DE8312595U1

DE8312595U1 - Fokussierender Ultraschallprüfkopf

Info

Publication number: DE8312595U1
Application number: DE8312595U
Authority: DE
Original assignee: Krautkraemer GmbH and Co
Current assignee: Krautkraemer GmbH and Co
Priority date: 1983-04-29
Publication date: 1984-09-20

Description

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Krautkrämer GmbH 28. April 1983

Luxemburger Str. 449 P/Cl

5000 Köln 41 K-173

FOKUSSIERENDER ULTRASCHALLPROFKOPF

Die Erfindung betrifft einen fokussierenden Ultraschall prüfkopf mit einer zellenförmigen Anordnung von Schwingerelementen, bei dem nebeneinander!iegsnde Schwingerelemente zu einzelnen Gruppen zusammengefaßt sind und bei dem zur Erzeugung räumlich getrennter Fokuspunkte, mehrere dieser Gruppen von Schwingerelementen die Zonen jeweils einer entsprechenden Fresnelschen Zonenlinse bilden.

Derartige Prüfköpfe werden vor allem in der medizinischen Ultraschalltechnik verwendet und sind beispielsweise in der DE-PS 23 45 155 und der US-PS 4.320.660 offenbart. Diese senkrecht in das zu prüfende Material einschallenden Zeilenschwinger werden besonders zur Aufnahme von Schnittbildern benutzt. Hingegen ist ihre Verwendung in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung bisher kaum bekannt geworden.

Au& der Gebrauchsmusterschrift G 81 34 963.7 ist bereits ein Winkelprüfkopf bekannt, bei dem ein Zeilenschwinger auf einem keilförmigen Vorlaufkörper angeordnet ist. Mit diesem Prüfkopf können Transversalwellen erzeugt werden, die je nach den angeregten Zeilenschwingerelementen unter unterschiedlichem Winkel in das Werkstück eingeschallt werden. Ein wesentlicher Nachteil dieses bekannten Prüfkopfes ist es, daft zur Fokussierung der Schall strahlen einfc Linse vorgesehen werden muß. Eine Änderung des Fokussierpunktes, beispielsweise entlang einer Achse mit konstantem Einschallwinkel, ist mit den bekannten Prüf-

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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde-, einen Prüfkopf der eingangs beschriebenen Art anzugeben_s mit dem es möglich ist auf einfache Weise Ultraschall well en unter einem vorgegebenen Winkel in das Prüfstück einzuschallen, wobei eine Fokussierung der Ultraschallwellen in unterschiedlichen Tiefen des zu prüfenden Werkstückes möglich sein soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Die weiteren Unteransprüche stellen besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung dar.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen im

folgenden anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Figuren erläutert werden.

Es zeigt:

Fig. 1 den Schnitt eines ersten Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Prüfkopfes;

Fig. 2 und

Fig. 3 den Prüf.kopf nach Fig. 1, mit unterschiedlichen angeregten Fesnelzonen.

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In Fig. 1 ist mit 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäSen Prüfkopfes, mit 2 ein auf Fehler zu untersuchendes Werkstück und mit 3 ein Ultraschallprüfgerät bezeichnet, das über ein Kabel 4 mit dem Prüfkopf 1 verbunden ist.

Der Prüfkopf 1 besteht im wesentlichen aus einer linearen Wandleranordnung (Zeilenschwinger) 10 und einem keilförmigen Vorlaufkörper 11, der beispielsweise aus Plexiglas besteht. Die gesamte aus Zeilenschwinger 10 und Vorlaufkörper 11 bestehende Anordnung, befindet sich in einem Prüfkopfgehäuse 12. Durch die Seitenwand dieses Gehäuses ist das Kabel 4 geführt, das aus einer Vielzahl elektrischer Leitungen besteht. Jede dieser Leitungen ist sowohl mit einem der Schwingerelemente des Zeilenschwingers 10 verbunden als auch mit dem Ultraschallgerät 3. In dem Ultraschallgerät 3 befinden sich die nicht im einzelnen dargestellten Sender zur Erregung der Schwingerelemente sowie die entsprechenden Empfangsverstärker und Auswerteeinheiten.

Auf der dem zu prüfenden Werkstück 2 zugewandten Seite des Prüfkopfes (Unterseite des Prüfkopfes) befindet sich ein die Ul traschall strahl en durchlässiges Fenster 5. Dieses kann im einfachsten Fall dadurch hergestellt werden, daß die Unterseite des Prüfkopfgehäuses durch den Vorlaufkörper 11 begrenzt wird.

