ISO 23865:2021
(Main)Non-destructive testing — Ultrasonic testing — General use of full matrix capture/total focusing technique (FMC/TFM) and related technologies
Non-destructive testing — Ultrasonic testing — General use of full matrix capture/total focusing technique (FMC/TFM) and related technologies
This document gives general provisions for applying ultrasonic testing with arrays using FMC/TFM techniques and related technologies. It is intended to promote the adoption of good practice either at the manufacturing stage or for in-service testing of existing installations or for repairs. Some examples of applications considered in this document deal with characterization and sizing in damage assessment. Materials considered are low-alloyed carbon steels and common aerospace grade aluminium and titanium alloys, provided they are homogeneous and isotropic, but some recommendations are given for other materials (e.g. austenitic ones). This document does not include acceptance levels for discontinuities. For the application of FMC/TFM to testing of welds, see ISO 23864.
Essais non destructifs — Contrôle par ultrasons — Utilisation générale de l’acquisition de la matrice intégrale/technique de focalisation en tous points (FMC/FTP) et de techniques associées
Le présent document fournit des dispositions générales pour l'application de contrôle par ultrasons en réseaux avec des techniques FMC/FTP et des technologies associées. Il est destiné à favoriser l'adoption de bonnes pratiques soit au stade de la fabrication, soit pour les contrôles en service d'installations existantes ou lors de réparations. Quelques exemples d'applications considérées dans le présent document traitent de la caractérisation et du dimensionnement dans l'évaluation des endommagements. Les matériaux considérés sont les aciers au carbone faiblement alliés et les alliages courants d'aluminium et de titane de qualité aérospatiale, à condition qu'ils soient homogènes et isotropes, mais certaines recommandations sont données pour d'autres matériaux (par exemple les aciers austénitiques). Le présent document ne contient pas les niveaux d'acceptation relatifs aux discontinuités. Pour l'application des techniques FMC/FTP aux contrôles des assemblages soudés, voir l'ISO 23864.
General Information
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 23865
First edition
2021-01
Non-destructive testing — Ultrasonic
testing — General use of full matrix
capture/total focusing technique
(FMC/TFM) and related technologies
Essais non destructifs — Contrôle par ultrasons — Utilisation
générale de l’acquisition de la matrice intégrale/technique de
focalisation en tous points (FMC/FTP) et de techniques associées
Reference number
©
ISO 2021
© ISO 2021
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ii © ISO 2021 – All rights reserved
Contents Page
Foreword .iv
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Principle of the technique. 2
4.1 General . 2
4.2 Comparison between FMC/TFM and PAUT . 3
5 Requirements for surface condition and couplant . 4
6 Information required prior to testing . 5
6.1 General . 5
6.2 Items to define prior to procedure development . 5
7 Requirements for test personnel . 5
8 Requirements for test equipment . 5
8.1 General . 5
8.2 Instrument . 6
8.3 Probes . 6
8.4 Scanning mechanisms. 7
8.5 Sampling frequency . 7
8.6 Data processing . 7
8.7 Evaluation of TFM indications . 8
9 Benefits of various imaging paths . 8
10 Preparation for testing . 9
10.1 General . 9
10.2 System checking . 9
10.3 Sensitivity correction .10
10.4 Sensitivity setting .11
10.5 Grid verification .11
10.6 Preparation of scanning surfaces .11
10.7 Couplant .11
11 Test procedure .11
12 Data storage .12
13 Interpretation and analysis of TFM images .12
13.1 General .12
13.2 Assessing the quality of TFM images .13
13.3 Identification of relevant TFM indications .13
14 Test report .13
15 Typical influences and compensation mechanisms .14
Annex A (informative) Comparison of FMC/TFM technique with conventional phased array
ultrasonic testing (PAUT) .15
Annex B (informative) FMC/TFM and alternative acquisition and imaging techniques .18
Annex C (informative) Checking of the FMC/TFM setup, ROI and grid .22
Annex D (informative) Recommended settings and examples of FMC/TFM images .26
Bibliography .42
Foreword
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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
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iv © ISO 2021 – All rights reserved
INTERNATIONAL STANDARD ISO 23865:2021(E)
Non-destructive testing — Ultrasonic testing — General
use of full matrix capture/total focusing technique (FMC/
TFM) and related technologies
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1 Scope
This document gives general provisions for applying ultrasonic testing with arrays using FMC/TFM
techniques and related technologies. It is intended to promote the adoption of good practice either at
the manufacturing stage or for in-service testing of existing installations or for repairs.
Some examples of applications considered in this document deal with characterization and sizing in
damage assessment.
Materials considered are low-alloyed carbon steels and common aerospace grade aluminium and
titanium alloys, provided they are homogeneous and isotropic, but some recommendations are given
for other materials (e.g. austenitic ones).
This document does not include acceptance levels for discontinuities.
For the application of FMC/TFM to testing of welds, see ISO 23864.
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 16810, Non-destructive testing — Ultrasonic testing — General principles
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 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 terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
3.1
full matrix capture/total focusing technique
FMC/TFM
assembly of a data acquisition scheme and imaging scheme, whereby the acquisition scheme involves
a full matrix capture, and the imaging scheme involves a total focusing technique, and where the data
acquisition and imaging scheme may be performed with several similar technologies.
Note 1 to entry: TFM is often indicated as "total focusing method" but, in this document, the term "method" in
NDT is reserved for applying a physical principle (see ISO 9712).
3.2
FMC/TFM setup
probe arrangement defined by probe characteristics (e.g. frequency, probe element size, wave mode),
probe position, and the number of probes.
Note 1 to entry: Unless stated otherwise, in this document “TFM” and “FMC” refer to the techniques as defined in
ISO 23243, and to all related technologies see for example Annex B and ISO 23243.
4 Principle of the technique
4.1 General
Both FMC/TFM and phased array ultrasonic testing (PAUT) use an array probe where each element
of the array is independent of the others. Physical characteristics related to the propagation of waves
from the elements of the array govern the capabilities of both techniques in a similar way. In standard
PAUT, as in ISO 13588, the active aperture is used to generate sound beams for testing.
In comparison, the FMC/TFM approach typically uses the entire array in order to achieve the best
possible focused imaging performance because for effective focusing the test volume should be within
the near-field region of the array, which is maximized by using the entire array. In the PAUT technique,
the beams can also be "focused" in a similar way to FMC/TFM by using large apertures or the entire
array to create beams that concentrate the sound pressure to specific points, by ensuring that these
focal points are within the near-field region of the aperture.
Various imaging paths as described in Table 1 may be used.
Table 1 — - Description of the imaging paths
Imaging path Examples Description
T-T transmitter path direct, receiver path
direct
L-L
NOTE 1 All figures are schematic, not to scale. Due to the principle of reciprocity, transmitter and receiver can be swapped,
meaning that the whole path can be followed in the opposite direction. The direction of the arrows for the paths shown in
this table is arbitrary. Drawings are intended to illustrate the assumptions made on the imaging path for calculation of the
image and do not intend to imply beam forming or focusing of ultrasonic waves.
NOTE 2 The use of indirect imaging paths, especially those aiming at producing an image representative of the reflectors
shape, require an accurate assessment of the actual component physical properties, such as ultrasonic wave velocity, wall
thickness or non-flat surfaces. This can be compensated for in post-processing or by using an adaptive imaging algorithm.
NOTE 3 L corresponds to longitudinal wave mode and T to transversal wave mode.
