DE102012111958A1

DE102012111958A1 - Vorrichtung zur Materialprüfung

Info

Publication number: DE102012111958A1
Application number: DE201210111958
Authority: DE
Inventors: Hans-Walter Glock; Sabine Petersen; Olaf Specht
Original assignee: Universitaet Rostock
Current assignee: Universitaet Rostock
Priority date: 2012-12-07
Filing date: 2012-12-07
Publication date: 2014-06-12

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Materialprüfung mit innerhalb des Gehäuses eines Schwingerkopfes angeordneten Ultraschallwandlerelementen zur Prüfung von Probekörpern. Um eine blasenfreie Überbrückung der Distanz zwischen dem Schwingerkopf und dem Probekörper durch ein Koppelgel zu erreichen, ist das Gehäuse (4) U-förmig mit zwei Schenkeln (5, 6) und einer diese verbindenden Basis (7) und auf den Innenseiten der Schenkel (5, 6) mit einer Mehrzahl von Ultraschallwandlerelementen und diesen zugeordnet einer Mehrzahl von Austrittsöffnungen (16) zur Zuführung eines Koppelgels in den Zwischenraum (14, 15) zwischen den Ultraschallwandlerelementen und einem in das Gehäuse (4) eingebrachten Probekörper (3) ausgebildet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Materialprüfung mit innerhalb des Gehäuses eines Schwingerkopfes angeordneten Ultraschallwandlerelementen zur Prüfung von in den Schwingerkopf eingebrachten Probekörpern.
Die Erfindung findet insbesondere Anwendung als zahnmedizinisches Diagnosegerät, wobei aufgrund der verwendeten Ultraschallwandlerelemente das grundlegende Problem der Strahlenbelastung bei der zahnärztlichen Röntgendiagnostik vermieden ist. Es wird hierzu auf die DE 10 2010 040 832 B4 verwiesen, die ein zahnmedizinisches Diagnosegerät mit einem Prüfkopf zur Einbringung in den Mundraum eines Patienten beschreibt, wobei im Prüfkopf eine Ultraschalleinheit und eine optische Einheit mit mindestens einer optischen Linse angeordnet sind.
Die Erfindung findet ferner Anwendung bei der zerstörungsfreien Prüfung von erhabenen Strukturen der Probekörper mittels Ultraschallwandlerelementen, insbesondere von Schraub- oder Nietköpfen oder von lang gestreckten oder umlaufenden Bauelementen, wie z. B. Ketten, Riemen, Kabel, Schläuche, Seile, Drähte u. dgl..
Weitere bekannte Vorrichtungen zur Materialprüfung mittels Ultraschallwandlerelementen erlauben zwar die zerstörungsfreie und strahlungsfreie Materialanalyse mittels Ultraschallreflexions- und Ultraschalltransmissionsmessungen, erfordern aber eine blasenfreie Überbrückung der Distanz zwischen dem Prüfkopf der Vorrichtung und dem Probekörper durch ein Fluid oder ein Koppelgel. Diese Überbrückung wird mit den bisher bekannten, meist planaren Vorrichtungen zur Materialprüfung, insbesondere bei unregelmäßig geformten Probekörpern, nicht oder nur unvollkommen bzw. nur unzuverlässig erreicht.
Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art zur Materialprüfung mittels Ultraschallwandlerelementen zu schaffen, bei der diese Nachteile vermieden sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass das Gehäuse des Schwingerkopfes U-förmig mit zwei Schenkeln und einer diese verbindenden Basis ausgebildet ist und dass auf den Innenseiten der beiden Schenkel eine Mehrzahl von Ultraschallwandlerelementen und diesen zugeordnet eine Mehrzahl von Austrittsöffnungen zur Zuführung eines Fluids, insbesondere eines Koppelgels, in den Innenraum des Gehäuses, insbesondere in den Zwischenraum zwischen den Ultraschallwandlerelementen und einem in das Gehäuse des Schwingerkopfes eingebrachten Probekörper ausgebildet ist.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Materialprüfung von Probekörpern mittels Ultraschallwandlerelementen können Ultraschallprüfverfahren auch bei stark unregelmäßig geformten Probekörpern und stark den Ultraschall dämpfenden Prüfmaterialien angewandt werden, da durch die Kombination der besonderen Formgebung und Anordnung der Ultraschallwandlerelemente und den Austrittsöffnungen für das von außen zugeführte Koppelgel eine blasenfreie Überbrückung der Distanz zwischen Schwingerkopf und Probekörper erreicht wird.
Mit der beidseitig gegenüberliegenden Anordnung der Ultraschallwandlerelemente bildet die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Ultraschallwandlervorrichtung zur mehrseitigen Prüfung unregelmäßiger Materialstrukturen von Probekörpern mit aktiver Zuführung des Koppelgels. Durch die besondere Formgebung und durch eine permanente Zuführung des Fluids bzw. Koppelgels bedarf es keiner besonderen Präparation der Probekörper. Der Prüfkopf in Form des Schwingerkopfes kann i. d. R. direkt auf den gegebenenfalls eingebauten Prüf- bzw. Probekörper aufgebracht werden.
In weiterer Ausbildung der Erfindung ist auf der Unterseite der Basis des U-förmigen Gehäuses eine Mehrzahl weiterer Austrittsöffnungen für das Fluid bzw. Koppelgel angeordnet.
In noch weiterer Ausbildung der Erfindung sind die Ultraschallwandlerelemente als piezoelektrische Wandlereleemte ausgebildet und als piezoelektische Arrays angeordnet. Die piezoelektrischen Wandlerelemente können in den Arrayanordnungen mechanisch sowohl horizontal als auch vertikal schwenkbar angeordnet sein.
