DE102009022770A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ultraschalldetektion von Diskontinuitäten in einem Materialbereich - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Ultraschalldetektion von Diskontinuitäten in einem Materialbereich Download PDF

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Detektieren von Diskontinuitäten in einem Materialbereich mit mindestens einem, mehrere Ultraschall-Schwingerelemente aufweisenden Prüfkopf und einer Auswerte- und Steuereinrichtung werden die Schwingerelemente derart angeordnet und angesteuert, dass ein defokussierendes Schallfeld in den Materialbereich eingestrahlt wird, und die Empfangssignale der Schwingerelemente werden zeitgleich für unterschiedliche Winkelwerte oder Winkelbereiche ausgewertet. Hierzu werden die Empfangssignale nach einer parallelen Analog/Digital-Umwandlung (7) digital einer Offset-Korrektur und einer Filterung (9) unterzogen und jedes der so aufbereiteten, digitalisierten Empfangssignale wird zur Auswertung für verschiedene Winkelwerte unterschiedlich verzögert (11). Die jeweils einem Winkelwert zugeordneten, entsprechend verzögerten Empfangssignale werden zur Bildung eines Summensignals summiert (12), das dann zu einem Auswerterechner (17) geführt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 12.
  • Für die Überprüfung von Werkstücken oder Materialbereichen ist die Ultraschalltechnik allgemein bekannt. Dabei wird mittels einer Sonde Ultraschall in das Material eingestrahlt und die Reflexion erfasst und ausgewertet. Für die Überprüfung von Schienen oder stangenförmigem Halbzeug mit Ultraschall werden mehrere Prüfkopfe verwendet, die auf die Schienenstränge aufgesetzt oder um das Halbzeug herum angeordnet werden, wobei als Koppelmittel üblicherweise Wasser für die Ankopplung der Prüfköpfe an den Prüfling verwendet wird. Die Prüfköpfe strahlen mit jeweils unterschiedlichen Winkel in den Prüfling ein und die ent sprechenden Reflexionen werden erfasst und ausgewertet.
  • Als ein geeignetes Verfahren zur Durchführung derartiger Prüfungen ist die Gruppenstrahlertechnik bekannt, die es erlaubt, durch Verwendung laufzeitgesteuerter Gruppenstrahler Schallfeldparameter rechnergesteuert und damit variabel und schnell an die jeweilige Prüfaufgabe anzupassen. Dabei werden die Einzelelemente eines Multielement-Schwingers derart zeitverzögert angesteuert, dass ein variables Schallfeld entsteht. Der Einschallwinkel und die Fokustiefe des Schallbündels können so in weiten Grenzen variiert werden, und darüber hinaus kann die räumliche Lage des Schallbündels durch den elektronischen Versatz einer aktiven Elementgruppe innerhalb der Schwingeranordnung verändert werden. Durch einen weiten Schwenkwinkelbereich können z. B. Defekte mit unterschiedlichen Orientierungen optimal getroffen und sicherer detektiert werden.
  • Aus der EP-A-1 795 890 ist ein die Gruppenstrahlertechnik anwendendes Verfahren bekannt, bei dem die Schwingerelemente eines Prüfkopfs derart angeordnet und angesteuert werden, dass ein defokussierendes Schallfeld in den Prüfling eingestrahlt wird. Die anhand der Reflexionswellen von den Schwingerelementen erzeugten Empfangssignale werden parallel und zeitgleich zu mehreren Auswertmodulen geführt, in denen eine Auswertung dieser Signale richtungsselektiv, d. h., für unterschiedliche Winkelwerte oder -bereiche vorgenommen wird. In jedem Auswertemodul erfolgt die Auswertung für einen Winkelwert oder -bereich, d. h. die Anzahl der Auswertemodule entspricht der Anzahl der Winkelwerte oder -bereiche, für die ein Prüfsignal erzeugt werden soll. Dabei werden die von den Schwingerelementen eines Prüfkopfs gebildeten analogen Empfangssignale parallel zu einem Vorschaltmodul geführt, das für jedes dieser Signale eine Entkopplungsstufe und einen passiven Leistungsteiler aufweist. Die Anzahl der Ausgänge jedes Leistungsteilers entspricht der Anzahl der für die Auswertung ausgewählten Winkelwerte bzw. -bereiche.
