DE102008043293B4 - Device for detecting a defect in a component - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung (29, 54) zum Erfassen einer Delamination (40, 41, 79) in einem Lochleibungsbereich (39) einer Bohrung (38, 62, 76, 78) mittels mindestens eines Prüfkopfes (30, 55), wobei mittels des mindestens einen Prüfkopfes (30, 55) ein Überlagerungsultraschallfeld (49) emittierbar und detektierbar ist, wobei das Überlagerungsultraschallfeld (49) in Bezug zu einer Senkrechten (47, 69) einer Bauteiloberseite (48, 70) unter einem Einfallswinkel α von größer als 0° mit dem Bauteil (37, 57) wechselwirkt, wobei der mindestens eine Prüfkopf (30, 55) ein Linearprüfkopf (30, 55) mit einer Vielzahl von Einzelschwingerelementen (31–36) ist, wobei das jeweils von einem Einzelschwingerelement (31–36) abgegebene Ultraschallfeld (42, 45) unter einem Einstrahlwinkel von 0° in Bezug zur Senkrechten (47) der Bauteiloberseite (48) abgegeben wird und der Linearprüfkopf (30, 55) in etwa waagerecht in Bezug zur Bauteiloberseite (48) ausgerichtet ist, wobei eine Überlagerung des von den Einzelschwingerelementen (31–36) jeweils abgegebenen Ultraschallfeldes (42, 45) das Überlagerungsultraschallfeld (49) bildet und die Einzelschwingerelemente (31–36) im Linearprüfkopf (30, 55) derart ansteuerbar sind, dass der Einfallswinkel αzwischen dem Überlagerungsultraschallfeld (49) und der Senkrechten (47) der Bauteiloberseite (48) größer als 0° ist, wobei der Linearprüfkopf (30, 55) mittels einer Halterung (61) mittig oder exzentrisch zur Bohrung (38, 62) angeordnet ist und wobei der Linearprüfkopf (30, 55) mittels der Halterung (61) und eines Zapfens (67) in der Bohrung (38, 62) verdrehbar aufnehmbar ist.Device (29, 54) for detecting delamination (40, 41, 79) in an embedment area (39) of a bore (38, 62, 76, 78) by means of at least one test head (30, 55), with the at least one test head (30, 55) a superimposed ultrasonic field (49) can be emitted and detected, the superimposed ultrasonic field (49) in relation to a perpendicular (47, 69) of a component top side (48, 70) at an angle of incidence α of greater than 0 ° with the component (37, 57) interacts, wherein the at least one test head (30, 55) is a linear test head (30, 55) with a plurality of individual transducer elements (31-36), the ultrasonic field ( 42, 45) is emitted at an angle of incidence of 0 ° in relation to the vertical (47) of the component top (48) and the linear test head (30, 55) is aligned approximately horizontally in relation to the component top (48), with an overlay of the the single transducer elements th (31-36) each emitted ultrasonic field (42, 45) forms the superimposed ultrasonic field (49) and the individual transducer elements (31-36) in the linear probe (30, 55) can be controlled such that the angle of incidence α between the superimposed ultrasonic field (49) and the The vertical (47) of the upper side (48) of the component is greater than 0 °, the linear test head (30, 55) being arranged in the middle or eccentric to the bore (38, 62) by means of a holder (61) and the linear test head (30, 55) can be rotatably received in the bore (38, 62) by means of the holder (61) and a pin (67).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen einer Fehlstelle in einem Bauteil, insbesondere einer Delamination in einem Lochleibungsbereich einer Bohrung, mittels mindestens eines Prüfkopfes, wobei mittels des mindestens einen Prüfkopfes ein Ultraschallfeld emittierbar und detektierbar ist.The invention relates to a device for detecting a defect in a component, in particular a delamination in a Lochleibungsbereich a bore, by means of at least one probe, wherein by means of the at least one probe an ultrasonic field is emitted and detectable.

Im modernen Flugzeugbau finden zunehmend Verbundmaterialien und hierbei insbesondere kohlefaserverstärkte, duroplastische Kunststoffe Anwendung. Grundsätzlich können vollständige Rumpfsektionen bzw. Rumpftonnen einstückig im Wickelverfahren beispielsweise durch das sukzessive Ablegen von mit Epoxidharz vorimprägnierten Kohlefasersträngen (Prepreg-Stränge) auf einen rotierenden Wickeldorn hergestellt werden. Schwierigkeiten bereiten unter anderem die großen Querschnittsabmessungen der Rumpfsektionen moderner Passagierflugzeuge, die den Einsatz entsprechend voluminöser und daher schwerer Wickelkerne notwendig machen. Darüber hinaus ist die Oberflächengüte einer im Wickelverfahren hergestellten Rumpfsektion in der Regel unzureichend, so dass nach dem Abschluss des eigentlichen Wickelprozesses weitere aufwändige Verfahrensschritte zur Glättung der Bauteiloberflächen notwendig sind. Ferner zeigen faserverstärkte duroplastische Werkstoffe während des Aushärtungsvorgangs Schrumpfungserscheinungen, die zu schwer reproduzierbaren Maßabweichungen führen können, so dass es vielfach unmöglich ist, einstückig im Wickelverfahren hergestellte Rumpfsektionen ohne zusätzliche Toleranzausgleichsmaßnahmen spannungsfrei zu einer Rumpfzelle zusammenzufügen. Abgesehen hiervon erfordern großformatige gewickelte CFK-Bauteile Aushärtungsvorrichtungen in entsprechenden Dimensionen. Schließlich sind einstückig gewickelte Rumpfsektionen in einem Schadensfall – wenn überhaupt – nur mit hohem Aufwand zu reparieren, da unter Umständen der Austausch einer ganzen Rumpfsektion innerhalb der Flugzeugrumpfzelle erforderlich ist, was im Ergebnis mit einem wirtschaftlichen Totalschaden gleich zu setzen ist. Ein großer Vorteil der gewickelten Rumpfsektionen – im Vergleich zur klassischen Vollaluminiumbauweise – liegt jedoch in ihrer Längsnahtfreiheit, wodurch sich ein erhebliches Gewichtseinsparungspotential ergibt und darüber hinaus die bekannten Korrosions- und Ermüdungsprobleme infolge der ansonsten notwendigen Verbindungselemente entfallen, so dass derartige Rumpfsektionen im Vergleich zur klassischen Vollaluminiumbauweise höhere Lebensdauerzyklen erreichen. In diesem Zusammenhang ist allerdings zu berücksichtigen, dass der Herstellungsaufwand von Quernähten im Vergleich zu Längsnähten deutlich höher ist.In modern aircraft construction increasingly find composite materials and in particular carbon fiber reinforced, thermosetting plastics application. In principle, complete fuselage sections or hull shafts can be produced in one piece in the winding process, for example by successively depositing carbon fiber strands preimpregnated with epoxy resin (prepreg strands) onto a rotating winding mandrel. Difficulties include the large cross-sectional dimensions of the fuselage sections of modern passenger aircraft, which make the use of voluminous and therefore heavy hubs necessary. In addition, the surface quality of a fuselage section produced in the winding process is generally insufficient, so that after completion of the actual winding process further complex process steps for smoothing the component surfaces are necessary. Furthermore, fiber-reinforced thermoset materials show during the curing process shrinkage phenomena that can lead to difficult reproducible deviations, so that it is often impossible to merge fuselage sections produced in one piece by the winding process without additional tolerance compensation measures stress-free to a fuselage cell. Apart from that, large-sized wound CFRP components require curing devices of appropriate dimensions. Finally, one-piece wound fuselage sections in case of damage - if at all - only with great effort to repair, since under certain circumstances, the replacement of a whole fuselage section within the fuselage cell is required, which is to be set equal in the result with a total economic loss. However, a great advantage of the wound fuselage sections - compared to the classic all-aluminum construction - lies in their longitudinal freedom, which results in a significant weight saving potential and beyond the known corrosion and fatigue problems due to the otherwise necessary fasteners omitted, so that such fuselage sections compared to the classic all-aluminum construction achieve longer service life cycles. In this context, however, it should be noted that the production cost of cross-seams compared to longitudinal seams is significantly higher.

Eine Alternative zur Herstellung von Rumpfsektionen im Wickelverfahren stellt der Zusammenbau von Rumpfsektionen aus mehreren vorgefertigten Schalensegmenten dar. Die Herstellung von Rumpfsektionen mit großen Querschnittsabmessungen durch das Zusammenfügen von mindestens zwei Schalensegmenten vermeidet viele der vorstehend aufgezeigten Nachteile. Die Schalenbauweise weist jedoch den Nachteil auf, dass zusätzliche gewichtserhöhend wirkende Längsnähte zum Fügen der Schalensegmente notwendig sind, die eine Vielzahl von Verbindungselementen erfordern, die zudem nachteilig für die Korrosionsfestigkeit und die Ermüdungsresistenz der gesamten Rumpfsektion sind. Die Herstellung der Längsnähte erfordert – solange die Schalensegmente entlang der Längsnähte nicht ausschließlich durch Klebeverbindungen gefügt werden – das Einbringen einer Vielzahl von Bohrungen für die notwendigen Verbindungselemente. Die Bohrungen führen jedoch in aller Regel zu einer strukturellen Schwächung der eingesetzten CFK-Materialien und können darüber hinaus, insbesondere im Bereich von Lochleibungen der Bohrungen, zu weiteren statisch relevanten Fehlstellen, wie zum Beispiel Delaminationen führen. Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Verfahren und Vorrichtungen zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung mittels Ultraschall bekannt, die zur Untersuchung von metallischen und nichtmetallischen Materialien aller Art einsetzbar sind. In der Regel wird bei der Ultraschallprüfung von metallischen Platten und Blechen und CFK-Schalen der eingesetzte Ultraschall senkrecht auf die Oberfläche des zu prüfenden Werkstückes/Bauteils eingeleitet. Anlässlich einer Vielzahl von praktischen Untersuchungen der Anmelderin an gebohrten CFK-Bauteilen hat sich in der Vergangenheit jedoch heraus gestellt, dass die bekannten Vorrichtungen und Verfahren zur Untersuchung von Bohrungen innerhalb von CFK-Bauteilen ungeeignet sind, da eine zuverlässige Auflösung und Lageortung von kleineren Fehlstellen im Material, insbesondere von Delaminationen im Lochleibungsbereich, nicht möglich ist.An alternative to the production of hull sections in the winding process is the assembly of fuselage sections from several prefabricated shell segments. The production of fuselage sections with large cross-sectional dimensions by the joining of at least two shell segments avoids many of the above-mentioned disadvantages. However, the shell construction has the disadvantage that additional longitudinally increasing weight-increasing seams are necessary for joining the shell segments, which require a plurality of fasteners, which are also detrimental to the corrosion resistance and fatigue resistance of the entire fuselage section. The production of longitudinal seams requires - as long as the shell segments along the longitudinal seams are not joined exclusively by adhesive joints - the introduction of a variety of holes for the necessary fasteners. However, the holes usually lead to a structural weakening of the CFRP materials used and can also lead to further statically relevant defects, such as delaminations, especially in the area of holes in the holes. From the prior art, a variety of methods and apparatus for non-destructive materials testing by means of ultrasound are known, which can be used for the investigation of metallic and non-metallic materials of all kinds. As a rule, in the ultrasonic testing of metallic plates and sheets and CFRP shells, the ultrasound used is introduced perpendicular to the surface of the workpiece / component to be tested. In the past, however, a number of practical investigations by the applicant on drilled CFRP components have revealed that the known devices and methods for inspecting bores within CFRP components are unsuitable, since reliable resolution and location location of smaller imperfections in the CFRP components Material, especially of delaminations in Lochleibungsbereich, is not possible.

