DE102014102367A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Hohlraumdetektion - Google Patents

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Mareike Warkentin
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Universitaet Rostock
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Abstract

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das Verfahren zur Hohlraumdetektion kommen auf dem Gebiet der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, insbesondere in der Dentaldiagnostik, Dentalprophylaxe bzw. Zahnerhaltung, zum Einsatz. Insbesondere die Untersuchung innerer Randbereiche von Sacklöchern, Bohrungen, großer Lunker oder geometrisch vergleichbarer Einstülpungen wird erleichtert. Die Aufgabe ist es, praxisgerecht und handhabungssicher eine Oberflächen- und Tiefendiagnostik von Materialstrukturen, insbesondere die Diagnostik von Materialfehlern, wie z. B. eine Detektion von Mikrolunkern oder Ausscheidungen an Korngrenzen zu ermöglichen. Eine Diagnostik an Halbzeugen mit geometrischen Merkmalen, wie makroskopische Mulden oder Bohrungen oder mit röhrenförmiger oder toroidaler Geometrie oder anderer beliebiger Form soll durch das Einbringen des Sensors in die Tiefe ermöglicht werden. Die besondere konstruktive Auslegung bzw. geometrische Konfiguration von Ultraschallwandler in geeigneten Ausführungsformen tragen zur Lösung der Aufgabe bei. Ein Sensorkopf mit einem Grundkörper ist mit piezoelektrisch aktiven Schwingern vollständig ummantelt und distal mit einer Halterung verbunden. Mittig in axialer Richtung durch die Halterung und den gesamten Grundkörper ist mindestens ein Kanal angeordnet, durch welchen eine Zufuhr eines Kontaktgels erfolgt.

Description

  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das Verfahren zur Hohlraumdetektion kommen auf dem Gebiet der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, insbesondere in der Dentaldiagnostik, Dentalprophylaxe bzw. Zahnerhaltung, zum Einsatz.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das Verfahren sind insbesondere für die Untersuchung innerer Randbereiche von Sacklöchern, Bohrungen, großer Lunker oder geometrisch vergleichbarer Einstülpungen geeignet.
  • Speziell bei der Vorbereitung einer Restaurierung von beschädigtem, gealtertem oder sonstig fehlerhaftem Material durch schrittweise Entfernung, beispielsweise durch Bohren oder Fräsen mit stufenweise vergrößertem Querschnitt der Bohrung, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung und das Verfahren dazu geeignet zu erkennen, ob das fehlerhafte Material vollständig entfernt wurde, oder, sollte dies nicht der Fall sein, in welchen Richtungen eine weitere Materialentfernung vorzunehmen ist.
  • Dadurch wird in einer schnellen und handhabungssicheren Prozedur im Wechsel mit der Entfernung fehlerhaften Materials vermieden, dass unnötig viel fehlerfreies Material abgetragen wird. Außerdem ergibt sich über den Augenschein hinaus aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem Verfahren ein reproduzierbares, objektives Kriterium für einen vollständigen Abtrag des fehlerhaften Materials.
  • Bei der Ultraschallprüfung von Materialstrukturen sowohl oberflächennah als auch bei der Gewinnung von Materialvolumeninformationen ist es ein grundlegendes Problem, die Ankopplung der Ultraschallwandler an dreidimensional komplex ausgebildete Strukturen zu ermöglichen.
  • Zur Bewerkstelligung einer ausreichenden akustischen Kopplung zwischen Ultraschallwandlern und Probekörpern ist die Verwendung flüssiger oder gelierter Koppelmedien gängige Praxis. Speziell ausgewählte Koppelsubstanzen sind auch bei einer Anwendung im Oralraum oder bei versehentlichem Verzehr gesundheitlich unbedenklich. Die Verwendung von Ultraschalldiagnostikgeräten zur Betrachtung von inneren Strukturen ist insbesondere auf dem Gebiet der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung und der Medizin weit verbreitet. Eine herkömmliche Ultraschallausrüstung enthält typischer Weise eine Ultraschallsonde mit einem, einigen oder einer Vielzahl elektromagnetischer Wandler oder piezoelektrisch aktiver Elemente zur Übertragung der Ultraschallsignale in den zu untersuchenden Ort und zum Empfang der reflektierten Ultraschallsignale von diesem. Die von der Ultraschallsonde empfangenen, reflektierten Ultraschallsignale werden verarbeitet, und ein zweidimensionales Bild des Untersuchungsgegenstands wird hergestellt, obwohl der Untersuchungsgegenstand dreidimensional ist.