  • Den Leistungsteilern sind einstellbare, lineare und sehr rauscharme Breitbandverstärker nachgeschaltet. Deren Anzahl entspricht dem Produkt aus der Anzahl der Schwingerelemente und der Anzahl der Winkelwerte bzw. -bereiche. Ihre Ausgangssignale werden jeweils einem A/D-Wandler zugeführt, der das aufbereitete Empfangssignal digitalisiert, bevor es einer voreingestellten individuellen Verzögerung unterzogen wird. Die verzögerten Signale der Schwingerelemente eines Prüfkopfs werden anschließend summiert und verdichtet, und das Summensignal wird über eine Schnittstelle aus einem programmierbaren Baustein und einem Single-Board pCI-104-Prozessor zu einem Steuer- und Auswerterechner gegeben.
  • Dieses bekannte Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass es zu seiner Implementierung einen erheblichen Schaltungsaufwand benötigt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn zur Erzielung einer hohen Genauigkeit die Detektion für eine große Anzahl von Winkelwerten bzw. -bereichen durchgeführt wird.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Detektieren von Diskontinuitäten in einem Materialbereich mit mindestens einem, mehrere Ultraschall-Schwingerelemente aufweisenden Prüfkopf und einer Auswerte- und Steuereinrichtung, wobei die Schwingerelemente derart angeordnet und angesteuert werden, dass ein defokussierendes Schallfeld in den Materialbereich eingestrahlt wird, und wobei die Empfangssignale der Schwingerelemente zeitgleich für unterschiedliche Winkelwerte oder -bereiche ausgewertet werden, anzugeben, das mit einem deutlich verringerten Schaltungsaufwand durchgeführt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht auch in der Realisierung einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Verfahren bzw. dieser Vorrichtung ergeben sich aus den jeweils zugeordneten Unteransprüchen.
  • Dadurch, dass die Empfangsignale der Schwingerelemente nach einer parallelen Analog/Digital-Umwandlung digital einer Offset-Korrektur und einer Filterung unterzogen und jedes der so aufbereiteten, digitalisierten Empfangssignale zur Auswertung für verschiedene Winkelwerte bzw. -bereiche unterschiedlich verzögert und die jeweils einem Winkelwert oder -bereich zugeordneten, entsprechend verzögerten Empfangssignale zur Bildung eines Summensignals summiert werden, erfolgt die gesamte Auswertung der Empfangssignale in digitaler Weise, so dass das Vorschaltmodul und die zusätzlichen Breitbandverstärker entfallen können. Auch ist die Anzahl der benötigten A/D-Wandler nur gleich der Anzahl der Schwingerelemente und nicht gleich dem Produkt aus der Anzahl der Schwingerelemente und der Anzahl der ausgewählten Winkelwerte bzw. -bereiche.