Ein Verfahren zum zerstörungsfreien Prüfen von Metall- oder Verbundwerkstoffobjekten ist in der WO 2005/045598 A2 beschrieben.A method for non-destructive testing of metal or composite objects is disclosed in US patent no WO 2005/045598 A2 described.

Ferner beschreibt die EP 0 099 816 A1 ein Verfahren zur Ultraschall-Echografie.Furthermore, the describes EP 0 099 816 A1 a method for ultrasound echography.

Die DE 10 2004 059 441 A1 beschreibt eine Ultraschall-Prüfbaueinheit.The DE 10 2004 059 441 A1 describes an ultrasonic Prüfbaueinheit.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zu schaffen, mittels derer Fehlstellen insbesondere im Lochleibungsbereich von Bohrungen in Verbundbauteilen zuverlässig erkannt werden können.The object of the invention is therefore to provide a device by means of which defects can be reliably detected in particular in the Lochleibungsbereich of holes in composite components.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a device having the features of patent claim 1.

Dadurch, dass das Ultraschallfeld in Bezug zu einer Senkrechten einer Bauteiloberseite unter einem Einfallswinkel α von größer als 0° mit dem Bauteil wechselwirkt, können Delaminationen im Lochleibungsbereich von Bohrungen mit einem bislang unerreichten Auflösungsvermögen erfasst werden. Im Fall der konventionellen senkrechten Ausrichtung des Prüfkopfes und damit der vom Prüfkopf emittierten Schallkeulen würde hingegen ein Großteil der Schallenergie wechselwirkungsfrei durch die Bohrung hindurch geleitet, so dass dieser Schallanteil nur einen ungenügenden Beitrag zur Fehleranzeige liefert, und wobei störende Signalanteile – von der Bohrungswand herrührend – die Fehlerbeurteilung verschlechtern. Due to the fact that the ultrasonic field interacts with the component with respect to a vertical of a component top side at an angle of incidence α of greater than 0 °, delaminations in the bore area of bores can be detected with a hitherto unachieved resolution. In the case of the conventional vertical alignment of the probe and thus the sound emitted by the probe head, however, a large part of the sound energy would pass through the hole without interference, so that this sound component provides only an insufficient contribution to the error display, and wherein disturbing signal components - originating from the bore wall - worsen the error assessment.

Aufgrund des hohen Auflösungsvermögens der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann neben dem Vorhandensein einer – auch kleineren – Delamination auch deren räumliche Lage im Lochleibungsbereich einer Bohrung exakt erfasst werden. Für eine zuverlässige Detektion von Fehlstellen ist es in der Regel erforderlich, zwischen dem Prüfkopf und dem Verbundbauteil ein Medium zu platzieren, dessen Impedanz und Geometrie so beschaffen ist, dass die Schallübertragung und die gewünschte Einschallrichtung im Prüfobjekt sicher gewährleistet sind, das heißt dass auch unerwünschte Reflexions- und Streueffekte vermieden werden. In der Regel ist das Kopplungselement bzw. das Übertragungselement ein so genannter ”Vorlauf” in der Gestalt eines mit Koppelflüssigkeit benetzten Kunststoffkörpers oder eines Wasserbeckens bzw. eines Wasservolumens mit einer unterseitig angeordneten elastischen Membran, um die Beweglichkeit des Prüfkopfes in Relation zum Bauteil zu gewährleisten.Due to the high resolution of the device according to the invention, in addition to the presence of - even smaller - delamination and their spatial position in the Lochleibungsbereich a bore can be accurately detected. For a reliable detection of defects, it is usually necessary to place between the probe and the composite component, a medium whose impedance and geometry is such that the sound transmission and the desired sound direction in the test object are safely guaranteed, that is also undesirable Reflection and scattering effects are avoided. In general, the coupling element or the transmission element is a so-called "flow" in the form of a wetted with coupling fluid plastic body or a water basin or a water volume with a lower side arranged elastic membrane to ensure the mobility of the probe in relation to the component.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung verfügt über eine Auswerteeinheit, wobei mittels der Auswerteeinheit insbesondere ein Oberflächenecho, ein Zwischenecho, ein Rückwandkantenecho oder eine beliebige Kombination dieser Echos des von dem Prüfkopf ausgesandten Ultraschallfeldes auswertbar ist, um das Vorhandensein der Fehlstelle anzuzeigen. Der Prüfkopf oder der Linearprüfkopf ist in der Lage, je nach Bauweise und Gerät, Ultraschallfelder in einem Frequenzbereich zwischen 1 und 30 MHz zu emittieren und gleichzeitig durch die Interaktion mit dem Bauteil herrührende, reflektierte Ultraschall-Signale messtechnisch zu erfassen, das heißt der Prüfkopf fungiert zeitlich versetzt gleichermaßen als Sender und Empfänger. Grundsätzlich kann der Prüfkopf auch über getrennte Sender und Empfänger verfügen. Als Ultraschallquelle im Prüfkopf dienen piezoelektrische Elemente bzw. elektroakustische Aktuatoren, die in der Lage sind, eine von außen angelegte elektrische Spannung in eine mechanische Bewegung – weitgehend verzögerungsfrei und proportional – zu transformieren und umgekehrt durch auf den Prüfkopf auftreffende Ultraschallwellen bedingte mechanische Verformungen der Piezoelemente wiederum in eine elektrische Spannung zurück zu verwandeln. Die mit dem Prüfkopf an einer bestimmten Bauteilposition aus elektrischen Messwerten der piezoelektrischen Elemente gewonnenen A-Bilder werden durch schnelle Analog-Digital-Wandler in der Auswerteeinheit digitalisiert und in einer speziellen Rechnereinheit in Echtzeit derart aufbereitet, dass eine anschauliche grafische Darstellung möglich ist. Die Position des Prüfkopfes wird bei der Bohrungsinspektion in vorteilhafter Weise in Polarkoordinaten r, φ angegeben. Hierbei entspricht der Radius r dem Abstand des Prüfkopfes von der Bohrungslängsachse bzw. dem Bohrungsmittelpunkt, während der Winkel φ dem Drehwinkel des Prüfkopfes in der jeweiligen Messposition um die Bohrungslängsachse in Grad entspricht. Im Fall des so genannten A-Bildes werden die gemessenen Signale gegenüber der Laufzeit bzw. Bauteiltiefe grafisch dargestellt. Hierdurch ist es möglich, die vom Prüfkopf gemessenen Zwischenecho-Amplituden, Rückwandkantenecho-Amplituden und/oder Zwischenecho-Laufzeiten (d. h. Zwischenecho-Tiefen) als so genannte ”B-Bilder” oder auch ”C-Bilder” auf einem Monitor zu visualisieren. Die ”B-Bilder” stellen praktisch Querschnittsdarstellungen des untersuchten Verbundbauteils dar, während die ”C-Bilder” draufsichtartige, flächige farbcodierte Anzeigendarstelllungen des Bauteils sind.An advantageous embodiment of the device has an evaluation unit, wherein by means of the evaluation unit in particular a surface echo, an intermediate echo, a back wall edge echo or any combination of these echoes of the ultrasound field emitted by the probe is evaluable to indicate the presence of the defect. The test head or the linear test head is able, depending on the design and device, to emit ultrasonic fields in a frequency range between 1 and 30 MHz and at the same time by the interaction with the component originating, reflected ultrasonic signals to detect metrologically, that is, the test head acts offset in time equally as transmitter and receiver. In principle, the test head can also have separate transmitters and receivers. Piezoelectric elements or electro-acoustic actuators which are capable of transforming an externally applied electrical voltage into a mechanical movement-largely delay-free and proportional-and, in turn, by means of ultrasonic waves impinging on the test probe, cause mechanical deformations of the piezoelectric elements to turn back into an electrical voltage. The A-images obtained with the test head at a specific component position from electrical measured values of the piezoelectric elements are digitized by fast analog-to-digital converters in the evaluation unit and processed in real time in a special computer unit in such a way that an illustrative graphical representation is possible. The position of the test head is advantageously indicated in polar coordinates r, φ during the bore inspection. Here, the radius r corresponds to the distance of the probe from the bore longitudinal axis or the bore center, while the angle φ corresponds to the rotation angle of the probe in the respective measuring position about the bore longitudinal axis in degrees. In the case of the so-called A-picture, the measured signals are plotted against the running time or component depth. This makes it possible to visualize on a monitor the inter-echo amplitudes, back-edge edge echo amplitudes and / or inter-echo propagation times (i.e., inter-echo depths) measured by the test head as so-called "B-pictures" or "C-pictures". The "B-pictures" represent practically cross-sectional representations of the composite component being examined, while the "C-pictures" are top-view-type, areal color-coded display representations of the component.

