DE102019205584A1 - Method and device for adjusting and / or calibrating an ultrasonic test - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur Justierung und/oder Kalibrierung einer Ultraschallprüfung eines Objektes vorgeschlagen, bei dem mittels N ≥ 2 Ultraschallsender Ultraschall in das Objekt eingeschallt wird, und/oder bei dem mittels N ≥ 2 Ultraschallempfänger wenigstens ein Teil des eingeschallten Ultraschalls erfasst wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass für mehrere paarweise Kombinationen der Ultraschallsender und Ultraschallempfänger jeweils ein Zeitsignal des eingeschallten Ultraschalls erfasst wird, und basierend auf den mehreren erfassten Zeitsignalen eine Schallgeschwindigkeit wenigstens einer Wellenmode des eingeschallten Ultraschalls formechofrei ermittelt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Justierung und/oder Kalibrierung einer Ultraschallprüfung eines Objektes. A method for adjusting and / or calibrating an ultrasonic test of an object is proposed in which ultrasound is insonified into the object by means of N ≥ 2 ultrasonic transmitters and / or in which at least part of the insonified ultrasound is detected by means of N ≥ 2 ultrasonic receivers. The method is characterized in that a time signal of the sonicated ultrasound is recorded for several paired combinations of the ultrasonic transmitters and ultrasonic receivers, and a speed of sound of at least one wave mode of the sonicated ultrasound is determined without form echo based on the plurality of recorded time signals. The invention also relates to a device for adjusting and / or calibrating an ultrasonic test of an object.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Obergriff des Patentanspruches 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 12.The invention relates to a method according to the preamble of patent claim 1. Furthermore, the invention relates to a device according to the preamble of patent claim 12.
Zur Durchführung einer Ultraschallprüfung eines Objektes ist typischerweise eine Justierung und/oder Kalibrierung von Entfernungen erforderlich (Entfernungsjustierung und/oder Entfernungskalibrierung), beispielsweise um Defekte des Objektes zu lokalisieren und zu entscheiden, ob diese in kritischen Bereichen des Objektes angeordnet sind. Weiterhin ist eine Justierung und/oder Kalibrierung für die Interpretation der Ultraschallprüfung wichtig.To carry out an ultrasonic test of an object, an adjustment and / or calibration of distances is typically necessary (distance adjustment and / or distance calibration), for example to localize defects in the object and to decide whether these are located in critical areas of the object. Adjustment and / or calibration is also important for the interpretation of the ultrasonic test.
Für die Entfernungsjustierung ist typischerweise ein geeignetes Ultraschallecho (Formecho), beispielsweise ein Rückwandecho, ein zugehöriger Schallweg und gegebenenfalls ein Justierkörper erforderlich. Mittels einer Impulsecho-Messung wird eine Laufzeit des Ultraschalls für das Formecho ermittelt und dadurch die Schallgeschwindigkeit berechnet.A suitable ultrasonic echo (shape echo), for example a back wall echo, an associated sound path and, if necessary, an adjustment body is required for the distance adjustment. A pulse echo measurement is used to determine the transit time of the ultrasound for the shape echo, thereby calculating the speed of sound.
Für Prüfköpfe, die eine deutliche Vorlaufzeit aufweisen, wird eine Zweipunktjustierung durchgeführt und/oder die Vorlaufzeit mittels eines Justierkörpers bestimmt.For probes that have a significant lead time, a two-point adjustment is carried out and / or the lead time is determined by means of an adjustment body.
Die Schallgeschwindigkeit muss für die genannten Justierungen präzise bekannt sein. Weiterhin muss das Objekt selbst ein Formecho, beispielsweise durch eine geeignete Rückwand, ermöglichen. Weiterhin muss der für das Formecho vorgesehene Bereich des Objektes und/oder das Objekt selbst zugänglich sein. Zusammenfassend sind die genannten Justierungen nicht für alle Objekte geeignet.The speed of sound must be known precisely for the adjustments mentioned. Furthermore, the object itself must enable a shape echo, for example through a suitable rear wall. Furthermore, the area of the object and / or the object itself provided for the shape echo must be accessible. In summary, the adjustments mentioned are not suitable for all objects.
