DE19860127C1 - Ultraschall-Mehrfachprüfkopf - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ultraschall-Mehrfachprüfkopf mit n Ein- und Ausgangskanälen und überlappender Schallfeldcharakteristik für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung, der n + x mit x >= 1 reihenweise angeordnete, piezoelektrische Einzelelemente mit annähernd gleichem Frequenz-Übertragungsverhalten und eine direkt im Prüfkopf angeordnete Elektronik mit Schaltungs- und Verstärkungseinrichtungen aufweist, wobei von den n + x ein Lineal bildenen Einzelelementen jeweils mindestens zwei Einzelelemente gleichzeitig senden und empfangen. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß jeder Eingangskanal (E¶i¶) mit mindestens zwei unmittelbar benachbarten oder in der Nähe befindlichen Einzelelementen (P¶i¶) aus piezoelektrischem Material über eine eben solche Anzahl elektronischer Schalter (S¶i¶) in der Weise verbunden ist, daß diese benachbarten Einzelelemente bei geschlossener Schalterstellung mit demselben elektrischen Eingangssendesignal gemeinsam beaufschlagt werden, daß die jedem Eingangskanal (E¶i¶) zugeordneten elektronischen Schalter (S¶i¶) durch Wirken des jeweiligen Eingangssendesignals geschlossen werden, und daß jeder Ausgangskanal (A¶i¶) mit mindestens zwei unmittelbar benachbarten oder in der Nähe befindlichen Einzelelementen (P¶i¶) über eine Summationsschaltung (V¶i¶) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ultraschall-Mehrfachprüfkopf mit n < 2 Ein- und Ausgangskanälen und überlappender Schallfeldcharakteristik gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein Ultraschall-Mehrfachprüfkopf der gattungsmäßigen Art ist bekannt (siehe Fachzeitschrift Insight, Vol. 40 No 3, March 98, Seiten 154-159). Die genannte Veröffentlichung befaßt sich mit dem Problem der Prüfung von Flugzeugteilen mit großer Fläche, wie z. B. Flügel, insbesondere aus Composite-Material. Um solche großen Flächen schnell und sicher mit Hand prüfen zu können, wird ein Ultraschall- Mehrfachprüfkopf vorgeschlagen. Er weist 8 + 1 = 9 piezoelektrische Schwingerelemente auf, die als Lineal angeordnet sind. Die Abmessung eines einzelnen Schwingers beträgt 6 × 3 mm. Damit keine Prüflücke entstehen kann, werden jeweils zwei benachbarte Schwinger gleichzeitig angeregt, d. h. sie senden und empfangen gleichzeitig. Somit werden die acht (n) Prüftakte auf die neun (n + 1) einzelnen Schwingerelemente aufgeteilt. Das Ultraschallgerät ist einkanalig, die Vorort-Elektronik ist als Multiplexer ausgelegt und kann optional auch im Prüfkopf selbst angeordnet sein.

Dieser bekannte Ultraschall-Mehrfachprüfkopf hat den Nachteil, daß eine Weiterschaltung von zwei benachbarten Schwingerelementen zum nächsten Paar immer nur in den hintereinanderfolgenden Takten des angeschlossenen einkanaligen Prüfgerätes erfolgt und die damit realisierbare Prüfgeschwindigkeit für eine Rohrprüfung zu gering ist. Er kann auch nicht ohne erheblichen schaltungstechnischen Mehraufwand an den üblicherweise mehrkanalig ausgelegten Prüfelektroniken automatisierter Ultraschall-Prüfanlagen für die zerstörungsfreie Materialprüfung betrieben werden.

Dies trifft auch auf ähnlich wirkende bekannte Mehrfachprüfkopfanordnungen für bildgebende Verfahren der Medizintechnik (z. B. GB 1559635) zu, bei der die Einzelelemente in verschiedenster Art gruppenweise sequentiell betrieben werden, um ein zu untersuchendes Objekt ohne Prüflücke abzutasten.

