CN115735121A - 用于无损毁地检查由纤维复合材料制成的特别是平面设计的物体的方法 - Google Patents

Abstract

一种优选地在航空应用中用于无损毁地检查由纤维复合材料制成的特别是平面设计的物体(5)的方法，所述纤维复合材料至少单层地设计，其中，通过发送换能器(2)在所述物体中产生超声信号，所述超声信号在其于所述物体(5)中传播后通过接收换能器(3)被探测到，其中，所述超声波信号由设计为EMUS换能器的至少一个发送换能器(2)通过布置在所述物体的表面上或所述物体中的导电层(13)生成为电磁的超声信号，其中通过评估装置(20)，借助设计为EMUS换能器的至少一个所述接收换能器(3)探测到的超声波信号用于确定分层、孔隙场或平面设计的其他不均匀性形式的缺陷(1)，以及一种用于执行所述方法的装置，该装置包括发送换能器(2)、接收换能器(3)和评估装置(20)，其中，所述接收换能器(2)被设计成探测不同的波长。

Description

用于无损毁地检查由纤维复合材料制成的特别是平面设计的 物体的方法

技术领域

本发明涉及一种优选地在航空应用中用于无损毁地检查由纤维复合材料制成的特别是平面设计的物体的方法，所述纤维复合材料至少单层地设计，其中，通过发送换能器在物体中产生超声信号，超声信号在其于物体中传播后通过接收换能器被探测到。

背景技术

在航空应用中，但也在其他工业领域中，碳纤维增强塑料(CFK)或玻璃纤维增强塑料(GFK)形式的纤维复合材料多年来越来越多地被使用，以便能够实现特别轻的结构。由于飞机的空载重量很轻，因此可以最大限度地减少燃料消耗和相关的运营成本。然而，这些至少有一层纤维的纤维复合材料比传统金属材料更难检查，无论是在制造过程中还是在任何重复检查期间。根据目前的技术水平，这些纤维复合材料主要使用传统的超声波检查技术进行检查，例如通过将设有压电材料的换能器，使用合适的载体介质例如水，声学地耦合到要检查的平面物体，例如一架飞机的机身区段或机翼区段。然而，这里已表明不利的是，在现有材料中，强烈的声音衰减，特别是在较高工作频率下，使得检查更加困难。这会导致较差的信噪比，从而难以评估在缺陷处反射或传输的信号分量的幅度。

发明内容

本发明的目的是，改进对缺陷的探测，缺陷特别是在由纤维复合材料制成的平面地设计的物体中以分层、孔隙场或其他平面地设计的不均匀性的形式。

该目的通过根据权利要求1的方法以及根据权利要求11的主题来实现。本发明的有利设计可以在从属权利要求以及以下描述中得到。

在根据本发明的方法中，超声波信号由设计为EMUS换能器的至少一个发送换能器通过布置在物体表面上或物体中的导电层生成为电磁超声信号，其中通过评估装置，借助设计为EMUS换能器的至少一个接收换能器检查到的超声波信号用于确定分层、孔隙场或平面设计的其他不均匀性形式的缺陷。

EMUS换能器是电磁超声换能器，也称为EMAT换能器，其中“EMAT”代表“电磁声学换能器”。与传统的超声波技术相比，这里使用电磁相互作用能够将超声波信号耦合到物体中，或者从物体中获取超声波信号。本质上，洛伦兹力有贡献，并且在铁磁测试体的情况下磁致伸缩也有贡献。原则上，这种EMUS探头或换能器由特殊成型的高频线圈和磁化机构组成，磁化机构优选采用永磁体制成的磁轭形式。在发送情况下，高频线圈被施加电流脉冲信号，该信号在靠近表面的导电物体中感应出涡流。由于与静磁场叠加，振荡的洛伦兹力作用在载流子上，这些力与材料晶格耦合，从而用作为超声波信号的来源。在接收情况下，则整个过程相反地进行。

