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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung eines Objektes, insbesondere eines Bauteils, mittels Ultraschall.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt bei einer zerstörungsfreien Prüfung eines Objektes mittels Ultraschall (Ultraschallprüfung) eine SAFT-Auswertung (Synthetische Apertur Fokus Technik; abgekürzt SAFT) durchzuführen. Bei einer SAFT-Auswertung (englisch: Synthetic Aperture Focusing Technique) werden typischerweise Messsignale von einer Mehrzahl von räumlichen Positionen eines Ultraschallprüfkopfes miteinander verrechnet. Alternativ kann eine Vielzahl von Ultraschallprüfköpfen an verschiedenen räumlichen Positionen zur SAFT-Auswertung herangezogen werden. Vorteilhafterweise wird durch die SAFT-Auswertung die Nachweisgrenze, beispielsweise von Defekten in einem Bauteil, sowie eine Positionsbestimmung und Größenbestimmung von solchen Defekten verbessert.
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Besonders entscheidend für die gesamte Dauer der Ultraschallprüfung ist ein dieser zugrunde gelegtes Prüfraster. Das ist deshalb der Fall, da aufgrund einer Vermeidung von Phantomechos die Prüfgeschwindigkeit begrenzt ist und sich - im Gegensatz zur Dauer der SAFT-Auswertung - nicht durch schnellere Berechnung auf leistungsfähigeren Computern verkürzen lässt. Daher wird bei einer konventionellen Ultraschallprüfung typischerweise ein grobes Prüfraster verwendet, welches zu Artefakten, beispielsweise Phantomechos, führen kann.
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Aufgrund des groben Prüfrasters können bei der SAFT-Auswertung Artefakte durch Defektechos oder Formechos entstehen. Beispielsweise können selbst bei einem defektfreien Bauteil durch Formechos Artefakte auftreten. Werden diese Formechos nicht berücksichtig beziehungsweise entfernt, so kann das Bauteil als fehlerfrei erkannt werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ultraschallprüfung eines Objektes, insbesondere in Bezug auf deren Zeitaufwand, zu verbessern.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 8 gelöst. In den abhängigen Patentansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung eines Objektes mittels Ultraschall umfasst wenigstens die folgenden Schritte:
- - Durchführen einer ersten Ultraschallprüfung wenigstens eines Bereiches des Objektes basierend auf einem ersten Prüfraster; und
- - Durchführen einer zweiten Ultraschallprüfung eines Teilbereiches des Bereiches basierend auf einem in Bezug auf das erste Prüfraster feineren zweiten Prüfraster, falls bei der ersten Ultraschallprüfung innerhalb des Teilbereiches wenigstens ein Amplitudensignal mit einem Wert oberhalb eines festgelegten Schwellenwertes erfasst wird.
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Als Prüfraster wird eine räumliche Anordnung von Messpunkten innerhalb des Bereiches und/oder Teilbereiches des Objektes bezeichnet. Der Bereich und Teilbereich sind Bereiche der Oberfläche des Objektes. An den Messpunkten wird typischerweise ein Ultraschallprüfkopf der ersten beziehungsweise zweiten Ultraschallprüfung positioniert. Für die erste und zweite Ultraschallprüfung kann ein gemeinsamer Ultraschallprüfkopf verwendet werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird wenigstens der eine Bereich des Objektes, insbesondere das gesamte Objekt oder die gesamte Oberfläche des Objektes, mittels der ersten Ultraschallprüfung zerstörungsfrei geprüft.
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Als Ergebnis der ersten Ultraschallprüfung liegt an wenigstens einem der Messpunkte, die dem ersten Prüfraster zugrunde liegen, wenigstens ein Amplitudensignal vor. Hierbei kann das Amplitudensignal ein Resultat eines Ultraschall-Rekonstruktionsverfahrens, beispielsweise einer SAFT-Auswertung, sein.