Ein bezüglich des Schallfeldüberlappungsprinzips der vorliegenden Erfindung vergleichbarer Ultraschall-Mehrfachprüfkopf zum Einsatz in mehrkanaligen automatischen Ultraschall-Prüfanlagen für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung ist aus der DE 37 20 574 C2 bekannt. Dieser bekannte Prüfkopf (Fig. 1a) weist zwischen einem rückseitigen Dämpfungskörper D und einer etwaigen vorderseitigen Schutz- und/oder Anpassungsschicht W, die in Abstrahlrichtung des Prüfkopfes an das Übertragungsmedium M grenzt, reihenweise angeordnete, elektrisch voneinander getrennte piezoelektrische Einzelelemente P_I,i, P_II,i mit annähernd gleichem Frequenz- Übertragungsverhalten auf. Die piezoelektrischen Einzelelemente P_I,i, P_II,i sind in zwei oder mehreren, in Schalldurchtrittsrichtung akustisch miteinander verbundenen Schichten (I) und (II) als Lineal angeordnet, wobei die rückwärtigen Elemente durch die vorderen hindurch schallen und die Einzelelemente der einen Schicht (I) mit ihren Mittelachsen gegenüber den Mittelachsen der ihnen gegenüberliegenden Einzelelemente der benachbarten Schicht (II) in Längsrichtung des Lineals versetzt angeordnet sind, so daß die Maxima der zugehörigen Echoamplitudenverlaufskurven K_I,i der Einzelelemente der einen Schicht (I) gegenüber den Echoamplitudenverlaufskurven K_II,i der Einzelelemente der benachbarten Schicht (II) in Längsrichtung versetzt auftreten (Fig. 1b; die Echoamplitudenverlaufskurven K ergeben sich, wenn man die Echoamplituden A der jeweiligen Einzelelemente über der Position Y eines Testfehlers aufträgt, den man im Medium M am Prüfkopf in Y- Richtung entlang bewegt). Dadurch wird im angrenzenden Medium M oder einem daran angekoppelten Werkstück eine gleichmäßigere Prüfempfindlichkeit über die gesamte Prüfspur, d. h. entlang der gesamten mehrschichtigen Linealanordnung der piezoelektrischen Einzelelemente erreicht als nur unter Verwendung der nebeneinander angeordneten einzelnen Piezoelemente einer Schicht. Diese Prüfkopf- Anordnung ist eigens für den Anschluß an mehrkanalige Ultraschall-Prüfelektroniken ausgelegt, da jedes piezoelektrische Element mit einem unabhängigen Kanal der Prüfelektronik verbunden werden kann, hat jedoch den Nachteil, daß der mechanische Aufbau des Prüfkopfes extrem aufwendig ist. Zum einen erfordert der Einfluß der Klebeschichten zwischen den Elementen benachbarter Reihen einen erheblichen fertigungstechnischen Aufwand, zum anderen müssen die einzelnen Schichten geometrisch exakt zueinander ausgerichtet sein. Außerdem verursacht der Durchtritt der in einer zurückliegenden Schicht (II in Fig. 1a) erzeugten Schallwellen durch eine davor liegende Schicht (I in Fig. 1a) Verluste, die individuell in jedem Kanal der nachgeschalteten Prüfelektronik ausgeglichen werden müssen. Nicht ausgleichbar sind jedoch Unterschiede der Schalldurchlässigkeiten zweier benachbarter Elemente einer vorderen Schicht, da sie immer mit je einer Hälfte im Schalldurchtrittsbereich eines dahinter liegenden Piezoelementes liegen. Bei der Anfertigung müßten daher Prüfköpfe, bei denen lediglich ein einziges vorderes Einzelelement P sich bezüglich der Schalldurchlässigkeit von den anderen derselben Reihe unterscheidet, verworfen werden. Eine industrielle Fertigung ist daher nur mit unverhältnismäßig hohem Produktionsausschuß möglich.

