Hossameldin Mohamed Selim Mohamed Selim presenta su tesis sobre la reconstrucción 3D de defectos utilizando un método de ensayo no destructivo basado en ultrasonido inducido por láser

La presente tesis doctoral trata del diseño, estudio e implementación de un método híbrido, sin contacto, de ensayos no destructivos (NDT, non-destructive testing) para el análisis de objetos metálicos que contienen defectos o fracturas internas . Proponemos una técnica híbrida opto-acústica que combina ultrasonidos generados por impacto láser como excitador y transductores de ultrasonidos como receptores. El trabajo plantea un estudio detallado de la detección y reconstrucción en 1D, 2D, y 3D de defectos presentes en un objeto metálico, empleando la técnica híbrida de NDT sin contacto y controlado remotamente. Nuestro dispositivo presenta varias ventajas de las técnicas fotónicas y de ultrasonidos, reduciendo al mismo tiempo algunos inconvenientes de estos métodos por separado.

Nuestro método combina resultados experimentales con simulaciones numéricas basadas en el procesado de señal de alta resolución. El montaje experimental consiste en un láser pulsado de hasta una longitud de onda de 532 nm, que impacta sobre la superficie del objeto. El pulso láser se absorbe, creando una expansión termoelástica localizada que induce un pulso de ultrasonidos de banda ancha que se propaga en el material. El láser, controlado remotamente, realiza un barrido sobre un área seleccionada de la superficie del objeto. Por cada punto de excitación, el ultrasonido se propaga a través del objeto y se refleja o dispersa a los defectos del material. Estas ondas de ultrasonidos se detectan mediante transductores y se registran en un sistema de adquisición de datos que se procesarán posteriormente. En un primer paso, mediante el análisis del tiempo de vuelo, podemos localizar y determinar el tamaño del defecto en una vista 1D. Las capacidades de detección de defectos internos en una muestra metálica estudian también mediante transformación wavelet por sus características de multi-resolución en tiempo y frecuencia.

Se aplica un nuevo algoritmo de agrupamiento (clustering) espacial y se utilizan los mapas resultantes de tiempo y frecuencia para estimar la posición del defecto. Para la visualización 2D de los defectos ampliamos el análisis de la señal utilizando la técnica de focalización por apertura sintética (SAFT, synthetic aperture focusing technique). Implementamos un nuevo filtro de apodització 2D, junto con la técnica SAFT, y demostramos que elimina efectos no deseados, mejorando la resolución de la imagen reconstruida del defecto. El siguiente paso es un análisis y reconstrucción 3D. En este caso conseguimos una configuración experimental totalmente automatizada y sin contacto, permitiendo áreas de barrido sobre diferentes caras de un objeto.

Los detalles de los defectos se registran desde diferentes ángulos, lográndose una completa reconstrucción 3D. Finalmente, mostramos nuestros resultados en un tema complementario, relacionado con un caso particular de propagación de ultrasonidos en sólidos. Desde un primer momento, queríamos tener una comprensión física de la propagación y difracción de ondas de ultrasonidos en materiales sólidos. El control de los patrones de difracción en sólidos, mediante el uso de lentes ultrasónicas, ayudaría la focalización / colimación del ultrasonido, reduciendo ecos y reflexiones en la superficie de contorno, y mejorando el proceso de análisis NDT.

Los cristales fonònics utilizan para regular la difracción y la respuesta en frecuencia de ondas de ultrasonidos que se propagan en fluidos. Sin embargo, estas estructuras se han estudiado mucho menos en materiales sólidos. Hemos realizado detalladas simulaciones numéricas de la propagación de ultrasonidos en un cristal fonònic sólido y hemos demostrado efectos de focalización y autocol·limació.

Finalmente hemos acoplado nuestra lente de cristal fonònic al sólido objeto de estudio, demostrando que el control de la difracción se conserva en el interior de este objeto mediante el material de acoplamiento.