DE102011108730A1 - Method and apparatus for ultrasonic testing with a matrix phased array probe - Google Patents

Method and apparatus for ultrasonic testing with a matrix phased array probe Download PDF

Info

Publication number
DE102011108730A1
DE102011108730A1 DE102011108730A DE102011108730A DE102011108730A1 DE 102011108730 A1 DE102011108730 A1 DE 102011108730A1 DE 102011108730 A DE102011108730 A DE 102011108730A DE 102011108730 A DE102011108730 A DE 102011108730A DE 102011108730 A1 DE102011108730 A1 DE 102011108730A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
individual elements
receiving
unit
groups
control unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102011108730A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102011108730B4 (en
Inventor
c/o NDT Systems & Services Barbian Otto Alfred
c/o NDT Systems & Services Willems Herbert
c/o SVTZ Ernst Hardy
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NDT Global GmbH
Original Assignee
Ndt Systems & Services & Co KG GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ndt Systems & Services & Co KG GmbH filed Critical Ndt Systems & Services & Co KG GmbH
Priority to DE102011108730.7A priority Critical patent/DE102011108730B4/en
Priority to PCT/EP2012/003160 priority patent/WO2013013823A1/en
Publication of DE102011108730A1 publication Critical patent/DE102011108730A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102011108730B4 publication Critical patent/DE102011108730B4/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/26—Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor
    • G01N29/262—Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor by electronic orientation or focusing, e.g. with phased arrays
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
    • G10K11/26—Sound-focusing or directing, e.g. scanning
    • G10K11/34—Sound-focusing or directing, e.g. scanning using electrical steering of transducer arrays, e.g. beam steering
    • G10K11/341—Circuits therefor
    • G10K11/345—Circuits therefor using energy switching from one active element to another

Abstract

Für die Ultraschallprüfung eines Prüfobjektes mit einem Matrix Phased Array Prüfkopf (5), der eine zweidimensionale Anordnung einer Anzahl von Ultraschallsensoren/Einzelelementen (6) umfasst, wird zur Verringerung der Zahl der erforderlichen elektronischen Kanäle vorgeschlagen, mittels einer Schaltungseinheit jeweils mehrere Einzelelemente (6) des Matrix-Arrays in geeigneter Weise in Gruppen (7) zusammenzufassen und elektrisch zusammenschalten, beispielsweise in Linien oder in Vielecken (9), und die Einzelelemente (6) einer Gruppe (7) jeweils gemeinsam anzusteuern.For ultrasonic testing of a test object with a matrix phased array test head (5), which comprises a two-dimensional arrangement of a number of ultrasonic sensors / individual elements (6), it is proposed to reduce the number of required electronic channels, by means of a circuit unit in each case a plurality of individual elements (6). of the array array in groups (7) and electrically interconnect, for example, in lines or in polygons (9), and the individual elements (6) of a group (7) in each case jointly to control.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ultraschallprüfung eines Prüfobjektes mit einem Matrix Phased Array Prüfkopf. Im Deutschen wird für einen solchen Ultraschall-Prüfkopf auch der Ausdruck Gruppenstrahler verwendet. Ein Array Prüfkopf kann eine lineares Array (Linearer Phased Array Prüfkopf, im Englischen linear phased array probe) oder ein Matrix-Array (Matrix Phased Array Prüfkopf, im Englischen matrix phased array probe) sein. Ein Matrix Phased Array Prüfkopf umfasst eine zweidimensionale Anordnung einer Anzahl (N) von Ultraschallsensoren. Diese Ultraschallsensoren werden zur Unterscheidung von einem konventionellen Ultraschall-Prüfkopf auch als Einzelelemente bezeichnet. Mittels der Ultraschallsensoren/Einzelelemente wird eine Ultraschallwelle in das Prüfobjekt eingeschallt und ein reflektiertes Ultraschallsignal wieder empfangen, wobei jeweils eine erste Auswahl von Einzelelementen des Prüfkopfes mittels einer Steuereinheit als Sender zur Emission einer Ultraschallwelle ausgewählt wird und die ausgewählten Einzelelemente mittels einer Sendeeinheit angeregt werden, jeweils eine zweite Auswahl von Einzelelementen des Prüfkopfes mittels der Steuereinheit als Empfänger zum Empfangen eines Ultraschallsignals ausgewählt wird und die Ultraschallsignale der ausgewählten Einzelelemente mittels einer Empfangseinheit empfangen werden und die empfangenen Ultraschallsignale zum Prüfen des Prüfobjektes ausgewertet werden.The invention relates to a method for ultrasonic testing of a test object with a matrix phased array test head. In German, the term group radiator is also used for such an ultrasound test head. An array probe may be a linear array (Linear Phased Array Probe) or a matrix array (Matrix Phased Array Probe). A matrix phased array probe includes a two-dimensional array of a number (N) of ultrasonic sensors. These ultrasonic sensors are also referred to as individual elements to distinguish them from a conventional ultrasonic probe. By means of the ultrasonic sensors / individual elements, an ultrasonic wave is sounded into the test object and received a reflected ultrasonic signal again, in each case a first selection of individual elements of the probe is selected by means of a control unit as a transmitter for emitting an ultrasonic wave and the selected individual elements are excited by a transmitting unit, respectively a second selection of individual elements of the test head is selected by means of the control unit as a receiver for receiving an ultrasound signal and the ultrasound signals of the selected individual elements are received by means of a receiving unit and the received ultrasound signals are evaluated for testing the test object.

Ultraschallwellen sind mechanische Schwingungen, die meist durch einen elektrisch angeregten, piezoelektrischen Sender in einem elastischen Medium (dem Prüfobjekt) induziert werden. Die piezoelektrische Anregung ist der Normalfall. Es gibt auch andere Möglichkeiten der Anregung, wie z. B. Laseranregung oder EMUS (elektromagnetische Ultraschall-Anregung). Typische Frequenzen von Ultraschallwellen liegen im Bereich von 0,1 MHz bis 50 MHz, wobei die meisten industriellen Anwendungen Frequenzen zwischen 0,5 MHz und 15 MHz erfordern.Ultrasonic waves are mechanical vibrations that are mostly induced by an electrically excited, piezoelectric transmitter in an elastic medium (the test object). The piezoelectric excitation is the normal case. There are also other possibilities of stimulation, such. As laser excitation or EMUS (electromagnetic ultrasonic excitation). Typical frequencies of ultrasonic waves range from 0.1 MHz to 50 MHz, with most industrial applications requiring frequencies between 0.5 MHz and 15 MHz.

Der Einsatz von Phased Array Technologien ist aus der Radartechnik und aus medizinischen Anwendungen bekannt. Phased Array Prüfkopfe finden zunehmend Verwendung in der zerstörungsfreien Ultraschall-Materialprüfung. Im Gegensatz zu konventionellen Ultraschallprüfköpfen besteht ein Phased Array-Prüfkopf aus einer Anzahl N von Einzelelementen (Ultraschallsensoren, Sonden). Wo bisher mehrere Prüfköpfe für eine Prüfaufgabe erforderlich waren, können damit durch rein elektronische Ansteuerung mit einem einzigen Matrix-Prüfkopf mehrere Prüffunktionen (z. B. unterschiedliche Einschallwinkel oder unterschiedliche Fokussierung) ausgeführt werden oder auch mechanische Bewegungen ersetzt werden. Mit sogenannten Linear-Arrays kann die Ultraschall-Ausbreitung in einer Ebene beeinflusst werden. Wesentlich flexibler sind dagegen Matrix-Arrays, mit denen im Prinzip die Schallausbreitung in eine beliebige Richtung eingestellt werden kann.The use of phased array technologies is well known in radar and medical applications. Phased array probes are increasingly being used in nondestructive ultrasonic materials testing. In contrast to conventional ultrasonic probes, a phased array probe consists of a number N of individual elements (ultrasonic sensors, probes). Where up to now several test heads were required for a test task, by means of purely electronic actuation with a single matrix test head several test functions (eg different insonification angles or different focusing) can be carried out or even mechanical movements can be replaced. With so-called linear arrays, the ultrasonic propagation in one plane can be influenced. Much more flexible, however, are matrix arrays, with which, in principle, the sound propagation can be adjusted in any direction.

Bei einem Matrix Phased Array Prüfkopf kann jedes Element als Quelle einer Ultraschallwelle angesehen werden. Im Idealfall stellt jedes Einzelelement eine Punktquelle dar. Die einzelnen Wellenfronten interferieren und erzeugen eine Gesamtwellenfront mit konstruktiv und destruktiv interferierenden Bereichen. Die einzelnen Wellenfronten können zeitverzögert und hinsichtlich Phase synchronisiert werden und ggf. mit unterschiedlichen Amplituden belegt werden, um eine gewünschte Wellenfront zu erzeugen. Die Synchronisation erfolgt über die zeitlichen Verzögerungen zwischen den Einzelelementen. Amplitudenanpassungen können über unterschiedliche Sendespannungen der Einzelelemente bzw. über unterschiedliche Verstärkungen auf der Empfangsseite realisiert werden. Diese Wellenfront basiert auf der Überlagerung und konstruktiven Interferenz und erzeugt einen Strahl, dessen Richtung gesteuert werden kann und der ggf. auch fokussiert werden kann. Ein Kennzeichen einer Ultraschallprüfung mit der Phased Array Ultraschalltechnologie ist die computergesteuerte bzw. elektronisch gesteuerte Anregung (Amplitude und Verzögerung) von individuellen Elementen in einem Multielementprüfkopf. Die Anregung der piezoelektrischen Elemente kann Schallfelder mit definierten Parametern wie Einschallwinkel, Brennweite/Fokusabstand und Fokusgröße mittels Software bzw. Software gesteuert unter Nutzung sogenannter Focal Laws erzeugen. Zur Ultraschallprüfung des Prüfobjektes werden die Echosignale wieder mit dem Prüfkopf aufgenommen und ausgewertet. Empfangsseitig wird im Normalfall genauso synchronisiert wie beim Senden.For a matrix phased array probe, each element can be considered as the source of an ultrasonic wave. Ideally, each individual element represents a point source. The individual wavefronts interfere and produce an overall wavefront with structurally and destructively interfering regions. The individual wavefronts can be time-delayed and synchronized in terms of phase and, if necessary, be assigned different amplitudes in order to generate a desired wavefront. The synchronization takes place via the time delays between the individual elements. Amplitude adjustments can be realized via different transmission voltages of the individual elements or via different amplifications on the reception side. This wavefront is based on superimposition and constructive interference and produces a beam whose direction can be controlled and which, if necessary, can also be focused. A hallmark of ultrasound testing with phased array ultrasound technology is the computer-controlled or electronically controlled excitation (amplitude and delay) of individual elements in a multielement probe. The excitation of the piezoelectric elements can generate sound fields with defined parameters such as insonification angle, focal length / focal distance and focus size controlled by software or software using so-called focal laws. For ultrasonic testing of the test object, the echo signals are recorded again with the test head and evaluated. The receiver side is usually synchronized in the same way as when transmitting.

Die Anzahl der Elemente eines Matrix-Arrays ist allerdings proportional zur Prüfkopffläche und steigt damit quadratisch mit der Prüfkopfabmessung. Um die volle Flexibilität eines Matrix-Arrays ausnützen zu können, ist für jedes Element ein eigener Ultraschallkanal mit einem Sender und einem Empfänger erforderlich. Für ein 16×16 Matrix-Array wären z. B. 256 Kanäle erforderlich, d. h. der elektronische Aufwand erhöht sich mit zunehmender Anzahl der Elemente beträchtlich.However, the number of elements of a matrix array is proportional to the probe head area and thus increases quadratically with the probe dimensions. In order to take advantage of the full flexibility of a matrix array, a separate ultrasound channel with a transmitter and a receiver is required for each element. For a 16 × 16 matrix array would be z. B. 256 channels required, d. H. the electronic effort increases considerably with increasing number of elements.

Aus der Druckschrift US 2010/0251821 A1 ist die Verwendung eines als Matrix Phased Array Prüfkopfes bekannt. Es werden dabei Elementgruppen sowohl sendeseitig als auch empfangsseitig ausgewählt, um bestimmte Prüfaufgaben zu optimieren, insbesondere um eine 360°-Erfassung von Fehlern in dem Prüfobjekt ohne mechanisches Scannen durchführen zu können. Es wird für jedes Einzelelement des Matrix-Arrays ein eigener Sender und Empfänger benutzt. Das bedeutet, dass bei der Benutzung von insgesamt N Einzelelementen auch N Sender und N Empfänger und ein dementsprechend hoher elektronischer Aufwand erforderlich sind.From the publication US 2010/0251821 A1 is the use of a known as matrix phased array probe. Element groups are selected both on the transmitter side and on the receiver side in order to optimize certain test tasks, in particular in order to be able to carry out a 360 ° detection of errors in the test object without mechanical scanning. A separate transmitter and receiver is used for each individual element of the matrix array. This means that when using a total of N individual elements also N transmitters and N Receiver and a correspondingly high electronic effort are required.

Aus der DE 10202432 A1 und der Literaturstelle J. Bosch et al., Phased Array-Technologie für automatisierte Pipeline-Inspektion, DACH-Jahrestagung 2004 Salzburg , Herausgeber DGfZP ist die Anwendung eines Ultraschall-Prüfverfahrens unter Verwendung sogenannter Phased Arrays zur Werkstoffprüfung in Rohrleitungen bekannt, wobei durch eine zeitlich variable individuelle Ansteuerung einzelner Sensorelemente eine umfassende hochaufgelöste Werkstoffprüfung ermöglicht wird. Dabei werden einzelne Sensorelemente der Messsensoren, insbesondere einzelne Sensorelemente einer einen virtuellen Sensor bildenden Teilgruppe von Sensorelementen eines Messsensors, in geeigneter Weise zeitlich versetzt angesteuert, so dass eine Ausbreitungsrichtung und/oder eine Fokussierungstiefe des ausgesandten Messimpulses in Umfangsrichtung bzw. in radialer Richtung veränderbar ist. Auf diese Weise lässt sich mit jedem Messsensor eine Vielzahl von Signaleinstrahlungen in die Rohrwandung unter verschiedenen Einstrahlwinkeln realisieren, deren Eindringverhalten in die Rohrwandung in einem weiten Bereich an die Messanforderungen anpassbar ist. Bei diesen bekannten Anwendungen mit Linear Arrays mit sehr vielen Einzelelementen wird nur ein jeweils kleiner Teil der Elemente als (virtueller) Prüfkopf benutzt wird, um so z. B. elektronisch zu scannen. Dabei wird allerdings auch für jedes aktive Einzelelement immer ein eigener Ultraschall-Kanal benötigt.From the DE 10202432 A1 and the reference J. Bosch et al., Phased Array Technology for Automated Pipeline Inspection, DACH Annual Meeting 2004 Salzburg , Publisher DGfZP is the application of an ultrasonic test method using so-called phased arrays for material testing in piping known, with a time-variable individual control of individual sensor elements a comprehensive high-resolution material testing is possible. In this case, individual sensor elements of the measuring sensors, in particular individual sensor elements of a virtual sensor forming subset of sensor elements of a measuring sensor, driven in a timely manner, so that a propagation direction and / or a depth of focus of the emitted measuring pulse in the circumferential direction or in the radial direction is variable. In this way, each measuring sensor can be used to realize a multiplicity of signal irradiations into the tube wall at different angles of incidence, whose penetration behavior into the tube wall can be adapted to the measuring requirements in a wide range. In these known applications with linear arrays with a very large number of individual elements, only a small part of the elements is used as a (virtual) test head in order, for. B. to scan electronically. In this case, however, a separate ultrasound channel is always required for each active individual element.