Ein weiterer Ultraschall-Mehrfachprüfkopf ist aus der US 4,235,111 bekannt. Der Gegenstand dieser Veröffentlichung ist auf eine Verbesserung der Auflösung bei einem bildgebenden Abtastverfahren mit Ultraschall-Mehrfachprüfköpfen gerichtet. Der bekannte Mehrfachprüfkopf weist eine Anzahl von 80 × 3 Elementen (80 Spalten mit je drei Elementen) auf. Eine solche Matrix-förmige Anordnung von Elementen wird in der Literatur als Array bezeichnet. Die Elemente des Arrays können durch die angegebene elektronische Schaltung auf eine im Sende- und Empfangsfall unterschiedliche Weise zusammengeschaltet werden. Unter Einbeziehung der angegebenen elektronischen Schaltung handelt es sich um einen Mehrfachprüfkopf mit integrierter Elektronik, jedoch mit nur einem Ausgangskanal und nur einem Eingangskanal. Mit dieser bekannten Anordnung ist das Problem nicht zu lösen, einen Mehrfachprüfkopf an mehrkanalige Prüfelektroniken anzuschließen und die in einer Reihe angeordneten piezoelektrischen Elemente so anzusteuern, daß eine Schallfeldüberlappung erzielt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Ultraschall-Mehrfachprüfkopf mit n < 2 Ein- und Ausgangskanälen und überlappender Schallfeldcharakteristik anzugeben, der mechanisch einfach zu fertigen ist, mit hoher Prüfgeschwindigkeit in bestehenden Tauchtechnikanlagen mit vorhandener mehrkanaliger Ultraschall-Prüfelektronik ohne Umbau derselben betrieben werden kann und für die Prüfung von Rohren, insbesondere der Abmessung < 7 Zoll Außendurchmesser, geeignet ist.

Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Bestandteil von Unteransprüchen.

Nach der Lehre des Patentes besteht der für n Prüfkanäle ausgelegte Mehrfachprüfkopf mit überlappender Schallfeldcharakteristik aus nur einer Reihe piezoelektrischer Einzelelemente P, die ein Lineal bilden. Dieses kann sowohl aus einzelnen piezoelektrischen Elementen als auch aus einem oder mehreren zusammenhängenden Streifen aus piezoelektrischem Material gebildet sein, wobei zur Unterteilung in Einzelelemente lediglich die Elektroden einer Seite unterbrochen sind. Die Anzahl der so gebildeten piezoelektrischen Einzelelemente P_i beträgt n + x mit x ≧ 1. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Anzahl 7, mit n = 6 und x = 1, wobei die aus Piezomaterial hergestellten Einzelelemente eine Abmessung von 18 × 12 mm aufweisen (Fig. 2a). Die ausnutzbare Gesamtlänge des Prüfkopfes kann vergrößert werden, wenn die zwei parallel geschalteten Elemente unterschiedlich groß sind, beispielsweise 18 × 20 mm kombiniert mit 18 × 4 mm (Fig. 2b). Einen vergleichbaren Effekt kann man erzielen, wenn statt zwei drei oder mehr Elemente parallel geschaltet werden.

In den Zeichnungen wird anhand zweier Prinzipskizzen der Ultraschall-Mehrfachprüfkopf näher erläutert.

Fig. 2a zeigt in einer ersten Prinzipskizze ein aus sieben (n = 6 und x = 1) Elementen 8 (P1-P7) gebildetes Prüflineal. In bekannter Weise senden und empfangen jeweils zwei benachbarte Einzelelemente z. B. 8.1; 8.2 gleichzeitig. Die sich daraus ergebende Wellenfront 9 ist mit einer ausgezogenen Linie kenntlich gemacht. Im nächsten Prüftakt arbeiten die Elemente 8.2 und 8.3 zusammen. Die damit erzeugte Wellenfront 10 ist mit gestrichelten Linien kenntlich gemacht. Die sich aus der Überlagerung beider Wellenfronten 9, 10 ergebende Gesamtfront ermöglicht eine lückenlose Prüfung des zu untersuchenden Werkstückes, wie z. B. ein Rohr (hier nicht dargestellt). Die Bewegung der beiden Wellenfronten 9, 10 ist einmal durch einen mit einer ausgezogenen Linie dargestellten Pfeil 11 und zum anderen durch einen mit gestrichelten Linien dargestellten Pfeil 12 kenntlich gemacht. Gleichzeitig symbolisieren die Pfeile 11, 12 die n-Prüftakte (I-VI), die auf hier 7 Elemente (P1-P7) verteilt werden. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Einzelelemente 8.1-8.7 alle gleich groß. Die Flächenabmessung beträgt beispielsweise 18 × 12 mm, so daß sich eine Gesamtlänge des Prüflineals von 84 mm ergibt.

