DE3048188A1

DE3048188A1 - "ultraschallpruefkopf"

Info

Publication number: DE3048188A1
Application number: DE19803048188
Authority: DE
Inventors: Bertram 8520 Erlangen Sachs; Michael Dipl.-Phys. 8521 Spardorf Vieth
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-12-19
Filing date: 1980-12-19
Publication date: 1982-07-29

Description

UltraschallDrUfkopf
Die Erfindung bezieht sich auf einen UltraschallpEfkopf mit wenigstens einem Ultraschallschwinger, dem eine Vorlaufstrecke zugeordnet ist.
In der zerstbrungsfreien Werkstoffprufung mit Ultraschall wird zur Einschallung unter einem bestimmten Winkel zur Oberflache des zu prüfenden Werkstücks von.
der Brechung und Umwandlung der Wellenarten Gebrauch gemacht. Man benutzt dazu feste keilförmige Zwischenstücke, auf die der Wandler fest angedrückt oder aufgekittet wird. Der Keil kann auch einfach als anschraubbares Vorsatz stück für einen Normalprtffkopf ausgebildet sein und beispielsweise aus Plexiglas bestehen. Diese keilförmige Vorlaufstrecke bewirkt beim Schallubergang zwischen Vorlaufstrecke und Prüfkörper eine Brechung in die gewünschte Richtung und gegebenenfalls eine Wellenumwandlung, beispielsweise die Umwandlung einer einfallenden Longitudinal- in eine gebrochene Transversalwelle. Solche WinkelprUfköpfe werden verwendet zur Fehlerortung in Werkstücken mit dem impulsechoverfahren, bei dem die Tiefe des Fehlers aus dem zeitlichen Abstand zwischen Sende- und Echo impuls und die Größe des Pehlers aus der Amplitude des Echoimpulses abgeleitet wird. Bei diesem Verfahren wird nicht der geortete Fehler, sondern lediglich der Sende- und Echoimpuls in einem sogenannten A-Bild auf einem Bildschirm sichtbar gemacht. Ist bei einem Prufproblem eine extreme Nahauflösung erforderlich, so können sogenannte SE- (Senkrecht-) Prüfköpfe und SE-Winkelprtifköpfe benutzt werden, die als Sender und Empfänger jeweils einen getrennten Ultraschallschwinger enthalten. Durch die Trennung von Sende- und Empfangsteil lassen sich Störanzeigen aus der Vorlaufstrecke vermeiden, so daß der Nachweis von dicht unter der Oberfläche liegenden Fehlern möglich ist (Krautkrämer: Werkstoffprüfung mit Ultraschall, 3. Aufl., 1975, Seiten 223 bis 235).
Es ist ferner bekannt, daß die Eigenschaften von Ultraschallwandlern durch sogenannte Feinunterteilung verändert werden können, insbesondere kann die Lateralauflösung erhöht werden. Bei dieser Feinteilung wird der Ultraschallschwinger in akustisch getrennte Wandlerelemente aufgeteilt, deren Breite wesentlich kleiner als die Hälfte, vorzugsweise kleiner als ein Viertel, der Wellenlänge A ist. In dieser Ausführungsform ist die Höhe der Wandlerelemente im allgemeinen wenigstens doppelt so groß wie die Breite. Durch einander parallele Spalten in der Längsrichtung eines derartigen Wandlerkranzes erhält man eine Matrix-Ausführung der Wandleranordnung mit säulenförmigen Wandlerelementen (DE-PS 28 29 570).
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Abstrahlung bei Ultraschall-Winkelprüfköpfen und Ultraschall-SE-Prüfköpfen zu verbessern und die thermische Stabilität der Prüfköpfe zu erhöhen.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß man durch die Abnahme der akustischen Impedanz des feingeteilten Schwingers eine bessere Anpassung zwischen dem Schwinger und der Vorlaufstrecke-beim Winkelprüfkopf erhält.
