DE102015122197A1 - Method and device for non-destructive testing of a test specimen by means of ultrasound - Google Patents

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Johannes Büchler
Stephan Falter
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Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung eines Prüflings mittels Ultraschall. Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung eine zur Ausführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung. Die Erfindung stellt technische Maßnahmen bereit, mit denen aus dem Stand der Technik vor bekannte gattungsgemäße Verfahren bzw. Vorrichtungen auf vorteilhafte Weise weitergebildet werden können, um das erzielbare Signal zu Rausch Verhältnis zu verbessern oder die Verfahren zu beschleunigen.The present invention is a method for non-destructive testing of a specimen by means of ultrasound. Furthermore, the subject of the invention is a device suitable for carrying out the method. The invention provides technical measures with which can be advantageously developed from the prior art before known generic methods or devices in order to improve the achievable signal to noise ratio or to speed up the process.

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung eines Prüflings mittels Ultraschall. Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung eine zur Ausführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung. Insbesondere ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Maßnahmen anzugeben, mit denen aus dem Stand der Technik vor bekannte gattungsgemäße Verfahren bzw. Vorrichtungen auf vorteilhafte Weise weitergebildet werden können, beispielsweise um das erzielbare Signal zu Rausch Verhältnis zu verbessern oder die Verfahren zu beschleunigen.The present invention is a method for non-destructive testing of a specimen by means of ultrasound. Furthermore, the subject of the invention is a device suitable for carrying out the method. In particular, object of the present invention to provide measures that can be further developed from the prior art before known generic methods or devices in an advantageous manner, for example, to improve the achievable signal to noise ratio or to accelerate the process.

Aus dem Stand der Technik sind vielfältige Ultraschallprüfverfahren bekannt, die im Bereich der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, aber auch im Bereich der Medizintechnik Verwendung finden. In vielen Fällen basieren diese Verfahren auf der sogenannten Impuls-Echo-Technik, bei der Ultraschallpulse in den zu untersuchenden Prüfling eingeschallt und nachfolgend resultierende Echosignale aus dem Prüfling detektiert werden. Die Bestimmung von Laufzeiten und Echoamplituden erlaubt es beispielsweise, Lage und Größe von Fehlstellen wie Ungänzen im Prüfling abzuschätzen.Various ultrasonic testing methods are known from the prior art, which are used in the field of non-destructive testing of materials, but also in the field of medical technology. In many cases, these methods are based on the so-called pulse-echo technique, in which ultrasound pulses are injected into the test specimen to be examined and subsequently resulting echo signals are detected from the test specimen. The determination of transit times and echo amplitudes makes it possible, for example, to estimate the position and size of defects as well as discontinuities in the test object.

Modernere Ultraschallprüfverfahren basieren auf der Verwendung der sogenannten Phased-Array Technik, bei der ein lineares oder ein zweidimensionales Array von Ultraschallwandlern oftmals sowohl zum Senden von Ultraschallpulsen als auch zum Empfangen von hieraus resultierenden Echosignalen aus dem Prüfling verwendet wird. Durch Steuerung der relativen Phasenlage zwischen den zum Senden verwendeten Ultraschallwandlern ist es beispielsweise möglich, das erzeugte Ultraschallfeld zu schwenken bzw. gezielt zu fokussieren. Gleiches ist grundsätzlich auch auf der Empfangsseite möglich.More modern ultrasonic testing methods are based on the use of the so-called phased array technique, in which a linear or a two-dimensional array of ultrasonic transducers is often used both for transmitting ultrasonic pulses and for receiving echo signals resulting therefrom from the test object. By controlling the relative phase position between the ultrasonic transducers used for transmission, it is possible, for example, to pivot or selectively focus the generated ultrasonic field. The same is basically possible on the receiving side.

Im Rahmen von weiterentwickelten Verfahren, die auf der Verwendung der Phased-Array-Technik basieren, wird eine Sub-Apertur von einigen wenigen Ultraschallwandlern eines ein oder zweidimensionalen Wandlerarrays zum Senden verwendet, wogegen eine hiervon verschiedene Subapertur das Arrays zum Empfangen der Echosignale verwendet wird. Beispielhaft sei in diesem Zusammenhang auf die DE 10 2013 004 924 A1 der Inhaberin der vorliegenden Anmeldung verwiesen. Oftmals wird auch die Gesamtheit aller Wandler des Wandlerarrays zum Empfangen verwendet. Dies wird auch als Full Matrix Capture (FMC) bezeichnet.In advanced methods based on the use of the phased array technique, a sub-aperture of a few ultrasonic transducers of a one or two-dimensional transducer array is used for transmission, whereas a different sub-aperture of the array is used to receive the echo signals. As an example, in this context, the DE 10 2013 004 924 A1 the owner of the present application referred. Often the entirety of all transducers of the transducer array is also used for receiving. This is also known as Full Matrix Capture (FMC).

Wird zum Senden der Ultraschallpulse nur eine Subapertur oder sogar nur ein einzelner Ultraschallwandler des Wandlerarrays verwendet, so weist das erzeugte und in den Prüfling eingeschallte Ultraschallfeld eine hohe Divergenz auf, so dass ein großer Volumenbereich des Prüflings vom eingeschallten Ultraschallfeld erfasst wird. If only one subaperture or even only a single ultrasound transducer of the transducer array is used to transmit the ultrasound pulses, then the ultrasound field generated and subdued into the test specimen has a high divergence, so that a large volume range of the test specimen is detected by the ultrasound signal.

Die sogenannte Total Focussing Method (TFM, auch unter Bezeichnung „sampling phased array“ bekannt) macht sich genau dies zu Nutze. Hierbei wird ein in der Regel eindimensionales, seltener auch zwei-dimensionales Wandlerarray sowohl zum Aussenden der Ultraschallpulse in den Prüfling als auch zum Aufnehmen der Echosignale aus dem Prüfling verwendet. In einem ersten Schritt wird die Position des Wandlerarrays auf der Oberfläche des Prüflings nicht variiert.The so-called total focussing method (TFM, also known as "sampling phased array") makes use of exactly this. In this case, a usually one-dimensional, more rarely two-dimensional transducer array is used both for emitting the ultrasonic pulses into the test object and for recording the echo signals from the test object. In a first step, the position of the transducer array on the surface of the device under test is not varied.

Bei der TFM wird ein sequenzielles Verfahren angewendet, bei dem in einem ersten Schritt ein erster einzelner Wandler des Wandlerarrays zum Aussenden eines Ultraschallpulses in den Prüfling verwendet wird. Die resultierenden Echosignale aus dem Prüfling werden hingegen mittels der Gesamtheit aller Wandler des Wandlerarrays aufgenommen. Dabei werden die empfangenen Echosignale für jeden einzelnen Wandler des Wandlerarrays getrennt zeitaufgelöst zwischengespeichert. Basierend auf der Kenntnis der Position des Sendewandlers ist es möglich, aus den empfangenen Echosignalen ein erstes Volumenbild des durchschallten Volumens des Prüflings zu rekonstruieren. Nachfolgend wird in einem zweiten Schritt ein vom ersten Sendewandler verschiedener zweiter Wandler zum Aussenden der Ultraschallpulse in den Prüfling verwendet. Die mittels der Gesamtheit aller Wandler des Wandlerarrays empfangenen Echosignale werden dann wiederum für die Erzeugung eines zweiten Volumenbilds des durchschallten Volumens des Prüflings verwendet. Diese Verfahrensschritte werden sequenziell durchlaufen, bis zumindest eine Vielzahl oder auch alle Wandler des Wandlerarrays als Sendewandler fungiert haben. Nachfolgend ist es möglich, sämtliche auf diese Weise gewonnenen Volumenbilder des Prüflings mittels geeigneter Bildverarbeitungsverfahren zu einem fusionierten Bild des gesamten durchschallten Volumens zusammenzufassen. Auf diese Weise kann einerseits das insgesamt durchschallte Volumen vergrößert werden, andererseits kann das Signal-zu-Rausch-Verhältnis im erzeugten fusionierten Volumenbild deutlich verbessert werden, da für jedes betrachtete Volumenelement des Prüflings eine erhöhte Menge an Ultraschallinformation vorliegt. Ein im durchschallten Volumen liegendes Volumenelement wird einerseits von einer Vielzahl von verschiedenen Einkoppelorten aus angeschallt, andererseits liegen für jeden gegebenen Einschallort für jedes Volumenelement Echosignale an einer Vielzahl von verschiedenen Auskoppelorten vor, die durch die Positionen der zum Empfangen verwendeten Ultraschallwandler des Wandlerarrays gegeben sind. Diese Vielzahl von Ultraschallinformationen, die zu jedem einzelnen betrachteten Volumenelement des durchschallten Volumens des Prüflings vorliegen, ermöglicht es, Artefakte in den Echosignalen zu erkennen und bei der Erzeugung des fusionierten Volumenbilds mit geeigneten Algorithmen zu eliminieren.In the case of the TFM, a sequential method is used in which, in a first step, a first individual transducer of the transducer array is used for emitting an ultrasonic pulse into the test object. The resulting echo signals from the test object, however, are recorded by means of the entirety of all transducers of the transducer array. In this case, the received echo signals for each individual transducer of the transducer array are buffered separately time-resolved. Based on the knowledge of the position of the transmitting transducer, it is possible to reconstruct from the received echo signals a first volume image of the sounded through volume of the test object. Subsequently, in a second step, a second transducer, different from the first transmitting transducer, is used to emit the ultrasonic pulses into the test object. The echo signals received by means of the entirety of all transducers of the transducer array are then used in turn for the generation of a second volume image of the sonicated volume of the specimen. These method steps are carried out sequentially until at least a large number or even all of the transducers of the converter array have functioned as transmit transducers. Subsequently, it is possible to combine all thus obtained volume images of the specimen by means of suitable image processing methods to a fused image of the entire volume durchschallten. In this way, on the one hand, the total sonicated volume can be increased, on the other hand, the signal-to-noise ratio in the generated fused volume image can be significantly improved because there is an increased amount of ultrasound information for each contemplated volume element of the specimen. On the one hand, a volume element located in the volume through which sound is transmitted is sounded from a multiplicity of different coupling locations; on the other hand, for each given sound location, echo signals are present for each volume element at a multiplicity of different coupling-out locations, which are given by the positions of the ultrasonic transducers of the transducer array used for receiving. This multitude of ultrasound information, which is available for each individual volume element of the sounded volume of the test object, makes it possible to detect artifacts in the echo signals and to eliminate them when generating the fused volume image with suitable algorithms.

Grundsätzlich ist die Total Focussing Method in der Lage, Bilder hoher Auflösung des durchschallten Volumens des Prüflings zu liefern. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass das Verfahren zumindest in Prüflingen, die aus einem stark dämpfenden Material wie beispielsweise Gusseisen bestehen, das Signal-zu-Rausch-Verhältnis nicht befriedigend ist. Dies liegt darin begründet, dass die Schallleistung, die mittels eines einzelnen Ultraschallwandlers eigeschallt werden kann, gering ist. Bezüglich der verfügbaren Ultraschallsendeleistung wäre es vorteilhaft, eine Mehrzahl von benachbarten Ultraschallwandlern zu einer Subapertur zusammenzufassen und die Gesamtheit dieser Wandler gemeinschaftlich zum Senden zu verwenden. Eine Vergrößerung der Sendeapertur führt jedoch zu einer verringerten Divergenz des in den Prüfling eingeschalten Ultraschallfelds, so dass das durchschallte Volumen verkleinert wird.Basically, the Total Focussing Method is able to deliver high resolution images of the sound volume of the device under test. However, it has been found that, at least in test specimens made of a high damping material such as cast iron, the signal to noise ratio is not satisfactory. This is because the sound power that can be echoed by a single ultrasonic transducer is small. With regard to the available ultrasound transmission power, it would be advantageous to combine a plurality of adjacent ultrasound transducers into a subaperture and to use the entirety of these transducers collectively for transmission. However, an enlargement of the transmission aperture leads to a reduced divergence of the ultrasound field which is switched into the test object, so that the volume transmitted through it is reduced.

