DE102004026995B4 - Vorrichtung zur akustischen Untersuchung eines Messobjektes - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zur akustischen Untersuchung eines Messobjektes (4), die mit einer Ultraschallwandler (SW1a, SW1b, SW2) umfassenden Sende-/Empfangseinheit (S/E) versehen ist, wobei
– die Sende-/Empfangseinheit (S/E) relativ zum Messobjekt (4) zu bewegen ist,
– jeweils aufeinander folgend von mindestens einem Ultraschallwandler (SW1a, SW1b) ein erster Ultraschallpuls (p1) in einen Messobjektbereich und von mindestens einem weiteren Ultraschallwandler (SW2) ein zweiter Ultraschallpuls (p2) in einen benachbarten weiteren Messobjektbereich entlang der Messobjektoberfläche (5) in das Messobjekt (4) aussendbar sind,
– die aufeinander folgenden Ultraschallpulse (p1, p2) unterschiedliche Grundfrequenzen (f1, f2) aufweisen, die jeweils einem eigenen Frequenzband (ΔfB1, ΔfB2) zugeordnet sind,
– jeder Ultraschallwandler (SW1a, SW1b, SW2) bei der ihm jeweils zugeordneten Grundfrequenz (f1, f2). die größte Nachweisempfindlichkeit aufweist,
und
– objektbedingte Reflexionen des ersten Ultraschallpulses (p1) gleichzeitig mit objektbedingten Reflexionen des zweiten Ultraschallpulses (p2) mit der Sende-/Empfangseinheit (S/E) nachweisbar und den entsprechenden Ultraschallpulsen (p1, p2) zuordenbar sind.

Description

  • Vorrichtung zur akustischen Untersuchung eines Messobjektes Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur akustischen Untersuchung eines Messobjektes, die mit einer Sende-/Empfangseinheit für Ultraschallstrahlung versehen ist, wobei Ultraschallpulse in das Messobjekt aussendbar und objektbedingte Reflexionen der Ultraschallpulse nachweisbar sind.
  • Für die Untersuchung von Materialeigenschaften großflächiger Objekte, wie beispielsweise Eisenbahnschienen, insbesondere für das Feststellen von Fehlstellen haben sich Ultraschallmessmethoden als vorteilhaft und zuverlässig erwiesen. Dazu wird Ultraschall von einem Schallwandler in das zu untersuchende Objekt gesendet, dort reflektiert und von demselben oder einem weiteren Schallwandler zur weiteren Auswertung erfasst.
  • Mit der US 4 174 636 ist eine Vorrichtungen zur Fehlerdetektion an Eisenbahnschienen offenbart. Bei dieser Offenbarung handelt es sich um eine Ultraschallmessvorrichtung, die für eine Untersuchung entlang einer Schiene über diese geführt werden muss. Dabei sind in Richtung des Messobjektes ausgerichtete Ultraschallwandler angeordnet, mit denen Ultraschallpulse ausgesandt und nach Reflexion empfangen werden können. Anhand der Laufzeit und der Amplitude der Ultraschallpulse können so Lage und Größe von Fehlstellen im Messobjekt bestimmt werden.
  • Zur Untersuchung eines Messobjektbereiches, der durch den Öffnungswinkel der abgestrahlten Ultraschallstrahlung gegeben ist, ist lediglich ein einziger Ultraschallpuls nötig, dessen im Messobjekt reflektierter Anteil Informationen über den Materialzustand liefert. Die Dauer einer solchen Einzelmessung setzt sich insbesondere zusammen aus der Laufzeit des Ultraschallpulses vom Sender bis zur Rückwand des zu untersuchen den Objektes und zurück zum Empfänger, zuzüglich der Abklingzeit von Echos, hervorgerufen durch Mehrfachreflexionen an Grenzflächen und Fehlstellen. Bei der Untersuchung großflächiger Objekte müssen entsprechend mehrere Einzelmessungen flächendeckend durchgeführt werden. Die Geschwindigkeit, mit der ein solches großflächiges Objekt untersucht werden kann, ist durch die voranstehend genannte Einzelmessdauer beschränkt. Denn erst nach Abklingen der Echos des unmittelbar zuvor ausgesandten Ultraschallpulses kann ein nächster Ultraschallpuls ausgesandt werden, um die empfangenen Signale eindeutig interpretieren zu können. Wird der nächste Ultraschallpuls noch in der Abklingphase des vorangehenden Ultraschallpulses ausgesandt, so geht dies auf Kosten der Nachweiswahrscheinlichkeit. Die maximale Geschwindigkeit, mit der das gesamte Messobjekt untersucht werden kann, ergibt sich dabei im Allgemeinen aus dem Quotienten aus der Abmessung des Messbereiches und der Messdauer einer Einzelmessung.
