal incidence in front of a reference block (made of steel, e.g.) with a
planar surface.
Activate the elements one by one (transmit and receive with the same element).
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.
Measure the amplitude A of the signal of each element.
el
8.2.3.3 Identification of dead elements
The relative sensitivity (in dB) of each element is calculated using Formula (1):
ΔSA= 20 log A (1)
()
el el mean
where
A the amplitude of the signal of a single element;
el
A the mean value of the amplitudes of all signals (needs to be calculated);
mean
ΔS relative sensitivity of an element.
el
An element is considered to be a dead element if
a) ΔS < −12 dB when the instrument is able to apply a compensation in gain on the elements,
el
b) ΔΔS < −9 dB when the instrument has no compensation circuit.
el
A drop in amplitude A can be caused by the array element, the cable and/or the instrument. Regardless
el
of the reason, this shall be referred to as a dead element.
8.2.3.4 Calculation of reference sensitivity
The reference sensitivity A is defined as the mean value of the amplitudes of the elementary signals
ref
excluding the dead elements. A has to be calculated and reported on the system record sheet. A is
ref ref
the reference amplitude for subsequent tests.
8.2.3.5 Compensation of sensitivity variation (amplitude balancing)
The compensation aims to reduce the variations in sensitivity between the elements. If the instrument
has the capability, elementary amplitude compensation should be performed.
Every element showing a deviation in sensitivity greater than 3 dB (in absolute value) with respect to
A shall be compensated.
ref
The compensation means changing elementary gain, limited to ± 12 dB, of any element which has shown
a deviation in sensitivity more than 3 dB (in absolute value) with respect to the reference sensitivity A .
ref
Compensated elements together with their gain compensation shall be reported in the system
record sheet.
8.2.3.6 Acceptance criteria
The number of dead elements on the same active aperture shall be a maximum of 1 out of 16 and the
dead elements are not allowed to be adjacent.
8.3 Beam characterization
8.3.1 General
To verify that the phased array equipment is able to produce the beam(s) as intended, it is necessary
to characterize at least the beam(s) according to the mode of operation as selected in Clause 6. Due
to the number of variables in settings for phased array technology, typically no data sheets for beam
characterization are available as they are for conventional ultrasonic probes. Therefore reference
values for beam characterization should be determined on a reference system. The items for beam
characterization shall cover at least the items that are relevant for the operational use (application) of
the equipment.
These tests shall be carried out
a) after the tests of elements and channels upon a new system build-up,
b) when a drift of the system characteristics is found during Group 2 tests.
In respect of a), If the beam characterization has already been performed on an identical system (see
3.4), the characterization tests may be skipped on the new system. Indeed, the results obtained from
the identical system may be used as a reference and the Group 2 tests carried out. The reference results
shall be reported on the new system record sheet.
The characterization includes measurement of the following:
— probe index point (for contact probes) or point of incidence on the test object (for immersion probes);
— angle of refraction for angle-beam probes;
— sensitivity along the beam axis (e.g. distance-amplitude curve);
— beam dimensions in the area of interest;
— squint angle for contact probes;
— grating lobes (measurement or simulation recommended, if suspected).
Depending on the mode of operation, beam characterization is carried out on a subset of apertures
and/or shots (see Clause 6).
Nevertheless, when the phased array probe includes dead elements, for Modes 3, 4, 5 and 6, it is necessary
to characterize the beams of all the active apertures affected by the presence of those dead elements:
— for the shot concerned (Mode 3);
— for three shots corresponding to the extreme and median settings (Mode 4, 5 and 6).
These additional characterizations may be skipped in any of the following cases:
— the number of dead elements on the same active aperture is less than or equal to 1 out of 16 and the
dead elements are not adjacent;
— a software simulation has provided evidence that for the given application the dead elements have
no influence on the beams compared to the beams generated with all elements working properly;
12 © ISO 2015 – All rights reserved

— an experimental simulation of dead elements has been performed by switching off one or multiple
elements and has shown that for the given application the dead elements have no influence on the
beams compared to the beams generated with all elements working properly.
8.3.2 Absence of saturation
8.3.2.1 General
Prior to each test of the characterization of beams it is necessary to verify that elementary channels do
not saturate.
There are two situations, as follows:
a) If the instrument has an indication function for saturated channels, then this verification is not
required. If saturation is indicated, the operator shall take appropriate measures to avoid saturation.
b) If the instrument has no indication function for saturated channels, then the linearity of the sum of
signals shall be verified (see 8.3.2.2). A saturation of elementary channels leads to a distortion of
the sum of signals and alters any quantitative measurement of amplitude; therefore, the absence of
saturation is verified by checking the linearity of the sum of signals.
Verification of the absence of saturation shall be performed for the various active configurations and
shots which require beam characterization and prior to all amplitude measurements made during this
characterization.
8.3.2.2 Operating procedure
Set and note the transmitter voltage, apply the delay law to the active aperture, set and note the gain;
position the probe to visualize the echo from the reflector considered. The reflector to be used for this
test shall be similar to the reflector used in 8.3.3.3 or 8.3.4.3.
Adjust the gain so that the sum of signals corresponds to 80 % of full screen height.
