-
Die Erfindung betrifft einen Ultraschallwandler mit variabler Fokuseinstellung gemäß des ersten Patentanspruchs.
-
In bestimmten Anwendungsbereichen in der zerstörungsfreien Ultraschallprüfung ist eine Fokussierung der Ultraschallwellen auf einen bestimmten Punkt oder eine Linie erforderlich. Hiermit erreicht man eine höhere Schallleistungsdichte in einem lateral eingeschränkten Bereich, d. h. eine lokale Einstrahlung größerer Schallleistungen und damit allgemein ein auf den Fokusbereich beschränktes erhöhtes laterales Auflösungsvermögen in der Einschallung. Die genannten Anwendungsbereiche umfassen grundsätzlich alle Ultraschallanwendungen, wobei die eingesetzten Ultraschallwandler als Ultraschallsender und/oder als -empfänger einsetzbar sind.
-
Ein technologisch und kommerziell wichtiges und daher weit verbreitetes Verfahren aus den vorgenannten Anwendungsbereichen umfasst die zerstörungsfreie Prüfung von Schweißnähten mit Winkelprüfköpfen. Bei diesem Verfahren wird ein fest fokussierter Ultraschallimpuls in das Werkstück eingeschallt, wobei bei herkömmlichen Vorrichtungen hierfür lediglich der Schallstrahlwinkel, nicht aber die Fokussierung variabel eingestellt wird (vgl. [1]).
-
Ein weiteres Anwendungsgebiet umfasst die gezielte fokussierte Einschallung von Ultraschallenergie in einen definierten Gewebebereich z. B. eines Patienten im Rahmen einer medizinischen Anwendung. Bei einer Therapie erfolgt beispielsweise eine gezielte Erwärmung des beschallten Gewebebereichs im Brennpunkt. Im Rahmen einer Ultraschalldiagnose lassen sich dagegen Reflexionen bei Gewebeübergängen oder bei Strömungsgeschwindigkeitsmessungen besser erfassen, wenn diese im Brennpunkt liegen.
-
Fokussierte Ultraschallsignale lassen sich auf verschiedene Weise generieren. Dabei wird zwischen Wandlersystemen mit fixer und variabler Fokuseinstellung unterschieden.
-
Ultraschallwandler mit fixer Fokuseinstellung weisen üblicherweise eine als akustische Linse dimensionierte Vorlaufstrecke (Auskopplungsschicht) zwischen einem ebenen vorzugsweise piezoelektrischen Schwingkörper und dem Ankopplungsmedium und/oder der Probenoberfläche auf (vgl. [1]).
-
Aus der [2] ist alternativ ein fix fokussierender Ultraschallwandler mit einem gewölbten piezoelektrischen Schwingkörper bekannt, der auf eine konvexe Oberfläche einer akustischen Linse als Vorlaufstrecke (Auskopplungsschicht) aufgesetzt ist.
-
Ultraschallwandler mit variabler Fokuseinstellung weisen Mittel zur Veränderung des Fokusabstandes, d. h. einer akustischen Brennweitenverstellung zum Ultraschallwandler auf.
-
[8] offenbart beispielhaft ein plattenförmiges piezoelektrisches Wandlerelement auf einer Trägerplatte, eingesetzt in einen Rahmen, deren Wölbung sich durch eine mittig an der Trägerplatte angreifende Stellschraube mechanisch verändern lässt.
-
[9] offenbart beispielhaft ein flexibles Wandlerelement, das auf einem zu untersuchenden Objekt flächig aufliegt und sich an dessen Kontur anpasst.
-
Ferner offenbart [11] Wandlerelemente mit einem Trägerelement, wobei jenes mit einem aufgesetzten Bimetallelement, mit einem aufgesetzten Biegeelement aus einer Formgedächtnislegierung oder einem mechanischen Spindelantrieb in seiner Biegung einstellbar ist.