Nach Maßgabe einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass mittels einer Ausgabeeinrichtung das Vorhandensein der Fehlstelle optisch und/oder akustisch signalisierbar ist. Die Darstellung der in der Auswerteeinheit aufbereiteten Daten des Ultraschallprüfkopfes bzw. des Ultraschall-Linearprüfkopfes erfolgt zur Erleichterung der Auswertung vorzugsweise auf einem großflächigen, farbfähigen Bildschirm, um eine farbige und damit übersichtliche Darstellung der vom Prüfkopf ermittelten Ultraschallechos, die bei B-Bildern eine teilweise Ähnlichkeit zur Bauteilgeometrie erkennen lassen, zu ermöglichen.According to a further advantageous embodiment, it is provided that by means of an output device, the presence of the defect optically and / or acoustically signaled. To facilitate the evaluation, the data of the ultrasound probe or the ultrasound linear test head processed in the evaluation unit is preferably displayed on a large, color-capable screen in order to provide a colored and therefore clear representation of the ultrasound echoes detected by the test head, which are partially similar in the case of B-pictures to identify component geometry, to allow.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Ultraschallfeld von dem mindestens einen Prüfkopf gepulst mit einer Pulsfrequenz von bis zu 20 kHz mit einer Pulslänge von weniger als 10 μs abgestrahlt. Durch die kurzzeitige Abstrahlung des Ultraschalls mit einer Pulsfolgefrequenz von bis zu 20 kHz werden lediglich kurze Ultraschallimpulse bzw. Wellenpakete der Wellengruppe mit einer Pulslänge von weniger als 10 μs abgegeben. Die Hauptfrequenz dieser Ultraschallimpulse ist maßgeblich durch das Schwingverhalten des Prüfkopfschwingerelements gegeben, hängt aber auch vom Ultraschallgerät (Anregung, Filter) sowie von den Schalleigenschaften des zu prüfenden Materials ab. Die Pulsfolgefrequenz, die Ultraschall-Prüffrequenz sowie die Ultraschallimpulslänge werden dann so gewählt, dass im zu prüfenden Material auf einer ausreichend langen störungsfreien Schallstrecke eventuelle – von Materialfehlern herrührende – zurück gesendete Ultraschallimpulspakete zeitlich ausreichend aufgelöst werden.According to an advantageous embodiment, the ultrasound field is pulsed by the at least one probe pulsed at a pulse frequency of up to 20 kHz with a pulse length of less than 10 microseconds. Due to the short-term emission of the ultrasound with a pulse repetition frequency of up to 20 kHz, only short ultrasound pulses or wave packets of the wave group with a pulse length of less than 10 μs are emitted. The main frequency of these ultrasonic pulses is largely determined by the vibration behavior of the Prüfkopfschwingerelements given, but also depends on the ultrasound device (excitation, filter) and the sound properties of the material to be tested. The pulse repetition frequency, the ultrasonic test frequency and the ultrasonic pulse length are then selected so that in the material to be tested on a Sufficiently long, interference-free sound path, if necessary, any ultrasonic pulse packets originating from material defects, are sufficiently resolved in time.

Nach Maßgabe einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zwischen dem mindestens einen Prüfkopf und der Bauteiloberseite ein Kopplungselement, insbesondere ein Vorlaufkeil, angeordnet ist, wobei ein Einfallswinkel α zwischen dem Ultraschallfeld und der Senkrechten der Oberseite des Bauteils größer als 0° ist. Der Vorlaufkeil ist in der Regel aus Kunststoff gefertigt. Er ist sowohl mit der aktiven Schwingerfläche des Prüfkopfes als auch mit der Bauteiloberfläche akustisch gekoppelt, um Übergangsverluste zu minimieren. Im Allgemeinen wird ein Vorlaufkeil mit einem Wasserfilm oder mit einer speziellen Koppelpaste gebildet. Hierdurch wird erreicht, dass die relevante Hauptkomponente des Schallfeldes schräg unter einem Winkel von bis zu 20° in Bezug auf eine Senkrechte der Bauteiloberseite in den interessierenden Lochleibungsbereich einstrahlt und eine besonders hohe räumliche Auflösung mit einem großen Nutzsignal-Rausch-Verhältnis erzielbar ist.In accordance with a further advantageous embodiment, provision is made for a coupling element, in particular a feed wedge, to be arranged between the at least one test head and the upper side of the component, wherein an angle of incidence α between the ultrasonic field and the vertical of the upper side of the component is greater than 0 °. The feed wedge is usually made of plastic. It is acoustically coupled both to the active transducer surface of the probe and to the component surface to minimize transient losses. In general, a Vorlaufkeil is formed with a water film or with a special coupling paste. This ensures that the relevant main component of the sound field obliquely at an angle of up to 20 ° with respect to a perpendicular of the top of the component in the Lochleiibungsbereich of interest and a particularly high spatial resolution with a large useful signal-to-noise ratio can be achieved.

Nach Maßgabe einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind der Prüfkopf oder der Linearprüfkopf mittels einer Positioniereinheit in Bezug auf die Bohrung in mindestens zwei Richtungen des Raumes verfahrbar. Dabei ist ein Verfahren des mindestens einen Prüfkopfes in Polarkoordinaten mit einem Radius r und einem Drehwinkel φ bzgl. der Bohrungsachse besonders geeignet. Der Radius r ist hierbei gleich dem Abstand des Prüfkopfes von der Bohrungslängsachse. Alternativ können auch kartesische Koordinaten zur Anwendung kommen, bei denen die Position des mindestens einen Prüfkopfes parallel zur x-Achse, y-Achse und z-Achse erfasst wird. Die Erfassung des Drehwinkels φ bzw. des Radius r bzw. der kartesischen xyz-Koordinaten kann zum Beispiel mit optischen Drehwinkelgebern, digitalen Wegemessern oder anderen Methoden zur Wegstreckenerfassung erfolgen. Um die in der Regel für eine ausreichende Messgenauigkeit erforderliche hohe mechanische Auflösung und Wiederholgenauigkeit zu erreichen, ist die Positioniereinrichtung beispielsweise mit spielfreien Spindelantrieben ausgestattet, die durch Motoren mit nachgeschalteten Zahnrad- oder Zahnriemengetrieben angetrieben sind.In accordance with a further embodiment of the invention, the test head or the linear test head by means of a positioning unit with respect to the bore in at least two directions of space can be moved. In this case, a method of the at least one test head in polar coordinates with a radius r and a rotation angle φ with respect to the bore axis is particularly suitable. The radius r is equal to the distance of the probe from the bore longitudinal axis. Alternatively, Cartesian coordinates can be used in which the position of the at least one probe is detected parallel to the x-axis, y-axis and z-axis. The detection of the rotation angle φ or of the radius r or of the Cartesian xyz coordinates can be carried out, for example, with optical rotary encoders, digital distance meters or other methods for path detection. In order to achieve the high mechanical resolution and repeatability required for a sufficient measurement accuracy, the positioning device is equipped, for example, with backlash-free spindle drives which are driven by motors with downstream toothed belt or toothed belt drives.

Eine vorteilhafte Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass der mindestens eine Prüfkopf ein Linearprüfkopf mit einer Vielzahl von, insbesondere in einer Reihe hintereinander angeordneten und einzeln ansteuerbaren, Einzelschwingerelementen ist, wobei das jeweils von mindestens einem Einzelschwingerelement abgegebene Ultraschallfeld unter einem Einstrahlwinkel β von 0° in Bezug zur Senkrechten der Bauteiloberseite abgegeben wird und der Linearprüfkopf in etwa waagerecht in Bezug zur Bauteiloberseite ausgerichtet ist. Für die jeweilige aktive Gruppe von Einzelschwingerelementen kann auch eine vorteilhafte tiefenbezogene Schallfeldfokussierung realisiert werden. Der Einsatz des Linearprüfkopfes innerhalb der Vorrichtung weist insbesondere den Vorteil auf, dass die radiale Bewegung nicht durch eine mechanische Bewegung realisiert wird, sondern durch eine elektronisch erfolgende, sukzessive Ansteuerung der Einzelschwingerelemente in Gruppen von beispielsweise 1 bis 8, 2 bis 9, 3 bis 10 usw. erzielt wird. Bei dieser exemplarischen Ansteuerreihenfolge umfasst eine Gruppe jeweils 8 aktive Schwinger, das heißt piezoelektrische Akustikwandler. Der Linearprüfkopf muss jedoch in einem geeigneten festen Abstand von der Bohrungsmitte fixiert sein. Auf diese Weise ermöglicht der Linearprüfkopf durch eine einfache Drehbewegung um einen Winkel φ die Überprüfung des primär interessierenden Lochleibungsbereichs oder durch eine lineare Bewegung die Untersuchung in einem Zug. Hierdurch verringert sich insbesondere der konstruktive Aufwand für die zur Führung des Prüfkopfes oberhalb des Verbundbauteils erforderliche Positioniereinrichtung, da diese nur noch entlang mindestens einer Achse des Raumes verfahrbar sein muss. Da eine Längsachse des Linearprüfkopfes in der Regel quer zur Bewegungsrichtung der Positioniereinrichtung angeordnet ist, ist im Allgemeinen eine Beweglichkeit der Positioniereinrichtung parallel zur y-Achse des Raumes nicht mehr erforderlich. Grundsätzlich kann die Vorrichtung auch mit mindestens einem so genannten Matrix-Prüfkopf bzw. Matrix-Array ausgestattet sein, der eine Erweiterung des ”eindimensionalen” Linearprüfkopfes um eine Raumdimension darstellt. Ein solcher Matrix-Prüfkopf müsste jedoch speziell angefertigt werden und der Geometrie des zu prüfenden Lochleibungsbereichs Rechnung tragen. Beispielsweise müssten die Einzelschwingerelemente in der Form von Kreisringsegmenten angeordnet sein, wobei die Kreisringe wiederum konzentrisch ineinander verschachtelt sind. Mit einem solchen runden Matrix-Ultraschallprüfkopf könnte ein Ausschnitt einer Oberseite eines zu prüfenden Verbundbauteils und/oder ein Bereich um eine Bauteilbohrung in einem Schritt und nach einer einmaligen Positionierung des Prüfkopfes abgetastet werden.An advantageous further development of the device according to the invention provides that the at least one test head is a linear test head with a plurality of, in particular in a row, arranged one behind the other and individually controllable, single oscillator elements, wherein each of at least one single oscillator element emitted ultrasonic field at an angle of incidence β of 0 ° is delivered in relation to the vertical of the top of the component and the linear test head is aligned approximately horizontally with respect to the component top side. An advantageous depth-related sound field focusing can also be realized for the respective active group of individual oscillator elements. The use of the linear test head within the device has the particular advantage that the radial movement is not realized by a mechanical movement, but by an electronic, successive control of the individual oscillator elements in groups of for example 1 to 8, 2 to 9, 3 to 10 etc. is achieved. In this exemplary drive order, one group each includes 8 active oscillators, that is, piezoelectric acoustic transducers. However, the linear probe must be fixed at a suitable fixed distance from the center of the hole. In this way, the linear test head makes it possible, by a simple rotary movement through an angle φ, to check the bearing area of primary interest or by a linear movement, the examination in one go. As a result, in particular, the design complexity for the positioning of the test head above the composite component required positioning, since this only needs to be movable along at least one axis of the room. Since a longitudinal axis of the linear test head is generally arranged transversely to the direction of movement of the positioning device, a mobility of the positioning device parallel to the y-axis of the space is generally no longer necessary. In principle, the device can also be equipped with at least one so-called matrix test head or matrix array, which represents an extension of the "one-dimensional" linear test head around a spatial dimension. However, such a matrix test head would have to be custom made and take into account the geometry of the bearing area to be tested. For example, the individual oscillator elements would have to be arranged in the form of circular ring segments, wherein the circular rings are in turn interleaved concentrically. With such a round matrix ultrasonic test head, a section of an upper side of a composite component to be tested and / or a region around a component bore could be scanned in one step and after a single positioning of the test head.