Note the value of the calibrated gain control (dB).
Then increase the gain by 2 dB and confirm that the signal rises to slightly more than full screen height
(101 %), if visible.
Retrieve the initial value of gain and decrease it by 6 dB then by an additional 6 dB.
Confirm that the signal drops to approximately 40 % then to 20 % of full screen height.
8.3.2.3 Acceptance criteria
For the case of 8.3.2.1 a), elementary signals shall not be saturated.
For the case of 8.3.2.1 b), the linearity of the sum of signals shall be consistent with Table 4.
Table 4 — Acceptance criteria for the linearity of the sum of signals
Gain setting Amplitude on the screen Acceptable amplitude
dB % of full screen height % of full screen height
+ 2 101 95 minimum
0 80 Reference line
− 6 40 from 37 to 43
− 12 20 from 17 to 23
If the criterion is not met, a solution may be to decrease the transmitter voltage.
8.3.3 Beam characterization for contact probes
8.3.3.1 General
Tests may be performed with devices for automated movements of the probe. Measurements are
performed with the parameters identified for the application.
In some applications, several beams require characterization. These beams may be produced by the
same set of parameters or may each require a separate setting. Depending on the settings available on
the instrument used, this characterization phase may be performed by applying one set of parameters
which produces all the beams or by successively applying the settings that will produce each beam.
Beam characterization may be done in one test for all the beams or in one test per beam.
For example, in the case of sectorial scanning, it is possible to characterize the beams corresponding to
the extreme and median delay laws either
— by application of a single set of parameters corresponding to the sectorial scanning and carrying
out measurements on each of the three beams of the sectorial scanning, or
— by application of three sets of parameters and carrying out measurements on each of the three beams.
In the case of probes with plane probe wedges, planar reference blocks shall be used.
In the case of contoured probe wedges, reference blocks with the same curvature shall be used.
8.3.3.2 Angle of refraction — Probe index point
8.3.3.2.1 General
For phased array probes, the probe index point position is not an intrinsic feature of the probe as it is
for non-phased array contact probes.
Not only does the position of the probe index point vary from one active aperture to another but it may
also vary with the delay laws applied for one aperture.
The probe index point and the angle of refraction shall be determined initially (then periodically, when
performing stability tests).
8.3.3.2.2 Operating procedure
Two measurement methods are possible:
a) determination of the probe index point first and then measuring the angle of refraction, a method
that requires the use of a reference block with a quarter of a cylinder (see Figure 2) and a side-
drilled hole (see Figure 3);
b) a method giving simultaneous access to the probe index point and to the angle of refraction,
requiring the use of a reference block with side-drilled holes.
Depending on the method chosen, a block according to ISO 2400 or ISO 19675 may be used.
The most appropriate of the two methods shall be applied, as follows:
a) Determination of probe index point first, then angle of refraction
To determine the probe index point, a reference block featuring a quarter of a cylinder shall be
used. For non-focused beams the radius of the cylinder shall be larger than the near field length of
the active aperture considered. For focused beams the radius of the cylinder shall be in the range
of the focal zone. The cylinder axis shall be marked on at least one side of the reference block as
shown in Figure 2.
14 © ISO 2015 – All rights reserved

Key
1 cylinder axis
2 quarter of cylinder
Figure 2 — Reference block with quarter of cylinder and axis engraved
An estimation of the near field length N associated to the active aperture may be obtained using
the standard formula, expressed in millimetres:
LW+
ND==²4λ (2)
4λ
where
D is the diagonal of the active aperture in millimetres;
L is the length of the active aperture in millimetres;
W is the width of the active aperture in millimetres;
λ is the wavelength in the material of the reference block in millimetres.
Adjust the position of the probe to maximize the echo from the cylindrical surface.
In this position, check for the absence of saturation of elementary signals (see 8.3.2); when no
saturation is found, the probe index point coincides with the engraved centre line of the quarter
of a cylinder.