-
In [3] wie auch in [4] ist jeweils ein fokussierter Schallkopf mit einem zentralen Wandlerelement und mindestens ein auf gleicher Ebene konzentrisch um diesen angeordnetes Ringschwingelement mit je einer eigenen Schalllinse für eine fokussierende Stahllenkung offenbart. Eine zusätzliche Fokussierung wie auch eine Verstellung lässt sich über eine optionale zeitversetzte Ansteuerung der vorgenannten Elemente realisieren.
-
In [5] wird ein Ultraschallwandler mit Mitteln zur Veränderung des Fokusabstandes offenbart. Als Mittel werden eine Anzahl von räumlich nebeneinander liegenden Wandlerelemente (vgl. auch [10]), vorzugsweise konzentrisch zueinander angeordnete Ringschwingelemente mit einer zeitversetzten Ansteuerung vorgeschlagen, wobei die Wandlerelemente vorzugsweise auf einer kugelförmigen Fläche angeordnet werden. Ferner wird auch eine variable Fokussierung über eine mit Flüssigkeit gefüllte akustische Linse mit veränderlichem Innendruck offenbart.
-
[6] offenbart beispielhaft einen Ultraschallwandler mit einer Vielzahl von piezoelektrischen Wandlerelementen, die auf einer gemeinsamen Impedanz-Anpassungsschicht (Auskopplungsschicht) aus einem elastischen Material mit einstellbarer Krümmung aufgesetzt sind. Für eine individuelle Fokussierung wird jedoch eine elektronische Schaltung mit Fokussier-Verzögerungsmultiplexer und einer Vielzahl von Verzögerungselementen vorgeschlagen, über die jeweils Gruppen von Wandlerelemente mit individuell vorgebbaren Verzögerungszeiten ansteuerbar sind.
-
Die genannte elektronische Schaltung ist im Rahmen umfangreicher Weiterentwicklungen durch computergestützte Schaltungen ersetzt worden (vgl. z. B. [7]). Sie sind als sog. Phased-Array-Ansteuerung von Ultraschall-Array-Wandlern insbesondere bei der bildgebenden medizinischen Sonographie auf recht komplex hohem Niveau bereits allgemeiner Standard.
-
Für weniger komplexe sonographische Anwendungen in der Technik und für Anwendungen, die eine hohe Ultraschallleistungsdichte für Übertragung von Energie benötigen, sind die vorgenannten Phased-Array-Ansteuerungen oftmals zu aufwendig und damit als System für die jeweiligen Aufgaben zu teuer. Insbesondere bei sonographischen Serienprüfungen beispielsweise bei Qualitätskontrollen bei Schweißnähten erfolgen oftmals sich wiederholende Einfachmessungen, wobei Fertigungsungenauigkeiten z. B. auf der Schweißnaht eine exakte Fokussierung durch Anfahren einer bestimmten Stellung erschweren.
-
Ausgehend davon ist es Aufgabe der Erfindung, einen Ultraschallwandler mit variabler Fokuseinsteilung vorzuschlagen der sich für eine einfache Anwendung insbesondere für die vorgenannte Serienprüfung ohne eine aufwendige Fokusverstellsteuerung eignet, die vorgenannten Nachteile einer Phased-Array-Ansteuerung nicht aufweist.
-
Die Aufgabe wird mit einem Ultraschallwandler mit variabler Fokuseinstellung mit den Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens finden sich in den Unteransprüchen wieder.
-
Der Ultraschallwandler umfasst dabei ein Wandlerelement zur Erzeugung und Empfangen von Ultraschallsignalen, das mit einem Trägerelement verbunden ist. Vorzugsweise umfasst der Ultraschallwandler ein plattenförmiges oder ein sich plattenförmig erstreckendes piezoelektrisches Wandlerelement mit je einer flächigen Elektrode pro Wandlerelementseite, die sich bevorzugt über die gesamte Wandlerfläche erstrecken. Damit ist die gesamte Wandlerfläche synchron und zeitgleich über die Elektroden ansteuerbar. Das Wandlerelement ist flächig auf einer Trägerplatte aufgebracht.