Fig. 2b zeigt in einer zweiten Prinzipskizze ein ebenfalls aus sieben, d. h. 6 + 1 Elementen 13, 14 gebildetes Prüflineal. Im Unterschied zu Fig. 2a sind die Flächenabmessungen zweier benachbarter Elemente, z. B. 13.1, 14.1 unterschiedlich. Beispielsweise beträgt die Flächenabmessung des größeren Einzelelementes 13.1, 13.2, 13.3, 13.4 18 × 20 mm und die des kleineren Einzelelementes 14.1-14.3 18 × 4 mm. Dies bedeutet, daß die Gesamtlänge in Längsrichtung des Lineals zweier benachbarter Elemente 13.1, 14.1 unverändert 24 mm beträgt, vergleichbar wie bei der Anordnung in Fig. 2a, die ausnutzbare Prüflänge von 84 aber auf 92 mm vergrößert wurde. Die beiden erzeugten Wellenfronten 9, 10 sind gemäß Fig. 2b nicht mehr symmetrisch zueinander versetzt, sondern exzentrisch. An der schematischen Darstellung kann man erkennen, daß die exzentrische Verschiebung der beiden Wellenfronten 9, 10 nicht zu groß werden darf, anderenfalls entsteht wieder eine nicht gewollte Prüflücke.

Die weitere Wirkungsweise wird im folgenden anhand der Prinzipskizzen in Fig. 3 und Fig. 4 erläutert. Der Prüfkopf weist allgemein n, in dem in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel 6 Eingangskanäle E und Ausgangskanäle A auf, die auch als kombinierte Ein- und Ausgangskanäle E/A zusammengeführt sein können und zum Betrieb an mehrkanaligen Ultraschall- Prüfanlagen mit den entsprechenden Ein- und Ausgängen der vorhandenen (mehrkanaligen) Prüfelektronik - wie bei den sonst verwendeten herkömmlichen Mehrfach-Prüfköpfen üblich - vorzugsweise mit Koxialkabeln verbunden werden. Die Überlappung der Schallfelder wird durch Wirkung einer vorzugsweise im Gehäuse des erfindungsgemäßen Mehrfachprüfkopfes integrierten Prüfkopf-Elektronik herbeigeführt. Diese bewerkstelligt die Zuordnung von allgemein n Prüftakten auf n + x mit x ≧ 1 Einzelelemente aus piezoelektrischem Material, im vorliegenden Beispiel von 6 Prüftakten auf 7 Einzelelemente.

Die Prüfkopf-Elektronik besteht auf der Eingangsseite des Prüfkopfes im wesentlichen aus schnellen elektronischen Schaltern S und Triggereinrichtungen T, auf der Ausgangsseite im wesentlichen aus Summationsgliedern V (Fig. 4), die vorzugsweise als Summationsverstärker ausgelegt sind. Jeder der Eingänge E_i (i = 1 . . . n) ist über jeweils einen elektronischen Schalter S_i1 und S_i2 mit zwei benachbarten Einzelelementen P, z. B. P_i und P_i+1 verbunden. Die jedem Eingangskanal E_i zugeordneten Schalter S_ij werden über Triggerschaltungen T_i durch Wirkung des von der vorhandenen mehrkanaligen Prüfelektronik in jedem Ausgangskanal erzeugten elektrischen Sendesignals, mit dem üblicherweise die Einzelelemente sonst angeschlossener Prüfköpfe angeregt werden, geschlossen, so daß benachbarte piezoelektrische Elemente P, z. B. P_i und P_i+1 über die geschlossenen Schalter S_i1 und S_i2 zeitgleich mit jeweils ein und demselben Sendesignal beaufschlagt werden. Jeder Ausgang A_i des Mehrfachprüfkopfes ist über einen Summationsverstärker V_i, der vorzugsweise einen hochohmigen Eingang aufweist, mit zwei benachbarten Einzelelementen P, z. B. P_i und P_i+1 in der Weise verbunden, daß die verstärkten oder unverstärkten Empfangsspannungen dieser benachbarten Einzelelemente als Summensignal am Ausgang anliegen. Auf diese Weise wirken jeweils zwei benachbarte Einzelemente sowohl im Sende- als auch Empfangsfall wie ein zusammenhängendes Einzelelement, dessen Gesamtfläche der Summe der Einzelflächen entspricht. Durch die in Fig. 4 dargestellte Verschachtelung der Systeme überlappen die den n Prüfkanälen zugeordneten Wellenfronten W in unmittelbarer Nähe der piezoelektrischen Elemente um jeweils die Breite eines piezoelektrischen Elementes P, wie Fig. 5 am Beispiel der o. g. bevorzugten Ausführungsform für 6 Kanäle zeigt. Dadurch überlappen auch die Schallfelder im Übertragungsmedium oder in dem zu untersuchenden Werkstück.

