DE4106334C1

DE4106334C1 - Ultrasonic testing of samples of fibre-reinforced plastics material - imaging echo pulses so that amplitude of echoes of penetrating pulses lying below set value can indicate possible fault

Info

Publication number: DE4106334C1
Application number: DE19914106334
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr.-Ing. 3300 Braunschweig De Hillger
Original assignee: Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1991-02-28
Filing date: 1991-02-28
Publication date: 1992-07-30
Anticipated expiration: 2011-03-01

Abstract

A method includes detecting fault echos and double ultrasound transmission echos using time apertures and representing the findings as a weighted C-image. For measurement points at which the double transmission echo amplitudes are below a defined value a fault echo amplitude is displayed in the image instead of the double transmission echo amplitude. Where the impulses are digitised, a logarithmic scale is used for the amplitudes. ADVANTAGE - Enables results for entire surface of body to be shown in single image.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ultraschallprü fung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a method for ultrasonic testing fung according to the preamble of claim 1.

Bei der Prüfung von faserverstärkten Kunststoffen wird der Prüfbe fund normalerweise als bewertetes C-Bild flächenhaft dargestellt (US-Z: Materials Evaluation, Nr. 47, Dezember 1989, S. 1408-1416; US-Z: Materials Evaluation, Nr. 47, April 1989, S. 390-400; DE- Buch: J. u. H. Krautkrämer: Werkstoffprüfung mit Ultraschall; V. Auflage, 1986, S. 516-518).When testing fiber-reinforced plastics, the Prüfbe Fund usually shown as a flat C-image (US-Z: Materials Evaluation, No. 47, December 1989, pp. 1408-1416; US-Z: Materials Evaluation, No. 47, April 1989, pp. 390-400; DE- Book: J. u. H. Krautkrämer: material testing with ultrasound; V. Edition, 1986, pp. 516-518).

Es werden dabei zwei Arten von C-Bildern angefertigt. Mit den in der Zeitblende für die Fehlerechos anfallenden Signalen, mit denen Reflektoren angezeigt werden, die ein direktes Echo - ein Fehler echo - bewirken, wie z. B. Delaminationen, wird ein Fehlerechobild gefertigt. Signale, die in der Zeitblende für die Durchschallungs echos anfallen, erscheinen auf diesen C-Bildern nicht (US-PS 40 08 602).Two types of C-pictures are made. With the in the time aperture for the false echo signals with which Reflectors appear that have a direct echo - an error echo - cause such. B. delaminations, becomes a false echo manufactured. Signals in the time aperture for the transmission echoes occur, do not appear on these C-pictures (US PS 40 08 602).

Matrixrisse erzeugen keine ausgeprägten Echos. Sie bewirken nur eine Schwächung des Doppeldurchschallungsechos. Dieses kann das Rückwandecho oder das Echo eines Hilfsreflektors sein. Matrixrisse außerhalb von Fehlerechos erzeugenden Bereichen werden aufgrund der durch sie bewirkten Schallschwächung angezeigt. Hierbei werden Signale, die in der Zeitblende für die Fehlerechos anfallen, nicht wiedergegeben. Im C-Bild erscheint ein "Schattenbild" der Fehl stellen.Matrix cracks do not produce pronounced echoes. They only work a weakening of the double transmission echo. This can do that Back wall echo or the echo of an auxiliary reflector. Matrix cracks areas outside of false echoes are due to the sound attenuation caused by them. Here are Signals that occur in the time aperture for the false echoes are not reproduced. A "silhouette" of the fault appears in the C-image put.

Die Auswertung der Befunddarstellungen mit Hilfe der einmal wäh rend der Zeitblende für die Fehlerechos und zum anderen während der Zeitblende für die Durchschallungsechos wiedergegebenen Signa le in Relation zueinander ist schwierig.The evaluation of the findings with the help of once rend the time aperture for the false echoes and the other during the time aperture for the sonication echo reproduced Signa le in relation to each other is difficult.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem in einem einzigen Bild der vollflächige Befund der Probekörper darstellbar ist.The object of the invention is to demonstrate a method with which in a single picture the full-surface findings of the test specimens can be represented.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die im kenn zeichnenden Teil des Patentanspruches 1 herausgestellten Merkmale.This object is achieved according to the invention by the in Drawing part of claim 1 highlighted features.

Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.Appropriate configurations are the subject of the subclaims.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und nachstehend im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben.The invention is illustrated in the drawing, for example and described in detail below with reference to the drawing.

Fig. 1 zeigt das Prinzip der Ultraschallprüfung in Tauch technik. Fig. 1 shows the principle of ultrasonic testing in diving technology.