根据本发明，涡流在特别接近于表面或特别是形成表面的导电层中产生，导电层在待测试区域中平面地延伸，并且为了测试而首先被敷设或已经存在。优选地，根据本发明，作为用于航空应用的纤维复合材料中的导电层，使用经常存在于平面待测物体表面上或表面中的防雷格栅，该防雷格栅例如作为铜格栅被嵌入物体的顶层。在本发明的范围内发现，该防雷格栅作为导电层确保足够的声学耦合。当导电组件的材料厚度比电磁场的穿透深度厚时，这种耦合效果特别好。

检查的对象是平面地构造的物体，即其在测试方向上的延伸明显大于与测试方向垂直的方向的物体。出于分析的考虑，这些物体是无限延伸的平面，实际上是例如一到几十平方米大的板。这样的板，例如用于飞机机身，至少在待测试的外侧面上由纤维复合材料制成，即具有至少一层纤维复合材料。该板不必完全平坦，而是也可以为应用目的弯曲或弯折。

纤维复合材料可以单层或多层地构造。航空应用通常涉及五到十层或甚至更多的由一种或各种不同的纤维复合材料构成的薄层，这些薄层相互连接，特别是相互粘接或焊接。

根据本发明的方法的结果是在x和y方向上对缺陷的定位，即沿着物体的表面，以及它的深度位置。在下文中，还指定了相对于待测层总厚度的深度位置，例如，对于由纤维复合材料制成的4mm厚的板，12.5％或25％的位置对应于如下表面以下0.5mm或1mm的深度，在该表面上设置有发送换能器和接收换能器。

根据本发明的方法优选地适用于检查在声音传播方向上比横向于该声音传播方向更长的缺陷，即在平行于物体平面伸展的方向上比在物体厚度方向上更大的缺陷。特别地，用于确定深度位置的在声音传播方向上的不均匀性的长度至少是所产生的超声波信号的波长的二到三倍。

不言而喻，探测到的超声波信号不必与生成的超声波信号相同。在超声波信号于介质内传播期间，由于存在缺陷，超声波信号发生变化，从而超声波信号的变化可以提供关于相应异常的推断。

不言而喻，为了通过发送换能器激发超声波，使用相应的控制电子设备。该控制电子设备可以与评估装置组合，或至少部分地与其分离。EMUS换能器因此通常借助于具有这种控制电子设备的用于控制发送换能器的控制单元以及借助于用于一个或多个接收换能器的评估装置来操作。根据本发明的装置的这些部分可以至少部分地在公共电子单元中工作，其中，评估装置也可以附加地具有单独的EDP器件。

与使用传统压电探头的无损毁的检查相比，使用EMUS换能器特别地无需耦合剂进行检查，即在待测物体上使用EMUS换能器比现有技术更容易进行，其中，例如将浸没槽用于待测物体，以实现在发出超声波信号的探头与物体之间的良好声学耦合。还应当理解，在根据本发明使用的EMUS换能器和物体之间通常存在空气或气隙，并且空气或可能存在的保护气体并不是耦合剂。根据本发明，声学信号不是在发送换能器中产生的，而是通过导电层在待测物体本身中产生的，尽管该导电层由纤维复合材料组成。

优选地，通过发送换能器产生被引导的波，该波可以在平面物体中很好地传播。与传统的压电探头相比，EMUS换能器特别擅长生成和探测单模的和选择性的板波模式。

优选地，利用用于无损毁地检查的发送换能器产生λ波或被引导的SH波，其中，特别是产生A0模式或S0模式。对于所使用的纤维复合材料来说，在10kHz(含)和1000kHz(含)之间的激发频率已被证明特别有效。此外，激发频率有利地在50至500kHz的范围内，进一步特别是在200至220kHz的范围内，这尤其适用于厚度为2至8mm、优选4mm且波长为4至8mm、优选6mm的板。

优选地，为了在评估装置中确定缺陷，接收的超声波信号的局部相速度和/或局部波长在接收换能器的位置被确定，并且用于确定缺陷的深度。局部波长是在接收换能器位于物体表面上或上方的物***置处超声波信号的波长，即接收换能器与属于局部波长的超声波信号垂直于物体的表面。类似的情况适用于局部相速度。在表面相对于地面水平地朝向时，换能器例如位于待测物体的顶侧，其中，超声波信号于是直接位于其下方。本发明利用了如下事实：当被引导的波的超声波信号遇到板中的不均匀处并且该不均匀处也沿声音传播方向伸展时，物理边界条件发生变化，从而对波模式或超声波信号传播产生影响。