Besonders hervorzuheben ist die geometrische Anordnung der piezoelektrischen Wandlerelemente auf den aus den Ultraschallwandlerelementen gebildeten Wandlerflächen in Kombination mit der permanenten, von einer Druckpumpe getriebenen Zuführung des Koppelgels über die Austrittsöffnungen direkt in den Zwischenraum zwischen den Ultraschallwandlerelementen und dem mindestens einen Probekörper. Dadurch wird eine verbesserte Materialanalyse durch eine zuverlässige, blasenfreie Koppelgelfüllung zwischen den Ultraschallwandlerelementen und auch völlig irregulären Probekörpern sowie durch die Möglichkeit der Kombination von Reflexions- und Transmissionsmessungen ermöglicht.
In noch weiterer Ausbildung der Erfindung weist das Gehäuse des Schwingerkopfes eine Trägerstruktur auf und zur Zuführung des Fluids bzw. Koppelgels sind in der Trägerstruktur zu den Austrittsöffnungen geführte Schlauchverbindungen und eine mit diesen vebundene Druckpumpe mit einem Reservoir für das Fluid bzw. das Koppelgel angeordnet. Dabei sind das Reservoir und die Druckpumpe in der Basis des U-förmigen Gehäuses des Schwingerkopfes oder innerhalb eines der Basis des U-förmigen Gehäuses zugeordneten Handgriffes angeordnet. Der Schwingerkopf kann mit dem Handgriff über ein arretierbares Kugelgelenk verbunden sein.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand einer in den Zeichnungen näher dargestellten Vorrichtung zur Materialprüfung mittels Ultraschallwandlerelementen näher erläutert.
Es zeigt:
1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der aus einem Handgriff und einem Schwingerkopf bestehenden Vorrichtung,
2 eine Ansicht des Schwingerkopfes von vorne,
3 eine Ansicht gemäß 2 mit einem Probekörper,
4 eine transparente, gläserne Schrägansicht des Schwingerkopfes,
5 eine Untersicht des Schwingerkopfes,
6 eine Untersicht gemäß 5 mit einem Probekörper,
7 eine Untersicht der Trägerstruktur auf der Basis des Gehäuses und
8 eine Untersicht gemäß 7 mit einem geschnitten dargestellten Probekörper.
Die 1 zeigt die aus einem Schwingerkopf 1 und einem elastischen Handgriff 2 bestehende Vorrichtung zur Materialprüfung in einer Seitenansicht, wobei der Schwingerkopf 1 in seiner Längsachse geschnitten dargestellt ist. In den Schwingerkopf 1 sind zwei Probekörper 3 in Form von Zähnen eingebracht. Der Schwingerkopf 1 kann mit dem Handgriff 2 auch über ein in 1 nicht dargestelltes arretierbares Kugelgelenk verbunden sein.
Das aus einer Trägerstruktur gebildete Gehäuse 4 des Schwingerkopfes 1 ist gemäß 2 und 3 im Querschnitt U-förmig mit zwei Schenkeln 5, 6 und einer diese verbindenden Basis 7 ausgebildet, an welcher der leicht abgewinkelte Handgriff 2 angebracht ist. Auf den Innenseiten der beiden Schenkel 5, 6 ist eine Mehrzahl von Ultraschallwandlerelementen in Form von piezoelektrischen Wandlerelementen 8, 9 als Arrays 10, 11 angeordnet. Die Arrays 10, 11 erstrecken sich über die Länge der Schenkel 5, 6 und nahezu über die volle Höhe der Schenkel 5, 6, wie es die transparente bzw. gläserne Darstellung in 4 zeigt. Die piezoelektrischen Wandlerelemente 8, 9 können in den Anordnungen als Arrays 10, 11 in nicht dargestellter Weise mechanisch sowohl horizontal als auch vertikal schwenkbar sein. Die piezoelektrischen Wandlerelemente 8, 9 bzw. die Arrays 10, 11 werden über durch den Handgriff 2 geführte elektrische Zuleitungen 12 mit Spannung versorgt (2, 3). Das Gehäuse 4 umfasst einen Innenraum 18 zwischen den beiden Schenkeln 5, 6 und der Basis 7.
Oberhalb und unterhalb der Arrays 10, 11 mit den einzelnen piezoelektrischen Wandlerelemente 8, 9 ist eine Mehrzahl von Austrittsöffnungen 16 zur Zuführung eines Koppelgels in den Innenraum 18 des Gehäuses 4, insbesondere in den Zwischenraum 14, 15 zwischen den Ultraschallwandlerelementen bzw. den piezoelektrischen Wandlerelementen 8, 9 und dem in das Gehäuse 4 des Schwingerkopfes 1 eingebrachten Probekörper 3 ausgebildet. Das über einen Kanal 13 im Handgriff 2 (2, 3) zugeführte Koppelgel ist nicht dargestellt.
Die Untersichten des Schwingerkopfes 1 gemäß 5, 6 zeigen die aus dem Handgriff 2 bis über die Längsmitte des Gehäuses 4 geführten elektischen Zuleitungen 12, die Austrittsöffnungen 16 für das Koppelgel auf beiden Schenkeln 5, 6 des Gehäuses 4 und weitere Austrittsöffnungen 17 für das Koppelgel auf der Unterseite der Basis 7 des Gehäuses 4.
Die Untersichten gemäß 7, 8 der Trägerstruktur der Basis 7 des Gehäuses 4 zeigen den Kanal 13 zur Zuführung des Koppelgels, die Austrittsöffnungen 16 auf den Schenkeln 5, 6 und die Austrittsöffnungen 17 in der Trägerstruktur der Basis 7 des Gehäuses 4.
Das über den Kanal 13 im Handgriff 2 zugeführte Koppelgel wird über weitere Kanäle 19 in der Basis 7 und in den beiden Schenkeln 5, 6 den Austrittsöffnungen 16, 17 zugeführt. Ferner können ein nicht dargestelltes Reservoir und eine Druckpumpe für die Zuführung des Koppelgels im Handgriff 2 und/oder in der Basis 7 des Gehäuses 4 angeordnet werden.
Die insbesondere in der 4 erkennbare Trägerstruktur des Gehäuses 4 ist aus nicht näher bezeichneten Rahmenteilen gebildet, welche miteinander fest verbunden sind und die Schenkel 5, 6 und die Basis 7 des Gehäuses 4 bilden sowie die piezoelektrischen Arrays 10, 11 und vor allem die zu den Austrittsöffnungen 16, 17 geführten, nicht dargestellten Schlauchleitungen aufnehmen.
Bezugszeichenliste