  • Vorzugsweise werden die Summensignale in jeweils einem ersten Zwischenspeicher gespeichert und dann eine Datenübertragung der zwischengespeicherten Summensig nale über eine parallele Schnittstelle zu einem nachgeschalteten zweiten Zwischenspeicher durchgeführt, bevor sie über eine serielle 1 GBit-Schnittstelle (Ethernet) in einen Auswerterechner eingegeben werden. Die doppelte Zwischenspeicherung ermöglicht, dass gleichzeitig einerseits die Daten von Summensignalen aufgenommen und andererseits bereits zwischengespeicherte Daten weitergegeben werden können. Dabei steuert ein den zweiten Zwischenspeicher enthaltender PCI-FPGA die Datenübertragung zwischen den Zwischenspeichern sowie zwischen dem zweiten Zwischenspeicher und dem Auswerterechner. Dies entlastet den Auswerterechner von der Zugriffsarbeit und ermöglicht auch eine jeweils blockweise Übertragung der Daten, die bedeutend höhere Übertragungsraten als jeweils bei einem Einzelzugriff erzielt. Hierdurch ist es möglich, eine bedeutend größere Anzahl von Winkelwerten bzw. -bereichen für die Detektion auszuwählen, so dass eine höhere Genauigkeit erhalten werden kann. Auch kann grundsätzlich die Detektionsgeschwindigkeit erhöht werden und damit auch die Relativgeschwindigkeit zwischen den Prüfköpfen und dem Prüfling.
  • Zweckmäßig sind bei Änderungen der äußeren Abmessungen des Prüflings die Verzögerungen der Sende- und Empfangssignale entsprechend einstellbar, so dass die untersuchten Bereiche innerhalb des Prüflings automatisch angepasst werden.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutwert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Anordnung der von einem Schienenprüfzug entlang einer zu prüfen den Schiene mitgeführten Prüfköpfe,
  • 2 ein Beispiel für ein defokussiertes Schallfeld,
  • 3 ein Blockschaltbild einer Detektionsvorrichtung zur Verarbeitung der analogen Sensorsignale für die nachfolgende A/D-Umwandlung,
  • 4 ein Blockschaltbild einer Detektionsvorrichtung zur digitalen Signalverarbeitung und Steuerung, und
  • 5 ein Zeitdiagramm der Ultraschallimpulse zur Erläuterung des Prinzips einer automatischen Blendentriggerung.
  • In der in 1 dargestellten schematischen Anordnung ist mit 1 eine zu prüfende Schiene dargestellt, wobei mit 2 Materialfehler, z. B. Risse, bezeichnet sind. Auf der Schiene 1 sind Prüfköpfe 3, 4 angeordnet, von denen einer in Fahrtrichtung und der andere in Gegenfahrtrichtung wirksam ist. Die Prüfköpfe 3, 4 sind als Ultraschall-Gruppenstrahler ausgebildet, deren Technik auf dem physikalischen Prinzip der Punktquellensynthese beruht. Die Einzelelemente eines Multielementschwingers werden mit Hilfe von programmierbaren Verzögerungsleitungen unterschiedlich angesteuert, so dass eine Schallfeldausbildung mit variabler Richtwirkung entsteht.
  • Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der jeweilige Prüfkopf 3, 4 eine lineare Anordnung aus einer größeren Anzahl von Ultraschall-Schwingerelementen 5, z. B. 16 Elementen, auf. Diese Elemente können als Piezoelemente ausgebildet sein, und sie sind auf einem Vorsatz z. B. aus Plexiglas fest angeordnet, derart, dass eine Grundeinschallrichtung vorgegeben ist, wie aus 1 ersichtlich ist. Ein nicht dargestellte geeignete elektronische Steuerung der einzelnen Schwingerelemente ermöglicht eine stufenlose Variation des Einschall- und Empfangswinkels um den durch die feste Anordnung aus Vorsatzkeil 6 und Schwingerelement 5 vorgegebenen Mittenwinkel sowie die Lage des Fokuspunktes. Beispielhaft sind in 1 die Winkel von 35°, 55° und 70° angegeben, die für die Prüfung ausgewählt sind.