Das in Fig. 4 veranschaulichte Prinzip erlaubt auch, daß benachbarte Prüfkanäle der mehrkanaligen Ultraschall-Elektronik zeitgleich senden und/oder empfangen (Parallelbetrieb). Es ist ebenso möglich, in zueinander beliebig verschachtelten Prüfttakten zu senden und/oder zu empfangen, so daß alle Möglichkeiten der Prüftaktgestaltung vorhandener mehrkanaliger Ultraschall-Prüfelektroniken praktisch uneingeschränkt erhalten bleiben. Damit hat diese Anordnung den Vorteil, daß durch die Mehrkanaligkeit der im Prüfkopf enthaltenen Elektronik eine hohe Prüfgeschwindigkeit gefahren werden kann. Die in Fig. 2a, 2b angegebenen Linealabmessungen sind z. B. für Rohre < 7 Zoll Außendurchmesser besonders geeignet. Für kleinere Abmessungen, insbesondere < 4 Zoll Außendurchmesser hat sich zwar die Rotationstechnik als Standardprüfung durchgesetzt. Gleichwohl unterliegen Abmessungen und Anzahl der Einzelelemente sowie der anwendungstechnische Einsatz des erfindungsgemäßen Mehrfachprüfkopfes mit überlappender Schallfeldcharakteristik grundsätzlich keiner Einschränkung. Ein besonders vorteilhaftes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung ein und desselben Sendeimpulses, mit dem benachbarte Einzelelemente zeitgleich beaufschlagt werden. Techniken zum elektronischen Schwenken der Richtcharakteristik mittels Array-Prüfköpfen, bei denen jedem piezoelektrischen Element ein eigener Sender zugeordnet ist und die Sender gruppenweise zeitversetzt angeregt werden, könnten prinzipiell auch zum elektronischen Abscannen von Rohren oder Werkstücken aller Art zusammen mit herkömmlichen Mehrfachprüfköpfen benutzt werden. Jedoch ist hierbei ein hoher elektronischer Aufwand dafür zu treiben, daß sowohl alle Sender nahezu identische elektrische Impulse erzeugen als auch jeweils benachbarte Sender exakt zeitgleich zünden. Ungleichmäßige Sender oder auch nur geringfügig zeitversetzte Anregung benachbarter Einzelelemente hätte eine Verschiebung und/oder Richtungsänderung der Schallkeule bzw. eine schiefe Wellenfront zur Folge, die sich wiederum als Prüflücke beim Abscannen des Werkstückes auswirkt.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind in der Prüfkopfelektronik ausgangsseitig Abgleichschaltungen vorgesehen, z. B. einstellbare Verstärker, so daß die Empfindlichkeiten mindestens der benachbarten Elemente, deren Signale der Summationsschaltung zugeführt werden, im Labor oder bereits vom Hersteller auf exakt denselben Wert abgeglichen werden können. Dadurch entfällt für den Ultraschall-Anlagenbetreiber das mühsame Einjustieren der Empfangskanäle mittels geeigneter Testfehler auf gleiche Prüfempfindlichkeit bei eingebautem Prüfkopf und die damit verbundene Stillstandzeit der Prüfanlage, wenn einmal ein Prüfkopf ausgewechselt werden muß. Andererseits werden herstellerseitig die sonst hohen Anforderungen an die Gleichmäßigkeit der Einzelelemente reduziert, so daß - da mit geringerem Ausschuß - wirtschaftlicher produziert werden kann. Eine Überlappung der Einzelelemente kann bei konventionellen Ultraschall- Mehrfachprüfköpfen für die Rohrprüfung auch durch Regulierung des Vorschubs des rotierenden Rohres erfolgen, indem der Vorschub so eingestellt wird, daß nachfolgende Einzelelemente die Prüflücken zwischen den vorlaufenden Einzelelementen abdecken, wenn die Prüfung in zwei oder mehreren Umläufen erfolgt. Dieser Vorschub muß aber mechanisch exakt konstant gehalten werden, da sowohl Vergrößerungen als auch Verkleinerungen des Vorschubes wieder zu Schallfeldlücken führen. Die hier vorgeschlagene Anordnung hat den großen Vorteil, daß durch die getaktete Überlappung die Prüfung nicht mehr vorschubabhängig ist. Dies ist insbesondere in der bei großen Rohren angewandten Tauchtechnik von Vorteil, da die Vielzahl der miteinander zusammenwirkenden Mechanikteile für den Vorschub dauerhaft keine gleichbleibenden Werte zuläßt. Somit ist die vorgeschlagene Anordnung leistungsfähiger als auch prüfsicherer.