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Table 1 (continued)
Imaging path Examples Description
T-TT, TT-T transmitter path direct, receiver path
indirect
LL-L, L-LL
or
LT-T, T-TL
transmitter path indirect, receiver
TT-L, L-TT
path direct
OR
TT-TT transmitter path indirect, receiver
path indirect
LL-LL
TL-LT
L-L transmitter path direct, receiver path
direct
T-T
(using separate arrays with a known
distance)
TT-TT transmitter path indirect, receiver
path indirect
LL-LL
(using separate arrays with a known
TL-LT
distance)
NOTE 1 All figures are schematic, not to scale. Due to the principle of reciprocity, transmitter and receiver can be swapped,
meaning that the whole path can be followed in the opposite direction. The direction of the arrows for the paths shown in
this table is arbitrary. Drawings are intended to illustrate the assumptions made on the imaging path for calculation of the
image and do not intend to imply beam forming or focusing of ultrasonic waves.
NOTE 2 The use of indirect imaging paths, especially those aiming at producing an image representative of the reflectors
shape, require an accurate assessment of the actual component physical properties, such as ultrasonic wave velocity, wall
thickness or non-flat surfaces. This can be compensated for in post-processing or by using an adaptive imaging algorithm.
NOTE 3 L corresponds to longitudinal wave mode and T to transversal wave mode.
4.2 Comparison between FMC/TFM and PAUT
PAUT applies different time delays to the elements of the active aperture in order to control the sound
beam within the test object. This results in a beam as governed by the constructive and destructive
interference of the wavelets from each element of the active aperture. During the reception phase, the
elementary signals are summed to give a single A-scan. In addition to being able to "steer" the beam
through a range of angles, in PAUT each beam can also be controlled to focus the sound pressure within
the near-field region of the active aperture.
In comparison, TFM is a post-processing or imaging technique applied to FMC signals that does not
create beams within the test object during the transmission phase. Instead, the sound field transmitted
into the component emanates from one element of the array and the echoes generated within the
component due to this sound field are then recorded on all elements of the array, as illustrated in
Figure 1. Successive firing of individual elements on the array and recording of resultant echoes on all
elements is termed full matrix capture (FMC).
a) Firing of first element and wave front travel- d) Wave front just before arrival at the ele-
ling into the test object ments of the array
b) Wave front just before arrival at a discontinui- e) Signals being collected on all the ele-
ty in the test object ments of the array
c) Reflected or diffracted echo(es) from the f) Process continued by firing element 2 and
discontinuity returning back in the direction of repeated until the last element N of the array
the array is fired
Key
1 wave front transmitted by element 1
2 discontinuity
3 wave front reflected or diffracted by the discontinuity
4 receiving elements
5 wave front transmitted by element 2
Figure 1 — Typical example of points in time describing the FMC data collection process
The FMC data can then be processed by algorithms that operate on the data matrix to create images
of the echoes from the component. Total focusing technique (TFM) is a term used to describe one such
algorithm that applies calculated delay laws to the FMC data in order to focus the sound on many points
within a defined region of interest (ROI) (see Annex B for details). This imaging phase (where TFM is
applied on the FMC data) is computationally intensive but modern systems are able to achieve near
real-time imaging performance.
A more detailed comparison is given in Annex A.
5 Requirements for surface condition and couplant
Care shall be taken that the surface condition meets at least the requirements given in ISO 16810. Since,
typically, only individual elements are used as transmitter and any diffracted signal can also be weak,
the degradation of signal quality due to poor surface condition has a severe impact on testing reliability.
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Different coupling media can be used but their type shall be compatible with the materials to be
examined. Examples are water (possibly containing an agent, e.g. wetting, anti-freeze, corrosion
inhibitor), contact paste, oil, grease, cellulose paste containing water, etc.
The characteristics of the coupling medium shall remain constant throughout the examination. It shall
be suitable for the temperature range in which it will be used.
6 Information required prior to testing
6.1 General
ISO 18563-3 gives useful information.
6.2 Items to define prior to procedure development
Before any testing can begin, the operator shall have access to all the information as specified below:
a) purpose and extent of testing;
b) reporting criteria;
c) manufacturing or operation stage at which the testing is to be carried out;
d) type(s) of parent material and product form (i.e. cast, forged, rolled);
e) geometrical characteristics (especially when reflection is used);
f) requirements for access and surface conditions and temperature;
g) time of testing relative to any heat treatment (if any);
h) acceptance criteria and sizing methodologies shall be defined by specification and provided before
testing (to be adapted when recommendations for the application cases are written).
In case of any suspicion of anisotropy in the material to be tested, special care shall be taken.
7 Requirements for test personnel
Personnel performing testing in accordance with this document shall be qualified to an appropriate UT
level in accordance with ISO 9712 or equivalent in the relevant product or industrial sector.
In addition to general knowledge of ultrasonic testing, the operators shall be familiar with and have
practical experience in the use of FMC/TFM technique or related technology.
Specific training and examination shall be performed with the finalized ultrasonic testing procedures
and selected ultrasonic testing equipment on representative samples containing natural or artificial
reflectors similar to those expected. These training and examination results shall be documented.
8 Requirements for test equipment
8.1 General
The FMC acquisition process requires a system able to fire the elements one by one and collect the
individual element signals from the array probe. Other processes may be used including adaptive
processes (see Annex B).
The TFM process can require a fast processing capability and a large memory capacity to handle the
large amount of data from the FMC acquisition. Alternative processes may be applied using smaller
memory capacity (e.g. based on plane wave imaging, PWI).
8.2 Instrument
FMC/TFM instruments may display images of the same type as conventional PA instruments (B-Scan,
C-Scan, D-Scan) but may also provide other types of images.
The ultrasonic instrument used for the FMC/TFM testing shall be in accordance with the requirements
of ISO 18563-1, if applicable.
The ultrasonic instrument shall be able to acquire a full or partial matrix and either process it by itself or
transmit it to a computer for post-processing. It is recommended that the length of the acquired A-scan
is sufficient, considering the imaging path that will be processed or post-processed. It is recommended
that the bandwidth of the ultrasonic system is sufficient to receive signals of at least two times the
centre frequency of the probe, and that high- and low-pass filters are set to appropriate values, e.g.
high-pass set not higher than half the centre frequency and low-pass set to at least twice the centre
frequency. The specific values selected for these parameters, if applicable, shall be explicitly specified
within the written procedure.
The data visualized after a TFM process is generally a region of interest (ROI) which is a grid where
each grid point represents the computed amplitude (see 4.2 and Annex B). Grids are usually regular,
e.g. rectangular, but can be arbitrary (even 3D). Regular grids are usually preferred (e.g. to allow
optimization in order to enhance the number of images per second).
The grid spacing shall be selected small enough to be able to detect the relevant discontinuities. The
minimum spatial resolution of data points within the image (i.e. grid point spacing) shall be chosen such
that the amplitude of a reference reflector is stable within a specified tolerance on small deviations in
the probe position. Annex C contains guidance on validation of the amplitude stability.
8.3 Probes
Any linear or matrix array probe can be used for FMC acquisition, but this document is limited to the
use of linear phased array probe. Ultrasonic arrays used for the FMC/TFM testing shall be in accordance
with the requirements of ISO 18563-2.
The TFM process requires information on the element positions relative to the test object, including
details of the delay line or wedge, in order to compute the times of flight associated to the imaging
path(s).
Probes in direct contact to the test object can be used but also delay lines, angled wedges or immersion
can be used depending on the application. Required details of the delay line or wedge include the type,
dimensions, angle and sound velocity.
In order to achieve good quality images, the following properties of the array probe should be taken
into consideration:
a) adequately small pitch to avoid spatial aliasing;
b) highly damped elements to decrease the length of the ultrasonic wave train;
c) sufficiently small elements to avoid too much directivity;
d) appropriate aperture and elevation to allow for imaging at a distance away from the probe, as the
TFM algorithm has optimal results in the near-field of the probe;
e) wedge dimension optimized for effectiveness.