  • In der DE 24 50 402 A1 ist ein Ultraschall-Prüfsystem angegeben, mit welchem mittels Ultraschallstrahlung mit zwei unterschiedlichen Frequenzen zwei verschiedene Tiefenzonen eines Werkstücks untersucht werden können. Mit diesem Ultraschall-Prüfsystem ist es möglich, in einer einzigen Abtastung des Werkstücks kleine Fehler an oder nahe der Ankoppelfläche ebenso wie Fehler in größeren Tiefen innerhalb des Werkstücks zu detektieren. Der Prüfkopf ist hierzu für eine Messung ortsfest am Messobjekt positioniert, so dass folglich die ausgesendeten Ultraschallenergieimpulse unterschiedlicher Frequenz durch ein und denselben Oberflächenbereich des Werkstücks in dieses eindringen.
  • In der DE 30 08 553 A1 ist ein Schallkopf für Untersuchungen mit Ultraschall nach dem Impuls-Echo-Verfahren in wenigstens zwei Frequenzbändern angegeben. Auch hier werden unterschiedliche Frequenzen verwendet, um ein besseres Auflösungsvermögen bei höheren Untersuchungsfrequenzen und ein höheres Ein dringvermögen in Objekte bei niedrigeren Untersuchungsfrequenzen zu erreichen.
    •
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die gegenüber dem Stand der Technik eine höhere Untersuchungsgeschwindigkeit bei gleicher örtlicher Auflösung und eine damit einhergehende Zeit- und Kostenersparnis ermöglichen kann.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich um eine Vorrichtung zur akustischen Untersuchung eines Messobjektes, die mit einer Ultraschallwandler umfassenden Sende-/Empfangseinheit versehen ist, wobei
    • – die Sende-/Empfangseinheit relativ zum Messobjekt zu bewegen ist,
    • – jeweils aufeinander folgend von mindestens einem Ultraschallwandler ein erster Ultraschallpuls in einen Messobjektbereich und von mindestens einem weiteren Ultraschallwandler ein zweiter Ultraschallpuls in einen benachbarten weiteren Messobjektbereich entlang der Messobjektoberfläche in das Messobjekt aussendbar sind,
    • – die aufeinander folgenden Ultraschallpulse unterschiedliche Grundfrequenzen aufweisen, die jeweils einem eigenen Frequenzband zugeordneten sind,
    • – jeder Ultraschallwandler bei der ihm jeweils zugeordneten Grundfrequenz die größte Nachweisempfindlichkeit aufweist, und
    • – objektbedingte Reflexionen des ersten Ultraschallpulses gleichzeitig mit objektbedingten Reflexionen des zweiten Ultraschallpulses mit der Sende-/Empfangseinheit nachweisbar und den entsprechenden Ultraschallpulsen zuordenbar sind.
  • Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass Schallwandler, die derart ausgestaltet sind, dass sie Ultraschallpulse mit Frequenzen eines bestimmten Frequenzbandes aussenden können, in erster Linie nur Ultraschallpulse empfangen können deren Frequenzen in diesem bestimmten Frequenzband liegen. Dies ermöglicht bei einem Aussenden beispielsweise zweier Ultraschallpulse unterschiedlicher Grundfrequenz in ein Messobjekt eine Zuordnung der aus dem Messobjekt empfangenen Reflexionen, selbst wenn diese nahezu zeitgleich von der Sende-/Empfangseinheit registriert werden. So kann insbesondere ein reflektierter Ultraschallpuls ausgewertet werden, während gleichzeitig noch Echos des unmittelbar vorher mit unterschiedlicher Grundfrequenz ausgesandten Ultraschallpulses von der Sende-/Empfangseinheit nachgewiesen werden. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Messvorrichtungen muss hingegen mit dem zweiten Ultraschallpuls gewartet werden, bis die Echos des ersten Ultraschallpulses auf ein vernachlässigbares Niveau gefallen sind. Die Untersuchung eines insbesondere ausgedehnten Messobjektes dauert damit um ein vielfaches länger als mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Grundfrequenz eines von einem Schallwandler ausgesandten Ultraschallpulses ist diejenige Frequenz eines Frequenzbandes mit der maximalen Intensität. Sie ist damit gleichzeitig auch diejenige Frequenz eines Frequenzbandes, mit der größten Nachweisempfindlichkeit im jeweiligen Schallwandler.