Eine bekannte Möglichkeit, den elektronischen Aufwand zu verringern, besteht darin, die Anzahl der erforderlichen elektronischen Kanäle durch Multiplexen zu verkleinern, insbesondere indem nur eine Empfangseinheit verwendet wird, die von einer Steuereinheit gesteuert wird und einen Multiplexer für die N auszulesenden Einzelelementen des Prüfkopfes, aber nur einen Verstärker, einen Analog-Digital-Converter und eine Signalverarbeitung aufweist. Allerdings vergrößert sich durch die sequenzielle Verarbeitung der Signale die Messdauer.A known way to reduce the electronic effort is to reduce the number of required electronic channels by multiplexing, in particular by only one receiving unit is used, which is controlled by a control unit and a multiplexer for the N read-out individual elements of the probe, but has only one amplifier, an analog-to-digital converter and signal processing. However, the measurement duration increases due to the sequential processing of the signals.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Ultraschallprüfung eines Prüfobjektes mit einem Matrix Phased Array Prüfkopf zu schaffen, bei der die Anzahl der elektronischen Ultraschallkanäle erheblich reduziert ist, um auf diese Weise eine optimierte Anwendung von Matrix-Arrays für die Ultraschallprüfung ohne wesentliche Einschränkung der Funktionalität zu ermöglichen.Based on this prior art, the present invention has the object to provide a way for ultrasonic testing of a test object with a matrix phased array probe, in which the number of electronic ultrasonic channels is considerably reduced, in order to optimize the application of matrix To allow arrays for ultrasonic testing without significant restriction of functionality.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Ultraschallprüfung mit den Merkmalen des beigefügten Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Verwendungen der Erfindung ergeben sich aus den nebengeordneten und abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung mit zugehörigen Zeichnungen.This object is achieved by a method for ultrasonic testing with the features of the attached claim 1. Preferred embodiments, developments and uses of the invention will become apparent from the independent and dependent claims and the following description with accompanying drawings.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Ultraschallprüfung eines Prüfobjektes mit einem Matrix Phased Array Prüfkopf, der eine zweidimensionale Anordnung einer Anzahl (N) von Ultraschallsensoren/Einzelelementen umfasst, wobei mittels der Einzelelemente eine Ultraschallwelle in das Prüfobjekt eingeschallt und ein reflektiertes Ultraschallsignal wieder empfangen wird, wobei jeweils eine erste Auswahl von Einzelelementen des Prüfkopfes mittels einer Steuereinheit als Sender zur Emission einer Ultraschallwelle ausgewählt wird und die ausgewählten Einzelelemente mittels einer Sendeeinheit angeregt werden, jeweils eine zweite Auswahl von Einzelelementen des Prüfkopfes mittels der Steuereinheit als Empfänger zum Empfangen eines Ultraschallsignals ausgewählt wird und die Ultraschallsignale der ausgewählten Einzelelemente mittels einer Empfangseinheit empfangen werden und die empfangenen Ultraschallsignale zum Prüfen des Prüfobjektes ausgewertet werden, weist also die Besonderheit auf, dass jeweils eine Auswahl von Einzelelementen des Prüfkopfes mittels einer Schaltungseinheit zu einer Sendegruppe einer Anzahl (M) von in der Steuereinheit vorkonfigurierten Gruppen zusammengefasst und elektrisch miteinander verbunden wird, so dass die zusammengefassten Einzelelemente einer Sendegruppe jeweils gemeinsam senden, jeweils eine Auswahl von Einzelelementen des Prüfkopfes mittels der Schaltungseinheit zu einer Empfangsgruppe einer Anzahl (M) von in der Steuereinheit vorkonfigurierten Empfangsgruppen zusammengefasst und elektrisch miteinander verbunden wird, so dass die zusammengefassten Einzelelemente einer Empfangsgruppe jeweils gemeinsam empfangen, die Sendeeinheit eine Anzahl (M) von Sendern aufweist, die so groß ist wie die Anzahl (M) der in der Steuereinheit vorkonfigurierten Sendegruppen und die Empfangseinheit eine Anzahl von Empfängern aufweist, die so groß ist wie die Anzahl (M) der in der Steuereinheit vorkonfigurierten Empfangsgruppen, so dass mittels der Schaltungseinheit jede Sendegruppe mit einer Auswahl von zusammengefassten Einzelelementen einem der Sender der Anzahl (M) von Sendern der Sendeeinheit zugeordnet wird und mittels der Schaltungseinheit jeweils die Sender einer Sendegruppe gemeinsam von einem zugeordneten Sender der Sendeeinheit angeregt werden und jede Empfangsgruppe mit einer Auswahl von zusammengefassten Einzelelementen einem der Empfänger der Anzahl (M) von Empfängern der Empfangseinheit zugeordnet wird und jeweils die Empfänger einer Empfangsgruppe gemeinsam von einem zugeordneten Empfänger der Empfangseinheit empfangen werden, und die Sendegruppen mittels der Sender der Sendeeinheit entsprechend einem von der Steuereinheit vorgegebenen Takt angeregt werden und die Empfangsgruppen mittels der Empfänger der Empfangseinheit entsprechend dem von der Steuereinheit vorgegebenen Takt empfangen werden, wobei die Steuereinheit die Schaltungseinheit, die Sendeeinheit und die Empfangseinheit steuert.An inventive method for ultrasonic testing of a test object with a matrix phased array probe comprising a two-dimensional arrangement of a number (N) of ultrasonic sensors / individual elements, wherein by means of the individual elements an ultrasonic wave is sounded into the test object and a reflected ultrasonic signal is received again, each one first selection of individual elements of the probe is selected by means of a control unit as a transmitter for emitting an ultrasonic wave and the selected individual elements are excited by means of a transmitting unit, respectively a second selection of individual elements of the probe is selected by the control unit as a receiver for receiving an ultrasonic signal and the ultrasonic signals of selected individual elements are received by a receiving unit and the received ultrasonic signals are evaluated for testing the test object, so has the peculiarity au f, that in each case a selection of individual elements of the probe by means of a circuit unit to a transmission group of a number (M) of preconfigured groups in the control unit and electrically connected to each other, so that the summarized individual elements of a transmission group each send together, each a selection of individual elements the test head is summarized by means of the circuit unit to a receiving group of a number (M) of preconfigured in the control unit receiving groups and electrically connected to each other, so that the combined individual elements of a receiving group receive each together, the transmitting unit has a number (M) of transmitters, the so is large as the number (M) of preconfigured in the control unit transmission groups and the receiving unit has a number of receivers that is as large as the number (M) of preconfigured in the control unit receiving groups, so that means of Circuit unit each transmitting group with a selection of combined individual elements one of the transmitters of the number (M) of transmitters of the transmitting unit is assigned and by the circuit unit respectively the transmitter of a transmitting group are jointly excited by an associated transmitter of the transmitting unit and each receiving group with a selection of combined individual elements one of the receivers of the number (M) is assigned by receivers of the receiving unit and in each case the receiver of a receiving group are jointly received by an associated receiver of the receiving unit, and the transmitting groups are excited by the transmitter of the transmitting unit according to a predetermined by the control unit clock and the receiving groups are received by means of the receivers of the receiving unit in accordance with the clock predetermined by the control unit, wherein the control unit controls the circuit unit, the transmitting unit and the receiving unit.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ultraschallprüfung eines Prüfobjektes mit einem Matrix Phased Array Prüfkopf, der eine zweidimensionale Anordnung einer Anzahl (N) von Ultraschallsensoren/Einzelelementen umfasst, wobei die Einzelelemente zum Senden bzw. Einschallen einer Ultraschallwelle in das Prüfobjekt und zum Empfangen eines Ultraschallsignals ausgebildet sind, umfassend eine Sendeeinheit zum Anregen von Einzelelementen des Prüfkopfes und eine Empfangseinheit zum Empfangen eines Ultraschallsignals mit Einzelelementen des Prüfkopfes, eine Steuereinheit, mittels der jeweils eine erste Auswahl von Einzelelementen des Prüfkopfes als Sender zur Emission einer Ultraschallwelle auswählbar ist und die ausgewählten Einzelelemente mittels der Sendeeinheit anregbar sind, und mittels der jeweils eine zweite Auswahl von Einzelelementen des Prüfkopfes als Empfänger zum Empfangen eines Ultraschallsignals auswählbar ist und die Ultraschallsignale der ausgewählten Einzelelemente mittels einer Empfangseinheit empfangbar sind, und eine Signalverarbeitungseinheit zum Verarbeiten und/oder Auswerten der empfangenen Ultraschallsignale zum Prüfen des Prüfobjektes, weist die Besonderheit auf, dass sie eine Schaltungseinheit aufweist, die zum Zusammenfassen und elektrisch miteinander Verbinden jeweils einer Auswahl von Einzelelementen zu einer Sendegruppe einer Anzahl (M) von in der Steuereinheit vorkonfigurierten Gruppen ausgebildet ist, so dass die zusammengefassten Einzelelemente einer Sendegruppe jeweils gemeinsam senden, und die zum Zusammenfassen und elektrisch miteinander Verbinden jeweils einer Auswahl von Einzelelementen zu einer Empfangsgruppe einer Anzahl (M) von in der Steuereinheit vorkonfigurierten Empfangsgruppen ausgebildet ist, so dass die zusammengefassten Einzelelemente einer Empfangsgruppe jeweils gemeinsam empfangen, die Sendeeinheit eine Anzahl (M) von Sendern aufweist, die so groß ist wie die Anzahl (M) der in der Steuereinheit vorkonfigurierten Sendegruppen und die Empfangseinheit eine Anzahl von Empfängern aufweist, die so groß ist wie die Anzahl (M) der in der Steuereinheit vorkonfigurierten Empfangsgruppen, so dass mittels der Schaltungseinheit jede Sendegruppe mit einer Auswahl von zusammengefassten Einzelelementen einem der Sender der Anzahl (M) von Sendern der Sendeeinheit zuordbar ist und jeweils die Sender einer Sendegruppe gemeinsam von einem zugeordneten Sender der Sendeeinheit anregbar sind und mittels der Schaltungseinheit jede Empfangsgruppe mit einer Auswahl von zusammengefassten Einzelelementen einem der Empfänger der Anzahl (M) von Empfängern der Empfangseinheit zuordbar ist und jeweils die Empfänger einer Empfangsgruppe gemeinsam von einem zugeordneten Empfänger der Empfangseinheit empfangbar sind, und die Sendegruppen mittels der Sender der Sendeeinheit entsprechend einem von der Steuereinheit vorgegebenen Takt anregbar sind und die Empfangsgruppen mittels der Empfänger der Empfangseinheit entsprechend dem von der Steuereinheit vorgegebenen Takt empfangbar sind, wobei die Schaltungseinheit, die Sendeeinheit und die Empfangseinheit mittels der Steuereinheit steuerbar sind.A device according to the invention for ultrasonic testing of a test object with a matrix phased array test head, which comprises a two-dimensional arrangement of a number (N) of ultrasound sensors / individual elements, wherein the individual elements are designed to transmit an ultrasonic wave into the test object and to receive an ultrasound signal, comprising a transmitting unit for exciting individual elements of the test head and a receiving unit for receiving an ultrasonic signal with individual elements of the test head, a control unit, by means of each of which a first selection of individual elements of the test head as a transmitter for emitting an ultrasonic wave can be selected and the selected individual elements by means of the transmitting unit excitable are and by means of each of which a second selection of individual elements of the test head as a receiver for receiving an ultrasonic signal is selectable and the ultrasonic signals of the selected individual elements is receivable by a receiving unit, and a signal processing unit for processing and / or evaluating the received ultrasonic signals for testing the test object, has the peculiarity that it comprises a circuit unit for combining and electrically interconnecting each of a selection of individual elements to a transmitting group of a Number (M) of groups preconfigured in the control unit, so that the combined individual elements of a transmission group respectively transmit together, and which for combining and electrically interconnecting each of a selection of individual elements to a receiving group of a number (M) preconfigured in the control unit Receive groups is formed so that the combined individual elements of a receiving group receive each together, the transmitting unit has a number (M) of transmitters, which is as large as the number (M) preconfigured in the control unit th transmission groups and the receiving unit has a number of receivers which is as large as the number (M) preconfigured in the control unit receiving groups, so that by means of the circuit unit each transmitting group with a selection of combined individual elements one of the transmitters of the number (M) of Transmitters of the transmitting unit can be assigned and in each case the transmitter of a transmitting group are stimulated jointly by an associated transmitter of the transmitting unit and by means of the circuit unit each receiving group with a selection of combined individual elements one of the receivers of the number (M) of receivers of the receiving unit can be assigned and in each case the receiver a receiving group can be received together by an associated receiver of the receiving unit, and the transmitting groups can be excited by means of the transmitter of the transmitting unit according to a predetermined by the control unit clock and the receiving groups by means of the receiver of the receiving unit accordingly can be received by the clock predetermined by the control unit, wherein the circuit unit, the transmitting unit and the receiving unit are controllable by means of the control unit.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die Zusammenfassung von Ultraschallsensoren (Sonden, Einzelelementen) eines Matrix Phased Array Prüfkopfes in Gruppen, bei denen jeweils die Einzelelemente einer Gruppe zusammengeschaltet und gemeinsam angesteuert bzw. ausgelesen werden, die Zahl der erforderlichen elektronischen Kanäle gegenüber einer Einzelansteuerung jedes Einzelelements erheblich reduziert werden kann. Jede Gruppe zusammengefasster Einzelelemente bildet einen elektronischen Kanal, somit werden weniger elektronische Kanäle als Einzelelemente benötigt. Beispielsweise können vorteilhafte Ausführungsformen darin bestehen, dass die Anzahl (M) von in der Steuereinheit vorkonfigurierten Gruppen kleiner als die Anzahl (N) der Einzelelemente des Prüfkopfes ist, vorzugsweise kleiner als ein Drittel, besonders bevorzugt kleiner als ein Fünftel, weiter bevorzugt kleiner als ein Achtel oder ein Zehntel der Anzahl (N) der Einzelelemente des Prüfkopfes.The advantage of the invention is that by combining ultrasonic sensors (probes, individual elements) of a matrix phased array probe in groups, in which each of the individual elements of a group connected together and controlled or read, the number of required electronic channels compared to a Single control of each individual element can be significantly reduced. Each group of combined individual elements forms an electronic channel, so fewer electronic channels are required than individual elements. For example, advantageous embodiments may be that the number (M) of preconfigured groups in the control unit is less than the number (N) of the individual elements of the test head, preferably less than one third, more preferably less than one fifth, more preferably less than one Eighth or one tenth of the number (N) of the individual elements of the test head.