Bei dem dargestellten Prüfkopf 1 handelt es sich um einen söge- J nannten 45° Prüfkopf, d.h., der Einschal 1winkel <% (Winkel zwischen der Senkrechten auf der Oberfläche des zu prüfenden Werkstückes und der Achse des Schall bündeis ) beträgt 45°. Der Keil winkel oC beträgt 36,5°. Als Zeilenschwinger 10 wurde ein Array mit 18 Schwingereiementen verwendet, die 1,25 mm breit und 12 mm lang waren.

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Zur Erklärung der Wirkungsweise des Prüfkopfes 1 ist in dön ^piguren 2 und 3 wiederum der keilförmige Vorlaufkörper 11 mit dem Zeilenschwinger 10 und dem zu prüfenden Werkstück 2 dargestellt. Die jeweils aktiven Schwingerelementgruppen (Zonen) sind schwarz gezeichnet und mit den Bezugszeichen 140, 150, Und 170, 180, 190 versehen. Von diesen Schwingerelementgruppen gehen die Schallstrahlen 141, 151, 161 und 171, 181, 191 aus. Die Fokuspunkte 21 und 22 liegen jeweils auf der Hauptschal1-strahlachse 20 (vgl. auch Fig. 1).

Der in Fig. 2 dargestellte Fokuspunkt 21 hat in dem vorliegenden Beispiel einen Abstand D 1 von der Oberfläche des zu prüfenden Werkstückes 2 von 20 mm. Die Lage der jeweiligen Zonen 140, 150, 160 auf dem Zeilenschwinger 10 ergibt sich aus der Forderung, daß die Schalldruckamplitude der Schallstrahlen 141, 151 und in dem Fokuspunkt 21 jeweils einen positiven Beitrag zu der dort herrschenden Schalldruckamplitude liefern müssen (vgl. auch die DE-PS 23 45 155). Jede Zone bestand aus 3 Schwingereiemeriten. Es hat sich gezeigt, daß die Breite der Zonen so gewählt werden muß, daß der Gangunterschied der Randstrahlen einer Zone im Fokuspunkt s^ 15% der Wellenlänge im zu prüfenden Werkstück 2 ist.

Es hat sich ferner gezeigt, daß der Schall druck der einzelnen Zonen mit zunehmender Keildicke abnimmt. Demzufolge sind auch die Beiträge der Zonen, 150 und 160 zur Interferenz im Fokuspunkt schwächer als der Beitrag der Zone 140. Die Lage des Fokuspunktes 21 wird daher bei Winkel prüfköpfen wesentlich durch die Zone am dünnen Keilende bestimmt.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Zonen hinsichtlich ihrer Lage auf dem Zeilenschwinger derart gewählt werden, daß ihre Schalldruckamplituden irn Fokuspunkt einen Gangunterschied aufweisen, der Null ist. Denn dieses ermöglicht die Anregung der Zonenlinse auch durch breitbandige Sendeimpulse, die in der Regel eine geringe Kohärenzlange aufweisen.

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In Fig* 3 sind die Verhältnisse für einen Fokuspunkt 22, de?· von der Oberfläche des zu prüfenden Werkstückes einen Abstand D 2 von 40 mm besitzt, wiedergegeben. Hinsichtlich der Lage und Breite der Zonen des Zeilenschwingers 10 gilt das oben zu Fig. 2 gesagte*

Die Wahl der jeweiligen Fokusabstände kann beispielsweise* wie in Fig. 1 angedeutet, mit Hilfe eines mechanischen Schalters erfolgen, der in dem Ultraschallgerät untergebracht ist. Mit Hilfe dieses Schalters wird der Sender bzw. der Empfänger des Ultraschallgerätes mit den entsprechenden Schwingereiementen der jeweiligen Zonen verbunden.

Claims

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Pyq nsprüche

11. Fokussierender Ultraschall prüfkopf mit einer zellenförmigen Anordnung von Schwingerelementen, bei dem nebeneinanderliegende Schwingerelemente zu einzelnen Gruppen zusammengefaßt sind und bei dem zur Erzeugung räumlich getrennter Fokuspunkte, mehrere dieser Gruppen von Schwingerelementen die Zonen jeweils einer entsprechenden Fresnel sehen Zonenlinse bilden,

dadurch gekennzeichnet, - daß sich die zellenförmige Anordnung der Schwingerelemente (10) auf einem keilförmigen Vor!aufkörper (11) befindet und

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- daß der Keilwinkel (<*-) des Vor! auf körpers (11) so gewählt ist, daß in dem zu prüfenden Werkstück (2) nur Transversal wellen erzeugt werden.
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2. Fokussierender UltraschaVlprüfkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Keilwinkel («*.) und/oder die Schwingerelemente so angeordnet sind, daß die Phasendifferenz, der von mindestens zwei Zonen erzeugten Ultraschallwellen Null ist.