  • Für die zeitgleiche Auswertung von Empfangssignalen beispielsweise bei 35°, 55° und 70° muss ein Schallfeld erzeugt werden, das bei diesen Winkeln eine nahezu gleiche Intensität hat. Dies kann mittels eines Gruppenstrahlers, dessen einzelne Schwingerelemente zu unterschiedlichen Zeitpunkten angeregt werden, erreicht werden. 2 zeigt dies anhand eines Prüfkopfes mit acht Schwingerelementen 5. Oberhalb der Schwingerelemente 5 gibt eine gestrichelte Linie den Zeitpunkt der Anregung des jeweiligen Schwingerelements 5 an. Ein größerer Abstand von den Schwingerelementen 5 bedeutet eine größere Verzögerung des Anregungszeitpunkts des jeweiligen Schwingerelements 5, d. h., bei den beiden mittleren Schwingerelementen 5 tritt die geringste bzw. keine Verzögerung auf, und bei den bei den beiden äußeren Schwingerelementen 5 ist sie am größten. Hierdurch wird eine künstliche Schallbündeldivergenz erzeugt.
  • Die hiermit erreichte Breitstrahlwirkung, die – wie mit einem Prüfkopf mit 16 Elementen theoretisch ermittelt und messtechnisch verifiziert wurde – einen Winkelbereich von 30° bis 80° umfassen kann, wird da zu ausgenutzt, um den Schall in das gesamte zu prüfende Volumen mit einem einzigen Sendevorgang einzuleiten, d. h., innerhalb nur eines Prüftakts. Im Gegensatz zu der zeitsequenziellen Gruppenstrahlertechnik, die für das Prüfvolumen mehrere Prüftakte benötigt, ist somit eine Prüfung von mit hoher relativer Geschwindigkeit bewegten Prüflingen möglich.
  • Insbesondere werden gemäß 2 die Schwingerelemente 5 der Prüfköpfe 3, 4 derart verzögert angesteuert, dass ein allen Schwingerelementen 5 gemeinsamer virtueller Quellpunktstrahler erzeugt wird. Der Ort des Quellpunktstrahlers ist hier durch die Schnittlinien der beiden Flanken des Schallfeldes gegeben.
  • 3 zeigt das Blockschaltbild einer Detektionsvorrichtung zur Verarbeitung der von insgesamt 64 Schwingungselementen 5 aus den Ultraschallechos erzeugten Sensorsignale. Die 64 Schwingerelemente 5 bilden vier Gruppenstrahler mit jeweils 16 Elementen. Die Sensorsignale der Schwingerelemente 5 eines Gruppenstrahlers (1 bis 16; 17 bis 32; 33 bis 48; 49 bis 64) werden aufeinanderfolgend verarbeitet. Aus diesem Grund wird der Ausgang jeweils eines der Schwingerelemente 5 jedes der Gruppenstrahler über eine Eingangsschaltung aus einem Widerstand und zwei entgegengesetzt gepolten, parallelen Dioden zu einem Multiplexer 23 geführt, der die vier parallelen Sensorsignale in vier aufeinanderfolgende Signale umwandelt. Es sind daher 16 Multiplexer 23 vorgesehen, die durch jeweils drei der in einem Multiplexer-Port 27 (4) erzeugten Taktsignale M1 bis M48 gesteuert werden. Der jeweils eine Ausgang jedes der Multiplexer 23 ist mit einem Filter 24 verbunden, um Störsignale auszublenden. Die Ausgangssignale der Filter 24 gelangen dann jeweils zu einer Reihenschaltung aus einem Vorverstärker 25 und einem Hauptverstärker 26. Die Vorverstärker 25 bestehen jeweils aus einem Schaltungsteil mit konstanter Verstärkung und einem nachfolgenden Schaltungsteil mit variabler Verstärkung, während die Hauptverstärker 26 jeweils nur den Schaltungsteil mit variabler Verstärkung aufweisen. Die variable Verstärkung wird in noch zu beschreibender Weise gesteuert.
  • 4 zeigt das Blockschaltbild der Detektionsvorrichtung für die weitere Verarbeitung der Signale. Die von den 16 Hauptverstärkern 26 ausgegebenen Empfangssignale E1 bis E16 eines Gruppenstrahlers werden zeitgleich jeweils einem A/D-Wandler 7 zugeführt. Die Empfangssignale der einzelnen Gruppenstrahler werden aufeinanderfolgend in der hier beschriebenen Weise verarbeitet.
