DE102007016906A1

DE102007016906A1 - Vorrichtung zur akustischen Kopplung eines Schallprüfkopfs mit einem Prüfobjekt

Info

Publication number: DE102007016906A1
Application number: DE200710016906
Authority: DE
Inventors: Manfred Müller; Sebastian Krause; Jürgen STECK; Karsten Riemer
Original assignee: IM2 INGENIEURBUERO MANFRED MUE; Im2 Ingenieurbuero Manfred Mueller GmbH; PROSENSYS GmbH
Current assignee: IM2 INGENIEURBUERO MANFRED MUE; Im2 Ingenieurbuero Manfred Mueller GmbH; PROSENSYS GmbH
Priority date: 2007-04-10
Filing date: 2007-04-10
Publication date: 2008-10-16

Abstract

Vorrichtung zur akustischen Kopplung eines Schallprüfkopfs (1a) mit einem Prüfobjekt (2a) über ein Kopplungsmedium (3a), die für das Kopplungsmedium (3a) ein Behältnis (4a) aufweist, das auf der dem Prüfobjekt (2a) zugewandten Seite zumindest teilweise aus einer vollständig an die Oberfläche des Prüfobjektes (2a) anlegbaren Folie (5a) gebildet ist, die aus dünnem, robusten und elastischen Material, vorzugsweise Teflon oder Polyester, besteht, wobei die Vorrichtung eine Fassung (6a) für den Schal (1a) derart gehalten ist, dass zumindest seine Wandlerseite (7a) in dem Behältnis (4a) angeordnet ist und in das Kopplungsmedium (3a) ragt und das Behältnis (4a) zur Bildung einer undurchlässigen, vorzugsweise gasdichten, Verbindung zwischen ihm und dem Schallprüfkopf (1a) mit Dichtungen (8a) versehen ist und gemeinsam mit dem Schallprüfkopf (1a) ein geschlossenes Gefäß bildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur akustischen Kopplung eines Schallprüfkopfs mit einem Prüfobjekt über ein Kopplungsmedium.
Ein Schallprüfkopf dient bei Ultraschallprüfgeräten, die zur zerstörungsfreien Prüfung von Materialien und zur medizinischen Ultraschalldiagnostik verwendet werden, sowohl als Schallerzeuger als auch als Schallempfänger.
Um eine möglichst reflexionsfreie Einkopplung des Ultraschalls in ein Prüfobjekt sicherzustellen, wird der Schallprüfkopf in aller Regel über ein Kopplungsmedium mit der Oberfläche des Prüfobjekts verbunden. Derzeit wird zur Prüfung von Materialien das Prüfobjekt z. B. in ein Wasserbad gegeben oder Öl auf seine Oberfläche aufgebracht. Zur Ultraschalldiagnostik wird auf den Körper ein Gel aufgetragen. Entsprechend wird der Schallprüfkopf an der zu untersuchenden Stelle mit dem Kopplungsmedium in Kontakt gebracht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die akustische Kopplung von Schallprüfkopf und Prüfobjekt zu vereinfachen.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Vorrichtung für das Kopplungsmedium ein Behältnis aufweist, das auf der dem Prüfobjekt zugewandten Seite zumindest teilweise aus einer vollständig an die Oberfläche des Prüfobjektes anlegbaren Folie gebildet ist.
Zur Ultraschallprüfung wird das mit dem Kopplungsmedium gefüllte Behältnis mit der Folie, die zweckmäßigerweise aus dünnem, robusten und vorzugsweisen elastischem Material, vorzugsweise Teflon oder Polyester, besteht, auf den Prüfkörper aufgesetzt und der Schallprüfkopf in das Medium gehalten. Somit sind der Schallprüfkopf und das Prüfobjekt durch den indirekten Kontakt des Kopplungsmediums mit dem Prüfobjekt über die Folie und den direkten Kontakt des Kopplungsmediums mit dem Schallprüfkopf miteinander akustisch gekoppelt und die Messung kann durchgeführt werden. Messsignale, die durch Schallreflexionen an der Folie verursacht werden, werden bei der Auswertung z. B. mit Hilfe einer Software berücksichtigt.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine akustische Kopplung ermöglicht, die den direkten stofflichen Kontakt des Prüfobjekts mit dem Kopplungsmedium vermeidet. Vorteilhaft muss das Prüfobjekt nach der Prüfung nicht mehr gereinigt bzw. getrocknet werden. Die Vor- und Nachbereitungszeit für die Prüfung wird also erheblich reduziert. Außerdem können nunmehr auch Prüfobjekte untersucht werden, die von dem Kopplungsmedium z. B. lösend, zersetzend oder korrosiv angegriffen werden. Im Falle der medizinischen Diagnostik ist es nicht mehr nötig, hautverträgliche, leicht abwaschbare Kopplungsmedien zu verwenden.