  • Durch eine geeignete Anordnung der einzelnen Schallwandler kann, abhängig von den Abmessungen des zu untersuchenden Messobjektes, ein größerer Messbereich pro Zeiteinheit erfasst werden.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann auf herkömmliche Schallwandler zurückgegriffen werden, die sich durch hohe Betriebssicherheit und Einfachheit auszeichnen.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung gemäß der Erfindung ergeben sich aus den von Patentanspruch 1 abhängigen Ansprüchen.
  • Es ist insbesondere vorteilhaft, dass die Sende-/Empfangseinheit mindestens einen Schallwandler mit mindestens zwei zugeordneten Grundfrequenzen enthält. Mit einer solchen Ausführungsform lassen sich besonders kompakte Sende-/Empfangseinheiten realisieren.
  • Dabei ist vorteilhaft, dass mindestens ein erster Schallwandler zum Aussenden von Ultraschallpulsen in das Messobjekt und mindestens ein zweiter Schallwandler zum Empfangen von objektbedingten Reflexionen der Ultraschallpulse aus dem Messobjekt vorgesehen sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann so im sogenannten „pitch-catch"-Modus betrieben werden. Dies hat den Vorteil, dass in diesem Modus das Oberflächenecho abgeschwächt wird und somit eine bessere Detektion von oberflächennahen Fehlern erreicht wird. Auch können bei dieser Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung spezielle Schallwandler benutzt werden, die nur zum Senden bzw. nur zum Empfangen ausgelegt sind. Solche Schallwandler arbeiten meist präziser und sind kompakter ausgebildet als kombinierte Schallwandler.
  • Ebenso ist eine Variante möglich, bei der mindestens ein Schallwandler sowohl zum Aussenden von Ultraschallpulsen in das Messobjekt als auch zum Empfangen von objektbedingten Reflexionen der Ultraschallpulse aus dem Messobjekt vorgesehen ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann so im so genannten „pulse-echo"-Modus betrieben werden. Damit können die Ultraschallpulse unterschiedlicher Grundfrequenz auch senkrecht in das Messobjekt eingestrahlt werden, wo sie reflektiert werden und auf demselben weg zurück zum Schallwandler gelangen. weiter ist es möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung mit mehreren solchen kombinierten Schallwandlern sowohl im „pulse- echo"-Modus als auch im „pitch-catch"-Modus gleichzeitig zu betreiben.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung findet insbesondere Verwendung bei der Materialzustandsbestimmung von Eisenbahnschienen. Hier ist es besonders von Vorteil eine Messvorrichtung zur Verfügung zu haben, deren Messgeschwindigkeit gegenüber dem Stand der Technik um ein vielfaches höher liegen kann. Da sich der zu untersuchenden Eisenbahnschienenabschnitt in der Regel über viele Kilometer erstreckt, beeinflusst ein Erhöhnung der Messgeschwindigkeit deutlich die Gesamtmesszeit. Dies ist wiederum mit einer erheblichen Kostenersparnis verbunden.
  • Bevorzugte, jedoch keinesfalls einschränkende Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert. Zur Verdeutlichung ist die Zeichnung nicht maßstäblich ausgeführt, und gewisse Merkmale sind nur schematisiert dargestellt. Im Einzelnen zeigt die
  • 1 zwei Frequenzspektren mit unterschiedlichen Grundfrequenzen,
  • 2a) schematisch dargestellt eine Untersuchung eines Messobjektes mit einer Fehlstelle mittels einer Sende-/Empfangseinheit mit zwei Schallwandlern gleicher Grundfrequenz und
  • 2b) schematisch dargestellt den zeitlichen Ablauf der in a) schematisch dargestellten Untersuchung,
  • 3a) schematisch dargestellt eine Untersuchung eines Messobjektes mit einer Fehlstelle mittels einer Sende-/Empfangseinheit mit zwei Schallwandlern unterschiedlicher Grundfrequenz und
  • 3b) schematisch dargestellt den zeitlichen Ablauf der in a) schematisch dargestellten Untersuchung,
  • 4a) eine lineare Anordnung von Schallwandlern senkrecht zur Bewegungsrichtung ausgerichtet und
  • 4b) eine lineare Anordnung von Schallwandlern parallel zur Bewegungsrichtung ausgerichtet.