根据本发明的方法还利用了这样的事实，即在缺陷沿超声波传播方向上平面地延伸的情况下，原始超声波信号的能量被分开，并且变化的超声波信号在该缺陷的区域上方和下方传播。与原始超声信号相关的板厚的变化于是会导致在频散图中的工作点移动，该频散图表明板厚、波长、相速度和群速度以及频率之间的关系。由于频率在线性***中是守恒变量，因而相速度必然发生变化，这相当于迹线波长发生变化。超声波信号的相速度或波长的伴随着工作点移动而发生的变化，局部地在缺陷和于其上或其处布置有接收换能器的表面之间，被接收换能器探测到，使得接收换能器的在x和y方向上的位置对应于缺陷的在x和y方向上的位置。x方向和y方向对应于物体的平面延伸，其中，x方向优选是测量方向，并且对应于超声波信号的优选考虑的传播方向。

如将在下面更详细解释的，对缺陷位置的确定例如通过格栅式地扫描相应地待检查的物体来进行，或者通过局部相应延伸的、优选多通道的接收换能器或接收传感器阵列来进行。

此外，优选使用缺陷深度与相速度和/或与波长的特定于材料的相关性来确定缺陷深度。特别是对于优选地待使用的A0或S0-λ模式，分层离表面越近，波长越小，被引导的超声波信号的波长变化或相速度变化就越强。这种特定于材料或特定于复合材料的相关性可以预先通过实验确定，或者如果复合材料或复合物质的结构是已知的，则也可以通过模拟来确定。

有利地，为了确定缺陷，沿接收换能器的测量路径的至少一部分(在特定时间点)对探测到的超声信号执行至少一个空间傅里叶变换。不言而喻，为此视接收换能器或探头结构而定，最初可能需要沿该测量路径进行多次测量。利用要评估的超声信号用于傅立叶变换的测量路径的长度优选为至少1cm，更优选为至少2cm。上限优选为5cm或进一步优选为4cm。从发送换能器开始，由接收换能器扫描的路径因此被连续地检查相应大的距离Δx。这是连续进行的，因此，例如，在换能器的沿测量方向的x分辨率为1cm的情况下，对一个6cm长的待检查的部件检查6次。

傅里叶变换的结果然后存在于k空间中，即波数空间中，其中，在平面地伸展的缺陷或异常的区域中，波数幅度的最大值发生偏移，因为在该区域内，导波的波长发生变化，即减小。

如果在测量方向上在不同的时间点确定了多个光谱，则波数和/或相速度的最大值可以有利地从在不同时间点对所确定的光谱的特别是统计的观察来确定，或者以其他方式读出。在一种简单的情况下，这种统计评估例如是从光谱绝对值的平方形成算术平均值，于是可以从中导出最大值的波数v，并从关系v＝1/λ导出波长λ。

按照根据本发明的方法的有利改进，为了检查在物体厚度的0％和特别是50％之间的深度位置处的缺陷，采用了λ波的A0模式。使用EMUS换能器可以将A0模式特别好地激发为被观察的物体的弯曲波，并且没有截止频率，低于该频率它就无法再传播。0％对应于换能器所在的物体的表面。

替代于或补充于使用λ波的A0模式来检查缺陷，还可以使用λ波的S0模式对缺陷进行检查。特别地，为了检查在物体厚度的50％和100％之间(但也在0％和50％之间)的深度位置处的缺陷，首先可以使用λ波的S0模式，其中，为了评估，附加地使用在缺陷区域中由S0模式产生的A0模式。可以特别好地探测到相速度的随之产生的强烈变化。

优选地，接收换能器在超声信号的传播方向上移动，和/或使用一个或多个组合的接收换能器的线性阵列，其中，通过借助线性阵列至少部分地在空间上更大地覆盖测量路径，可以省去接收器相对于发送器的相对移动。在激励脉冲(也称为脉冲突发)的情况下，使用在测量方向上相继地布置的多个接收器件，导致对相应位置的实际上同时的多次测量。特别地，具有相继地布置的多个接收换能器的线性阵列可以更快地覆盖在空间上更大的测量路径，每个接收换能器具有一个或多个接收通道。