Nach Maßgabe einer weiteren vorteilhaften Fortbildung ist vorgesehen, dass eine Überlagerung des von den Einzelschwingerelementen jeweils abgegebenen Ultraschalls ein Überlagerungsultraschallfeld bildet. Die von den oben genannten Elementen im Linearprüfkopf jeweils abgegebenen Ultraschallfelder überlagern sich nach den Grundsätzen der allgemeinen Wellentheorie zu einem resultierenden, schrägeinschallenden Überlagerungsultraschallfeld.In accordance with a further advantageous development, it is provided that a superposition of the ultrasound emitted by the individual oscillator elements forms an overlay ultrasound field. The ultrasound fields emitted by the abovementioned elements in the linear test head are superimposed according to the principles of the general wave theory to form a resulting, oblique-incidence superimposed ultrasound field.

Eine weitere vorteilhafte Weiterentwicklung der Vorrichtung sieht vor, dass die Einzelschwingerelemente im Linearprüfkopf, insbesondere mittels einer Phasenansteuerung, derart ansteuerbar sind, dass ein Einfallswinkel α zwischen dem resultierenden Überlagerungsultraschallfeld und der Senkrechten der Bauteiloberseite größer als 0° ist. Hierdurch lässt sich der gleiche Effekt der Schrägeinschallung gegenüber der Senkrechten, wie im Fall eines einzelnen Ultraschall-Prüfkopfes mit einem untergelegten Vorlaufkeil, auch mit einem Ultraschall-Linearprüfkopf erzielen. Im Gegensatz zu der mechanischen Anordnung mit einem Vorlaufkeil wird in diesem Fall jedoch die Schrägeinschallung durch den Einsatz elektronischer Mittel erreicht. Durch die Ansteuerung des Linearprüfkopfes mittels einer elektronischen Phasenansteuerung, die in der Regel integraler Bestandteil der Ultraschall-Auswerteeinheit innerhalb der Vorrichtung ist, kann das ausgesendete Überlagerungsultraschallfeld darüber hinaus leicht durch die Veränderung von geeigneten Parametern in der Auswerteeinheit – wie zum Beispiel in Form der zeitlichen Abfolge der Aktivierung der Einzelschwingerelemente im Linearprüfkopf durch eine Ansteuerelektronik – an die jeweiligen Erfordernisse bei der Prüfung angepasst werden. In üblichen Linearprüfköpfen sind in der Regel 32, 64, 96 oder 128 Einzelschwingerelemente zu einer Einheit zusammengefasst. Die Ansteuerung der Einzelschwingerelemente im Linearprüfkopf erfolgt in der Regel in Gruppen, wobei im Allgemeinen jeweils benachbarte Gruppen sukzessiv, zeitversetzt angesteuert werden. Durch eine entsprechende Einstellung der Parameter der Ansteuereinheit in der Ultraschall-Auswerteeinheit mittels eines Softwaremenüs können Überlagerungsultraschallfelder mit einer in weiten Grenzen veränderlichen Geometrie und insbesondere auch mit einer gegenüber einer Senkrechten der Bauteiloberseite geneigten Hauptstrahlkeule zur Schrägeinschallung generiert werden. A further advantageous further development of the device provides that the individual oscillator elements in the linear test head, in particular by means of a phase control, are controllable such that an angle of incidence α between the resulting overlay ultrasound field and the vertical of the component top side is greater than 0 °. As a result, the same effect of the oblique insonification with respect to the vertical, as in the case of a single ultrasonic probe with an underlying feed wedge, even with an ultrasonic linear probe can be achieved. In contrast to the mechanical arrangement with a wedge Vorlaufkeschallung is achieved in this case by the use of electronic means. By controlling the Linearprüfkopfes by means of an electronic phase control, which is usually an integral part of the ultrasonic evaluation within the device, the emitted superimposed ultrasonic field can also easily by the change of suitable parameters in the evaluation - such as in the form of chronological order the activation of the individual oscillator elements in the linear test head by a control electronics - be adapted to the particular requirements during the test. In usual Linearprüfköpfen 32, 64, 96 or 128 individual oscillator elements are usually combined into one unit. The activation of the individual oscillator elements in the linear test head is generally carried out in groups, with generally adjacent groups in each case being actuated successively, with a time delay. By a corresponding adjustment of the parameters of the drive unit in the ultrasound evaluation unit by means of a software menu overlay ultrasound fields can be generated with a variable geometry within wide limits and in particular with a relative to a vertical line of the component top inclined main beam lobe for Schräginschallung.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den weiteren Patentansprüchen dargelegt.Further advantageous embodiments of the device are set forth in the further claims.

In der Zeichnung zeigt:In the drawing shows:

1 Eine Prinzipdarstellung der Wirkungsweise der Vorrichtung, 1 A schematic representation of the operation of the device,

2 eine Ausführungsvariante der Vorrichtung mit einem einzelnen Prüfkopf unter Verwendung eines Vorlaufkeils, 2 an embodiment of the device with a single probe using a Vorlaufkeils,

3, 4 ein Beispiel für mittels der Vorrichtung ermittelte Messergebnisse, insbesondere A-Bilder, 3 . 4 an example of measurement results determined by the device, in particular A-pictures,

5 eine Ausführungsvariante mit einem exzentrisch im Bereich der Bohrung positionierten Linearprüfkopf, dessen lineare Achse durch die Bohrungsmitte geht, 5 a variant with a linearly positioned in the region of the bore linear test head whose linear axis passes through the center of the hole,

6 eine Ausführungsvariante mit einem im Bereich der Bohrung positionierten Linearprüfkopf, 6 an embodiment variant with a linear test head positioned in the region of the bore,

7 ein Ausführungsbeispiel für eine automatisch arbeitende Vorrichtung nach Maßgabe der 6, 7 an embodiment of an automatic device according to the 6 .

8 ein VC-Sektor-B-Bild eines Bauteils mit einer fehlerfreien Bohrung, 8th a VC sector B image of a component with a clean bore,

9 ein Zwischenecho-C-Bild sowie ein Rückwandecho-C-Bild des Bauteils nach 8, 9 an intermediate echo C image and a backwall echo C image of the device 8th .

10 ein VC-Sektor-B-Bild eines Bauteils mit einer fehlerhaften Bohrung, und 10 a VC sector B image of a component with a faulty bore, and

11 ein Zwischenecho-C-Bild sowie ein Rückwandecho-C-Bild des Bauteils nach 10. 11 an intermediate echo C image and a backwall echo C image of the device 10 ,

In der Zeichnung sind dieselben konstruktiven Elemente jeweils mit der gleichen Bezugsziffer versehen.In the drawing, the same constructive elements are each provided with the same reference numeral.

Die 1 zeigt eine schematisierte Darstellung der Funktionsweise einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung. In ein Bauteil 1 ist eine zylindrische Bohrung 2 eingebracht. Bei dem Bauteil 1 handelt es sich bevorzugt um ein beliebiges Verbundbauteil, das in der Regel mit einem kohlefaserverstärkten Epoxidharz gebildet ist. In einem Lochleibungsbereich 3 der Bohrung 2 befindet sich eine zu detektierende Delamination 4 mit einer Breite 5. Mit dem Begriff der ”Delamination” wird eine bereichsweise Heraus- bzw. Ablösung von Verstärkungsfaserlagen aus der umgebenden Kunststoffmatrix bezeichnet. Diese luftgefüllten Delaminationen können bereits während des Herstellungsprozesses des Bauteils 1 oder aber durch die Einbringung von Bohrungen entstehen. In jedem Fall wird die mechanische Belastbarkeit einer Anbindung zwischen dem Bauteil 1 und einem Anbauteil, die beispielsweise durch das Einbringen von Bolzen oder Nieten in die Bohrung 1 geschaffen wird, beeinträchtigt, so dass Delaminationen im Bereich von Bohrungen in Verbundbauteilen durch eine lückenlose Prüfung zuverlässig erkannt werden müssen. Von einem Prüfkopf 6 wird Ultraschall 7 in Richtung einer Bauteiloberseite 8 emittiert. Der Ultraschall 7 ist entgegen der vereinfachten Darstellung in 1 kein gebündelter Strahl mit einer im Normalfall vernachlässigbar kleinen Strahlaufweitung wie bei einem Laserstrahl, es handelt sich vielmehr um mehrere, vom Prüfkopf ausgehende, tropfenförmige Schallstrahlungskeulen unterschiedlicher Längenerstreckung und unterschiedlicher Schalldrücke. Erfindungsgemäß wird der Ultraschall 7 unter einem Winkel α, der größer als 0° in Bezug auf eine Senkrechte 9 der Bauteiloberseite 8 ist, abgegeben und in das Bauteil 1 eingestrahlt. Um optimale Ergebnisse zu erzielen wird für den Winkel α ein Wert von bis zu ca. 20° gewählt. Zwischen dem Prüfkopf 6 und der Bauteiloberseite 8 befindet sich ein in der Darstellung der 1 der besseren Übersicht halber nicht dargestelltes Kopplungselement, um Reflektionen aufgrund des Phasenübergangs im Bereich der Bauteiloberseite 8 zu minimieren (vgl. 2). Dieses Kopplungselement kann zum Beispiel durch eine Wasservorlaufstrecke realisiert werden. Möglich ist auch die Benutzung eines geeigneten Kunststoffkeils, der oben mit einem Film von Koppelpaste oder Koppelflüssigkeit an den Ultraschallschwinger akustisch angebunden ist, sowie von unten in ähnlicher Weise versehen ist, um den Ultraschall ins Bauteil zu übertragen, und um auch eine gleichmäßig gleitendende Bewegung zu erzielen.The 1 shows a schematic representation of the operation of a device designed according to the invention. In a component 1 is a cylindrical bore 2 brought in. In the component 1 it is preferably an arbitrary composite component, which is usually formed with a carbon fiber reinforced epoxy resin. In a hole area 3 the bore 2 there is a delamination to be detected 4 with a width 5 , The term "delamination" refers to a partial release or detachment of reinforcing fiber layers from the surrounding plastic matrix. These air-filled delaminations can already occur during the manufacturing process of the component 1 or by the introduction of holes arise. In any case, the mechanical load capacity of a connection between the component 1 and an attachment, for example, by the introduction of bolts or rivets in the bore 1 is impaired, so that delamination in the area of holes in composite components must be reliably detected by a gapless inspection. From a test head 6 becomes ultrasound 7 in the direction of a component top 8th emitted. The ultrasound 7 is contrary to the simplified representation in 1 no bundled beam with a normally negligible beam expansion as with a laser beam, but rather a plurality of droplet-shaped sound radiation lobes of different length extension and different sound pressure emanating from the test head. According to the invention, the ultrasound 7 at an angle α greater than 0 ° with respect to a vertical 9 the component top 8th is, delivered and in the component 1 irradiated. In order to achieve optimum results, a value of up to approximately 20 ° is selected for the angle α. Between the test head 6 and the component top 8th is one in the representation of 1 for better clarity, not shown coupling element to reflections due to the phase transition in the region of the top of the component 8th to minimize (cf. 2 ). This coupling element can be realized for example by a water supply path. It is also possible to use a suitable plastic wedge, which is acoustically connected at the top with a film of coupling paste or coupling fluid to the ultrasonic transducer, as well as provided from below in a similar manner to transmit the ultrasound into the component, and also to a smooth sliding movement to achieve.