Weiterhin handelt es sich bei der TFM um ein sequenziell arbeitendes Verfahren, welches darauf basiert, dass der Einschallort jedes in den Prüfling eingeschallten Pulses bekannt ist. Eine Parallelisierung des Verfahrens beispielsweise dadurch, dass mittels mehrerer, voneinander beanstandeter Wandler des Wandlerarrays gleichzeitig gesendet wird, ist daher grundsätzlich ausgeschlossen. Eine Bildaufnahme mittels TFM ist wegen deren sequenziellen Bildaufnahme stets langsam. Diese Probleme haben sich bislang als in der Praxis nicht lösbar erwiesen.Furthermore, the TFM is a sequential operating method which is based on the fact that the location of each pulsed signal into the test object is known. A parallelization of the method, for example, the fact that is sent simultaneously by means of multiple, spaced-apart converter of the converter array is therefore excluded in principle. Image capture using TFM is always slow because of its sequential image capture. These problems have so far proven to be unsolvable in practice.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, mittels welchem aus dem Stand der Technik vorbekannte zerstörungsfreie Prüfverfahren, die auf Ultraschall basieren, auf vorteilhafte Weise weitergebildet werden können. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Signal-zu-Rausch-Verhältnis derartiger Verfahren zu verbessern. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung anzugeben.The object of the present invention is therefore to specify a method by means of which prior art non-destructive testing methods based on ultrasound can be advantageously developed. In particular, it is an object of the present invention to improve the signal-to-noise ratio of such methods. It is another object of the invention to provide a device suitable for carrying out the method according to the invention.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 14. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Merkmale dieser Weiterbildungen können im Rahmen des technisch Sinnvollen frei miteinander kombiniert werden, auch wenn dies im Einzelnen nicht explizit angegeben ist.This object is achieved by a method according to claim 1 and by a device according to claim 14. The subclaims relate to advantageous developments of the method according to the invention and of the device according to the invention. The features of these developments can be combined freely within the framework of the technically reasonable, even if this is not explicitly stated in detail.

Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf der Erkenntnis, dass es die im Anmeldezeitpunkt zur Verfügung stehende Hochfrequenz-Digitaltechnik erlaubt, bei typischen Ultraschallfrequenzen, die im Bereich von einigen MHz liegen, auch bei Pulsrepetitionsraten von einigen kHz Pulszüge mit definierter Pulszugform zu erzeugen. Insbesondere ist dies auch bei der Verwendung von Wandlerarrays möglich, die beispielsweise 64 Wandlerelemente in einer quadratischen 8×8-Matrix umfassen können. So beschäftigt sich die US 2014/0211588 A1 mit der gezielten Erzeugung von Ultraschallfeldern in einem Prüfling, deren Geometrie im Prüfling vorgegeben ist. Die dort offenbarte Technik zur Erzeugung derartiger Schallfelder basiert auf einer kohärenten Überlagerung von Ultraschallpulsen im Prüfling, die von verschiedenen Wandlern eines Wandlerarrays ausgesendet werden. Dabei sind die Ultraschallpulse als Pulszüge mit definierter Pulszugform ausgebildet. Die US 2015/0078125 A1 beschäftigt sich mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Erzeugung derartiger Pulszüge. Die DE 10 2014 107 819 A1 schließlich befasst sich mit der Erzeugung von Ultraschallfeldern mit einer Feldgeometrie im Prüfling, die an dessen konkrete Geometrie sowie die gegebene Prüfaufgabe angepasst ist. Die Offenbarung der genannten Offenlegungsschriften wird durch diese Bezugnahme vollumfänglich zur Offenbarung der vorliegenden Anmeldung zugefügt.The method according to the invention is based on the finding that the high-frequency digital technology available at the time of registration allows to generate pulse trains with a defined pulse train even at pulse repetition rates of a few kHz at typical ultrasonic frequencies which lie in the range of a few MHz. In particular, this is also possible with the use of transducer arrays, which may comprise, for example, 64 transducer elements in an 8 × 8 square matrix. That's how it deals US 2014/0211588 A1 with the targeted generation of ultrasonic fields in a test specimen whose geometry is specified in the test specimen. The disclosed therein technique for generating such sound fields based on a coherent superposition of ultrasonic pulses in the specimen, which are emitted by different transducers of a transducer array. The ultrasonic pulses are designed as pulse trains with a defined pulse train shape. The US 2015/0078125 A1 deals with a method and apparatus for generating such pulse trains. The DE 10 2014 107 819 A1 Finally, it deals with the generation of ultrasonic fields with a field geometry in the specimen, which is adapted to its specific geometry and the given test task. The disclosure of the cited disclosures is incorporated by this reference in its entirety to the disclosure of the present application.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist allgemein zur zerstörungsfreien Prüfung eines Prüflings mittels Ultraschall vorgesehen, wobei es sich bei dem Prüfling sowohl um ein Werkstück oder Werkzeug als auch um ein lebendes Objekt handeln kann, z.B. den Körper eines menschlichen oder auch tierischen Patienten. Im Rahmen des Verfahrens wird in einem ersten Verfahrensschritt ein codierter Ultraschallpuls erzeugt und in den Prüfling eingeschallt. Unter einem codierten Ultraschallpuls soll im Kontext der vorliegenden Erfindung ein Signalzug mit einer definierten Pulszugform verstanden werden, wobei die Mittenfrequenz des codierten Ultraschallpulses im Bereich des Ultraschalls liegt, also zwischen einigen hindert kHz bis zu einigen zig MHz, typisch zwischen 1 und 10 MHz. Die dem Ultraschallpuls aufgeprägte Modulation kann hingegen im Bereich von bis zu 50 MHz liegen und ist im Wesentlichen durch die zu Verfügung stehende Bandbreite der zur Pulserzeugung verwendeten Digital- und Analogelektronik begrenzt. Nachfolgend werden aus dem eingeschallten codierten Ultraschallpuls resultierende Echosignale aus dem Prüfling zeitaufgelöst empfangen und bevorzugt zeitaufgelöst digitalisiert und in einer geeigneten Speichervorrichtung zwischengespeichert.A method according to the invention is generally provided for the non-destructive testing of a specimen by means of ultrasound, whereby the specimen may be both a workpiece or a tool and a living object, e.g. the body of a human or even animal patient. As part of the method, a coded ultrasonic pulse is generated in a first process step and sounded into the test specimen. In the context of the present invention, an encoded ultrasound pulse is to be understood as a signal train having a defined pulse train, the center frequency of the encoded ultrasound pulse being in the range of ultrasound, ie between a few kHz to a few tens of MHz, typically between 1 and 10 MHz. The modulation imposed on the ultrasonic pulse, on the other hand, can be in the range of up to 50 MHz and is essentially limited by the available bandwidth of the digital and analog electronics used for pulse generation. Subsequently, echo signals resulting from the encoded coded ultrasonic pulse are received in a time-resolved manner from the test object and preferably digitized in a time-resolved manner and buffered in a suitable memory device.

Erfindungsgemäß werden nun mittels Signalanalyse diejenigen zeitabhängigen Signalanteile in den empfangenen Echosignalen bestimmt, die die identische Codierung wie der eingeschallte Ultraschallpuls aufweisen. Es hat sich bewährt, zur Bestimmung der Signalanteile in den empfangenen Echosignalen, die die identische Codierung wie der eingeschallte Ultraschallpuls aufweisen, ein Optimalfilter zu verwenden. Optimalfilter sind im Bereich der Nachrichtentechnik vielfältig bekannt, wobei diese auch als Matched Filter, Korrelationsfilter oder Signalangepasstes Filter bezeichnet werden. Ein Optimalfilter dient zur optimalen Bestimmung des Vorhandenseins der Amplitude oder der Lage einer bekannten Signalform in Gegenwart von Störungen. Weiterführende Informationen zu Optimalfiltern können dem Fachbuch Jens-Rainer Ohm, Hans Dieter Lüke: Signalübertragung: Grundlagen der digitalen und analogen Nachrichtenübertragungssysteme (10. Aufl.), Springer Berlin 2007, ISBN 3-540-69256-8 , entnommen werden.According to the invention, the time-dependent signal components in the received echo signals which have the identical coding as the ultrasonic pulse are now determined by means of signal analysis. It has proven useful for determining the signal components in the received echo signals, which have the same coding as the ultrasonic pulse that has been injected Optimal filter to use. Optimal filters are widely known in the field of communications engineering, and these are also referred to as matched filters, correlation filters or signal-matched filters. An optimal filter serves to optimally determine the presence of the amplitude or location of a known waveform in the presence of noise. Further information on optimal filters can be found in the textbook Jens-Rainer Ohm, Hans Dieter Lüke: Signal transmission: Fundamentals of digital and analog message transmission systems (10th ed.), Springer Berlin 2007, ISBN 3-540-69256-8 , are taken.

Alternativ zur Verwendung eines Optimalfilters hat es sich als vorteilhaft erwiesen, zur Bestimmung der zeitabhängigen Signalanteile in den empfangenen Echosignalen, die die identische Codierung wie der eingeschallte Ultraschallpuls aufweisen, eine Wavelet-Analyse durchzuführen. As an alternative to the use of an optimum filter, it has proven to be advantageous to carry out a wavelet analysis to determine the time-dependent signal components in the received echo signals, which have the same coding as the ultrasonic pulse.

Erfindungsgemäß werden in nachgelagerten Verfahrensschritten nur noch die bestimmten Signalanteile, die die identische Codierung wie der eingeschallte Ultraschallpuls aufweisen, weiterverarbeitet, z.B. im Rahmen eines qualifizierten Prüfverfahrens gemäß dem Stand der Technik.According to the invention, only the specific signal components which have the identical coding as the ultrasound signal which has been injected in are processed further in subsequent process steps, e.g. in the context of a qualified test method according to the state of the art.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere auch dazu geeignet, das Signal zu Rausch Verhältnis bei sequenziell arbeitenden bildgebenden Verfahren aus dem Stand der Technik wie beispielsweise der Total Focussing Method zu verbessern.In particular, the method according to the invention is also suitable for improving the signal-to-noise ratio in prior art sequential imaging methods such as the total focussing method.

In einer ersten vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die Codierungeine Abfolge von Rechteckpulsen, insbesondere besteht sie aus einer solchen. In diesem Zusammenhang wird nochmals auf die US 2015/0078125 A1 verwiesen.In a first advantageous development of the method according to the invention, the coding comprises a sequence of rectangular pulses, in particular it consists of one. In this context, again on the US 2015/0078125 A1 directed.

