DE102014104909A1

DE102014104909A1 - Verfahren und Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung eines Prüflings mittels Ultraschall unter Berücksichtigung der frequenzabhängigen Schallschwächung

Info

Publication number: DE102014104909A1
Application number: DE102014104909.8A
Authority: DE
Inventors: Wolf-Dietrich Kleinert
Original assignee: GE Sensing and Inspection Technologies GmbH
Current assignee: Baker Hughes Digital Solutions GmbH
Priority date: 2014-01-31
Filing date: 2014-04-07
Publication date: 2015-08-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung eines Prüflings 100 mittels Ultraschall. Im Rahmen des Verfahrens werden Ultraschallpulse mit einer bestimmten Bandbreite B erzeugt in den Prüfling 100 eingekoppelt und resultierende Echosignale aus dem Prüfling 100 aufgenommen. Aus empfangenen Echosignalen, die mit zumindest zwei verschiedenen Schalllauflängen im Prüfling 100 korreliert sind, wird ein frequenzabhängiger Faktor F für die Schallschwächung im Prüfling 100 ermittelt. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, die zur Ausführung eines solchen Verfahrens eingerichtet ist.

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung eines Prüflings mittels Ultraschall. Insbesondere ist die Vorrichtung bzw. das Verfahren dazu vorgesehen, Einflüsse der frequenzabhängigen Schallschwächung im Material eines Prüflings zu ermitteln bzw. zu kompensieren. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung bzw. das Verfahren zur Charakterisierung von Fehlern oder Ungänzen im Material eines Prüflings nach der AVG-Methode eingerichtet.
Die sogenannte AVG-Methode (AVG = Amplitude, Verstärkung, Größe; englisch: DGS = distance, gain, size) wurde in den 50er Jahren des 20. Jahrhunderts in Europa entwickelt. Es ist eine Methode zur quantitativen Beurteilung von Fehlern bzw. Ungänzen im Material eines Prüflings und basiert auf einem Vergleich der von einem Fehler bzw. einer Ungänze herrührenden Echoanzeige mit der Amplitude eines definiert angeschallten Vergleichsreflektors. In der Praxis wird der senkrecht angeschallte Kreisscheibenreflektor verwendet. Im Rahmen der AVG-Methode wird also ein aufgefundener Fehler bzw. eine aufgefundene Ungänze quantitativ charakterisiert durch einen Vergleich mit der Größe eines Kreisscheibenreflektors, der eine Fehleranzeige mit äquivalenter Echoamplitude liefert. Die Größe eines solchen Kreisscheibenreflektors wird als „Ersatzreflektorgröße“ ERG (englisch: ERS equivalent reflector size) des zu charakterisierenden Fehlers / der zu charakterisierenden Ungänze bezeichnet. Theoretisch kann auch mit anderen Vergleichsreflektoren gearbeitet werden, z.B. mit Querbohrungen. Dies ist jedoch unüblich.
Auch wenn die mittels der AVG-Methode bestimmten Fehlergrößen / ERG-Werte nur unter engen Voraussetzungen vergleichbar sind mit der tatsächlichen Fehlergröße bzw. der Größe einer Ungänze, wie sie beispielsweise mittels zerstörender Prüfung bestimmt werden könnte, so hat sie doch Eingang in vielfältige Prüfnormen gefunden, so beispielsweise in die Europäische Prüfnorm EN 583-2:2001.
Betrachtet man das Schallfeld, welches von einem beispielsweise kreisförmigen, ebenen Ultraschallwandler erzeugt wird, so stellt man fest, dass sich entlang der akustischen Achse angrenzend an die Oberfläche des Ultraschallwandlers eine Mehrzahl aufeinander folgender Maxima des Schalldrucks ausbilden. Der Abstand des letzten Schalldruckmaximums auf der akustischen Achse vom Ultraschallwandler wird als Nahfeldlänge N bezeichnet, das Schallfeld zwischen Ultraschallwandler und Nahfeldlänge als Nahfeld, das sich hieran anschließende Schallfeld als Fernfeld. Im Rahmen theoretischer Erwägungen und praktischer Überprüfungen hat sich erwiesen, dass die Echoamplitude eines senkrecht angeschallten Kreisscheibenreflektors im Fernfeld charakteristisch mit dem Abstand zwischen Ultraschallwandler und Kreisscheibenreflektor abfällt. Zeichnet man für einen gegebenen beispielsweise kreisförmigen Ultraschallwandler mit gegebenem Wandlerdurchmesser sowie Sendefrequenz für eine Mehrzahl von Kreisscheibenreflektoren unterschiedlicher Durchmesser den Verlauf der Echoamplitude als Funktion des Abstands zwischen Kreisscheibenreflektor und Ultraschallwandler, so erhält man eine Kurvenschar, die als AVG-Diagramm bezeichnet wird. Ein solches AVG-Diagramm ist beispielhaft in 2 wiedergegeben. In der Praxis hat sich herausgestellt, dass experimentell ermittelte Echoamplituden an Kreisscheibenreflektoren den theoretisch vorher gesagten Kurven im AVG-Diagramm mit guter Genauigkeit folgen, sofern der Abstand zwischen Ultraschallwandler und Kreisscheibenreflektor mindestens 70% der Nahfeldlänge N des zur Ultraschallerzeugung verwendeten Ultraschallwandlers beträgt. Entsprechend schreibt auch die vorstehend genannte europäische Prüfnorm EN 583-2:2001 vor, dass im Rahmen des AVG-Verfahrens vorgenannte Bedingung zwingend beachtet werden muss.