Innerhalb des Bauteils 1 verläuft der Ultraschall 7 geradlinig unter einem Winkel β, der gleichfalls größer als 0° ist, trifft auf die Delamination 4 mit der Breite 5 auf, und wird von dieser im Wesentlichen stark reflektiert, trifft auf eine Lochleibung 10 der Bohrung 2, wird von dieser ebenfalls unter einem Winkel β stark reflektiert, tritt unter dem Winkel α wieder aus der Bauteiloberseite 8 aus und trifft schließlich wieder auf den Prüfkopf 6. Das Verhältnis der beiden Winkel α und β ergibt sich aus der Beziehung

Figure DE102008043293B4_0002
wobei c1,2 für die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Ultraschalls 7 im jeweiligen Medium (Luft bzw. Verbundmaterial des Bauteils) steht. Das vom Prüfkopf 6 generierte Messsignal wird in einer nicht dargestellten Auswerteeinheit verstärkt, gefiltert, digitalisiert, gespeichert und rechnerisch aufbereitet. In einer nachgeschalteten Ausgabeeinrichtung wird das so aufbereitete Messsignal akustisch und/oder optisch visualisiert.Within the component 1 runs the ultrasound 7 straight line at an angle β, which is also greater than 0 °, meets the delamination 4 with the width 5 on, and is reflected by this substantially strong, meets a hole embedding 10 the bore 2 , is reflected by this also at an angle β strong, occurs at the angle α again from the top of the component 8th and finally hits the test head again 6 , The ratio of the two angles α and β results from the relationship
Figure DE102008043293B4_0002
where c is 1.2 for the propagation velocity of the ultrasound 7 in the respective medium (air or composite material of the component) is. That from the test head 6 generated measurement signal is amplified in an evaluation unit, not shown, filtered, digitized, stored and processed mathematically. In a downstream output device, the thus prepared measurement signal is visualized acoustically and / or optically.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Schrägeinstrahlung des Ultraschalls 7 in das Bauteil 1 wird die Reflektion des Ultraschalls 7 im Bereich der Delamination 4 durch eine Art Winkelspiegeleffekt mit vergrößernder Wirkfläche verstärkt, so dass sich mit der Vorrichtung Ultraschallmessungen im Lochleibungsbereich von Bohrungen in Verbundbauteilen höher auflösen lassen. Vorteilhaft ist so auch die Vermeidung von Störsignalen aufgrund streifenden Einfalls an der Bohrungsfläche. Hierdurch können Delaminationen sicherer erkannt und deren Lage genauer erfasst werden. Insbesondere beim Einstrahlen des Ultraschalls 7 im Bereich der Bohrung 2 wird verhindert, dass ein Großteil des vom Prüfkopf 6 emittierten Ultraschalls 7 wechselwirkungsfrei durch die Bohrung 2 abgeleitet wird und somit für eine Auswertung verloren ist.Due to the oblique irradiation of the ultrasound according to the invention 7 into the component 1 becomes the reflection of the ultrasound 7 in the field of delamination 4 amplified by a kind of angle mirror effect with increasing effective area, so that can be resolved higher with the device ultrasonic measurements in Lochleibungsbereich bores in composite components. It is also advantageous to avoid interference due to grazing incidence on the bore surface. As a result, delaminations can be detected more reliably and their position can be detected more accurately. In particular, when irradiating the ultrasound 7 in the area of the bore 2 will prevent much of the from the test head 6 emitted ultrasound 7 interaction-free through the hole 2 is derived and thus lost for evaluation.

Die 2 zeigt eine erste Ausführungsvariante der Vorrichtung. Eine Vorrichtung 11 umfasst unter anderem einen beispielsweise zylindrischen Prüfkopf 12, der unter einem Winkel α zwischen 5° und 25° in Bezug auf eine Senkrechte 13 einer Bauteiloberseite 14 eines zu untersuchenden Bauteils 15 angeordnet ist. Zwischen dem Prüfkopf 12 und der Bauteiloberseite 14 befindet sich ein Vorlaufkeil 16 zur Erzielung einer möglichst optimalen Einkopplung des vom Prüfkopf 12 emittierten keulenförmigen Ultraschallfeldes 17. In das Bauteil 15 ist eine Bohrung 18 eingebracht, in deren Lochleibungsbereich 19 sich eine Delamination 20 mit einer Breite 21 befindet. Durch das Ultraschallfeld 17 wird ein Oberflächenecho 22, ein Zwischenecho 23 sowie ein Rückwandkantenecho 24 erzeugt. In einer komplexen Auswerteeinheit 25 werden die Echos 22 bis 24 entsprechend messtechnisch ausgewertet und auf einer Ausgabeeinrichtung 26, bei der es sich in der Regel um einen farbigen LCD-Monitor handelt, visualisiert. Aufgrund der erfindungsgemäß unter einem Neigungswinkel α erfolgenden Schrägeinstrahlung des Ultraschalls 17 wird durch die Delamination 20 ein stärkeres Zwischenecho 23 erzeugt, wodurch mit der Vorrichtung 11 eine signifikant höhere Auflösung hinsichtlich des Vorhandenseins und der Lage der Delamination 20 erreichbar ist.The 2 shows a first embodiment of the device. A device 11 includes, inter alia, an example cylindrical probe 12 which is at an angle α between 5 ° and 25 ° with respect to a vertical 13 a component top 14 a component to be examined 15 is arranged. Between the test head 12 and the component top 14 there is a feed wedge 16 to achieve the best possible coupling of the probe 12 emitted club-shaped ultrasonic field 17 , Into the component 15 is a hole 18 introduced, in the bearing area 19 a delamination 20 with a width 21 located. Through the ultrasonic field 17 becomes a surface echo 22 , an intermediate echo 23 as well as a back wall edge echo 24 generated. In a complex evaluation unit 25 become the echoes 22 to 24 evaluated according to metrology and on an output device 26 , which is usually a colored LCD monitor, visualized. Due to the oblique irradiation of the ultrasound, which takes place according to the invention at an angle of inclination α 17 is caused by the delamination 20 a stronger intermediate echo 23 generated, causing the device 11 a significantly higher resolution in terms of the presence and location of the delamination 20 is reachable.

Die 3 und 4, auf die im weiteren Fortgang der Beschreibung zugleich Bezug genommen wird, illustrieren exemplarisch den Verlauf zweier A-Bilder, die mit der Vorrichtung nach Maßgabe der 2 erzeugt wurden. Im Fall des oberen A-Bildes 27, einer Ultraschallsignaldarstellung über die Zeit bzw. eine Bauteiltiefe, ist keine Delamination vorhanden und wird auch nicht angezeigt, während im Fall des unteren A-Bildes 28 eine Delamination durch ein Zwischensignal angezeigt wird. Das A-Bild 27 zeigt neben dem relativ schwachen Oberflächenecho 22 ein auffälliges Rückwandkantenecho 24, während bis auf kleine Rauschsignale kein Zwischenecho 23 vorhanden ist. Hieraus lässt sich schließen, dass im Bereich der Bohrung keine Delaminationen vorhanden sind. Hiervon unterscheidet sich das A-Bild 28 signifikant. Denn im Vergleich zum ersten A-Bild 27 ist ein deutliches Zwischenecho 23 vorhanden und das Rückwandkantenecho 24 ist im Fall des unteren A-Bildes 28 im Vergleich zum oberen A-Bild 27 deutlich schwächer ausgeprägt.The 3 and 4 , which will be referred to in the further course of the description at the same time, illustrate by way of example the course of two A-pictures, with the device in accordance with the 2 were generated. In the case of the upper A-picture 27 , An ultrasonic signal representation over time or a component depth, there is no delamination and is not displayed, while in the case of the lower A-image 28 a delamination is indicated by an intermediate signal. The A-picture 27 shows next to the relatively weak surface echo 22 a striking back wall edge echo 24 , while up to small noise signals no intermediate echo 23 is available. From this it can be concluded that there are no delaminations in the area of the bore. This is different from the A-picture 28 significant. Because in comparison to the first A-picture 27 is a clear intermediate echo 23 available and the back wall edge echo 24 is in the case of the lower A-picture 28 compared to the upper A-picture 27 significantly weaker.

