Hossameldin Mohamed Selim Mohamed Selim presenta la seva tesi sobre la reconstrucció 3D de defectes utilitzant un mètode d'assaig no destructiu basat en ultrasò induït per làser

La present tesi doctoral tracta del disseny, estudi i implementació d’un mètode híbrid, sense contacte, d’assajos no destructius (NDT, non-destructive testing) per a l’anàlisi d’objectes metàl·lics que contenen defectes o fractures internes. Proposem una tècnica híbrida opto-acústica que combina ultrasons generats per impacte làser com a excitador i transductors d’ultrasons com a receptors. El treball planteja un estudi detallat de la detecció i reconstrucció en 1D, 2D, i 3D de defectes presents a un objecte metàl·lic, emprant la tècnica híbrida de NDT sense contacte i controlat remotament. El nostre dispositiu presenta varis avantatges de les tècniques fotòniques i d’ultrasons, reduint al mateix temps alguns inconvenients d’aquests mètodes per separat. El nostre mètode combina resultats experimentals amb simulacions numèriques basades en el processat de senyal d’alta resolució. El muntatge experimental consisteix en un làser polsat de ns a una longitud d’ona de 532 nm, que impacta sobre la superfície de l’objecte. El pols làser s’absorbeix, creant una expansió termoelàstica localitzada que indueix un pols d’ultrasons de banda ampla que es propaga en el material. El làser, controlat remotament, realitza un escombrat sobre una àrea seleccionada de la superfície de l’objecte. Per cada punt d’excitació, l’ultraso es propaga a través de l’objecte i es reflecteix o dispersa als defectes del material. Aquestes ones d’ultrasons es detecten mitjançant transductors i es registren en un sistema d’adquisició de dades que es processaran posteriorment. En un primer pas, mitjançant l’anàlisi del temps de vol, podem localitzar i determinar la mida del defecte en una vista 1D. Les capacitats de detecció de defectes interns en una mostra metàl·lica s’estudien també mitjançant transformació wavelet per les seves característiques de multi-resolució en temps i freqüència. S’aplica un nou algorisme d’agrupament (clustering) espacial i s’utilitzen els mapes resultants de temps i freqüència per estimar la posició del defecte. Per la visualització 2D dels defectes ampliem l’anàlisi del senyal emprant la tècnica de focalització per obertura sintètica (SAFT, synthetic aperture focusing technique). Implementem un nou filtre d’apodització 2D, juntament amb la tècnica SAFT, i demostrem que elimina efectes no desitjats, millorant la resolució de la imatge reconstruïda del defecte. El següent pas és una anàlisi i reconstrucció 3D. En aquest cas aconseguim una configuració experimental totalment automatitzada i sense contacte, permetent àrees d’escombrat sobre diferents cares d’un objecte. Els detalls dels defectes es registren des de diferents angles, aconseguint-se una completa reconstrucció 3D. Finalment, mostrem els nostres resultats en un tema complementari, relacionat amb un cas particular de propagació d’ultrasons en sòlids. Des d’un primer moment, volíem tenir una comprensió física de la propagació i difracció d’ones d’ultrasons en materials sòlids. El control dels patrons de difracció en sòlids, mitjançant l’ús de lents ultrasòniques, ajudaria la focalització/col·limació de l’ultraso, reduint ecos i reflexions en la superfície de contorn, i millorant el procés d’anàlisi NDT. Els cristalls fonònics s’utilitzen per regular la difracció i la resposta en freqüència d’ones d’ultrasons que es propaguen en fluids. No obstant, aquestes estructures s’han estudiat molt menys en materials sòlids. Hem realitzat detallades simulacions numèriques de la propagació d’ultrasons en un cristall fonònic sòlid i hem demostrat efectes de focalització i autocol·limació. Finalment hem acoblat la nostra lent de cristall fonònic al sòlid objecte d’estudi, demostrant que el control de la difracció es conserva en el interior d’aquest objecte mitjançant el material d’acoblament.