Als vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn die Sende- und Empfangskanäle des vorgeschlagenen Mehrfachprüfkopfes getrennt bleiben und mit den entsprechenden getrennten Ein- und Ausgängen der vorhandenen mehrkanaligen Ultraschall- Prüfelektronik verbunden werden. Eine Zusammenführung zugehöriger Sende- und Empfangskanäle ist zwar entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung durch Erweiterung der im Gehäuse des Prüfkopfes befindlichen Prüfkopf- Elektronik möglich. Da alle mehrkanaligen Ultraschall-Prüfelektroniken aber auch für die prüftechnische Betriebsart "SE" ausgelegt sind und somit ohnehin über getrennte Senderausgänge und Empfängereingänge verfügen, ist es wirtschaftlicher, diese zu nutzen und die im Prüfkopf integrierte Elektronik auf die in Fig. 4 dargestellten grundlegenden Elemente zu begrenzen.

Ferner ist es auch möglich, den erfindungsgemäßen Mehrfachprüfkopf mit überlappenden Schallfeldern als SE-Prüfkopf auszulegen, indem je ein getrenntes Lineal piezoelektrischer Elemente nur als Sender und ein zweites daneben liegendes Lineal piezoelektrischer Elemente nur als Empfänger betrieben wird. Auf diese Weise können auch die bei der Blechprüfung mit Mehrfach-SE-Prüfköpfen bestehenden Prüflücken geschlossen werden.

Weiterhin ist es auch möglich, daß lediglich empfängerseitig die Einzelelemente erfindungsgemäß überlappend verschaltet werden und senderseitig in an sich bekannter Weise alle Einzelelemente elektrisch parallel geschaltet oder durch ein entsprechend großes Einzelelement ersetzt werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es auch möglich, die Prüfkopfelektronik so im Gehäuse des Mehrfachprüfkopfes unterzubringen, daß sie - z. B. steckbar - etwa im Falle eines Defektes der Prüfkopfelektronik oder der piezoelektrischen Elemente entnehmbar ist und instand gesetzt oder wiederverwendet werden kann. Statt im Gehäuse des Mehrfachprüfkopfes kann die Prüfkopfelektronik auch - z. B. steckbar - zwischen Prüfkopfgehäuse, das die n + x piezoelektrischen Einzelelemente enthält, und der mehrkanaligen Ultraschall- Prüfelektronik angebracht werden. In diesem Fall sind n + x Verbindungen zwischen Mehrfachprüfkopf und der Prüfkopfelektronik und n Verbindungen zwischen Prüfkopfelektronik und Ultraschall-Prüfelektronik herzustellen. Dabei muß darauf geachtet werden, daß keinerlei Laufzeitunterschiede z. B. infolge unterschiedlicher Kabellängen zwischen Mehrfachprüfkopf und Prüfkopfelektronik auftreten.