Die 5 und 6 zeigen den prinzipiellen Aufbau einer zweiten und dritten Ausführungsvariante der Vorrichtung, die im Gegensatz zur ersten Ausführungsvariante mit einem so genannten Linearprüfkopf ausgestaltet sind. Eine Vorrichtung 29 umfasst unter anderem einen Linearprüfkopf 30, der im Ausführungsbeispiel der 5 mit insgesamt sechs Einzelschwingerelementen 31 bis 36 ausgestattet ist. Innerhalb des Gehäuses des Linearprüfkopfes 30 sind die Einzelschwingerelemente 31 bis 36 gleichmäßig zueinander beabstandet und linear hintereinander angeordnet. Der konstruktive Aufbau der im Linearprüfkopf 30 zusammengefassten Einzelprüfköpfe 31 bis 36 entspricht in Aufbau und Funktion jeweils für sich betrachtet den bereits im Rahmen der 1, 2 erläuterten Ultraschall-Prüfköpfen 6, 12. Die im Linearprüfkopf 30 integrierten Einzelschwingerelemente 31 bis 36 können einerseits Ultraschall emittieren und andererseits empfangen, so dass dieser von der Ultraschall-Auswerteeinheit ausgewertet werden kann. Unterhalb des Linearprüfkopfes 30 befindet sich ein zu untersuchendes Bauteil 37, das mit einer zylindrischen Bohrung 38 versehen ist, in dessen Lochleibungsbereich 39 sich zwei Delaminationen 40, 41 befinden. Das vom Einzelschwingerelement 32 emittierte Ultraschallfeld 42 führt zu einem schwachen Oberflächenecho 43 und einem Rückwandkantenecho 44, während ein vom Einzelschwingerelement 34 ausgestrahltes Ultraschallfeld 45 an der Delamination 40 im Inneren des Bauteils 37 zumindest teilweise reflektiert wird und zu einem Zwischenecho 46 führt, das einen eindeutigen Indikator für eine Fehlstelle im Bauteil 37 darstellt. Im Unterschied zu einem einzelnen Prüfkopf strahlen die Einzelschwingerelemente 31 bis 36 des Linearprüfkopfes 30 jeweils für sich das Ultraschallfeld 42, 45 unter einem Winkel von 0° in Bezug auf eine Senkrechte 47 der Bauteiloberseite 48 bzw. des Linearprüfkopfes 30 aus. Die erfindungsgemäße Neigung des Ultraschallfeldes 42, 45 zwischen 0° und 30° stellt sich erst durch eine geeignete, insbesondere zeitlich versetzte, gruppenweise erfolgende elektronische Ansteuerung der Einzelschwingerelemente 31 bis 36 innerhalb des Linearprüfkopfes 30 ein. Hierdurch überlagern sich die einzelnen Ultraschall-Wellenfelder der Einzelschwingerelemente 31 bis 36 nach den Gesetzen der allgemeinen Wellentheorie zu einem Überlagerungsultraschallfeld 49, dessen maßgeblich wirksame Haupt-Komponente den gewünschten Einstrahlwinkel zwischen 0° und ca. 20° in Bezug zur Bauteiloberseite 48 aufweist. Durch eine Rotation des Linearprüfkopfes 30 um 360° um eine Bohrungsachse 50 herum, wie durch den Pfeil 51 angedeutet, lässt sich der vollständige Lochleibungsbereich 39 auf das Vorhandensein und/oder die Lage der Delaminationen 40, 41 untersuchen. Hierbei dreht sich der Linearprüfkopf 30 um die Bohrungsachse 50, das heißt die Drehachse 52 des Linearprüfkopfes 30 verläuft horizontal parallelversetzt – wie durch den weißen, horizontalen Doppelpfeil angedeutet – zur Bohrungsachse 50.The 5 and 6 show the basic structure of a second and third embodiment of the device, which are designed in contrast to the first embodiment with a so-called linear test head. A device 29 includes, inter alia, a linear test head 30 in the embodiment of the 5 with a total of six individual oscillator elements 31 to 36 Is provided. Inside the housing of the linear test head 30 are the single oscillator elements 31 to 36 equally spaced and arranged linearly one behind the other. The constructive structure of the linear test head 30 combined single probes 31 to 36 corresponds in structure and function in each case already within the framework of the 1 . 2 explained ultrasonic probes 6 . 12 , The in the linear test head 30 integrated single oscillator elements 31 to 36 On the one hand, ultrasound can be emitted and, on the other hand, received, so that it can be evaluated by the ultrasound evaluation unit. Below the linear test head 30 there is a component to be examined 37 that with a cylindrical bore 38 is provided, in its storage area 39 two delaminations 40 . 41 are located. That of the single oscillator element 32 emitted ultrasonic field 42 leads to a weak surface echo 43 and a back wall edge echo 44 while one from the single oscillator element 34 emitted ultrasonic field 45 at the delamination 40 inside the component 37 at least partially reflected and to an intermediate echo 46 leads, which is a clear indicator of a defect in the component 37 represents. In contrast to a single test head, the individual oscillator elements radiate 31 to 36 of the linear test head 30 in each case the ultrasonic field 42 . 45 at an angle of 0 ° with respect to a vertical 47 the component top 48 or the linear test head 30 out. The inventive inclination of the ultrasonic field 42 . 45 between 0 ° and 30 ° only arises through a suitable, in particular offset in time, group-wise electronic control of the individual oscillator elements 31 to 36 within the linear test head 30 one. As a result, the individual ultrasonic wave fields of the individual oscillator elements are superimposed 31 to 36 according to the laws of the general wave theory to a superposition ultrasonic field 49 whose decisive main component is the desired angle of incidence between 0 ° and approx. 20 ° with respect to the top of the component 48 having. By a rotation of the linear test head 30 360 ° around a bore axis 50 around, like the arrow 51 indicated, the complete Lochleibungsbereich can be 39 on the presence and / or location of delaminations 40 . 41 investigate. This is where the linear test head rotates 30 around the bore axis 50 that is the axis of rotation 52 of the linear test head 30 runs horizontally parallel offset - as indicated by the white, horizontal double arrow - to the bore axis 50 ,

Im Unterschied zur Variante nach 5 ist im Fall der dritten Variante der Vorrichtung 29 gemäß der 6 der Linearprüfkopf 30 mit den Einzelschwingerelementen 31 bis 36 mittig oberhalb der Bohrung 38 im Bauteil 37 angeordnet, das heißt die Bohrungsachse 50 fällt mit der Drehachse 52 des Linearprüfkopfes 30 zusammen, woraus sich insbesondere der Vorteil ergibt, dass zur vollständigen Prüfung des Lochleibungsbereiches 39 der Bohrung 38 lediglich eine 180°-Drehung des Linearprüfkopfes 30 um die Drehachse 52 zum vollständigen Scannen des Lochleibungsbereiches 39 erforderlich ist, wie durch den Pfeil 53 veranschaulicht ist. Somit lässt sich mittels der dritten Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung 29 die notwendige Prüfzeit halbieren.In contrast to the variant after 5 is in the case of the third variant of the device 29 according to the 6 the linear test head 30 with the single oscillator elements 31 to 36 in the middle above the hole 38 in the component 37 arranged, that is, the bore axis 50 falls with the axis of rotation 52 of the linear test head 30 together, which in particular gives the advantage that the complete examination of the Lochleibungsbereiches 39 the bore 38 only a 180 ° rotation of the linear test head 30 around the axis of rotation 52 for full scanning of the bearing area 39 is required, as indicated by the arrow 53 is illustrated. Thus, by means of the third variant of the device according to the invention 29 halve the necessary test time.

Um eine gleichmäßige, gute Ankopplung zu erzielen, befindet sich zwischen dem Linearprüfkopf 30 und der Bauteiloberseite 48 ein in den 5, 6 nicht eingezeichneter Vorlauf, insbesondere ein mit Wasser gefüllter Vorlauf bzw. ”Wasservorlauf” (vgl. 2). Die Rotation des Linearprüfkopfes 30 erfolgt manuell oder durch eine gleichfalls nicht dargestellte Positioniereinrichtung, die von der Auswerteeinheit gesteuert wird.To achieve a smooth, good coupling, is located between the linear probe 30 and the component top 48 one in the 5 . 6 Not indicated flow, in particular a water-filled flow or "water supply" (see. 2 ). The rotation of the linear test head 30 takes place manually or by a likewise not shown positioning, which is controlled by the evaluation.

Die 7 zeigt eine mögliche technische Umsetzung der zweiten Variante. Eine Vorrichtung 54 umfasst unter anderem einen Linearprüfkopf 55, der in einem Wasservorlauf 56 als Kopplungselement zur weitgehend verlustfreien Ultraschalldurchleitung vertikal federnd aufgenommen ist. Der Linearprüfkopf 55 ist so in den Wasservorlauf 56 eingepasst, dass aus diesem kein Wasser bei vertikalen Bewegungen des Linearprüfkopfes 55 austritt. Gegebenenfalls müssen zur Erreichung dieses Zwecks nicht dargestellte Dichtelemente zwischen dem Linearprüfkopf 55 und den Wandungen des Vorlaufs 56 vorgesehen sein. Durch den Wasservorlauf 56 wird eine nahezu verlustfreie Einkopplung des vom Linearprüfkopf 55 emittierten Ultraschalls in ein zu prüfendes Bauteil 57 und eine verlustarme Rückleitung des vom Bauteil 57 reflektierten Ultraschalls zum Linearprüfkopf 55 erreicht. Der Wasservorlauf 56 ist mit einem quaderförmigen Behälter 58 gebildet, dessen Unterseite mit einer elastischen Membran 59 geringer Dicke wasserdicht abgeschlossen ist und der blasenfrei und im Idealfall vollständig mit sauberem Wasser 60 gefüllt ist. Mittels einer U-förmigen Halterung 61 als eine – von einer nicht dargestellten Steuer- und Regeleinrichtung kontrollierte – Positioniereinrichtung erfolgt die räumliche Ausrichtung des Linearprüfkopfes 55 in Bezug auf eine in das Bauteil 57 eingebrachte Bohrung 62. Zu diesem Zweck ist der Wasservorlauf 56 auf einer Innenfläche eines unteren Schenkels 63 der U-förmigen Halterung 61 befestigt. Ein oberer Schenkel 64 ist elastisch federnd ausgebildet und mittels eines senkrechten Steges 65 mit dem unteren Schenkel 63 verbunden. Zur Unterstützung der Federwirkung ist zwischen dem oberen Schenkel 64 und dem Linearprüfkopf 55 eine Druckfeder 66 angeordnet. Eine Unterseite des unteren Schenkels 63 weist einen Zapfen 67 auf, der zumindest bereichsweise formschlüssig in die Bohrung 62 einbringbar ist. Somit kann die Halterung 61 zusammen mit dem Linearprüfkopf 55 um eine Bohrungsachse 68, die zugleich eine Senkrechte 69 einer Bauteiloberseite 70 und eine Drehachse 71 der gesamten Vorrichtung 54 darstellt, um beliebige Winkel φ verdreht werden. Um einen vollautomatischen Prüfungsbetrieb zu gewährleisten, ist ein Motor 72 vorgesehen mittels dessen ein Laufrad 73 antreibbar ist. Das Laufrad 73 rollt hierbei auf einem sich auf der Bauteiloberseite 70 ergebenden kreisringförmigen Abrollweg 74 ab. Mittels eines nicht dargestellten Drehwinkelgebers kann ein Drehwinkel υ erfasst und für eine anschließende digitale grafische Aufbereitung verwendet werden.The 7 shows a possible technical implementation of the second variant. A device 54 includes, inter alia, a linear test head 55 standing in a water spurt 56 is taken as a coupling element for largely lossless ultrasonic transmission vertically resilient. The linear test head 55 is so in the water supply 56 fitted, that from this no water during vertical movements of the linear test head 55 exit. Optionally, to achieve this purpose, not shown sealing elements between the Linearprüfkopf 55 and the walls of the forerunner 56 be provided. Through the water supply 56 becomes a nearly lossless coupling of the linear test head 55 emitted ultrasound into a component to be tested 57 and a low-loss return of the component 57 reflected ultrasound to the linear probe 55 reached. The water supply 56 is with a cuboid container 58 formed, whose bottom with an elastic membrane 59 small thickness is watertight and the bubble-free and ideally completely with clean water 60 is filled. By means of a U-shaped bracket 61 as a - controlled by a control and regulating device, not shown - positioning takes place the spatial orientation of the Linearprüfkopfes 55 in terms of one in the component 57 introduced bore 62 , For this purpose, the water supply 56 on an inner surface of a lower thigh 63 the U-shaped bracket 61 attached. An upper thigh 64 is elastically resilient and by means of a vertical web 65 with the lower leg 63 connected. To support the spring action is between the upper leg 64 and the linear test head 55 a compression spring 66 arranged. A bottom of the lower thigh 63 has a pin 67 on, at least partially positively in the hole 62 can be introduced. Thus, the holder 61 together with the linear test head 55 around a bore axis 68 , which are at the same time a vertical 69 a component top 70 and a rotation axis 71 the entire device 54 represents to be rotated at arbitrary angles φ. To ensure a fully automatic test operation is an engine 72 provided by means of an impeller 73 is drivable. The impeller 73 rolls on a on the top of the component 70 resulting annular Abrollweg 74 from. By means of a rotary encoder, not shown, a rotation angle υ can be detected and used for a subsequent digital graphic processing.