In der Praxis wird das grundsätzliche physikalische Phänomen beobachtet, dass Ultraschallpulse bei ihrer Propagation im Material eines Prüflings eine Schallschwächung erfahren. Diese Schwallschwächung ist einerseits korreliert mit der Aufweitung des im Fernfeld divergenten Ultraschallbündels im Prüfling und ist daher ein rein geometrischer Effekt, der von der Nahfeldlänge des verwendeten Prüfkopfs im Material des Prüflings abhängig ist. Jedoch wird weiterhin eine i.a. frequenzabhängige Schallschwächung beobachtet, die mit den Materialeigenschaften des Prüflings in Verbindung gebracht wird, insbesondere mit dem Materialgefüge, welches z.B. mit dem Material und dem Herstellungsverfahren des Prüflings korreliert ist. Diese Prüfling-spezifische Schallschwächung beeinflusst die Echoamplituden, die z.B. von Fehlern bzw. Ungänzen im Material des Prüflings herrühren, wesentlich. Dies stellt ein Problem für alle Methoden dar, bei denen aufgefundene Fehler / Ungänzen anhand ihrer jeweiligen Echoamplitude bewertet werden, insbesondere für die Fehlerbewertung anhand der AVG-Methode. In der Praxis stellt die frequenzabhängige Schallschwächung im Prüfling häufig einen Faktor dar, der die erzielbare Genauigkeit bei der Fehlerbewertung wesentlich beeinflusst.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung des Prüflings mittels Ultraschall zur Verfügung zu stellen, mittels welchem eine Fehlergrößenbewertung von im Material des Prüflings befindlichen Fehlern oder Ungänzen möglich ist, wobei die Vorrichtung bzw. das Verfahren eine erhöhte Genauigkeit bei der Fehlergrößenbewertung erlauben soll.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 10. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen, deren Merkmale im Rahmen des technisch Möglichen und Sinnvollen frei miteinander kombiniert werden können. Dies bezieht sich insbesondere auf eine Kombination von Merkmalen von Vorrichtungsansprüchen einerseits und Verfahrensansprüche andererseits.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorgesehen zur zerstörungsfreien Prüfung eines Prüflings mittels Ultraschall. Insbesondere kann sie zur Charakterisierung von Fehlern bzw. Ungänzen im Material eines Prüflings eingerichtet sein, beispielsweise durch Vergleich von Signalen, die von Fehlern oder Ungänzen herrühren, mit Referenzwerten. Insbesondere kann die Vorrichtung zur Fehlercharakterisierung gemäß der AVG-Methode vorgesehen und eingerichtet sein.
Die Vorrichtung umfasst einen Ultraschallsendeprüfkopf mit einem Ultraschallwandler zur Erzeugung und Einkopplung eines Ultraschallfelds in den Prüfling. Weiterhin umfasst sie einen Ultraschallempfangsprüfkopf mit einem Ultraschallwandler zur Aufnahme resultierender Echosignale aus dem Prüfling. Sowohl der Ultraschallsendeprüfkopf als auch der Empfangsprüfkopf können einen einzigen einstückigen Ultraschallwandler aufweisen, sie können aber auch als Gruppenstrahlerprüfköpfe ausgebildet sein, d.h. eine Mehrzahl von individuell phasengenau ansteuerbaren Ultraschallwandlern umfassen. Insbesondere können diese individuell ansteuerbaren Ultraschallwandler als Segmente eines segmentierten einstückigen Ultraschallwandlers ausgebildet sein. Der Sendeprüfkopf kann getrennt vom Empfangsprüfkopf ausgebildet sein, es ist aber auch möglich, dass der Sendeprüfkopf zugleich als Empfangsprüfkopf dient.
Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Ansteuereinheit, die zur Ansteuerung des Ultraschallsendeprüfkopfs eingerichtet ist, dergestalt, dass dieser Ultraschallpulse mit einer bestimmten Bandbreite B erzeugt. Eine typische erfindungsgemäße Vorrichtung erzeugt eine Folge von Ultraschallpulsen, deren Mittenfrequenz f₀ im Bereich zwischen 1 und 5 MHz bei einer Bandbreite von etwa 10 bis 40% und einer Pulsfolgefrequenz von einigen kHz. Weiterhin umfasst die Vorrichtung eine Empfangseinheit zum Aufnehmen von Echosignalen aus dem Material des Prüflings mittels des Ultraschallempfangsprüfkopfs. Schließlich ist eine mit der Empfangseinheit verbundene Auswerteeinheit vorgesehen, die zur Verarbeitung der aufgenommenen Echosignale aus dem Material des Prüflings eingerichtet ist.
Erfindungsgemäß ist nun die Auswerteeinheit der Vorrichtung dazu eingerichtet, aus empfangenen Echosignalen, die mit zumindest zwei verschiedenen Schalllauflängen im Prüfling korreliert sind, einen frequenzabhängigen Faktor F für die Schallschwächung im Prüfling zu bestimmen. Die Kenntnis des frequenzabhängigen Faktors F für die Schallschwächung im Prüfling, welche stark vom Material des Prüflings abhängt, so das in der Praxis nicht ohne weiteres einfach auf tabellierte Werte zurückgegriffen werden kann, erlaubt es, bei der Fehlerbewertung anhand von Echosignalen, welche von einem Fehler oder einer Ungänze herrühren, den Einfluss der frequenzabhängigen Schallschwächung im Prüfling zu kompensieren. Dies erlaubt eine deutlich erhöhte Genauigkeit beispielsweise bei der Größenbestimmung eines aufgefundenen Fehlers bzw. einer Ungänze, beispielsweise im Rahmen der AVG-Methode, bei der eine Ersatzreflektorgröße für den Fehler bzw. die Ungänze bestimmt wird. Besonders vorteilhaft an der vorgeschlagenen Vorrichtung ist, dass aufgrund der erfindungsgemäßen Einrichtung der Vorrichtung der frequenzabhängige Faktor F für die Schallschwächung speziell für den zu untersuchenden Prüfling bestimmt werden kann. Es sind keine Messungen an Vergleichskörpern oder ähnliches erforderlich. Im Folgenden wird beispielhaft darauf eingegangen, auf welche Weise der frequenzabhängige Faktor F für die Schallschwächung anhand von Messwerten, die an einem konkreten Prüfling gewonnen wurden, bestimmt werden können.
Um einen frequenzabhängigen Faktor F für die Schallschwächung für den Prüfling auf einfache Weise bestimmen zu können, ist die Auswerteeinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorteilhaft dazu eingerichtet, das frequenzabhängige Amplitudenspektrum der empfangenen Echosignale zu bestimmen. Dies kann beispielsweise dadurch implementiert werden, dass die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, ein empfangenes Echosignal einer Spektralzerlegung beispielsweise nach der Methode der Fast-Fourier-Transformation (FFT) zu unterziehen. Insbesondere kann die Auswerteeinheit dazu eingerichtet sein, den frequenzabhängigen Faktor F für die Schallschwächung aus dem frequenzabhängigen Verhältnis der Amplitudenspektren von zumindest zwei Echosignalen zu bestimmen. Ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dergestalt eingerichtet, so kann der frequenzabhängige Faktor F für die Schallschwächung beispielsweise dadurch bestimmt werden, dass zwei Echosignale, die an identischen Reflektoren gewonnen wurden, die aber unterschiedliche Schalllaufwege im Prüfling zurückgelegt haben, aufgenommen werden. Die empfangenen Echosignale werden einer Fast-Fourier-Transformation unterzogen, woraus man jeweils das frequenzabhängige Amplitudenspektrum des jeweiligen Echosignals erhält. Bildet man das frequenzabhängige Verhältnis zwischen den beiden so gewonnen Amplitudenspektren, lässt sich hieraus und aus Kenntnis der Laufwegdifferenz beider Echosignale der frequenzabhängige Faktor F für die Schallschwächung im Prüfling bestimmen. Bevorzugt wird hierbei die Divergenz des im Prüfling propagierenden Schallbündels berücksichtigt, d.h. die Abnahme der Echoamplitude längs des Schallwegs im Prüfling, die auf diesen geometrischen Effekt zurückzuführen ist, wird vor der Transformation der Echosignale vorteilhaft rechnerisch kompensiert.