Nachteilig an den bekannten Verfahren zur Justierung und/oder Kalibrierung ist, dass diese mit einem hohen Zeitaufwand verbunden sind. Insbesondere die Ermittlung der Schallgeschwindigkeit von Scherwellen weist einen hohen Zeitaufwand auf.The disadvantage of the known methods for adjustment and / or calibration is that they are associated with a high expenditure of time. In particular, the determination of the speed of sound of shear waves is very time-consuming.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Justierung und/oder Kalibrierung einer Ultraschallprüfung zu verbessern.The present invention is based on the object of improving an adjustment and / or calibration of an ultrasonic test.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 12 gelöst. In den abhängigen Patentansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.The object is achieved by a method with the features of independent patent claim 1 and by a device with the features of independent patent claim 12. Advantageous configurations and developments of the invention are specified in the dependent claims.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Justierung und/oder Kalibrierung einer Ultraschallprüfung eines Objektes, wird mittels N ≥ 2 Ultraschallsender Ultraschall in das Objekt eingeschallt, und/oder mittels N ≥ 2 Ultraschallempfänger wenigstens ein Teil des eingeschallten Ultraschalls erfasst. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass für mehrere paarweise Kombinationen der Ultraschallsender und Ultraschallempfänger jeweils ein Zeitsignal des eingeschallten Ultraschalls erfasst wird, und basierend auf den mehreren erfassten Zeitsignalen eine Schallgeschwindigkeit wenigstens einer Wellenmode des eingeschallten Ultraschalls formechofrei ermittelt wird.In the method according to the invention for adjusting and / or calibrating an ultrasonic test of an object, ultrasound is insonified into the object by means of N ≥ 2 ultrasonic transmitters and / or at least part of the insonified ultrasound is detected by means of N ≥ 2 ultrasonic receivers. The method according to the invention is characterized in that a time signal of the sonicated ultrasound is recorded for several paired combinations of the ultrasonic transmitters and ultrasonic receivers, and a speed of sound of at least one wave mode of the sonicated ultrasound is determined without form echo based on the several recorded time signals.
Ein Objekt kann jeder räumliche Gegenstand sein, beweglich oder unbeweglich, insbesondere ein Werkstück, ein Halbzeug, ein Bauteil, eine Turbine, ein Teil eines Gebäudes, ein Teil einer Brücke und/oder ein weiteres gegenständliches Objekt.An object can be any spatial object, movable or immobile, in particular a workpiece, a semi-finished product, a component, a turbine, part of a building, part of a bridge and / or another tangible object.
Ein Zeitsignal entspricht typischerweise einem A-Bild, beziehungsweise kann einem A-Bild, welches basierend auf den eingeschallten und erfassten Ultraschall ermittelt wurde, entnommen werden. Für jede mögliche Sender-Empfänger-Kombination (bis zu N2), wird ein Zeitsignal (A-Bild) aufgezeichnet. Die Zeitsignale können mittels verschiedener Verfahren ermittelt oder erfasst werden, beispielsweise mittels einem Nulldurchgang der Ultraschallamplitude, mittels einer Bestimmung des Ersteinsatzzeitpunktes und/oder mittels einer Phasen-Spektroskopie. Zur Verbesserung des Signal-Rauschverhältnisses können weiterhin ausgewählte Zeitsignale weggelassen oder bestimmt gewichtet werden, beispielsweise Zeitsignale, die einen negativen Einfluss auf die Justierung und/oder Kalibrierung haben, oder zu einem bestimmten Formecho korrespondieren.A time signal typically corresponds to an A-scan or can be taken from an A-scan, which was determined based on the insonified and recorded ultrasound. A time signal (A-scan) is recorded for every possible transmitter-receiver combination (up to N 2 ). The time signals can be determined or recorded by means of various methods, for example by means of a zero crossing of the ultrasound amplitude, by means of determining the time of first use and / or by means of phase spectroscopy. To improve the signal-to-noise ratio, selected time signals can also be omitted or weighted in a specific manner, for example time signals that have a negative influence on the adjustment and / or calibration or that correspond to a specific shape echo.
Wird ergänzend zum Zeitsignal eine zughörige Ultraschallamplitude erfasst und ausgewertet, so kann zusätzlich eine Schallabschwächung der Wellenmode, insbesondere einer Rayleigh-Welle und/oder Kriechwelle, ermittelt werden.If, in addition to the time signal, an associated ultrasound amplitude is recorded and evaluated, a sound attenuation of the wave mode, in particular a Rayleigh wave and / or creeping wave, can also be determined.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden wenigstens zwei Ultraschallsender und/oder wenigstens zwei Ultraschallempfänger verwendet. Werden zwei Ultraschallsender verwendet, so ist wenigstens ein Ultraschallempfänger erforderlich. Werden zwei Ultraschallempfänger verwendet, so ist wenigstens ein Ultraschallsender erforderlich. Bevorzugt werden gleich viele und jeweils mehr als zwei Ultraschallsender und Ultraschallempfänger verwendet. Mit anderen Worten werden bevorzugt N ≥ 2 Ultraschallsender und N ≥ 2 Ultraschallempfänger verwendet und für jede der N2 paarweisen Kombinationen wird ein Zeitsignal ermittelt. Mit anderen Worten werden bevorzugt N Ultraschall-Aperturen, die als Sende- und/oder Empfangsaperturen ausgebildet sind, verwendet.According to the present invention, at least two ultrasonic transmitters and / or at least two ultrasonic receivers are used. If two ultrasonic transmitters are used, at least one ultrasonic receiver is required. If two ultrasonic receivers are used, at least one ultrasonic transmitter is required. The same number and more than two ultrasonic transmitters and ultrasonic receivers are preferably used. In other words, N 2 ultrasonic transmitters and N 2 ultrasonic receivers are preferably used and a time signal is determined for each of the N 2 paired combinations. In other words, N ultrasound apertures, which are designed as transmission and / or reception apertures, are preferably used.