  • Die A/D-Wandler 7 wandeln das jeweils zugeführte analoge Empfangssignal in ein entsprechendes digitales Signal um. Die so gebildeten, beispielsweise aus jeweils 12 Bits bestehenden Signale werden dann parallel in einen allen Schwingerelementen 5 der vier Gruppenstrahlern gemeinsamen FPGA-Baustein 8 eingegeben. Hierin werden die Signale zunächst in einem Aufbereitungsmodul 9 durch eine Offset-Korrektur sowie eine Filterung aufbereitet. Danach erfolgt eine Verzweigung jedes Ausgangssignals des Aufbereitungsmoduls 9 derart, dass es in mehrere parallel zueinander angeordnete Auswertemodule 10 eingegeben wird, d. h., jedes Auswertemodul 10 hat eine der Anzahl der Ausgänge des Aufbereitungsmoduls 9 entsprechende Anzahl von Eingängen.
  • Die Anzahl der Auswertemodule 10 entspricht der Anzahl der für die Auswertung ausgewählten Winkelwerte bzw. -bereiche. Obwohl in 4 nur drei derartige Auswertemodule 10 beispielsweise für die Auswertung bei den in 1 angedeuteten Winkelwerten 35°, 55° und 70° wiedergegeben sind, ist tatsächlich eine erheblich größere Anzahl möglich, so dass z. B. 20 Winkelwerte gleichzeitig detektiert werden können. Dies ergibt eine sehr hohe Genauigkeit bei der Erfassung von Fehlstellen.
  • Jedes Auswertemodul 10 enthält 16 Verzögerungseinheiten 11 zur individuellen Verzögerung der einzelnen digitalisierten Empfangssignale der 16 Schwingerelemente 5 eines Gruppenstrahlers, über die auch eine Einstellung auf den jeweils ausgewählten Winkel erfolgt. Die 16 Ausgangssignale der Verzögerungseinheiten 11 werden in einer Summiereinheit 12 miteinander addiert und das Additionsergebnis nachfolgend in einer Datenreduktionseinheit 13 verdichtet. Das auf diese Weise erhaltene Summensignal mit einer Länge von beispielsweise 16 Bits wird von einem ersten Zwischenspeicher 14 aufgenommen.
  • Der FPGA-Baustein 8 enthält mehrere, der Anzahl der ausgewählten Winkelwerte bzw. -bereiche entsprechende erste Zwischenspeicher 14. In jedem Abtastzyklus mit einer Dauer von 10 ns wird jedem der ersten Zwischenspeicher 14 ein Summensignal zugeführt. Diese mehreren Summensignaldatenworte müssen zu einem zweiten Zwischenspeicher, der sich in einem zweiten FPGA-Baustein 15 befindet, weitergegeben werden. Diese Weitergabe erfolgt parallel, d. h., mit der Übertragungsrate von 33 MHz. Dem zweiten FPGA-Baustein 15 werden außerdem Weggebersignale zugeführt, durch die die Position der Ultraschallköpfe bzw. Gruppenstrahler innerhalb der Prüfgeometrie berücksichtigt wird.
  • Die ersten Zwischenspeicher 14 sind aus zwei identischen Bereichen gebildet. Diese Bereiche werden alternierend zum Schreiben und Lesen verwendet, d. h., wenn ein Summensignal in den ersten Bereich geschrieben wird, wird aus dem zweiten Bereich das bereits in diesen geschriebene, vorhergehende Summensignal zur Übertragung zu dem zweiten Zwischenspeicher ausgelesen. Im nachfolgenden Taktzyklus ist die Funktion der Bereiche umgekehrt. Auf diese Weise wird ermöglicht, dass die Summensignale gleichzeitig in den ersten Zwischenspeicher 14 geschrieben und aus diesem ausgelesen werden können.