Zweckmäßigerweise weist die Vorrichtung eine Fassung für den Schallprüfkopf auf, in der der Schallprüfkopf derart gehalten ist, dass zumindest seine Wandlerseite, auf der die Schallwellen erzeugt und empfangen werden, in dem Behältnis angeordnet ist und in das Kopplungsmedium ragt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Behältnis zur Bildung einer undurchlässigen Verbindung zwischen ihm und dem Schallprüfkopf mit Dichtungen versehen und es bildet gemeinsam mit dem Schallprüfkopf ein geschlossenes Gefäß. Das Behältnis kann vollständig aus der Folie gebildet sein.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Folie, zumindest wenn das Behältnis mit dem Kopplungsmedium gefüllt ist, auf der dem Prüfobjekt zugewandten Seite leicht nach außen gewölbt. Beim Aufsetzen der Vorrichtung berührt die Folie zuerst mit ihrer Mitte die Oberfläche des Prüfobjekts und sie legt sich, je weiter die Vorrichtung an das Prüfobjekt geführt wird, auf einer immer größeren Fläche an die Oberfläche an. Aufgrund ihrer Nachgiebigkeit bildet die Folie dabei keine Falten. So wird vermieden, dass zwischen der Folie und der Oberfläche Luft verbleibt.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Vorrichtung ein auf der dem Prüfobjekt zugewandten Seite offenes Gehäuse für das Behältnis auf, die genannte Fassung ist Teil des Gehäuses und das Gehäuse ist vorzugsweise gasdicht mit dem Schallprüfkopf und dem Behältnis verbindbar. Das Gehäuse ist auf seinem dem Prüfobjekt zugewandten Rand zur Bildung einer gasdichten Verbindung zwischen dem Rand und der Oberfläche des Prüfobjekts mit Dichtungen versehen. Der Raum zwischen dem Gehäuse und der Oberfläche ist somit nach außen gasdicht abgeschlossen. Mit einer an das Gehäuse angeschlossenen Venturi-Düse oder einer Vakuumpumpe kann zwischen der Folie und dem Prüfobjekt verbleibende Luft entfernt und sichergestellt werden, dass die Folie vollständig aufliegt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Schallprüfkopf im Gehäuse bewegbar, vorzugsweise verkippbar und/oder verfahrbar, wobei das Behältnis zumindest auf der Seite, auf der der Schallprüfkopf gehalten ist, derart verformbar, vorzugsweise gefaltet oder elastisch, ausgebildet und im Gehäuse gehalten ist, dass es den Bewegungen des Schallprüfkopfs unter Beibehaltung der genannten dichten Verbindungen zwischen Schallprüfkopf und dem Behältnis folgen kann. Zur Messung an verschiedenen Stellen muss nicht jedes Mal die gesamte Vorrichtung versetzt werden.
Zweckmäßigerweise ist das Gehäuse dazu mit einer Positionierausrichtung für den Schallprüfkopf versehen. Die Schallprüfung kann in verschiedenen Messpositionen durchgeführt werden, nachdem das Gehäuse in der beschriebenen Weise fest auf das Prüfobjekt aufgesetzt worden ist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.
1 zeigt eine Vorrichtung zur akustischen Kopplung in Seitenansicht,
2 zeigt die Vorrichtung nach 1 in schräger Draufsicht,
3 zeigt eine andere Vorrichtung zur akustischen Kopplung in Seitenansicht,
4 zeigt die Vorrichtung nach 3 in schräger Draufsicht,
5 zeigt die Vorrichtung nach 3 in Draufsicht,
6 zeigt ein Detail der Vorrichtung nach 3 in Seitenansicht, und
7 zeigt eine weitere Vorrichtung in Seitenansicht.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Schallprüfkopf 1 dargestellt, dessen untere Seite die Wandlerseite 7 ist, der an seiner Oberseite mit Verbin dungskabeln 15 zu einer Auswerteeinheit verbunden und in seiner Mitte mit einer Ringnut für Dichtungen 8 versehen ist. Der Schallprüfkopf 1 ist in einem Behältnis 4 angeordnet, das aus einer Folie 5 aus Kunststoff gebildet und mit der Dichtung 8 verbunden ist. Der Schallprüfkopf 1 und das Behältnis 4 sind in einem Gehäuse 9 angeordnet, das eine Fassung 6 für den Schallprüfkopf bildet. An seinem unteren Rand weist das Gehäuse 9 einen mit Dichtungen 10 versehenen Sockel 16 auf, der flächig auf dem Prüfobjekt 2 aufsitzt. Der Sockel 16 ist mit zwei Kanälen 11 versehen, die vom Gehäuseinneren nach außen führen. Wie in 2 zu sehen ist, können mit diesen Kanälen 11 zu einer Venturi-Düse 17 führende Schläuche 18 verbunden werden.