  • Einander entsprechende Teile sind in den 1 bis 4 mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • In 1 sind in einem Diagramm (Intensität I über Frequenz f) als Beispiel zwei Frequenzspektren I1 und I2 mit zwei unterschiedlichen Grundfrequenzen f1 und f2 abgebildet. Auch mehr als zwei Spektren mit unterschiedlichen Grundfrequenzen sind denkbar. Die beiden den Frequenzspektren I1 und I2 entsprechenden Kurven stellen hier jeweils eine Intensitätsverteilung der Frequenzen innerhalb eines entsprechenden Frequenzbandes ΔfB1 und ΔfB2 dar. Die jeweilige Grundfrequenz f1 bzw. f2 ist dabei diejenige Frequenz, die das Maximum der jeweiligen Kurve darstellt. Die Intensitätsverteilungen I1 und I2 können sowohl den von der Sende-/Empfangseinheit S/E ausgesandten Ultraschallpulsen zugeordnet werden als auch als Nachweisempfindlichkeiten der Sende-/Empfangseinheit S/E für die Ultraschallpulse verstanden werden. Erfindungsgemäß werden die Frequenzbänder ΔfB1 und ΔfB2 insbesondere schmalbandig gewählt, und zwar relativ zueinander derart angeordnet, dass sie sich nicht oder möglichst wenig überlappen. Insbesondere sollte dabei für das Verhältnis der beiden Intensitätsverteilungen bezüglich der jeweiligen Grundfrequenz
    Figure 00070001
    gelten.
  • Zwei benachbarte Grundfrequenzen f1 und f2 können auch näher beieinander liegen. Je kleiner der Abstand zwischen den Fre quenzen f1 und f2 ist, desto mehr überlappen sich jedoch die entsprechenden beiden Verteilungen I1 und I2 der Intensität bzw. der Nachweisempfindlichkeit, so dass Signale von Fehlstellen, je kleiner sie sind, schwieriger von der Sende-/Empfangseinheit S/E nachgewiesen und zugeordnet werden können.
  • In 2a) ist zur Verdeutlichung der im Stand der Technik üblichen Vorgehensweise eine Untersuchung nach der „pulse-echo"-Methode eines Messobjektes 4 mit einer Fehlstelle 7 mittels einer Sende-/Empfangseinheit S/E mit zwei Schallwandlern SW1a und SW1b gleicher Grundfrequenz f1 schematisch dargestellt. Denkbar ist auch nur ein Schallwandler SW1a, der sich zur Messung entsprechend entlang der Messobjektoberfläche 5 weiterbewegt. Als Beispiel und aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nur einige mögliche Schallwege schematisch dargestellt, die ein ausgesandter Ultraschallpuls nehmen kann, bevor er mehrfach reflektiert von der Sende-/Empfangseinheit S/E anteilig nachgewiesen wird. Die in 2a) mit Pfeilen angedeuteten Schallwege des mehrfachreflektierten Ultraschallpulses p1 führen zu entsprechenden unterschiedlichen Laufzeiten der Ultraschallpulsanteile. In 2a) sind bezeichnet
    mit p1 ein vom Schallwandler SW1a bzw. SW1b zum Zeitpunkt t10a bzw. t10b in Richtung des Messobjektes 4 ausgesandter Ultraschallpuls der Frequenz f1,
    mit t11 die Laufzeit eines von der Oberfläche 5 des Messobjektes 4 zurück zur Sende-/Empfangseinheit S/E reflektierten Anteils des ausgesandten Ultraschallpulses p1,
    mit t12, t13 und t14 die Laufzeiten der von der Rückwand 6 des Messobjektes 4 zurück zur Sende-/Empfangseinheit S/E reflektierten Anteile des ausgesandten Ultraschallpulses p1,
    mit p13, und p14, innerhalb des Messobjektes 4 von der Oberfläche 5 in Richtung Rückwand 6 reflektierte Anteile des Ultraschallpulses p1,
    mit t15 die Laufzeit eines direkt von einer Fehlstelle 7 zurück zur Sende-/Empfangseinheit S/E reflektierten Anteils des ausgesandten Ultraschallpulses p1,
    mit p16, innerhalb des Messobjektes 4 von der Fehlstelle 7 in Richtung Rückwand 6 reflektierter Anteil des Ultraschallpulses p1 und
    mit t16 die Laufzeit eines zuvor von der Fehlstelle 7 zur Rückwand 6 reflektierten, in Richtung Sende-/Empfangseinheit S/E wiederum reflektierten Anteils des ausgesandten Ultraschallpulses p1.