  • Um eine möglichst hohe Übertragungsrate, z. B. 30 MByte/s, zwischen dem ersten und dem zweiten Zwischenspeicher einerseits sowie zwischen dem zweiten Zwischenspeicher und einem nachfolgenden, als Standard-PC-Schnittstelle dienenden PCI-104-Prozessor 16 andererseits zu erzielen, erfolgt die jeweilige Datenübertragung nicht im vom Auswerte-PC 17 gesteuerten Einzelzugriff, sondern mittels im zweiten FPGA-Baustein 15 vorgesehenen virtuellen Steuereinheit, die parallel zur CPU des Auswerte-PCs arbeitet und jeweils eine blockweise Übertragung bewirkt. Beispielsweise können zwischen den Zwischenspeichern jeweils 16 Bits parallel mit einer Taktfrequenz von 100 MHz und zwischen dem zweiten Zwischenspeicher und dem PCI-104-Prozessor 16 jeweils 32 Bits parallel mit einer Taktfrequenz von 33 MHz übertragen werden.
  • Der FPGA-Baustein 8 enthält weiterhin Verzögerungseinheiten 18, die die jeweilige Verzögerung der Sendeimpulse zur Anregung der Schwingerelemente 5 so einstellen, dass das gewünschte Schallfeld der Prüfköpfe erhalten wird. Den Verzögerungseinheiten 18 ist jeweils ein Impulsgenerator 19 nachgeschaltet, der die erforderlichen Rechteckimpulse mit einer Amplitude bis zu 250 V und einer Impulsbreite von 20 ns bis 2500 ns sowie einer Taktfrequenz von 200 MHz erzeugt. Der FPGA-Baustein 8 kann 64 Impulsgeneratoren 19 enthalten, die Sendeimpulse für vier Gruppenstrahler mit je 16 Schwingerelementen 5 liefern.
  • 5 zeigt ein Zeitdiagramm für ein Prüfsystem, mit dem Fehlstellen in einem Stangenmaterial mit kreisförmigem Querschnitt ermittelt werden. Die Prüfköpfe sind vorteilhaft so angeordnet, dass sie in einem Tauchbad das durchlaufende Stangenmaterial vollständig umschließen. Das Diagramm in 5 stellt die Impulse, d. h., einen Sendeimpuls und vier Empfangsimpulse in einem Prüfzyklus eines Schwingerelements 5 dar. Die Empfangssignale ergeben sich durch Reflexionen beim Eintritt in das Stangenmaterial, an zwei Fehlstellen im Stangenmaterial und beim Austritt aus dem Stangenmaterial.
  • Um den Prüfaufwand in Grenzen zu halten, beschränkt man die Prüfung häufig mittels so genannter Monitorblenden auf bestimmte Fehlererwartungsbereiche im geprüften Material. In 5 sind diese mit Bl. 1, Bl. 2, Bl. 3 und Bl. 4 bezeichnet, d. h., die Überwachung findet nur in diesen Bereichen statt, indem ein Schwellenwert gesetzt wird, dessen Überschreitung detektiert wird. Wenn sich das Eintrittsecho oder das Rückwandecho innerhalb ihrer Monitorblende, die auch als Masterblende bezeichnet wird, verschieben, dann bedeutet dies, dass entweder der Durchmesser des Stangematerials schwankt oder dieses nicht genau zentrisch durchläuft. Dies kann auch eine Verschiebung der Fehlererwartungsbereiche innerhalb des Stangenmaterials bewirken. Um zu verhindern, dass die Fehlererwartungsbereiche dadurch nicht vollständig abgedeckt werden, werden während der laufenden Prüfung die Monitorblenden durch Korrektur der von einer Blenden- und Ablaufsteuerung 20 gelieferten Vorlaufzeiten automatisch an den Laufzeitwert angepasst, der mit der Masterblende bei Schwellenwertüberschreitung z. B. des Eintrittsechos ermittelt wurde.