Durch die erfindungsgemäße Verwendung von mehreren Sende-Empfänger-Paaren (und deren Permutationen) wird eine verbesserte Justierung und/oder Kalibrierung ermöglicht.The inventive use of a plurality of transmitter-receiver pairs (and their permutations) enables improved adjustment and / or calibration.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass für die Justierung und/oder Kalibrierung der Ultraschallprüfung kein Formecho und/oder Justierkörper erforderlich ist. Mit anderen Worten erfolgt die Ermittlung der Schallgeschwindigkeit formechofrei, das heißt ohne die Verwendung eines Formechos. Dadurch kann das erfindungsgemäße Verfahren direkt in die Ultraschallprüfung integriert werden. Mit anderen Worten ist die erfindungsgemäße Justierung und/oder Kalibrierung integraler Bestandteil der Ultraschallprüfung. Weiterhin erfolgt die Justierung und/oder Kalibrierung automatisch, sodass ein Eingreifen des Prüfers nicht mehr erforderlich ist. Bestenfalls bemerkt der Prüfer der Ultraschallprüfung die erfindungsgemäße Justierung und/oder Kalibrierung, die typischerweise vor der eigentlichen Ultraschallprüfung erfolgt, nicht. Mit anderen Worten umfasst eine erfindungsgemäße Ultraschallprüfung als Verfahrensschritt das erfindungsgemäße Verfahren zur Justierung und/oder Kalibrierung.An advantage of the present invention is that no shape echo and / or adjustment body is required for the adjustment and / or calibration of the ultrasonic test. In other words, the speed of sound is determined without a form echo, that is to say without the use of a form echo. As a result, the method according to the invention can be integrated directly into the ultrasonic test. In other words, the adjustment and / or calibration according to the invention is an integral part of the ultrasonic test. Furthermore, the adjustment and / or calibration takes place automatically so that intervention by the tester is no longer necessary. At best, the tester of the ultrasonic test does not notice the adjustment and / or calibration according to the invention, which typically takes place before the actual ultrasonic test. In other words, an ultrasonic test according to the invention comprises the method according to the invention for adjustment and / or calibration as a method step.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die Justierung und/oder Kalibrierung direkt am Objekt durchgeführt wird, wodurch mögliche Abweichungen zu einem Vergleichskörper vermieden werden können. Dadurch können Fehler verringert werden, wodurch die Genauigkeit der Ultraschallprüfung, die auf der erfindungsgemäßen Justierung und/oder Kalibrierung basiert, verbessert wird.Another advantage of the present invention is that the adjustment and / or calibration is carried out directly on the object, as a result of which possible deviations from a reference body can be avoided. Errors can thereby be reduced, as a result of which the accuracy of the ultrasonic test, which is based on the adjustment and / or calibration according to the invention, is improved.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Justierung und/oder Kalibrierung einer Ultraschallprüfung eines Objektes, umfasst wenigstens N ≥ 2 Ultraschallsender zum Einschallen von Ultraschall in das Objekt, und/oder wenigstens N ≥ 2 Ultraschallempfänger zum Erfassen wenigstens eines Teils des eingeschallten Ultraschalls, und wenigstens eine Auswerteeinheit zum Auswerten des erfassten Ultraschalls. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass für mehrere paarweise Kombinationen der Ultraschallsender und Ultraschallempfänger jeweils ein Zeitsignal des eingeschalten Ultraschalls erfassbar ist, wobei mittels der Auswerteeinheit basierend auf den mehreren erfassten Zeitsignalen eine Schallgeschwindigkeit wenigstens einer Wellenmode des eingeschallten Ultraschalls formechofrei ermittelbar ist.The device according to the invention for adjusting and / or calibrating an ultrasonic test of an object comprises at least N ≥ 2 ultrasound transmitters for irradiating ultrasound into the object, and / or at least N ≥ 2 ultrasonic receivers for detecting at least part of the irradiated ultrasound, and at least one evaluation unit for Evaluation of the recorded ultrasound. The device according to the invention is characterized in that a time signal of the switched-on ultrasound can be recorded for several paired combinations of the ultrasound transmitters and ultrasound receivers, with the evaluation unit being able to determine a speed of sound of at least one wave mode of the insonified ultrasound free of form echo based on the several recorded time signals.