  • Mit den beiden Zeitstrahlen t in 2a) ist die zeitliche Abfolge der in den jeweiligen Schallwandlern SW1a und SW1b ankommenden mehrfachreflektierten Ultraschallpulsanteile angedeutet.
  • In 2b) ist der in 2a) angedeutete zeitliche Ablauf schematisch dargestellt. Auf der Ordinate ist die von der Sende-/Empfangseinheit S/E empfangene Signalintensität IS der reflektierten Ultraschallpulsanteile angegeben, während auf der Abszisse die Zeit t aufgetragen ist. Zunächst sendet ein Schallwandler SW1a zum Zeitpunkt t10a einen Ultraschallpuls p1 mit der Grundfrequenz f1 in einen fehlerfreien Bereich des Messobjektes 4 aus. Zeitlich aufeinander folgen die Signale der zugehörigen reflektierten Ultraschallpulsanteile entsprechend der Laufzeiten t11, t12, t13 und t14. Erst nach Abklingen der Signale der mehrfach reflektierten Ultraschallpulsanteile, also nach Ankunft der reflektierten Ultraschallpulsanteile mit den Laufzeiten t13 und t14, kann der zweite Schallwandler SW1b zum Zeitpunkt t10b einen nächsten Ultraschallpuls p1 mit derselben Grundfrequenz f1 in das Messobjekt 4 aussenden. Hier tauchen in der zeitlichen Abfolge zwei weitere, den reflektieren Ultraschallpulsanteilen mit den Laufzeiten t15 und t16 zugeordnete Signalspitzen auf, die auf die in diesem Bereich des Messobjektes 4 vorhandenen Fehlstelle 7 zurückgeführt werden können. Mit Δt1a und Δt1b sind die Messzeiten angegeben, die nach Auswertung die gewünschten Informationen über den Materialzustand des Messobjektes 4 liefern. Das jeweilige Signal, das beim Aussenden des Ultraschallpulses p1 zum Zeitpunkt t10a bzw. t10b in der Sende-/Empfangseinheit hervorgerufen wird und die Signale der mehrfach reflektierten Ultraschallpulsanteile mit den entsprechenden Laufzeiten t13, t14, t15 und t16 werden dabei außer Acht gelassen. Die Zeit, die zwischen zwei nacheinander von den Schallwandlern SW1a und SW1b ausgesandten Ultraschallpulsen p1 vergeht, definiert die effektive Messzeit T11 eines Schallwandlers.
  • 3a) zeigt analog zu 2a) als Beispiel eine Untersuchung nach der „pulse-echo"-Methode eines Messobjektes 4 mit einer Fehlstelle 7 mittels einer Sende-/Empfangseinheit S/E, jedoch erfindungsgemäß mit zwei Schallwandlern SW1a und SW2 unterschiedlicher Grundfrequenzen f1 und f2. Der zweite Schallwandler SW1b aus 2a) wurde dabei durch den Schallwandler SW2 ersetzt. In 3a) sind weiter bezeichnet
    mit p2 ein vom Schallwandler SW2 zum Zeitpunkt t20 in Richtung des Messobjektes 4 ausgesandter Ultraschallpuls der Frequenz f2,
    mit t21 die Laufzeit eines von der Oberfläche 5 des Messobjektes 4 zurück zur Sende-/Empfangseinheit S/E reflektierten Anteils des ausgesandten Ultraschallpulses p2,
    mit t22, t23 und t24 die Laufzeiten der von der Rückwand 6 des Messobjektes 4 zurück zur Sende-/Empfangseinheit S/E reflektierten Anteile des ausgesandten Ultraschallpulses p2,
    mit p23, und p24, innerhalb des Messobjektes 4 von der Oberfläche 5 in Richtung Rückwand 6 reflektierte Anteile des Ultraschallpulses p2,
    mit t25 die Laufzeit eines direkt von einer Fehlstelle 7 zurück zur Sende-/Empfangseinheit S/E reflektierten Anteils des ausgesandten Ultraschallpulses p2,
    mit p26, innerhalb des Messobjektes 4 von der Fehlstelle 7 in Richtung Rückwand 6 reflektierten Anteils des Ultraschallpulses p2 und
    mit t26 die Laufzeit eines zuvor von der Fehlstelle 7 zur Rückwand 6 reflektierten, in Richtung Sende-/Empfangseinheit S/E wiederum reflektierten Anteils des ausgesandten Ultraschallpulses p2.