In einer alternativen vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die Codierung ein Wavelet, insbesondere besteht sie aus einem solchen. Wavelets lassen sich im Rahmen einer Signalanalyse besonders einfach identifizieren.In an alternative advantageous development of the method according to the invention, the coding comprises a wavelet, in particular it consists of such a wavelet. Wavelets are particularly easy to identify as part of a signal analysis.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Erzeugung des codierten Ultraschallpulses ein Barker-Code oder ein Golay-Code verwendet. Weiterführende Informationen zu diesen Codes können dem Fachbuch von Hans Dieter Lüke: Korrelationssignale, Springer, Berlin 1992, ISBN 3-540-54579-4 , entnommen werden.In a further advantageous development of the method according to the invention, a Barker code or a Golay code is used to generate the coded ultrasonic pulse. Further information on these codes can be found in the textbook of Hans Dieter Lüke: Correlation Signals, Springer, Berlin 1992, ISBN 3-540-54579-4 , are taken.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gegeben, dass zeitgleich eine Mehrzahl von unterschiedlich codierten Pulsen erzeugt wird, die an verschiedenen Einkoppelorten in den Prüfling eingeschallt werden. Unter zeitgleich soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung Folgendes verstanden werden. Wie einleitend erwähnt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Ultraschallprüfung mittels Verfahren und Vorrichtungen, die gemäß der Impuls-Echo-Technik arbeiten. Hierbei wird mit Pulsfolgen gearbeitet, bei denen identisch geformte Ultraschallpulse repetitiv mit einer Repetitionsrate von einigen Kilohertz in den Prüfling eingeschallt werden. Als zeitgleich soll nun angesehen werden, wenn Pulsfolgen innerhalb desselben Sendezyklus in den Prüfling eingeschallt werden. Dies bedeutet nicht, dass die verschiedenen eingeschallten Pulsfolgen, d.h. die verschieden codierten Ultraschallpulse, zwingend einen zeitlichen Überlapp aufweisen müssen. Es ist jedoch ebenfalls nicht ausgeschlossen, dass die verschieden codierten Ultraschallpulse einen zeitlichen Überlapp aufweisen.An advantageous development of the method according to the invention is given by the fact that at the same time a plurality of differently coded pulses is generated, which are sounded into the test object at different coupling locations. At the same time, the following is to be understood in the context of the present invention. As mentioned in the introduction, the present invention relates to ultrasonic testing by methods and apparatus operating according to the pulse-echo technique. In this case, pulse sequences are used in which identically shaped ultrasonic pulses are repetitively tuned into the test specimen at a repetition rate of a few kilohertz. As at the same time should now be considered when pulse sequences are sounded within the same transmission cycle in the DUT. This does not mean that the different in-line pulse trains, i. the differently coded ultrasonic pulses, must necessarily have a temporal overlap. However, it is also not excluded that the differently coded ultrasonic pulses have a temporal overlap.

Die aus den eingeschallten unterschiedlich codierten Pulsen resultierenden Echosignale werden nachfolgend an einer Mehrzahl von verschiedenen Auskoppelorten zeitaufgelöst aufgenommen, wiederum bevorzugt zeitaufgelöst digitalisiert und in einer geeigneten Speichervorrichtung zwischengespeichert. Die Aufnahme kann beispielsweise an sämtlichen Gitterpunkten einer quadratischen, rechteckigen, hexagonalen oder anders raumfüllend geometrisch angeordneten Matrix erfolgen, an denen unabhängig ansteuerbare Wandlerelemente eines Wandlerarrays angeordnet sind.The echo signals resulting from the differentially encoded pulses are subsequently recorded in a time-resolved manner at a plurality of different decoupling locations, again preferably time-resolved digitized and buffer-stored in a suitable memory device. The recording can take place, for example, at all grid points of a square, rectangular, hexagonal or otherwise space-filling geometrically arranged matrix on which independently controllable transducer elements of a transducer array are arranged.

Nachfolgend werden in jedem aufgenommenen Echosignal diejenigen zeitabhängigen Signalanteile bestimmt, die eine identische Codierung wie die eingeschallten Ultraschallpulse aufweisen, wobei diese Bestimmung zumindest für mehrere der bei der Pulserzeugung verwendeten unterschiedlichen Codierungen durchgeführt wird.Subsequently, in each recorded echo signal, those time-dependent signal components are determined which have an identical coding as the ultrasonic pulses which are clipped in, this determination being carried out at least for a plurality of the different codes used in the pulse generation.

Bevorzugt umfassen die unterschiedlichen Codierungen linear unabhängige, transiente Funktionen, bevorzugt sind sie als solche ausgestaltet. Als besonders geeignet haben sich hierzu beispielsweise Wavelets verschiedener Ordnung erwiesen. Diese lassen sich im Rahmen einer Signalanalyse besonders einfach voneinander separieren.Preferably, the different codings comprise linearly independent, transient functions, preferably they are designed as such. For example, wavelets of different order have proven to be particularly suitable for this purpose. These can be particularly easily separated from each other as part of a signal analysis.

Beispielhaft wird davon ausgegangen, dass die ausgesandten Ultraschallpulse voneinander verschiedene Codierungen 1–4 aufweisen. Die aufgenommenen Echosignale werden jeweils dahingehend analysiert, welche Anteile der Codierung 1, der Codierung 2, der Codierung 3 sowie der Codierung 4 sie aufweisen. Diese Signalanteile werden für eine separate Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt.For example, it is assumed that the emitted ultrasound pulses have mutually different codings 1-4. The recorded echo signals are analyzed in each case to the extent of which parts of the coding 1, the coding 2, the coding 3 and the coding 4 they have. These signal components are made available for separate further processing.

In einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens werden die wie vorstehend beschrieben bestimmten zeitabhängigen Signalanteile, die jeweils einer der bei der Pulserzeugung verwendeten Codierungen zugeordnet werden können, in nachfolgenden Verfahrensschritten getrennt von den Signalanteilen weiter verarbeitet, die anderen Codierungen zugehörig sind. Um im Bild des konkreten Beispiels mit den voneinander verschiedenen Codierungen 1–4 zu bleiben, werden die bestimmten Signalanteile, die jeweils einer der Codierungen 1–4 zugeordnet werden können, im weiteren Verfahrensablauf getrennt voneinander weiterverarbeitet.In a preferred development of the method, the time-dependent signal components determined as described above are the respective ones one of the codings used in the pulse generation can be assigned, further processed in subsequent steps separately from the signal components associated with other codings. In order to remain in the image of the concrete example with the mutually different codings 1-4, the specific signal components, which can each be assigned to one of the codings 1-4, are further processed separately in the further process sequence.

Die vorgeschlagene Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich daher insbesondere zu einer Parallelisierung von aus dem Stand der Technik vorbekannten, sequenziell arbeitenden Verfahren. Die Weiterentwicklung erlaubt es auch dann, wenn Ultraschallpulse zeitgleich, aber an verschiedenen Einkoppelorten, in den Prüfling eingeschallt werden, aufgenommene Echosignale eindeutig einem der eingeschallten Ultraschallpulse zuzuordnen, da die Codierung des betreffenden eingeschallten Ultraschallpulses auch im Echosignal aufzufinden ist. Es ist daher möglich, ein bisher zeitaufwändiges, da sequenziell arbeitendes, Verfahren wie beispielsweise die Total Focussing Method deutlich zu beschleunigen, da zeitgleich an einer Vielzahl von verschiedenen Einschallpositionen codierte Ultraschallpulse in den Prüfling eingeschallt werden können, deren resultierende Echosignale nachfolgend anhand der Codierung voneinander getrennt und dann gemäß dem üblichen Verfahrensablauf des aus dem Stand der Technik vorbekannten Verfahrens weiterverarbeitet werden können.The proposed further development of the method according to the invention is therefore particularly suitable for a parallelization of methods known from the prior art, which operate sequentially. The further development also makes it possible to unambiguously assign echo signals recorded to one of the insonified ultrasonic pulses at the same time, but at different coupling locations, into the test specimen, since the encoding of the relevant ultrasonic sonic pulse concerned can also be found in the echo signal. It is therefore possible to significantly speed up a previously time-consuming process, such as the total focussing method, which operates sequentially, since at the same time coded ultrasonic pulses can be injected into the test object at a plurality of different acoustic irradiation positions, the resulting echo signals of which are subsequently separated from each other by the coding and then can be further processed according to the usual procedure of the previously known from the prior art method.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des vorstehend beschriebenen Verfahrens, bei dem zeitgleich eine Mehrzahl verschieden codierter Pulse an verschiedenen Einkoppelorten in den Prüfling eingeschallt werden, wird auf geeignete Weise sichergestellt, dass bei der Weiterverarbeitung der erfindungsgemäß bestimmten zeitaufgelöst erfassten Signalanteile keine Zeitintervalle verarbeitet werden, die einem Volumenelement im Prüfling zugeordnet sind, in welchem sich zwei oder mehr eingeschallte codierte Pulse überlagern, d.h. die jeweiligen Pulszüge einen teilweisen oder vollständigen temporalen Überlapp aufweisen. Tritt eine solche Überlagerung der eingeschalteten Ultraschallpulse in einem solchen Volumenelement auf, so sind Interferenzeffekte zu beachten, die dazu führen können, dass sich die Kodierungen der beiden Ultraschallpulse, die sich in diesem Volumenelement überlagern, gegenseitig partiell auslöschen oder verstärken. Im Ergebnis könnte dies bedeuten, dass ein Echosignal, welches aus diesem Volumenelement herrührt, eine Codierung aufweisen würde, die aus der kohärenten Überlagerung der eingeschalteten Kodierungen besteht und damit keinem der eingeschalteten Ultraschallpulse mehr eindeutig zugeordnet werden könnte.In a further advantageous development of the method described above, in which a plurality of differently coded pulses are injected into the test object at different coupling locations at the same time, it is ensured in a suitable manner that no time intervals are processed in the further processing of the time-resolved signal components determined according to the invention Volume element in the DUT are assigned, in which two or more encoded coded pulses overlap, ie the respective pulse trains have a partial or complete temporal overlap. If such a superimposition of the activated ultrasound pulses occurs in such a volume element, then interference effects must be taken into account which can lead to the mutually partially canceling out or intensifying the codes of the two ultrasound pulses which are superimposed in this volume element. As a result, this could mean that an echo signal resulting from this volume element would have a coding which consists of the coherent superimposition of the encodings switched on and thus could no longer be unambiguously assigned to any of the activated ultrasound pulses.

Die Einhaltung dieser Bedingung kann beispielsweise dadurch sichergestellt werden, dass bei der Weiterverarbeitung der erfindungsgemäß bestimmten zeitabhängigen Signalanteile diejenigen Zeitintervalle nicht verarbeitet werden, die auf Basis einer Laufzeitbetrachtung einem Volumenelement im Prüfling zugeordnet werden können, in welchem sich zwei oder mehr eingeschallte codierte Pulse überlagern. Diese Bedingung kann insbesondere für bestimmte Empfangswinkel erfüllt sein, d.h. unter bestimmten Empfangswinkel kann es in bestimmten Raumbereichen des Prüflings zu einer Überlagerung unterschiedlich codierter Ultraschallpulse kommen. Die diesen Raumbereichen zugeordneten Volumenelemente werden von der Weiterverarbeitung ausgeschlossen. Diese Volumenelemente können in den empfangenen zeitaufgelösten Ultraschallsignalen über die Laufzeit im Prüfling mit bestimmten Zeitintervallen korreliert werden, die dann vor einer Weiterverarbeitung ausgeschlossen werden. Hierzu kann im Rahmen des Verfahrens insbesondere ein spezifischer Algorithmus ausgeführt werden. Diese Betrachtungsweise kann dazu führen, dass bei der Weiterverarbeitung der bestimmten zeitabhängigen Signalanteile ausgewählte durchschallte Raumbereiche des Prüflings gerade nicht berücksichtigt werden.Compliance with this condition can be ensured, for example, by the fact that in the further processing of the time-dependent signal components determined according to the invention those time intervals are not processed which can be assigned to a volume element in the test object based on a transit time observation, in which two or more encoded coded pulses overlap. This condition can be fulfilled in particular for certain reception angles, i. At certain receiving angles, a superimposition of differently coded ultrasonic pulses may occur in certain regions of the specimen. The volume elements assigned to these areas are excluded from further processing. These volume elements can be correlated in the received time-resolved ultrasound signals over the transit time in the test object with specific time intervals, which are then excluded from further processing. For this purpose, in the context of the method, in particular a specific algorithm can be executed. This approach can lead to selected supersonic areas of the device under test not being taken into account in the further processing of the specific time-dependent signal components.