-
Die variable Fokuseinstellung ist durch eine veränderliche Krümmung oder Wölbung des Wandlerelements und/oder durch eine Formänderung des Trägerelements einstellbar. Wesentlich sind die Mittel zum Einstellen und/oder Verändern einer Krümmung oder einer grundsätzlich veränderbaren Wölbung der Trägerplatte und damit auch des Ultraschallwandlers im Bereich des Wandlerelements.
-
Die Trägerplatte umfasst im Rahmen der vorgenannten Mittel ein Hohlkammerprofil mit mindestens einer Hohlkammer mit einem Fluidanschluss zu einer Fluiddruckquelle, wobei im Hohlraumvolumen ein veränderlicher Fluiddruck zur Veränderung der Wölbung oder Biegung der Trägerplattenoberfläche und damit des Wandlerelements aufbaubar ist. Der Fluiddruck im gesamten Hohlkammervolumen der Hohlkammern weist eine reproduzierbare Korrelation zu der Krümmung oder Wölbung auf. Die Abschallungsrichtung erfolgt im Rahmen dieser Ausführung entweder vom Wandlerelement durch das Hohlkammervolumen hindurch oder alternativ von der der Trägerplatte abgewandten Wandlerelementfläche abschallend. Beide Alternativen eignen sich sowohl für eine konvergierend fokussierenden wie auch für eine divergierende Abschallung.
-
Optional umfassen die Mittel ergänzend eine elastische Trägerplatte mit mindesten zwei Hebelarmen, die an verschiedenen Stellen direkt oder über das Wandlerelement an der Trägerplatte angreifen. Damit erfolgt eine gemeinsame Formänderung von Wandlerelement und Trägerplatte als Verbund. Zwei Hebelarme, beispielsweise linienförmig am Verbund angreifende Winkelelemente, benötigt man für eine veränderbare Krümmung (Biegung der Trägerplatte), während man mindestens drei, vorzugsweise punktförmig am Verbund angreifende Hebelarme für die Erzeugung einer einstellbaren Wölbung benötigt. Ist ein über die Wandlerfläche konstanter Krümmungsradius erforderlich, weist der Verbund aus Trägerplatte und Wandlerelement mit Elektroden und Auskopplungsschicht sowie ggf. weitere Schichten bevorzugt ein über die Flächenerstreckung konstantes Flächenträgheitsmoment auf. Ein Wölbungsradius wird dagegen durch eine mehrachsige Biegenachgiebigkeit des vorgenannten Verbundes bestimmt. Diese bestimmt sich nicht nur durch das Flächenträgheitsmoment, sondern wird auch durch eine mit der Wölbung verändernde flächige vorzugsweise elastische Verspannung beeinflusst. Diese Verspannung steigt mit der Wölbungsradiusänderung exponentiell an, was den Verstellbereich der Wölbungsradius einschränkt. Grundsätzlich ist diese flächige Verspannung bei einer Auslegung des Verbunds mit einzubeziehen. Durch eine nicht synchrone (z. B. zur Fokusachse symmetrische) Stellbewegung dieser Hebelarme lassen sich bestimmte asymmetrische Fokussierungen der Ultraschallsignale wie ein Ausgleich akustischer Astigmatismen erzielen.
-
Die Trägerplatte wird in einer Ausführungsform vorzugsweise zugleich als Auskopplungsschicht für die vom Wandlerelement abgebenden und empfangenen Ultraschallsignale eingesetzt. Hierzu ist die Auskopplungsschicht in Abschallungsrichtung auf das Wandlerelement flächig aufgebracht, vorzugsweise geklebt. Als Auskopplungsschicht weist die Trägerplatte eine akustische Impedanz auf, die zwischen der des Wandlerelements und der des Umgebungsmediums in Abschallungsrichtung liegt und damit eine effektive Übertragung von Schallsignalen zwischen Wandlerelement und Umgebung bewirkt.