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Wird für einen der Messpunkte, der innerhalb des Teilbereiches angeordnet ist, ein Wert des Amplitudensignals (Amplitudensignalwert) erfasst, welcher oberhalb des Schwellenwertes liegt, so wird an dieser Stelle beziehungsweise innerhalb des Teilbereiches die zweite Ultraschallprüfung mit dem feineren zweiten Prüfraster durchgeführt. Dadurch kann vorteilhafterweise die Prüfdauer der erfindungsgemäßen zerstörungsfreien Prüfung gegenüber bekannten Verfahren reduziert werden. Weiterhin wird aufgrund des feineren zweiten Prüfrasters sichergestellt, dass möglichst keine Artefakte auftreten, das heißt die Werte des zugehörigen Amplitudensignals bei einer Abwesenheit von Defekten unterhalb des Schwellenwertes verbleiben. Typischerweise treten solche Artefakte in den direkt angeschallten Bereichen des Objektes auf.
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Mit anderen Worten wird das Objekt gemäß der vorliegenden Erfindung zunächst einer groben Ultraschallprüfung (erste Ultraschallprüfung mit grobem erstem Prüfraster) unterzogen. Sind innerhalb der ersten Ultraschallprüfung auffällige Bereiche (Teilbereiche) vorhanden, so wird dort die zweite Ultraschallprüfung mit einem auf Bezug auf die erste Ultraschallprüfung feineren zweiten Prüfraster durchgeführt. Ein Bereich des Objektes ist auffällig, falls dort ein Amplitudensignal mit einem Wert oberhalb des Schwellenwertes erfasst wird.
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Vorteilhafterweise wird durch die vorliegende Erfindung die Prüfdauer, das heißt die Zeit, die zur zerstörungsfreien Prüfung des Objektes erforderlich ist, reduziert. Das ist deshalb der Fall, da die zu prüfenden Objekte typischerweise keine oder nur eine geringe Anzahl von Defekten aufweisen. Durch die verringerte Prüfdauer sind die Ergebnisse der zerstörungsfreien Prüfung deutlich schneller für eine entsprechende Beurteilung und Auswertung verfügbar (Online-Auswertung) .
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass dadurch für die zerstörungsfreie Prüfung vorgesehene Prüfanlagen eine geringere Auslastung aufweisen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung eines Objektes mittels Ultraschall ist wenigstens
- - zur Durchführung einer ersten Ultraschallprüfung wenigstens eines Bereiches des Objektes basierend auf einem ersten Prüfraster ausgebildet;
- - wobei die Vorrichtung weiterhin dazu ausgebildet ist, eine zweite Ultraschallprüfung eines Teilbereiches des Bereiches basierend auf einem feineren zweiten Prüfraster durchzuführen, falls bei der ersten Ultraschallprüfung innerhalb des Teilbereiches wenigstens ein Amplitudensignal mit einem Wert oberhalb eines festgelegten Schwellenwertes erfasst wird.
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Es ergeben sich zum erfindungsgemäßen Verfahren gleichartige und gleichwertige Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird bei der ersten und/oder zweiten Ultraschallprüfung eine SAFT-Auswertung verwendet.
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Das Amplitudensignal ist hierbei ein SAFT-Amplitudensignal, das heißt eine Amplitude nach der SAFT-Auswertung.
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Durch das feinere Prüfraster der zweiten Ultraschallprüfung wird vorteilhafterweise die SAFT-Auswertung verbessert. Weiterhin wird vorteilhafterweise durch die SAFT-Auswertung die Nachweisbarkeitsgrenze von Defekten innerhalb des Objektes verbessert.
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Alternativ oder Ergänzend können weitere bildgebende Ultraschall-Rekonstruktions-Verfahren beziehungsweise Auswertungsverfahren, die Messdaten mittels einer synthetischen Apertur auswerten, verwendet werden. Beispielsweise FMC-Verfahren (englisch: Full Matrix Capture; abgekürzt FMC), TFM-Verfahren (englisch: Total Focussing Method; abgekürzt TFM), SPA-Verfahren (englisch: Sampling Phased Array; abgekürzt SPA) und/oder SynFo-SPA-Verfahren (englisch: Synthetic Focusing-Sampling Phased Array; abgekürzt SynFo-SPA).
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das erste Prüfraster unter Berücksichtigung eines vorgesehenen Signal-Rausch-Verhältnisses beziehungsweise Signal-Artefakt-Verhältnis festgelegt.