Alternativ kann die Einhaltung dieser Bedingung durch folgende Betrachtung sichergestellt werden. Die eingeschallten codierten Pulse weisen eine typische Pulsdauer T auf. Die Einschallorte der codierten Pulse weisen einen typischen kleinsten Abstand D voneinander auf. Der typische Abstand D für die gegebene typische Pulsdauer T wird nun z.B. durch gezielte Auswahl der zeitgleich sendenden Ultraschallwandler in einem Wandlerarray so groß gewählt ist, dass bei der Weiterverarbeitung erfindungsgemäß bestimmten zeitabhängigen Signalanteile keine Zeitintervalle verarbeitet werden, die einem Volumenelement im Prüfling zugeordnet werden können, in welchem sich zwei oder mehr eingeschallte codierte Pulse überlagern.Alternatively, compliance with this condition can be ensured by the following consideration. The encoded coded pulses have a typical pulse duration T. The loci of the coded pulses have a typical minimum distance D from each other. The typical distance D for the given typical pulse duration T will now be e.g. is chosen so large by selective selection of simultaneously transmitting ultrasonic transducer in a transducer array that no time intervals are processed in the further processing according to the invention certain time-dependent signal components, which can be assigned to a volume element in the DUT, in which superimpose two or more encoded encoded pulses.

Wird zum Senden der codierten Ultraschallpulse sowie zum Empfangen der resultierenden Echosignale aus dem Prüfling beispielsweise ein Wandlerarray verwendet, so wird in einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Algorithmus ausgeführt, der unter Berücksichtigung der vorgegebenen Pulskodierungen diejenigen Wandlerelemente des Wandlerarrays auswählt, die zeitgleich senden können, so dass die vorstehend beschriebene Bedingung für einen möglichst großen Teil des durchschallten Volumens des Prüflings erfüllt ist.If, for example, a transducer array is used for transmitting the coded ultrasound pulses and for receiving the resulting echo signals from the test object, in a preferred development of the method according to the invention an algorithm is selected which, taking into account the predefined pulse codings, selects those transducer elements of the transducer array which can transmit at the same time, so that the condition described above is satisfied for the largest possible part of the sounded through volume of the test specimen.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist zur zerstörungsfreien Prüfung eines Prüflings mittels Ultraschall vorgesehen. Sie weist einen ersten Ultraschallwandler zum Erzeugen und Einschallen eines Ultraschallpulses in einen Prüfling auf, sowie eine Ansteuereinheit, die dazu eingerichtet ist, den ersten Ultraschallwandler dergestalt anzusteuern, dass dieser einen codierten Ultraschallpuls erzeugt und in den Prüfling einschallt. Weiterhin weist die Vorrichtung einen zweiten Ultraschallwandler zum Empfangen von Echosignalen aus dem Prüfling auf, der vom ersten Ultraschallwandler verschieden oder mit diesem identisch sein kann. Es ist eine Signalverarbeitungseinheit vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, die zeitabhängigen Signalanteile in den empfangenen Echosignalen zu bestimmen, die die identische Codierung wie der eingeschallte Ultraschallpuls aufweisen. Schließlich ist eine übergeordnete Verarbeitungseinheit vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, die bestimmten Signalanteile weiterzuverarbeiten, die die identische Codierung wie der eingeschallte Ultraschallpuls aufweisen. Eine solche Vorrichtung ist insbesondere zur Ausführung des vorstehend diskutierten erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet. Es wird daher an dieser Stelle auf die Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen, die vorstehend bereits diskutiert wurden.An inventive device is provided for non-destructive testing of a specimen by means of ultrasound. It has a first ultrasonic transducer for generating and einschallen a Ultrasonic pulse in a specimen on, as well as a drive unit which is adapted to control the first ultrasonic transducer such that it generates a coded ultrasonic pulse and einschallt into the specimen. Furthermore, the device has a second ultrasonic transducer for receiving echo signals from the test piece, which may be different from or identical to the first ultrasonic transducer. A signal processing unit is provided, which is set up to determine the time-dependent signal components in the received echo signals, which have the identical coding as the ultrasonic pulse which has been cut in. Finally, a higher-order processing unit is provided, which is set up to further process the specific signal components which have the same coding as the ultrasonic pulse which has been injected. Such a device is particularly suitable for carrying out the method according to the invention discussed above. Reference is therefore made at this point to the features and advantages of the method according to the invention, which have already been discussed above.

In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung weiterhin eine Speichereinheit, in der die empfangenen Echosignale zeitaufgelöst zwischengespeichert werden, bevor sie einer Weiterverarbeitung zugeführt werden.In an advantageous development, the device according to the invention further comprises a memory unit in which the received echo signals are temporarily stored in a time-resolved manner before they are sent for further processing.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Ansteuereinheit dazu eingerichtet, den ersten Ultraschallwandler dergestalt anzusteuern, dass dieser einen codierten Ultraschallpuls erzeugt, wobei die Codierung eine Abfolge von Rechtecksignalen umfasst, bevorzugt aus einer solchen Abfolge besteht.In a preferred embodiment of the device according to the invention, the drive unit is adapted to drive the first ultrasonic transducer in such a way that it generates a coded ultrasonic pulse, the coding comprising a sequence of square-wave signals, preferably consisting of such a sequence.

In einer alternativen bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Ansteuereinheit dazu eingerichtet, den ersten Ultraschallwandler dergestalt anzusteuern, dass dieser einen codierten Ultraschallpuls erzeugt, wobei die Codierung ein Wavelet umfasst, bevorzugt aus einem Wavelet besteht.In an alternative preferred embodiment of the device according to the invention, the drive unit is adapted to drive the first ultrasonic transducer such that it generates a coded ultrasonic pulse, wherein the coding comprises a wavelet, preferably consists of a wavelet.

In einer weiteren alternativen bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Ansteuereinheit dergestalt eingerichtet, dass der vom ersten Ultraschallwandler erzeugte Ultraschallpuls einen Barker-Code oder einen Golay-Code umfasst.In a further alternative preferred embodiment of the device according to the invention, the drive unit is set up in such a way that the ultrasonic pulse generated by the first ultrasonic transducer comprises a Barker code or a Golay code.

Vorteilhaft umfasst die Signalverarbeitungseinheit einen Optimalfilter, der dazu vorgesehen ist, die zeitabhängigen Signalanteile in den empfangenen Echosignalen zu bestimmen, die die identische Codierung wie der eingeschallte Ultraschallpuls aufweisen.Advantageously, the signal processing unit comprises an optimum filter, which is provided to determine the time-dependent signal components in the received echo signals, which have the same coding as the ultrasonic pulse.

In einer alternativen Ausgestaltung ist die Signalverarbeitungseinheit dazu eingerichtet, eine Wavelet-Analyse der empfangenen Echosignale durchzuführen, um die zeitabhängigen Signalanteile in den empfangenen Echosignalen zu bestimmen, die die identische Codierung wie der eingeschallte Ultraschallpuls aufweisen.In an alternative embodiment, the signal processing unit is set up to carry out a wavelet analysis of the received echo signals in order to determine the time-dependent signal components in the received echo signals, which have the identical coding as the ultrasonic pulse which has been injected.

In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst diese eine Mehrzahl von ersten Ultraschallwandlern, die voneinander beabstandet angeordnet sind. Die Ansteuereinheit ist dazu eingerichtet, mittels der Mehrzahl von ersten Ultraschallwandlern zeitgleich eine Mehrzahl von unterschiedlich codierten Pulsen zu erzeugen und in den Prüfling einzuschallen. Weiterhin umfasst die Vorrichtung eine Mehrzahl von zweiten Ultraschallwandlern, die voneinander beabstandet angeordnet sind. Die ersten und die zweiten Ultraschallwandler können dabei identisch oder auch voneinander verschieden sein. Insbesondere können die ersten und zweiten Ultraschallwandler Elemente ein- oder zweidimensionaler Wandlerarrays sein, die wiederum voneinander verschieden oder identisch sein können. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird ein und dasselbe ein- oder zweidimensionale Wandlerarray sowohl zum Einschallen der Ultraschallpulse in den Prüfling als auch zum Aufnehmen der resultierenden Echosignale aus dem Prüfling verwendet.In a particularly preferred development of the device according to the invention, the latter comprises a plurality of first ultrasonic transducers, which are arranged at a distance from one another. The drive unit is set up to simultaneously generate a plurality of differently coded pulses by means of the plurality of first ultrasonic transducers and to sound them into the test object. Furthermore, the device comprises a plurality of second ultrasonic transducers, which are arranged at a distance from one another. The first and second ultrasonic transducers can be identical or different from each other. In particular, the first and second ultrasonic transducers can be elements of one- or two-dimensional transducer arrays, which in turn can be different or identical to one another. In a particularly preferred embodiment, one and the same one-dimensional or two-dimensional transducer array is used both for collimating the ultrasonic pulses into the test object and for recording the resulting echo signals from the test object.

Weiterhin ist die Auswerteeinheit dazu eingerichtet, in jedem aufgenommenen Echosignal diejenigen zeitabhängigen Signalanteile zu bestimmen, die eine identische Codierung wie die eingeschallten Ultraschallpulse aufweisen, wobei diese Bestimmung zumindest für mehrere der bei der Pulserzeugung verwendeten unterschiedlichen Codierungen durchgeführt wird, bevorzugt für alle verwendeten Codierungen.Furthermore, the evaluation unit is set up to determine in each recorded echo signal those time-dependent signal components which have identical coding as the ultrasonic pulses, this determination being carried out at least for a plurality of the different codes used in pulse generation, preferably for all codings used.

Bevorzugt sind die unterschiedlichen Codierungen als linear unabhängige oder nahezu unabhängige, transiente Funktionen ausgestaltet. Als besonders geeignet haben sich hierzu beispielsweise Wavelets verschiedener Ordnung erwiesen. Diese lassen sich im Rahmen einer Signalanalyse besonders einfach voneinander separieren.Preferably, the different codes are configured as linearly independent or almost independent, transient functions. For example, wavelets of different order have proven to be particularly suitable for this purpose. These can be particularly easily separated from each other as part of a signal analysis.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der vorgenannten besonders bevorzugten Weiterbildung ist die übergeordnete Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet, die von der Auswerteeinheit bestimmten zeitabhängigen Signalanteile, die jeweils zu einer der bei der Pulserzeugung verwendeten unterschiedlichen Codierungen zugehörig sind, in nachfolgenden Verfahrensschritten getrennt von den Signalanteilen, die anderen Codierungen zugehörig sind, weiterzuverarbeiten.In an advantageous development of the aforementioned particularly preferred development, the higher-order processing unit is set up, the time-dependent signal components determined by the evaluation unit, which belong in each case to one of the different codes used in pulse generation, in subsequent method steps separate from the signal components which belong to the other codings are to be further processed.