6 © ISO 2021 – All rights reserved
Typically, these requirements are fulfilled by a probe with relative bandwidth >60 % and an element
pitch that is smaller than half the wavelength as determined in the wedge (or in the part under testing
when no wedge is used).
The number of dead elements on the active aperture should be less than or equal to 1 out of 16 and any
dead elements are not allowed to be adjacent to each other. If this criterion is not met, the probe may be
used provided appropriate technical justification is given.
8.4 Scanning mechanisms
To achieve consistency of the images (collected data), guiding mechanisms may be used and scan
encoder(s) shall be used.
The scan increment setting in the primary scanning direction is dependent on the thickness to be
examined. Recommended values are given in Table 2.
Other values may be used provided appropriate technical justification is provided.
The scan increment settings perpendicular to the primary scanning direction, when applicable, shall be
chosen in order to ensure the coverage of the test volume.
An additional function of scanning mechanisms is to provide position information in order to enable
the generation of position-related FMC/TFM images.
Table 2 — Scan increment values in the primary scanning direction in accordance with
thickness
Dimensions in millimetres
Thickness
Scan increment
t
t ≤ 6 0,5
6 < t ≤ 10 1
10 < t ≤ 150 2
t > 150 3
Scanning mechanisms in FMC/TFM can either be motorized or manually driven. They shall be guided by
means of a suitable guiding mechanism. The tolerances for the probe position depend on the application
and it shall be given in the written test procedure.
The scanning speed shall be suitable for the equipment used in order to avoid loss of data.
8.5 Sampling frequency
The sampling frequency of the A-scans should be at least five times the nominal centre frequency of the
probe. If interpolation (up-sampling) of the A-scans is used, the hardware sampling frequency may be
as low as three times the upper cut-off frequency (-6 dB) of the probe.
The theoretical limit according to the Nyquist sampling theorem is twice the upper frequency of the
signal, but additional margin should be provided for non-ideal filters before analogue-to-digital
conversion.
8.6 Data processing
The processing of A-scan data based on time of flight (from the transmitter to an image point and back
to the receiver) is generally referred to as imaging. This is the basis of TFM. Optionally, the processing
algorithms can also take into account physical parameters to improve the quality of the resulting image,
like directivity, divergence, attenuation, reflectivity, transmission coefficients and apodization.
A detailed description of TFM is given in 4.2 and Annex B. Descriptions of related technologies are given
in ISO 23243 and Annex B, such as sampling phased array (SPA), plane wave imaging (PWI) and inverse
wave field extrapolation (IWEX).
Once the data has been processed into an image, additional image processing may be applied afterwards
for further optimization/visualization.
8.7 Evaluation of TFM indications
The recommended sizing methods are:
a) extraction of signals scattered (diffracted) from different points on the discontinuity and deducing
the extent of the discontinuity based on images of the diffracted signals;
b) using amplitude drop with respect to the maximum TFM indication response to establish the
extent of the discontinuity.
In accordance with the application requirements, other sizing methods may be used.
9 Benefits of various imaging paths
By including boundary reflections in the path from transmitter to receiver, discontinuities in the
ROI can be imaged from different directions using both reflection and diffraction signals, which can
improve the performance and reliability of testing.
Volumetric discontinuities resulting in reflection (in many directions) and edges of discontinuities
resulting in diffraction (in many directions) are typically detected with each imaging path that covers
the region of the discontinuity.
In general, discontinuities with an orientation (planar discontinuities) are best detected with imaging
paths (see Table 3) where the incident angle and reflected angle on the discontinuity are:
a) (about) perpendicular to the discontinuity orientation;
b) (about) symmetric to the normal direction of the discontinuity; or
c) according to Snell’s law if mode conversion occurs at the discontinuity.
Table 3 — Advantages of different imaging paths
Imaging path Orientation of discontinuities for
reflection
Discontinuities with (near) horizontal
orientation.
Discontinuities with other orientations
depending on incident and reflected
angles.
Discontinuities with (near) vertical
orientation.
Discontinuities with other orientations if
mode conversion occurs in the path.
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Table 3 (continued)
Imaging path Orientation of discontinuities for
reflection
Discontinuities with (near) horizontal
orientation.
Discontinuities with other orientations
depending on incident and reflected
angles.
Discontinuities with (near) horizontal
orientation.
Discontinuities with (near) horizontal
orientation.
10 Preparation for testing
10.1 General
The purpose of the testing shall be defined by specification. Based on this, the test volume to be
inspected shall be determined.
The surface temperature of the object under test shall be in the range 0 °C to 50 °C. For temperatures
outside this range, the suitability of the equipment and couplant shall be verified.
Imaging approaches such as TFM require knowledge of a number of parameters related to the
measurement system, array, setup geometry and material properties. This clause provides an overview
of parameters considered relevant for imaging.
10.2 System checking
System check/setup shall take into account the following:
a) element sensitivity, dead elements and amplitude balancing may be applied if required;
b) wedge parameters (velocity, angle, dimensions).
Any corrections due to these items shall be reported as specified in the test procedure.
The minimum items to be checked are listed below:
a) calibration checking;
b) coverage checking;
c) sensitivity checking and settings;
d) settings to be taken into account to achieve an appropriate level of detection;
e) sizing/characterization (surfaces, body) assessment;
f) aspects to be defined in a procedure;
g) calibration/reference/qualification blocks;
h) aspects to set in a report.
Additional aspects can need to be addressed depending on application cases.
10.3 Sensitivity correction
For general applications, sensitivity can be corrected using 3 mm diameter SDHs (side drilled holes), for
example in a calibration block (e.g. ISO 19675).
If required for the application, and if the processing does not take all propagation effects into account,
then amplitude correction may be applied. Amplitude calibration for TFM is similar to time corrected
gain (TCG) or angle corrected gain (ACG) in PAUT calibration: the probe is moved over a set of SDHs
located at different depths in a reference block as defined in Table 4.
NOTE Simulated sensitivity corrections are possible.
The amplitude on each SDH is recorded for a horizontal line in the ROI, over its complete width, by
moving the probe over the SDHs as shown in Figure 2. A correction is then established by determining
the gain necessary to adjust the response of each SDH to the desired level, along the horizontal line in
the ROI corresponding to the position of each SDH. Gain levels for the points in the vertical direction
between the horizontal lines corresponding to the SDHs are derived by interpolation.
a) b) c)
Key
1 side drilled holes
2 ROI
3 probe
a
Probe movement.
Figure 2 — Illustration of probe movement over SDHs for sensitivity correction
Any reference block with a sufficient number of SDHs divided equally over the height of the ROI in
accordance with Table 4 may be used.
Table 4 — Number of SDH to use in accordance with ROI height
ROI height, h
Depth difference between 2 adja-
Minimum number of SDH
cent SDH
mm
≤ 10 1 N/A
10 < h ≤ 40 3 N/A
>40 N/A <20 % h
10 © ISO 2021 – All rights reserved
10.4 Sensitivity setting
If requested, the test sensitivity shall be set/verified on a reference reflector that is representative of
the discontinuities to be detected.
If multiple imaging paths (TTT, TTL, etc.) are used, then the sensitivity needs to be calibrated
individually. For in-service situations, this can be difficult without a suitable reference piece. Depending
on the application, TFM indications stemming from the geometry or the noise level of the test object can
be used as well.
10.5 Grid verification
Guidance for grid verification is given in Annex C.
10.6 Preparation of scanning surfaces
Scanning surfaces shall be clean in an area wide enough to permit the testing volume to be fully covered.
Scanning surfaces shall be even and free from foreign matter likely to interfere with probe coupling
(e.g. rust, loose scale, weld spatter, notches, grooves). The condition of the test surface shall result in a
gap not exceeding 0,5 mm between the probe and the surface. These requirements shall be ensured by
dressing the scanning surface as necessary.