Durch die Reduzierung der Anzahl der erforderlichen elektronischen Kanäle ergeben sich nicht nur erhebliche Einsparungen, sondern es werden auch neue Möglichkeiten der Anwendung von Matrix Phased Array Prüfköpfen geschaffen, die wegen des bisher erforderlichen erheblichen elektronischen Aufwandes nicht gegeben waren. So besteht beispielsweise eine vorteilhafte Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in der Durchführung einer Wanddickenmessung und/oder einer Rissprüfung mittels eines Molchs in einer Rohrleitung, insbesondere einer Pipeline, wobei auf dem Molch angeordnete Prüfköpfe mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder einer erfindungsgemäßen Vorrichtung angesteuert und ausgelesen werden oder entsprechend ausgestaltet sind.By reducing the number of required electronic channels not only significant savings, but there are new opportunities for the application of matrix phased array probes created that were not given because of the previously required considerable electronic effort. For example, there is an advantageous application of a method according to the invention in carrying out a wall thickness measurement and / or a crack detection by means of a pig in a pipeline, in particular a pipeline, wherein arranged on the pig probes are controlled and read with the inventive method and / or a device according to the invention or designed accordingly.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand in den Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die darin beschriebenen Besonderheiten können einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden, um bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung zu schaffen. Gleiche oder gleich wirkende Teile werden in den verschiedenen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und gewöhnlich nur einmal beschrieben, auch wenn sie bei anderen Ausführungsformen vorteilhaft eingesetzt werden können. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to embodiments shown in the figures. The features described therein may be used alone or in combination with each other to provide preferred embodiments of the invention. Identical or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the various figures and usually described only once, although they can be used advantageously in other embodiments. Show it:

1 das Prinzip einer Wanddickenmessung (linkes Teilbild) und einer Rissprüfung mit Ultraschall (rechtes Teilbild), 1 the principle of a wall thickness measurement (left partial image) and a crack test with ultrasound (right partial image),

2 eine Aufsicht auf ein Prüfobjekt mit Ultraschallprüfköpfen zur Wanddickenmessung und zur Prüfung auf Risse bzw. rissartige Längs- und Querfehler, 2 a view of a test object with ultrasonic probes for wall thickness measurement and for checking for cracks or longitudinal cracks and transverse defects,

3 ein schematisches Beispiel eines Matrix Phased Array Prüfkopfes mit kreisförmiger Ausführung, 3 a schematic example of a matrix phased array probe head with a circular design,

4 den Prüfkopf von 3 mit einer Gruppe zusammengefasster Einzelelemente, die in einer Linie angeordnet sind, 4 the test head of 3 with a group of combined individual elements arranged in a line,

5 den Prüfkopf von 3 mit zu Gruppen zusammengefassten Einzelelemente, die für die Wanddickenmessung in konzentrischen Polygonen angeordnet sind, 5 the test head of 3 with grouped individual elements arranged in concentric polygons for wall thickness measurement,

6 den Prüfkopf von 3 mit zu Gruppen zusammengefassten Einzelelementen, die für die Prüfung auf Risse bzw. rissartige Längsfehler in Linien parallel zur Fahrtrichtung angeordnet sind, 6 the test head of 3 with individual elements grouped into groups, arranged in lines parallel to the direction of travel for the purpose of checking for cracks or crack-like longitudinal defects,

7 den Prüfkopf von 3 mit zu Gruppen zusammengefassten Einzelelementen, die für die Prüfung auf Risse bzw. rissartige Querfehler in Linien senkrecht zur Fahrtrichtung angeordnet sind, 7 the test head of 3 with individual elements grouped into groups, arranged in lines perpendicular to the direction of travel for testing for cracks or crack-like transverse defects,

8 ein Blockschaltbild einer konventionellen Ultraschall-Mehrkanalelektronik, 8th a block diagram of a conventional ultrasonic multi-channel electronics,

9 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Aufbaus zum Einsatz eines Matrix Phased Array Prüfkopfes mit N Einzelelementen und 9 a block diagram of a construction according to the invention for use of a matrix phased array probe head with N individual elements and

10 ein Beispiel einer Zuordnung der Gruppen von zusammengefassten Einzelelementen zu Ultraschallkanälen. 10 an example of an assignment of the groups of combined individual elements to ultrasonic channels.

Die 1 veranschaulicht in einer Seitenansicht das Prinzip einer Wanddickenmessung und einer Rissprüfung mit Ultraschall in einem Prüfobjekt 1. Dabei handelt es sich beispielsweise um die Prüfung eines Rohres, einer Platte oder um eine gebräuchliche Pipelineprüfung mit einem Molch, auf dem die Prüfkopfe 2 angeordnet sind. Ein Prüfkopf 2 dient jeweils als Sender und Empfänger und umfasst jeweils ein piezoelektrisches Element. Die Wanddickenmessung des Prüfobjekts 1 ist links und die Rissprüfung eines Risses 3 bzw. rissartigen Fehlers ist rechts in 1 dargestellt. Für die Wanddickenmessung, mittels der Korrosionsstellen gefunden werden können, wird Ultraschall senkrecht eingeschallt, wobei Longitudinalwellen benutzt werden. Für die Rissprüfung werden Transversalwellen unter einem Winkel von beispielsweise 45° schräg in die Rohrwand eingeschallt.The 1 illustrates in a side view the principle of a wall thickness measurement and a crack test with ultrasound in a test object 1 , These are, for example, the testing of a pipe, a plate or a common pipeline test with a pig on which the test heads 2 are arranged. A test head 2 each serves as a transmitter and receiver and each includes a piezoelectric element. The wall thickness measurement of the test object 1 is left and the crack test of a crack 3 or crack-like error is right in 1 shown. For the wall thickness measurement by means of which corrosion spots can be found, ultrasound is perpendicularly scanned using longitudinal waves. For the crack test transversal waves are slanted obliquely into the pipe wall at an angle of for example 45 °.

Die 2 veranschaulicht in einer Aufsicht auf ein Prüfobjekt 1, z. B. ein Rohr oder eine Platte, eine konventionelle Wanddickenmessung und Rissprüfung auf Längs- und Querfehler mit einzelnen Ultraschallprüfköpfen 2.The 2 illustrates in a plan view of a test object 1 , z. As a pipe or a plate, a conventional wall thickness measurement and crack inspection for longitudinal and transverse errors with individual ultrasonic probes 2 ,

Bezogen auf die Rohrachse 4 bzw. Laufrichtung oder Fahrrichtung der beispielsweise auf einem Molch bewegten Prüfköpfe 2 unterscheidet man die Risse 3a, 3b bzw. rissartigen Fehler nach Längsfehlern 3a und Querfehlern 3b. Gleichzeitig soll die Wanddicke des Prüfobjekts 1 mittels Senkrechteinschallung mit hoher Ortsauflösung (d. h. mit fokussiertem Schallfeld) gemessen werden. Mit konventioneller Technik sind für die Durchführung der Prüfung fünf Prüfköpfe 2 erforderlich. Ein Prüfkopf 2a dient für die Wanddickenmessung. Zur Rissprüfung wird mit den Prüfköpfen 2b, 2c im Uhrzeigersinn bzw. Gegenuhrzeigersinn (Längsfehler 3a) bzw. mit den Prüfköpfen 2d, 2e in Laufrichtung 4 und gegen die Laufrichtung 4 eingeschallt (Querfehler 3b). Wenn es sich dabei um eine Pipelineprüfung mit einem Molch handelt, sind also drei getrennte Durchlaufe des Molches durch die Pipeline erforderlich, d. h. einmal für die Wanddickenmessung, einmal für die Längsfehlerprüfung und einmal für die Querfehlerprüfung, außer wenn es die baulichen Verhältnisse gestatten, einen Molchzug mit drei hintereinander angeordneten Sensorträgereinheiten zu benutzen.Relative to the tube axis 4 or running direction or direction of travel, for example, moving on a pig probes 2 you distinguish the cracks 3a . 3b or crack-like error after longitudinal errors 3a and cross errors 3b , At the same time, the wall thickness of the test object 1 be measured by means of vertical sounding with high spatial resolution (ie with a focused sound field). With conventional technology, there are five probes to perform the test 2 required. A test head 2a serves for wall thickness measurement. For crack testing is done with the probes 2 B . 2c clockwise or counterclockwise (longitudinal error 3a ) or with the probes 2d . 2e in the direction of travel 4 and against the direction 4 sounded in (cross error 3b ). Thus, if it is a pipeline test with a pig, three separate passes of the pig through the pipeline are required, ie once for the wall thickness measurement, once for the longitudinal defect test and once for the transverse defect test, unless the structural conditions permit to use with three successively arranged sensor carrier units.

Wenn die fünf Prüfköpfe 2a, 2b, 2c, 2d, 2e durch einen Prüfkopf mit in dem dargestellten Beispiel einem 16×16 Matrix-Array (in anderen Fällen beispielsweise mit einem 12×12 Matrix-Array oder allgemein mit einem N×N Matrix-Array) ersetzt werden, kann die Prüfaufgabe statt mit fünf Prüfköpfen 2 mit einem einzigen Matrix Phased Array Prüfkopf gelöst werden, somit auch in einem einzigen Durchlauf eines Molches im Falle der Prüfung einer Pipeline. Allerdings sind nach dem Stand der Technik nun 16×16 = 256 Ultraschall-Kanäle erforderlich, nämlich für jedes Element bzw. jeden Sensor des Matrix-Arrays des Ultraschallprüfkopfes ein elektronischer Kanal, was eine erhebliche Zunahme des geräteseitigen elektronischen Aufwandes und damit der Prüfkosten bedeutet. Hier setzt die Erfindung an, denn durch diese kann dieser Aufwand von 256 Kanälen auf ca. 20 Kanäle reduziert werden. Dies geschieht dadurch, dass für jede der Einzelprüfungen mehrere Elemente des Matrix-Arrays in geeigneter Weise so zusammengefasst werden, so dass die gleiche Prüfung nun mit wesentlich weniger Ultraschall-Kanälen ohne Beeinträchtigung des Prüfergebnisses möglich ist. Mit anderen Worten, für die Ultraschallprüfung eines Prüfobjektes mit einem Matrix Phased Array Prüfkopf, der eine zweidimensionale Anordnung einer Anzahl von Ultraschallsensoren/Einzelelementen umfasst, wird erfindungsgemäß zur Verringerung der Zahl der erforderlichen elektronischen Kanäle vorgeschlagen, mittels einer Schaltungseinheit jeweils mehrere Einzelelemente des Matrix-Arrays in geeigneter Weise in Gruppen zusammenzufassen und elektrisch zusammenschalten, beispielsweise in Linien oder in Vielecken, und die Einzelelemente einer Gruppe jeweils gemeinsam anzusteuern.If the five probes 2a . 2 B . 2c . 2d . 2e can be replaced by a test head with a 16 × 16 matrix array in the example shown (in other cases, for example, with a 12 × 12 matrix array or generally with an N × N matrix array), the test task can be performed instead of five probes 2 With a single matrix phased array probe can be solved, thus even in a single pass of a pig in case of testing a pipeline. However, according to the prior art, 16 × 16 = 256 ultrasonic channels are required, namely for each element or sensor of the array array of the ultrasonic probe an electronic channel, which means a significant increase in the device-side electronic effort and thus the test costs. This is where the invention comes in, because through this, this effort can be reduced from 256 channels to about 20 channels. This is done in that for each of the individual tests, several elements of the matrix array are combined in a suitable manner so that the same test is now possible with significantly fewer ultrasonic channels without affecting the test result. In other words, for the ultrasonic testing of a test object with a matrix phased array test head comprising a two-dimensional array of a number of ultrasonic sensors. Includes individual elements, the invention proposes to reduce the number of required electronic channels, by means of a circuit unit in each case several individual elements of the matrix array in a suitable manner in groups and electrically interconnect, for example, in lines or in polygons, and control the individual elements of a group in each case together ,

Die 3 zeigt ein schematisches Beispiel eines solchen Matrix Phased Array Prüfkopfes 5. Gezeigt ist ein Beispiel für ein kreisförmiges, rundes Matrix-Array. Üblich sind auch quadratische Arrays. Im Beispiel sind alle 216 Einzelelemente (Sensoren) 6 gleich groß. Die Elementanzahl ist dann proportional zur Array-Fläche. Je nach Anwendung können auch unterschiedliche Elementgrößen vorteilhaft sein.The 3 shows a schematic example of such a matrix phased array probe 5 , Shown is an example of a circular, circular matrix array. Also common are square arrays. In the example, all 216 individual elements (sensors) 6 same size. The number of elements is then proportional to the array area. Depending on the application, different element sizes may also be advantageous.

Die 4 zeigt den Prüfkopf 5 von 3 mit zu einer Gruppe 7 zusammengefassten Einzelelementen 6, die in einer Linie 8 angeordnet sind. Zusammenfassen bedeutet, dass die einzelnen Einzelelemente 6 bzw. Sensoren elektrisch miteinander zu einer Gruppe 7 verbunden werden. Das Zusammenschalten und Verbinden der Einzelelemente 6 zu einer Gruppe 7 erfolgt mittels einer elektrischen Schaltungseinheit, die in dieser Figur nicht dargestellt ist. Die Schaltungseinheit kann auf dem Prüfkopf 5 oder außerhalb von diesem angeordnet sein. Die Linie 8, in der die Einzelelemente 6 einer Gruppe 7 angeordnet sind, kann beispielsweise eine Zeile, Spalte, Reihe, oder Diagonale sein.The 4 shows the test head 5 from 3 with to a group 7 combined individual elements 6 that in a line 8th are arranged. Summarizing means that the individual elements 6 or sensors electrically together to form a group 7 get connected. The interconnection and connection of the individual elements 6 to a group 7 takes place by means of an electrical circuit unit, which is not shown in this figure. The circuit unit can be on the test head 5 or be arranged outside of this. The line 8th in which the individual elements 6 a group 7 may be, for example, a row, column, row, or diagonal.