  • Bei bekannter Schallgeschwindigkeit des Probekörpers kann aus dem zeitlichen Abstand zwischen Sende- und Empfangssignal die Entfernung der reflektierenden Stelle zum elektromagnetischen Wandler oder piezoelektrisch aktiven Elementdurch Multiplikation mit der Schallgeschwindigkeit berechnet werden. Ist durch den Aufbau der elektromagnetischen Wandler oder der piezoelektrischen Elemente gewährleistet, dass die Ultraschallsignale nur innerhalb eines engen Öffnungswinkels abgestrahlt und empfangen werden, so verfügt man zusätzlich über die Information, in welcher Richtung sich die reflektierende Stelle zur Ultraschallsonde befindet. Werden die Entfernungen und Richtungen aller registrierten reflektierenden Stellen durch geeignete informationstechnische Vorrichtungen gespeichert, so können aus der Gesamtheit dieser Daten mit einer geeigneten informationstechnischen Vorrichtung zweidimensionale Bilder ausgewählter ebener, zylindrischer oder kugeliger Schnittflächen des Probekörpers berechnet werden.
  • In DE 19819831 A1 wird ein Verfahren und eine Einrichtung zur dreidimensionalen Abbildung von Ultraschalldaten offenbart. Dazu sammelt ein Ultraschall-Scanner für eine Vielzahl von Schnitten B-Mode- oder Farbströmungs-Mode-Bilder in einem Filmspeicher. Die Daten werden an eine Hauptsteuerung gesandt, welche einen Algorithmus ausführt, der iterativ die Pixeldaten in dem interessierenden Volumen auf mehrere gedrehte Bildebenen projiziert.
  • Auch in JP 2003024332 A wird eine Ultraschall-basierte Materialcharakterisierung in Strukturen vorgestellt, die das Einführen eines Sensorkopfs in eine Einstülpung erlauben. Die Rundumsicht des Sensors in verschiedenen Tiefen wird durch eine mechanische Bewegung des Ultraschallschwingers in radialer und axialer Richtung relativ zum Sensorgehäuse und zum Prüfobjekt erreicht. Dies erfordert jedoch eine axial und radial wirkende Antriebsmechanik, eine Messung der axialen und radialen Position des Ultraschallschwingers und eine Zuordnung der aufgenommenen Ultraschallsignale zu den Messpositionen. Insbesondere erfordert die vollständige Erfassung eine erhebliche Zeit – mindestens einige Sekunden – zur Durchführung der Bewegung. In dieser Zeit dürfen sich Sensor und Prüfkopf nicht zueinander bewegen, da ansonsten eine Verzerrung des ermittelten Bildes entsteht.
  • Ultraschallsonden, welche ohne die Verwendung mechanisch bewegter Teile aus dem Inneren einer Einstülpung heraus ein dreidimensionales Bild aufnehmen, sind bislang nicht bekannt.
  • Darstellung der Erfindung
  • Die Erfindung hat die Aufgabe, praxisgerecht und handhabungssicher eine Oberflächen- und Tiefendiagnostik von Materialstrukturen, insbesondere die Diagnostik von Materialfehlern, wie z. B. eine Detektion von Mikrolunkern oder Ausscheidungen an Korngrenzen zu ermöglichen. Insbesondere soll eine Diagnostik an Halbzeugen mit geometrischen Merkmalen, wie makroskopische Mulden oder Bohrungen oder mit röhrenförmiger oder toroidaler Geometrie oder anderer beliebiger Form durch das Einbringen des Sensors in die Tiefe ermöglicht werden.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale, welche in dem Hauptanspruch offenbart sind, gelöst. Die Erfindung liegt in der besonderen konstruktiven Auslegung bzw. geometrischen Konfiguration der Ultraschallwandler in geeigneten Ausführungsformen. Speziell ist die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer großen Anzahl von piezoelektrisch aktiven Schwingern (in ihrer Gesamtheit bezeichnet als "Array") an der Oberfläche des Sensorkopfes ausgestattet.