  • Zur Urdatenspeicherung kann das Verfahren auch auf das gesamte Impulsbild angewandt werden. Der durch die Blenden- und Ablaufsteuerung 20 festgelegte Startzeitpunkt des Impulsbildes wird über den Laufzeitwert korrigiert, der innerhalb der Masterblende bei Schwellenwertüberschreitung z. B. des Eintrittsechos ermittelt wird. Dadurch ist sichergestellt, dass die Impulsbilder exakt der Geometrie des Prüflings zugeordnet sind, was die numerische Rekonstruktion der Messdaten in Form einer bildhaften Befunddarstellung erleichtert. Wird eine Urdatenspeicherung nur gewünscht, wenn in einer der innerhalb der Fehlererwartungsbereiche gesetzten Monitorblenden, die auch als Slaveblenden bezeichnet werden, ein Defekt detektiert wird, so werden nur diejenigen Impulsbilder gespeichert, bei denen der innerhalb der Slaveblenden gesetzte Schwellwert überschritten wird.
  • Zum Ausgleich von laufzeitbedingten Empfindlichkeitsverlusten kann die Verstärkung der analogen Empfangssignale in den Hauptverstärkern 26 dynamisch nachgeregelt werden. Dies wird durch eine mit der Laufzeit des Ultraschalls im Material veränderbare Programmierung von Digital-Analog-Umsetzern (DAC) 22 erreicht, die als Kennlinie in einem TGC(time gain control)-Memoryport 21 gespeichert wird. Um sicherzustellen, dass der Verlauf der Kennlinie exakt der Geometrie des Prüfobjekts zugeordnet ist, wird der Startzeitpunkt der Kennlinie über den Laufzeitwert dem Zeit punkt angepasst, der innerhalb der Masterblende bei Schwellenwertüberschreitung z. B. des Eintrittsechos ermittelt wurde.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - EP 1795890 A [0004]

Claims (19)

  1. Verfahren zum Detektieren von Diskontinuitäten in einem Materialbereich (1) mit mindestens einem, mehrere Ultraschall-Schwingerelemente (5) aufweisenden Prüfkopf (3, 4) und einer Auswerte- und Steuereinrichtung, wobei die Schwingerelemente (5) derart angeordnet und angesteuert werden, dass ein defokussierendes Schallfeld in den Materialbereich eingestrahlt wird, und wobei die Empfangssignale der Schwingerelemente (5) zeitgleich für unterschiedliche Winkelwerte oder Winkelbereiche ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsignale der Schwingerelemente (5) nach einer parallelen Analog/Digital-Umwandlung digital einer Offset-Korrektur und einer Filterung unterzogen und jedes der so aufbereiteten, digitalisierten Empfangssignale zur Auswertung für verschiedene Winkelwerte unterschiedlich verzögert und die jeweils einem Winkelwert zugeordneten, entsprechend verzögerten Empfangssignale zur Bildung eines Summensignals summiert werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Summensignale zu einem Auswerterechner (17) geführt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Summensignale jeweils in einem ersten Zwischenspeicher (14) gespeichert werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Summensignale vor der Eingabe in den ersten Zwischenspeicher (14) einer Datenverdichtung unterzogen werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragung der zwischengespeicherten Summensignale zu dem Auswerterechner (17) seriell über einen dem ersten Zwischenspeicher (14) nachgeschalteten zweiten Zwischenspeicher erfolgt.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein den zweiten Zwischenspeicher enthaltender PCI-FPGA (15) die Datenübertragung zwischen den Zwischenspeichern sowie zwischen dem zweiten Zwischenspeicher und dem Auswerterechner (17) unabhängig vom Auswerterechner (17) steuert.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragung zwischen den Zwischenspeichern und zwischen dem zweiten Zwischenspeicher und dem Auswerterechner (17) blockweise erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der parallelen Bits und die Taktrate bei der Übertragung zwischen den Zwischenspeichern und bei der Übertragung zwischen dem zweiten Zwischenspeicher und dem Auswerterechner (17) jeweils unterschiedlich sind.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Zwischenspeichern und zwischen dem zweiten Zwischenspeicher und dem Auswerterechner (17) eine Übertragung verschiedener Datenblöcke zeitgleich erfolgt.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabe der Empfangssignale eines Prüftakts in den ersten Zwischenspeicher (14) und die Ausgabe der gespeicherten Empfangssignale eines vorhergehenden Prüftakts aus dem ersten Zwischenspeicher (14) zeitgleich erfolgen.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Anpassung an Änderungen der äußeren Abmessungen des untersuchten Materialbereichs (1) die Verzögerungen der digitalisierten Empfangssignale veränderbar sind.