Die 5 zeigt den Prüfkopf 5 von 3 mit zu acht Gruppen 7 zusammengefassten Einzelelementen 6, die für die Wanddickenmessung in konzentrischen Vielecken 9 angeordnet sind. Gezeigt ist eine mögliche Zusammenfassung von Elementen 6, wie man sie für eine Senkrechteinschallung benötigt. Zusammenfassen bedeutet auch hier, dass die einzelnen Einzelelemente 6 bzw. Sensoren elektrisch miteinander zu einer Gruppe 7 verbunden werden. Durch das Zusammenfassen der 216 Einzelelemente 6 in acht Gruppen 7 kann der Prüfkopf 5 erfindungsgemäß statt mit 216 nur mit acht elektronischen Kanälen betrieben werden.The 5 shows the test head 5 from 3 with to eight groups 7 combined individual elements 6 used for wall thickness measurement in concentric polygons 9 are arranged. Shown is a possible summary of elements 6 how to use them for a vertical sound. To summarize also means that the individual elements 6 or sensors electrically together to form a group 7 get connected. By combining the 216 individual elements 6 in eight groups 7 can the test head 5 operated according to the invention instead of 216 only with eight electronic channels.

Das Zusammenschalten und Verbinden der Einzelelemente 6 zu einer Gruppe 7 erfolgt mittels einer elektrischen Schaltungseinheit, die in dieser Figur nicht dargestellt ist. Die Schaltungseinheit kann auf dem Prüfkopf 5 oder außerhalb von diesem angeordnet sein. Allgemein ist es vorteilhaft, wenn für eine senkrechte Einschallung in das Prüfobjekt 1, beispielsweise für eine Wanddickenmessung, Einzelelemente 6 zu Sende- und/oder Empfangsgruppen 7 zusammengefasst werden, die so angeordnet sind, dass die Gruppen 7 die Form konzentrischer Kreise, Ringe, Vielecke 9 oder Polygone haben. Das Zusammenfassen erfolgt möglichst konzentrisch, um ein zu einem kreisförmigen Einzelschwinger vergleichbares Schallfeld zu erzeugen. Über geeignete Zeitverschiebungen zwischen den sukzessiven Anregeimpulsen für die einzelnen Gruppen 7, d. h. Vielecke 9 bzw. Ringe, kann das Schallfeld auch in einem bestimmten Bereich fokussiert werden.The interconnection and connection of the individual elements 6 to a group 7 takes place by means of an electrical circuit unit, which is not shown in this figure. The circuit unit can be on the test head 5 or be arranged outside of this. Generally, it is advantageous if for a vertical Einschallung in the test object 1 , For example, for a wall thickness measurement, individual elements 6 to send and / or receive groups 7 summarized, which are arranged so that the groups 7 the shape of concentric circles, rings, polygons 9 or have polygons. The summarization is as concentric as possible in order to produce a comparable to a circular single oscillator sound field. About suitable time shifts between the successive excitation pulses for the individual groups 7 ie polygons 9 or rings, the sound field can also be focused in a specific area.

Dabei werden in der Regel alle Einzelelemente 6, die auf einer veranschaulichenden Linie liegen, die eine Gruppe 7 veranschaulicht, miteinander zu der Gruppe 7 verbunden. Es kann aber in manchen Anwendungsfällen zweckmäßig sein, manche der unter einer veranschaulichenden Linie liegende Einzelelemente 6 nicht in die zugehörige Gruppe 7 einzuschlißen, beispielsweise um sie für eine andere Gruppe 7 freizuhalten. Ebenso kann es auch zweckmäßig sein, dicht neben einer veranschaulichenden Linie liegende Einzelelemente 6 in die zugehörige Gruppe 7 einzuschließen. Die Kreise, Ringe, Vielecke 9 oder Polygone müssen dabei weder eine geometrisch exakte Form haben noch einen präzisen gemeinsamen Mittelpunkt aufweisen, was bei einer praktisch vorgegebenen räumlichen Matrix-Anordnung ohnehin kaum möglich sein wird, sondern es genügt, wenn sie die genannten geometrischen Bedingungen ungefähr erfüllen.As a rule, all individual elements 6 lying on an illustrative line representing a group 7 illustrated to each other to the group 7 connected. However, it may be useful in some applications, some of the individual elements lying under an illustrative line 6 not in the associated group 7 for example, for another group 7 kept clear. Likewise, it may also be appropriate, close to an illustrative line lying individual elements 6 into the associated group 7 include. The circles, rings, polygons 9 or polygons need neither have a geometrically exact shape nor have a precise common center, which in a practically predetermined spatial matrix arrangement anyway will hardly be possible, but it is sufficient if they meet the said geometric conditions approximately.

Die 6 zeigt den Prüfkopf 5 von 3 mit zu Gruppen 7 zusammengefassten Einzelelementen 6, die für die Rissprüfung auf Längsfehler in Linien 8 angeordnet sind. Hier sind die Elemente 6 in Linien 8 zusammengefasst. Durch das Zusammenfassen der 216 Einzelelemente 6 in achtzehn Gruppen 7 kann der Prüfkopf 5 erfindungsgemäß statt mit 216 nur mit achtzehn elektronischen Kanälen betrieben werden. Durch geeignete zeitliche Verzögerung der Anregungsimpulse für die einzelnen Gruppen 7 kann damit eine Winkel- bzw. Schrägeinschallung in das Prüfobjekt bewerkstelligt werden, so dass eine Prüfung auf Längsfehler ermöglicht wird. Im vorliegenden Fall wird die Verzögerungsbelegung beispielsweise so eingestellt, dass man im Prüfobjekt eine sich unter 45° ausbreitende Transversalwelle erhält. Durch Umkehrung der Verzögerungszeiten erhält man entsprechend eine Einschallung in die entgegengesetzte Richtung.The 6 shows the test head 5 from 3 with to groups 7 combined individual elements 6 used for crack detection on longitudinal defects in lines 8th are arranged. Here are the elements 6 in lines 8th summarized. By combining the 216 individual elements 6 in eighteen groups 7 can the test head 5 operated according to the invention instead of 216 only with eighteen electronic channels. By suitable time delay of the excitation pulses for the individual groups 7 Thus, an angle or oblique insonification in the test object can be accomplished, so that a check for longitudinal errors is made possible. In the present case, for example, the delay assignment is set in such a way that a transverse wave propagating below 45 ° is obtained in the test object. By reversing the delay times, one receives a corresponding sound in the opposite direction.

Zusammenfassen bedeutet auch hier, dass die einzelnen Einzelelemente 6 bzw. Elemente elektrisch miteinander zu einer Gruppe 7 verbunden werden. Das Zusammenschalten und Verbinden der Einzelelemente 6 zu einer Gruppe 7 erfolgt mittels einer elektrischen Schaltungseinheit, die in dieser Figur nicht dargestellt ist. Die Schaltungseinheit kann auf dem Prüfkopf 5 oder außerhalb von diesem angeordnet sein. Allgemein ist es vorteilhaft, wenn für eine schräge Einschallung in das Prüfobjekt, beispielsweise für eine Rissprüfung, Einzelelemente 6 zu Sende- und/oder Empfangsgruppen 7 zusammengefasst werden, die so angeordnet sind, dass die Gruppen 7 die Form nebeneinander verlaufender gerader Linien 8 haben. Über geeignete Zeitverschiebungen zwischen den sukzessiven Anregeimpulsen für die einzelnen Gruppen 7 kann das Schallfeld in einer bestimmten, beliebigen Einschallrichtung bzw. Einschallrichtung 10 unter einem bestimmten Einschallwinkel erzeugt werden.To summarize also means that the individual elements 6 or elements electrically together to form a group 7 get connected. The interconnection and connection of the individual elements 6 to a group 7 takes place by means of an electrical circuit unit, which is not shown in this figure. The circuit unit can be on the test head 5 or be arranged outside of this. In general, it is advantageous if, for an oblique insonification into the test object, for example for a crack test, individual elements 6 to send and / or receive groups 7 summarized which are arranged so that the groups 7 the shape of straight lines running side by side 8th to have. About suitable time shifts between the successive excitation pulses for the individual groups 7 can the sound field in a particular, any sound direction or insonification 10 be generated at a certain angle of incidence.

Dabei werden in der Regel alle Einzelelemente 6, die auf einer Linie 8 liegen, die eine Gruppe 7 veranschaulicht, miteinander zu der Gruppe 7 verbunden. Es kann aber in manchen Anwendungsfällen zweckmäßig sein, manche der unter einer Linie 8 liegende Einzelelemente 6 nicht in die zugehörige Gruppe 7 einzuschließen, beispielsweise um sie für eine andere Gruppe 7 freizuhalten. Ebenso kann es auch zweckmäßig sein, dicht neben einer Linie 8 liegende Einzelelemente 6 in die zugehörige Gruppe 7 einzuschließen. Die Linien 8 müssen dabei weder eine geometrisch exakte Form haben noch einen parallel liegen, was bei einer praktisch vorgegebenen räumlichen Matrix-Anordnung ohnehin kaum möglich sein wird, sondern es genügt, wenn sie die genannten geometrischen Bedingungen ungefähr erfüllen.As a rule, all individual elements 6 that on a line 8th lie, who is a group 7 illustrated to each other to the group 7 connected. However, it may be useful in some applications, some of the under one line 8th lying individual elements 6 not in the associated group 7 to include them, for example, for another group 7 kept clear. Likewise, it may also be appropriate, close to a line 8th lying individual elements 6 into the associated group 7 include. The lines 8th in this case neither have to have a geometrically exact shape nor be parallel, which would hardly be possible anyway with a practically prescribed spatial matrix arrangement, but it is sufficient if they approximately fulfill the stated geometrical conditions.

Die 7 zeigt den Prüfkopf 5 von 3 mit zu Gruppen 7 zusammengefassten Einzelelementen 6, die für die Rissprüfung auf Querfehler mit einer gegenüber 6 um 90° gedrehten Linienanordnung zusammengefasst sind. Mit einem Matrix-Array kann nicht nur in Längs- und Querrichtung, sondern in einer beliebigen Richtung (z. B. im Falle von Spiralnähten) geprüft werden.The 7 shows the test head 5 from 3 with to groups 7 combined individual elements 6 that faced for cross-checking for transverse cracking with a crack 6 are combined by 90 ° rotated line arrangement. With a matrix array can be checked not only in the longitudinal and transverse direction, but in any direction (eg in the case of spiral seams).

Die 8 zeigt ein Blockschaltbild einer konventionellen Ultraschall-Mehrkanalelektronik für eine Anzahl N von Prüfköpfen 2 oder eine Anzahl N von Sensoren/Einzelelementen 6 eines Matrix Phased Array Prüfkopfes 5. Für jeden Kanal (Prüfkopf) wird ein eigener Sender 11 benutzt, d. h. insgesamt N Sender 11. Empfangsseitig werden meist nicht N Empfänger oder Empfangseinheiten 12 verwendet, sondern es wird seriell gearbeitet, wobei die Prüfköpfe 2 oder Einzelelemente 6 über einen Multiplexer 13 umgeschaltet werden. Wie viele Kanäle gemultiplext werden können, hängt von der Anforderung an die maximale Prüfgeschwindigkeit ab. Die Empfangseinheit 12 umfasst einen Multiplexer 13, einen Verstärker 14, einen ADC 15 und eine Signalverarbeitung 16. Der gesamte Prüfablauf wird von einer Steuereinheit 17 gesteuert, die die Sender 11 und die Empfangseinheit 12 ansteuert.The 8th shows a block diagram of a conventional ultrasonic multi-channel electronics for a number N of probes 2 or a number N of sensors / single elements 6 a matrix phased array probe 5 , For each channel (probe) becomes a separate transmitter 11 used, ie a total of N stations 11 , At the receiving end are usually not N receiver or receiving units 12 but it works serially, with the probes 2 or individual elements 6 via a multiplexer 13 be switched. How many channels can be multiplexed depends on the requirement for the maximum test speed. The receiving unit 12 includes a multiplexer 13 , an amplifier 14 , an ADC 15 and signal processing 16 , The entire test procedure is carried out by a control unit 17 controlled by the transmitters 11 and the receiving unit 12 controls.