  • Mit den beiden Zeitstrahlen t in 3a) ist wie in 2a) die zeitliche Abfolge der in den jeweiligen Schallwandlern SW1a und SW2 ankommenden mehrfachreflektierten Ultraschallpulsanteile angedeutet.
  • In 3b) ist der in 3a) angedeutete zeitliche Ablauf schematisch dargestellt. Auf der Ordinate ist die von der Sende-/Empfangseinheit S/E empfangene Signalintensität IS der reflektierten Ultraschallpulsanteile angegeben, während auf der Abszisse die Zeit t aufgetragen ist. Zunächst sendet der Schallwandler SW1a zum Zeitpunkt t10a einen Ultraschallpuls p1 mit der Grundfrequenz f1 in einen fehlerfreien Bereich des Messobjektes 4 aus. Zeitlich aufeinander folgen die Signale der zugehörigen reflektierten Ultraschallpulsanteile entsprechend der Laufzeiten t11, t12, t13 und t14. Noch bevor die mehrfach reflektierten Ultraschallpulsanteile mit den Laufzeiten t13 und t14 zur Sende-/Empfangseinheit S/E gelangen, wird vom zweiten Schallwandler SW2 ein Ultraschallpuls p2 der Frequenz f2 ausgesandt. Entsprechend folgen in zeitlicher Abfolge die Signale der dem Ultraschallpuls p2 zugeordneten, vom Messobjekt 4 reflektierten Ultraschallpulsanteile t21, t22, t23, t24, t25 und t26. Die Messzeiten Δt1a und Δt2 rücken dadurch zeitlich näher zusammen, so dass die effektive Messzeit eines Schallwandlers im erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel mit T21 gegeben ist.
  • Der Vergleich der 2b) mit der 3b) verdeutlicht, dass die effektive Messzeit T21 deutlich kürzer ist als die effektive Messzeit T11. Es ist nahezu eine Halbierung der ef fektive Messzeit T21 gegenüber der effektive Messzeit T11 zu erkennen.
  • Bei längerer Abklingzeit eines Ultraschallpulses p1 bzw. p2 ist darüber hinaus denkbar, weitere Schallwandler mit unterschiedlicher Grundfrequenz zu verwenden. Die Grenze der Erweiterung um zusätzliche Schallwandler unterschiedlicher Frequenzen wird hier allein durch den zur Verfügung stehenden Frequenzbereich beschränkt, der für Ultraschallmessungen in Abhängigkeit vom jeweils zu prüfenden Material sinnvoll ist.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere dafür ausgelegt, für eine Messung relativ zum Messobjekt 4 bewegt zu werden, um dieses insgesamt vermessen zu können. Weiter ist es möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung auch stationär an einem Messobjekt zu verwenden, um beispielsweise dynamische Prozesse, wie Riss- oder Blasenbildung oder auch einen Schmelzprozess in einem Messobjekt zu untersuchen.
  • Bei ausreichender Trennung der auszusendenden unterschiedlichen Frequenzbänder ΔfB1 und ΔfB2 ist es überdies auch denkbar, Pulse unterschiedlicher Grundfrequenz f1 und f2 auch gleichzeitig in das Messobjekt auszusenden. Hierzu wäre von Vorteil, mehrere Ultraschallwandler zu verwenden, die beispielsweise linear angeordnet sind. Zwei Beispiele einer solche Ausführungsform sind in 4a) und 4b) dargestellt. Beide 4a) und 4b) zeigen jeweils eine lineare Anordnung 8 bzw. 9 mit vier Schallwandlern, wobei jeweils zwei Schallwandlern SW1a und SW2 mit der jeweiligen Grundfrequenz f1 bzw. f2 abwechselnd angeordnet sind. Die jeweilige Anordnung 8 bzw. 9 ist zur Untersuchung des Messobjektes 4 in dargestellter Richtung M relativ zum Messobjekt 4 über dessen Oberfläche 5 hinwegzubewegen. Es ist auch denkbar, lineare Anordnungen zu verwenden, deren Längsachse nicht wie bei der Anordnung 8 senkrecht bzw. bei der Anordnung 9 parallel zur Bewegungsrichtung M ausgerichtet sind, sondern in beliebigem Winkel zur Bewegungsrichtung M stehen. Anordnungen mit mehre ren Schallwandlerreihen bzw. mehrere flächig angeordnete Schallwandler sind ebenfalls möglich.