Die vorgeschlagene Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eignet sich daher insbesondere zu einer Parallelisierung von aus dem Stand der technikvorbekannten, sequenziell arbeitenden Vorrichtungen. Die Weiterentwicklung erlaubt es auch dann, wenn Ultraschallpulse zeitgleich, aber an verschiedenen Einkoppelorten, in den Prüfling eingeschallt werden, aufgenommene Echosignale eindeutig einem der eingeschallten Ultraschallpulse zuzuordnen, da die Codierung des betreffenden eingeschallten Ultraschallpulses auch im Echosignal aufzufinden ist. Es ist daher möglich, ein bisher zeitaufwändiges, da sequenziell arbeitendes, Verfahren wie beispielsweise die Total Focussing Method deutlich zu beschleunigen, da zeitgleich an einer Vielzahl von verschiedenen Einschallpositionen unterschiedlich codierte Ultraschallpulse in den Prüfling eingeschallt werden können, deren resultierende Echosignale nachfolgend anhand der Codierung voneinander getrennt und dann gemäß dem üblichen Verfahrensablauf der aus dem Stand der Technik vorbekannten Verfahren weiterverarbeitet werden können. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist daher die Verarbeitungseinheit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dazu eingerichtet, für jede verwendete Codierung separat das Total Focussing Verfahren anzuwenden. Diese Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung arbeitet daher deutlich schneller als die aus dem Stand der Technik vorbekannten Vorrichtungen, die z.B. zur Ausführung der Total Focussing Method eingerichtet sind, wodurch die Dauer von Untersuchungen an Prüflingen verringert werden kann und somit Kosten gespart werden können. The proposed further development of the device according to the invention is therefore particularly suitable for a parallelization of devices known from the prior art, which operate sequentially. The further development also makes it possible to unambiguously assign echo signals recorded to one of the insonified ultrasonic pulses at the same time, but at different coupling locations, into the test specimen, since the encoding of the relevant ultrasonic sonic pulse concerned can also be found in the echo signal. It is therefore possible to significantly speed up a previously time-consuming process, such as the total focussing method, which operates sequentially, since differently coded ultrasound pulses can be injected into the test object simultaneously at a multiplicity of different insonification positions, the resulting echo signals of which are subsequently coded from one another separated and then further processed according to the usual procedure of the prior art known methods. In a preferred embodiment, therefore, the processing unit of a device according to the invention is adapted to separately apply the total focussing method for each coding used. This embodiment of a device according to the invention therefore operates much faster than the prior art devices known, for example, to set up the Total Focussing Method, whereby the duration of investigations can be reduced to examinees and thus costs can be saved.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der vorstehend beschriebenen Vorrichtung, die dazu eingerichtet ist, zeitgleich eine Mehrzahl verschieden codierter Pulse an verschiedenen Einkoppelorten in den Prüfling einzuschallen, wird auf geeignete Weise sichergestellt, dass bei der Weiterverarbeitung der erfindungsgemäß bestimmten zeitaufgelöst erfassten Signalanteile keine Zeitintervalle verarbeitet werden, die einem Volumenelement im Prüfling zugeordnet sind, in welchem sich zwei oder mehr eingeschallte codierte Pulse überlagern, d.h. die jeweiligen Pulszüge einen teilweisen oder vollständigen temporalen Überlapp aufweisen. Hierauf wurde im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bereits eingegangen, worauf an dieser Stelle verwiesen werden soll.In a further advantageous development of the device described above, which is set up at the same time to include a plurality of differently coded pulses at different coupling locations in the test object, it is ensured in a suitable manner that no time intervals are processed during the further processing of the time-resolved signal components determined according to the invention. which are associated with a volume element in the device under test, in which two or more encoded coded pulses overlap, ie the respective pulse trains have a partial or complete temporal overlap. This has already been discussed in connection with the method according to the invention, to which reference should be made at this point.

Eine erste Möglichkeit, die Einhaltung dieser Bedingung sicherzustellen, besteht darin, die Auswerteeinheit so einzurichten, dass bei der Weiterverarbeitung der von der Auswerteeinheit bestimmten zeitabhängigen Signalanteile diejenigen Zeitintervalle nicht verarbeitet werden, die einem Volumenelement im Prüfling zugeordnet sind, in welchem sich zwei oder mehr eingeschallte codierte Pulse überlagern. Es wird auf die betreffenden Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen.A first possibility to ensure compliance with this condition is to set up the evaluation unit so that in the further processing of the time-dependent signal components determined by the evaluation unit those time intervals are not processed, which are assigned to a volume element in the DUT, in which two or more einallte superimpose coded pulses. Reference is made to the relevant statements in connection with the method according to the invention.

Alternativ kann die Einhaltung dieser Bedingung durch folgende Betrachtung sichergestellt werden. Wie bereits ausgeführt weisen die eingeschallten codierten Pulse eine typische Pulsdauer T und die Einschallorte der codierten Pulse einen typischen kleinsten Abstand D voneinander auf. Die Ansteuereinheit führt nun einen Algorithmus aus, der durch gezielte Auswahl der zeitgleich sendenden Ultraschallwandler in einem Wandlerarray sicher stellt, dass der typische Abstand D für die gegebene typische Pulsdauer T so groß gewählt ist, dass bei der Weiterverarbeitung erfindungsgemäß bestimmten zeitabhängigen Signalanteile keine Zeitintervalle verarbeitet werden, die einem Volumenelement im Prüfling zugeordnet werden können, in welchem sich zwei oder mehr eingeschallte codierte Pulse überlagern.Alternatively, compliance with this condition can be ensured by the following consideration. As already stated, the encoded coded pulses have a typical pulse duration T and the pick-up locations of the coded pulses have a typical smallest distance D from one another. The control unit now executes an algorithm which ensures by targeted selection of the simultaneously transmitting ultrasonic transducer in a transducer array that the typical distance D for the given typical pulse duration T is chosen so large that no time intervals are processed in the further processing according to the invention certain time-dependent signal components which can be assigned to a volume element in the device under test in which two or more encoded coded pulses overlap.

Wird zum Senden der codierten Ultraschallpulse sowie zum Empfangen der resultierenden Echosignale aus dem Prüfling beispielsweise ein Wandlerarray verwendet, so wird in einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung von der Ansteuereinheit ein Algorithmus ausgeführt, der unter Berücksichtigung der vorgegebenen Pulskodierungen diejenigen Wandlerelemente des Wandlerarrays auswählt, die zeitgleich senden können, so dass die vorstehend beschriebene Bedingung für einen möglichst großen Teil des durchschallten Volumens des Prüflings erfüllt ist.If, for example, a transducer array is used for transmitting the coded ultrasound pulses and for receiving the resulting echo signals from the test object, in a preferred refinement of the device according to the invention an activation algorithm executes the algorithm which, taking into account the predetermined pulse codings, selects those transducer elements of the transducer array which coincide so that the condition described above is satisfied for as large a part as possible of the sounded through volume of the test object.

Weitere Vorteile und Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie den nachfolgend diskutierten Ausführungsbeispielen, die zur Verdeutlichung der Erfindung dienen und nicht einschränkend zu verstehen sind. Sie werden anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:Further advantages and features of the method according to the invention and the device according to the invention will become apparent from the dependent claims and the embodiments discussed below, which serve to illustrate the invention and are not intended to be limiting. They are explained in more detail with reference to the drawing. In this show:

1: ein erstes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung, 1 A first exemplary embodiment of a device according to the invention

2: ein zweites Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung, und 2 a second embodiment of a device according to the invention, and

3: eine schematische Darstellung der Sende- und Empfangsverhältnisse bei der Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit der Vorrichtung gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels. 3 : A schematic representation of the transmission and reception conditions in the execution of a method according to the invention with the device according to the second embodiment.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 zur zerstörungsfreien Prüfung eines Prüflings mittels Ultraschall in einer schematischen Darstellung. Die Vorrichtung 100 umfasst einen ersten Ultraschallwandler 10 zum Erzeugen und Einschallen von Ultraschallpulsen in einen Prüfling 200. Der erste Ultraschallwandler 10 ist mit einer Ansteuereinheit 20 verbunden, die dazu eingerichtet ist, den Ultraschallwandler 10 dergestalt anzusteuern, dass dieser eine Folge von codierten identischen Ultraschallpulsen erzeugt, ggf. unter Anwendung einer variablen Zeitverzögerung, und in den Prüfling 200 einschallt. Dabei kann die Ansteuereinheit 20 dazu eingerichtet sein, den ersten Ultraschallwandler 10 dergestalt anzusteuern, dass dieser codierte Ultraschallpulse erzeugt, deren Codierung eine Abfolge von Rechtecksignalen umfasst. Alternativ kann die Ansteuereinheit 20 so eingerichtet sein, dass die vom ersten Ultraschallwandler 10 erzeugten Ultraschallpulse einen Barker-Code oder einen Golay-Code oder ein Wavelet umfassen. 1 shows a first embodiment of a device according to the invention 100 for the non-destructive testing of a test specimen by means of ultrasound in a schematic representation. The device 100 includes a first ultrasonic transducer 10 for generating and sounding in Ultrasonic pulses in a test specimen 200 , The first ultrasonic transducer 10 is with a drive unit 20 connected, which is adapted to the ultrasonic transducer 10 in such a way that it generates a sequence of coded identical ultrasound pulses, possibly with the use of a variable time delay, and into the test object 200 einschallt. In this case, the drive unit 20 be adapted to the first ultrasonic transducer 10 in such a way that it generates coded ultrasonic pulses whose coding comprises a sequence of square-wave signals. Alternatively, the drive unit 20 be set up so that the first ultrasonic transducer 10 generated ultrasonic pulses comprise a Barker code or a Golay code or a wavelet.

Weiterhin umfasst die Vorrichtung 100 einen zweiten Ultraschallwandler 30 zum Empfangen von Echosignalen aus dem Prüfling 200. Der zweite Ultraschallwandler 30 wandelt empfangene akustische Echosignale in elektrische Signale um und ist mit einer Signalverarbeitungseinheit 40 verbunden. In dieser werden die vom zweiten Ultraschallwandler 30 aus empfangenen akustischen Signalen erzeugten elektrischen Signale verstärkt, gegebenenfalls gefiltert, digitalisiert und an eine Speichereinheit 50 übergeben, in der die zeitaufgelösten digitalisierten Echosignale temporär zwischengespeichert werden. In zeitlicher Hinsicht ist die Speichertiefe bevorzugt gegeben durch den zeitlichen Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen. Die Speichertiefe kann jedoch auch kürzer oder gegebenenfalls auch länger sein.Furthermore, the device comprises 100 a second ultrasonic transducer 30 for receiving echo signals from the test object 200 , The second ultrasonic transducer 30 converts received acoustic echo signals into electrical signals and is equipped with a signal processing unit 40 connected. In this are the second ultrasonic transducer 30 amplified electrical signals generated from received acoustic signals, optionally filtered, digitized and sent to a memory unit 50 in which the time-resolved digitized echo signals are temporarily stored temporarily. In terms of time, the memory depth is preferably given by the time interval between two consecutive pulses. However, the storage depth can also be shorter or possibly longer.