Bei einem beispielsweise plattenförmigen Prüfling kann für das vorstehend beschriebene Verfahren z.B. das Rückwandecho in einer V sowie in einer W-Konfiguration verwendet werden. Denkbar ist auch, in den Prüfling identische Referenzreflektoren in unterschiedlicher Tiefe eingebracht sind.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Auswerteeinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung dazu eingerichtet, mittels des ermittelten frequenzabhängigen Faktors F für die Schallschwächung den Einfluss der Schallschwächung im Prüfling auf ein empfangenes Echosignal automatisch zu kompensieren. Diese Kompensation kann beispielsweise mit Hilfe eines laufzeitabhängigen Korrekturfaktors erfolgen. In einer alternativen bevorzugten Weiterbildung ist jedoch die Auswerteeinheit dazu eingerichtet, den Einfluss der Schallschwächung im Prüfling auf empfangene Echosignale dadurch zu kompensieren, dass aus dem Spektrum des empfangenen Echosignals unter Anwendung des frequenzabhängigen Faktors F für die Schallschwächung ein Spektrum für ein korrigiertes Echosignal berechnet wird. Hierdurch wird der Einfluss der materialabhängigen Schallschwächung im Prüfling gerade kompensiert. Das so erhaltene Spektrum für ein korrigiertes Echosignal wird dann mittels einer inversen Transformation wieder in die Zeitdomaine zurücktransformiert, wodurch ein korrigiertes Echosignal erhalten wird. Ist die Transformation von der Zeitdomaine in die Frequenzdomaine beispielsweise mittels Fast-Fourier-Transformation erfolgt, so erfolgt die Rücktransformation dann mittels inverser Fast-Fourier-Transformation. Insbesondere die Fast-Fourier-Transformation lässt sich heute ohne weiteres in der Elektronik einer typischen Auswerteinheit implementieren, die Ausführung einer Transformation und einer entsprechenden Rücktransformation benötigt nur geringste Rechenzeit.
Wie einleitend bereits festgestellt kann die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere dazu eingerichtet sein, einen im Material des Prüflings aufgefundenen Fehler bzw. eine aufgefundene Ungänze zu charakterisieren anhand des Vergleichs mit einem standardisierten Referenzreflektor wie einem Kreisscheibenreflektor. Als Referenzreflektoren kommen aber auch beispielsweise Querbohrungen in Frage. Die einleitend beschriebene AVG-Methode basiert gerade darauf, dass ein aufgefundener Fehler anhand der Amplitude seiner Echosignale charakterisiert wird, indem die Höhe der Echoamplitude verglichen wird mit der Echoamplitude von Kreisscheibenreflektoren verschiedener Größe, die sich im selben Abstand vom Ultraschallwandler des Sendeprüfkopfs befinden. Zur Charakterisierung des aufgefundenen Fehlers wird dann die Größe desjenigen Kreisscheibenreflektors herangezogen, der dieselbe Echoamplitude liefert. Besondere Vorteile ergeben sich nun, wenn die Auswerteeinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung dazu eingerichtet ist, auf Basis eines AVG-Diagramms eine Ersatzreflektorgröße ERG für einen aufgefundenen Fehler oder eine aufgefundene Ungänze zu bestimmen. Hierzu kann nun das wie vorstehend beschrieben gewonnene korrigierte Echosignal herangezogen werden, in welchem der Einfluss der frequenzabhängigen Schallschwächung auf den das Material des Prüflings durchlaufenden Ultraschallpuls kompensiert wird. Zur Ausführung eines solchen Korrekturschritts kann die Auswerteeinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingerichtet sein. Alternativ kann aber auch die Vorrichtung, hier insbesondere die Auswerteeinheit der Vorrichtung, dazu eingerichtet sein, auf Basis des ermittelten frequenzabhängigen Faktors F ein korrigiertes AVG-Diagramm zu berechnen, in welchem der Einfluss der frequenzabhängigen Schallschwächung im Prüfling berücksichtigt ist. Ein solches korrigiertes AVG-Diagramm kann entweder direkt in der Auswerteeinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgenommen werden, sie kann aber auch in einer externen Recheneinheit übernommen werden, die in einer Kommunikationsverbindung mit der Auswerteeinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung steht. Eine solche Recheneinheit kann beispielsweise in Form eines handelsüblichen PCs realisiert sein. Die zur Berechnung des korrigierten AVG-Diagramms erforderlichen Rechenschritte werden dann auf der CPU des PCs ausgeführt. Das Ergebnis der Berechnung wird dann wiederum an die Auswerteeinheit übertragen und dort zur weiteren Verwendung abgespeichert.
Grundsätzlich können Ansteuereinheit, Empfangseinheit und Auswerteeinheit in Form proprietärer Hardware in einem gemeinsamen Gehäuse eines Ultraschallsteuergerätes untergebracht sein, in welches eine Anzeigeeinrichtung integriert sein kann. Jedoch ist es auch möglich, die Ansteuereinheit sowie die Empfangseinheit ganz oder teilweise in das Gehäuse des Ultraschallsende- bzw. Ultraschallempfangsprüfkopfs zu integrieren. Auch die Auswerteeinheit kann ganz oder teilweise in den Empfangsprüfkopf integriert sein. Weiterhin ist es möglich, die Ansteuereinheit, die Empfangseinheit sowie die Auswerteeinheit ganz oder teilweise auf einer Einsteckkarte für einen PC gemäß Industrie-Standard zu integrieren. Eine solche Einsteckkarte kann dazu eingerichtet sein, in eine standardisierte Schnittstelle des Industrie-PCs, beispielsweise gemäß des PCI oder PCI-Express-Standards eingesteckt zu werden und mit den relevanten Komponenten des PCs, beispielsweise dessen CPU, zu kommunizieren. In allen vorstehend genannten Fällen können relevante Teile von Ansteuereinheit, Empfangseinheit und Auswerteeinheit softwarebasiert ausgeführt sein.