Scanning surfaces may be assumed to be satisfactory if the surface roughness, Ra, is not greater than
6,3 µm for machined surfaces, or not greater than 12,5 µm for shot-blasted surfaces.
When coating such as paint is present and cannot be removed, reference or test blocks with identical
coating are required. In addition, the required corrective actions shall be determined and applied.
When using an adaptable probe shoe or (local) immersion technique, the surface condition shall be
sufficiently smooth to ensure good imaging results.
10.7 Couplant
In order to generate good images, a couplant shall be used which provides a constant transmission of
ultrasound between the probe(s) and the test object. The couplant used for calibration shall be the same
as that used in subsequent testing.
When using a conformable shoe or (local) immersion technique, requirements on the couplant,
determination of sound velocity including temperature dependency and verification of coupling shall
be clearly documented in the written procedure.
11 Test procedure
For any ultrasonic examination, an examination procedure shall be established. In addition to the
requirements stated in this document, at least the following details shall be included, as applicable:
a) description of the products to be examined;
b) reference documents;
c) qualification and certification of examination personnel;
d) state of examination object;
e) test volume;
f) testing techniques;
g) preparation of scanning surfaces;
h) coupling medium;
i) description of examination equipment;
j) environmental conditions;
k) reference and/or calibration blocks, including description of the reflectors;
l) calibration and settings;
m) imaging path(s) to be used;
n) scan plan;
o) description and sequence of examination operations;
p) evaluation and recording levels;
q) characterization of imperfections;
r) acceptance criteria;
s) examination report.
Specific conditions of application and use of the FMC/TFM technique depend on the type of product
examined and any specific requirements shall be described in written examination procedures.
The objective of the testing shall be agreed.
For in-service testing, the effectiveness of the procedure on test blocks having natural discontinuities
should be verified.
Information regarding settings and examples of images for different flaw types are given in Annex D.
For weld testing, ISO 23864 applies.
A satisfactory procedure verification in accordance with the specification required shall take place
before the first inspection. This verification includes:
a) detection of all required reflectors;
b) classification and sizing capability;
c) proof of coverage in depth and width.
12 Data storage
Compared to PAUT, FMC/TFM typically collects a larger volume of A-scan data, corresponding to the
collection of all possible combinations of transmitters and receivers in (an) array probe(s). Images are
computed from the matrix of A-scans either on the acquisition hardware or on a computer connected to
the acquisition hardware. In either case, the amount of A-scan data can be too big to retain.
The constructed images as well as the applied imaging parameters and processing steps shall be stored
on a digital storage medium such as hard disk or IT server and shall be kept for later reference.
13 Interpretation and analysis of TFM images
13.1 General
Interpretation and analysis of TFM images are typically performed as follows:
a) assess the quality of the TFM images;
12 © ISO 2021 – All rights reserved
b) identify relevant TFM indications;
c) determine location and size as specified;
d) classify relevant TFM indications as specified;
e) evaluate against acceptance criteria.
13.2 Assessing the quality of TFM images
An FMC/TFM test shall be carried out such that satisfactory images are generated that can be
interpreted with confidence. Satisfactory images are defined by appropriate:
a) coupling;
b) ROI settings;
c) sensitivity settings;
d) signal-to-noise ratio;
e) saturation indicator;
f) data acquisition;
g) tuning of processing parameters.
If the signal to be evaluated is saturated, it shall be rescanned if the amplitude drop measuring method
has been chosen.
Where encoded scanning is performed, a maximum of 5 % of the total number of scan points collected
in one single scan may be missed but no adjacent points shall be missed.
Assessing the quality of FMC/TFM images requires skilled and experienced operators (see Clause 7).
The written test procedure shall give requirements depending on the application whether non-
satisfactory images require new data acquisition (re-scan).
13.3 Identification of relevant TFM indications
The FMC/TFM technique images both discontinuities and geometric features of the test object.
In order to identify TFM indications of geometric features, detailed knowledge of the test object is
necessary.
To decide whether a TFM indication is relevant (caused by a discontinuity), patterns or disturbances
shall be evaluated considering shape and signal amplitude relative to general noise level.
The written test procedure shall give details for the evaluation of TFM indications depending on the
application.
14 Test report
FMC/TFM test reports shall comply with the requirements given in ISO 16810, as applicable.
In addition, FMC/TFM testing reports shall contain the following information:
a) description of the test specimen, any reference and/or test blocks;
b) description of FMC/TFM instrument used, including scanning mechanisms;
c) probe type, frequency, number and size of elements, material and angle(s) of any wedge (or in water
for immersion technique), orientation and position with respect to a reference line;
d) plotted images of at least those locations where relevant TFM indications have been detected;
e) results of checking resolution, coverage and grid verification (see Annex C).
Relevant settings of the FMC/TFM technique shall be documented. This should include:
a) sensitivity settings;
b) acquisition process;
c) imaging process;
d) details of the ROI;
e) imaging path(s) used;
f) scan plan;
g) characterization and sizing methodology.
15 Typical influences and compensation mechanisms
Wall thickness variations can lead to images that use imaging paths with a reflection at the back wall
to show discontinuities out of focus and/or in the wrong location. This can be compensated for in post-
processing or by using an adaptive imaging algorithm (see B.5).
Anisotropy caused by an elongated grain structure, e.g. resulting from rolling of steel, causes
discontinuities to be displayed out of focus. This may be compensated for by limiting the aperture
to sound path with a low sound angle, by using angle-dependent sound velocities or with adaptive
algorithms.
Irregular geometries resulting from manufacturing and/or welding method, causing the surface to be
non-flat causes discontinuities to be
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 23865
Première édition
2021-01
Essais non destructifs — Contrôle par
ultrasons — Utilisation générale de
l’acquisition de la matrice intégrale/
technique de focalisation en tous
points (FMC/FTP) et de techniques
associées
Non-destructive testing — Ultrasonic testing — General use of full
matrix capture/total focusing technique (FMC/TFM) and related
technologies
Numéro de référence
©
ISO 2021
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© ISO 2021
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Publié en Suisse
ii © ISO 2021 – Tous droits réservés
Sommaire Page
Avant-propos .iv
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Principe de la technique . 2
4.1 Généralités . 2
4.2 Comparaison entre les techniques FMC/FTP et PAUT . 4
5 Exigences relatives à l’état de surface et au couplant . 5
6 Informations exigées avant le contrôle . 5
6.1 Généralités . 5
6.2 Éléments à définir avant l’élaboration du mode opératoire . 5
7 Exigences relatives au personnel réalisant le contrôle . 6
8 Exigences relatives à l’appareillage de contrôle. 6
8.1 Généralités . 6
8.2 Appareillage. 6
8.3 Traducteurs . 7
8.4 Mécanismes de balayage . 7
8.5 Fréquence d’échantillonnage. 8
8.6 Traitement des données . 8
8.7 Évaluation des indications FTP . 8
9 Avantages des différents modes de reconstruction . 9
10 Préparation avant contrôle .10
10.1 Généralités .10
10.2 Vérification du système .10
10.3 Correction de la sensibilité .10
10.4 Réglage de la sensibilité .11
10.5 Vérification du maillage .11
10.6 Préparation des surfaces à balayer.12
10.7 Couplant .12
11 Mode opératoire de contrôle .12
12 Conservation des données .13
13 Interprétation et analyse des images FTP.13
13.1 Généralités .13
13.2 Évaluation de la qualité des images FTP .14
13.3 Identification des indications FTP pertinentes .14
14 Rapport de contrôle .14
15 Influences typiques et mécanismes de compensation .15
Annexe A (informative) Comparaison de la technique FMC/FTP avec le contrôle par
ultrasons multiéléments (PAUT) conventionnel .16
Annexe B (informative) Technique FMC/FTP et autres techniques d’acquisition et d’imagerie .20
Annexe C (informative) Vérification de la configuration FMC/FTP, de la ROI et du maillage .24
Annexe D (informative) Réglages recommandés et exemples d’images FMC/FTP .28
Bibliographie .45
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/d irectives).