1: Schwingerkopf
2: Handgriff
3: Probekörper
4: Gehäuse
5: Schenkel
6: Schenkel
7: Basis
8: piezoelektrisches Wandlerelement
9: piezoelektrisches Wandlerelement
10: Array
11: Array
12: elektrische Zuleitung
13: Kanal
14: Zwischenraum
15: Zwischenraum
16: Austrittsöffnung
17: Austrittsöffnung
18: Innenraum
19: Kanal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010040832 B4 [0002]

Claims

Vorrichtung zur Materialprüfung mit innerhalb des Gehäuses eines Schwingerkopfes angeordneten Ultraschallwandlerelementen zur Prüfung von in den Schwingerkopf eingebrachten Probekörpern, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) des Schwingerkopfes (1) U-förmig mit zwei Schenkeln (5, 6) und einer diese verbindenden Basis (7) ausgebildet ist und dass auf den Innenseiten der beiden Schenkel (5, 6) eine Mehrzahl von Ultraschallwandlerelementen und diesen zugeordnet eine Mehrzahl von Austrittsöffnungen (16) zur Zuführung eines Fluids, insbesondere eines Koppelgels, in den Innenraum (18) des Gehäuses (4), insbesondere in den Zwischenraum (14, 15) zwischen den Ultraschallwandlerelementen und einem in das Gehäuse (4) des Schwingerkopfes (1) eingebrachten Probekörper (3) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Unterseite der Basis (7) des Gehäuses (4) weitere Austrittsöffnungen (17) für das Fluid bzw. Koppelgel angeordnet sind
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, die Ultraschallwandlerelemente als piezoelektrische Wandlerelemente (8, 9) ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrischen Wandlerelemente (8, 9) als Arrays (10, 11) angeordndet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrischen Wandlerelemente (8, 9) in den Anordnungen als Arrays (10, 11) mechanisch sowohl horizontal als auch vertikel schwenkbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) des Schwingerkopfes (1) eine Trägerstruktur aufweist und zur Zuführung des Fluids bzw. Koppelgels in der Trägerstruktur zu den Austrittsöffnungen (16, 17) geführte Schlauchverbindungen und eine mit diesen verbundene Druckpumpe mit einem Reservoir für das Fluid bzw. das Koppelgel angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Reservoir und die Druckpumpe in der Basis (7) des U-förmigen Gehäuses (4) des Schwingerkopfes (1) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Reservoir und die Druckpumpe innerhalb eines mit der Basis (7) des U-förmigen Gehäuses (4) verbundenen Handgriffes (2) für den Schwingerkopf (1) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingerkopf (1) mit dem Handgriff (2) über ein arretierbares Kugelgelenk verbunden ist.