Weiterhin ist die Signalverarbeitungseinheit 40 dazu eingerichtet, ggf. eine oder mehrere wandlerspezifische Zeitverzögerungen auf die zwischen gespeicherten Signalanteile anzuwenden und nachfolgend oder in einem vorgelagerten Verarbeitungsschritt diejenigen zeitabhängigen Signalanteile in den in der Speichereinheit 50 zwischengespeicherten empfangenen Echosignalen zu bestimmen, die die identische Codierung wie der eingeschallte Ultraschallpuls aufweisen. Hierzu sind in der Signalverarbeitungseinheit 40 Mittel für eine Wavelet-Analyse der empfangenen Echosignale vorgesehen, die es erlauben, die zeitabhängigen Signalanteile in den empfangenen Echosignalen zu bestimmen, die die identische Codierung wie der eingeschallte Ultraschallpuls aufweisen. Ergänzend umfasst die Signalverarbeitungseinheit 40 einen Optimalfilter, der dazu vorgesehen ist, unter Bestimmung einer Autokorrelationsfunktion die zeitabhängigen Signalanteile in den empfangenen Echosignalen zu bestimmen, die die identische Codierung wie der eingeschallte Ultraschallpuls aufweisen.Furthermore, the signal processing unit 40 adapted to apply, if necessary, one or more transducer-specific time delays to the signal components stored between them and subsequently or in an upstream processing step those time-dependent signal components in the memory unit 50 to determine buffered received echo signals having the same coding as the ultrasonic pulse. These are in the signal processing unit 40 Means are provided for a wavelet analysis of the received echo signals, which make it possible to determine the time-dependent signal components in the received echo signals, which have the same coding as the ultrasonic pulse. In addition, the signal processing unit includes 40 an optimal filter, which is provided, while determining an autocorrelation function, to determine the time-dependent signal components in the received echo signals, which have the same coding as the ultrasonic pulse which has been injected.

Die Signalverarbeitungseinheit 40 ist mit einer übergeordneten Verarbeitungseinheit 60 verbunden, an die die Signalverarbeitungseinheit 40 die bestimmten zeitabhängigen Signalanteile, die die identische Codierung wie der eingeschallte Ultraschallpuls aufweisen, zur Weiterverarbeitung übergibt. Im Rahmen der Weiterverarbeitung kann die übergeordnete Verarbeitungseinheit 60 beispielsweise eine oder mehrere wandlerspezifische Zeitverzögerungen auf die zwischen gespeicherten Signalanteile anwenden und nachfolgend oder in einem vorgelagerten Verarbeitungsschritt eine Fehlergrößenbestimmung und -lagebestimmung gemäß üblichen, aus dem Stand der Technik bekannten Prüfungsverfahren aus dem Gebiet der zerstörungsfreien Prüfung mittels Ultraschall durchführen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird eine Schweißnaht 210 in einem plattenförmigen Prüfling 200 in einer Tandemprüfkopfkonfiguration geprüft. Die Ergebnisse der Prüfung werden auf einer Visualisierungseinheit 80, die mit der übergeordneten Verarbeitungseinheit 60 verbunden und beispielsweise als Flat Panel Display ausgebildet sein kann, grafisch dargestellt.The signal processing unit 40 is with a parent processing unit 60 connected to the signal processing unit 40 the specific time-dependent signal components, which have the same coding as the ultrasonic pulse, for further processing. As part of further processing, the higher-level processing unit 60 For example, apply one or more transducer-specific time delays to the signal components stored between them and subsequently or in an upstream processing step carry out an error size determination and position determination according to customary testing methods known from the prior art from the field of non-destructive testing by means of ultrasound. In the embodiment shown, a weld 210 in a plate-shaped test piece 200 tested in a tandem probe configuration. The results of the exam will be on a visualization unit 80 that comes with the parent processing unit 60 connected and may be formed, for example, as a flat panel display, shown graphically.

Die Steuereinheit 20, die Signalverarbeitungseinheit 40, die Speichereinheit 50 sowie die übergeordnete Verarbeitungseinheit 60 sind zu einem Ultraschall-Steuergerät 80 zusammengefasst und in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht.The control unit 20 , the signal processing unit 40 , the storage unit 50 and the parent processing unit 60 are to an ultrasound controller 80 summarized and housed in a common housing.

Im ersten Ausführungsbeispiel dient die Codierung der gesendeten Ultraschallpulse sowie die empfangsseitig durchgeführte Signalanalyse auf diejenigen Signalanteile, welche die Codierung der Sendeimpulse aufweisen, dazu, das Signal-Rausch-Verhältnis des angewendeten Prüfverfahrens gemäß Stand der Technik zu verbessern. Es hat sich herausgestellt, dass bei üblichen Prüfverfahren aus dem Bereich der zerstörungsfreien Materialprüfung unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung Signalerhöhungen um bis zu 6 dB erzielt werden können.In the first embodiment, the coding of the transmitted ultrasonic pulses as well as the signal analysis carried out on the receiver side to those signal components which have the coding of the transmission pulses, to improve the signal-to-noise ratio of the applied test method according to the prior art. It has been found that in conventional test methods in the field of non-destructive material testing using the method according to the invention or use of a device according to the invention, signal amplifications of up to 6 dB can be achieved.

Das in 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 basiert auf der Verwendung eines quadratischen Wandlerarrays 70, welches insgesamt vierundsechzig unabhängig ansteuerbare Wandlerelemente 72 umfasst, die in acht Spalten und acht Zeilen angeordnet sind. Gleiche Bezugszeichen wie in 1 bzw. wie im Rahmen des ersten Ausführungsbeispiels verwendete bezeichnen identische technische Merkmale. Im zweiten Ausführungsbeispiel wird jedes Wandlerelement 72 des Wandlerarrays 70 separat angesteuert und dient sowohl als Sende- als auch als Empfangswandler.This in 2 illustrated second embodiment of a device according to the invention 100 based on the use of a square transducer array 70 , which comprises a total of sixty-four independently controllable transducer elements 72 which are arranged in eight columns and eight rows. Same reference numerals as in 1 or as used in the context of the first embodiment denote identical technical features. In the second embodiment, each transducer element 72 of the transducer array 70 controlled separately and serves both as a transmitting and as a receiving transducer.

Das zentrale Steuergerät 80 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 umfasst vierundsechzig Ansteuereinheiten 20, vierundsechzig Signalverarbeitungseinheiten 40 sowie vierundsechzig Speichereinheiten 50, wobei jeweils eine Ansteuereinheit 20, eine Signalverarbeitungseinheit 40 sowie eine Speichereinheit 50 zu einer logischen Einheit zusammengefasst und mit einem Ultraschallwandlerelement 72 verbunden sind. Die Ansteuereinheiten 20, die Signalverarbeitungseinheiten 40 sowie die Speichereinheiten 50 weisen jeweils dieselbe Funktionalität wie im vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel auf. Auch in diesem zweiten Ausführungsbeispiel übergeben die Signalverarbeitungseinheiten 40 die in den empfangenen Ultraschallsignalen bestimmten Signalanteile, die die identische Codierung wie die vom jeweiligen Ultraschallwandler 72 ausgesandten Ultraschallpulse aufweisen, an die übergeordnete Verarbeitungseinheit 70 zur Weiterverarbeitung. Die übergeordnete Verarbeitungseinheit 70 ist wiederum mit einer Visualisierungseinheit 80 verbunden, auf welcher die Ergebnisse der durchgeführten Ultraschallprüfung für einen Benutzer grafisch dargestellt werden. Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel ist die übergeordnete Verarbeitungseinheit 70 im zweiten Ausführungsbeispiel weiterhin dazu eingerichtet, den Ansteuereinheiten 20 individuelle Steuerbefehle zu übermitteln, aufgrund derer die Ansteuereinheiten 20 eine individuelle Codierung anwenden bei der Ansteuerung des verbundenen Wandlerelements 72, wobei sich die individuellen Codierungen voneinander unterscheiden. Allgemein sind die unterschiedlichen Codierungen als linear unabhängige oder nahezu unabhängige, transiente Funktionen ausgestaltet, wobei im Rahmen des Ausführungsbeispiels auf Wavelets verschiedener Ordnung zurückgegriffen wird.The central control unit 80 the device according to the invention 100 includes sixty-four drive units 20 , sixty-four signal processing units 40 as well as sixty-four memory units 50 , wherein in each case one drive unit 20 . a signal processing unit 40 and a storage unit 50 combined into a logical unit and with an ultrasonic transducer element 72 are connected. The drive units 20 , the signal processing units 40 as well as the storage units 50 each have the same functionality as in the first embodiment described above. Also in this second embodiment, the signal processing units pass 40 the determined in the received ultrasonic signals signal components, the identical coding as that of the respective ultrasonic transducer 72 Have transmitted ultrasonic pulses to the higher-level processing unit 70 for further processing. The parent processing unit 70 is in turn with a visualization unit 80 connected, on which the results of the performed ultrasonic testing for a user are graphed. In contrast to the first embodiment, the higher-level processing unit 70 in the second embodiment, further adapted to the drive units 20 to transmit individual control commands on the basis of which the control units 20 apply an individual coding when driving the connected transducer element 72 , where the individual codes differ from each other. In general, the different codings are designed as linearly independent or almost independent, transient functions, wherein wavelets of different order are used within the scope of the exemplary embodiment.

Weiterhin ist die übergeordnete Verarbeitungseinheit 70 dazu eingerichtet, wechselnde Untermengen der aus der Gesamtheit der 64 im Wandlerarray 70 zusammengefassten, individuell ansteuerbaren Ultraschallwandler 72 auszuwählen und nur die diejenigen Ansteuereinheiten 20 dergestalt anzusteuern, dass die mit ihnen verbundenen ausgewählten Wandlerelemente 72 codierte Ultraschallpulse aussenden. Die weiteren im Wandlerarray 70 enthaltenen Wandlerelemente 72 werden in diesem Sendezyklus auf Masse gelegt und senden dementsprechend keine Ultraschallpulse aus.Furthermore, the higher-level processing unit 70 to set up changing subsets of the totality of 64 in the converter array 70 combined, individually controllable ultrasonic transducer 72 and only those control units 20 to drive in such a way that the selected transducer elements connected to them 72 send coded ultrasonic pulses. The others in the converter array 70 included transducer elements 72 are grounded in this transmit cycle and accordingly do not emit ultrasound pulses.