Im weiteren Verlauf der Beschreibung wird zugleich auf die 8 bis 11 Bezug genommen, die grafische Darstellungen von Messergebnissen visualisieren, die zum Beispiel mit einem Linearprüfkopf nach Maßgabe der 7 ermittelt und in einer nachgeschalteten Auswerteeinheit grafisch aufbereitet und zur Anzeige gebracht wurden.In the further course of the description is at the same time on the 8th to 11 Reference is made to visualize the graphical representations of measurement results, for example, with a linear probe according to the 7 determined and graphically processed in a downstream evaluation unit and displayed.

In der 8 ist ein so genanntes VC-Sektor-B-Bild eines Bauteils 75 mit einer fehlerfreien Bohrung 76, das heißt insbesondere ohne Delaminationen gezeigt, während die 10 ein VC-Sektor-B-Bild eines defekten Bauteils 77 mit einer fehlerhaften Bohrung 78 zeigt, die im Randbereich eine Delamination 79 aufweist. Die Abkürzung ”VC” steht für ”Volume Corrected”, das heißt es handelt sich um eine durch numerische Verfahren bzw. Algorithmen volumenkorrigierte Sektor-Darstellung. Der linke Teil der 9 illustriert ein Zwischenecho-C-Bild der Bohrung 76, während der rechte Teil der 9 ein Rückwandecho-C-Bild derselben wiedergibt. Korrespondierend hierzu illustriert die 11 im linken Teil ein Zwischenecho-C-Bild der fehlerhaften Bohrung 78 und im rechtsseitigen Teil ein Rückwandecho-C-Bild dieser Bohrung. In beiden Diagrammen ist die Delamination 79 deutlich zu erkennen. Die Polarkoordinaten r, φ entsprechen einem Radius r, das heißt einem Abstand eines exemplarisch in den 9 und 11 betrachteten Messpunktes von einer Längsachse der untersuchten Bohrung, und dem Drehwinkel φ unter dem diese Messung erfolgt ist. Die sukzessive Aufnahme der einzelnen Messpunkte kann beispielsweise mit dem Linearprüfkopf 55 der Vorrichtung nach Maßgabe der 7 erfolgen. Die Grauwerte in sämtlichen 8 bis 11 korrespondieren jeweils mit den Grauwerten eines Referenzbalkens 80 und den diesen zugeordneten Prozentwerten. Die den Grauwerten zugeordneten Prozentwerte bzw. Intervalle von 0%–10%, 10%–40%, 40%–70% sowie 70%–100% stehen für eine jeweils erreichte bzw. angezeigte maximale Bildschirmhöhe (BSH, Amplituden) des jeweiligen Ultraschallechos, die sich in den jeweils mit einem punktierten Rahmen angedeuteten Zwischenecho-Gates 81 und 83 und in den gleichfalls mit einem punktierten Rahmen angedeuteten Rückwandecho-Gates 82, 84 sowie in den übrigen Bereichen der Bauteile 75, 77 einschließlich der Bohrungen 76, 78 ergeben. Diese Bildschirmhöhen werden auf der nicht dargestellten Anzeigeeinheit (Bildschirm) einer Auswerteeinheit für einen Anwender zur erleichterten Erkennung von Fehlstellen, insbesondere von Delaminationen, aufbereitet und visualisiert.In the 8th is a so-called VC sector B-picture of a component 75 with a good bore 76 , that is, in particular, shown without delaminations, while the 10 a VC sector B image of a defective component 77 with a faulty hole 78 shows that in the border area a delamination 79 having. The abbreviation "VC" stands for "Volume Corrected", that is to say it is a sector-corrected volume representation by numerical methods or algorithms. The left part of the 9 illustrates an intermediate echo C image of the bore 76 while the right part of the 9 a backwall echo C image of the same. Corresponding to this illustrates the 11 in the left part an intermediate echo C-picture of the faulty hole 78 and in the right-hand side a backwall echo C-picture of this hole. In both diagrams is the delamination 79 clearly visible. The polar coordinates r, φ correspond to a radius r, that is, a distance of an example in the 9 and 11 considered measuring point of a longitudinal axis of the examined bore, and the rotational angle φ under which this measurement is carried out. The successive recording of the individual measuring points can, for example, with the Linearprüfkopf 55 the device in accordance with the 7 respectively. The gray values in all 8th to 11 correspond in each case with the gray values of a reference bar 80 and the percentages assigned to them. The percentage values or intervals of 0% -10%, 10% -40%, 40% -70% and 70% -100% assigned to the gray values represent the respective maximum and maximum screen height (BSH, amplitudes) of the respective ultrasound echo , which are in each indicated with a dotted frame intermediate echo gates 81 and 83 and in the also indicated with a dotted frame backwall echo gates 82 . 84 as well as in the remaining areas of the components 75 . 77 including the holes 76 . 78 result. These screen heights are processed and visualized on the display unit (screen), not shown, of an evaluation unit for a user for easier detection of defects, in particular delaminations.

Zum Beispiel ergibt sich aus dem Diagramm nach Maßgabe der 10 im Bereich der Delamination 79 eine Bildschirmhöhe zwischen 70% und 100% (vgl. Referenzbalken 80), während die Echos im restlichen Bereich des Zwischenecho-Gates 83 des Bauteils 77 lediglich eine Bildschirmhöhe zwischen 10% und 40% erreichen. Im Bereich des Rückwandecho-Gates 84 ergeben sich Bildschirmhöhen der Echos zwischen 10% bis 40% und in räumlich begrenzten Zonen 85 (oval) und 86 (leicht elliptisch) ergeben sich jeweils BSH-Werte von 40% bis zu 70%. Oberhalb des Zwischenecho-Gates 83 befinden sich zwei weitere lokal begrenzte Zonen 87, 88. In der linken, langgestreckten ovalen Zone 87 liegen die BSH-Werte zwischen 40% und 70%, während sich in der rechten, leicht elliptischen Zone 88 BSH-Werte zwischen 70% und 100% einstellen. In den beide Zonen 87 und 88 umschließenden Bereichen des Bauteils 77 (oberhalb des Zwischenwandecho-Gates 84) liegen die BSH-Werte jedoch deutlich niedriger und erreichen lediglich Werte zwischen 10% und 40%, so dass eine eindeutige Detektion der Delamination 79 möglich ist. In der Darstellung der 8 sind im Bauteil 75 gleichfalls fünf langegestreckte, ovale und kreisförmige bzw. leicht elliptische Zonen mit unterschiedlichen BSH-Werten dargestellt, die jedoch der besseren zeichnerischen Übersicht wegen keine Bezugsziffern tragen. Auf dieselbe Art und Weise können die Bildschirmhöhen (BSH) aller gemessenen Echos in den Bauteilen 75, 77 nach Maßgabe der 8, 9 sowie 11 quantifiziert werden.For example, results from the diagram in accordance with the 10 in the field of delamination 79 a screen height between 70% and 100% (see reference bar 80 ), while the echoes in the remaining area of the intermediate echo gate 83 of the component 77 only reach a screen height between 10% and 40%. In the area of the rear wall echo gate 84 screen heights of the echoes range between 10% to 40% and in spatially limited zones 85 (oval) and 86 (slightly elliptical) results in BSH values of 40% up to 70%. Above the intermediate echo gate 83 There are two more localized zones 87 . 88 , In the left, elongated oval zone 87 the BSH values are between 40% and 70%, while in the right, slightly elliptical zone 88 Set BSH values between 70% and 100%. In both zones 87 and 88 enclosing areas of the component 77 (above the intermediate wall echo gate 84 However, the BSH values are significantly lower and only reach values between 10% and 40%, so that a clear detection of delamination 79 is possible. In the presentation of the 8th are in the component 75 also shown five elongated, oval and circular or slightly elliptical zones with different BSH values, but for the better graphical overview because no reference numerals. In the same way, the screen heights (BSH) of all measured echoes in the components can 75 . 77 in accordance with the 8th . 9 such as 11 be quantified.

Entscheidend ist, dass es sich bei den Grafiken in 9 und 11 um die so genannten C-Bilder handelt, in denen die gemessenen Ultraschall-Amplituden sowohl vom Zwischenecho als auch vom Rückwandkantenecho zur besseren Veranschaulichung in Graustufen bzw. in Farbstufen flächig dargestellt werden.The decisive factor is that the graphics in 9 and 11 are the so-called C-pictures in which the measured ultrasonic amplitudes of both the intermediate echo and the back wall edge echo for better illustration in grayscale or in color levels are displayed areally.

Durch den Einsatz der den Ultraschall erfindungsgemäß schrägeinschallenden Vorrichtung lassen sich erstmals das Vorhandensein und die Lage von Delaminationen in einem Bohrungsbereich von insbesondere CFK-Verbundbauteilen mit hoher Auflösung, bei einer entsprechend guten Genauigkeit ermitteln. Darüber hinaus arbeitet die Vorrichtung vollautomatisch und ermöglicht kurze Prüfzeiten bei einer hohen Erkennungssicherheit von Fehlstellen.Through the use of the ultrasonic device according to the invention schrägeninschallenden device can be the first time determine the presence and location of delaminations in a bore region of particular CFRP composite components with high resolution, with a correspondingly good accuracy. In addition, the device works fully automatically and allows short test times with a high detection reliability of defects.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Bauteilcomponent
22
Bohrungdrilling
33
LochleibungsbereichLochleibungsbereich
44
Delaminationdelamination
55
Breitewidth
66
Prüfkopfprobe
77
Ultraschallfeldultrasonic field
88th
BauteiloberseiteComponent top
99
Senkrechtevertical
1010
Lochleibungbearing stress
1111
Vorrichtungcontraption
1212
Prüfkopfprobe
1313
Senkrechte (Bauteiloberseite)Vertical (component top side)
1414
BauteiloberseiteComponent top
1515
Bauteilcomponent
1616
Vorlaufkeilforward wedge
1717
Ultraschallfeldultrasonic field
1818
Bohrungdrilling
1919
LochleibungsbereichLochleibungsbereich
2020
Delaminationdelamination
2121
Breitewidth
2222
Oberflächenechosurface echo
2323
Zwischenechobetween echo
2424
RückwandkantenechoRear edge echo
2525
Auswerteeinheitevaluation
2626
Ausgabeeinrichtungoutput device
2727
A-BildA-scan
2828
A-BildA-scan
2929
Vorrichtungcontraption
3030
LinearprüfkopfLinearprüfkopf
3131
Einzelschwingerelement – LinearprüfkopfSingle oscillator element - linear test head
3232
Einzelschwingerelement – LinearprüfkopfSingle oscillator element - linear test head
3333
Einzelschwingerelement – LinearprüfkopfSingle oscillator element - linear test head
3434
Einzelschwingerelement – LinearprüfkopfSingle oscillator element - linear test head
3535
Einzelschwingerelement – LinearprüfkopfSingle oscillator element - linear test head
3636
Einzelschwingerelement – LinearprüfkopfSingle oscillator element - linear test head
3737
Bauteilcomponent
3838
zylindrische Bohrungcylindrical bore
3939
LochleibungsbereichLochleibungsbereich
4040
Delaminationdelamination
4141
Delaminationdelamination
4242
Ultraschallfeld (Strahlungskeule)Ultrasonic field (radiation lobe)
4343
Oberflächenechosurface echo
4444
RückwandechoBack wall echo
4545
Ultraschallfeld (Strahlungskeule)Ultrasonic field (radiation lobe)
4646
Zwischenechobetween echo
4747
Senkrechte (Bauteiloberseite)Vertical (component top side)
4848
BauteiloberseiteComponent top
4949
ÜberlagerungsultraschallfeldOverlay ultrasonic field
5050
Bohrungsachsebore axis
5151
Pfeil (Drehpfeil 360°)Arrow (rotary arrow 360 °)
5252
Drehachse (Linearprüfkopf)Rotary axis (linear test head)
5353
Pfeil (Drehpfeil 180°)Arrow (rotary arrow 180 °)
5454
Vorrichtungcontraption
5555
LinearprüfkopfLinearprüfkopf
5656
Wasservorlaufwater flow
5757
Bauteil (z. B. Verbundbauteil)Component (eg composite component)
5858
quaderförmiger Behältercuboid container
5959
Membranmembrane
6060
Wasserwater
6161
U-förmige HalterungU-shaped bracket
6262
Bohrungdrilling
6363
unterer Schenkellower thigh
6464
oberer Schenkelupper leg
6565
Stegweb
6666
Federfeather
6767
Zapfenspigot
6868
Bohrungsachsebore axis
6969
Senkrechtevertical
7070
BauteiloberseiteComponent top
7171
Drehachse (Vorrichtung)Rotation axis (device)
7272
Motorengine
7373
LaufradWheel
7474
Abrollweg (Laufrad)Rolling path (impeller)
7575
Bauteilcomponent
7676
Bohrungdrilling
7777
Bauteilcomponent
7878
Bohrungdrilling
7979
Delaminationdelamination
8080
Referenzbalkenreference bar
8181
ZwischenechogateBetween Echo Gate
8282
RückwandechogateBack wall echo gate
8383
ZwischenechogateBetween Echo Gate
8484
RückwandechogateBack wall echo gate
8585
ZoneZone
8686
ZoneZone
8787
ZoneZone
8888
ZoneZone