Claims (13)

1. Ultraschall-Mehrfachprüfkopf mit überlappender Schallfeldcharakteristik für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung, der n + x mit x ≧ 1 reihenweise angeordnete, piezoelektrische Einzelelemente mit annähernd gleichem Frequenz- Übertragungsverhalten und eine direkt im Prüfkopf angeordnete Elektronik mit Schaltungs- und Verstärkereinrichtungen aufweist, wobei von den n + x ein Lineal bildenden Einzelelementen jeweils mindestens zwei Einzelelemente gleichzeitig senden und empfangen und mit n < 2 Ausgangskanälen für die dem empfangenen Schalldruck proportionalen elektrischen Signale der Einzelelemente und n < 2 Eingangskanälen für die Zuführung von n < 2 elektrischen Sendesignalen, mit denen die Einzelelemente zu Schwingungen angeregt werden, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Eingangskanal (E_i) mit mindestens zwei unmittelbar benachbarten oder in der Nähe befindlichen Einzelelementen (P_i) über eine eben solche Anzahl elektronischer Schalter (S_i) in der Weise verbunden ist, daß diese benachbarten Einzelelemente bei geschlossener Schalterstellung mit demselben elektrischen Eingangssendesignal gemeinsam beaufschlagt werden, daß die jedem Eingangskanal (E_i) zugeordneten elektronischen Schalter (S_i) durch Wirken des jeweiligen Eingangssendesignals geschlossen werden, und daß jeder Ausgangskanal (A_i) mit mindestens zwei unmittelbar benachbarten oder in der Nähe befindlichen Einzelelementen (P_i) über je eine Summationsschaltung (V_i) verbunden ist.

2. Ultraschall-Mehrfachprüfkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelelemente (8.1-8.7) gleich groß sind.

3. Ultraschall-Mehrfachprüfkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsam beaufschlagten Einzelelemente (13.1-13.4, 14.1-14.3) unterschiedlich groß sind.

4. Ultraschall-Mehrfachprüfkopf nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Elemente = 7 d. h. 6 + 1 ist.

5. Ultraschall-Mehrfachprüfkopf nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessung eines Einzelelementes (8.1-8.7) 18 × 12 mm ist.

6. Ultraschall-Mehrfachprüfkopf nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessung des größeren Einzelelementes (13.1-13.4) 18 × 20 mm und die des benachbarten kleineren Einzelelementes (14.1-14.3) 18 × 4 mm ist.

7. Ultraschall-Mehrfachprüfkopf nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß ausgangsseitig für die aufzusummierenden Signale Abgleichschaltungen vorgesehen sind, mit denen die Empfindlichkeiten benachbarter piezoelektrischer Einzelelemente differentiell abgeglichen werden.

8. Ultraschall-Mehrfachprüfkopf nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die getrennten n Eingänge und n Ausgänge auf n gemeinsame Sende- und Empfangsleitungen zusammengeführt werden.

9. Ultraschall-Mehrfachprüfkopf nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Schalter durch schnelle Halbleiterbauelemente gebildet werden.

10. Ultraschall-Mehrfachprüfkopf nach einem der Ansprüche 1-7 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß er als SE-Mehrfachprüfkopf ausgelegt ist, indem ein zweites benachbartes Lineal mit piezoelektrischen Elementen vorgesehen ist, wobei das eine Lineal nur als Sender und das andere Lineal nur als Empfänger betrieben wird.

11. Ultraschall-Mehrfachprüfkopf nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die n Senderkanäle durch einen einzigen Kanal ersetzt werden und lediglich die Empfängerseite gemäß Anspruch 1 überlappend verschaltet ist.

12. Ultraschall-Mehrfachprüfkopf nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfkopfelektronik zur Wiederverwendung aus dem Prüfkopf-Gehäuse entnehmbar ist.

13. Ultraschall-Mehrfachprüfkopf nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß die beschriebene Prüfkopfelektronik statt im Prüfkopfgehäuse zwischen Prüfkopf und Ultraschall-Prüfelektronik angebracht wird.