-
Eine weitere Ausführung zeichnet sich dadurch aus, dass die Mittel zum Schaffen und Verändern einer Krümmung oder einer Wölbung einen Aufbau der Trägerplatte zusätzlich als Bimetallfläche mit mindestens zwei Einzelschichten mit unterschiedlicher Wärmeausdehnungscharakteristik umfasst, die sich in Abhängigkeit zu der Temperatur in ihrer Biegung (Krümmung) oder Wölbung kontinuierlich verändert. Die Temperatur ist beispielsweise über ein anströmendes Fluid oder durch eine ohmsche Widerstandsheizung durch die Bimetallfläche einstellbar.
-
Das Wandlerelement ist so zu konzipieren, dass es je nach Ausführungsform des Ultraschallwandlers eine erforderliche Biegung, Krümmung oder Wölbung ohne Beschädigung übersteht, d. h. vorzugsweise elastisch nachgiebig ist.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform des Wandlerelements umfasst einen Werkstoffverbund aus einer Kunststoffmatrix und darin eingebettete piezokeramische Komponenten. Die Kunststoffmatrix ermöglicht nicht nur elastische, für eine Wölbung oder eine Krümmung oder Biegung erforderliche plastische oder elastische Nachgiebigkeit, sondern ist als Träger für eine flächige Elektrode für das Wandlerelement der vorgenannten Art heranziehbar.
-
Die Steifigkeit oder die für die Biegung oder Wölbung erforderliche Nachgiebigkeit des Werkstoffverbunds lässt sich wie die akustische Impedanz durch die Zusammensetzung des Werkstoffverbunds (Anteile der piezokeramischen Komponenten und des Kunststoffs, Auswahl des Kunststoffs) einstellen. Ebenso lässt sich die im Vergleich zu piezokeramischen Komponenten abweichende (meist geringere) akustische Impedanz der Kunststoffmatrix für eine verbesserte Schallübertragung von und zum Wandlerelement vorteilhaft nutzen. Ist damit eine ausreichende Schallübertragung realisierbar ist eine den Ultraschallwandler zusätzlich versteifende Auskopplungsschicht auf der Wandleroberfläche allein durch die Kunststoffmatrix substituierbar.
-
Ein Werkstoffverbund als Wandlerelement ist im Rahmen der Erfindung bevorzugt so auszulegen, dass die physikalischen Wandlereigenschaften über die gesamte Wanderoberfläche nahezu gleich sind. Vorzugsweise sind die piezokeramischen Komponenten homogen über die flächige Erstreckung des Werkstoffverbunds verteilt. Weiter bevorzugt umfassen die die piezokeramischen Komponenten eine Vielzahl gleicher, parallel zueinander ausgerichteter Säulen. Sie sind vorzugsweise orthogonal zwischen den Elektroden angeordnet, d. h. sie überbrücken diese ohne eine zwischengeschaltete Kunststoffschicht aus der Kunststoffmatrix. Damit liegt in vorteilhafter Weise in allen dieser Säulen zumindest rechnerisch, d.h. ohne Berücksichtigung von Inhomogenitäten und Fertigungsungenauigkeiten in den Säulen, zwischen den Elektroden ein gleiches elektrisches Feld an, was in allen parallel geschalteten Säulen bei einer elektrisch oder akustisch quantitativ synchronen Ansteuerung einen ebenso quantitativ synchronen piezoelektrischen Effekt hervorruft. Erstrecken sich die Säulen in gleichen Abständen zueinander über das gesamte plattenförmige Wandlerelement, kann von über die gesamte Wanderoberfläche nahezu gleichen physikalischen, d. h. piezoelektrischen und elektrischen wie auch akustischen Wandlereigenschaften ausgegangen werden.
-
Eine Anordnung von mehreren Einzelwandlern vorzugsweise punktsymmetrisch um einen Mittelpunkt auf der Trägerplatte z. B. als Inselflächen, konzentrischer Ringe oder vom Mittelpunkt ausgehenden Kreissegmentflächen als Wandlerelement liegt im Rahmen der Erfindung. Die Einzelwandler werden vorzugsweise jeweils als Ganzes durch die Biegung oder Wölbung verstellt und entsprechend ihrer Position auf der Trägerplatte fokussierend ausgerichtet, ohne dass sie selbst die Wölbung oder Biegung annehmen (sie verbleiben jeweils plan). Die sich mit der Trägerplatte ausrichtenden Einzelwandler sind einzeln oder gemeinsam ansteuerbar.