Die Erfindung besteht somit darin, daß der Ultraschallschwinger eines Winkel- oder SE-PrUfkopfes aus Wandlerelementen besteht, deren Höhe in der Abstrahlrichtung größer ist als ihre Breite. In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Ultraschallschwinger aus einer Matrix säulenförmiger Wandlerelemente bestehen. Durch die bessere Anpassung des feingeteilten Schwingers erhält man eine geringere Reflexion und eine höhere Signalamplitude. Ferner wird durch die Feinteilung die mechanische Dehnung bei Temperaturänderungen vermindert und damit die mechanische Stabilität des Ultraschallprüfkopfes bei Temperaturwechsel erhöht.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genonunen, in deren Figur 1 ein Ausii rungsbelspiel eines Winkelprüfkcrpfes nach der Erfindung im schnitt schematisch veranschaulicht ist Figur 2 zeigt die Ausfuhrungsform nach Figur 1 in einer perspektivischen Ansicht. In Figur 3 ist eine Ausführungsform eines Winkelprüfkopfes mit einer Matrix von Wandlerelementen dargestellt. Eine besondere Ausführungsform eines SE-PrüSkopfes ist anhand der Figur 4 erläutert.
Nach Figur 1 sind Wandlerelemente 2, deren Höhe größer ist als ihre Breite und die beispielsweise aus Bleizirkonattitanat PZT bestehen können, mit einem Ende an einem Dämpfungskörper 4 befestigt, der beispielsweise aus Gummi bestehen kann. Die Stirnseite der Wandlerelemente 2 ist mit Hilfe einer Klebeschicht 6 auf einem Winkelkeil 8 befestigt, der als Vorlaufstrecke dient.
Der Winkelkeii 8 ist auf die Oberfläche eines Werkstücks aufgelegt, das in der Figur mit 20 bezeichnet ist. Der Winkelkeil 8 kann beispielsweise aus Plexiglas oder auch aus Araldit bestehen. Durch die unterschiedlichen Schallgeschwindigkeiten wird die in der Figur durch eine strtchpunktierte Linie 12 angedeutete Abstrahlrichtung beim Clherang von der Vorlaufstrecke des Winkelkeils 8 zuni Werkstück 10 gebrochen. Die Wandlerelemente 2 sind jeweils mit elektrischen Kontakten versehen, die in der Figur mit 14 und 15 bezeichnet sind.
Wie der perspektivischen Darstellung nach Figur 2 zu entnehmen ist, sind die Wandlerelemente 2 durch Schnitte quer zur Richtung der Steigung des Winkelkeils 8 mit einer Feinunterteilung versehen. Durch zusätzliche einander parallele Schnitte in der Richtung der Steigung des Winkelkeils 8 erhält man eine Matrix 16 aus säulenförmigen Wandlerelementen, wie es in Figur 3 dargestellt ist.
In der Ausführungsform eines SE-PrUfkopfes nach Figur 4 sind zwei Wandleranordnungen 18 und 20, denen ein gemeinsamer Dämpfungskörper 22 zugeordnet ist,.jeweils mit einer getrennten Vorlaufstrecke 24 bzw. 26 versehen. Die beiden Vorlaufstrecken 24 und 26 können vorzugsweise über eine akustische Trennschicht 28 miteinander verbunden sein. Die Wandleranordnung 18 kann beispielsweise als Sender und die Wandleranordnung 20 als Empfänger dienen. Die Oberflächen der Vorlaufstrecken 24 und 26, auf denen die Wandleranordnungen 18 bzw. 20 befestigt sind, haben eine derartige Neigung zueinander, daß sich die Abstrahlrichtung und die Empfangsstrahlrichtung unterhalb der Vorlaufstrecken 24 und 26 in einem nicht dargestellten, zu untersuchenden Körper kreuzen oder berühren. Durch die Feinteilung der Wandleranordnungen 18 und 20 erhält man einen SE-Prüfkopf mit geringer Reflexion und hoher Signalamplitude.
2 Patentansprüche 4 Figuren

Claims

PatentansprUche 5 UltraschallprUfkopf mit wenigstens einem Ultraschalischwinger, dem eine Vorlaufstrecke zugeordnet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Ultraschallschwinger aus Wandlerelementen (2, 12) besteht, deren Höhe in der Abstrahlrichtung (12) größer ist als ihre Breite.
2. Ultraschallprtifkopf nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Ultraschallschwinger aus einer Matrix (16) säulenförmiger Wandlerelemente besteht.