Once the position of the probe index point has been found and noted (e.g. by marking the index
point on the wedge), a reference block featuring a side-drilled hole at a known position shall be
used to measure the angle of refraction. This block may bear on one side a scale of the radial angle
to the centre of the hole (see Figure 3). For measurement of the beam angle the side-drilled hole
shall be in the focal zone for focused bea
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 18563-3
Première édition
2015-12-15
Essais non destructifs —
Caractérisation et vérification de
l’appareillage ultrasonore multi-
éléments —
Partie 3:
Système complet
Non-destructive testing — Characterization and verification of
ultrasonic phased array equipment —
Part 3: Combined systems
Numéro de référence
©
ISO 2015
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sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie, l’affichage sur
l’internet ou sur un Intranet, sans autorisation écrite préalable. Les demandes d’autorisation peuvent être adressées à l’ISO à
l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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Ch. de Blandonnet 8 • CP 401
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Fax [phone]
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Sommaire Page
Avant-propos .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 2
4 Symboles . 2
5 Exigences générales de conformité . 3
6 Modes de fonctionnement . 4
7 Matériel requis pour les essais . 9
8 Essais de groupe 1 . 9
8.1 Généralités . 9
8.2 Éléments et voies .10
8.2.1 Généralités .10
8.2.2 Attribution des voies .10
8.2.3 Sensibilité relative des éléments .11
8.3 Caractérisation des faisceaux .13
8.3.1 Généralités .13
8.3.2 Absence de saturation .14
8.3.3 Caractérisation des faisceaux pour les traducteurs en contact .15
8.3.4 Caractérisation des faisceaux pour les traducteurs en immersion .23
8.4 Contrôle d’imagerie .26
8.4.1 Généralités .26
8.4.2 Positionnement du réflecteur .27
8.4.3 Taille du faisceau à -6 dB.27
8.4.4 Comparaison des amplitudes .27
9 Essais de groupe 2 .28
9.1 Généralités .28
9.2 Inspection visuelle du système .28
9.2.1 Mode opératoire .28
9.2.2 Critères d’acceptation . .28
9.3 Sensibilité relative des éléments .28
9.3.1 Généralités .28
9.3.2 Mode opératoire .29
9.3.3 Identification des éléments morts .29
9.3.4 Compensation de la variation de sensibilité .29
9.3.5 Critères d’acceptation . .29
9.4 Linéarité du système d’amplification .29
9.4.1 Mode opératoire .29
9.4.2 Critères d’acceptation . .30
9.5 Sensibilité absolue des traducteurs virtuels .30
9.5.1 Généralités .30
9.5.2 Mode opératoire .30
9.5.3 Critères d’acceptation . .30
9.6 Sensibilité relative des traducteurs virtuels .30
9.6.1 Généralités .30
9.6.2 Mode opératoire .30
9.6.3 Critères d’acceptation . .31
9.7 Points d’émergence du traducteur .31
9.7.1 Généralités .31
9.7.2 Mode opératoire .31
9.7.3 Critères d’acceptation . .31
9.8 Angle(s) de réfraction .32
9.8.1 Généralités .32
9.8.2 Mode opératoire .32
9.8.3 Critères d’acceptation . .32
9.9 Angle de bigle pour les traducteurs en contact.32
9.9.1 Généralités .32
9.9.2 Mode opératoire .32
9.9.3 Consignation .33
10 Fiche d’enregistrement du système .33
Annexe A (informative) Annexe AEssais à effectuer et leurs critères d’acceptation .34
Bibliographie .37
iv © ISO 2015 – Tous droits réservés

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’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www.iso.org/patents).
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 signification des termes et expressions spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation
de la conformité, et pour toute autre information au sujet de l’adhésion de l’ISO aux principes de
l’OMC concernant les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant : Avant-propos –
Informations supplémentaires.
Le présent document a été élaboré par le comité technique du Comité Européen de Normalisation (CEN),
CEN/TC 138, Essais non destructifs, en collaboration avec le comité technique de l’ISO, ISO/TC 135,
Essais non destructifs, sous-comité SC 3, Essais aux ultrasons, conformément à l’Accord de coopération
technique entre l’ISO et le CEN (Accord de Vienne).
L’ISO 18563 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Essais non destructifs —
Caractérisation et vérification de l’appareillage de contrôle par ultrasons en multiéléments :
— Partie 1 : Appareils
— Partie 3 : Système complet
NORME INTERNATIONALE ISO 18563-3:2015(F)
Essais non destructifs — Caractérisation et vérification de
l’appareillage ultrasonore multi-éléments —
Partie 3:
Système complet
1 Domaine d’application
La présente partie de l’ISO 18563 concerne l’appareillage d’essais par ultrasons équipé de traducteurs
linéaires multiéléments, en contact (avec ou sans sabot) ou en immersion, avec des fréquences centrales
comprises entre 0,5 MHz et 10 MHz.
Elle décrit les méthodes et les critères d’acceptation applicables à la vérification des performances
de l’équipement complet (à savoir appareil, traducteur et câbles connectés). Les méthodes décrites
conviennent aux utilisateurs travaillant sur site ou en usine. L’objectif de la présente partie est de
vérifier le bon fonctionnement du système avant les essais, et également de caractériser les faisceaux
acoustiques ou de vérifier l’absence de dégradation 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 à générer des faisceaux acoustiques en
fonction des réglages utilisés.
L’étalonnage du système pour une application spécifique ne fait pas partie du domaine d’application de
la présente partie de l’ISO 18563 et est censé être couvert par le mode opératoire d’essai.
La présente partie de l’ISO 18563 ne concerne pas les cas suivants :
— réseaux encerclants ;
— séries d’ouvertures ayant différents nombres d’éléments ;
— différents réglages pour l’émission et la réception (par exemple, ouverture active, nombre d’éléments
actifs, retards) ;
— techniques utilisant le post-traitement des signaux d’éléments individuels de manière plus complexe
qu’une simple loi de retards (par exemple, acquisition de la matrice intégrale).