-
Der Rahmen der Erfindung umfasst auch Mittel zum Schaffen und Verändern einer Krümmung oder einer Wölbung auf der Trägerplatte im Bereich des Wandlerelements, die sich durch eine begrenzte Anzahl von Krümmungen oder Wölbungen auszeichnen. Derartige Mittel umfassen beispielsweise eine Trägerplatte, die aus einer (fluidisch oder elektrisch) temperierbaren Formgedächtnislegierung, die je nach eingestellter Temperatur zwischen zwei diskreten Formen hin- und herschaltbar gestaltbar ist.
-
Die beschriebenen Ausführungsformen zeichnen sich durch eine Fokussierbarkeit mit einfachen Maßnahmen aus. Für eine elektrische Ansteuerung des Ultraschallwandlers ist je nach Ausbaustu- fe eine einfache Impuls-Echo-Ansteuerung sowie eine elektrische Ansteuerung der Mittel zum Schaffen und Verändern einer Krümmung oder einer Wölbung auf der Trägerplatte im Bereich des Wandlerelements ausreichend.
-
Eine Kombination der genannten Mittel zum Schaffen und Verändern einer Krümmung oder einer Wölbung auf der Trägerplatte ist jedoch im Rahmen der Erfindung grundsätzlich auch mit der genannten Phased-Array-Ansteuerung kombinierbar, beispielsweise zur Erweiterung eines möglichen Fokusbereichs oder zur Eliminierung von Abbildungsfehlern wie Astigmatismen.
-
Grundsätzlich liegt es im Rahmen der Erfindung, die Auskopplungsschicht auch als akustische Fix-Fokus-Linse als Ergänzung für die variable Fokuseinstellung zu gestalten.
-
Die Erfindung umfasst ferner einen Ultraschallprüfkopf mit mindestens einer Ausführungsform der vorgenannten Ultraschallwandler. Vorzugsweise ist der Ultraschallprüfkopf in ein mit einer Ultraschallankopplungsflüssigkeit (z.B. Öl) gefülltes Prüfkopfgehäuse eingesetzt, wobei die genannten Mittel zum Schaffen und Verändern einer Krümmung oder einer Wölbung auf der Trägerplatte im Bereich des Wandlerelements sich bevorzugt auf elektrisch ansteuerbare Mittel wie Aktoren oder Heizelemente beschränken.
-
Durch den einfachen Aufbau und die einfache Ansteuerbarkeit eignet sich der Ultraschallwandler besonders auch für eine Miniaturisierung sowohl des Wandlers als auch eines mit diesen bestückten Prüfkopfes. Der Fertigungsaufwand für qualitativ hochwertige Wandler bleibt wegen des einfachen Aufbaus und mangels eines Erfordernisses an mikrostrukturierten Elektroden gering. Die flächigen Elektroden werden vorzugsweise mittels PVD-Beschichtungsverfahren aufgebracht. Die Miniaturierbarkeit mit flächigen Elektroden begünstigt ferner eine einfache Fertigung auch dünner Wandlerelemente für höhere Frequenzen (größer 10 MHz).
-
Die Erfindung wird mit seinen Ausführungsbeispielen anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen
-
1 eine erste Ausführungsform mit zwei Hebelarmen zur Erzeugung einer Biegung,
-
2 eine weitere Ausführungsform mit zwei Hebelarmen, bei der die Auskopplungsschicht durch die Trägerplatte gebildet wird,
-
3a bis c weitere Ausführungsformen, mit einer Bimetallfläche als Trägerelement,
-
4a und b eine weitere Ausführungsform mit einer Hohlkammerplatte als Trägerplatte in zwei Stellungen,
-
5 eine beispielhafte Schnittdarstellung eines Ultraschallprüfkopfes.