Wird der Einfluss der frequenzabhängigen Schallschwächung bei der Bestimmung des AVG-Diagramms berücksichtigt, welches der Fehlercharakterisierung der AVG-Methode zugrunde gelegt wird, so ergeben sich in der Praxis insbesondere Vorteile, da sich für den Prüfer die Vorgehensweise bei einer Prüfung abgesehen von einem vorgeschalteten Kalibrierungsschritt zur Bestimmung des frequenzabhängigen Faktors F für die Schallschwächung im Material des Prüflings nicht verändert.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist im AVG-Diagramm, welches in der Auswerteeinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung abgelegt ist, die Bandbreite B der eingeschallten Ultraschallpulse berücksichtigt. Hieraus resultiert insbesondere der Vorteil, dass theoretisch bestimmte AVG-Diagramme auch für geringe Abstände zwischen dem Wandler des Ultraschallsendeprüfkopfs und dem Kreisscheibenreflektor, d.h. insbesondere für das Nahfeld des verwendeten Ultraschallsendeprüfkopfs, eine sehr gute Übereinstimmung mit experimentell gewonnenen Werten zeigen. Die beispielsweise in der europäischen Prüfnorm EM 583: 2-2001 festgelegte Beschränkung, dass die Verwendung der AVG-Methode zur Charakterisierung von Fehlern bzw. Ungänzen im Material eines Prüflings nur dann zulässig ist, wenn der Abstand zwischen Ultraschallsendeprüfkopf und Fehler mindestens 70% der Nahfeldlänge des verwendeten Ultraschallsendeprüfkopfs betrifft, kann dann entfallen. Details zur praktischen Verwendung von AVG-Diagrammen, die für Impulsschall unter Berücksichtigung der Bandbreite des verwendeten Ultraschallimpulses bestimmt wurden, und deren Berechnung, ergeben sich aus der tagesgleich eingereichten, unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung derselben Anmelderin mit dem Titel „Vorrichtung und Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung eines Prüflings mittels Ultraschall nach der AVG-Methode“, auf die hiermit Bezug genommen wird und deren Inhalt durch diese Bezugnahme vollständig zum Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung hinzugefügt wird. In diesem Zusammenhang ist es von besonderem Vorteil, wenn der Prüfkopf der erfindungsgemäßen Vorrichtung dazu eingerichtet ist, ein im Prüfling rotationssymmetrisches Schallfeld zu erzeugen. Insbesondere geeignet hierzu sind die Prüfköpfe gemäß der Familie der internationalen Patentanmeldung der Anmelderin PCT/EP 2010/056614 , veröffentlicht als WO 2010/130819 A1 . Die dort offenbarten Prüfköpfe sind insbesondere für eine Schrägeinschallung in einen Prüfling vorgesehen. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung Sende- und Empfangsprüfköpfe für eine Schrägeinschallung.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist zur zerstörungsfreien Prüfung eines Prüflings mittels Ultraschall vorgesehen, wobei in diesem Zusammenhang auf die Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung Bezug genommen wird, die in vollem Umfang auch das erfindungsgemäße Verfahren anzuwenden sind. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Verfahrensschritte:

a) Erzeugen und Einkoppeln von Ultraschallpulsen mit einer bestimmten Bandbreite B in den Prüfling,
b) Aufnehmen resultierender Echosignale aus dem Prüfling, und
c) Bestimmen eines frequenzabhängigen Faktors F für die Schallschwächung im Prüfling aus empfangenen Echosignalen, die mit zumindest zwei verschiedenen Schalllauflängen im Prüfling korreliert sind.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens das frequenzabhängige Amplitudenspektrum der empfangenen Echosignale bestimmt werden.
Insbesondere ist es möglich, den frequenzabhängigen Faktor F für die Schallschwächung aus dem frequenzabhängigen Verhältnis der Amplitudenspektren von zumindest zwei Echosignalen zu bestimmen werden. Ist ein solcher frequenzabhängiger F für die Schallschwächung im Material des Prüflings bekannt, beispielsweise anhand zweiter Eichmessungen an dem konkret zu untersuchenden Prüfling, so kann der Einfluss der Schallschwächung im Prüfling auf das empfangene Echosignal mittels des frequenzabhängigen Faktors F für die Schallschwächung kompensiert werden. Insbesondere ist es möglich, aus dem Spektrum eines empfangenen Echosignals unter Anwendung des frequenzabhängigen Faktors F für die Schallschwächung im Prüfling ein Spektrum für ein korrigiertes Echosignal zu berechnen, wodurch der Einfluss der Schallschwächung bei der Propagation des Ultraschallpulses im Material des Prüflings kompensiert wird.
Das frequenzabhängige Amplitudenspektrum kann aus dem zeitaufgelöst aufgenommenen Echosignal beispielsweise auf Basis einer Fast-Fourier-Transformation gewonnen werden. Hat man unter Anwendung des frequenzabhängigen Faktors F für die Schallschwächung ein Spektrum für ein korrigiertes Echosignal berechnet, so kann dieses Spektrum mit Hilfe einer geeigneten Rücktransformation, beispielsweise einer inversen Fast-Fourier-Transformation, in ein korrigiertes Echosignal transformiert werden. In diesem korrigierten Echosignal sind nunmehr alle Einflüsse der materialbedingten Schallschwächung bei der Propagation des Ultraschallpulses im Material des Prüflings eliminiert. Ein auf diese Weise korrigiertes Echosignal kann insbesondere dazu verwendet werden, auf Basis eines AVG-Diagramms eine Ersatzreflektorgröße ERG für den aufgefundenen Fehler oder die aufgefundene Ungänze zu bestimmen.