Die Folie liegt auf dem Prüfobjekt 2, z. B. einem Kunststofftank, auf. Der Raum zwischen der Folie und dem Schallprüfkopf 1 ist vollständig mit einem Kopplungsmedium 3, wie Öl oder Wasser, gefüllt.
Bei dem in den 3 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung mit einer Positioniereinrichtung 12 versehen, mit der der Schallprüfkopf 1a entsprechend den Pfeilen 19 und 20 bewegt werden kann. Die Fassung 6a ist durch ein verfahrbares Mittelteil 21 der Positioniereinrichtung 12 gebildet. Um die Bewegung des Schallprüfkopfs 1a zu ermöglichen, ist das Gehäuse 9a mit einer Ausnehmung von größerem Durchmesser als der Schallprüfkopf 1a versehen. Das Behältnis 4a ist an den Stellen 14 aus Folie 5a in einer derartigen Abmessung gebildet, dass die Folie 5a dem Schallprüfkopf 1a folgen kann, ohne dass sie überspannt wird. Alternativ kann die Folie 5a in dem Bereich eine ausreichende Elastizität aufweisen, um den Bewegungen zu folgen. Wie in 4 gezeigt, ist die Positioniereinrichtung mit zwei Drehknöpfen 13 zur Einstellung der Position des Schallprüfkopfs versehen.
Die folgende Beschreibung der Benutzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bezieht sich auf die beiden Ausführungsbeispiele nach den 1 bis 5.
Die Folie 5, 5a ist, wenn das Behältnis 4, 4a mit dem Kopplungsmedium 3, 3a gefüllt ist, leicht nach außen gewölbt, bevor sie auf das Prüfobjekt 2, 2a aufgelegt wird. Wird die Vorrichtung aufgesetzt, kommt die Folie 5, 5a zuerst in der Mitte des Behältnisses 4, 4a mit dem Prüfobjekt 2, 2a in Kontakt. Je weiter die Vorrichtung an das Prüfobjekt herangeführt wird, desto mehr legt sich die Folie daran an. Aufgrund der Nachgiebigkeit der Folie 5, 5a bilden sich hier keine Falten und zwischen der Folie 5, 5a und dem Prüfobjekt 2, 2a verbleibt keine Luft. Ist der Sockel des Gehäuses 9, 9a vollständig auf das Prüfobjekt 2, 2a gesetzt, wird durch die Dichtungen 10, 10a der Raum zwischen dem Prüfobjekt 2, 2a, dem Behältnis 4, 4a und dem Gehäuse 9, 9a nach außen gasdicht abgeschlossen. In diesem Raum insbesondere in der Nähe des unteren Randes des Gehäuses 9, 9a verbleibende Luft wird nun mit Hilfe der Venturi-Düse oder einer anderen Vakuumpumpe 17 über die Kanäle 11, 11a abgezogen. Somit ist der Schallprüfkopf 1, 1a mit dem Prüfobjekt 2, 2a akustisch gekoppelt. Die Messung kann nun durchgeführt werden, wobei durch die Folie 5, 5a verursachte Schallreflexionen mit Hilfe einer Auswertesoftware in die Messergebnisse mit einbezogen werden. Mit Hilfe der in den 3 bis 5 gezeigten Positioniereinrichtung 12 kann der Schallprüfkopf 1a mit den Drehknöpfen 13 in verschiedene Positionen gebracht werden. Vorstellbar ist auch eine automatische Steuerung.
7 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Verwendung der Vorrichtung für die medizinische Diagnostik. Die Vorrichtung besteht im Wesentlichen aus dem Schallprüfkopf 1b, der eine Ringnut für die Dichtungen 8b aufweist, einem mit einem Kopplungsmedium 3b gefüllten Behältnis 4b und einem am Schallprüfkopf 1b angeordneten Griff 16, von dem die Verbindungskabel 15b zu einer Auswerteeinheit gehen. Die Dichtungen 8b sind fest und dicht mit dem aus der Folie 5b bestehenden sackartigen Behältnis 4b, das mit dem Kopplungsmedium 3b gefüllt ist, verbunden und halten das Behältnis 4b am Schallprüfkopf fest. Das Behältnis 4b wird auf die Haut eines menschlichen Körpers 2b aufgesetzt, wobei sich die Folie 5b vollständig an die Haut anlegt. Der Benutzer der Vorrichtung kann nun, genau wie bei den bereits bekannten Vorrichtungen, den Schallprüfkopf 1b durch Ausrichtung mit dem Griff 16b von Hand auf die zu untersuchenden Stellen im Körper ausrichten. Nach der Untersuchung wird die Folie 5b desinfiziert und die nächste Untersuchung kann durchgeführt werden. Eine Reinigung der Haut und der Vorrichtung von dem normalerweise bei solchen Untersuchungen verwendeten Gel entfällt.