-
Ein Ultraschallwandler umfasst, wie z. B. in 1 wiedergegeben, ein plattenförmiges piezoelektrisches Wandlerelement 1 mit Auskopplungsschicht 3 in Ultraschallrichtung 5 sowie eine Trägerplatte 2, auf die das Wandlerelement flächig aufgebracht ist. Die beiden Elektroden 4 des Wandlerelements befinden sich auf den planen Flächen zur Auskopplungsschicht und zur Trägerplatte hin. Als Mittel zum Schaffen und Verändern einer Krümmung auf der Trägerplatte im Bereich des Wandlerelements sind zwei Hebelarme 6, die im Ausführungsbeispiel durch abgewinkelte Trägerplattenfortsetzungen gebildet sind, vorgesehen. Eine an den Hebelarmen 6 angreifende Stellkraft 7 eines nicht weiter dargestellten Aktuators, Antriebs oder Stellglieds bekannter Bauart bewirkt in der Trägerplatte ein Biegemoment und erzeugt damit eine Biegung (Krümmung) des Ultraschallwandlers.
-
2 offenbart eine Ausführungsform, die sich von der in 1 dargestellten Bauform darin unterscheidet, dass die Trägerplatte 2 zugleich als Auskopplungsschicht 3 sowie bevorzugt auch als akustische Fokussierungslinse dient. Zur Fixierung und Stützung des Wandlerelements an der Trägerplatte ist dieses in eine Aussparung mit randseitigen Stufen 9 eingesetzt, die zudem durch formschlüssiges Angreifen am Wandlerrand einem Delaminieren des Wandlers beim Krümmen der Trägerplatte entgegenwirken. Eine effiziente Auskopplung erfordert jedoch bestimmte Materialdaten wie eine geringe Dichte (z. B. Kunststoff), was Metalle. als Material für die Trägerplatte ausschließt. Folglich weisen die ebenfalls aus diesem Material bestehenden Hebelarme 6 bei dieser Ausführung Verstärkungselemente 8, vorzugsweise mit einer abrollbaren Stützleiste 10 zum Wandlerelement hin, auf.
-
3a bis c repräsentieren Ausführungsformen, bei denen die Mittel zum Schaffen und/oder Verändern einer Krümmung oder einer Wölbung auf der Trägerplatte eine Bimetall- oder Bimaterialfläche (Bimorph) mit mindestens zwei Einzelschichten umfassen. Die Einzelschichten sind vorzugsweise passive Elemente mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungsverhalten. Die Erfindung umfasst aber auch aktive Bauelemente als Einzelschichten, die über einen piezoelektrischen oder formgedächtnisbasierenden Effekt eine selektive Formänderung und damit eine Biegung oder Krümmung im Materialverbund hervorrufen.
-
3a gibt dabei die Grundform wieder, bei dem ein Ultraschallwandlerelement 1 mit Auskopplungsschicht 3 auf eine als Bimetallfläche gestaltete Trägerplatte 2 mit zwei Einzelschichten 11 und 12 befestigt ist und mit dieser durch eine Temperierung (z. B. fluidisch konvektiv und/oder durch ohmsche Beheizung) des Ultraschallwandlers gewölbt oder gebogen wird.
-
3b zeigt eine Ausführungsform, bei der das Wandlerelement von den beiden zur Bimaterialfläche zugeordneten Einzelschichten eingeschlossen ist und eine der Einzelschichten 11 zugleich die Auskopplungsschicht 3 mit den entsprechenden vorgenannten Randbedingungen für dessen Materialauswahl bildet. Optionale elektrisch isolierende Verbindungselemente 13 im Randbereich übernehmen den für eine Bimaterialfläche erforderlichen Stoffschluss zwischen den Einzelschichten 11 und 12.
-
3c repräsentiert eine Ausführungsform, bei der eine Einzelschicht 11 durch ein monolithisches Ultraschallwandlerelement 1 gebildet wird, ansonsten dem in 3a dargestellten Aufbau entspricht.