为了有针对性地激励传播方向，也可以使用相控阵发送换能器。否则，传播方向优选地对应于测量或检查方向，即一个或多个接收换能器移动的方向，其中，这应该是沿着表面远离或朝向接收换能器的线性移动。

通常，EMUS接收换能器以规定的方式沿导波的传播方向或逆传播方向移动，并在每个位置记录A扫描(A-Scan)，其中，多个A-扫描被组合成一个数据矩阵。然后对这些数据执行时空傅里叶变换。然后在相应接收换能器的工作点获得频散关系，并因此获得期望值。

除了优选使用的A0和/或S0-λ模式之外，高阶λ波模式和引导SH波的模式也是合适的。例如，对于A0-λ模式，分层离表面越近，波长就越小。被引导的超声波在缺陷区域中的波长变化或相速度变化就更大。这与接收器的位置相关，因此接收器的位置垂直于缺陷的位置，并指示缺陷的x和y位置。

开头陈述的目的也通过用于执行上面或下面描述的方法的装置来实现，其中，该装置包括发送换能器、接收换能器和评估装置，并且其中，接收换能器被设计成探测不同的波长，即它能够宽带地在波数空间/k-空间中工作。相比之下，发送换能器被设计用于专门激发恰好一个波长，即它窄带地在波数空间内工作。

不言而喻，可能的外壳、电缆或其他用于形成然后在工作中使用的探头的元件通常也属于发送或接收换能器。发送或接收换能器因此与分别具有一个或多个发送换能器和/或一个或多个接收换能器的探头同义。

对于宽带地工作的接收换能器的设计可以设想不同的变体；接收换能器特别优选地设计成包括磁化机构和至少一个导体，该磁化机构优选地由磁轭形成，该磁轭具有至少一个永磁体，该导体仅具有一个由一个或多个绕组形成的导体回路，该导体回路带有在工作情况下特别是横向于检查方向伸展的引入部和返回部。代替永磁体，也可以使用电磁体，如果出于激发所需模式的目的，电磁体的磁场可以被视为静态或准静态。

接收换能器的引入部和返回部是电导体的例如线圈型的绕组，在该电导体中感应出电压或电流。引入部可以由一个或多个彼此平行朝向的印制导线形成。至少一个电导体的这些印制导线优选紧密地或紧贴地靠在一起，并且通过它们的绝缘层彼此接触。返回部是平行于这种引入部延伸的多个一个或多个印制导线，这些印制导线通过偏转部与引线相应地连接。通过使用恰好一个带有导体回路的导体，用于探测不同波长的接收通道和接收换能器被设计成宽带的。已知的EMUS接收换能器具有以一定距离蜿蜒地设计的印制导线，这些接收换能器被设计为探测特定的波长。被设置用于评估反射和传输效果的这些接收换能器被设计成窄带的，而不是本发明中的宽带。

在工作情况下，即在接收换能器相对于待测物体的表面适当地朝向的情况下进行测量时，引入部和返回部平行于该表面并且在这方面彼此上下地布置，即在沿表面的视图中，特别是在运动方向或声音传播方向上，引入部和返回部在表面的垂线上彼此上下地布置，(表面与地面平行地朝向)。特别地，引入部和返回部在从1到5mm的范围内，优选地从2到4mm的范围内彼此间隔开，使得在远离表面的部分中不发生感应效应。不言而喻，在引入部和返回部的边缘区域中，它们相互合并，并且引入部和返回部在中央部分间隔开。

为了形成线性阵列，它设置有多个接收换能器，这些接收换能器在检查方向上彼此相继地或并排地布置并且相互组合，其中，根据上述，在相应磁轭的磁极之间，设置了至少一个相应的引入部和返回部作为传感器元件。它们相对于表面又彼此上下地布置。

至少两个磁轭可以优选地具有共同的铁磁连接器，这允许简化地构造该装置。特别地，当两个并排放置的磁轭共用一个磁极时，由此形成的接收换能器彼此组合或彼此一体地形成。相应地，这种线性阵列构造的待紧密地布置在表面上的前后相继的或彼此并排的磁极交替地设计，以便在物体中产生尽可能水平地即在物体的平面伸展范围内传播的磁场。通过共同的铁磁连接器，为了形成线性换能器的紧凑的阵列，在接收换能器的背离物体表面的一侧，发生磁性闭合。