In einem alternativen Ansatz wird nicht eine Korrektur der empfangenen Echosignale vorgenommen, um den Einfluss der materialspezifischen frequenzabhängigen Schallschwächung der Ultraschallprüfpulse im Material des Prüflings zu kompensieren, sondern es wird vielmehr der im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmte frequenzabhängige Faktor F für die frequenzabhängige Ultraschallschwächung im Material des Prüflings herangezogen, um ein korrigiertes AVG-Diagramm zu berechnen, in welchem der Einfluss der frequenzabhängigen Schallschwächung im Prüfling bereits berücksichtigt ist. Auf Basis dieses korrigierten AVG-Diagramms kann dann unmittelbar auf Basis der empfangenen Echosignale die Ersatzreflektorgröße des aufgefundenen Fehlers bzw. der aufgefundenen Ungänze bestimmt werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass neben der frequenzabhängigen materialspezifischen Schallschwächung, die bei der Propagation eines Ultraschallimpulses im Material eines Prüflings auftritt und die eng beispielsweise mit den Gefügeeigenschaften des Prüflings korreliert sind, aufgrund der Divergenz des Schallfelds, welches mit den propagierenden Ultraschallpuls verbunden ist, auch eine Abnahme der Echoamplitude auftritt. Dieser im Wesentlichen geometrische Effekt ist bei der Berechnung eines AVG-Diagramms bereits berücksichtigt, sodass er bei der Durchführung konkreter Prüfaufgaben nicht noch zusätzlich explizit berücksichtigt werden muss.
Wie im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bereits erwähnt, entfällt die Beschränkung auf das Fernfeld im Zusammenhang mit der Anwendung der AVG-Methode, wenn das der Fehlergrößenbestimmung zugrunde gelegte AVG-Diagramm auf Basis der Bandbreite B der eingeschallten Ultraschallpulse bestimmt wird. Das zugrunde zu legende AVG-Diagramm ist theoretisch besonders einfach dann zu bestimmen, wenn das im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens in den Prüfling eingeschallte Schallfeld der Ultraschallpulse im Prüfling im Wesentlichen rotationssymmetrisch ist. Dies gilt insbesondere auch dann, wenn die Ultraschallpulse schräg in den Prüfling eingeschallt werden. Selbstverständlich kann aber auch in Senkrechteinschallung gearbeitet werden. Daher ist in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung die erfindungsgemäße Vorrichtung, im allgemeinen also die Gesamtheit bestehend aus Ultraschallprüfkopf und Ansteuereinheit, dazu eingerichtet, ein im Prüfling rotationssymmetrisches Schallfeld zu erzeugen. Entsprechende insbesondere schrägeinschallende Ultraschallprüfköpfe sind beispielsweise aus der WO 2010/130819 A1 der Anmelderin bekannt. Aus dieser Anmeldung ergibt sich insbesondere, auf welche Weise ein einstückiger Sendewandler eines schräg einschallenden Ultraschallprüfkopfs gestaltet sein muss, um ein im Prüfling rotationssymmetrisches Schallfeld zu erzeugen. Für die meisten Prüfaufgaben in Impulsechotechnik ist eine Schrägeinschallung wünschenswert oder sogar Voraussetzung. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung erlaubt ein im Prüfling rotationssymmetrisches Schallfeld eine vereinfachte Berechnung des Material- bzw. Sendewandler-spezifischen AVG-Diagramms. Der WO 2010/130819 A1 kann weiterhin entnommen werden, dass es auch mittels Gruppenstrahlertechnik möglich ist, ein im Prüfling rotationssymmetrisches Schallfeld zu erzeugen. Hierzu werden z.B. selektierte Wandler eines zweidimensionalen ebenen Arrays von individuell ansteuerbaren Wandlern phasengenau angesteuert. Hierzu ist dann die Ansteuereinheit geeignet auszubilden. Beide hier erwähnte Möglichkeiten, ein im Prüfling rotationssymmetrisches Schallfeld zu erzeugen, gehören zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Weitere Vorteile und Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie dem nachstehend diskutierten Ausführungsbeispiel. Das Ausführungsbeispiel ist zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung vorgesehen und nicht einschränkend zu verstehen. Das wird anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
1: ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung,
2: ein beispielhaftes AVG-Diagramm (der EN 583-2:2001 entnommen),
3: die Amplitudenspektren zweier Echosignale aus einer V- und einer W-Durchschallung,
4: das frequenzabhängige Amplitudenverhältnis der Impulse aus 2, und
5: der aus den Pulsen gemäß 2 bestimmte frequenzabhängige Faktor F für die Schallschwächung im Prüfling.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung 1 zur zerstörungsfreien Prüfung eines Prüflings 100 mittels Ultraschall. Die Prüfvorrichtung 1 ist zur Charakterisierung von Fehlern oder Ungänzen 99 im Material des Prüflings 100 nach der AVG-Methode gemäß Prüfnorm EN 583-2:2001 eingerichtet. Ein hierzu verwendetes AVG-Diagramm aus dem Stand der Technik ist in 2 beispielhaft gezeigt, welche der EN 583-2:2001 entnommen ist. Zusätzlich ist die Prüfvorrichtung durch Verwendung eines weiterentwickelten AVG-Diagramms gemäß der Lehre der im einleitenden Teil bereits in Bezug genommenen zeitranggleichen deutschen Patentanmeldung zum Az. 10 2014 101 227 desselben Anmelders mit dem Titel „Vorrichtung und Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung eines Prüflings mittels Ultraschall nach der AVG-Methode“ ausgebildet, wodurch auch eine quantitative Fehlergrößenbestimmung von Fehlern bzw. Ungänzen gemäß der AVG Methode möglich ist, die sich im Nahfeld eines zur Erzeugung des Ultraschalls verwendeten Ultraschallwandlers 14 befinden. In diesem Fall ist im AVG-Diagramm die Bandbreite B der eingeschallten Ultraschallpulse berücksichtigt.
Die Prüfvorrichtung 1 umfasst einen Ultraschallprüfkopf 10 mit einem einstückigen Ultraschallwandler 12 zur Erzeugung und Einkopplung eines Ultraschallfelds in den Prüfling 100 sowie zur Aufnahme resultierender Echosignale aus dem Prüfling 100. Der Prüfkopf 10 ist zu einer Schrägeinschallung in den Prüfling 100 eingerichtet. Hierzu ist der Ultraschallwandler 12 auf einem keilförmigen Vorlaufkörper 14 angeordnet.
Weiterhin umfasst die Prüfvorrichtung 1 eine Ansteuereinheit 20 zur Ansteuerung des Ultraschallprüfkopfs 10, so dass dieser eine Folge von Ultraschallpulsen mit einer bestimmten Mittenfrequenz f₀, die typisch zwischen 1 und 5 MHz liegt, und einer Bandbreite B, die typisch zwischen 20 und 40% liegt, erzeugt. Die Pulsfolgefrequenz liegt typisch im Bereich einiger kHz. Die Ansteuereinheit 20 ist mit dem Prüfkopf 10 und insbesondere mit dessen Ultraschallwandler 12 verbunden.