Es ergeben sich zum erfindungsgemäßen Verfahren gleichartige und gleichwertige Vorteile und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.Similar and equivalent advantages and configurations of the device according to the invention result from the method according to the invention.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Schallgeschwindigkeit für eine Oberflächenwelle, insbesondere eine Rayleigh-Welle oder eine Kriechwelle oder eine Lamb-Welle ermittelt.According to an advantageous embodiment of the invention, the speed of sound is determined for a surface wave, in particular a Rayleigh wave or a creeping wave or a Lamb wave.
Bei der Ultraschallanregung bilden sich mehrere verschiedene Wellenmoden aus. Typischerweise sind dies Rayleigh-Wellen und Kriechwellen. Diese weisen verschiedene Schallgeschwindigkeiten (Ausbreitungsgeschwindigkeiten) auf. Vorteilhafterweise werden die Schallgeschwindigkeiten dieser verschiedenen Wellenmoden ermittelt. Dadurch wird vorteilhafterweise eine gleichzeitige Bestimmung der Schallgeschwindigkeiten (Ausbreitungsgeschwindigkeiten) der Longitudinal-Wellenmoden, Scherwellenmoden und Rayleigh-Wellenmoden ermöglicht.With the ultrasonic excitation several different wave modes develop. Typically these are Rayleigh waves and creeping waves. These have different speeds of sound (propagation speeds). The speeds of sound of these different wave modes are advantageously determined. This advantageously enables simultaneous determination of the speeds of sound (propagation speeds) of the longitudinal wave modes, shear wave modes and Rayleigh wave modes.
Hierbei können die genannten Wellen beziehungsweise Wellenmoden bevorzugt einen Nebeneffekt („Dreckeffekt“) bei Verwendung beziehungsweise Anregung mit einem Senkrechtprüfkopf, insbesondere mit einem Einzelschwinger und/oder einem Phased-Array, darstellen.Here, the waves or wave modes mentioned can preferably represent a side effect (“dirty effect”) when used or excited with a vertical test head, in particular with a single oscillator and / or a phased array.
Ist die Oberfläche des Objektes wenigstens teilweise gekrümmt, das heißt das Objekt nicht planar, so können weiterhin Dispersionseffekte von Rayleigh-Wellen berücksichtigt werden.If the surface of the object is at least partially curved, that is to say the object is not planar, then dispersion effects of Rayleigh waves can also be taken into account.
Lamb-Wellen werden insbesondere bei beschichtete und/oder plattenförmigen Objekten angeregt.Lamb waves are particularly excited in the case of coated and / or plate-shaped objects.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird mittels der ermittelten Schallgeschwindigkeit wenigstens ein Materialparameter des Objektes berechnet.In an advantageous development of the invention, at least one material parameter of the object is calculated using the determined speed of sound.
Die angeregten Wellenmoden, beispielsweise Rayleigh-Wellen und/oder Kriechwellen und/oder Lamb-Wellen, weisen eine verschiedene Schallgeschwindigkeit, das heißt Ausbreitungsgeschwindigkeit auf, die von wenigstens einem Materialparameter des Objektes abhängig ist. Durch die Ermittlung der Schallgeschwindigkeit wenigstens einer Wellenmode, bevorzugt von zwei Wellenmoden, bevorzugt von einer Kriech-Wellenmode und einer Rayleigh-Wellenmode, kann der Materialparameter vorteilhaft berechnet werden.The excited wave modes, for example Rayleigh waves and / or creeping waves and / or Lamb waves, have a different speed of sound, that is to say the speed of propagation, which is dependent on at least one material parameter of the object. By determining the speed of sound of at least one wave mode, preferably two wave modes, preferably a creep wave mode and a Rayleigh wave mode, the material parameter can advantageously be calculated.