在至少一个磁轭的磁极之间，不管它是否是具有一个或多个磁轭的接收换能器，根据本发明的一种改进，优选地可以设置至少两个形成独立接收通道的导体回路，导体回路的引入部和返回部又分别平行地伸展。与这种平行性的微小偏差，特别是那些由绕组引起的偏差，在此不予考虑。这些引入部和返回部通常分别由自己的导体形成。于是例如可以通过三个彼此相继地形成的磁轭来形成六个接收通道。取决于测量方向上导体回路之间的距离，线性阵列然后可以具有例如在1mm和5mm之间的局部分辨率。

从测量方向看，磁轭优选彼此相继地布置。然而，也可以使用至少两个在测量方向上并排放置的线性阵列，使得它们形成接收换能器的矩阵，并且覆盖更大的区域。如有必要，为了激发λ波，然后使用同样多个并排的发送换能器。

附图说明

本发明的其他优点和细节可在下面的附图描述中得到；示意性地：

图1示出了在复合材料中的分层处被引导的波的波长变化；

图2示出了100％、75％和25％板厚的A0模式的频散曲线；

图3示出了具有发送换能器和接收换能器的示意性检查头设施；

图4示出了具有发送换能器和线性阵列的示意性检查头设施；

图5示出了具有缺陷区域的B扫描；

图6示出了使用根据本发明的方法确定的波数偏移；

图7以发送换能器的形式示出了根据本发明的装置的一部分；

图8为以接收换能器的形式示出了根据本发明的装置的一部分的视图；

图9示出了根据本发明的接收换能器的部分截面；

图10示出了物体上方的另一个接收换能器的侧视图；

图11示出了用于在根据本发明的方法中进行评估的校准曲线。

具体实施方式

根据本发明的实施例的下面解释的特征也可以单独地或以与所示或所述不同的组合成为本发明的主题，但总是至少与权利要求1或11的特征组合。只要有意义，功能相同的部分具有相同的参考标号。

根据本发明的方法基于图1所示的效果，即在缺陷1区域中的局部相速度或局部波长以平面地延伸的不均匀性形式存在，当前为分层，在由纤维复合材料或纤维复合物质制成的平面地形成的物体5的厚度d的25％的深度位置发生变化。不均匀性在物体的方向上平面地延伸，该物体例如被设计为飞机机身部件。在所示缺陷1左右两侧厚度d为100％的区域中，波长λ为6mm。在分层上方，即朝向要布置接收换能器和发送换能器的一侧，物体的厚度为25％，对应于分层下方复合材料厚度的75％。虽然由于这些边界条件在缺陷的左侧和右侧产生超声波信号的6mm的局部波长λ，但该局部波长在分层区域中减少到λ＝4.44mm。可以使用根据本发明的装置或根据本发明的方法来检查这种局部的波长变化。所引导的波在板厚25％的区域中，即在图1中的上表面和缺陷1之间的波长变化产生于特定频率的频散曲线，这在210kHz处纯粹是示例性的，特别地，总厚度最大为8mm的物体的频率优选地处在200kHz和220kHz之间的范围内(图2)。

对于当前激发的A0-λ模式，分层离表面越近，波长就越小，被引导的超声波的波长变化就越强。对于当前以4mm CFK板形式使用的物体和A0模式，图11示例性地示出了这种关系，其中，探测到的局部的即在缺陷1的区域中产生的迹线波长或波长λ＝4.44mm属于0.5mm左右的深度，即在4mm厚度时分层为12.5％。