2 Références normatives
Les documents ci-après, dans leur intégralité ou non, sont des références normatives indispensables à
l’application 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 18563-1, Essais non destructifs — Caractérisation et vérification de l’appareillage de contrôle par
ultrasons en multiéléments — Partie 1 :Appareils
EN 1330-4, Essais non destructifs — Terminologie — Partie 4 :Termes utilisés pour les essais par ultrasons
EN 16018, Essais non destructifs — Terminologie — Termes utilisés pour le contrôle par ultrasons en
multiéléments
EN 16392-2, Essais non destructifs — Caractérisation et vérification de l’appareillage de contrôle par
ultrasons en multiéléments — Partie 2 :Traducteurs
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 5577, l’EN 1330-4 et
l’EN 16018 ainsi que les suivants s’appliquent.
3.1
équipement complet
ensemble connecté comprenant l’appareil, le traducteur et les câbles de raccordement, adaptateurs
compris
3.2
système
équipement complet incluant les réglages pour un mode de fonctionnement particulier
Note 1 à l’article: à l’article Les réglages sont des valeurs spécifiques ou une gamme de valeurs.
3.3
système de référence
système comprenant un appareil conforme à l’ISO 18563-1 et un traducteur conforme à l’EN 16392-2,
sur lequel tous les essais de groupe 1 définis dans l’Article 8 et tous les essais de groupe 2 définis dans
l’Article 9 de la présente partie de l’ISO 18563-3 ont été réalisés avec succès
3.4
système identique
système dans lequel les appareils, les traducteurs et les câbles de raccordement proviennent tous du même
fabricant et ont le même nom de produit, et dont le mode de fonctionnement et les réglages sont identiques
3.5
mode de fonctionnement
spécification de tirs et d’ouvertures actives pour chaque position du traducteur, telle qu’indiquée
dans l’Article 6
3.6
faisceau réfracté naturel
faisceau dans la direction de l’angle de réfraction naturelle du faisceau
3.7
fiche d’enregistrement du système
document permettant d’enregistrer les résultats d’essai d’un système et de les comparer 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.
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Tableau 1 — Symboles
Symbole Unité Définitions
λ mm Longueur d’onde
ΔS dB Sensibilité relative d’un élément
el
a mm Traducteur en contact : distance entre la projection orthogo-
i
nale de l’axe du trou et la surface avant du traducteur, voir
la Figure 4
Traducteur en immersion : distance entre la projection ortho-
gonale de l’axe du trou et le centre de la surface du traducteur
A V ou %-FSH Amplitude d’un signal élémentaire
el
A V ou %-FSH Valeur moyenne des amplitudes de tous les signaux élémentaires
mean
A V ou %-FSH Valeur moyenne des amplitudes de tous les signaux élémen-
ref
taires, à l’exception des éléments morts
D mm Diagonale de l’ouverture active
d mm Profondeur des trous
i
G dB Gain étalonné
G dB Gain de référence pour les mesures d’amplitude-distance
ref
N mm Longueur du champ proche associée à l’ouverture active
Θ ° Angle de réfraction
p mm Pas inter-éléments
X mm Distance entre la surface avant du traducteur et le point
d’émergence du traducteur
5 Exigences générales de conformité
Les essais à effectuer avant la première utilisation de l’appareillage pour une application particulière
(mode de fonctionnement et réglages) sont décrits dans l’Article 8 (essais de groupe 1) et dans l’Article 9
(essais de groupe 2), excepté les essais décrits en 9.3, 9.8 et 9.9, qui sont déjà effectués pour le groupe 1.
Lorsque tous les essais ont conduit à un succès, l’appareillage est considéré conforme à la présente
partie de l’ISO 18563 et devient un système de référence. Tant qu’aucun composant et/ou aucun réglage
du système n’est modifié ou remplacé, il reste un système de référence. Si les réglages d’origine sont
restaurés, l’utilisation d’autres réglages n’invalide pas le système de référence. Les résultats des essais
doivent être consignés dans la fiche d’enregistrement du système.
Sur un système identique à un système de référence, seuls les essais de groupe 2 doivent être réalisés.
Lorsque tous les essais ont conduit à un succès, le système est considéré conforme à la présente partie
de l’ISO 18563. Pendant la première série d’essais, la fiche d’enregistrement du système est initialisée
avec les valeurs obtenues sur le système de référence et est complétée à l’aide des valeurs obtenues
après les essais.
Les essais de groupe 2 doivent ensuite être réalisés périodiquement, sur n’importe quel système, en
usine ou sur site. Après chaque série d’essais de groupe 2, la fiche d’enregistrement du système doit
être mise à jour.
Le Tableau 2 illustre les différents essais à effectuer sur un système équipé d’un traducteur en
immersion ou en contact.
Le Tableau A.1 contient un résumé de tous les essais à effectuer ainsi que leurs critères d’acception.