Bezeichnet beispielsweise cS die Schallgeschwindigkeit einer Scher-Wellenmode, cR die Schallgeschwindigkeit einer Rayleigh-Wellenmode und v die Querkontraktionszahl des Objektes, so gilt näherungsweise der Zusammenhang cR ≈ cS(0.87 + 1.12· ν)/(1 +ν). Mit anderen Worten ist cR/cS = f(ν), sodass aus dem Verhältnis der ermittelten Schallgeschwindigkeiten cR und cS der Materialparameter, in diesem Beispiel die Querkontraktionszahl v, berechnet werden kann. Typischerweise sind die Schallgeschwindigkeiten cR, cS und die Longitudinalwellengeschwindigkeit cL (Schallgeschwindigkeit einer Longitduinalwelle) voneinander abhängig, in dem Sinne, dass eine Funktion mit F(cR, cS, cL) = 0, existiert. Hieraus können ein oder mehrere Materialparameter berechnet werden.For example, if c S is the speed of sound in a shear wave mode, c R is the speed of sound in a Rayleigh wave mode and v is the transverse contraction number of the object, then the approximate relationship c R ≈ c S (0.87 + 1.12 ν) / (1 + ν) applies. In other words, c R / c S = f (ν), so that the material parameter, in this example the Poisson's ratio v, can be calculated from the ratio of the determined sound velocities c R and c S. Typically the speeds of sound c R , c S and the longitudinal wave speed c L (speed of sound of a Longitduinal wave) are interdependent, in the sense that a function with F (c R , c S , c L ) = 0 exists. One or more material parameters can be calculated from this.
Vorteilhafterweise können somit durch die Ermittlung mehrere Schallgeschwindigkeiten, die zu verschiedenen Wellenmoden des Ultraschalls zugehörig sind, verschiedene Materialparameter des Objektes, insbesondere sein Elastizitätsmodul, seine Querkontraktionszahl, sein Schubmodul und/oder seine Massendichte berechnet und ermittelt werden. Diese können weiterhin ortsabhängig bezüglich des Objektes sein.Advantageously, by determining several sound velocities associated with different wave modes of the ultrasound, different material parameters of the object, in particular its modulus of elasticity, its Poisson's ratio, its modulus of shear and / or its mass density can be calculated and determined. These can also be location-dependent with regard to the object.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der wenigstens eine Materialparameter durch ein mathematisches Modell, welches eine Abhängigkeit der ermittelten Schallgeschwindigkeit vom wenigstens einen Materialparameter bestimmt, berechnet.According to an advantageous embodiment of the invention, the at least one material parameter is calculated by a mathematical model which determines a dependence of the determined speed of sound on the at least one material parameter.
Der Materialparameter kann mittels einer Ausgleichsrechnung und/oder einem Optimierungsverfahren und/oder einem Schätzverfahren, beispielsweise einer linearen Regression, basierend auf dem mathematischen Modell berechnet werden.The material parameter can be calculated based on the mathematical model by means of a compensation calculation and / or an optimization method and / or an estimation method, for example a linear regression.
Ein mathematisches Modell quantifiziert beispielsweise den Zusammenhang verschiedener Schallgeschwindigkeiten von den Materialparametern.A mathematical model, for example, quantifies the relationship between different speeds of sound and the material parameters.
Beispielsweise gilt für Kriechwellen beziehungsweise Longitudinalwellen der Zusammenhang beziehungsweise das mathematische Modell
Weiterhin gilt für die Scherwellengeschwindigkeit das mathematische Modell
Mit anderen Worten wird vorteilhafterweise als Materialparameter die Querkontraktionszahl, die Massendichte, das Elastizitätsmodul, das Schubmodul oder das Kompressionsmodul des Objektes gemäß dem mathematischen Modell berechnet.In other words, the Poisson's ratio, the mass density, the modulus of elasticity, the shear modulus or the compression modulus of the object are advantageously calculated as material parameters according to the mathematical model.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden wenigstens zwei Schallgeschwindigkeiten von zwei verschiedenen Wellenmoden, insbesondere von einer Rayleigh-Welle und einer Kriechwelle, ermittelt, und es wird der wenigstens eine Materialparameter des Objektes mittels der zwei Schallgeschwindigkeiten berechnet.In an advantageous development of the invention, at least two sound speeds of two different wave modes, in particular a Rayleigh wave and a creeping wave, are determined, and the at least one material parameter of the object is calculated using the two sound speeds.
Bevorzugt ist ein Berechnen von mehreren Materialparamatern vorgesehen.A calculation of several material parameters is preferably provided.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird basierend auf den ermittelten Materialparametern eine Verwechslungsprüfung bezüglich des Objektes durchgeführt.According to an advantageous embodiment of the invention, based on the determined material parameters, a mix-up check with regard to the object is carried out.
Mit anderen Worten wird automatisch in Abhängigkeit der berechneten Materialparameter geprüft, ob der Ultraschallprüfung das vorgesehene zu prüfende Objekt zugrunde liegt. Dies erfolgt bevorzugt automatisiert vor der Ultraschallprüfung. Dadurch kann vorteilhafterweise die Wahrscheinlichkeit einer Verwechslung verschiedener Objekte verringert werden.In other words, depending on the calculated material parameters, it is automatically checked whether the ultrasonic test is based on the intended object to be tested. This is preferably done automatically before the ultrasonic test. This can advantageously reduce the likelihood of confusing different objects.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird eine auf der Justierung und/oder Kalibrierung basierende Ultraschallprüfung durchgeführt.In an advantageous development of the invention, an ultrasonic test based on the adjustment and / or calibration is carried out.
