FMC/TFM – Full Matrix Capture und Total Focusing Method
Full Matrix Capture (FMC) und Total Focusing Method (TFM) bilden zusammen das modernste Bildgebungsverfahren in der Ultraschallprüfung. Während konventionelles PAUT vordefinierte Fokusgesetze verwendet, erfasst FMC die vollständige akustische Impulsantwort eines Mehrelementwandlers und rekonstruiert daraus mit TFM hochauflösende Bilder.
Full Matrix Capture (FMC) – Datenbasis
Bei FMC wird ein Mehrelementwandler mit N Elementen so angesteuert, dass jedes einzelne Element der Reihe nach als Sender fungiert, während alle N Elemente gleichzeitig als Empfänger aufzeichnen. Das Ergebnis ist eine vollständige N×N-Matrix aller Sender-Empfänger-Kombinationen – die sogenannte Full Matrix. Für einen 64-Element-Prüfkopf entstehen 64×64 = 4096 A-Scan-Datensätze pro Prüfposition.
Diese umfassende Datenbasis enthält alle akustischen Informationen, die mit dem gegebenen Wandler erfassbar sind, und kann für verschiedene Rekonstruktionsalgorithmen genutzt werden.
Total Focusing Method (TFM) – Bildrekonstruktion
TFM ist ein Post-Processing-Algorithmus, der die FMC-Daten zur Erzeugung fokussierter Bilder verwendet. Für jeden Bildpunkt im rekonstruierten Bild werden die Laufzeiten aller Sender-Empfänger-Kombinationen berechnet, die zu diesem Punkt führen, und die entsprechenden A-Scan-Amplituden phasenkohärent summiert. Das Ergebnis ist ein Bild, das in jedem Punkt optimal fokussiert ist – daher „Total Focusing".
Mathematisch gilt für jeden Pixel P(x,z):
I(x,z) = Σ A_ij(t_ij(x,z)), wobei t_ij die Laufzeit von Sender i zu Punkt P zu Empfänger j ist.
Vorteile gegenüber konventionellem PAUT
- Überlegene Bildqualität: Optimale Fokussierung im gesamten Bildbereich, keine Kompromisse durch vordefinierte Focal Laws
- Höhere laterale Auflösung: Bessere Trennbarkeit eng benachbarter Ungänzen
- Flexibilität: Nachträgliche Änderung des Rekonstruktionsalgorithmus ohne neue Messung
- Verschiedene Wellentypen: Longitudinal-, Transversal- und Modenkonversionswellen können kombiniert werden
- Bessere Charakterisierung: Verbesserte Fehlercharakterisierung durch multi-mode Bildgebung
Erweiterte TFM-Modi
Durch Kombination verschiedener Wellenausbreitungspfade entstehen spezielle TFM-Modi:
- LL-Modus: Longitudinalwelle beim Senden und Empfangen (Standard)
- LT/TL-Modus: Modenkonversion für schräggestellte Ungänzen
- TT-Modus: Transversalwellen für oberflächennahe Bereiche
- LLT, TLL etc.: Pfade mit Wandreflexion (Tandem-ähnlich)
Anwendungen und Normung
FMC/TFM wird zunehmend in der Schweißnahtprüfung, Korrosionsprüfung und Risscharakterisierung eingesetzt. Die Normung ist noch in Entwicklung; ASTM E3325 und EN ISO 23864 (in Vorbereitung) geben erste Rahmenbedingungen. FMC/TFM ist als Ersatz oder Ergänzung zu PAUT zugelassen bei Kunden wie EDF, BP und Shell.