Tableau 2 — Essais à effectuer
Traducteur en contact Traducteur en immersion
Essais de groupe 1
Éléments et voies
Attribution des voies 8.2.2 8.2.2
Sensibilité relative des éléments 8.2.3 8.2.3
Caractérisation des faisceaux
Absence de saturation 8.3.2 8.3.2
Angle de réfraction – Point d’émergence du traducteur 8.3.3.2
Angle de réfraction – Point d’incidence sur la pièce à contrôler 8.3.4.2
Sensibilité le long de l’axe du faisceau 8.3.3.3 8.3.4.3
Dimensions du faisceau 8.3.3.4 8.3.4.4
Angle de bigle 8.3.3.5
Lobes de réseau (recommendé) 8.3.3.6
Contrôle d’imagerie
Positionnement du réflecteur 8.4.2 8.4.2
Taille du faisceau à -6 dB 8.4.3 8.4.3
Comparaison des amplitudes 8.4.4 8.4.4
Essais de groupe 2
Inspection visuelle du système 9.2 9.2
Sensibilité relative des éléments 9.3 9.3
Linéarité du système d’amplification 9.4 9.4
Sensibilité absolue des traducteurs virtuels 9.5 9.5
Sensibilité relative des traducteurs virtuels 9.6 9.6
a
Points d’émergence du traducteur 9.7
a
Angle(s) de réfraction 9.8 9.8
a
Angle de bigle pour les traducteurs en contact 9.9
a
Pour le système de référence, l’essai n’a pas besoin d’être répété car il a été effectué dans le groupe 1.
6 Modes de fonctionnement
Pendant les essais par ultrasons en multiéléments, un groupe de faisceaux est généralement produit à
partir de chaque position du traducteur.
À un faisceau correspond un tir, chaque faisceau étant défini par l’ouverture active et par les lois de
retards appliquées. Les modes de fonctionnement sont caractérisés par le nombre d’ouvertures (une ou
plusieurs) et par le nombre de tirs par ouverture (un ou plusieurs).
Les essais décrits ne concernent que les applications dans lesquelles les éléments émetteurs sont
également récepteurs.
Dans le cadre de la présente norme, seul un signal reçu est pris en compte pour chaque tir.
Selon l’application, les variantes de technique en multiéléments (modes de fonctionnement) suivantes
peuvent être utilisées/combinées :
— nombre d’ouvertures actives (une ou plusieurs) ;
— nombre de tirs ou de lois de retards (un(e) ou plusieurs) par ouverture active ;
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— type de loi de retards (déflexion du faisceau, focalisation du faisceau ou les deux).
Si plusieurs ouvertures actives sont utilisées, alors le même groupe de lois de retards peut être utilisé
pour toutes les ouvertures actives, ou un autre groupe de lois de retards peut être appliqué pour chaque
ouverture active. Ce dernier peut être requis pour compenser l’orientation du réseau par rapport à la
surface de la pièce (angle du sabot pour la technique par contact, inclinaison du réseau pour la technique
par immersion).
Les essais de vérification pour les différents modes doivent être effectués comme suit :
Mode 1
— Un seul faisceau est créé.
— Les essais sont effectués avec ce faisceau.
Mode 2
— Plusieurs faisceaux sont créés avec la même ouverture active.
— Les essais sont effectués avec au moins trois faisceaux correspondant aux lois de retards
extrêmes et médiane.
Mode 3
— Uniquement applicable pour un réseau parallèle à la surface d’essai.
— Plusieurs ouvertures sont activées, chacune utilisant la même loi de retards.
— Les essais sont effectués avec au moins une ouverture.
Mode 4 :
— Plusieurs ouvertures sont activées, toutes utilisant plusieurs lois de retards. Ces lois de retards sont
les mêmes pour chaque ouverture active.
— Les essais sont effectués avec au moins une ouverture et au moins trois faisceaux correspondant
aux lois de retards extrêmes et médiane.
Mode 5
— Plusieurs ouvertures sont activées, chacune utilisant une seule loi de retards différente d’une
ouverture active à l’autre.
— En variante, plusieurs ouvertures sont activées, toutes utilisant la même loi de retards, si le réseau
n’est pas parallèle à la surface d’essai.
— Les essais sont effectués avec au moins trois ouvertures correspondant aux positions extrêmes et
médiane.
Mode 6
— Plusieurs ouvertures sont activées, chacune utilisant un groupe différent de lois de retards.
— Les essais sont effectués avec au moins trois ouvertures correspondant aux positions médiane
et extrêmes et, pour chacune de ces ouvertures, sur les trois faisceaux correspondant aux lois de
retards extrêmes et médiane.
Les modes sont décrits et illustrés dans le Tableau 3.
Tableau 3 — Modes de fonctionnement (1 sur 4)
Nombre
Nombre de lois de Faisceaux identiques
Modes d’ouvertures retards par ou différents pour Exemples
actives ouverture chaque ouverture
active
Non applicable
Déflexion du faisceau
Mode 1 Une Une
Non applicable
Focalisation sur un point
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Tableau 3 — Modes de fonctionnement (2 sur 4)
Nombre Exemples
Nombre de lois de Faisceaux identiques
Modes d’ouvertures retards par ou différents pour
actives ouverture chaque ouverture
active
Non applicable
Balayage électronique sectoriel
Mode 2 Une Plusieurs
Non applicable
Focalisation sur plusieurs points
Faisceaux identiques
pour chaque ouverture
Déflexion du faisceau
Mode 3 Plusieurs Une
Faisceaux identiques
pour chaque ouverture
Focalisation sur une profondeur
Tableau 3 — Modes de fonctionnement (3 sur 4)
Nombre Exemples
Nombre de lois de Faisceaux identiques
Modes d’ouvertures retards par ou différents pour
actives ouverture chaque ouverture
active
Groupe de faisceaux
identique pour chaque
ouverture
Balayage électronique sectoriel
Mode 4 Plusieurs Plusieurs
Groupe de faisceaux
identique pour chaque
ouverture
Focalisation sur plusieurs points
Faisceaux différents
pour chaque ouverture
Déflexion du faisceau
Mode 5 Plusieurs Une
Faisceaux différents pour
chaque ouverture
Focalisation sur une profondeur
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Tableau 3 — Modes de fonctionnement (4 sur 4)
Nombre Exemples
Nombre de lois de Faisceaux identiques
Modes d’ouvertures retards par ou différents pour
actives ouverture chaque ouverture
active
Groupe de faisceaux
différent pour chaque
ouverture
Balayage électronique sectoriel
Mode 6 Plusieurs Plusieurs
Groupe de faisceaux
différent pour chaque
ouverture
Focalisation sur plusieurs points
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.