  • Ein Sensorkopf mit einem Grundkörper ist mit den piezoelektrisch aktiven Schwingern vollständig ummantelt und distal mit einer Halterung verbunden. Mittig in axialer Richtung durch die Halterung und den gesamten Grundkörper ist mindestens ein Kanal angeordnet, durch welchen eine Zufuhr eines flüssigen oder gelierten Koppelgels von einem äußeren Reservoir erfolgt. Der Kanal endet in einer Öffnung an der der Halterung abgewandten, unteren Seite des Grundkörpers. Das Koppelmedium wird durch eine Pumpe in den Zwischenraum zwischen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und der Wand der Einstülpung gefördert. Dadurch wird die akustische Kopplung zwischen den piezoelektrisch wirksamen Schwingern der Vorrichtung und der zu untersuchenden Probe unabhängig von handhabungsbedingten Bewegungen der Vorrichtung solange aufrechterhalten, wie sich die Vorrichtung in der Einstülpung befindet.
  • Jeder einzelne Schwinger strahlt senkrecht zu seiner Oberfläche in einem engen Öffnungssektor ein akustisches Signal aus und empfängt die an akustisch wirksamen Störstellen innerhalb dieses Öffnungssektors entstandenen reflektierten Signale.
  • Die Öffnungssektoren der einzelnen Schwinger, die Anzahl und die Anordnung der Schwinger sind so gewählt, dass eine vollständige Abdeckung aller Raumrichtungen seitlich und nach unten in das zu prüfende Material erreicht wird. So wird eine tiefen- und winkelaufgelöste Ultraschallmessung ermöglicht, ohne dass dazu eine mechanische Bewegung der Schwinger innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung oder ihrer selbst erforderlich wäre.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann dabei in unterschiedlichen Ausführungsformen angefertigt werden, beispielsweise in zylindrischer, kegelförmiger, halbkugelförmiger Gestalt oder als ein abgerundeter Zylinderstumpf.
  • Die elektrischen Zuleitungen der Schwinger werden durch die erfindungsgemäße Vorrichtung hindurch nach außen zu einer elektronischen Sende-, Empfangs-, Auswerte- und Darstellungseinheit geführt.
  • Alternativ ist es auch möglich, eine aktive elektronische Einheit innerhalb der Vorrichtung vorzusehen, die einen von außen gesteuerten schnellen Wechsel der Verbindung zwischen einer gemeinsamen Sende- und Empfangseinheit und den einzelnen Schwingern ermöglicht ("Multiplexer").
  • Die piezoelektrisch aktiven Schwinger in Form von Dünnschichtschallwandlern mosaikartig sind auf einer flexiblen Fläche angeordnet, welche den Grundkörper ummantelt. Die flexible Fläche ist in einer Ausführungsform eine Polyvinylidenflourid-(PVDF-)Folie, auf welcher die piezoelektrisch aktiven Schwinger als separierte Einzelelemente in einer flächigen Mosaikstruktur angeordnet sind. Die Polyvinylidenflourid-(PVDF-)Folie verfügt über eine Mindestdicke zwischen 100 nm bis 50 µm. In einer besonderen Ausführungsform verfügt die Polyvinylidenflourid-(PVDF-)Folie über eine Dicke von 5 µm.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist die flexible Fläche eine flexible ultradünne Elastomerfolie, auf welcher die piezoelektrisch aktiven Schwinger als dünne keramische Einzelelemente in einer flächigen Mosaikstruktur angeordnet sind. Diese piezoelektrisch aktiven Schwinger bestehen aus Zinkoxyd oder Bleizirkonattitanat oder Bariumtitanat.
  • Die piezoelektrisch aktiven Schwinger arbeiten in einem Frequenzbereich von 20 MHz bis 1 GHz.
  • die Halterung ist in einem Winkel von 90 Grad mit dem Grundkörper verbunden.