Die übergeordnete Verarbeitungseinheit 60 ist nun dazu eingerichtet, die von den Auswerteeinheiten 40 bestimmten zeitabhängigen Signalanteile, die jeweils zu einer der bei der Pulserzeugung verwendeten unterschiedlichen Codierungen zugehörig sind, in nachfolgenden Verfahrensschritten getrennt von den Signalanteilen, die anderen Codierungen zugehörig sind, weiterzuverarbeiten. Diese voneinander getrennt vorliegenden Signalanteile entsprechenden Echosignalen, die gemäß Stand der Technik mit einem sequenziell arbeitenden Verfahren wie der Total Focussing Method gewonnen würden, bei welchem jeweils nur ein Ultraschallwandler einen oder mehrere Ultraschallpulse in den Prüfling einschallen würde und erst nach Empfang der resultierenden Echos aus dem Prüfling auf einen anderen Sendewandler gewechselt würde. Die Weiterverarbeitung kann auch der ggf. sequenziellen Anwendung eines oder mehrerer wandlerspezifischer Zeitverzögerungen umfassenThe parent processing unit 60 is now set up to that of the evaluation units 40 certain time-dependent signal components, which are each associated with one of the different codes used in the pulse generation, to be further processed in subsequent steps separately from the signal components that are associated with other codings. These mutually separated signal components corresponding echo signals, which would be obtained according to the prior art with a sequential method such as the Total Focussing Method, in which only one ultrasonic transducer would einschallen one or more ultrasonic pulses in the specimen and only after receiving the resulting echoes from the DUT would be changed to another transmit transducer. The further processing may also include the possibly sequential application of one or more transducer-specific time delays

Weiterhin ist die Verarbeitungseinheit 60 dazu eingerichtet sicherzustellen, dass bei der Weiterverarbeitung der von den Auswerteeinheiten 40 bestimmten zeitabhängigen Signalanteile keine Zeitintervalle verarbeitet werden, die einem Volumenelement im Prüfling 100 zuzuordnen sind, in welchem sich zwei oder mehr eingeschallte codierte Pulse überlagern. Hierzu ist die Verarbeitungseinheit einerseits dazu eingerichtet, bei der Weiterverarbeitung der von den Auswerteeinheiten 40 bestimmten zeitabhängigen Signalanteile diejenigen Zeitintervalle von einer Verarbeitung auszuschließen, die einem Volumenelement im Prüfling 200 zugeordnet sind, in welchem sich zwei oder mehr eingeschallte codierte Pulse überlagern.Furthermore, the processing unit 60 designed to ensure that in the further processing of the evaluation units 40 certain time-dependent signal components no time intervals are processed, the one volume element in the DUT 100 in which two or more encoded coded pulses overlap. For this purpose, the processing unit is on the one hand set up in the further processing of the evaluation of the units 40 certain time-dependent signal components to exclude those time intervals from processing, which is a volume element in the test object 200 in which two or more encoded coded pulses overlap.

Weiterhin weisen die eingeschallten codierten Pulse eine typische Pulsdauer T auf. Die Verarbeitungseinheit 60 ist nun andererseits so eingerichtet, dass für einen Sendezyklus eine Untergruppe von Ultraschallwandlern 72 des Wandlerarrays 70 ausgewählt wird, die so innerhalb des Arrays 70 angeordnet sind, dass der typische Abstand D der Einschallorte der codierten Pulse für die gegebene typische Pulsdauer T so groß ist, dass bei der Weiterverarbeitung der von den Auswerteeinheit bestimmten zeitabhängigen Signalanteile keine Zeitintervalle verarbeitet werden, die einem Volumenelement im Prüfling zugeordnet sind, in welchem sich zwei oder mehr eingeschallte codierte Pulse überlagern. Bei geeigneter Wahl der sendenden Wandlerelemente 72 findet in keinem der Volumenelemente, aus denen die verarbeiteten Echosignale herrühren, eine temporale Überlagerung von verschiedenen codierten Pulsen statt.Furthermore, the encoded coded pulses have a typical pulse duration T. The processing unit 60 is now on the other hand set up so that for a transmission cycle, a subset of ultrasonic transducers 72 of the transducer array 70 is selected so within the array 70 are arranged so that the typical distance D of Einschallorte the coded pulses for the given typical pulse duration T is so large that no time intervals are processed in the further processing of the determined by the evaluation unit time-dependent signal components, which are associated with a volume element in the DUT, in which overlay two or more encoded coded pulses. With a suitable choice of the transmitting transducer elements 72 In all of the volume elements from which the processed echo signals originate, there is no temporal superimposition of different coded pulses.

Die Verarbeitungseinheit 60 kann weiterhin dazu eingerichtet sein, die individuellen Sendezeitpunkte T der verschiedenen codierten Pulse innerhalb eines Sendezyklus geeignet einzustellen, um die Einhaltung der vorgenannten Bedingung sicherzustellen. In der Regel wird die Verarbeitungseinheit 60 dazu eingerichtet sein, zur Einhaltung der vorgenannten Bedingung sowohl die Untergruppe der sendenden Ultraschallwandler als auch die individuellen Sendezeitpunkte T der verschiedenen codierten Pulse innerhalb eines Sendezyklus geeignet bestimmen. The processing unit 60 can also be set up to suitably set the individual transmission times T of the different coded pulses within a transmission cycle in order to ensure compliance with the aforementioned condition. In general, the processing unit 60 be set up to comply with the above condition, both the subset of the transmitting ultrasonic transducers and the individual transmission times T of the various coded pulses within a transmission cycle suitable.

Dies ist in 3 verdeutlicht, in welchem eine Vorrichtung gemäß 2 sowie ein Wandlerarray 70 mit sechzehn mal sechzehn unabhängig ansteuerbaren Wandlerelementen 72 verwendet wird. Im gezeigten Sendezyklus senden nur die markierten Wandlerelemente 72 jeweils einen Ultraschallpuls aus. Dabei sind die von den verschiedenen Sendewandlern 72 ausgesendeten Ultraschallpulse jeweils individuell codiert, wobei die Codierung aus einer individuellen Abfolge von Rechtecksignalen unterschiedlicher Amplitude besteht. Die Sendewandler 72 sind so räumlich voneinander beabstandet, dass die innerhalb des einen Sendezyklus ebenfalls nicht zwangsläufig zu identischen Zeitpunkten ausgesandeten codierten Ultraschallpulse, die jeweils die typischen Pulsdauer T aufweisen, im empfangsseitig abgedeckten durchschallten Raumbereich des Prüflings 200 gerade nicht zeitlich überlappen, insbesondere nicht in den Volumenelementen, in denen sich die in 3 dargestellten Fehlstellen 220 im Prüfling 200 befinden. Ergänzend sind die wandlerspezifischen Sendezeitpunkte Ultraschallpulse geeignet gewählt.This is in 3 illustrates in which a device according to 2 and a transducer array 70 with sixteen by sixteen independently controllable transducer elements 72 is used. In the transmission cycle shown send only the marked transducer elements 72 each one ultrasonic pulse. These are the ones of the different senders 72 each emitted individually encoded ultrasound pulses, wherein the coding consists of an individual sequence of square wave signals of different amplitude. The senders 72 are spatially spaced from each other so that the coded ultrasonic pulses which are likewise not necessarily emitted at identical times within the one transmission cycle, each having the typical pulse duration T, are in the through-sound area of the test object covered on the reception side 200 just do not overlap in time, especially not in the volume elements in which the in 3 represented defects 220 in the test piece 200 are located. In addition, the converter-specific transmission times of ultrasonic pulses are suitably selected.

Nochmals bezugnehmend auf 2 wählt die Verarbeitungseinheit 60 im nächsten Sendezyklus eine andere Untergruppe von Ultraschallwandlern 72 des Wandlerarrays 70 aus, für die die genannte Bedingung ebenfalls erfüllt ist. Dabei werden die verwendeten Codierungen bevorzugt beibehalten, die wandlerspezifischen Sendezeitpunkt jedoch nicht ggf. sendewandlerspezifisch angepasst.Referring again to 2 selects the processing unit 60 another subset of ultrasonic transducers in the next transmission cycle 72 of the transducer array 70 for which the said condition is also fulfilled. In this case, the codings used are preferably retained, but the converter-specific transmission time is not adapted, if necessary, to a transmitter-specific manner.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • US 2014/0211588 A1 [0012] US 2014/0211588 A1 [0012]
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

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  • Hans Dieter Lüke: Korrelationssignale, Springer, Berlin 1992, ISBN 3-540-54579-4 [0020] Hans Dieter Lüke: Correlation Signals, Springer, Berlin 1992, ISBN 3-540-54579-4 [0020]

Claims (28)

Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung eines Prüflings mittels Ultraschall, mit den folgenden Verfahrensschritten: a. Erzeugen eines codierten Ultraschallpulses und Einschallen des codierten Ultraschallpulses in den Prüfling, b. Zeitaufgelöstes Empfangen von Echosignalen aus dem Prüfling, c. Bestimmen der zeitabhängigen Signalanteile in den empfangenen Echosignalen, die die identische Codierung wie der eingeschallte Ultraschallpuls aufweisen, d. Weiterverarbeiten der bestimmten Signalanteile.Method for non-destructive testing of a test specimen by means of ultrasound, comprising the following method steps: a. Generating a coded ultrasonic pulse and einschallen the coded ultrasonic pulse into the sample, b. Time-resolved reception of echo signals from the test object, c. Determining the time-dependent signal components in the received echo signals, which have the same coding as the ultrasonic pulse, d. Further processing of the specific signal components. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die empfangenen Echosignale zeitaufgelöst zwischengespeichert werden.A method according to claim 1, characterized in that the received echo signals are temporarily stored temporarily. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Codierung aus einer Abfolge von Rechteckpulsen besteht.A method according to claim 1, characterized in that the coding consists of a sequence of rectangular pulses. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des codierten Ultraschallpulses ein Barker-Code oder ein Golay-Code oder ein Wavelet verwendet wird.A method according to claim 1, characterized in that a Barker code or a Golay code or a wavelet is used to generate the coded ultrasonic pulse. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Signalanteile in den empfangenen Echosignalen, die die identische Codierung wie der eingeschallte Ultraschallpuls aufweisen, ein Optimalfilter verwendet wird.Method according to Claim 1, characterized in that an optimum filter is used to determine the signal components in the received echo signals which have the same coding as the ultrasound signal. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der zeitabhängigen Signalanteile in den empfangenen Echosignalen, die die identische Codierung wie der eingeschallte Ultraschallpuls aufweisen, eine Wavelet-Analyse durchgeführt wird.A method according to claim 1, characterized in that for the determination of the time-dependent signal components in the received echo signals, which have the same coding as the ultrasonic pulse, a wavelet analysis is performed. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a. zeitgleich eine Mehrzahl von unterschiedlich codierten Pulsen erzeugt wird, die an verschiedenen Einkoppelorten in den Prüfling eingeschallt werden, b. die resultierenden Echosignale an einer Mehrzahl von verschiedenen Auskoppelorten aufgenommen werden, und c. in jedem aufgenommenen Echosignal die zeitabhängigen Signalanteile bestimmt werden, die eine identische Codierung wie die eingeschallten Ultraschallpulse aufweisen, wobei diese Bestimmung zumindest für mehrere der bei der Pulserzeugung verwendeten unterschiedlichen Codierungen durchgeführt wird.A method according to claim 1, characterized in that a. at the same time a plurality of differently coded pulses is generated, which are sounded at different Einkoppelorten in the specimen, b. the resulting echo signals are received at a plurality of different decoupling locations, and c. in each recorded echo signal, the time-dependent signal components are determined which have an identical coding as the ultrasonic pulses, this determination being carried out at least for a plurality of the different codes used in the pulse generation. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Codierungen linear unabhängige transiente Funktionen umfassen.A method according to claim 7, characterized in that the different codings comprise linearly independent transient functions. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt c. bestimmten zeitabhängigen Signalanteile, die jeweils zu einer der bei der Pulserzeugung verwendeten Codierungen zugehörig sind, in nachfolgenden Verfahrensschritten getrennt von den Signalanteilen, die anderen Codierungen zugehörig sind, weiter verarbeitet werden.A method according to claim 7, characterized in that in step c. certain time-dependent signal components, which are each associated with one of the codings used in the pulse generation, are processed further in subsequent method steps separately from the signal components which are associated with other codings. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf geeignete Weise sichergestellt wird, dass bei der Weiterverarbeitung der in Schritt c. bestimmten zeitabhängigen Signalanteile keine Zeitintervalle verarbeitet werden, die einem Volumenelement im Prüfling zugeordnet sind, in welchem sich zwei oder mehr eingeschallte codierte Pulse überlagern.A method according to claim 7, characterized in that it is ensured in a suitable manner that in the further processing in step c. certain time-dependent signal components no time intervals are processed, which are assigned to a volume element in the DUT, in which superimpose two or more encoded coded pulses. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Weiterverarbeitung der in Schritt c. bestimmten zeitabhängigen Signalanteile diejenigen Zeitintervalle nicht verarbeitet werden, die einem Volumenelement im Prüfling zugeordnet sind, in welchem sich zwei oder mehr eingeschallte codierte Pulse überlagern.A method according to claim 10, characterized in that in the further processing in step c. certain time-dependent signal components those time intervals are not processed, which are assigned to a volume element in the DUT, in which two or more encoded coded pulses overlap. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass a. die eingeschallten codierten Pulse eine typische Pulsdauer T aufweisen, b. die Einschallorte der codierten Pulse einen typischen Abstand D voneinander aufweisen, und c. der typische Abstand D für die gegebene typische Pulsdauer T so groß gewählt ist, dass bei der Weiterverarbeitung der in Schritt c. bestimmten zeitabhängigen Signalanteile keine Zeitintervalle verarbeitet werden, die einem Volumenelement im Prüfling zugeordnet sind, in welchem sich zwei oder mehr eingeschallte codierte Pulse überlagern.A method according to claim 10, characterized in that a. the encoded coded pulses have a typical pulse duration T, b. the locations of the coded pulses have a typical distance D from one another, and c. the typical distance D is chosen to be so large for the given typical pulse duration T that in the further processing of the process described in step c. certain time-dependent signal components no time intervals are processed, which are assigned to a volume element in the DUT, in which superimpose two or more encoded coded pulses. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einschallen der codierten Pulse in den Prüfling oder/und zum Empfangen der Echosignale Ultraschallwandler verwendet werden, die Teil eines Arrays von Ultraschallwandlern sind.Method according to claim 1, characterized in that ultrasound transducers, which form part of an array of ultrasonic transducers, are used for collimating the encoded pulses into the specimen or / and for receiving the echo signals. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für jede verwendete Codierung separat ein bildgebendes Verfahren angewendet wird, insbesondere die Total Focusing Method.A method according to claim 7, characterized in that for each coding used separately an imaging method is used, in particular the Total Focusing Method. Vorrichtung (100) zur zerstörungsfreien Prüfung eines Prüflings mittels Ultraschall, mit den folgenden Merkmalen: a. einem ersten Ultraschallwandler zum Erzeugen und Einschallen eines Ultraschallpulses in einen Prüfling, b. einer Ansteuereinheit, die dazu eingerichtet ist, den Ultraschallwandler dergestalt anzusteuern, dass dieser einen codierten Ultraschallpuls erzeugt und in den Prüfling einschallt, c. einem zweiten Ultraschallwandler zum Empfangen von Echosignalen aus dem Prüfling, d. einer Signalverarbeitungseinheit, die dazu vorgesehen ist, die zeitabhängigen Signalanteile in den empfangenen Echosignalen zu bestimmen, die die identische Codierung wie der eingeschallte Ultraschallpuls aufweisen, e. einer übergeordneten Verarbeitungseinheit, die dazu eingerichtet ist, die bestimmten Signalanteile weiterzuverarbeiten, die die identische Codierung wie der eingeschallte Ultraschallpuls aufweisen.Contraption ( 100 ) for non-destructive testing of a specimen by means of ultrasound, having the following characteristics: a. a first ultrasonic transducer for generating and sounding an ultrasonic pulse into a test object, b. a drive unit which is set up to drive the ultrasonic transducer in such a way that it generates a coded ultrasonic pulse and sounds into the test object, c. a second ultrasonic transducer for receiving echo signals from the device under test, d. a signal processing unit, which is provided to determine the time-dependent signal components in the received echo signals, which have the identical coding as the ultrasonic pulse, e. a higher-level processing unit, which is set up to further process the specific signal components which have the same coding as the ultrasonic pulse which has been injected. Vorrichtung gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiterhin eine Speichereinheit aufweist, in der die empfangenen Echosignale zeitaufgelöst zwischengespeichert werden.Apparatus according to claim 15, characterized in that the device further comprises a memory unit in which the received echo signals are temporarily stored temporarily. Vorrichtung gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuereinheit dazu eingerichtet ist, den ersten Ultraschallwandler dergestalt anzusteuern, dass dieser einen codierten Ultraschallpuls erzeugt, wobei die Codierungeine Abfolge von Rechteckpulsen umfasst. [s. o.]Apparatus according to claim 15, characterized in that the drive unit is adapted to drive the first ultrasonic transducer such that it generates a coded ultrasonic pulse, wherein the coding comprises a sequence of rectangular pulses. [so] Vorrichtung gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuereinheit dergestalt eingerichtet ist, dass der vom ersten Ultraschallwandler erzeugte Ultraschallpuls einen Barker-Code oder einen Golay-Code oder ein Wavelet umfasst.Apparatus according to claim 15, characterized in that the drive unit is arranged such that the ultrasonic pulse generated by the first ultrasonic transducer comprises a Barker code or a Golay code or a wavelet. Vorrichtung gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungseinheit einen Optimalfilter umfasst, der dazu vorgesehen ist, die zeitabhängigen Signalanteile in den empfangenen Echosignalen zu bestimmen, die die identische Codierung wie der eingeschallte Ultraschallpuls aufweisen.Apparatus according to claim 15, characterized in that the signal processing unit comprises an optimum filter which is provided to determine the time-dependent signal components in the received echo signals having the same coding as the ultrasonic pulse. Vorrichtung gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungseinheit dazu eingerichtet ist, eine Wavelet-Analyse der empfangenen Echosignale durchzuführen, um die zeitabhängigen Signalanteile in den empfangenen Echosignalen zu bestimmen, die die identische Codierung wie der eingeschallte Ultraschallpuls aufweisen.Apparatus according to claim 15, characterized in that the signal processing unit is adapted to carry out a wavelet analysis of the received echo signals in order to determine the time-dependent signal components in the received echo signals having the same coding as the ultrasonic pulse. Vorrichtung gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass: a. die Vorrichtung eine Mehrzahl von ersten Ultraschallwandlern umfasst, die voneinander beabstandet angeordnet sind, b. die Ansteuereinheit dazu eingerichtet ist, mittels der Mehrzahl von ersten Ultraschallwandlern zeitgleich eine Mehrzahl von unterschiedlich codierten Pulsen zu erzeugen und in den Prüfling einzuschallen, c. die Vorrichtung eine Mehrzahl von zweiten Ultraschallwandlern umfasst, die voneinander beabstandet angeordnet sind, d. die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, in jedem aufgenommenen Echosignal die zeitabhängigen Signalanteile zu bestimmen, die eine identische Codierung wie die eingeschallten Ultraschallpulse aufweisen, wobei diese Bestimmung zumindest für mehrere der bei der Pulserzeugung verwendeten unterschiedlichen Codierungen durchgeführt wird.Device according to claim 15, characterized in that: a. the device comprises a plurality of first ultrasonic transducers spaced from each other, b. the drive unit is set up to simultaneously generate a plurality of differently coded pulses by means of the plurality of first ultrasonic transducers and to sound them into the test object, c. the device comprises a plurality of second ultrasonic transducers spaced apart, d. the evaluation unit is set up to determine in each recorded echo signal the time-dependent signal components which have an identical coding as the ultrasonic pulses, this determination being carried out at least for a plurality of the different codes used in the pulse generation. Vorrichtung gemäß Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuereinheit dazu eingerichtet ist, bei der Erzeugung der Mehrzahl von unterschiedlich codierten Pulsen Codierungen anzuwenden, die linear unabhängige, transiente Funktionen umfassen.Apparatus according to claim 21, characterized in that the drive unit is adapted to apply in the generation of the plurality of differently coded pulses codings comprising linearly independent, transient functions. Vorrichtung gemäß Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die übergeordnete Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet ist, die von der Auswerteeinheit bestimmten zeitabhängigen Signalanteile, die jeweils zu einer der bei der Pulserzeugung verwendeten Codierungen zugehörig sind, in nachfolgenden Verfahrensschritten getrennt von den Signalanteilen, die anderen Codierungen zugehörig sind, weiterzuverarbeiten.Apparatus according to claim 21, characterized in that the higher-order processing unit is adapted to the time-dependent signal portions determined by the evaluation unit, which are associated in each case with one of the codings used in the pulse generation, in subsequent steps separately from the signal components, the other codings associated to process further. Vorrichtung gemäß Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die übergeordnete Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet ist, auf geeignete Weise sicherzustellen, dass bei der Weiterverarbeitung der von der Auswerteeinheit bestimmten zeitabhängigen Signalanteile keine Zeitintervalle verarbeitet werden, die einem Volumenelement im Prüfling zugeordnet sind, in welchem sich zwei oder mehr eingeschallte codierte Pulse überlagern.Apparatus according to claim 21, characterized in that the higher-order processing unit is adapted to ensure in a suitable manner that during the further processing of the time-dependent signal portions determined by the evaluation no time intervals are assigned, which are assigned to a volume element in the DUT, in which two or overlay more encoded coded pulses. Vorrichtung gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Weiterverarbeitung der von der Auswerteeinheit bestimmten zeitabhängigen Signalanteile diejenigen Zeitintervalle nicht verarbeitet werden, die einem Volumenelement im Prüfling zugeordnet sind, in welchem sich zwei oder mehr eingeschallte codierte Pulse überlagern.Device according to claim 24, characterized in that during the further processing of the time-dependent signal components determined by the evaluation unit those time intervals are not processed, which are associated with a volume element in the device under test in which two or more encoded coded pulses overlap. Vorrichtung gemäß Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass a. die eingeschallten codierten Pulse eine typische Pulsdauer T aufweisen, b. die Einschallorte der codierten Pulse einen typischen Abstand D voneinander aufweisen, und c. der typische Abstand D für die gegebene typische Pulsdauer T so groß oder die gegebene typische Pulsdauer T für den gegebenen typischen Abstand D so klein ist, dass bei der Weiterverarbeitung der von der Auswerteeinheit bestimmten zeitabhängigen Signalanteile keine Zeitintervalle verarbeitet werden, die einem Volumenelement im Prüfling zugeordnet sind, in welchem sich zwei oder mehr eingeschallte codierte Pulse überlagern.Device according to claim 25, characterized in that a. the encoded coded pulses have a typical pulse duration T, b. the locations of the coded pulses have a typical distance D from one another, and c. the typical distance D for the given typical pulse duration T is so great or the given typical pulse duration T for the given typical distance D is so small that during the further processing of the time-dependent signal components determined by the evaluation unit no time intervals are processed which are assigned to a volume element in the test object in which two or more encoded coded pulses overlap. Vorrichtung gemäß Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten oder/und die zweiten Ultraschallwandler Teil eines Arrays von Ultraschallwandlern sind.Apparatus according to claim 21, characterized in that the first and / or the second ultrasonic transducers are part of an array of ultrasonic transducers. Vorrichtung gemäß Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet ist, für jede verwendete Codierung separat ein bildgebendes Verfahren anzuwenden, insbesondere die Total Focussing Method.Apparatus according to claim 21, characterized in that the processing unit is adapted to apply separately for each coding used an imaging method, in particular the total focussing method.
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