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Mit anderen Worten wird vor der zerstörungsfreien Prüfung des Objektes festgelegt, welches Signal-Rausch-Verhältnis zu erreichen ist. Anhand des festgelegten Signa-Rausch-Verhältnisses kann das erste Prüfraster in Bezug auf seine Feinheit ausgestaltet werden. Dadurch wird vorteilhafterweise die Prüfdauer der zerstörungsfreien Prüfung des Objektes möglichst optimiert.
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Hierbei ist es besonders bevorzugt, wenn das vorgesehene Signal-Rausch-Verhältnis anhand einer Simulation bestimmt wird, wobei bei der Simulation ein Gefügemodell des Objektes verwendet wird.
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Vorteilhafterweise kann dadurch ein optimales Signal-Rausch-Verhältnis der zerstörungsfreien Prüfung des Objektes zugrunde gelegt werden. Ein Gefügemodell ist hierbei beispielsweise ein mittels einer Rechenvorrichtung, insbesondere mittels eines Computers, hinterlegtes Modell der Korngrenzen und/oder Schichten des Objektes.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird bereits während der ersten Ultraschallprüfung die zweite Ultraschallprüfung durchgeführt.
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Dadurch kann vorteilhafterweise die Prüfdauer weiter reduziert werden. Hierbei wird die zweite Ultraschallprüfung für bereits auffällige Teilbereiche des Objektes durchgeführt, während Bereiche des Objektes noch durch die erste Ultraschallprüfung geprüft werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Bestimmung des Teilbereiches automatisiert.
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Beispielsweise kann die Automatisierung mittels einer Rechenvorrichtung, insbesondere mittels eines Computers, die die Bedingung auswertet, ob ein Wert eines Amplitudensignals oberhalb des festgelegten Schwellenwertes erfasst wurde, prüft, erfolgen. Dadurch kann vorteilhafterweise die Prüfdauer der zerstörungsfreien Prüfung des Objektes weiter reduziert werden, da hierdurch die erste und zweite Ultraschallprüfung, wenigstens für getrennte Bereiche des Objektes, zeitlich parallel erfolgen kann.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Schwellenwert in Abhängigkeit des Teilbereiches festgelegt.
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Mit anderen Worten ist der Schwellenwert ortabhängig. Das Objekt kann eine Mehrzahl von Teilbereichen aufweisen, wobei für die Teilbereiche verschiedene Schwellenwerte festgelegt werden. Dadurch kann der Schwellenwert gezielt auf in Bezug auf Artefakte und/oder Defekte kritische Bereiche des Objektes eingestellt werden, sodass die Prüfdauer vorteilhafterweise weiter reduziert wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Vorrichtung einen Ultraschallprüfkopf zum Einschallen von Ultraschall auf das Objekt, eine Empfangsvorrichtung zum Erfassen von Ultraschall, insbesondere von von dem Objekt reflektiertem Ultraschall, und eine Auswertevorrichtung. Hierbei ist die Auswertevorrichtung dazu ausgebildet eine SAFT-Auswertung durchzuführen und zu ermitteln, ob ein erfasster Wert eines Amplitudensignals oberhalb des festgelegten Schwellenwertes ist.
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Dadurch wird vorteilhafterweise die Prüfdauer der zerstörungsfreien Prüfung des Objektes mittels Ultraschall weiter reduziert.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen schematisiert:
- 1 eine erste erfindungsgemäße Vorrichtung; und
- 2 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Gleichartige, gleichwertige oder gleichwirkende Elemente können in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen sein.
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In 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst einen Ultraschallprüfkopf 2 zum Einschallen von Ultraschall auf ein zu prüfendes Objekt 1, eine Erfassungsvorrichtung 4, die beispielsweise als Ultraschalldetektor ausgebildet ist, sowie eine Rechenvorrichtung 6, insbesondere einen Computer.
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Alternativ kann der Ultraschallprüfkopf 2 zum Einschallen und zum Empfangen von Ultraschall vorgesehen sein. Mit anderen Worten ist der Ultraschallprüfkopf 2 als Sender und Empfänger für Ultraschall ausgebildet.