图3和4示出了具有发送换能器2和接收换能器3或发送换能器2和由多个接收换能器3.1、3.2至3.n构成的线性阵列的装置的示意图。EMUS换能器借助于用于控制发送换能器2的控制单元30和借助于在一个或多个接收换能器侧的评估装置20来操作。评估装置20被设置用于接收超声信号，并且还可以具有分开的即远程布置的EDP器件。箭头4指明声音传播的方向和物体5中的测量方向。根据本发明，一个或多个接收换能器(图3)在声音传播的方向上根据箭头6移动，并且对于所需分辨率的每个相应可预定的位置，探测到发送换能器2的一个快照，并记录下所谓的A扫描。A-扫描表示在接收器位置处信号幅度随时间变化的过程。多个A-扫描可以组合成一个数据矩阵(B-扫描，图5)，以便可以在不同的时间点执行多个空间傅里叶变换。由此在工作点，即在接收器的位置，获得频散关系，从而最终获得所需的值。根据图4的变体，非常类似地执行该方法，但在这里，具有作为线性阵列的接收换能器3.1、3.2至3.n的接收换能器组合分别从一个唯一的快照接收可能变化的超声信号。在此取决于根据图3所示设置的测量点分辨率，空间分辨率与此相比可以稍微降低，因为接收线圈彼此之间具有固定的预定距离，并且因此线性阵列的分辨率是预定的。然后，线性阵列也可以根据箭头6再次移动。如果不想使用同一线阵列的不同接收器3.1到3.n多次测量同一位置，例如为了提高分辨率，则阵列分别在传播方向4上移动阵列的总长度。

图5针对深度为12.5％的近表面缺陷示例性地示出了在所谓的B扫描中探测到的超声波信号的幅度，其中，接收换能器3相距发送换能器2的沿测量路径x的距离绘制在x轴上。y轴是探测到的信号的传播时间。超声波信号出现可识别的变化，其中，缺陷1的用于评估的区域由虚线框表示。沿着测量路径在缺陷1之前和之后用于评估的无缺陷区域用具有实线的框8和具有点划线的框9示出。

波数谱中的为缺陷1确定的幅度在相关的图6中相应地示出为虚线7，与边界区域8和9(实线和点划线)相关的波数谱或多或少叠加为实线和点划线10和11地示出。由所确定的波数，随后可以借助图11中的关系来确定缺陷的深度位置，该关系是在对待检查材料进行大量测试的基础上通过实验确定的。图11中所示的校准曲线可以针对大量复合材料存储在数据库中，或者存储在评估装置中，评估机构可以访问该数据库。

对于受引导的A0模式的激发，众所周知，力必须垂直作用在板上。借助洛伦兹力，然后可以将垂直力作用在测试体上，然而为此，磁场和涡流与板相切地朝向。根据图7的发送换能器为此目的而设计，其在该图7中示出为处于物体5上的接触位置或静止位置。虚线12表示激发的A0模式的偏转。防雷格栅形式的导电层13被示为实线，并且嵌入被示为单层的物体5中。结果，层13与物体5的其他区域声耦合。

所示的发送换能器3由控制电子设备30(未详细示出)控制(参见图3和4)，还包括多个磁轭14，这些磁轭用N表示它们的北极，用S表示它们的南极。产生的磁场线15相对平行于物体的表面16延伸。导体部分17以指示的电流流动方向延伸到图面中，并且其它导体部分18以指示的电流流动方向从图面伸出。导体部分17和18在磁极之间隔开，使得A0模式在特定激励频率下被激励。

与接收换能器一样，磁轭14可以具有共同的铁磁连接器19，并且因此可以更简单且更紧凑地构造。

图8示出了根据本发明的接收换能器在第一位置x0(接收换能器在左侧示出)和位置x0+Δx·n，其中，接收换能器在磁轭14的磁极之间分别具有引入部21和返回部22，它们分别由导体回路的多个绕组形成(见图9)。Δx是各次测量之间的步长，n是步数。借助设计为图像保护格栅的导电层13，接收换能器扫描在物体5中传播的超声波信号的局部波长，并且在当前通过波长变化探测在位置x0+Δx·n处的缺陷1。接收换能器3是宽带设计的。具有引入部21和返回部22的导体回路的示例性设计在图9中示出，其中，线圈式地构造的导体回路以总共十个下部绕组区段形成引入部21，并且以10个上部绕组区段形成返回部22。导体的接头23和24通常通向评估装置的RC-元件或RC+元件，然后通过它们分接感应电流，并馈送给进一步的评估。在当前情况下，在横向于方向4的方向上观察到的总宽度B在0.5mm和1.5mm之间，特别是1mm，导体回路的长度L在8和12mm之间，当前优选地为10mm，导体回路的总高度H等于3mm，以避免印制导线返回部22中的感应效应。