  • Zum schnellen und handhabungssicheren Wechsel zwischen verschieden geformten erfindungsgemäßen Vorrichtungen bei Verwendung einer gemeinsamen externen elektronischen Sende-, Empfangs-, Auswerte- und Darstellungseinheit sowie einem gemeinsamen Reservoir mit einer gemeinsamen Pumpe ist eine Unterbrechung der äußeren elektrischen Zuleitungen und der Zuführungsleitung des Koppelmediums in Form einer geeigneten Stecker-Buchse-Anordnung vorzusehen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Hohlraumdetektion unter Verwendung eines Ultraschall-Pixelarray-Sensors mit einem Sensorkopf erfolgt mit den Schritten
    • a. Einbringen des Sensorkopfes in eine Öffnung in einem zu prüfenden Material,
    • b. Kontinuierliches Zuführen von Koppelgel durch Kanäle in dem Sensorkopf, wobei das Koppelgel aus einer Öffnung am Ende des Kanals austritt und für eine akustische Ankopplung zwischen Sensorkopf und Material sorgt,
    • c. Festlegen einer Winkelzuordnung und damit einer Orientierung in piezoelektrisch aktiven Schwingern, welche einen Grundkörper des Sensorkopfes vollständig ummanteln, für das zu prüfende Material,
    • d. Abgeben eines Ultraschallsignals aus jedem der piezoelektrisch aktiven Schwinger senkrecht zu ihrer Oberfläche in einem engen Öffnungssektor in die benachbarten Gebiete des umgebenden Materials, so dass eine tiefen- und winkelaufgelöste Ultraschallmessung erfolgt,
    • e. Empfangen von Höhe und Zeitpunkt ihres Eintreffens von entstandenen reflektierten Ultraschallsignalen an akustisch wirksamen Störstellen innerhalb des Öffnungssektors für jeden piezoelektrisch aktiven Schwinger durch eine Empfangs- und Auswerteelektronik,
    • f. Darstellung einer zeitabhängigen Amplitude eines Empfangssignals ("A-Scan") für jeden einzelnen piezoelektrisch aktiven Schwinger und/oder Berechnung zu einer dreidimensionalen Darstellung von Materialfehlern und Materialgrenzen in der Umgebung des Sensorkopfes.
  • Für intrinsisch inhomogene Materialien erfolgt eine spektrale Auswertung des für alle Abstände präsenten Reflexionssignals, wodurch eine Unterscheidung zwischen makroskopisch unterschiedlichen Materialbereichen ermöglicht wird.
  • Eine vorgeschaltete Kalibrierung erfolgt anhand einer definitiv fehlerfreien Materialprobe.
  • Ausführung der Erfindung
  • Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierzu zeigen
  • 1 Anordnungsprinzip (Schnittbild) einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Hohlraumdetektion,
  • 2 eine typische Anwendungssituation im Schnitt mit einer Vorrichtung nach 1, und
  • 3a, 3b Beispiele für alternative Vorrichtungsgeometrien.
  • Die Erfindung betrifft Vorrichtung zur Hohlraumdetektion mit einem dreidimensional bevorzugt stabförmig (alternativ kegelförmig, als abgerundeter Zylinderstumpf o.ä.) ausgeführten Ultraschall-Pixelarray-Sensor zur Prüfung von Materialstrukturen, die durch vorhandene makroskopische Mulden oder Bohrungen oder durch röhrenförmige oder toroidale Geometrie das Einbringen des Sensors in die Tiefe ermöglichen.
  • 1 zeigt ein Anordnungsprinzip (Schnittbild) einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung zur Hohlraumdetektion besteht aus einem Sensorkopf 1 mit einem hauptsächlich zylindrischen Grundkörper 101, welcher distal mit einer bevorzugt stabförmigen Halterung 2 verbunden ist. Der Grundkörper 101 ist mit piezoelektrisch aktiven Schwingern 102 ummantelt (kleine Rechtecke in schematischer Ansicht / Querschnitt; Dicke nicht massstäblich). Ein (oder mehrere) Kanäle 301 (gestrichelt), welche mittig in axialer Richtung durch den gesamten Grundkörper 101 verlaufen, dienen der Zufuhr eines Koppelgels 4 unter leichtem Überdruck. Im vorliegenden Beispiel wird ein Kanal 301 gezeigt, welcher an der der Halterung 2 abgewandten, unteren Seite eine Öffnung 302 aufweist.
  • Der zylindrische Grundkörper 101 ist mit einer flexiblen Fläche 103 ummantelt, auf welcher mosaikartig die piezoelektrisch aktiven Schwinger 102 in Form von Dünnschichtschallwandlern angeordnet sind. Diese Fläche 103 ist entweder eine Polyvinylidenflourid-(PVDF-)Folie oder eine flexible ultradünne Elastomerfolie. Auf der PVDF-Folie sind beispielsweise separierte Einzelelemente 102 angeordnet, welche zu einer flächigen Mosaikstruktur zusammengefügt sind. Auf der ultradünnen Elastomerfolie sind die piezoelektrisch wirksamen Elemente (aktiven Schwinger) 102 dünne keramische Einzelelemente, vorzugsweise bestehend aus Zinkoxyd, Bleizirkonattitanat oder Bariumtitanat, aufgebracht. Der mosaikartige Keramikaufbau auf einer Trägerfolie bzw. PVDF-Folien mit Mosaikeinzelfeldstrukturen verfügt über eine Mindestdicke von 100 nm–50 µm, bevorzugt 5 µm, bei einem bevorzugten Frequenzbereich von 20 MHz–1 GHz. Der Schallwandlerbetrieb kann sowohl mit Einzelwandlern als auch mit verteilten Sende- und Empfangselementen erfolgen.