NOTE 2 Le milieu entre le réseau et la pièce à contrôler peut être un liquide (immersion) ou un solide (par exemple, sabot).
7 Matériel requis pour les essais
Le matériel requis pour les essais du système en multiéléments comprend :
— un ou des bloc(s) de référence approprié(s) ;
EXEMPLE La taille, la courbure, le groupe de matériaux et/ou la vitesse du son, les dimensions du ou des
bloc(s) et le type, la taille et la position des réflecteurs.
— un dispositif de mesure de la longueur et de l’angle.
8 Essais de groupe 1
8.1 Généralités
Les essais de groupe 1 sont effectués sur le système, initialement, après une opération de maintenance
ou après le remplacement d’un des éléments du système.
Pour les applications dans lesquelles tous les éléments du traducteur ne sont pas utilisés, les essais
peuvent se limiter aux éléments des ouvertures utilisées uniquement. Dans ce cas, les résultats des
éléments soumis à essai doivent être enregistrés dans la fiche d’enregistrement du système.
Avant d’effectuer les essais, l’appareil doit être réglé en fonction du réseau, du sabot, etc. utilisés.
8.2 Éléments et voies
8.2.1 Généralités
Ces essais visent à garantir que le traducteur est bien connecté à l’appareil et qu’il fonctionne bien une
fois connecté.
Les essais incluent :
— 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
différentes ouvertures successivement,
— le mesurage de la sensibilité relative des éléments du traducteur, et
— l’identification de tout élément défectueux (par exemple, éléments morts).
Si nécessaire, et si l’appareil en a les capacités, ces essais sont suivis d’une compensation d’amplitude
des éléments.
8.2.2 Attribution des voies
8.2.2.1 Mode opératoire
Pour cet essai, il est nécessaire d’utiliser une surface plane réfléchissante inclinée de quelques degrés
par rapport à l’axe du faisceau réfracté naturel afin de générer des valeurs de temps de vol croissantes
d’un élément à l’autre.
Pour la technique par immersion, incliner le réseau ou le réflecteur (à quelques degrés de l’incidence
perpendiculaire).
Pour la technique par contact :
— sans sabot, utiliser un bloc de référence ayant des surfaces planes non parallèles ;
— avec sabot :
1) aucun bloc de référence n’est nécessaire, si un écho provenant de l’intérieur du sabot est reçu
pour chaque élément, ou
2) utiliser un bloc de référence ayant des surfaces planes, sur lequel l’angle d’impact sur la surface
réfléchissante est d’au moins quelques degrés (voir la Figure 1).
Activer les éléments un par un du premier élément au dernier élément, et comparer chaque temps de vol
(par exemple, représentations de type A, représentation de type E, valeurs de temps de vol).
10 © ISO 2015 – Tous droits réservés

a
Angle d’impact.
NOTE Les lignes représentent uniquement la ligne centrale du faisceau émis.
Figure 1 — Exemple de mode de fonctionnement pour la vérification de l’attribution des voies
dans le cas d’un traducteur en contact avec sabot
8.2.2.2 Critères d’acceptation
Le temps de vol le plus long doit être associé à l’élément le plus éloigné du réflecteur ; le temps de vol le
plus court doit être associé à l’écho correspondant à l’élément le plus près du réflecteur. Le temps de vol
des signaux reçus doit varier de façon monotone en fonction de la position des éléments.
8.2.3 Sensibilité relative des éléments
8.2.3.1 Généralités
L’objectif est de vérifier la sensibilité relative des éléments du traducteur et d’identifier les éléments morts.
L’essai consiste à activer successivement chacun des éléments de l’ouverture active (émission et
réception avec le même élément) puis à mesurer la variation d’amplitude d’un écho généré par réflexion
sur une surface plane à distance égale des différents éléments.
Pour les sabots de traducteurs encerclants, il est recommandé de vérifier que les voies élémentaires
sont homogènes sans le sabot, si possible.
8.2.3.2 Modes opératoires
8.2.3.2.1 Traducteurs en contact
Le mode opératoire pour les traducteurs en contact est le suivant :
Positionner le traducteur sur un bloc de référence permettant d’obtenir le même temps de vol pour tous
les éléments, par exemple :
— sans sabot, si possible ;
— avec sabot, en utilisant un bloc du même matériau avec un côté incliné au même angle que celui du
sabot du traducteur ;
— avec un bloc de retard plat, en utilisant les signaux de la surface du bloc (surface sèche, pas de
liquide de couplage au niveau de la surface réfléchissante).