Fig. 2 zeigt das C-Bild einer geschädigten CFK-Probe, ausge wertet in Impuls-Echo-Technik. Fig. 2 shows the C-image of a damaged CFRP sample, evaluated in pulse-echo technology.

Fig. 3 zeigt das C-Bild derselben Probe wie in Fig. 2 mit Auswertung in Doppeldurchschallungstechnik. Fig. 3 shows the C-image of the same sample as in Fig. 2 with evaluation in double transmission technology.

Fig. 4 zeigt das C-Bild derselben Probe wie in Fig. 2 mit Auswertung und Darstellung des Befundes nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. FIG. 4 shows the C-image of the same sample as in FIG. 2 with evaluation and representation of the finding using the method according to the invention.

Der in Fig. 1 links schematisch dargestellte Prüfkopf 6 ist ober halb einer auf zwei Stützen oberhalb eines Bodens 10 aufgelagerten Probe 12 angeordnet. Die Probe 12 und der Prüfkopf 6 sind in einem Wasserbecken angeordnet. Wie schematisch dargestellt, werden durch die vom Prüfkopf abgegebenen Schallimpulse vier unterschiedliche Echos abgegeben, nämlich das von der dem Prüfkopf zugewandten Oberfläche der Probe ausgehende Oberflächenecho 1, das von einem Fehler 14 innerhalb der Probe ausgehende Fehlerecho 2, das Rück wandecho 3, das von der dem Prüfkopf abgewandten Oberfläche der Probe ausgeht, und schließlich das Bodenecho 4.The test head 6 shown schematically on the left in FIG. 1 is arranged above half of a sample 12 supported on two supports above a floor 10 . The sample 12 and the test head 6 are arranged in a water basin. As shown schematically, the sound pulses emitted by the test head emit four different echoes, namely the surface echo 1 originating from the surface of the sample facing the test head, the echo 2 originating from an error 14 within the sample, the back wall echo 3 , that from the surface of the sample facing away from the test head, and finally the bottom echo 4 .

Die Echoimpulse werden entsprechend ihrer Laufzeit zu unterschied lichen Zeiten empfangen. Zur Diskriminierung der einzelnen Echos sind jeweils Monitorblenden A für das Bodenecho, B für das Rück wandecho und C für das Fehlerecho vorgesehen. Das Oberflächenecho 1 wird üblicherweise zur Bestimmung des Probenrandes herangezogen.The echo pulses are received at different times according to their duration. To discriminate the individual echoes, monitor screens A are provided for the bottom echo, B for the rear wall echo and C for the false echo. The surface echo 1 is usually used to determine the edge of the sample.

Fig. 2 zeigt beispielhaft ein C-Bild einer 16lagigen CFK-Probe nach dynamischer Belastung, wobei die Blende für die Amplituden messung zwischen dem Oberflächen- und Rückwandecho positioniert wurde (Auswertung in Impuls-Echo-Technik; Fig. 1C). Die Amplitu denwerte sind als Grauwerte dargestellt. Fig. 2 shows an example of a C-image of a 16-layer CFRP sample after dynamic loading, the aperture for the amplitude measurement between the surface and back wall echo was positioned (evaluation in pulse-echo technology; Fig. 1C). The amplitude values are shown as gray values.

Die beiden in Fig. 2 in Grauwerten dargestellten Gebiete kenn zeichnen Delaminationen, die infolge der Belastung von dem oberen und dem unteren Rand in Richtung Probemitte gewachsen sind. Außer halb der Delaminationen werden keine Schäden angezeigt. Die in den grau dargestellten Delaminationen schwarz dargestellten Strukturen stammen von Rissen, die im Laminat oberhalb von den Delaminationen liegen und an denen die Echoamplituden durch Streuung und Reflek tion geschwächt sind.The two areas shown in gray values in FIG. 2 indicate delaminations which have grown towards the center of the sample as a result of the load from the upper and the lower edge. No damage is displayed outside of the delaminations. The structures shown in black in the delaminations shown in gray originate from cracks that lie above the delaminations in the laminate and on which the echo amplitudes are weakened by scattering and reflection.

Fig. 3 stellt ein C-Bild derselben Probe dar, die in Doppeldurch schallungstechnik ausgewertet wurde - vgl. Fig. 1A. Da der Schall den Probekörper vollständig durchlaufen hat, gibt das C-Bild ein "Schattenbild" der Fehlstellen. Deshalb erscheinen die im C-Bild nach Fig. 2 in Grauwerten dargestellten Delaminationen vollständig schwarz. Die delaminierten Gebiete liefern also bei diesem C-Bild keine weiteren Informationen. Dagegen werden Matrixrisse außerhalb der Delaminationen infolge der Schallschwächung angezeigt. Fig. 3 shows a C-image of the same sample, which was evaluated in double-exposure technology - see. Fig. 1A. Since the sound has completely passed through the test specimen, the C-image gives a "shadow picture" of the defects. Therefore, the delaminations shown in gray values in the C-image according to FIG. 2 appear completely black. The delaminated areas therefore do not provide any further information for this C image. In contrast, matrix cracks outside the delaminations due to the sound attenuation are displayed.