Die 9 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Aufbaus zum Einsatz eines Matrix Phased Array Prüfkopfes 5 mit N Einzelsensoren. Die gepunktete Linie in 9 enthält das eigentliche Matrix-Array. Die N Einzelelemente des Arrays sind jeweils an eine Schaltungseinheit 18 angeschlossen. Die Schaltungseinheit 18 hat N Ausgänge, an die die N Einzelelemente angeschlossen sind, und M Eingänge, wobei M kleiner, bevorzugt viel kleiner als N ist. Ferner umfasst die Anordnung eine Ultraschall-Sendeeinheit 19 mit M Sendern, eine Ultraschall-Empfangseinheit 20 mit M Empfängern, eine Signalverarbeitung 21 (zur Digitalisierung, Summation etc.) und eine Steuereinheit 17, die u. a. M Konfigurationen von zu jeweils einer Gruppe zusammengefassten Einzelelementen aufweist.The 9 shows a block diagram of a construction according to the invention for use of a matrix phased array probe 5 with N single sensors. The dotted line in 9 contains the actual matrix array. The N individual elements of the array are each connected to a circuit unit 18 connected. The circuit unit 18 has N outputs to which the N individual elements are connected, and M inputs, where M is smaller, preferably much smaller than N. Furthermore, the arrangement comprises an ultrasonic transmitting unit 19 with M transmitters, an ultrasonic receiver unit 20 with M receivers, a signal processing 21 (for digitization, summation, etc.) and a control unit 17 , which has, inter alia, M configurations of individual elements combined into a group.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ultraschallprüfung eines Prüfobjektes 1 mit einem Matrix Phased Array Prüfkopf 5, der eine zweidimensionale Anordnung einer Anzahl N von Ultraschallsensoren/Einzelelementen 6 umfasst, wobei mittels der Einzelelemente 6 eine Ultraschallwelle in das Prüfobjekt eingeschallt und ein reflektiertes Ultraschallsignal wieder empfangen wird, wird jeweils eine erste Auswahl von Einzelelementen 6 des Prüfkopfes 5 mittels einer Steuereinheit 17 als Sender zur Emission einer Ultraschallwelle ausgewählt und die ausgewählten Einzelelemente 6 werden mittels einer Sendeeinheit 19 angeregt, jeweils eine zweite Auswahl von Einzelelementen 6 des Prüfkopfes 5 wird mittels der Steuereinheit 17 als Empfänger zum Empfangen eines Ultraschallsignals ausgewählt und die Ultraschallsignale der ausgewählten Einzelelemente 6 werden mittels einer Empfangseinheit 20 empfangen und die empfangenen Ultraschallsignale werden zum Prüfen des Prüfobjektes 1 ausgewertet. Jeweils eine Auswahl von Einzelelementen 6 des Prüfkopfes 5 wird mittels einer Schaltungseinheit 18 zu einer Sendegruppe 7 einer Anzahl M von in der Steuereinheit 17 vorkonfigurierten Gruppen 7 zusammengefasst und elektrisch miteinander verbunden, so dass die zusammengefassten Einzelelementen 6 einer Sendegruppe 7 jeweils gemeinsam senden. Jeweils eine Auswahl von Einzelelementen 6 des Prüfkopfes 5 wird mittels der Schaltungseinheit 18 zu einer Empfangsgruppe 7 einer Anzahl M von in der Steuereinheit 17 vorkonfigurierten Empfangsgruppen 7 zusammengefasst und elektrisch miteinander verbunden, so dass die zusammengefassten Einzelelementen 6 einer Empfangsgruppe 7 jeweils gemeinsam empfangen. Die Sendeeinheit 19 weist eine Anzahl M von Sendern auf, die so groß ist wie die Anzahl M der in der Steuereinheit 17 vorkonfigurierten Sendegruppen 7 und die Empfangseinheit 20 weist eine Anzahl M von Empfängern auf, die so groß ist wie die Anzahl M der in der Steuereinheit 17 vorkonfigurierten Empfangsgruppen 7, so dass mittels der Schaltungseinheit 18 jede Sendegruppe 7 mit einer Auswahl von zusammengefassten Einzelelementen 6 einem der Sender der Anzahl M von Sendern der Sendeeinheit 19 zugeordnet wird und jeweils die Sender einer Sendegruppe 7 gemeinsam von einem zugeordneten Sender der Sendeeinheit 19 angeregt werden und mittels der Schaltungseinheit 18 jede Empfangsgruppe 7 mit einer Auswahl von zusammengefassten Einzelelementen 6 einem der Empfänger der Anzahl M von Empfängern der Empfangseinheit 20 zugeordnet wird und jeweils die Empfänger einer Empfangsgruppe 7 gemeinsam von einem zugeordneten Empfänger der Empfangseinheit 20 empfangen werden. Die Anzahl M der Empfangselemente kann sich in Spezialfällen auch von der Anzahl M der Sendeelemente unterscheiden. In der Regel wird man jedoch die gleiche Anzahl benutzen. Die Sendegruppen 7 werden mittels der Sender der Sendeeinheit 19 entsprechend einem von der Steuereinheit 17 vorgegebenen Takt angeregt und die Empfangsgruppen 7 werden mittels der Empfänger der Empfangseinheit 20 entsprechend dem von der Steuereinheit 17 vorgegebenen Takt empfangen, wobei die Steuereinheit 17 die Schaltungseinheit 18, die Sendeeinheit 19 und die Empfangseinheit 20 steuert.In a method according to the invention for ultrasonic testing of a test object 1 with a matrix phased array probe 5 , which is a two-dimensional arrangement of a number N of ultrasonic sensors / individual elements 6 comprising, wherein by means of the individual elements 6 an ultrasonic wave is injected into the test object and a reflected ultrasonic signal is received again, each becomes a first selection of individual elements 6 of the test head 5 by means of a control unit 17 selected as the transmitter for emitting an ultrasonic wave and the selected individual elements 6 be by means of a transmitting unit 19 stimulated, in each case a second selection of individual elements 6 of the test head 5 is by means of the control unit 17 selected as the receiver for receiving an ultrasonic signal and the ultrasonic signals of the selected individual elements 6 be by means of a receiving unit 20 and the received ultrasonic signals are used to test the test object 1 evaluated. Each a selection of individual elements 6 of the test head 5 is by means of a circuit unit 18 to a broadcasting group 7 a number M of in the control unit 17 preconfigured groups 7 summarized and electrically connected, so that the combined individual elements 6 a broadcasting group 7 send each together. Each a selection of individual elements 6 of the test head 5 is by means of the circuit unit 18 to a reception group 7 a number M of in the control unit 17 preconfigured receiving groups 7 summarized and electrically connected, so that the combined individual elements 6 a reception group 7 each received together. The transmitting unit 19 has a number M of transmitters as large as the number M of transmitters in the control unit 17 preconfigured transmission groups 7 and the receiving unit 20 has a number M of receivers as large as the number M of receivers in the control unit 17 preconfigured receiving groups 7 , so that by means of the circuit unit 18 every broadcasting group 7 with a selection of combined individual elements 6 one of the transmitters of the number M of transmitters of the transmitting unit 19 is assigned and each of the transmitters of a transmission group 7 together from an associated transmitter of the transmitting unit 19 be excited and by means of the circuit unit 18 every reception group 7 with a choice of combined individual elements 6 one of the receivers of the number M of receivers of the receiving unit 20 and in each case the recipients of a receiving group 7 together from an associated receiver of the receiving unit 20 be received. The number M of the receiving elements may also differ from the number M of transmitting elements in special cases. In general, however, you will use the same number. The broadcasting groups 7 be by means of the transmitter of the transmitting unit 19 according to one of the control unit 17 given timing stimulated and the receiving groups 7 be by means of the receiver of the receiving unit 20 according to that of the control unit 17 receive predetermined clock, the control unit 17 the circuit unit 18 , the transmitting unit 19 and the receiving unit 20 controls.

In der Schaltungseinheit 18 werden die Einzelelemente des Prüfkopfes 5 gemäß dem von der Steuereinheit 17 vorgegebenen Prüftakt (Wanddickenmessung, Prüfung Längsfehler im Uhrzeigersinn etc.) elektrisch zusammengefasst. Ebenfalls über die Schaltungseinheit 18 werden die zusammengefassten Elementgruppen 7 (Anzahl M) den M Sendekanälen der Sendeeinheit 19 und den M Empfangskanälen der Empfangseinheit 20 zugeordnet. Bevorzugt sind die Sendegruppen 7 gleich den Empfangsgruppen 7. Über die Steuereinheit 11 wird die Messung ausgelöst. Die Steuereinheit 11 steuert die Schaltungseinheit 18, die Sendeeinheit 19 und die Empfangseinheit 20. Die Anregung der M Elementgruppen erfolgt über die M Sender der Sendeeinheit 19 entsprechend der dem jeweiligen Prüftakt zugeordneten Zeitbelegung. Empfangsseitig werden die Empfangssignale der M Empfänger der Empfangseinheit 20 entsprechend der dem jeweiligen Prüftakt zugeordneten Zeitbelegung erfasst, verstärkt, digitalisiert und in der Signaleinheit 21 für die weitere Verarbeitung zugeführt.In the circuit unit 18 become the individual elements of the test head 5 according to the of the control unit 17 prescribed test cycle (wall thickness measurement, longitudinal fault check in a clockwise direction, etc.) summarized electrically. Also via the circuit unit 18 become the summarized element groups 7 (Number M) the M transmission channels of the transmitting unit 19 and the M receiving channels of the receiving unit 20 assigned. The transmission groups are preferred 7 same as the reception groups 7 , About the control unit 11 the measurement is triggered. The control unit 11 controls the circuit unit 18 , the transmitting unit 19 and the receiving unit 20 , The excitation of the M element groups takes place via the M transmitters of the transmitting unit 19 according to the time assignment assigned to the respective test cycle. At the receiving end, the received signals of the M receiver of the receiving unit 20 detected, amplified, digitized and in the signal unit according to the time assignment assigned to the respective test clock 21 fed for further processing.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ultraschallprüfung eines Prüfobjektes 1 mit einem Matrix Phased Array Prüfkopf 5, der eine zweidimensionale Anordnung einer Anzahl N von Ultraschallsensoren/Einzelelementen 6 umfasst, wobei die Einzelelemente 6 zum Senden bzw. Einschallen einer Ultraschallwelle in das Prüfobjekt 1 und zum Empfangen eines Ultraschallsignals ausgebildet sind, umfasst eine Sendeeinheit 19 zum Anregen von Einzelelementen 6 des Prüfkopfes 5 und eine Empfangseinheit 20 zum Empfangen eines Ultraschallsignals mit Einzelelementen 6 des Prüfkopfes 5, eine Steuereinheit 17, mittels der jeweils eine erste Auswahl von Einzelelementen 6 des Prüfkopfes 5 als Sender zur Emission einer Ultraschallwelle auswählbar ist und die ausgewählten Einzelelemente 6 mittels der Sendeeinheit 19 anregbar sind, und mittels der jeweils eine zweite Auswahl von Einzelelementen 6 des Prüfkopfes 5 als Empfänger zum Empfangen eines Ultraschallsignals auswählbar ist und die Ultraschallsignale der ausgewählten Einzelelemente 6 mittels einer Empfangseinheit 20 empfangbar sind, und eine Signalverarbeitungseinheit 21 zum Verarbeiten und/oder Auswerten der empfangenen Ultraschallsignale zum Prüfen des Prüfobjektes 1. Sie weist eine Schaltungseinheit 18 auf, die zum Zusammenfassen und elektrisch miteinander Verbinden jeweils einer Auswahl von Einzelelementen 6 zu einer Sendegruppe 7 einer Anzahl M von in der Steuereinheit 17 vorkonfigurierten Gruppen 7 ausgebildet ist, so dass die zusammengefassten Einzelelemente 6 einer Sendegruppe 7 jeweils gemeinsam senden, und die zum Zusammenfassen und elektrisch miteinander Verbinden jeweils einer Auswahl von Einzelelementen 6 zu einer Empfangsgruppe 7 einer Anzahl M von in der Steuereinheit 17 vorkonfigurierten Empfangsgruppen 7 ausgebildet ist, so dass die zusammengefassten Einzelelemente 6 einer Empfangsgruppe 7 jeweils gemeinsam empfangen. Die Sendeeinheit 19 weist eine Anzahl M von Sendern auf, die so groß ist wie die Anzahl M der in der Steuereinheit 17 vorkonfigurierten Sendegruppen 7 und die Empfangseinheit 20 weist eine Anzahl von Empfängern auf, die so groß ist wie die Anzahl M der in der Steuereinheit 17 vorkonfigurierten Empfangsgruppen 7, so dass mittels der Schaltungseinheit 18 jede Sendegruppe 7 mit einer Auswahl von zusammengefassten Einzelelemente 6 einem der Sender der Anzahl M von Sendern der Sendeeinheit 19 zuordbar ist und jeweils die Sender einer Sendegruppe 7 gemeinsam von einem zugeordneten Sender der Sendeeinheit 19 anregbar sind und mittels der Schaltungseinheit 18 jede Empfangsgruppe 7 mit einer Auswahl von zusammengefassten Einzelelementen 6 einem der Empfänger der Anzahl M von Empfängern der Empfangseinheit 20 zuordbar ist und jeweils die Empfänger einer Empfangsgruppe 7 gemeinsam von einem zugeordneten Empfänger der Empfangseinheit 20 empfangbar sind. Die Anzahl M der Empfangselemente kann sich in Spezialfällen auch von der Anzahl M der Sendeelemente unterscheiden. In der Regel wird man jedoch die gleiche Anzahl benutzen. Die Sendegruppen 7 sind mittels der Sender der Sendeeinheit 19 entsprechend einem von der Steuereinheit 17 vorgegebenen Takt anregbar und die Empfangsgruppen 7 sind mittels der Empfänger der Empfangseinheit 20 entsprechend dem von der Steuereinheit 17 vorgegebenen Takt empfangbar, wobei die Schaltungseinheit 18, die Sendeeinheit 19 und die Empfangseinheit 20 mittels der Steuereinheit 17 steuerbar sind.An inventive device for ultrasonic testing of a test object 1 with a matrix phased array probe 5 , which is a two-dimensional arrangement of a number N of ultrasonic sensors / individual elements 6 includes, wherein the individual elements 6 for transmitting or picking up an ultrasonic wave in the test object 1 and formed to receive an ultrasonic signal comprises a transmitting unit 19 for stimulating individual elements 6 of the test head 5 and a receiving unit 20 for receiving an ultrasound signal with individual elements 6 of the test head 5 , a control unit 17 , by means of the respective first selection of individual elements 6 of the test head 5 as a transmitter for emitting an ultrasonic wave is selectable and the selected individual elements 6 by means of the transmitting unit 19 are stimulable, and by means of the respective second selection of individual elements 6 of the test head 5 as a receiver for receiving an ultrasonic signal is selectable and the ultrasonic signals of the selected individual elements 6 by means of a receiving unit 20 are receivable, and a signal processing unit 21 for processing and / or evaluating the received ultrasonic signals for testing the test object 1 , It has a circuit unit 18 on, to summarize and electrically interconnect each of a selection of individual elements 6 to a broadcasting group 7 a number M of in the control unit 17 preconfigured groups 7 is formed, so that the combined individual elements 6 a broadcasting group 7 each together, and to summarize and electrically interconnect each of a selection of individual elements 6 to a reception group 7 a number M of in the control unit 17 preconfigured receiving groups 7 is formed, so that the combined individual elements 6 a reception group 7 each received together. The transmitting unit 19 has a number M of transmitters as large as the number M of transmitters in the control unit 17 preconfigured transmission groups 7 and the receiving unit 20 has a number of receivers that is as large as the number M in the control unit 17 preconfigured receiving groups 7 , so that by means of the circuit unit 18 every broadcasting group 7 with a selection of combined individual elements 6 one of the transmitters of the number M of transmitters of the transmitting unit 19 can be assigned and in each case the transmitter of a transmission group 7 together from an associated transmitter of the transmitting unit 19 are excitable and by means of the circuit unit 18 every reception group 7 with a selection of combined individual elements 6 one of the receivers of the number M of receivers of the receiving unit 20 is assignable and in each case the recipient of a receiving group 7 together from an associated receiver of the receiving unit 20 are receivable. The number M of the receiving elements may also differ from the number M of transmitting elements in special cases. In general, however, you will use the same number. The broadcasting groups 7 are by means of the transmitter of the transmitting unit 19 according to one of the control unit 17 predetermined clock excitable and the receiving groups 7 are by means of the receiver of the receiving unit 20 according to that of the control unit 17 predetermined clock receivable, wherein the circuit unit 18 , the transmitting unit 19 and the receiving unit 20 by means of the control unit 17 are controllable.