Activer les éléments un par un (émission et réception avec le même élément).
Afficher l’amplitude de l’écho du réflecteur pour chaque élément.
Mesurer l’amplitude A de chaque signal élémentaire.
el
8.2.3.2.2 Traducteurs en immersion
Le mode opératoire pour les traducteurs en immersion est le suivant :
Positionner le traducteur dans l’incidence normale en face d’un bloc de référence (en acier, par exemple)
ayant une surface plane.
Activer les éléments un par un (émission et réception avec le même élément).
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.
Mesurer l’amplitude A de chaque signal élémentaire.
el
8.2.3.3 Identification des éléments morts
La sensibilité relative (en dB) de chaque élément est calculée à l’aide de la Formule (1) :
ΔSA= 20 log A (1)
()
el el mean
où
A est l’amplitude du signal d’un seul élément ;
el
A est la valeur moyenne des amplitudes de tous les signaux (doit être calculée) ;
mean
ΔS est la sensibilité relative d’un élément.
el
Un élément est considéré comme étant un élément mort si :
a) ΔS < −12 dB lorsque l’appareil permet d’appliquer une compensation de gain sur les éléments,
el
b) ΔS < −9 dB lorsque l’appareil ne possède pas de circuit de compensation.
el
Une diminution d’amplitude A peut être provoquée par l’élément du réseau, le câble et/ou l’appareil.
el
Quelle qu’en soit la raison, cette situation doit être désignée sous le terme d’élément mort.
8.2.3.4 Calcul de la sensibilité de référence
La sensibilité de référence A est définie comme étant la valeur moyenne des amplitudes des signaux
ref
élémentaires, à l’exception des éléments morts. A doit être calculée et consignée dans la fiche
ref
d’enregistrement du système. A est l’amplitude de référence pour les essais ultérieurs.
ref
8.2.3.5 Compensation de la variation de sensibilité (compensation d’amplitude)
La compensation vise à réduire les variations de sensibilité entre les éléments. Si l’appareil en a les
capacités, il convient d’effectuer une compensation des amplitudes élémentaires.
Chaque élément présentant un écart de sensibilité supérieur à 3 dB (en valeur absolue) par rapport à
A doit être compensé.
ref
La compensation consiste à modifier le gain élémentaire, limité à ± 12 dB, de chaque élément présentant
un écart de sensibilité de plus de 3 dB (en valeur absolue) par rapport à la sensibilité de référence A .
ref
Les éléments compensés ainsi que leur compensation de gain doivent être consignés dans la fiche
d’enregistrement du système.
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8.2.3.6 Critères d’acceptation
Le nombre d’éléments morts sur la même ouverture active doit être au maximum de 1 sur 16 et les
éléments morts ne doivent pas être adjacents.
8.3 Caractérisation des faisceaux
8.3.1 Généralités
Pour vérifier que le système en multiéléments est capable de produire le(s) faisceau(x) comme prévu,
il est nécessaire de caractériser au moins le(s) faisceau(x) selon le mode de fonctionnement choisi
dans l’Article 6. En raison des nombreuses variables de réglages applicables à la technologie en
multiéléments, aucune fiche de données de caractérisation des faisceaux n’est généralement disponible,
comme pour les traducteurs ultrasonores classiques. Il convient donc de déterminer les valeurs de
référence pour la caractérisation des faisceaux sur un système de référence. Les éléments relatifs à
la caractérisation des faisceaux doivent couvrir au moins les éléments pertinents pour l’utilisation
(application) opérationnelle du système.
Ces essais doivent être effectués :
a) après les essais des éléments et des voies sur une nouvelle construction du système,
b) lorsqu’une dérive des caractéristiques du système est observée pendant les essais de groupe 2.
Si la caractérisation des faisceaux a déjà été réalisée sur un système identique (voir en 3.4), les essais de
caractérisation peuvent être ignorés sur le nouveau système. En effet, les résultats obtenus à partir d’un
système identique peuvent être utilisés comme référence et les essais de groupe 2 peuvent être effectués.
Les résultats de référence doivent être consignés dans la fiche d’enregistrement du nouveau système.
La caractérisation inclut le mesurage des éléments suivants :
— point d’émergence du traducteur (pour les traducteurs en contact) ou point d’incidence sur la pièce
à contrôler (pour les traducteurs en immersion) ;
— angle de réfraction pour les traducteurs d’angle ;
— sensibilité le long de l’axe du faisceau (par exemple courbe distance-amplitude) ;
— dimensions du faisceau dans la zone étudiée ;
— angle de bigle pour les traducteurs en contact ;
— lobes de réseau (mesurage et simulation recommandés en cas de suspicion).
Selon le mode de fonctionnement, la caractérisation des faisceaux est effectuée sur un sous-ensemble
d’ouvertures et/ou de tirs (voir l’Article 6).