Mit anderen Worten erfolgt die Justierung und/oder Kalibrierung gemäß der vorliegenden Erfindung und/oder einer ihrer Ausgestaltungen bevorzugt vor der Ultraschallprüfung des Objektes. Besonders bevorzugt erfolgt diese automatisiert zu Beginn der Ultraschallprüfung. Mit anderen Worten umfasst eine erfindungsgemäße Ultraschallprüfung eine Justierung und/oder Kalibrierung gemäß der vorliegenden Erfindung und/oder einer ihrer Ausgestaltungen. Dadurch wird vorteilhafterweise die Justierung und/oder Kalibrierung integraler Bestandteil der Ultraschallprüfung.In other words, the adjustment and / or calibration according to the present invention and / or one of its configurations preferably takes place before the ultrasonic test of the object. This is particularly preferably done in an automated manner at the beginning of the ultrasonic test. In other words, an ultrasonic test according to the invention comprises an adjustment and / or calibration according to the present invention and / or one of its configurations. This advantageously makes the adjustment and / or calibration an integral part of the ultrasonic test.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Schallgeschwindigkeit beziehungsweise werden die Schallgeschwindigkeiten aus Zeitsignalen der Wellenmode von der jeweiligen Position des Ultraschallsenders zur jeweiligen Position des Ultraschallempfängers ermittelt.According to an advantageous embodiment of the invention, the speed of sound or the speeds of sound are determined from time signals of the wave mode from the respective position of the ultrasonic transmitter to the respective position of the ultrasonic receiver.
Dadurch wird vorteilhafterweise die Justierung und/oder Kalibrierung verbessert.This advantageously improves the adjustment and / or calibration.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Schallgeschwindigkeit beziehungsweise werden die Schallgeschwindigkeiten mittels eines geodätischen Abstandes zwischen der jeweiligen Position des Ultraschallsenders und der jeweiligen Position des Ultraschallempfängers ermittelt.In an advantageous further development of the invention, the speed of sound or the speeds of sound are determined by means of a geodetic distance between the respective position of the ultrasonic transmitter and the respective position of the ultrasonic receiver.
Hierzu kann der geometrische Schwerpunkt/Flächenschwerpunkt des Ultraschallsenders und/oder Ultraschallempfängers verwendet werden. Die Oberfläche des Objektes kann wenigstens in einem Teilbereich gekrümmt sein. Hierbei ist es von Vorteil nicht den euklidischen Abstand zwischen den genannten Elementen (Ultraschallsender und Ultraschallempfänger) zu verwenden, sondern den geodätischen Abstand zwischen den Elementen entlang der Oberfläche. Der geodätische Abstand kann mittels der riemannschen Metrik der Oberfläche im Rahmen der riemannschen Geometrie ermittelt werden.The geometric center of gravity / center of area of the ultrasonic transmitter and / or ultrasonic receiver can be used for this purpose. The surface of the object can be curved at least in a partial area. It is advantageous here not to use the Euclidean distance between the elements mentioned (ultrasonic transmitter and ultrasonic receiver), but rather the geodetic distance between the elements along the surface. The geodetic distance can be determined using the Riemannian metric of the surface within the framework of the Riemannian geometry.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Schallgeschwindigkeit beziehungsweise werden die Schallgeschwindigkeiten mittels einer Simulation der Ausbreitung des eingeschallten Ultraschalls ermittelt.According to an advantageous embodiment of the invention, the speed of sound or the speeds of sound are determined by means of a simulation of the propagation of the insonified ultrasound.
Dies kann durch einen Vergleich mit der Simulation erfolgen. Mit anderen Worten wird die Ausbreitung des Ultraschalls, inklusive der Anregung von mehreren Wellenmoden, simuliert. Es ist somit vorteilhaft, wenn die Simulation dazu ausgebildet ist, die verschiedenen Wellenmoden, die sich bei der Anregung ausbilden, insbesondere Rayleigh-Wellen, Kriechwellen und/oder Lamb-Wellen, zu berücksichtigen. Mit anderen Worten umfasst die Simulation die Anregung mehrerer Ultraschallmoden (Wellenmoden).This can be done through a comparison with the simulation. In other words, the propagation of the ultrasound, including the excitation of several wave modes, is simulated. It is therefore advantageous if the simulation is designed to take into account the various wave modes that develop during the excitation, in particular Rayleigh waves, creeping waves and / or Lamb waves. In other words, the simulation includes the excitation of several ultrasonic modes (wave modes).