  • Die stabförmige Halterung 2 ist in dem Ausführungsbeispiel in einem Winkel von 90 Grad mit dem Grundkörper 101 verbunden und hält den Grundkörper 101 mit der flexiblen, piezoelektrisch aktiven Schicht. Eine andere, hier nicht weiter dargestellte Ausführung kann auch als distale Verlängerung des Grundkörpers 101 konstruiert sein. Die stabförmige Halterung 2 hat Abmessungen von bevorzugt einigen bis einigen zehn Millimetern Durchmesser und Länge. In der stabförmigen Halterung 2 sind ein oder mehrere Kanäle 3 eingebracht, welche sich im Wesentlichen in axialer Richtung erstrecken und eine direkte Verbindung zu einem oder mehreren Kanälen 301 im Grundkörper 101 haben.
  • Die elektrischen Zuleitungen der piezoelektrischen Schwinger werden in der Technologie flexibler Leiterplatten oder durch Zuleitungen im Grundkörper der stabförmigen Halterung an die probenabgewandte Halterung des Sensorkopfs geführt.
  • Eine typische Anwendungssituation wird in 2 im Schnitt dargestellt. In ein vorhandenes Sackloch 6 in einem Material 5, beispielsweise einem Zahn, wird der Sensorkopf 1 eingebracht. Durch die Kanäle 3 und 301 wird vermittels einer extern angeschlossenen, hier nicht weiter dargestellten Pumpe, kontinuierlich Koppelgel 4 zugeführt, welches aus der Öffnung 302 an der unteren Seite des Grundkörpers 101 austritt und den Zwischenraum zwischen Sensorkopf 1 und Material 5 füllt. Das Koppelgel 4 gewährleistet so die akustische Ankopplung des Sensorskopfes 1 an das Material 5.
  • Durch ein Ultraschallsignal aus den piezoelektrisch wirksamen Schwingern 102 wird eine Charakterisierung des umgebenden Materials ermöglicht.
  • Dazu werden die Höhe reflektierter Ultraschallsignale und der Zeitpunkt ihres Eintreffens jeden der Schwinger 102 durch eine Empfangs- und Auswerteelektronik registriert. Sollte sich die Einstülpung in einer homogenen, fehlerfreien Materialprobe befinden, so wird lediglich an der Grenzfläche zwischen Koppelmedium und Material eine Schallreflektion erzeugt. An Materialfehlern oder Materialgrenzen entstehen zusätzliche Reflektionen, die von der Auswerte- und Darstellungseinheit dem Benutzer signalisiert werden.
  • Dabei kann die zeitabhängige Amplitude des Empfangssignals ("A-Scan") für jeden einzelnen Schwinger 102 dargestellt werden, oder diese wird weiter zu einer dreidimensionalen Darstellung der Materialfehler und Materialgrenzen in der Umgebung der erfindungsgemäßen Vorrichtung verrechnet.
  • Soll das Verfahren in intrinsisch inhomogenen Materialien (z.B. spongiöse Knochenbereiche, Holz, gepresste Granulate o.ä.) angewandt werden, so ist eine Unterscheidung zwischen makroskopisch unterschiedlichen Materialbereichen anhand einer spektralen Auswertung des dann für alle Abstände präsenten Reflexionssignals möglich. Diese wird bevorzugt zunächst anhand einer definitiv fehlerfreien Materialprobe kalibriert.