-
In der in 4a und b gezeigten Ausführungsform besteht die Trägerplatte 2 gegenüber der in 3a dargestellten Anordnung aus einem Hohlkammerprofil mit einer Anzahl von vorzugsweise gleichartigen und gleichmäßig über die Wandlerfläche verteilten Hohlkammern 14 mit Fluidanschlüssen. Das Hohlkammerprofil zeichnet sich dadurch aus, dass die dem Wandlerelement zugewandte Seite gegenüber der abgewandten Seite eine wesentlich höhere Steifigkeit aufweist. Vorzugsweise wird die dem Wandlerelement abgewandte Trägerplattenseite durch eine aufgesetzte separate Platte aus einem elastisch nachgiebigen und gegenüber dem benachbarten Trägerplattenmaterial nachgiebigeren Material gefertigt. Wird im Ruhezustand (4a) ein Fluiddruck von einer Fluiddruckquelle über die Fluidanschlüsse gleichmäßig in alle Hohlkammern geleitet, dehnen sich diese aus, womit aufgrund der vorgenannten unterschiedlichen Steifigkeit eine Wölbung oder Krümmung der Trägerplatte eintritt (vgl. 4b). Eine für eine Wölbung ausgelegte Trägerplatte weist punktsymmetrisch um einen Mittelpunkt angeordnete vorzugsweise zylindrische oder konzentrisch ringförmige Hohlkammern auf, während ein krümmbares Hohlkammerprofil vorzugsweise eine Anzahl sich gerade parallel zueinander erstreckende Hohlkammern aufweist. Die Hohlkammern sind vorzugsweise durch Verbindungsöffnungen miteinander verbunden und sind somit stets simultan ansteuerbar.
-
Der Ultraschallwandler der vorgenannten Art findet seine Anwendung vorzugsweise in Ultraschallprüfköpfen, beispielsweise schematisch dargestellt in 5 in einem Winkelprüfkopf der eingangs genannten Art, wie er für die Blech- und Schweißnahtprüfung eingesetzt wird. Ein Ultraschallwandler 15 ist im Rahmen des dargestellten Ausführungsbeispiels vorzugsweise manuell um eine Schwenkachse 21 in seinem Einschallungswinkel zum Werkstück 20 einstellbaren in einem mit Öl gefüllten abgeschlossenen Volumen 16 des Ultraschallprüfkopfes 17 eingesetzt. Die Fokussierung des Ultraschallwandlers erfolgt mittels Steuersignale 18 über elektrische Aktoren (z. B. motorisch, piezoaktorisch, elektromagnetisch, elektrostatisch). Ebenso erfolgt die Übertragung der Sende- und Empfangssignale 19 des Ultraschallwandlers über einen kabelgebundenen Datentransfer.
-
Literatur:
-
- [1] Deutsch, V., Plate, M., Vogt, M.: Ultraschallprüfung, Grundlagen und industrielle Anwendungen, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1997, ISBN 3-540-62072-9
- [2] DE 30 02 663 A1
- [3] AT 354 778 B
- [4] GB 1 554 349 A
- [5] DE 22 02 989 A
- [6] DE 31 19 272 A1
- [7] DE 196 35 593 C1
- [8] JP 58017361 A
- [9] O. Roy et al.: ”Control of the ultrasonic beam transmitted through an irregular Profile using a smart flexible transducer: modelling and application”; Ultrasonics 40, 2002, S. 243–246
- [10] W. A. Smith: ”The Role of Piezocomposites in Ultrasonic Transducers”; 1989 Ultrasonics Symposium , S. 755–766
- [11] US 5 735 282 A
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Wandlerelement
- 2
- Trägerplatte
- 3
- Auskopplungsschicht
- 4
- Elektrode
- 5
- Ultraschallrichtung
- 6
- Hebelarm
- 7
- Stellkraft
- 8
- Verstärkungselement
- 9
- randseitige Stufe
- 10
- Stützleiste
- 11
- erste Einzelschicht
- 12
- zweite Einzelschicht
- 13
- Verbindungselement
- 14
- Hohlkammer
- 15
- Ultraschallwandler
- 16
- Volumen
- 17
- Ultraschallprüfkopf
- 18
- Steuersignal
- 19
- Sende- und Empfangssignale
- 20
- Werkstück
- 21
- Schwenkachse