Weiterhin ist eine Empfangseinheit 30 zum Aufnehmen von Echosignalen mittels des Ultraschallprüfkopfs 10 vorgesehen. Auch die Empfangseinheit 30 ist mit dem Prüfkopf 10 und insbesondere mit dessen Ultraschallwandler 12 verbunden.
Schließlich ist eine sowohl mit der Ansteuereinheit 20 als auch mit der Empfangseinheit 30 verbundene Auswerteeinheit 40 vorgesehen, die zur Verarbeitung der vom Ultraschallwandler 12 des Prüfkopfs 10 aufgenommenen Echosignale aus dem Material des Prüflings 100 eingerichtet ist. Die Auswerteeinheit 40 ist mit einer Anzeigeeinrichtung 42 verbunden, auf der z.B. die maximale Amplitude der empfangenen Echosignale zeitlich aufgelöst dargestellt werden kann. Äquivalent zur Darstellung der maximalen Echoamplitude ist eine Darstellung des Verstärkungsfaktors V, der erforderlich ist, um das maximale Echosignal eines Fehlers/einer Ungänze 100 auf die Echohöhe eines gleich weit vom Sendewandler beabstandeten Referenzreflektors (z.B. Rückwandecho, Kreisscheibenreflektor, Querbohrung) zu bringen. Beispielhaft ist eine solche Darstellung in 2 gezeigt.
Ansteuereinheit 20, Empfangseinheit 30 sowie Auswerteeinheit 40 incl. Anzeigeeinrichtung 42 sind in einem gemeinsamen Ultraschallsteuergerät 50 untergebracht, welches über eine Kommunikationsleitung 60 mit dem Prüfkopf 10 verbunden ist.
In einer alternativen Ausgestaltung können die Ansteuereinheit 20, die Empfangseinheit 30 sowie die Auswerteeinheit 40 einzeln oder gemeinschaftlich sowie teilweise oder vollständig in den Prüfkopf 10 integriert sein.
Der Ultraschallprüfkopf 10 ist gemäß der WO 2010/130819 A1 aufgebaut, so dass er ein im Prüfling 100 zur akustischen Achse rotationssymmetrisches Schallfeld erzeugt. Hierzu ist in der Regel ein nur angenähert kreisförmiger sowie nicht planarer Ultraschallwandler erforderlich, dessen „Durchmesser“ im Folgenden mit D bezeichnet wird. Im Kontext der vorliegenden Erfindung kann in einem solchen Fall als Durchmesser D des Sendewandlers beispielsweise der Durchmesser eines kreisförmigen Sendewandlers gleicher Fläche angenommen werden.
Die Auswerteeinheit 40 ist dazu eingerichtet ist, aus empfangenen Echosignalen auf Basis eines unter Berücksichtigung der Bandbreite B der eingeschallten Ultraschallpulse sowie der geometrischen Abmessungen des im Wesentlichen kreisförmigen Ultraschallwandlers 12 theoretisch oder experimentell ermittelten AVG-Diagramms eine Ersatzreflektorgröße ERG des Fehlers oder der Ungänze 99 zu bestimmen. Hierzu ist in der Auswerteeinheit 40 das AVG-Diagramm als analytische Funktion f hinterlegt ist, die den Durchmesser D_KSR eines Kreisscheibenreflektors als Parameter P enthält. Alternativ kann die Funktion f auch in numerischer Form für eine Vielzahl verschiedener Parameter P hinterlegt sein.
Um dem Benutzer der Vorrichtung einen Zahlenwert für die Ersatzreflektorgröße ERG des aufgefundenen Fehlers /der aufgefundenen Ungänze 99 zu liefern, der den Fehler /die Ungänze 99 reproduzierbar charakterisiert, ist die Auswerteeinheit 40 dazu eingerichtet, ein Verfahren auszuführen, in dessen Rahmen die Echoamplitude eines Referenzreflektors an einem Testkörper aufgenommen wird. Der Referenzreflektor liegt dabei im Abstand d_ref vom Prüfkopf. In der Regel wird auf das Rückwandecho eines Testkörpers mit kreisbogenförmiger Rückwand zurückgegriffen (sog. Kontrollkörper Nr. 1). In diesem Fall muss bei der Bestimmung der Echohöhe des Rückwandechos noch die sog. Amplitudenkorrektur berücksichtigt werden, die der Tatsache Rechnung trägt, dass die reflektierende Fläche nicht eben, sondern gewölbt ist und damit eine fokussierende bzw. defokussierende Wirkung zeigt. Denkbar ist aber auch, dass auf alternative Referenzreflektoren zurückgegriffen wird, z.B. auf den Boden einer Kreisbohrung. Anhand der so bestimmten Echoamplitude kann die für den Referenzreflektor spezifische theoretische AVG-Kurve, also in der Regel die Rückwandechokurve, im AVG-Diagramm in y-Richtung so verschoben werden, dass das erfasste Referenzecho auf der verschobenen AVG-Kurve zu liegen kommt. In der Praxis wird dies umgesetzt, indem diese Echoamplitude auf der Rückwandechokurve verzeichnet wird und nachfolgend mit Amplitudendifferenzen zu diesem Wert gearbeitet wird. Hiermit wird auch der Einfluss des individuellen Verstärkungsfaktors des verwendeten Prüfkopfs kompensiert.
Um den ERG-Wert eines aufgefundenen Fehlers bzw. einer aufgefundenen Ungänze zu bestimmen, der in einem bestimmten Abstand d_Fehler vom Prüfkopf liegt, wird der Verstärkungsfaktor G_ref bestimmt, der eingestellt werden muss, um die Echoamplitude des Referenzechos auf einen bestimmten Wert, typisch 80% der maximalen Anzeigenhöhe, einzustellen.
Im nächsten Schritt wird der Verstärkungsfaktor G_Fehler bestimmt, der benötigt wird, die Echoamplitude des Fehlers auf denselben Wert wie das Referenzecho einzustellen, also z.B. 80% Anzeigenhöhe. Nachfolgend wird im AVG-Diagramm an der Position des Referenzechos d_ref die Differenz ΔG der beiden Verstärkungswerte in y-Richtung nach unten abgetragen, also ΔG = G_Fehler – G_ref. Im nächsten Schritt wird in x-Richtung die Differenz Δd der Abstände d_ref und d_Fehler nach links abgetragen, also Δd = d_ref – d_Fehler. Der sich ergebende Endpunkt liegt dann auf der AVG-Kurve desjenigen Kreisscheibenreflektors, der ein Echosignal gleicher Höhe erzeugen würde.