  12. Vorrichtung zum Detektieren von Diskontinuitäten in einem Materialbereich (1) mit mindestens einem, mehrere Ultraschall-Schwingerelemente (5) aufweisenden Prüfkopf (3, 4) und einer Auswerte- und Steuereinrichtung, wobei die Steuereinrichtung Verzögerungselemente (18) zur Verzögerung der Ansteuersignale der Schwingerelemente (5) für die Erzeugung eines defokussierenden Schallfeldes aufweist und die Empfangssignale der Schwingerelemente (5) einer Mehrzahl von zur Auswerteeinrichtung gehörenden parallelen Auswertemodulen (10) zuführbar sind, die derart ausgebildet sind, dass die Empfangssignale für einen jeweils für ein Auswertemodul (10) festgelegten Winkelwert oder Winkelbereich parallel auswertbar sind, und die Anzahl der Auswertemodule (10) den unterschiedlichen Winkelwerten oder -bereichen entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Schwingerelement (5) ein Ana log/Digital-Wandler (7) zur Digitalisierung der analogen Empfangssignale nachgeschaltet ist, dass den einem Prüfkopf (3, 4) zugeordneten Analog/Digital-Wandlern (7) ein Aufbereitungsmodul (9) zur gemeinsamen digitalen Offset-Korrektur und Filterung der digitalisierten Empfangssignale nachgeschaltet ist, und dass dem Aufbereitungsmodul (9) die parallelen Auswertemodule (10) für jeweils eine einem Winkelwert oder Winkelbereich zugeordnete, individuelle Verzögerung des digitalisierten und aufbereiteten Empfangssignals jedes Schwingerelements (5) und zur Summierung der jeweils einem Winkelwert oder Winkelbereich zugeordneten, digitalisierten, aufbereiteten und verzögerten Empfangessignale zu einem Summensignal nachgeschaltet sind.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertemodule (10) jeweils einen ersten Zwischenspeicher (14) zur Speicherung des Summensignals aufweisen.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Zwischenspeicher zur Speicherung von von den ersten Zwischenspeichern (14) übernommenen Summensignalen vorgesehen ist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten Zwischenspeicher folgend ein PCI-Prozessor (16) zur Übernahme der gespeicherten Summensignale vorgesehen ist.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Zwischenspeicher (14) aus zwei Bereichen bestehen, die abwechselnd zeitgleich einerseits die bei einem Prüftakt erhaltenen Summensignale zur Speicherung aufnehmen und andererseits die bei einem vorhergehenden Prüftakt erhaltenen, bereits gespeicherten Summensignale an den zweiten Zwischenspeicher abgeben.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbereitungsmodul (9) und die Auswertemodule (10) durch einen ersten FPGA-Baustein (8) gebildet sind.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1e bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Zwischenspeicher durch einen zweiten FPGA-Baustein (15) gebildet ist.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite FPGA-Baustein (15) ein Steuermodul für die blockweise Übertragung von Daten zwischen dem ersten (14) und dem zweiten Zwischenspeicher einerseits und dem zweiten Zwischenspeicher und dem PCI-104 Prozessorboard (16) andererseits aufweist.
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