Toutefois, lorsque le traducteur multiélément contient des éléments morts, pour les modes 3, 4, 5 et 6, il
est nécessaire de caractériser les faisceaux de toutes les ouvertures actives affectées par la présence de
ces éléments morts :
— pour le tir concerné (mode 3) ;
— pour trois tirs correspondant aux réglages extrêmes et médian (modes 4, 5 et 6).
Ces caractérisations supplémentaires peuvent être ignorées dans l’un des cas suivants :
— le nombre d’éléments morts sur la même ouverture active est inférieur ou égal à 1 sur 16 et les
éléments morts ne sont pas adjacents ;
— une simulation logicielle a démontré que, pour l’application concernée, les éléments morts n’ont
aucune influence sur les faisceaux par rapport aux faisceaux produits avec tous les éléments
fonctionnant correctement ;
— une simulation expérimentale des éléments morts a été effectuée en désactivant un ou plusieurs
éléments et a démontré que, pour l’application concernée, les éléments morts n’ont aucune
influence sur les faisceaux par rapport aux faisceaux produits avec tous les éléments fonctionnant
correctement.
8.3.2 Absence de saturation
8.3.2.1 Généralités
Avant chaque essai de caractérisation des faisceaux, il est nécessaire de vérifier que les voies
élémentaires ne saturent pas.
Il existe deux cas de figure :
a) Si l’appareil possède une fonction d’indication de voies saturées, alors cette vérification n’est pas
nécessaire. Si la saturation est indiquée, l’opérateur doit prendre des mesures appropriées pour
éviter la saturation.
b) Si l’appareil ne possède pas de fonction d’indication de voies saturées, alors la linéarité de la somme
des signaux doit être vérifiée (voir en 8.3.2.2). Une saturation des voies élémentaires entraîne une
distorsion de la somme des signaux et altère le mesurage quantitatif de l’amplitude ; l’absence de
saturation est donc vérifiée en contrôlant la linéarité de la somme des signaux.
La vérification de l’absence de saturation doit être effectuée pour les différentes configurations actives
et pour les divers tirs qui nécessitent une caractérisation des faisceaux et avant tous les mesurages
d’amplitude réalisés pendant cette caractérisation.
8.3.2.2 Mode opératoire
Régler et noter la tension d’émission, appliquer la loi de retards à l’ouverture active, régler et noter le
gain ; positionner le traducteur de façon à visualiser l’écho du réflecteur étudié. Le réflecteur à utiliser
pour cet essai doit être le même que celui utilisé en 8.3.3.3 ou 8.3.4.3.
Régler le gain de façon à ce que la somme des signaux corresponde à 80 % de la hauteur totale de l’écran.
Noter la valeur du contrôle de gain étalonné (dB).
Augmenter ensuite le gain de 2 dB et confirmer que le signal augmente légèrement plus que la hauteur
totale de l’écran (101 %), si visible.
Récupérer la valeur initiale du gain et la réduire de 6 dB puis encore de 6 dB.
Confirmer que le signal diminue à environ 40 % puis à 20 % de la hauteur totale de l’écran.
8.3.2.3 Critères d’acceptation
Pour le cas de figure de 8.3.2.1 a), les signaux élémentaires ne doivent pas être saturés.
Pour le cas de figure de 8.3.2.1 b), la linéarité de la somme des signaux doit être conforme au Tableau 4.
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Tableau 4 — Critères d’acceptation pour la linéarité de la somme des signaux
Réglage du gain Amplitude à l’écran Amplitude admissible
dB % de la hauteur totale de % de la hauteur totale de l’
l’écran écran
+ 2 101 95 minimum
0 80 Ligne de référence
− 6 40 De 37 à 43
− 12 20 De 17 à 23
Si les critères ne sont pas remplis, une solution peut consister à réduire la tension d’émission.
8.3.3 Caractérisation des faisceaux pour les traducteurs en contact
8.3.3.1 Généralités
Les essais peuvent être effectués avec des dispositifs adaptés aux mouvements automatiques du
traducteur. Les mesurages sont réalisés avec les paramètres identifiés pour l’application.
Dans certaines applications, plusieurs faisceaux doivent être caractérisés. Ces faisceaux peuvent être
produits par le même groupe de paramètres ou peuvent nécessiter chacun un réglage distinct. Selon
les réglages disponibles sur l’appareil utilisé, cette phase de caractérisation peut être réalisée en
appliquant un groupe de paramètres produisant tous les faisceaux ou en appliquant successivement les
réglages qui produiront chaque faisceau.
La caractérisation des faisceaux peut être effectuée à raison d’un essai pour tous les faisceaux ou à
raison d’un essai par faisceau.
Par exemple, dans le cas d’un balayage sectoriel, il est possible de caractériser les faisceaux
correspondant aux lois de retards extrêmes et médiane :
— soit en appliquant un seul groupe de paramètres correspondant au balayage sectoriel et en effectuant
les mesurages sur chacun des trois faisceaux du balayage sectoriel ;
— soit en appliquant trois groupes de paramètres et en réalisant les mesurages sur chacun des
trois faisceaux.
Dans le cas de traducteurs à sabots plans, des blocs de référence plans doivent être utilisés.
Dans le cas de sabots de traducteurs encerclants, des blocs de référence de courbure identique doive
...