Die Schaltungseinheit 18 kann beispielsweise als Complex Programmable Logic Device (CPLD), FPGA (Field Programmable Gate Array) oder Application Specific Integrated Circuit (ASIC) realisiert werden. Die Takt- bzw. Schaltrate der Schaltungseinheit 18 kann beispielsweise bis zu einigen kHz betragen.The circuit unit 18 can be implemented, for example, as Complex Programmable Logic Device (CPLD), Field Programmable Gate Array (FPGA) or Application Specific Integrated Circuit (ASIC). The clock or switching rate of the circuit unit 18 can be up to a few kHz, for example.

Die elektrische Verschaltung der Einzelelemente 6 kann bevorzugt auf dem Prüfkopf 5 selbst erfolgen. Dementsprechend kann der Prüfkopf 5 beispielweise als in 9 mit der gestrichelten Linie dargestellter Phased Array-Prüfkopf 22 mit integrierter Ultraschallelektronik und Signalverarbeitung ausgebildet werden. Alle Funktionseinheiten können, wie in dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch die gestrichelte Linie veranschaulicht, in einen (miniaturisierten) Prüfkopf 22 integriert werden, der von außen mit maximal drei Leitungen (Spannungsversorgung 23, Signalleitung 24 und Steuerleitung 25) betrieben werden kann. Dies stellt gegenüber einer konventionellen Ansteuerung der N Kanäle einen sehr erheblich verringerten Aufwand dar. The electrical connection of the individual elements 6 may be preferred on the test head 5 yourself. Accordingly, the test head 5 for example as in 9 phased array probe shown in dashed line 22 be formed with integrated ultrasonic electronics and signal processing. All functional units can, as illustrated by the dashed line in the illustrated embodiment, in a (miniaturized) probe 22 be integrated from the outside with a maximum of three lines (power supply 23 , Signal line 24 and control line 25 ) can be operated. This represents a considerably reduced effort compared to a conventional control of the N channels.

Allgemein kann ein erfindungsgemäßer Matrix Phased Array Prüfkopf 22, insbesondere zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Verfahren oder einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, zur Ultraschallprüfung eines Prüfobjektes 1, der eine zweidimensionale Anordnung einer Anzahl N von Ultraschallsensoren/Einzelelementen 6 umfasst, wobei die Einzelelemente 6 zum Senden bzw. Einschallen einer Ultraschallwelle in das Prüfobjekt 1 und zum Empfangen eines Ultraschallsignals ausgebildet sind, die Besonderheit aufweisen, dass der Prüfkopf 22 eine Schaltungseinheit 18 aufweist, die zum Zusammenfassen und elektrisch miteinander Verbinden jeweils einer Auswahl von Einzelelementen 6 des Prüfkopfes 22 zu einer Sendegruppe 7 einer Anzahl M von in einer Steuereinheit 17 vorkonfigurierten Gruppen 7 ausgebildet ist, so dass die zusammengefassten Einzelelemente 6 einer Sendegruppe 7 jeweils gemeinsam senden, und die zum Zusammenfassen und elektrisch miteinander Verbinden jeweils einer Auswahl von Einzelelementen 6 des Prüfkopfes 22 zu einer Empfangsgruppe 7 einer Anzahl M von in der Steuereinheit 17 vorkonfigurierten Empfangsgruppen 7 ausgebildet ist, so dass die zusammengefassten Einzelelemente 6 einer Empfangsgruppe 7 jeweils gemeinsam empfangen, wobei die Schaltungseinheit 18 derart ausgebildet ist, dass sie mittels der Steuereinheit 17 ansteuerbar ist, um jeweils eine erste Auswahl von Einzelelementen 6 des Prüfkopfes 22 als Sender zur Emission einer Ultraschallwelle auszuwählen und die ausgewählten Einzelelemente 6 mittels einer Sendeeinheit 19 anzuregen, und um jeweils eine zweite Auswahl von Einzelelementen 6 des Prüfkopfes 22 als Empfänger zum Empfangen eines Ultraschallsignals auszuwählen und die Ultraschallsignale der ausgewählten Einzelelemente 6 mittels einer Empfangseinheit 20 zu empfangen.In general, an inventive matrix phased array probe 22 , in particular for use in a method according to the invention or a device according to the invention, for ultrasonic testing of a test object 1 , which is a two-dimensional arrangement of a number N of ultrasonic sensors / individual elements 6 includes, wherein the individual elements 6 for transmitting or picking up an ultrasonic wave in the test object 1 and for receiving an ultrasonic signal are formed, which have the special feature that the test head 22 a circuit unit 18 comprising, for summarizing and electrically interconnecting a respective selection of individual elements 6 of the test head 22 to a broadcasting group 7 a number M in a control unit 17 preconfigured groups 7 is formed, so that the combined individual elements 6 a broadcasting group 7 each together, and to summarize and electrically interconnect each of a selection of individual elements 6 of the test head 22 to a reception group 7 a number M of in the control unit 17 preconfigured receiving groups 7 is formed, so that the combined individual elements 6 a reception group 7 each received together, wherein the circuit unit 18 is formed such that it by means of the control unit 17 is controllable, in each case a first selection of individual elements 6 of the test head 22 as transmitter for emitting an ultrasonic wave and the selected individual elements 6 by means of a transmitting unit 19 and a second selection of individual elements 6 of the test head 22 as the receiver for receiving an ultrasonic signal and the ultrasonic signals of the selected individual elements 6 by means of a receiving unit 20 to recieve.

Vorteilhafterweise kann dabei der Ultraschallprüfkopf 22 eine oder mehrere der folgenden Einheiten umfasst: Eine Sendeeinheit 19 zum Anregen von Einzelelementen 6, wobei die Sendeeinheit 19 eine Anzahl M von Sendern aufweist, die so groß ist wie die Anzahl M der in der Steuereinheit 17 vorkonfigurierten Sendegruppen 7, eine Empfangseinheit 20 zum Empfangen eines Ultraschallsignals mit Einzelelementen 6, wobei die Empfangseinheit 20 eine Anzahl von Empfängern aufweist, die so groß ist wie die Anzahl M der in der Steuereinheit 17 vorkonfigurierten Empfangsgruppen 7, eine Signalverarbeitungseinheit 21 zum Verarbeiten und/oder Auswerten der empfangenen Ultraschallsignale zum Prüfen des Prüfobjektes 1, Somit ist mittels der Schaltungseinheit 18 jede Sendegruppe 7 mit einer Auswahl von zusammengefassten Einzelelementen 6 einem der Sender der Anzahl M von Sendern der Sendeeinheit 19 zuordbar und jeweils die Sender einer Sendegruppe 7 sind gemeinsam von einem zugeordneten Sender der Sendeeinheit 19 anregbar und mittels der Schaltungseinheit 18 ist jede Empfangsgruppe mit einer Auswahl von zusammengefassten Einzelelementen 6 einem der Empfänger der Anzahl M von Empfängern der Empfangseinheit 20 zuordbar und jeweils die Empfänger einer Empfangsgruppe 7 sind gemeinsam von einem zugeordneten Empfänger der Empfangseinheit 20 empfangbar. Die Sendegruppen 7 sind mittels der Sender der Sendeeinheit 19 entsprechend einem von der Steuereinheit 17 vorgegebenen Takt anregbar und die Empfangsgruppen 7 sind mittels der Empfänger der Empfangseinheit 20 entsprechend dem von der Steuereinheit vorgegebenen Takt empfangbar, wobei die Schaltungseinheit 18, die Sendeeinheit 19 und die Empfangseinheit 20 mittels der Steuereinheit 17 steuerbar sind.Advantageously, while the ultrasonic probe 22 one or more of the following units comprises: a transmitting unit 19 for stimulating individual elements 6 , wherein the transmitting unit 19 has a number M of transmitters that is as large as the number M in the control unit 17 preconfigured transmission groups 7 , a receiving unit 20 for receiving an ultrasound signal with individual elements 6 , wherein the receiving unit 20 has a number of receivers that is as large as the number M in the control unit 17 preconfigured receiving groups 7 a signal processing unit 21 for processing and / or evaluating the received ultrasonic signals for testing the test object 1 Thus, by means of the circuit unit 18 every broadcasting group 7 with a selection of combined individual elements 6 one of the transmitters of the number M of transmitters of the transmitting unit 19 assignable and in each case the transmitter of a transmission group 7 are shared by an associated transmitter of the transmitting unit 19 excitable and by means of the circuit unit 18 is each receiving group with a selection of combined individual elements 6 one of the receivers of the number M of receivers of the receiving unit 20 assignable and in each case the recipients of a receiving group 7 are shared by an associated receiver of the receiving unit 20 receivable. The broadcasting groups 7 are by means of the transmitter of the transmitting unit 19 according to one of the control unit 17 predetermined clock excitable and the receiving groups 7 are by means of the receiver of the receiving unit 20 can be received according to the predetermined by the control unit clock, wherein the circuit unit 18 , the transmitting unit 19 and the receiving unit 20 by means of the control unit 17 are controllable.

Die 10 zeigt ein Beispiel einer Zuordnung der Gruppen 7 von zusammengefassten Einzelelementen 6 zu Ultraschallkanälen 26. In diesem Beispiel ist dargestellt, wie die zusammengefassten Elementgruppen 7 (hier in einer Konfiguration für die Senkrechteinschallung analog zu 5) den Ultraschallkanälen 26 zugeordnet werden können, und zwar sowohl sendeseitig als auch empfangsseitig. Prinzipiell sind beliebige Zuordnungen möglich.The 10 shows an example of assignment of the groups 7 of combined individual elements 6 to ultrasonic channels 26 , This example shows how the summarized item groups 7 (here in a configuration for the vertical sound analogous to 5 ) the ultrasonic channels 26 can be assigned, both the transmitting side and the receiving side. In principle, any assignments are possible.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
PrüfobjektUUT
22
Prüfkopfprobe
33
Riss bzw. rissartiger FehlerCrack or crack-like error
44
Laufrichtungdirection
55
Matrix Phased Array PrüfkopfMatrix Phased Array Probe
66
Einzelelement des Phased Array PrüfkopfesSingle element of the phased array probe
77
Gruppegroup
88th
Linieline
99
Vieleckpolygon
1010
Einschallrichtungirradiation direction
1111
Sendertransmitter
1212
Empfangseinheitreceiver unit
1313
Multiplexermultiplexer
1414
Verstärkeramplifier
1515
ADCADC
1616
Signalverarbeitungsignal processing
1717
Steuereinheitcontrol unit
18 18
Schaltungseinheitcircuit unit
1919
Sendeeinheittransmission unit
2020
Empfangseinheitreceiver unit
2121
Signalverarbeitungsignal processing
2222
Prüfkopfprobe
2323
Spannungsversorgungpower supply
2424
Signalleitungsignal line
2525
Steuerleitungcontrol line
2626
Ultraschallkanalultrasonic channel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 2010/0251821 A1 [0006] US 2010/0251821 A1 [0006]
  • DE 10202432 A1 [0007] DE 10202432 A1 [0007]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • J. Bosch et al., Phased Array-Technologie für automatisierte Pipeline-Inspektion, DACH-Jahrestagung 2004 Salzburg [0007] J. Bosch et al., Phased Array Technology for Automated Pipeline Inspection, DACH Annual Meeting 2004 Salzburg [0007]

Claims (10)