Fig. 4 zeigt ein kombiniertes C-Bild derselben Probe mit Auswer tung und Darstellung des Befundes gemäß der Erfindung. Wie er sichtlich ist, erscheinen auf diesem C-Bild keine unauswertbaren schwarzen Gebiete. Es sind hier vielmehr die Delaminationen des C- Bildes nach Fig. 2 in Korrelation zu den Fehlstellen des C-Bildes nach Fig. 3 wiedergegeben. Deutlich erkennbar sind die Matrixrisse in den im C-Bild nach Fig. 2 schwarz erscheinenden Bereichen. Klar erkennbar ist auch, daß diese Risse Fortsetzungen der in dem in Fig. 2 rechts unten erscheinenden Rißdarstellungen in einem Dela minationsbereich sind. Damit ist mit einem C-Bild nach Fig. 4 für den Fachmann unmittelbar und im Zusammenhang der gesamte Befund der Probe ersehbar. Die Maßangaben in Fig. 2 bis 4 sind in mm. Fig. 4 shows a combined C-image of the same sample with evaluation and presentation of the finding according to the invention. As can be seen, no unevaluable black areas appear on this C-image. Rather, the delaminations of the C-image according to FIG. 2 are shown here in correlation to the defects of the C-image according to FIG. 3. The matrix cracks are clearly recognizable in the areas that appear black in the C-image according to FIG. 2. It is also clearly recognizable that these cracks are continuations of the area in which the cracks are shown in the bottom right in FIG . The C-image according to FIG. 4 thus allows the person skilled in the art to see the entire finding of the sample directly and in context. The dimensions in FIGS. 2 to 4 are in mm.

Zur Herstellung eines C-Bildes nach Fig. 4 wird an Meßpunkten, an denen die Amplitude des Echos eines den Probekörper durchlaufenden Impulses (Durchschallungsecho) unterhalb eines vorgegebenen Grenz wertes liegt, die Amplitude des Echos eines eventuellen Fehler echos aufgezeichmet. Zu diesem Zweck kann eine Komparatorschaltung vorgesehen werden, die für die Darstellung des Befundes den je weils betreffenden Wert für die Darstellung abgibt. Der vorgegebe ne Grenzwert kann beispielsweise in der Größenordnung von 20 dB liegen. Zweckmäßig ist es, die Amplituden der Impulse zu digitali sieren und dabei für die Amplituden eine logarithmische Skalierung zu verwenden. Der Befund kann in dem C-Bild nach Fig. 4 in Falsch farben, aber auch in Grauwerten dargestellt werden.To prepare a C-image according to Fig. 4, the amplitude of the echo is at measuring points, at which is the amplitude of the echo of the test specimen passing pulse (transmission echo) is below a predetermined limit value aufgezeichmet a possible flaw echoes. For this purpose, a comparator circuit can be provided, which outputs the relevant value for the display for the display of the finding. The predetermined limit value can, for example, be of the order of 20 dB. It is useful to digitize the amplitudes of the pulses and to use a logarithmic scaling for the amplitudes. The finding can be shown in false colors in the C-image according to FIG. 4, but also in gray values.

Durch Fokussierung und Optimierung der Prüfparameter lassen sich C-Bilder der in Fig. 4 dargestellten Art mit einer ähnlichen Auflösung und Dynamik darstellen, die sonst nur mit Hilfe der Röntgen-Prüftechnik und dem Einsatz von Kontrastmittel möglich ist.By focusing and optimizing the test parameters, C images of the type shown in FIG. 4 can be displayed with a similar resolution and dynamic range that is otherwise only possible with the aid of X-ray test technology and the use of contrast agents.

Claims

1. Method for ultrasonic testing of test specimens made of fiber-reinforced plastics, in which errors echoes and double transmission echoes are determined by means of time diaphragms and the result is shown as a rated C-image, characterized in that for measuring points at which the amplitude of the double transmission echo is given below a pre Value is, in the image instead of the amplitude of the double echo echo is the amplitude of a false echo Darge is.

2. The method of claim 1, wherein the amplitudes of the pulses be digitized, characterized in that for the Amplitudes a logarithmic scaling is used.

3. The method according to claim 1, characterized in that the Findings are shown in false colors.

4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the result is shown in gray values.