  • Die 3a und 3b zeigen Beispiele für alternative Sensorgeometrien. Die Sensorgeometrie richtet sich nach der typischen Geometrie der Prüfstücke. Die Schwinger 102 umgeben auch den Grundkörper, durch den ein oder mehrere Kanäle zur Zufuhr von Koppelgel verlaufen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Sensorkopf
    101
    hauptsächlich zylindrischer Grundkörper
    102
    piezoelektrisch wirksame Schwinger
    103
    flexible Fläche
    2
    Halterung
    3
    Kanäle
    301
    Kanal im Sensorkopf
    302
    Öffnung
    4
    Koppelgel
    5
    Material
    6
    Sackloch
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 19819831 A1 [0008]
    • JP 2003024332 A [0009]

Claims (14)

  1. Vorrichtung zur Hohlraumdetektion unter Verwendung eines Ultraschall-Pixelarray-Sensors mit einem Sensorkopf (1) dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorkopf (1) einen Grundkörper (101) aufweist, welcher mit piezoelektrisch aktiven Schwingern (102) vollständig ummantelt ist und distal mit einer Halterung (2) verbunden ist, wobei mittig in axialer Richtung durch die Halterung (2) und den gesamten Grundkörper (101) mindestens ein Kanal (301) für eine Zufuhr eines Koppelgels (4) angeordnet ist und der mindestens eine Kanal (301) in einer Öffnung (302) an der der Halterung (2) abgewandten, unteren Seite des Grundkörpers (101) endet.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (101) zylinderförmig oder kegelförmig oder als ein abgerundeter Zylinderstumpf ausgeführt ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass Anzahl und Anordnung sowie Öffnungssektoren der einzelnen piezoelektrisch aktiven Schwinger (102) eine vollständige Abdeckung aller Raumrichtungen seitlich und nach unten in das zu prüfende Material ermöglichen.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrisch aktiven Schwinger (102) in Form von Dünnschichtschallwandlern mosaikartig auf einer flexiblen Fläche (103) angeordnet sind, welche den Grundkörper (101) ummantelt.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Fläche (103) eine Polyvinylidenflourid-(PVDF-)Folie ist, auf welcher die piezoelektrisch aktiven Schwinger (102) als separierte Einzelelemente in einer flächigen Mosaikstruktur angeordnet sind.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Polyvinylidenflourid-(PVDF-)Folie über eine Mindestdicke zwischen 100 nm bis 50 µm verfügt.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Polyvinylidenflourid-(PVDF-)Folie über eine Dicke von 5 µm verfügt.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Fläche (103) eine flexible ultradünne Elastomerfolie ist, auf welcher die piezoelektrisch aktiven Schwinger (102) als dünne keramische Einzelelemente in einer flächigen Mosaikstruktur angeordnet sind.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrisch aktiven Schwinger (102) aus Zinkoxyd oder Bleizirkonattitanat oder Bariumtitanat bestehen.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrisch aktiven Schwinger (102) in einem Frequenzbereich von 20 MHz bis 1 GHz arbeiten.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (2) in einem Winkel von 90 Grad mit dem Grundkörper (101) verbunden ist.
  12. Verfahren zur Hohlraumdetektion unter Verwendung eines Ultraschall-Pixelarray-Sensors mit einem Sensorkopf (1) mit den Schritten a. Einbringen des Sensorkopfes (1) in eine Öffnung (6) in einem zu prüfenden Material (5), b. Kontinuierliches Zuführen von Koppelgel (4) durch Kanäle (3; 301) in dem Sensorkopf (1), wobei das Koppelgel (4) aus einer Öffnung (302) am Ende des Kanals (301) austritt und für eine akustische Ankopplung zwischen Sensorkopf (1) und Material (5) sorgt, c. Festlegen einer Winkelzuordnung und damit einer Orientierung in piezoelektrisch aktiven Schwingern (102), welche einen Grundkörper (101) des Sensorkopfes (1) vollständig ummanteln, für das zu prüfende Material (5), d. Abgeben eines Ultraschallsignals aus jedem der piezoelektrisch aktiven Schwinger (102) senkrecht zu ihrer Oberfläche in einem engen Öffnungssektor in die benachbarten Gebiete des umgebenden Materials (5), so dass eine tiefen- und winkelaufgelöste Ultraschallmessung erfolgt, e. Empfangen von Höhe und Zeitpunkt ihres Eintreffens von entstandenen reflektierten Ultraschallsignalen an akustisch wirksamen Störstellen innerhalb des Öffnungssektors für jeden piezoelektrisch aktiven Schwinger (102) durch eine Empfangs- und Auswerteelektronik, f. Darstellung einer zeitabhängigen Amplitude eines Empfangssignals ("A-Scan") für jeden einzelnen piezoelektrisch aktiven Schwinger (102) und/oder Berechnung zu einer dreidimensionalen Darstellung von Materialfehlern und Materialgrenzen in der Umgebung des Sensorkopfes (1).
  13. Verfahren nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass für intrinsisch inhomogene Materialien eine spektrale Auswertung des für alle Abstände präsenten Reflexionssignals erfolgt, wodurch eine Unterscheidung zwischen makroskopisch unterschiedlichen Materialbereichen ermöglicht wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, dass eine vorgeschaltete Kalibrierung anhand einer definitiv fehlerfreien Materialprobe erfolgt.
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