Verfahren zur Ultraschallprüfung eines Prüfobjektes (1) mit einem Matrix Phased Array Prüfkopf (5), der eine zweidimensionale Anordnung einer Anzahl (N) von Ultraschallsensoren/Einzelelementen (6) umfasst, wobei mittels der Einzelelemente (6) eine Ultraschallwelle in das Prüfobjekt eingeschallt und ein reflektiertes Ultraschallsignal wieder empfangen wird, wobei jeweils eine erste Auswahl von Einzelelementen (6) des Prüfkopfes (5) mittels einer Steuereinheit (17) als Sender zur Emission einer Ultraschallwelle ausgewählt wird und die ausgewählten Einzelelemente (6) mittels einer Sendeeinheit (19) angeregt werden, jeweils eine zweite Auswahl von Einzelelementen (6) des Prüfkopfes (5) mittels der Steuereinheit (17) als Empfänger zum Empfangen eines Ultraschallsignals ausgewählt wird und die Ultraschallsignale der ausgewählten Einzelelemente (6) mittels einer Empfangseinheit (20) empfangen werden und die empfangenen Ultraschallsignale zum Prüfen des Prüfobjektes (1) ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Auswahl von Einzelelementen (6) des Prüfkopfes (5) mittels einer Schaltungseinheit (18) zu einer Sendegruppe (7) einer Anzahl (M) von in der Steuereinheit (17) vorkonfigurierten Gruppen (7) zusammengefasst und elektrisch miteinander verbunden wird, so dass die zusammengefassten Einzelelemente (6) einer Sendegruppe (7) jeweils gemeinsam senden, jeweils eine Auswahl von Einzelelementen (6) des Prüfkopfes (5) mittels der Schaltungseinheit (18) zu einer Empfangsgruppe (7) einer Anzahl (M) von in der Steuereinheit (17) vorkonfigurierten Empfangsgruppen (7) zusammengefasst und elektrisch miteinander verbunden wird, so dass die zusammengefassten Einzelelemente (6) einer Empfangsgruppe (7) jeweils gemeinsam empfangen, die Sendeeinheit (19) eine Anzahl (M) von Sendern aufweist, die so groß ist wie die Anzahl (M) der in der Steuereinheit (17) vorkonfigurierten Sendegruppen (7) und die Empfangseinheit (20) eine Anzahl von Empfängern aufweist, die so groß ist wie die Anzahl (M) der in der Steuereinheit (17) vorkonfigurierten Empfangsgruppen (7), so dass mittels der Schaltungseinheit (18) jede Sendegruppe (7) mit einer Auswahl von zusammengefassten Einzelelementen (6) einem der Sender der Anzahl (M) von Sendern der Sendeeinheit (19) zugeordnet wird und jeweils die Sender einer Sendegruppe (7) gemeinsam von einem zugeordneten Sender der Sendeeinheit (19) angeregt werden und mittels der Schaltungseinheit (18) jede Empfangsgruppe (7) mit einer Auswahl von zusammengefassten Einzelelementen (6) einem der Empfänger der Anzahl (M) von Empfängern der Empfangseinheit (20) zugeordnet wird und jeweils die Empfänger einer Empfangsgruppe (7) gemeinsam von einem zugeordneten Empfänger der Empfangseinheit (20) empfangen werden, und die Sendegruppen (7) mittels der Sender der Sendeeinheit (19) entsprechend einem von der Steuereinheit (17) vorgegebenen Takt angeregt werden und die Empfangsgruppen (7) mittels der Empfänger der Empfangseinheit (20) entsprechend dem von der Steuereinheit (17) vorgegebenen Takt empfangen werden, wobei die Steuereinheit (17) die Schaltungseinheit (18), die Sendeeinheit (19) und die Empfangseinheit (20) steuert.Method for ultrasonic testing of a test object ( 1 ) with a matrix phased array probe ( 5 ) comprising a two-dimensional arrangement of a number (N) of ultrasonic sensors / individual elements ( 6 ), wherein by means of the individual elements ( 6 ) an ultrasonic wave is injected into the test object and a reflected ultrasonic signal is received again, wherein in each case a first selection of individual elements ( 6 ) of the test head ( 5 ) by means of a control unit ( 17 ) is selected as transmitter for emitting an ultrasonic wave and the selected individual elements ( 6 ) by means of a transmitting unit ( 19 ), each time a second selection of individual elements ( 6 ) of the test head ( 5 ) by means of the control unit ( 17 ) is selected as a receiver for receiving an ultrasound signal and the ultrasound signals of the selected individual elements ( 6 ) by means of a receiving unit ( 20 ) and the received ultrasonic signals for testing the test object ( 1 ), characterized in that in each case a selection of individual elements ( 6 ) of the test head ( 5 ) by means of a circuit unit ( 18 ) to a broadcasting group ( 7 ) a number (M) of in the control unit ( 17 ) preconfigured groups ( 7 ) and electrically connected together, so that the combined individual elements ( 6 ) of a transmission group ( 7 ), in each case a selection of individual elements ( 6 ) of the test head ( 5 ) by means of the circuit unit ( 18 ) to a receiving group ( 7 ) a number (M) of in the control unit ( 17 ) preconfigured receiving groups ( 7 ) and electrically connected together, so that the combined individual elements ( 6 ) of a receiving group ( 7 ) received together, the transmitting unit ( 19 ) has a number (M) of transmitters that is as large as the number (M) of transmitters in the control unit ( 17 ) preconfigured transmission groups ( 7 ) and the receiving unit ( 20 ) has a number of receivers that is as large as the number (M) of the in the control unit ( 17 ) preconfigured receiving groups ( 7 ), so that by means of the circuit unit ( 18 ) each broadcast group ( 7 ) with a selection of combined individual elements ( 6 ) one of the transmitters of the number (M) of transmitters of the transmitting unit ( 19 ) and in each case the transmitters of a transmission group ( 7 ) together from an associated transmitter of the transmitting unit ( 19 ) are excited and by means of the circuit unit ( 18 ) each receiving group ( 7 ) with a selection of combined individual elements ( 6 ) one of the receivers of the number (M) of receivers of the receiving unit ( 20 ) and the recipients of a receiving group ( 7 ) together from an associated receiver of the receiving unit ( 20 ), and the transmission groups ( 7 ) by means of the transmitter of the transmitting unit ( 19 ) according to one of the control unit ( 17 ) predetermined clock are stimulated and the receiving groups ( 7 ) by means of the receivers of the receiving unit ( 20 ) according to that of the control unit ( 17 ) predetermined clock, the control unit ( 17 ) the circuit unit ( 18 ), the transmitting unit ( 19 ) and the receiving unit ( 20 ) controls. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendegruppen (7) gleich den Empfangsgruppen (7) sind.Method according to Claim 1, characterized in that the transmission groups ( 7 ) equal to the receiving groups ( 7 ) are. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl (M) von in der Steuereinheit (17) vorkonfigurierten Gruppen (7) kleiner als die Anzahl (N) der Einzelelemente (6) des Prüfkopfes (5) ist, vorzugsweise kleiner als ein Drittel, besonders bevorzugt kleiner als ein Fünftel, weiter bevorzugt kleiner als ein Achtel oder ein Zehntel der Anzahl (N) der Einzelelemente (6) des Prüfkopfes (5).Method according to one of the preceding claims, characterized in that the number (M) of in the control unit ( 17 ) preconfigured groups ( 7 ) smaller than the number (N) of the individual elements ( 6 ) of the test head ( 5 ), preferably less than one third, more preferably less than one fifth, more preferably less than one eighth or one tenth of the number (N) of the individual elements ( 6 ) of the test head ( 5 ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für eine senkrechte Einschallung in das Prüfobjekt (1), beispielsweise für eine Wanddickenmessung, Einzelelemente (6) zu Sende- und/oder Empfangsgruppen (7) zusammengefasst werden, die so angeordnet sind, dass die Gruppen (7) die Form konzentrischer Kreise, Ringe, Vielecke oder Polygone haben.Method according to one of the preceding claims, characterized in that, for a perpendicular insonification in the test object ( 1 ), for example for a wall thickness measurement, individual elements ( 6 ) to send and / or receive groups ( 7 ) arranged in such a way that the groups ( 7 ) have the shape of concentric circles, rings, polygons or polygons. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für eine schräge Einschallung in das Prüfobjekt (1), beispielsweise für eine Rissprüfung, Einzelelemente (6) zu Sende- und/oder Empfangsgruppen (7) zusammengefasst werden, die so angeordnet sind, dass die Gruppen (7) die Form nebeneinander verlaufender gerader Linien (8) haben.Method according to one of the preceding claims, characterized in that for an oblique insonification in the test object ( 1 ), for example for a crack test, individual elements ( 6 ) to send and / or receive groups ( 7 ) arranged in such a way that the groups ( 7 ) the shape of adjacent straight lines ( 8th ) to have. Anwendung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Durchführung einer Wanddickenmessung und/oder einer Rissprüfung mittels eines Molchs in einer Rohrleitung, insbesondere einer Pipeline.Application of a method according to one of the preceding claims for carrying out a wall thickness measurement and / or a crack test by means of a pig in a pipeline, in particular a pipeline. Vorrichtung zur Ultraschallprüfung eines Prüfobjektes (1) mit einem Matrix Phased Array Prüfkopf (5), der eine zweidimensionale Anordnung einer Anzahl (N) von Ultraschallsensoren/Einzelelementen (6) umfasst, wobei die Einzelelemente (6) zum Senden bzw. Einschallen einer Ultraschallwelle in das Prüfobjekt (1) und zum Empfangen eines Ultraschallsignals ausgebildet sind, umfassend eine Sendeeinheit (19) zum Anregen von Einzelelementen (6) des Prüfkopfes (5) und eine Empfangseinheit (20) zum Empfangen eines Ultraschallsignals mit Einzelelementen (6) des Prüfkopfes (5), eine Steuereinheit (17), mittels der jeweils eine erste Auswahl von Einzelelementen (6) des Prüfkopfes (5) als Sender zur Emission einer Ultraschallwelle auswählbar ist und die ausgewählten Einzelelemente (6) mittels der Sendeeinheit (19) anregbar sind, und mittels der jeweils eine zweite Auswahl von Einzelelementen (6) des Prüfkopfes (5) als Empfänger zum Empfangen eines Ultraschallsignals auswählbar ist und die Ultraschallsignale der ausgewählten Einzelelemente (6) mittels einer Empfangseinheit (20) empfangbar sind, und eine Signalverarbeitungseinheit (21) zum Verarbeiten und/oder Auswerten der empfangenen Ultraschallsignale zum Prüfen des Prüfobjektes (1), dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Schaltungseinheit (18) aufweist, die zum Zusammenfassen und elektrisch miteinander Verbinden jeweils einer Auswahl von Einzelelementen (7) zu einer Sendegruppe (7) einer Anzahl (M) von in der Steuereinheit (17) vorkonfigurierten Gruppen (7) ausgebildet ist, so dass die zusammengefassten Einzelelemente (6) einer Sendegruppe (7) jeweils gemeinsam senden, und die zum Zusammenfassen und elektrisch miteinander Verbinden jeweils einer Auswahl von Einzelelementen (6) zu einer Empfangsgruppe (7) einer Anzahl (M) von in der Steuereinheit (17) vorkonfigurierten Empfangsgruppen (7) ausgebildet ist, so dass die zusammengefassten Einzelelemente (6) einer Empfangsgruppe (7) jeweils gemeinsam empfangen, die Sendeeinheit (19) eine Anzahl (M) von Sendern aufweist, die so groß ist wie die Anzahl (M) der in der Steuereinheit (17) vorkonfigurierten Sendegruppen (7) und die Empfangseinheit (20) eine Anzahl von Empfängern aufweist, die so groß ist wie die Anzahl (M) der in der Steuereinheit (17) vorkonfigurierten Empfangsgruppen (7), so dass mittels der Schaltungseinheit (18) jede Sendegruppe (7) mit einer Auswahl von zusammengefassten Einzelelementen (6) einem der Sender der Anzahl (M) von Sendern der Sendeeinheit (19) zuordbar ist und jeweils die Sender einer Sendegruppe (7) gemeinsam von einem zugeordneten Sender der Sendeeinheit (19) anregbar sind und mittels der Schaltungseinheit (18) jede Empfangsgruppe (7) mit einer Auswahl von zusammengefassten Einzelelementen (6) einem der Empfänger der Anzahl (M) von Empfängern der Empfangseinheit (20) zuordbar ist und jeweils die Empfänger einer Empfangsgruppe (7) gemeinsam von einem zugeordneten Empfänger der Empfangseinheit (20) empfangbar sind, und die Sendegruppen (7) mittels der Sender der Sendeeinheit (19) entsprechend einem von der Steuereinheit (17) vorgegebenen Takt anregbar sind und die Empfangsgruppen (7) mittels der Empfänger der Empfangseinheit (20) entsprechend dem von der Steuereinheit (17) vorgegebenen Takt empfangbar sind, wobei die Schaltungseinheit (18), die Sendeeinheit (19) und die Empfangseinheit (20) mittels der Steuereinheit (17) steuerbar sind.Device for ultrasonic testing of a test object ( 1 ) with a matrix phased array probe ( 5 ) comprising a two-dimensional arrangement of a number (N) of ultrasonic sensors / individual elements ( 6 ), the individual elements ( 6 ) for transmitting an ultrasonic wave into the test object ( 1 ) and for receiving an ultrasonic signal are formed, comprising a transmitting unit ( 19 ) for stimulating individual elements ( 6 ) of the test head ( 5 ) and a Receiving unit ( 20 ) for receiving an ultrasound signal with individual elements ( 6 ) of the test head ( 5 ), a control unit ( 17 ), by means of each of which a first selection of individual elements ( 6 ) of the test head ( 5 ) is selectable as a transmitter for emitting an ultrasonic wave and the selected individual elements ( 6 ) by means of the transmitting unit ( 19 ) are excitable, and by means of the respective second selection of individual elements ( 6 ) of the test head ( 5 ) is selectable as a receiver for receiving an ultrasound signal and the ultrasound signals of the selected individual elements ( 6 ) by means of a receiving unit ( 20 ) are receivable, and a signal processing unit ( 21 ) for processing and / or evaluating the received ultrasonic signals for testing the test object ( 1 ), characterized in that it comprises a circuit unit ( 18 ) for combining and electrically connecting in each case a selection of individual elements ( 7 ) to a broadcasting group ( 7 ) a number (M) of in the control unit ( 17 ) preconfigured groups ( 7 ), so that the combined individual elements ( 6 ) of a transmission group ( 7 ) and to combine and electrically connect each of a selection of individual elements ( 6 ) to a receiving group ( 7 ) a number (M) of in the control unit ( 17 ) preconfigured receiving groups ( 7 ), so that the combined individual elements ( 6 ) of a receiving group ( 7 ) received together, the transmitting unit ( 19 ) has a number (M) of transmitters that is as large as the number (M) of transmitters in the control unit ( 17 ) preconfigured transmission groups ( 7 ) and the receiving unit ( 20 ) has a number of receivers that is as large as the number (M) of the in the control unit ( 17 ) preconfigured receiving groups ( 7 ), so that by means of the circuit unit ( 18 ) each broadcast group ( 7 ) with a selection of combined individual elements ( 6 ) one of the transmitters of the number (M) of transmitters of the transmitting unit ( 19 ) and in each case the transmitters of a transmission group ( 7 ) together from an associated transmitter of the transmitting unit ( 19 ) are excitable and by means of the circuit unit ( 18 ) each receiving group ( 7 ) with a selection of combined individual elements ( 6 ) one of the receivers of the number (M) of receivers of the receiving unit ( 20 ) and the recipients of a receiving group ( 7 ) together from an associated receiver of the receiving unit ( 20 ) are receivable, and the transmission groups ( 7 ) by means of the transmitter of the transmitting unit ( 19 ) according to one of the control unit ( 17 ) predetermined clock are stimulated and the receiving groups ( 7 ) by means of the receivers of the receiving unit ( 20 ) according to that of the control unit ( 17 ) predetermined clock are receivable, wherein the circuit unit ( 18 ), the transmitting unit ( 19 ) and the receiving unit ( 20 ) by means of the control unit ( 17 ) are controllable. Matrix Phased Array Prüfkopf (22), insbesondere zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder einer Vorrichtung nach Anspruch 7, zur Ultraschallprüfung eines Prüfobjektes (1), der eine zweidimensionale Anordnung einer Anzahl (N) von Ultraschallsensoren/Einzelelementen (6) umfasst, wobei die Einzelelemente (6) zum Senden bzw. Einschallen einer Ultraschallwelle in das Prüfobjekt (1) und zum Empfangen eines Ultraschallsignals ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfkopf (22) eine Schaltungseinheit (18) aufweist, die zum Zusammenfassen und elektrisch miteinander Verbinden jeweils einer Auswahl von Einzelelementen (6) des Prüfkopfes (22) zu einer Sendegruppe (7) einer Anzahl (M) von in einer Steuereinheit (17) vorkonfigurierten Gruppen (7) ausgebildet ist, so dass die zusammengefassten Einzelelemente (6) einer Sendegruppe (7) jeweils gemeinsam senden, und die zum Zusammenfassen und elektrisch miteinander Verbinden jeweils einer Auswahl von Einzelelementen (6) des Prüfkopfes (22) zu einer Empfangsgruppe (7) einer Anzahl (M) von in der Steuereinheit (17) vorkonfigurierten Empfangsgruppen (7) ausgebildet ist, so dass die zusammengefassten Einzelelemente (6) einer Empfangsgruppe (7) jeweils gemeinsam empfangen, wobei die Schaltungseinheit (18) derart ausgebildet ist, dass sie mittels der Steuereinheit (17) ansteuerbar ist, um jeweils eine erste Auswahl von Einzelelementen (6) des Prüfkopfes (22) als Sender zur Emission einer Ultraschallwelle auszuwählen und die ausgewählten Einzelelemente (6) mittels einer Sendeeinheit (19) anzuregen, und um jeweils eine zweite Auswahl von Einzelelementen (6) des Prüfkopfes (22) als Empfänger zum Empfangen eines Ultraschallsignals auszuwählen und die Ultraschallsignale der ausgewählten Einzelelemente (6) mittels einer Empfangseinheit (20) zu empfangen.Matrix Phased Array Probe ( 22 ), in particular for use in a method according to one of claims 1 to 6 or a device according to claim 7, for ultrasonic testing of a test object ( 1 ) comprising a two-dimensional arrangement of a number (N) of ultrasonic sensors / individual elements ( 6 ), the individual elements ( 6 ) for transmitting an ultrasonic wave into the test object ( 1 ) and for receiving an ultrasonic signal are formed, characterized in that the test head ( 22 ) a circuit unit ( 18 ) for combining and electrically connecting in each case a selection of individual elements ( 6 ) of the test head ( 22 ) to a broadcasting group ( 7 ) a number (M) of in a control unit ( 17 ) preconfigured groups ( 7 ), so that the combined individual elements ( 6 ) of a transmission group ( 7 ) and to combine and electrically connect each of a selection of individual elements ( 6 ) of the test head ( 22 ) to a receiving group ( 7 ) a number (M) of in the control unit ( 17 ) preconfigured receiving groups ( 7 ), so that the combined individual elements ( 6 ) of a receiving group ( 7 ) received together, wherein the circuit unit ( 18 ) is designed in such a way that by means of the control unit ( 17 ) is controllable, in order in each case a first selection of individual elements ( 6 ) of the test head ( 22 ) as a transmitter for emitting an ultrasonic wave and the selected individual elements ( 6 ) by means of a transmitting unit ( 19 ) and a second selection of individual elements ( 6 ) of the test head ( 22 ) as a receiver for receiving an ultrasound signal and the ultrasound signals of the selected individual elements ( 6 ) by means of a receiving unit ( 20 ) to recieve. Ultraschallprüfkopf (22) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass er eine oder mehrere der folgenden Einheiten umfasst: Eine Sendeeinheit (19) zum Anregen von Einzelelementen (6), wobei die Sendeeinheit (19) eine Anzahl (M) von Sendern aufweist, die so groß ist wie die Anzahl (M) der in der Steuereinheit (17) vorkonfigurierten Sendegruppen (7), eine Empfangseinheit (20) zum Empfangen eines Ultraschallsignals mit Einzelelementen (6), wobei die Empfangseinheit (20) eine Anzahl von Empfängern aufweist, die so groß ist wie die Anzahl (M) der in der Steuereinheit (17) vorkonfigurierten Empfangsgruppen (7), eine Signalverarbeitungseinheit (21) zum Verarbeiten und/oder Auswerten der empfangenen Ultraschallsignale zum Prüfen des Prüfobjektes (1), so dass mittels der Schaltungseinheit (18) jede Sendegruppe (7) mit einer Auswahl von zusammengefassten Einzelelementen (6) einem der Sender der Anzahl (M) von Sendern der Sendeeinheit (19) zuordbar ist und jeweils die Sender einer Sendegruppe (7) gemeinsam von einem zugeordneten Sender der Sendeeinheit (19) anregbar sind und mittels der Schaltungseinheit (18) jede Empfangsgruppe mit einer Auswahl von zusammengefassten Einzelelementen (6) einem der Empfänger der Anzahl (M) von Empfängern der Empfangseinheit (20) zuordbar ist und jeweils die Empfänger einer Empfangsgruppe (7) gemeinsam von einem zugeordneten Empfänger der Empfangseinheit (20) empfangbar sind, und die Sendegruppen (7) mittels der Sender der Sendeeinheit (19) entsprechend einem von der Steuereinheit (17) vorgegebenen Takt anregbar sind und die Empfangsgruppen (7) mittels der Empfänger der Empfangseinheit (20) entsprechend dem von der Steuereinheit vorgegebenen Takt empfangbar sind, wobei die Schaltungseinheit (18), die Sendeeinheit (19) und die Empfangseinheit (20) mittels der Steuereinheit (17) steuerbar sind.Ultrasonic probe ( 22 ) according to claim 8, characterized in that it comprises one or more of the following units: a transmitting unit ( 19 ) for stimulating individual elements ( 6 ), wherein the transmitting unit ( 19 ) has a number (M) of transmitters that is as large as the number (M) of transmitters in the control unit ( 17 ) preconfigured transmission groups ( 7 ), a receiving unit ( 20 ) for receiving an ultrasound signal with individual elements ( 6 ), wherein the receiving unit ( 20 ) has a number of receivers that is as large as the number (M) of the in the control unit ( 17 ) preconfigured receiving groups ( 7 ) a signal processing unit ( 21 ) for processing and / or evaluating the received ultrasonic signals for testing the test object ( 1 ), so that by means of the circuit unit ( 18 ) each broadcast group ( 7 ) with a selection of combined individual elements ( 6 ) one of the transmitters of the number (M) of transmitters of the transmitting unit ( 19 ) and in each case the transmitters of a transmission group ( 7 ) together from an associated transmitter of the transmitting unit ( 19 ) are excitable and by means of the circuit unit ( 18 ) each receiving group with a selection of combined individual elements ( 6 ) one of the receivers of the number (M) of receivers of the receiving unit ( 20 ) and the recipients of a receiving group ( 7 ) together from an associated receiver of the receiving unit ( 20 ) are receivable, and the transmission groups ( 7 ) by means of the transmitter of the transmitting unit ( 19 ) according to one of the control unit ( 17 ) predetermined clock are stimulated and the receiving groups ( 7 ) by means of the receivers of the receiving unit ( 20 ) are receivable in accordance with the predetermined by the control unit clock, wherein the circuit unit ( 18 ), the transmitting unit ( 19 ) and the receiving unit ( 20 ) by means of the control unit ( 17 ) are controllable. Molch zur Durchführung einer Wanddickenmessung und/oder einer Rissprüfung in einer Rohrleitung, insbesondere einer Pipeline, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens einen Ultraschallprüfkopf (22) nach Anspruch 8 oder 9 und eine Steuereinheit (17) aufweist.Pig for performing a wall thickness measurement and / or a crack test in a pipeline, in particular a pipeline, characterized in that it comprises at least one ultrasonic probe ( 22 ) according to claim 8 or 9 and a control unit ( 17 ) having.
DE102011108730.7A 2011-07-28 2011-07-28 Method and apparatus for ultrasonic testing with a matrix phased array probe Active DE102011108730B4 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011108730.7A DE102011108730B4 (en) 2011-07-28 2011-07-28 Method and apparatus for ultrasonic testing with a matrix phased array probe
PCT/EP2012/003160 WO2013013823A1 (en) 2011-07-28 2012-07-26 Method and apparatus for ultrasound testing using a matrix phased array probe