相对于物体5的表面的垂线，引入部和返回部彼此间隔开。

线性阵列形式的接收换能器组合根据图10设有六个相互独立地操作的通道，每个通道由如上所述的导体回路形成。各个导体回路形式的这些通道CH1至CH6分别成对地布置在相应磁轭14的磁极之间。线性阵列还具有用于磁路的铁磁连接器19，并且形成在磁轭的两个极之间的相应导体回路或引入部21和返回部22彼此间隔开大约1mm。这种接收换能器组合对应于图4中所示的具有单元3.1、3.2和3.3的接收换能器。

综上所述，采用根据本发明的方法，可以借助选择性引导的超声波模式，探测纤维复合材料中与航空相关的缺陷位置，并记录深度位置。模式转换效应和模式谱中的工作点偏移被本地记录下来，并且在评估幅度时避免了现有纤维复合材料中不利的信噪比、反射和/或传输的超声波信号。可以识别到最小直径为3mm的缺陷。

Claims (16)

1.一种优选地在航空应用中用于无损毁地检查由纤维复合材料制成的特别是平面设计的物体(5)的方法，所述纤维复合材料至少单层地设计，其中，通过发送换能器(2)在所述物体中产生超声信号，所述超声信号在其于所述物体(5)中传播后通过接收换能器(3)被探测到，其特征在于，所述超声波信号由设计为EMUS换能器的至少一个发送换能器(2)通过布置在所述物体的表面上或所述物体中的导电层(13)生成为电磁的超声信号，其中通过评估装置(20)，借助设计为EMUS换能器的至少一个所述接收换能器(3)探测到的超声波信号用于确定分层、孔隙场或平面设计的其他不均匀性形式的缺陷(1)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检查在没有耦合剂的情况下进行。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过所述发送换能器(2)产生被引导的波。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了在所述评估装置(20)中确定所述缺陷(1)，在所述接收换能器的位置确定所接收的超声波信号的局部相速度和/或局部波长，并且用于确定所述缺陷(1)的深度。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用所述缺陷(1)的深度与所述相速度和/或与所述波长的特定于材料的相关性来确定所述缺陷深度。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了确定所述缺陷(1)，沿所述接收换能器(3)的测量路径的至少一部分对探测到的所述超声信号执行至少一个空间傅里叶变换。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，从在不同时间点对所确定的光谱的特别是统计的观察来确定波数和/或相速度的最大值。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了检查在所述物体(5)的厚度的0％和特别是50％之间的深度位置处的缺陷(1)，采用了λ波的A0模式。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了检查特别是在所述物体(5)的厚度的50％和100％之间的深度位置处的缺陷(1)，首先使用λ波的S0模式，其中，为了评估，附加地使用在缺陷(1)的区域中由所述S0模式产生的A0模式。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述接收换能器(3)在所述超声信号的传播方向上移动，和/或使用一个或多个接收换能器(3)的线性阵列。

11.一种用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法的装置，包括发送换能器(2)、接收换能器(3)和评估装置(20)，其特征在于，所述接收换能器(2)被设计成探测不同的波长。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述接收换能器(3)包括至少一个磁化机构和至少一个导体，所述磁化机构优选地由磁轭形成，所述磁轭具有至少一个永磁体，所述导体仅具有一个由一个或多个绕组形成的导体回路，所述导体回路带有在工作情况下特别是横向于检查方向伸展的引入部和返回部(21、22)。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，在所述工作情况下，引入部和返回部(21、22)平行于待测试物体(5)的表面并且在这方面彼此上下地布置。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，为了形成线性阵列，多个接收换能器(3.1、3.2、3.n)在检查方向上彼此相继地或并排地布置并且相互组合。

15.根据权利要求13或14所述的装置，其特征在于，组合的所述接收换能器的至少两个磁轭具有共同的铁磁连接器(19)。

16.根据权利要求13至15中任一项所述的装置，其特征在于，在至少一个磁轭的磁极之间布置有形成独立接收通道的至少两个导体回路，所述导体回路的引入部和返回部(21、22)分别平行地伸展。

Images