Durch Identifikation der durch den Durchmesser D des Kreisscheibenreflektors charakterisierten AVG-Kurve, auf der der wie vorstehend beschriebene Endpunkt zu liegen kommt, wird dann der ERG-Wert des aufgefundenen Fehlers bestimmt. Dies kann einerseits durch Auswahl derjenigen in der Auswerteeinheit gespeicherten AVG-Kurve geschehen, die die geringste Abweichung in y-Richtung vom ermittelten Endpunkt hat. Dies kann aber auch durch eine geeignete Interpolation zwischen den in der Auswerteeinheit gespeicherten AVG-Kurven geschehen. Liegt in der Auswerteeinheit die allgemeine AVG-Kurve für den gewählten Typ des Referenzreflektors in Form einer Funktion vor, die von der charakteristischen Größe des gewählten Referenzreflektors abhängt, z.B. dem Durchmesser D eines Kreisscheibenreflektors, so kann hiermit die charakteristische Größe des Referenzreflektors rechnerisch bestimmt werden. Im Ergebnis erhält der Benutzer aus dieser Anpassung einen reproduzierbaren Wert für die Ersatzreflektorgröße ERG des aufgefundenen Fehlers/der aufgefundenen Ungänze 99, der z.B. protokolliert werden kann.
Die Auswerteeinheit 40 ist dazu eingerichtet, aus empfangenen Echosignalen, die mit zumindest zwei verschiedenen Schalllauflängen im Prüfling korreliert sind, einen frequenzabhängigen Faktor F für die Schallschwächung im Prüfling zu bestimmen. Hierzu kann ein Benutzer der Prüfvorrichtung 1 einen Kalibrierungsvorgang auslösen, der bevorzugt an dem zu prüfenden Prüfling ausgeführt wird. Im Rahmen dieses Kalibrierungsvorgangs werden Ultraschallpulse mit einer bestimmten Bandbreite B erzeugt und in den Prüfling eingekoppelt. Nachfolgend werden Echosignale aus dem Prüfling aufgenommen, die mit zumindest zwei verschiedenen Schalllauflängen im Prüfling korreliert sind. Solche Echosignale können beispielsweise anhand einer V- und einer W-Durchschallung eines Plattenförmigen Prüflings gewonnen werden. Nachfolgend wird das frequenzabhängige Amplitudenspektrum der empfangenen Echosignale bestimmt. Beispielhaft zeigt 3 die Amplitudenspektren zweier solcher Echosignale, die aus einer V- und einer W-Durchschallung herrühren. Aus dem frequenzabhängigen Verhältnis der Amplitudenspektren von zumindest zwei Echosignalen wird dann der frequenzabhängige Faktor F für die Schallschwächung im Prüfling 99 bestimmt. 4 zeigt das frequenzabhängige Amplitudenverhältnis der Impulse aus 3. Aus dem Laufzeitunterschied der Impulse aus 3 kann bei Kenntnis der Schallgeschwindigkeit dann der frequenzabhängige Faktor F für die Schallschwächung im Prüfling 99 bestimmt werden. Dieser i.A. frequenzabhängige Faktor, der anhand der Pulse gemäß 3 bestimmt wurde, ist in 5 beispielhaft dargestellt.
Anhand des auf diese Weise ermittelten frequenzabhängigen Faktors F für die Schallschwächung kann automatisch oder auf Benutzeranforderung der Einfluss der Schallschwächung im Prüfling auf das empfangene Echosignal kompensiert werden. Hierzu kann z.B. aus dem Spektrum des empfangenen Echosignals unter Anwendung des frequenzabhängigen Faktors F für die Schallschwächung ein Spektrum für ein korrigiertes Echosignal berechnet werden, welches dann in ein korrigiertes Echosignal transformiert wird. Dieses korrigierte Echosignal wird dann der weiteren Verarbeitung / Auswertung zugrunde gelegt. So kann basierend auf dem korrigierten Echosignal auf Basis eines AVG-Diagramms eine Ersatzreflektorgröße ERG für einen aufgefundenen Fehler oder eine aufgefundene Ungänze gemäß der AVG-Methode bestimmt werden.
Alternativ ist es möglich, auf Basis des Faktors F für die frequenzabhängige Schallschwächung ein korrigiertes AVG-Diagramm zu berechnen, in welchem der Einfluss der frequenzabhängigen Schallschwächung im Prüfling berücksichtigt ist. Dieses korrigierte AVG-Diagramm bildet dann die Grundlage für die weitere Fehlergrößenbestimmung.
Das vorstehend beschriebene Kalibrierverfahren ist in der Auswerteeinheit 40 implementiert. Hierzu ist diese dazu eingerichtet, das frequenzabhängige Amplitudenspektrum der empfangenen Echosignale an dem zu prüfenden Prüfling 100 zu bestimmen. Weiterhin ist sie dazu eingerichtet, auf eine Benutzeranforderung den frequenzabhängigen Faktor F für die Schallschwächung im Prüfling 100 aus dem frequenzabhängigen Verhältnis der Amplitudenspektren von zumindest zwei Echosignalen zu bestimmen. In einem vom Benutzer auswählbaren ersten Betriebsmodus kompensiert die Auswerteeinheit 40 automatisch den Einfluss der Schallschwächung im Prüfling 100 auf ein empfangenes Echosignal mittels des ermittelten frequenzabhängigen Faktors F für die Schallschwächung. Hierzu berechnet die Auswerteeinheit 40 aus dem Spektrum eines empfangenen Echosignals, welches von einem zu bewertenden Fehler / einer zu bewertenden Ungänze im Material des Prüflings 100 herrührt, unter Anwendung des frequenzabhängigen Faktors F für die Schallschwächung ein Spektrum für ein korrigiertes Echosignal berechnet wird, welches in ein korrigiertes Echosignal transformiert wird. Dieses korrigierte Echosignal wird dann der Bewertung eines aufgefundenen Fehlers / einer aufgefundenen Ungänze 99 zugrunde gelegt.
In einem zweiten vom Benutzer auswählbaren Betriebsmodus ist die Auswerteeinheit 40 dazu eingerichtet, den Einfluss der Schallschwächung im Prüfling 100 auf empfangene Echosignale zu kompensieren. Hierzu ist sie dazu eingerichtet, auf Basis des Faktors F ein korrigiertes AVG-Diagramm zu berechnen, in welchem der Einfluss der frequenzabhängigen Schallschwächung im Prüfling 100 berücksichtigt ist. Auf Basis dieses korrigierten AVG-Diagramms bestimmt die Auswerteeinheit 40 dann eine Ersatzreflektorgröße ERG für einen aufgefundenen Fehler oder eine aufgefundene Ungänze 99.