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011108730.7A DE102011108730B4 (en) 2011-07-28 2011-07-28 Method and apparatus for ultrasonic testing with a matrix phased array probe

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102011108730A1 true DE102011108730A1 (en) 2013-01-31
DE102011108730B4 DE102011108730B4 (en) 2015-11-12

Family

ID=46603877

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102011108730.7A Active DE102011108730B4 (en) 2011-07-28 2011-07-28 Method and apparatus for ultrasonic testing with a matrix phased array probe

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102011108730B4 (en)
WO (1) WO2013013823A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3232191A1 (en) * 2016-04-14 2017-10-18 The Boeing Company Ultrasonic inspection of wrinkles in composite objects
DE102018202757A1 (en) * 2018-02-23 2019-08-29 Siemens Aktiengesellschaft Method and device for non-destructive testing of a component
CN110770578A (en) * 2017-07-03 2020-02-07 株式会社Ihi检查计测 Phased array flaw detection device and method

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110006376A (en) * 2019-02-19 2019-07-12 广东核电合营有限公司 Pipeline wall thickness measurement method

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2733920C2 (en) * 1976-06-25 1988-05-26 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen, De
DE10202432A1 (en) 2002-01-22 2003-08-07 Pii Pipetronix Gmbh Method and device for examining pipelines
DE112005003446T5 (en) * 2004-10-29 2007-12-13 General Electric Company Optimized switching configurations for reconfigurable arrays of sensor elements
US20100251821A1 (en) 2009-04-06 2010-10-07 Hitachi-Ge Nuclear Energy, Ltd. Ultrasonic Measurement Method, Ultrasonic Measurement Apparatus, and Ultrasonic Sensor

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4405504B4 (en) * 1994-02-21 2008-10-16 Siemens Ag Method and apparatus for imaging an object with a 2-D ultrasound array
JP4386683B2 (en) * 2002-09-30 2009-12-16 富士フイルム株式会社 Ultrasonic transmission / reception apparatus and ultrasonic transmission / reception method
US9177543B2 (en) * 2009-08-26 2015-11-03 Insightec Ltd. Asymmetric ultrasound phased-array transducer for dynamic beam steering to ablate tissues in MRI

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2733920C2 (en) * 1976-06-25 1988-05-26 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen, De
DE10202432A1 (en) 2002-01-22 2003-08-07 Pii Pipetronix Gmbh Method and device for examining pipelines
DE112005003446T5 (en) * 2004-10-29 2007-12-13 General Electric Company Optimized switching configurations for reconfigurable arrays of sensor elements
US20100251821A1 (en) 2009-04-06 2010-10-07 Hitachi-Ge Nuclear Energy, Ltd. Ultrasonic Measurement Method, Ultrasonic Measurement Apparatus, and Ultrasonic Sensor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J. Bosch et al., Phased Array-Technologie für automatisierte Pipeline-Inspektion, DACH-Jahrestagung 2004 Salzburg

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3232191A1 (en) * 2016-04-14 2017-10-18 The Boeing Company Ultrasonic inspection of wrinkles in composite objects
US10126122B2 (en) 2016-04-14 2018-11-13 The Boeing Company Ultrasonic inspection of wrinkles in composite objects
CN110770578A (en) * 2017-07-03 2020-02-07 株式会社Ihi检查计测 Phased array flaw detection device and method
EP3650849A4 (en) * 2017-07-03 2020-07-29 IHI Inspection and Instrumentation Co., Ltd. Phased-array flaw-detection device and method
US11293905B2 (en) 2017-07-03 2022-04-05 Ihi Inspection And Instrumentation Co., Ltd. Phased-array flaw-detection device and method
DE102018202757A1 (en) * 2018-02-23 2019-08-29 Siemens Aktiengesellschaft Method and device for non-destructive testing of a component
WO2019162003A1 (en) 2018-02-23 2019-08-29 Siemens Aktiengesellschaft Method and device for testing a component non-destructively
US11733211B2 (en) 2018-02-23 2023-08-22 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Method and device for testing a component non-destructively

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013013823A1 (en) 2013-01-31
DE102011108730B4 (en) 2015-11-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1820012B1 (en) Method for the non-destructive ultrasound examination of a test body by storing and evaluating offline the ultrasound signals detected by an array sensor
EP1979739B1 (en) Method for the non-destructive examination of a test body having at least one acoustically anisotropic material area
EP2294400B1 (en) Device and method for the non-destructive testing of objects using ultrasound and the use of matrix phased array probes
DE102005051781A1 (en) Method for the non-destructive examination of a specimen by means of ultrasound
DE102011018954B4 (en) Ultrasonic test head and method for non-destructive testing of a flat test specimen
DE10248979A1 (en) Multiple element ultrasonic transducer for tube inspection
EP1830185A1 (en) Method for ultrasonic inspection of a workpiece in a curvilinear area of its surface and appropriate test assembly for applying the method
DE102006027956A1 (en) Ultrasonic tester with array probes
DE102012201715A1 (en) Test head for testing a workpiece with an ultrasonic transducer assembly containing a plurality of transducer elements and method for producing such a probe
DE102005051783A1 (en) Method and apparatus for imaging ultrasonic testing on a three-dimensional workpiece
DE102008002832A1 (en) Method and device for nondestructive detection of defects in the interior of semiconductor material
DE102011108730B4 (en) Method and apparatus for ultrasonic testing with a matrix phased array probe
DE102008002860A1 (en) Method for non-destructive testing of objects by means of ultrasound
DE102019106427B4 (en) Transducer and transducer arrangement for ultrasonic probe systems, ultrasonic probe system and test methods
DE102011053942A1 (en) A method for non-destructive testing of a high-strength specimen by ultrasonic, the use of a test head for carrying out the method, an ultrasonic probe, a drive unit for an ultrasonic probe and a device for the non-destructive testing of a specimen of high material strength by means of ultrasound
EP3440458A1 (en) Ultrasonic probe and ultrasonic inspection system
DE102015210700B4 (en) Method for detecting errors or defects in components using ultrasonic transducers
DE102008027384A1 (en) Improved non-destructive ultrasound examination with coupling control
EP2238443B1 (en) Device and method for the non-destructive testing of a test object by way of ultrasound TOFD technology
DE2757355A1 (en) ULTRASONIC DEVICE FOR NON-DESTRUCTIVE TESTING OF BINDING AREAS
EP0158929B1 (en) Method for the ultrasonic testing of bolts with a jump in wall thickness
DE102007015746A1 (en) Method for controlling an array probe of a device for ultrasonic testing of a live or inanimate test specimen and device for carrying out the method
DE102015206225B4 (en) DEVICE, METHOD AND SYSTEM FOR TESTING AN TRANSDUCER
DE102009022770A1 (en) Material region discontinuities detecting method, involves processing receiver signals such that digitalized signals are delayed for evaluating angle values, and adding receiver signals corresponding to angle values to form sum signal
DE102015122197A1 (en) Method and device for non-destructive testing of a test specimen by means of ultrasound

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: NDT GLOBAL GMBH & CO. KG, DE

Free format text: FORMER OWNER: NDT SYSTEMS & SERVICES AG, 76297 STUTENSEE, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: OLSWANG GERMANY LLP, DE

Representative=s name: JANY, PETER, DIPL.-PHYS. DR.RER.NAT., DE

R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: NDT GLOBAL GMBH & CO. KG, DE

Free format text: FORMER OWNER: NDT SYSTEMS & SERVICES GMBH & CO. KG, 76297 STUTENSEE, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: JANY, PETER, DIPL.-PHYS. DR.RER.NAT., DE

Representative=s name: OLSWANG GERMANY LLP, DE

R020 Patent grant now final
R082 Change of representative

Representative=s name: GLOBAL IP EUROPE PATENTANWALTSKANZLEI, DE

Representative=s name: OLSWANG GERMANY LLP, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: GLOBAL IP EUROPE PATENTANWALTSKANZLEI, DE

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: NDT GLOBAL GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: NDT GLOBAL GMBH & CO. KG, 76297 STUTENSEE, DE