Bevorzugt weist die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einen Sende-Empfangs-Prüfkopf auf, wobei der Sende-Empfangs-Prüfkopf den Ultraschallsender und den Ultraschallempfänger umfasst.The device according to the present invention preferably has a transmit / receive test head, the transmit / receive test head comprising the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver.
Dadurch wird vorteilhafterweise eine räumlich kompakte Prüfung des Objektes ermöglicht.This advantageously enables a spatially compact examination of the object.
Bevorzugt umfasst die Vorrichtung einen als Transducer ausgebildeten Prüfkopf.The device preferably comprises a test head designed as a transducer.
Dadurch ist der Prüfkopf vorteilhafterweise als Ultraschallsender und als Ultraschallempfänger ausgebildet. Insbesondere ist der Prüfkopf hierbei als Piezo-Prüfkopf ausgebildet.As a result, the test head is advantageously designed as an ultrasonic transmitter and as an ultrasonic receiver. In particular, the test head is designed as a piezo test head.
Besonders bevorzugt ist der Ultraschallsender oder der Sende-Empfangs-Prüfkopf als Phased-Array-Prüfkopf und/oder als Laser-Ultraschall-Anregungseinheit ausgebildet.The ultrasonic transmitter or the transmit / receive test head is particularly preferably designed as a phased array test head and / or as a laser-ultrasound excitation unit.
Dadurch wird vorteilhafterweise eine Prüfung von geometrischen komplexen Objekten ermöglicht.This advantageously enables geometrical complex objects to be checked.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die ermittelte Schallgeschwindigkeit beziehungsweise werden die ermittelten Schallgeschwindigkeiten durch Auswertung mehrerer Zeitsignale unter Verwendung einer Ausgleichsrechnung und/oder einem Optimierungsverfahren und/oder einem Schätzverfahren ermittelt.In an advantageous development of the invention, the determined speed of sound or the determined speeds of sound are determined by evaluating a plurality of time signals using a compensation calculation and / or an optimization method and / or an estimation method.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Vorlaufzeit eines für die Ultraschallprüfung vorgesehenen Prüfkopfes ermittelt.According to an advantageous embodiment of the invention, the lead time of a test head provided for the ultrasonic test is determined.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird aus wenigstens zwei Schallgeschwindigkeiten, insbesondere aus der Schallgeschwindigkeit einer Kriechwelle und der Schallgeschwindigkeit einer Rayleigh-Welle eine dritte Schallgeschwindigkeit, insbesondere einer Transversalwelle, bestimmt und für die Justierung und/oder Kalibrierung verwendet.In an advantageous embodiment of the invention, a third sound speed, in particular a transverse wave, is determined from at least two sound speeds, in particular from the sound speed of a creeping wave and the sound speed of a Rayleigh wave, and is used for the adjustment and / or calibration.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigt die einzige Figur schematisiert ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.Further advantages, features and details of the invention emerge from the exemplary embodiments described below and with reference to the drawing. The single FIGURE shows a schematic flow diagram of a method according to an embodiment of the present invention.
In einem ersten Schritt
In einem zweiten Schritt
Die Ultraschallsender und Ultraschallempfänger können hierbei bevorzugt für eine Ultraschallprüfung des Objektes verwendet werden oder vorgesehen sein.The ultrasonic transmitters and ultrasonic receivers can preferably be used or provided for ultrasonic testing of the object.
Weiterhin können der Ultraschallsender und der Ultraschallempfänger an verschiedenen Orten um das Objekt angeordnet sein. Alternativ hierzu kann ein Sende-Empfangs-Prüfkopf den Ultraschallsender und den Ultraschallempfänger umfassen und/oder der Prüfkopf als Ultraschallsender und Ultraschallempfänger ausgebildet sein, sodass der Ultraschallsender und der Ultraschallempfänger im Wesentlichen am gleichen Ort beziehungsweise am gleichen Ort angeordnet sind. Der Ultraschallsender und/oder der Ultraschallempfänger und/oder der Sende-Empfangs-Prüfkopf können bezüglich des Objektes bewegt werden, wobei an jedem Ort eine neue Prüfung durchgeführt wird. Alternativ oder ergänzend hierzu kann sich das Objekt bewegen.Furthermore, the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver can be arranged at different locations around the object. Alternatively, a transmit / receive test head can comprise the ultrasound transmitter and the ultrasound receiver and / or the test head can be designed as an ultrasound transmitter and ultrasound receiver, so that the ultrasound transmitter and the ultrasound receiver are arranged essentially at the same location or at the same location. The ultrasonic transmitter and / or the ultrasonic receiver and / or the transceiver test head can be moved with respect to the object, a new test being carried out at each location. As an alternative or in addition to this, the object can move.