Bezugszeichenliste

1: Prüfvorrichtung
10: Prüfkopf
12: Ultraschallwandler
14: Vorlaufkörper
20: Ansteuereinheit
30: Empfangseinheit
40: Auswerteeinheit
42: Anzeigeeinrichtung
44: Hinweisanzeigefeld
50: Ultraschallsteuergerät
60: Kommunikationsleitung
99: Fehler, Ungänze
100: Prüfling

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2010/056614 [0018]
WO 2010/130819 A1 [0018, 0025, 0025, 0039]
DE 102014101227 [0032]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

EN 583-2:2001 [0003]
EN 583-2:2001 [0004]
EM 583: 2-2001 [0018]
EN 583-2:2001 [0028]
EN 583-2:2001 [0032]
EN 583-2:2001 [0032]

Claims

Vorrichtung (1) zur zerstörungsfreien Prüfung eines Prüflings (100) mittels Ultraschall, wobei die Vorrichtung (1) folgendes umfasst: a. einen Ultraschallsendeprüfkopf (10) mit einem Ultraschallwandler (12) zur Erzeugung und Einkopplung eines Ultraschallfelds in den Prüfling (100), b. einen Ultraschallempfangsprüfkopf (10‘) mit einem Ultraschallwandler (12‘) zur Aufnahme resultierender Echosignale aus dem Prüfling, c. eine Ansteuereinheit (20) zur Ansteuerung des Ultraschallsendeprüfkopfs (10), so dass dieser Ultraschallpulse mit einer bestimmten Bandbreite B erzeugt, d. eine Empfangseinheit (30) zum Aufnehmen von Echosignalen mittels des Ultraschallempfangsprüfkopfs (10‘), sowie e. eine mit der Empfangseinheit (30) verbundene Auswerteeinheit (40), die zur Verarbeitung der aufgenommenen Echosignale eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass f. die Auswerteeinheit (40) dazu eingerichtet ist, aus empfangenen Echosignalen, die mit zumindest zwei verschiedenen Schalllauflängen im Prüfling korreliert sind, einen frequenzabhängigen Faktor F für die Schallschwächung im Prüfling (100) zu bestimmen.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (40) dazu eingerichtet ist, das frequenzabhängige Amplitudenspektrum der empfangenen Echosignale zu bestimmen.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (40) dazu eingerichtet ist, den frequenzabhängigen Faktor F für die Schallschwächung aus dem frequenzabhängigen Verhältnis der Amplitudenspektren von zumindest zwei Echosignalen zu bestimmen.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (40) dazu eingerichtet ist, mittels des ermittelten frequenzabhängigen Faktors F für die Schallschwächung den Einfluss der Schallschwächung im Prüfling (100) auf ein empfangenes Echosignal zu kompensieren.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (40) dazu eingerichtet ist, den Einfluss der Schallschwächung im Prüfling auf empfangene Echosignale zu kompensieren, indem aus dem Spektrum des empfangenen Echosignals unter Anwendung des frequenzabhängigen Faktors F für die Schallschwächung ein Spektrum für ein korrigiertes Echosignal berechnet wird, welches in ein korrigiertes Echosignal transformiert wird.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (40) dazu eingerichtet ist, auf Basis eines AVG-Diagramms eine Ersatzreflektorgröße ERG für einen aufgefundenen Fehler oder eine aufgefundene Ungänze (99) zu bestimmen.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 6, wobei die Vorrichtung (1) weiterhin dazu eingerichtet ist, auf Basis des Faktors F ein korrigiertes AVG-Diagramm zu berechnen, in welchem der Einfluss der frequenzabhängigen Schallschwächung im Prüfling (100) berücksichtigt ist.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im AVG-Diagramm die Bandbreite B der eingeschallten Ultraschallpulse berücksichtigt ist.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sendeprüfkopf (10) dazu eingerichtet ist, ein im Prüfling rotationssymmetrisches Schallfeld zu erzeugen.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfangsprüfkopf (10‘) eine im Prüfling (100) rotationssymmetrische akustische Empfindlichkeit aufweist.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sendeprüfkopf (10) für eine Schrägeinschallung in den Prüfling (100) eingerichtet ist.
Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung eines Prüflings mittels Ultraschall, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst: a. Erzeugen und Einkoppeln von Ultraschallpulsen mit einer bestimmten Bandbreite B in den Prüfling (100), b. Aufnehmen resultierender Echosignale aus dem Prüfling (100), c. Bestimmen eines frequenzabhängigen Faktors F für die Schallschwächung im Prüfling (100) aus empfangenen Echosignalen, die mit zumindest zwei verschiedenen Schalllauflängen im Prüfling (100) korreliert sind.
Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das frequenzabhängige Amplitudenspektrum der empfangenen Echosignale bestimmt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der frequenzabhängige Faktor F für die Schallschwächung aus dem frequenzabhängigen Verhältnis der Amplitudenspektren von zumindest zwei Echosignalen bestimmt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung des frequenzabhängigen Faktors F die von der Divergenz der eingekoppelten Ultraschallpulse im Prüfling herrührende Schallschwächung berücksichtigt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfluss der Schallschwächung im Prüfling (100) auf das empfangene Echosignal mittels des ermittelten frequenzabhängigen Faktors F für die Schallschwächung kompensiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Spektrum des empfangenen Echosignals unter Anwendung des frequenzabhängigen Faktors F für die Schallschwächung ein Spektrum für ein korrigiertes Echosignal berechnet wird, welches in ein korrigiertes Echosignal transformiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis eines AVG-Diagramms eine Ersatzreflektorgröße ERG für einen aufgefundenen Fehler oder eine aufgefundene Ungänze bestimmt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den weiteren Verfahrensschritt umfasst, auf Basis des Faktors F ein korrigiertes AVG-Diagramm zu berechnen, in welchem der Einfluss der frequenzabhängigen Schallschwächung im Prüfling berücksichtigt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass im AVG-Diagramm die Bandbreite B der eingeschallten Ultraschallpulse berücksichtigt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Schallfeld der Ultraschallpulse im Prüfling (100) rotationssymmetrisch ist.
Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallpulse schräg in den Prüfling (100) eingeschallt werden.