L'attention est attirée 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/br evets).
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 l’IIW, Institut international de la soudure, Commission V, NDT and
Quality Assurance of Welded Products (Essais non destructifs et assurance qualité des produits soudés).
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/m embers. html.
iv © ISO 2021 – Tous droits réservés
NORME INTERNATIONALE ISO 23865:2021(F)
Essais non destructifs — Contrôle par ultrasons —
Utilisation générale de l’acquisition de la matrice
intégrale/technique de focalisation en tous points (FMC/
FTP) et de techniques associées
IMPORTANT — Le fichier électronique du présent document contient des couleurs qui sont
considérées comme utiles pour la bonne compréhension du document. Il convient donc
d’envisager d’imprimer ce document à l’aide d’une imprimante couleur.
1 Domaine d’application
Le présent document fournit des dispositions générales pour l’application de contrôle par ultrasons en
réseaux avec des techniques FMC/FTP et des technologies associées. Il est destiné à favoriser l’adoption
de bonnes pratiques soit au stade de la fabrication, soit pour les contrôles en service d’installations
existantes ou lors de réparations.
Quelques exemples d’applications considérées dans le présent document traitent de la caractérisation
et du dimensionnement dans l’évaluation des endommagements.
Les matériaux considérés sont les aciers au carbone faiblement alliés et les alliages courants d’aluminium
et de titane de qualité aérospatiale, à condition qu’ils soient homogènes et isotropes, mais certaines
recommandations sont données pour d’autres matériaux (par exemple les aciers austénitiques).
Le présent document ne contient pas les niveaux d’acceptation relatifs aux discontinuités.
Pour l’application des techniques FMC/FTP aux contrôles des assemblages soudés, voir l’ISO 23864.
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 16810, Essais non destructifs — Contrôle par ultrasons — Principes généraux
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 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 définitions de l’ISO 5577, 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 http:// www .electropedia .org/ .
3.1
acquisition de la matrice intégrale/technique de focalisation en tous points
FMC/FTP
assemblage d’une stratégie d’acquisition de données et d’un système d’imagerie, dans lequel la stratégie
d’acquisition se caractérise par une acquisition de la matrice intégrale et le système d’imagerie se
caractérise par une technique de focalisation en tous points; la stratégie d’acquisition de données et
d’imagerie peut être exécutée avec plusieurs technologies similaires
Note 1 à l'article: La technique FTP est souvent appelée «méthode de focalisation en tous points» mais, dans le
présent document, le terme «méthode» n’est pas utilisé car dans le cadre des essais non destructifs il est réservé
à l’application d’un principe physique (voir l’ISO 9712).
3.2
configuration FMC/FTP
configuration des traducteurs définie par les caractéristiques des traducteurs (par exemple fréquence,
taille des éléments des traducteurs, type d’onde), position des traducteurs et nombre de traducteurs
Note 1 à l'article: Sauf indication contraire, dans le présent document «FTP» et «FMC» font référence aux
techniques telles que définies dans l’ISO 23243, et à toutes les technologies associées; voir par exemple l’Annexe B
et l’ISO 23243.
4 Principe de la technique
4.1 Généralités
La technique FMC/FTP et le contrôle par ultrasons multiéléments (PAUT) utilisent tous deux un
traducteur multiéléments où chaque élément du réseau est indépendant des autres. Les caractéristiques
physiques liées à la propagation des ondes provenant des éléments du réseau régissent les capacités des
deux techniques de la même manière. Dans la technique PAUT normalisée, selon l’ISO 13588, l’ouverture
active est utilisée pour générer des faisceaux ultrasonores pour le contrôle.
En comparaison, l’approche de la technique FMC/FTP utilise généralement l’ensemble du réseau afin
d’obtenir la meilleure performance d’imagerie focalisée possible, car pour une focalisation efficace, il
convient que le volume à contrôler se situe dans la zone du champ proche du réseau. En effet, ainsi
la performance est maximisée par l’utilisation de l’ensemble du réseau. Avec la technique PAUT, les
faisceaux peuvent également être «focalisés» de la même manière qu’avec la technique FMC/FTP en
utilisant de grandes ouvertures ou l’ensemble du réseau pour créer des faisceaux qui concentrent la
pression acoustique sur des points spécifiques, en s’assurant que ces points focaux sont dans la zone du
champ proche de l’ouverture.
Plusieurs modes de reconstruction décrits dans le Tableau 1 peuvent être utilisés.
2 © ISO 2021 – Tous droits réservés
Tableau 1 — Description des modes de reconstruction
Mode de reconstruction Exemples Description
T-T trajet direct de l’émetteur, trajet direct
du récepteur
L-L
T-TT, TT-T trajet direct de l’émetteur, trajet indirect
du récepteur
LL-L, L-LL
ou
LT-T, T-TL
trajet indirect de l’émetteur, trajet
TT-L, L-TT
direct du récepteur
OU
TT-TT trajet indirect de l’émetteur, trajet
indirect du récepteur
LL-LL
TL-LT
L-L trajet direct de l’émetteur, trajet direct
du récepteur
T-T
(en utilisant des réseaux séparés avec
une distance connue)
TT-TT trajet indirect de l’émetteur, trajet
indirect du récepteur
LL-LL
(en utilisant des réseaux séparés avec
TL-LT
une distance connue)
NOTE 1 Toutes les figures sont schématiques, elles ne sont pas à l’échelle. En vertu du principe de réciprocité, l’émetteur
et le récepteur peuvent être permutés, ce qui signifie que la totalité du trajet peut être suivie en sens inverse. Le sens des
flèches des trajets représentés dans ce tableau est arbitraire. Les dessins ont pour but d’illustrer les hypothèses faites sur
le mode de reconstruction pour le calcul de l’image et n’impliquent pas la formation du faisceau ou la focalisation des ondes
ultrasonores.
NOTE 2 L’utilisation de modes de reconstruction indirects, en particulier ceux qui visent à produire une image
représentative de la forme des réflecteurs, exige une évaluation précise des propriétés physiques réelles des composants,
telles que la vitesse des ondes ultrasonores, l’épaisseur des parois ou l’existence de surfaces non planes. Cela peut être
compensé en post-traitement, ou en utilisant un algorithme d’imagerie adaptatif.
NOTE 3 L correspond aux ondes longitudinales et T aux ondes transversales.
4.2 Comparaison entre les techniques FMC/FTP et PAUT
La technique PAUT applique différents retards aux éléments de l’ouverture active afin de contrôler
le faisceau ultrasonore à l’intérieur de l’objet contrôlé. Il en résulte un faisceau régi par l’interférence
constructive et destructive des ondelettes de chaque élément de l’ouverture active. Pendant la phase de
réception, les signaux élémentaires sont additionnés pour donner une seule représentation de type A.
En plus de pouvoir «piloter» le faisceau dans une gamme d’angles, la technique PAUT permet le contrôle
de chaque faisceau ce qui permet de focaliser la pression acoustique dans la zone de champ proche de
l’ouverture active.
En comparaison, la technique FTP est une technique de post-traitement ou d’imagerie appliquée aux
signaux FMC qui ne crée pas de faisceaux à l’intérieur de l’objet contrôlé pendant la phase d’émission.