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Mittels des Ultraschallprüfkopfes 2 wird das zu prüfende Objekt 1, insbesondere ein Bauteil, basierend auf einem ersten Prüfraster 41 geprüft. Das erste Prüfraster ist symbolisch in einem Bereich des Objektes 1 als Gitter dargestellt. Hierbei kann für jeden Messpunkt, die den Rasterkonten des Prüfrasters entsprechen, wenigstens ein Amplitudensignal, insbesondere eine Mehrzahl von Amplitudensignalen, mittels der Erfassungsvorrichtung 4 erfasst werden.
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Mittels der Rechenvorrichtung 6 kann das Amplitudensignal 101, nach einer SAFT-Auswertung, die ebenfalls mittels der Rechenvorrichtung 6 erfolgen kann, einem Anwender, beispielsweise durch eine optische Anzeige, bereitgestellt werden. Diese Bereitstellung ist in 1 symbolisch dargestellt.
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Weist das zu prüfende Objekt 1 innerhalb eines Teilbereiches 100 einen Defekt 8 auf, so kann aufgrund des Defektes 8 wenigstens ein Wert des erfassten Amplitudensignals 101 oberhalb eines festgelegten Schwellenwertes 102 liegen. Hierbei ist der Schwellenwert 102 symbolisch durch die horizontale gestrichelte Linie angedeutet.
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Das Amplitudensignal 101, dass ebenfalls symbolisch angedeutet ist, überschreitet in seinem Spitzenbereich den Schwellenwert 102. Daher wird erfindungsgemäß innerhalb des Teilbereiches 100, in welchem der Defekt 8 vorliegt, eine zweite Ultraschallprüfung durchgeführt. Hierbei basiert die zweite Ultraschallprüfung auf einem zweiten Prüfraster 42, welches bezüglich des ersten Prüfrasters 41 feiner ausgebildet ist. Mit anderen Worten sind die Messpunkte des zweiten Prüfrasters 42 in Bezug auf die Messpunkte des ersten Prüfrasters 41 näher zueinander angeordnet. Es werden daher vorteilhafterweise nur die Bereiche des Objektes 1 mittels des feineren zweiten Prüfrasters 42 geprüft, welche gemäß der ersten Ultraschallprüfung auffällig sind. Dadurch kann vorteilhafterweise die Prüfdauer der zerstörungsfreien Prüfung des Objektes 1 deutlich reduziert werden.
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Der mittels des Ultraschallprüfkopfes 2 eingeschallte Ultraschall ist symbolisch durch die aufeinander folgenden Ellipsensegmente oder Kreissegmente dargestellt. Der vom Objekt 1 reflektierte Ultraschall, insbesondere der vom Defekt 8 reflektierte Ultraschall, ist ebenfalls durch aufeinander folgende Ellipsensegmente oder Kreissegmente angedeutet.
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In 2 ist das Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
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In einem ersten Schritt S1 des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt eine erste Ultraschallprüfung wenigstens eines Bereiches eines Objektes, insbesondere des gesamten Objektes, basierend auf einem ersten Prüfraster. Der Bereich ist typischerweise ein Oberflächenbereich des Objektes.
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In einem weiteren Schritt S2 wird ausgewertet, ob wenigstens ein Wert eines erfassten Amplitudensignals oberhalb eines festgelegten Schwellenwertes liegt. Wird ein solcher Wert erkannt, so erfolgt in einem dritten Schritt S3 eine zweite Ultraschallprüfung des Teilbereiches des Bereiches, in welchem der Wert erkannt wurde, mittels eines feineren zweiten Prüfrasters.
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In einem ergänzenden Schritt kann der Teilbereich des Bereiches festgelegt werden. Beispielsweise kann dies dadurch erfolgen, dass ein Bereich der Oberfläche des Objektes bestimmt wird, von welchem aus der Ort beziehungsweise Messpunkt der Überschreitung des Schwellenwertes angeschallt werden kann.
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In den Bereichen des Objektes, in welchem kein Wert oberhalb des Schwellenwertes erkannt wird oder vorliegt, ist keine weitere Ultraschallprüfung mit dem feineren ersten Prüfraster erforderlich. Dies entspricht im dargestellten Flussdiagramm einem vierten Schritt S4.
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Durch die vorliegende Erfindung wird die Prüfdauer einer zerstörungsfreien Prüfung eines Objektes, insbesondere eines Bauteils, vorteilhafterweise reduziert.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt oder andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