Claims

Vorrichtung zur akustischen Kopplung eines Schallprüfkopfs (1) mit einem Prüfobjekt (2) über ein Kopplungsmedium (3), dadurch gekennzeichnet, dass die für das Kopplungsmedium (3) ein Behältnis (4) aufweist, das auf der dem Prüfobjekt (2) zugewandten Seite zumindest teilweise aus einer vollständig an die Oberfläche des Prüfobjektes (2) anlegbaren Folie (5) gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (5) aus dünnem, robustem und vorzugsweise elastischem Material, vorzugsweise Teflon oder Polyester, besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Fassung (6) für den Schallprüfkopf (1) aufweist, in der der Schallprüfkopf (1) derart gehalten ist, dass zumindest seine Wandlerseite (7) in dem Behältnis (4) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Behältnis (4) zur Bildung einer undurchlässigen Verbindung zwischen ihm und dem Schallprüfkopf (1) mit Dichtungen (8) versehen ist und gemeinsam mit dem Schallprüfkopf (1) ein geschlossenes Gefäß bildet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Behältnis (4) vollständig aus der Folie (5) gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Behältnis (4) in dem Bereich, in dem es aus der Folie (5) gebildet ist, auf der dem Prüfobjekt zugewandten Seite nach außen gewölbt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein auf der dem Prüfobjekt (2) zugewandten Seite offenes Gehäuse (9) für das Behältnis (4) aufweist, die genannte Fassung (6) Teil des Gehäuses (9) ist und das Gehäuse (9) vorzugsweise gasdicht mit dem Schallprüfkopf (1) und dem Behältnis (4) verbindbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (9) auf seinem dem Prüfobjekt (2) zugewandten Rand mit Dichtungen (10) versehen ist, die unter Bildung einer gasdichten Verbindung zwischen dem Rand und der Oberfläche des Prüfobjekts (2) den Raum zwischen dem Gehäuse (9) und der Oberfläche nach außen gasdicht abschließen, und Mittel, vorzugsweise eine an das Gehäuse (4) angeschlossene Venturi-Düse oder Vakuumpumpe (17), zur Entfernung zwischen der Folie (5) und dem Prüfobjekt (2) verbleibender Luft aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallprüfkopf (1) im Gehäuse (9) bewegbar, vorzugsweise verkippbar und/oder verfahrbar, ist, wobei das Behältnis (4) zumindest auf der Seite, auf der der Schallprüfkopf (1) gehalten ist, derart verformbar, vorzugsweise gefaltet oder elastisch, ausgebildet und im Gehäuse (9) derart gehalten ist, dass es den Bewegungen des Schallprüfkopfs (1) unter Beibehaltung der genannten dichten Verbindung zwischen Schallprüfkopf (1) und Behältnis (4) folgen kann.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (9) mit einer Positioniereinrichtung (12) für den Schallprüfkopf (1) versehen ist.