Au lieu de cela, le champ sonore émis dans le composant provient d’un élément du réseau et les échos
générés à l’intérieur du composant en raison de ce champ acoustique sont ensuite enregistrés sur
tous les éléments du réseau, comme représenté à la Figure 1. Les activations successives d’éléments
individuels sur le réseau et l’enregistrement des échos résultants sur tous les éléments sont appelés
acquisition de la matrice intégrale (FMC).
a) Activation du premier élément et front d’ondes d) Front d’ondes juste avant son arrivée sur
se déplaçant dans l’objet contrôlé les éléments du réseau
b) Front d’ondes juste avant son arrivée sur une e) Signaux collectés sur tous les éléments
discontinuité dans l’objet contrôlé du réseau
c) Écho(s) réfléchi(s) ou diffracté(s) de la discon- f) Processus se poursuivant par l’activation
tinuité revenant en direction du réseau de l’élément 2 et se répétant jusqu’à ce que le
dernier élément N du réseau ait été activé
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Légende
1 front d’ondes émis par l’élément 1
2 discontinuité
3 front d’ondes réfléchi ou diffracté par la discontinuité
4 éléments récepteurs
5 front d’ondes émis par l’élément 2
Figure 1 — Exemple type d’une séquence d’événements décrivant le processus de collecte des
données de FMC
Les données de FMC peuvent alors être traitées par des algorithmes qui utilisent la matrice de données
pour créer des images des échos du composant. Le terme «technique de focalisation en tous points»
(FTP) est utilisé pour décrire un algorithme qui applique des lois calculées de retard aux données de
FMC afin de focaliser le son sur de nombreux points dans une zone d’intérêt (ROI) définie (voir l’Annexe B
pour plus de détails). Cette phase d’imagerie (où la FTP est appliquée aux données de FMC) nécessite des
moyens de calcul puissants, mais les systèmes modernes sont capables d’atteindre des performances
d’imagerie en quasi temps réel.
Une comparaison plus détaillée est présentée dans l'Annexe A.
5 Exigences relatives à l’état de surface et au couplant
Il faut veiller à ce que l’état de surface satisfasse au moins aux exigences énoncées dans l’ISO 16810.
Dans la mesure où, en règle générale, seuls des éléments individuels sont utilisés comme émetteurs et
où tout signal diffracté peut également être faible, la dégradation de la qualité du signal due au mauvais
état de surface a une incidence importante sur la fiabilité du contrôle.
Différents milieux de couplage peuvent être utilisés, mais leur type doit être compatible avec les
matériaux à contrôler. Par exemple: de l’eau pouvant contenir un additif (agent mouillant, antigel,
inhibiteur de corrosion), une pâte de contact, de l’huile, de la graisse, une pâte aqueuse cellulosique, etc.
Les caractéristiques du milieu de couplage doivent rester constantes pendant toute la durée de l’examen.
Le milieu de couplage doit être adapté à la plage de température d’utilisation.
6 Informations exigées avant le contrôle
6.1 Généralités
L’ISO 18563-3 donne des informations utiles.
6.2 Éléments à définir avant l’élaboration du mode opératoire
Avant de pouvoir commencer un contrôle, l’opérateur doit avoir accès à toutes les informations
spécifiées ci-dessous:
a) l’objet et l’étendue du contrôle;
b) les critères de notation;
c) l’étape de fabrication ou d’exploitation à laquelle le contrôle doit être effectué;
d) le ou les types de matériau de base et la forme du produit (c’est-à-dire moulé, forgé ou laminé);
e) les caractéristiques géométriques (en particulier lorsque la réflexion est utilisée);
f) les exigences relatives à l’accès, à l’état de surface et à la température;
g) le moment du contrôle par rapport à tout traitement thermique (le cas échéant);
h) les critères d’acceptation et les méthodologies de dimensionnement doivent être définis par
spécification et fournis avant le contrôle (à adapter lorsque des recommandations pour les cas
d’application sont formulées).
En cas de soupçon d’anisotropie dans le matériau à contrôler, il faut faire preuve d’une attention
particulière.
7 Exigences relatives au personnel réalisant le contrôle
Le personnel réalisant le contrôle conformément au présent document doit être qualifié à un niveau UT
approprié conformément à l’ISO 9712 ou équivalent dans le produit ou le secteur d’activité concerné.
En plus d’une connaissance générale du contrôle par ultrasons, les opérateurs doivent être familiarisés
avec la technique FMC/FTP ou la technologie associée et avoir une expérience pratique de l’utilisation
de celle-ci.
Une formation et un examen spécifiques doivent être effectués, avec les modes opératoires finaux de
contrôle par ultrasons et l’appareillage de contrôle par ultrasons sélectionné, sur des échantillons
représentatifs contenant des réflecteurs naturels ou artificiels similaires à ceux qui sont prévus. Les
résultats de la formation et de l’examen doivent être documentés.
8 Exigences relatives à l’appareillage de contrôle
8.1 Généralités
Le processus d’acquisition FMC exige un système capable d’activer les éléments un par un et de recueillir
les signaux des éléments individuels du traducteur multiéléments. D’autres processus peuvent être
utilisés y compris les processus adaptatifs (voir Annexe B).
Le traitement FTP peut exiger une capacité de calcul rapide et une capacité de mémoire importante
pour traiter la grande quantité de données de l’acquisition FMC. D’autres traitements peuvent être
appliqués qui nécessitent une capacité de mémoire plus petite (par exemple, basés sur l’imagerie par
émission d’ondes planes, PWI).
8.2 Appareillage
Les appareils FMC/FTP peuvent afficher des images du même type que les appareils multiéléments
conventionnels (représentation de type B, représentation de type C, représentation de type D), mais ils
peuvent aussi fournir d’autres types d’images.
L’appareil de contrôle par ultrasons utilisé pour les contrôles par la technique FMC/FTP doit être
conforme aux exigences de l’ISO 18563-1, lorsqu’applicable.
L’appareil de contrôle par ultrasons doit pouvoir acquérir une matrice intégrale ou partielle et être
en mesure de la traiter lui-même ou de la transmettre à un ordinateur pour post-traitement. Il est
recommandé que la longueur acquise du signal ultrasonore de type A soit suffisante, compte tenu du
mode de reconstruction qui sera traité ou post-traité. Il est recommandé que la bande passante du
système ultrasonore soit suffisante pour recevoir des signaux d’au moins deux fois la fréquence centrale
du traducteur, et que les filtres passe-haut et passe-bas soient réglés à des valeurs appropriées, par
exemple passe-haut ne dépassant pas la moitié de la fréquence centrale et passe-bas réglé à au moins
deux fois la fréquence centrale. Les valeurs spécifiques choisies pour ces paramètres, le cas échéant,
doivent être explicitement spécifiées dans le mode opératoire écrit.
Les données visualisées après un traitement FTP sont généralement une zone d’intérêt (ROI) qui est un
maillage de pixels où chaque pixel représente l’amplitude calculée (voir 4.2 et l’Annexe B). Les maillages
sont généralement réguliers, par exemple rectangulaires, mais peuvent être de formes arbitraires
6 © ISO 2021 – Tous droits réservés
(même en 3D). L’usage de maillages réguliers est généralement préférable (par exemple dans un souci
d’optimisation afin d’augmenter le nombre d’images par seconde).
L’espacement du maillage doit être choisi suffisamment faible pour pouvoir détecter les discontinuités
pertinentes. La résolution spatiale minimale des points de données dans l’image (c’est-à-dire
l’espacement des pixels) doit être choisie de sorte que l’amplitude d’un réflecteur de référence soit stable
à l’intérieur d’une tolérance spécifiée pour de faibles écarts dans la position du traducteur. L’Annexe C
contient des recommandations relatives à la validation de la stabilité de l’amplitude.