Claims (11)

Vorrichtung (29, 54) zum Erfassen einer Delamination (40, 41, 79) in einem Lochleibungsbereich (39) einer Bohrung (38, 62, 76, 78) mittels mindestens eines Prüfkopfes (30, 55), wobei mittels des mindestens einen Prüfkopfes (30, 55) ein Überlagerungsultraschallfeld (49) emittierbar und detektierbar ist, wobei das Überlagerungsultraschallfeld (49) in Bezug zu einer Senkrechten (47, 69) einer Bauteiloberseite (48, 70) unter einem Einfallswinkel α von größer als 0° mit dem Bauteil (37, 57) wechselwirkt, wobei der mindestens eine Prüfkopf (30, 55) ein Linearprüfkopf (30, 55) mit einer Vielzahl von Einzelschwingerelementen (31–36) ist, wobei das jeweils von einem Einzelschwingerelement (31–36) abgegebene Ultraschallfeld (42, 45) unter einem Einstrahlwinkel von 0° in Bezug zur Senkrechten (47) der Bauteiloberseite (48) abgegeben wird und der Linearprüfkopf (30, 55) in etwa waagerecht in Bezug zur Bauteiloberseite (48) ausgerichtet ist, wobei eine Überlagerung des von den Einzelschwingerelementen (31–36) jeweils abgegebenen Ultraschallfeldes (42, 45) das Überlagerungsultraschallfeld (49) bildet und die Einzelschwingerelemente (31–36) im Linearprüfkopf (30, 55) derart ansteuerbar sind, dass der Einfallswinkel αzwischen dem Überlagerungsultraschallfeld (49) und der Senkrechten (47) der Bauteiloberseite (48) größer als 0° ist, wobei der Linearprüfkopf (30, 55) mittels einer Halterung (61) mittig oder exzentrisch zur Bohrung (38, 62) angeordnet ist und wobei der Linearprüfkopf (30, 55) mittels der Halterung (61) und eines Zapfens (67) in der Bohrung (38, 62) verdrehbar aufnehmbar ist.Contraption ( 29 . 54 ) for detecting a delamination ( 40 . 41 . 79 ) in a bearing area ( 39 ) of a bore ( 38 . 62 . 76 . 78 ) by means of at least one test head ( 30 . 55 ), wherein by means of the at least one test head ( 30 . 55 ) an overlay ultrasound field ( 49 ) is emissive and detectable, the superimposed ultrasound field ( 49 ) in relation to a vertical ( 47 . 69 ) of a component top side ( 48 . 70 ) at an angle of incidence α greater than 0 ° with the component ( 37 . 57 ) interacts, wherein the at least one test head ( 30 . 55 ) a linear test head ( 30 . 55 ) with a plurality of individual oscillating elements ( 31 - 36 ), each of which is dependent on a single oscillator element ( 31 - 36 ) delivered ultrasonic field ( 42 . 45 ) at an angle of incidence of 0 ° with respect to the vertical ( 47 ) of the component top side ( 48 ) and the linear test head ( 30 . 55 ) approximately horizontally in relation to the component top side ( 48 ), wherein an overlay of the of the single oscillator elements ( 31 - 36 ) each emitted ultrasound field ( 42 . 45 ) the superimposed ultrasonic field ( 49 ) and the single oscillator elements ( 31 - 36 ) in the linear test head ( 30 . 55 ) are controllable such that the angle of incidence α between the superposed ultrasound field ( 49 ) and the vertical ( 47 ) of the component top side ( 48 ) is greater than 0 °, the linear test head ( 30 . 55 ) by means of a holder ( 61 ) centered or eccentric to the bore ( 38 . 62 ) and wherein the linear test head ( 30 . 55 ) by means of the holder ( 61 ) and a pin ( 67 ) in the hole ( 38 . 62 ) is rotatably receivable. Vorrichtung (11, 29, 54) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinheit (25) vorgesehen ist, wobei mittels der Auswerteeinheit (25) ein Oberflächenecho (22), ein Zwischenecho (23), ein Rückwandkantenecho (24) oder eine beliebige Kombination dieser Echos (22, 23, 24) des von dem mindestens einen Prüfkopf (6, 12, 30, 55) ausgesandten Überlagerungsultraschallfeldes (49) auswertbar ist, um das Vorhandensein der Delamination (40, 41, 79) zu detektieren.Contraption ( 11 . 29 . 54 ) according to claim 1, characterized in that an evaluation unit ( 25 ) is provided, wherein by means of the evaluation unit ( 25 ) a surface echo ( 22 ), an intermediate echo ( 23 ), a back wall edge echo ( 24 ) or any combination of these echoes ( 22 . 23 . 24 ) of the at least one test head ( 6 . 12 . 30 . 55 ) superimposed ultrasonic field ( 49 ) is evaluable for the presence of delamination ( 40 . 41 . 79 ) to detect. Vorrichtung (11, 29, 54) nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Ausgabeeinrichtung (26) das Vorhandensein der Delamination (40, 41, 79) optisch und/oder akustisch signalisierbar ist.Contraption ( 11 . 29 . 54 ) according to claim 1 or 2, characterized in that by means of an output device ( 26 ) the presence of delamination ( 40 . 41 . 79 ) is optically and / or acoustically signaled. Vorrichtung (11, 29, 54) nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlagerungsultraschallfeld (49) von dem mindestens einen Prüfkopf (6, 12, 30, 55) gepulst mit einer Pulsfrequenz von bis zu 20 kHz mit einer Pulslänge von weniger als 10 μs abgestrahlt wird.Contraption ( 11 . 29 . 54 ) according to one of the claims 1 to 3, characterized in that the superimposed ultrasound field ( 49 ) of the at least one test head ( 6 . 12 . 30 . 55 ) pulsed at a pulse rate of up to 20 kHz with a pulse length of less than 10 microseconds is emitted. Vorrichtung (11) nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Prüfkopf (30, 55) mittels einer Positioniereinrichtung in Bezug auf die Bohrung (38, 62, 76, 78) in mindestens eine Richtung des Raumes verfahrbar ist.Contraption ( 11 ) according to one of the claims 1 to 4, characterized in that the at least one test head ( 30 . 55 ) by means of a positioning device with respect to the bore ( 38 . 62 . 76 . 78 ) is movable in at least one direction of the room. Vorrichtung (29, 54) nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkel φ, der Radius r und/oder die kartesischen xyz-Koordinaten des Linearprüfkopfes (30, 55) in Bezug zur Längsachse der Bohrung (38, 62) mittels eines Drehwinkelgebers, digitalen Wegemessern oder anderen Methoden zur Wegstreckenerfassung erfassbar sind.Contraption ( 29 . 54 ) according to one of the claims 1 to 5, characterized in that the rotation angle φ, the radius r and / or the Cartesian xyz coordinates of the linear test head ( 30 . 55 ) with respect to the longitudinal axis of the bore ( 38 . 62 ) can be detected by means of a rotary encoder, digital Wegemessern or other methods for distance detection. Vorrichtung (29, 54) nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (61) mit dem darin aufgenommenen Linearprüfkopf (30, 55) mittels einer Antriebseinheit verdrehbar ist.Contraption ( 29 . 54 ) according to one of the claims 1 to 6, characterized in that the holder ( 61 ) with the linear test head ( 30 . 55 ) is rotatable by means of a drive unit. Vorrichtung (29, 54) nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit als Motor (72) ausgebildet ist.Contraption ( 29 . 54 ) according to claim 7, characterized in that the drive unit as a motor ( 72 ) is trained. Vorrichtung (29, 54) nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Linearprüfkopf (30, 55) und der Bauteiloberseite (48, 70) ein Kopplungselement angeordnet ist.Contraption ( 29 . 54 ) according to one of the claims 1 to 8, characterized in that between the linear test head ( 30 . 55 ) and the component top side ( 48 . 70 ) A coupling element is arranged. Vorrichtung (29, 54) nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungselement als Wasservorlauf (56), mit einem zur Bauteiloberseite (48, 70) hin durch eine Membran (59) abgeschlossenen Behälter (58) ausgebildet ist.Contraption ( 29 . 54 ) according to claim 9, characterized in that the coupling element as a water supply ( 56 ), with one to the top of the component ( 48 . 70 ) through a membrane ( 59 ) closed containers ( 58 ) is trained. Vorrichtung (29, 54) nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (58) zumindest teilweise mit Wasser (60) befüllt ist und oberhalb des Wassers (60) der Linearprüfkopf (55) angeordnet ist.Contraption ( 29 . 54 ) according to claim 10, characterized in that the container ( 58 ) at least partially with water ( 60 ) and above the water ( 60 ) the linear test head ( 55 ) is arranged.
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