  • Die in der 2a bzw. 3a dargestellten Schallwandler SW1a und SW1b bzw. SW1a und SW2 sind als „Senkrecht"-Prüfköpfe ausgeführt. Die Fläche 10 der einzelnen Schallwandler, durch die Ultraschallpulse ausgesendet werden und durch die deren Reflexionen auch wieder empfangen werden, ist dabei parallel zur Oberfläche 5 des zu untersuchenden Messobjektes 4 angeordnet. Alternativ ist aber auch die Verwendung von „Winkel"-Prüfköpfen als Schallwandler denkbar, bei denen die jeweilige Fläche 10 in einem Winkel zur Oberfläche 5 des zu untersuchenden Messobjektes 4 angeordnet ist. Dazu werden in besonders vorteilhafte Weise die beiden Flächen 10 eines Schallwandlerpaares formschlüssig auf jeweils eine Seitenfläche eines Winkelkeils, der auf der Objektoberfläche aufliegt, derart aufgebracht, dass sich die Oberflächennormalen der Flächen 10 beider Schallwandler insbesondere im zu untersuchenden Messobjekt 4 überschneiden.
    •

Claims (5)

  1. Vorrichtung zur akustischen Untersuchung eines Messobjektes (4), die mit einer Ultraschallwandler (SW1a, SW1b, SW2) umfassenden Sende-/Empfangseinheit (S/E) versehen ist, wobei – die Sende-/Empfangseinheit (S/E) relativ zum Messobjekt (4) zu bewegen ist, – jeweils aufeinander folgend von mindestens einem Ultraschallwandler (SW1a, SW1b) ein erster Ultraschallpuls (p1) in einen Messobjektbereich und von mindestens einem weiteren Ultraschallwandler (SW2) ein zweiter Ultraschallpuls (p2) in einen benachbarten weiteren Messobjektbereich entlang der Messobjektoberfläche (5) in das Messobjekt (4) aussendbar sind, – die aufeinander folgenden Ultraschallpulse (p1, p2) unterschiedliche Grundfrequenzen (f1, f2) aufweisen, die jeweils einem eigenen Frequenzband (ΔfB1, ΔfB2) zugeordnet sind, – jeder Ultraschallwandler (SW1a, SW1b, SW2) bei der ihm jeweils zugeordneten Grundfrequenz (f1, f2). die größte Nachweisempfindlichkeit aufweist, und – objektbedingte Reflexionen des ersten Ultraschallpulses (p1) gleichzeitig mit objektbedingten Reflexionen des zweiten Ultraschallpulses (p2) mit der Sende-/Empfangseinheit (S/E) nachweisbar und den entsprechenden Ultraschallpulsen (p1, p2) zuordenbar sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende-/Empfangseinheit (S/E) mindestens einen Schallwandler (SW1a, SW1b, SW2) mit mindestens zwei zugeordneten Grundfrequenzen (f1, f2) enthält.
  3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, dass mindestens einerster Schallwandler (SW1a, SW1b) zum Aussenden von Ultraschallpulsen (p1, p2) in das Messobjekt (4) und mindestens ein zweiter Schallwandler (SW2) zum Empfangen von objektbedingten Reflexionen der Ultraschallpulse (p1, p2) aus dem Messobjekt (4) vorgesehen sind.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch mindestens einen Schallwandler (SW1a, SW1b, SW2) sowohl zum Aussenden von Ultraschallpulsen (p1, p2) in das Messobjekt (4) als auch zum Empfangen von objektbedingten Reflexionen der Ultraschallpulse (p1, p2) aus dem Messobjekt (4).
  5. Verwendung der Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Materialzustandsbestimmung von Eisenbahnschienen.
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