In einer weiteren Ausgestaltung können wenigstens ein Ultraschallsender und wenigstens N ≥ 2 Ultraschallempfänger verwendet werden. Ferner können alternativ wenigstens N ≥ 2 Ultraschallempfänger und wenigstens ein Ultraschallsender verwendet werden. Bevorzugt werden N ≥ 2 Ultraschallsender und N ≥ 2 Ultraschallempfänger verwendet.In a further embodiment, at least one ultrasonic transmitter and at least N ≥ 2 ultrasonic receivers can be used. Furthermore, at least N 2 ultrasonic receivers and at least one ultrasonic transmitter can alternatively be used. N ≥ 2 ultrasonic transmitters and N 2 ultrasonic receivers are preferably used.
In einem dritten Schritt
Bevorzugt werden für N ≥ 2 Ultraschallsender und N ≥ 2 Ultraschallempfänger N2 Zeitsignale erfasst, das heißt für jede paarweise Kombination ein Zeitsignal.For N 2 ultrasonic transmitters and N 2 ultrasonic receivers, N 2 time signals are preferably recorded, that is to say a time signal for each paired combination.
In einem vierten Schritt
Durch die Ermittlung der Schallgeschwindigkeit kann vorteilhafterweise eine verbesserte Justierung und/oder Kalibrierung für eine Ultraschallprüfung des Objektes bereitgestellt werden. Insbesondere wird die Justierung und/oder Kalibrierung integraler Bestandteil der Ultraschallprüfung zumal hierfür dieselben Ultraschallsender und Ultraschallempfänger verwendbar sind beziehungsweise verwendet werden und/oder die Justierung direkt am Prüfobjekt erfolgt, ohne dass hierfür ein Formecho erforderlich ist.By determining the speed of sound, an improved adjustment and / or calibration can advantageously be provided for an ultrasonic test of the object. In particular, the adjustment and / or calibration becomes an integral part of the ultrasonic test, especially since the same ultrasonic transmitters and ultrasonic receivers can or are used for this purpose and / or the adjustment takes place directly on the test object without a form echo being required for this.
Das nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiel erläutert eine Bestimmung der Schallgeschwindigkeit einer Kriechwelle und einer Rayleigh-Welle gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.The embodiment described below explains a determination of the speed of sound of a creeping wave and a Rayleigh wave according to an embodiment of the present invention.
Die Kalibrierung vor einer Ultraschallmessung beziehungsweise Ultraschallprüfung ist grundsätzlich erforderlich, um Positionen von Defekten im Bauteil korrekt zu bestimmen. Hierfür ist typischerweise neben der Schallgeschwindigkeit des Materials auch die Vorlaufzeit eines für die Ultraschallprüfung verwendeten Prüfkopfes erforderlich. Diese entspricht typischerweise der doppelten Zeit zwischen einem elektrischen Sendeimpuls und einem Eintritt des Ultraschalls in das Objekt. Mit anderen Worten wird auf die Oberfläche (Tiefe = 0 mm) kalibriert, wenn die Vorlaufzeit zuvor experimentell bestimmt und bei der Ultraschallprüfung berücksichtigt wird.The calibration before an ultrasonic measurement or ultrasonic test is fundamentally necessary in order to correctly determine the positions of defects in the component. In addition to the speed of sound of the material, this typically also requires the lead time of a probe used for the ultrasonic test. This typically corresponds to twice the time between an electrical transmission pulse and the entry of the ultrasound into the object. In other words, the surface (depth = 0 mm) is calibrated if the lead time is previously determined experimentally and taken into account in the ultrasonic test.
Beispielsweise wird ein linearer Phased-Array-Prüfkopf mit fünf Elementen mit äquidistanten Abständen verwendet. Wird Element
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt oder andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.Although the invention has been illustrated and described in more detail by the preferred exemplary embodiments, the invention is not restricted by the disclosed examples or other variations can be derived from them by the person skilled in the art without departing from the scope of protection of the invention.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- S1S1
- erster Schrittfirst step
- S2S2
- zweiter Schrittsecond step
- S3S3
- dritter SchrittThird step
- S4S4
- vierter Schrittfourth step
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102019205584.2A DE102019205584A1 (en) | 2019-04-17 | 2019-04-17 | Method and device for adjusting and / or calibrating an ultrasonic test |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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Family
ID=72660099
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE102019205584.2A Withdrawn DE102019205584A1 (en) | 2019-04-17 | 2019-04-17 | Method and device for adjusting and / or calibrating an ultrasonic test |
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-
2019
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