8.3 Traducteurs
Tout traducteur linéaire ou matriciel peut être utilisé pour l’acquisition FMC, mais le présent document
se limite à l’utilisation d’un traducteur multiéléments linéaire. Les réseaux ultrasonores utilisés pour
les contrôles par la technique FMC/FTP doivent être conformes aux exigences de l’ISO 18563-2.
Le traitement FTP exige la connaissance de la position des éléments par rapport à l’objet contrôlé, et
les détails de la ligne à retard ou du sabot, afin de calculer les temps de vol associés aux modes de
reconstruction.
Il est possible d’utiliser des traducteurs en contact direct avec l’objet contrôlé, mais aussi des lignes
à retard, des sabots d’angle ou l’immersion en fonction de l’application. La connaissance précise des
caractéristiques de la ligne à retard ou du sabot est requise, comprenant le type, les dimensions, l’angle
et la vitesse de l’onde ultrasonore.
Afin d’obtenir des images de bonne qualité, il convient de prendre en compte les propriétés suivantes
du traducteur multiéléments:
a) un pas suffisamment faible pour éviter le repliement spatial;
b) des éléments très amortis pour diminuer la longueur du train d’ondes ultrasonores;
c) des éléments suffisamment petits pour éviter une trop grande directivité;
d) une ouverture et une élévation appropriées pour permettre l’imagerie à une certaine distance du
traducteur, car l’algorithme FTP donne des résultats optimaux dans le champ proche du traducteur;
e) des dimensions optimisées du sabot en vue de son efficacité.
En règle générale, ces exigences sont satisfaites par un traducteur ayant une bande passante
relative > 60 % et un pas d’éléments inférieur à la moitié de la longueur d’onde telle que déterminée
dans le sabot (ou dans la pièce faisant l’objet du contrôle lorsqu’aucun sabot n’est utilisé).
Il convient que le nombre d’éléments morts de l’ouverture active soit inférieur ou égal à 1 sur 16 et les
éléments morts ne sont pas autorisés à être adjacents. Si ce critère n’est pas satisfait, le traducteur peut
néanmoins être utilisé à condition de fournir une justification technique appropriée.
8.4 Mécanismes de balayage
Afin d’obtenir des images cohérentes (des données recueillies), des mécanismes de guidage peuvent
être utilisés et un ou des encodeurs doivent être utilisés.
Le réglage du pas de balayage dans la direction de balayage principale dépend de l’épaisseur à examiner.
Les valeurs recommandées sont données dans le Tableau 2.
D’autres valeurs peuvent être utilisées à condition qu’une justification technique appropriée soit
fournie.
Les réglages du pas de balayage perpendiculaire à la direction de balayage principale doivent être
choisis, lorsqu’applicable, de manière à assurer la couverture du volume à contrôler.
Une fonction supplémentaire des mécanismes de balayage est de fournir des informations sur la
position afin de permettre la génération d’images FMC/FTP liées à la position.
Tableau 2 — Valeurs du pas de balayage dans la direction de balayage principale
en fonction de l’épaisseur
Dimensions en millimètres
Épaisseur
Pas de balayage
t
t ≤ 6 0,5
6 < t ≤ 10 1
10 < t ≤ 150 2
t > 150 3
Les mécanismes de balayage de la technique FMC/FTP peuvent être motorisés ou manuels. Ils doivent
être guidés par des mécanismes de guidage appropriés. Les tolérances pour la position du traducteur
dépendent de l’application et doivent être indiquées dans le mode opératoire de contrôle écrit.
La vitesse de balayage doit être appropriée à l’appareillage utilisé afin d’éviter toute perte de données.
8.5 Fréquence d’échantillonnage
Il convient que la fréquence d’échantillonnage du signal de type A soit égale à au moins 5 fois la
fréquence centrale du traducteur. Si une interpolation (sur-échantillonnage) des signaux de type A est
utilisée, la fréquence d’échantillonnage matérielle peut être à minima égale à trois fois la fréquence de
coupure supérieure (–6 dB) du traducteur.
La limite théorique selon le théorème d’échantillonnage de Nyquist est le double de la fréquence
supérieure du signal, mais il convient de prévoir une marge supplémentaire pour les filtres non idéaux
avant conversion analogique-numérique.
8.6 Traitement des données
Le traitement des données des signaux de type A basées sur le temps de vol (depuis l’émetteur jusqu’au
récepteur en passant par un point de l’image) est généralement appelé imagerie. C’est la base de la
FTP. En option, les algorithmes de traitement peuvent également prendre en compte des paramètres
physiques pour améliorer la qualité de l’image résultante, comme la directivité, la divergence,
l’atténuation, la réflectivité, les coefficients de transmission et l’apodisation.
Une description détaillée de la FTP est donnée en 4.2 et à l’Annexe B. Des descriptions de technologies
associées sont données dans l’ISO 23243 et à l’Annexe B, par exemple l’échantillonnage multiéléments
(SPA), l’imagerie par émission d’ondes planes (PWI) et l’extrapolation inverse de champs d’ondes (IWEX).
Une fois que les données ont été traitées sous forme d’une image, un traitement d’image supplémentaire
peut être appliqué ultérieurement pour une optimisation/visualisation plus poussée.
8.7 Évaluation des indications FTP
Les méthodes de dimensionnement recommandées sont:
a) l’exploitation de signaux diffusés (diffractés) à partir de différents points de la discontinuité et la
déduction de son étendue à partir des images des signaux diffractés;
b) l’utilisation de la chute d’amplitude par rapport à la réponse maximale de l’indication FTP pour
établir l’étendue de la discontinuité.
En fonction du cas d’application, d’autres méthodes de dimensionnement peuvent être utilisées.
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9 Avantages des différents modes de reconstruction
En incluant des réflexions sur les faces de la pièce dans le trajet de l’émetteur au récepteur, les
discontinuités présentes dans la ROI peuvent être imagées dans différentes directions en utilisant à la
fois des signaux de réflexion et de diffraction, ce qui peut permettre d’améliorer les performances et la
fiabilité du contrôle.
Les discontinuités de type volumique entraînant une réflexion (dans plusieurs directions) et les bords
des discontinuités entraînant une diffraction (dans plusieurs directions) sont généralement détectées
avec chaque mode de reconstruction qui couvre la zone de la discontinuité.
En général, les discontinuités ayant une orientation (discontinuités de type plan) sont plus facilement
détectées par des modes de reconstruction (voir Tableau 3) où l’angle d’incidence et l’angle de réflexion
sur la discontinuité sont:
a) (pratiquement) perpendiculaires à l’orientation de la discontinuité;
b) (pratiquement) symétriques à la direction normale de la discontinuité; ou
c) selon la loi de Snell, si la conversion de mode se produit au niveau de la discontinuité.
Tableau 3 — Avantages des différents modes de reconstruction
Mode de reconstruction Orientation des discontinuités
pour la réflexion
Discontinuités avec une orientation
(presque) horizontale.
Discontinuités avec d’autres orientations
en fonction des angles d’incidence et de
réflexion.
Discontinuités avec une orientation
(presque) verticale.
Discontinuités avec d’autres orientations
si la conversion de mode se produit dans
le trajet.
Discontinuités avec une orientation
(presque) horizontale.
Discontinuités avec d’autres orientations
en fonction des angles d’incidence et de
réflexion.
Discontinuités avec une orientation
(presque) horizontale.
Discontinuités avec une orientation
(presque) horizontale.
10 Préparation avant contrôle
10.1 Généralités
L’objectif du contrôle doit être défini par des spécifications. Le volume à examiner doit être déterminé
sur cette base.
La température de surface de l’objet contrôlé doit être comprise entre 0 °C et 50 °C. Pour les températures
en dehors de cette plage, l’adéquation de l’appareillage et du couplant doit être vérifiée.
Les approches d’imagerie telles que la FTP exigent la connaissance d’un certain nombre de paramètres
liés au système de mesure, au réseau, à la géométrie de la configuration et aux propriétés du matériau.
Le présent article fournit un aperçu des paramètres jugés pertinents pour l’imagerie.
10.2 Vérification du système
La vérification/configuration du système doit tenir compte des éléments suivants:
a) la sensibilité des éléments, les éléments morts, et l’équilibrage de l’amplitude peut être appliquée si
nécessaire;
b) les paramètres du sabot (vitesse, angle, dimensions).
Toute correction relative à ces éléments doit être consignée dans le rapport tel que spécifié dans le
mode opératoire de contrôle.
Les éléments minimaux à vérifier sont énumérés ci-dessous:
a) la vérification de l’étalonnage;
b) la vérification de la couverture;
c) la vérification et les réglages de la sensibilité;
d) les réglages à prendre en compte pour obtenir un niveau de détection approprié;
e) le dimensionnement/la caractérisation (surfaces, volume);
f) les éléments à définir dans un mode opératoire;
g) les blocs d’étalonnage, de référence et de qualification;
h) les éléments à définir dans un rapport.
Il peut être nécessaire de traiter d’autres particularités selon les cas d’application.
10.3 Correction de la sensibilité
Pour les applications générales, la sensibilité peut être corrigée en utilisant des SDH (trous percés
latéralement) de 3 mm de diamètre, par exemple dans un bloc d’étalonnage (par exemple conformément
à l’ISO 19675).
Si l’application l’exige et si le traitement ne tient pas compte de tous les effets de propagation, une
correction d’amplitude peut être appliquée. L’étalonnage de l’amplitude pour la FTP est similaire au
gain corrigé en fonction du temps (TCG) ou au gain corrigé en fonction de l’angle (ACG) comme dans
l’étalonnage de la technique PAUT: le traducteur est déplacé sur un ensemble de SDH situés à différentes
profondeurs dans un bloc de référence comme défini dans le Tableau 4.
NOTE Corrections possibles de sensibilité à l’aide de la simulation.
L’amplitude sur chaque SDH est enregistrée pour une ligne horizontale dans la ROI, sur toute sa largeur,
en déplaçant le traducteur au-dessus des SDH comme indiqué à la Figure 2. Une correction est ensuite
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établie en déterminant le gain nécessaire pour ajuster la réponse de chaque SDH au niveau désiré, le
long de la ligne horizontale dans la ROI correspondant à la position de chaque SDH. Les niveaux de gain
pour les points dans la direction verticale, entre les lignes horizontales correspondant aux SDH, sont
déterminés par interpolation.
a) b) c)
Légende
1 trous percés latéralement
2 ROI
3 traducteur
a
Déplacement du traducteur.
Figure 2 — Représentation du déplacement des traducteurs sur les SDH pour la correction de
la sensibilité
Tout bloc de référence ayant un nombre suffisant de SDH répartis de manière égale sur la hauteur de la
ROI, conformément au Tableau 4, peut être utilisé.
Tableau 4 — Nombre de SDH à utiliser en fonction de la hauteur de la ROI
Hauteur de la ROI, h
Différence de profondeur entre 2
Nombre minimal de SDH
SDH adjacents
mm
≤ 10 1 NA
10 < h ≤ 40 3 NA
> 40 NA < 20 % h
10.4 Réglage de la sensibilité
Si exigé, la sensibilité du contrôle doit être réglée ou vérifiée sur un réflecteur de référence représentatif
des discontinuités à détecter.
Si plusieurs modes de reconstruction (TTT, TTL, etc.) sont utilisés, il est nécessaire d’étalonner la
sensibilité individuellement. Pour les situations en service, cela peut s’avérer difficile sans une pièce de
référence appropriée. En fonction de l’application, les indications FTP résultant de la géométrie ou du
niveau de bruit de l’objet contrôlé peuvent également être utilisées.
10.5 Vérification du maillage
Des recommandations pour la vérification du maillage sont données à l’Annexe C.
10.6 Préparation des surfaces à balayer
Les surfaces de balayage doivent être propres dans une zone suffisamment large pour permettre de
couvrir entièrement le volume à contrôler. Les surfaces de balayage doivent être planes et exemptes
de matières étrangères susceptibles d’interférer avec le couplage du traducteur (par exemple, rouille,
calamine non adhérente, projections de soudures, entailles, rainures). L’état de la surface à contrôler
ne doit pas laisser un jeu supérieur à 0,5 mm entre le traducteur et la surface. Au besoin, ces exigences
doivent être satisfaites par arasage de la surface de balayage.
Les surfaces de balayage peuvent être considérées comme satisfaisantes si la rugosité de la surface, Ra,
n’excède pas 6,3 µm pour les surfaces usinées et 12,5 µm pour les surfaces grenaillées.
Lorsqu’un revêtement tel que la peinture est présent et ne peut être enlevé, des blocs de référence ou
d’essai avec un revêtement identique sont nécessaires. En outre, les actions correctives requises doivent
être déterminées et appliquées.
En cas de mise en œuvre avec un sabot de traducteur adaptable ou en technique en immersion (locale),
l’état de surface doit être suffisamment lisse pour garantir des résultats d’imagerie appropriés.
10.7 Couplant
Afin de générer de bonnes images, un couplant doit être utilisé afin de permettre une transmission
constante des ultrasons entre le(s) traducteur(s) et l’objet à contrôler. Le couplant utilisé pour
l’étalonnage doit être le même que celui utilisé pour les contrôles ultérieurs.
En cas d’utilisation d’un sabot conformable ou d’une technique en immersion (locale), les exigences
relatives au couplant, à la détermination de la vitesse du son, y compris la dépendance à la température,
et à la vérification du couplage doivent être clairement documentées dans le mode opératoire écrit.
11 Mode opératoire de contrôle
Un mode opératoire de contrôle doit être établi pour tout contrôle par ultrasons. Outre les exigences
indiquées dans le présent document et en fonction des cas, les renseignements suivants doivent à
minima être consignés, lorsqu’applicable:
a) la description des produits à contrôler;
b) les documents de référence;
c) la qualification et la certification du personnel de contrôle;
d) l’état de l’objet à contrôler;
e) le volume à contrôler;
f) les techniques de contrôle;
g) la préparation des surfaces de balayage;
h) le milieu de couplage;
i) la description de l’appareillage de contrôle;
j) les conditions ambiantes;
k) les blocs de référence et/ou d’étalonnage, y compris la description des réflecteurs;
l) l’étalonnage et les réglages;
m) le(s) mode(s) de reconstruction à utiliser;
n) le plan de balayage;
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o) la description et l’ordre des opérations de contrôle;
p) les seuils de prise en compte et de notation;
q) la caractérisation des discontinuités;
r) les critères d’acceptation;
s) le rapport de contrôle.
Les conditions spécifiques d’application et d’utilisation de la technique FMC/FTP dépendent du type de
produit contrôlé et les exigences spécifiques doivent faire l’objet de modes opératoires de contrôle écrits.
Les objectifs du contrôle doivent faire l’objet d’un accord.
Pour le contrôle en service, il est recommandé de vérifier l’efficacité du mode opératoire sur des blocs
d’essai présentant des discontinuités naturelles.
Des informations concernant les réglages et des exemples d’images relatifs à différents types de défauts
sont donnés à l’Annexe D.
Pour les contrôles de soudures, l’ISO 23864 s’applique.
Une vérification satisfaisante du mode opératoire conformément aux spécifications exigées doit être
effectuée avant la première inspection. Cette véri
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