WO2000052459A1 - Device and method for non-destructive material testing - Google Patents

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WO2000052459A1
WO2000052459A1 PCT/DE2000/000480 DE0000480W WO0052459A1 WO 2000052459 A1 WO2000052459 A1 WO 2000052459A1 DE 0000480 W DE0000480 W DE 0000480W WO 0052459 A1 WO0052459 A1 WO 0052459A1
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WO
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component
eddy current
ultrasound
probe
ultrasonic
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PCT/DE2000/000480
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Dieter Pöpperl
Rainer Gebhardt
Kerstin Gemmer-Berkbilek
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/82Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
    • G01N27/90Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents
    • G01N27/9006Details, e.g. in the structure or functioning of sensors

Definitions

  • the invention is in the field of non-destructive measurement and testing technology.
  • the invention relates to a device for non-destructive material testing of a component, with
  • an ultrasound test head that can be acoustically coupled to the component, comprising an ultrasound transducer
  • the invention also relates to a method for non-destructive material testing of a component, in which ultrasound is coupled into the component and eddy current is generated in the component by means of an eddy current probe.
  • the invention relates to a method for non-destructive material testing of a component, in which the component is coupled in by means of an ultrasound transducer, and eddy current is generated in the component.
  • a flexible coil for eddy current testing is known from EP 0 228 117 A2, which is attached to a flexible substrate.
  • the coil is attached to versatile surface Customizable. For example, it can be produced photolithographically.
  • Corresponding test manipulators for eddy current and ultrasound testing are known for example from DE 196 41 888 AI and from German utility model DE 297 00 027.6 U.
  • these known test manipulators require a coupling or support surface that is large in comparison to an Emzel test head, in particular if an ultrasonic transducer used to decouple ultrasound and an eddy current probe used to generate eddy current are accommodated in a common test head or in a common housing and e.g. are also rigidly connected.
  • the manipulators disclosed in the cited documents are not suitable for testing on strongly curved surfaces.
  • the known combined ultrasonic and eddy current test devices are also particularly voluminous compared to an Emzelprufem ⁇ chtung, so that they can not be used for testing difficult accessible test areas on the component or only with great effort.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a device and a method for the non-destructive material testing of a component, with which even more difficult to access test areas can be checked very precisely, and which can also be used on more curved surfaces of the component.
  • the ultrasonic transducer is designed as a piezoelectric transducer
  • the eddy current probe is arranged with respect to the ultrasonic transducer in such a way that when the ultrasonic transducer is coupled to the component it comes to rest at least partially between a side of the ultrasonic transducer facing the component and the component or at least partially on the side of the ultrasonic transducer facing away from the component.
  • the invention is based on the following unexpected results:
  • the device can advantageously be constructed in a particularly space-saving manner.
  • the eddy current probe and the ultrasonic test head are accommodated, for example, in a common housing and in particular are rigidly connected to one another. There can also be several eddy current probes and / or ultrasonic probes.
  • the side facing the component and the side of the ultrasonic transducer facing away from the component are in particular the flat sides of the ultrasonic transducer.
  • the ultrasound test head includes, for example, a lead wedge and / or an adaptation layer.
  • the eddy current probe is arranged with respect to the ultrasound transducer in such a way that when the ultrasound transducer is coupled to the component it comes to lie at least partially between a coupling surface of the ultrasound probe and the component.
  • the ultrasonic transducer is arranged on an upper wedge surface of the leading wedge.
  • the lower wedge surface of the lead wedge is acoustically coupled to the component, ie it forms the coupling surface.
  • the eddy current probe then lies between the lower wedge surface and the component.
  • the eddy current probe can, however, also be arranged between the upper wedge surface of the lead wedge and the, in particular lower, side of the ultrasonic transducer facing the component.
  • the ultrasound transducer is, for example, a group emitter designed as an array.
  • the eddy current probe preferably comprises a probe coil arrangement.
  • windings * of a coil of the probe coil arrangement are arranged, for example, in one plane and / or have a spiral shape.
  • the probe coil arrangement is preferably a photolithographically produced arrangement of conductor tracks.
  • the height of the conductor tracks is less than 0.1 mm or less than 0.02 mm.
  • the probe coil arrangement comprises, for example, at least two coils.
  • the eddy current probe has a film in or on which the probe coil arrangement is arranged.
  • the film has a thickness of less than 0.5 mm or less than 0.02 mm.
  • the film is preferably made of flexible material.
  • the ultrasonic test heads i.e. in particular the ultrasonic wand and the eddy current probe can be operated at different frequencies. This has the advantage that the ultrasonic test head and the eddy current probe do not influence one another, in particular when the distance is small and in particular when accommodated in a common housing.
  • the frequencies preferably differ from one another by at least a factor of 2.
  • the eddy current probe is operated at an eddy current frequency whose even multiples (harmonics) do not match a resonance frequency of the ultrasound transducer or an even multiple thereof.
  • the ultrasonic test head and the eddy current probe can be operated alternately.
  • Mutual influencing for example by electromagnetic induction or mechanical vibrations, can also be reliably excluded by performing the ultrasound test and the eddy current test in such a timed manner in phase opposition.
  • the process-related object is achieved in relation to the first embodiment according to the invention mentioned at the outset in that the eddy current probe is at least partially exposed to ultrasound.
  • the object is achieved in that the ultrasound transducer is designed as a piezoelectric transducer and is at least partially penetrated by an alternating magnetic field that generates the eddy current.
  • the two methods can preferably be carried out with the device according to the invention.
  • the advantages mentioned with regard to the device apply analogously to the methods.
  • an eddy current frequency that is different from the ultrasound frequency is preferably set.
  • the ultrasound frequency and the eddy current frequency differ from one another by at least a factor of 2.
  • ultrasound can alternately be coupled in and eddy current can be generated.
  • FIGS. 1 to 6 Three exemplary embodiments of a device according to the invention are explained in more detail with reference to FIGS. 1 to 6.
  • the figures also serve to explain the method according to the invention. It shows:
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a device according to the invention in a longitudinal section (“vertical section *) along the line I-I of FIG. 2,
  • FIG. 2 shows the device of FIG. 1 in a plan view of a section along the line II-II of FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a second embodiment of a device according to the invention in a longitudinal section
  • 4 shows a third embodiment of a device according to the invention in a longitudinal section (“vertical section *) along the line IV-IV of FIG. 5,
  • FIGS. 5 shows a plan view of the device of FIGS.
  • FIG. 6 shows a cross-sectional view through the device of FIG. 4 along the line VI-VI.
  • FIG. 1 shows in a vertical section a component 1 which is subjected to a non-destructive material test.
  • an ultrasonic test head 10 is acoustically coupled to the surface 2 of the component 1, which includes an ultrasonic transducer 10-1 for coupling ultrasound 12 into the component 1.
  • the ultrasonic transducer 10-1 has a smooth cut, plane-parallel piezoelectric body and electrodes (not explicitly shown).
  • the side 14 of the ultrasonic transducer 10-1 facing the component 1 forms a coupling surface 10-2 with which the ultrasonic test probe 10 is coupled to the component 1 — indirectly in the example shown.
  • An eddy current probe 30 is arranged between the coupling surface 10-2 and the surface 2 of the component 1.
  • This consists among other things of a film 30-1 made of temperature-resistant and flexible material M and with a thickness D of less than 0.1 mm.
  • the material M is, for example, polyamide.
  • a probe coil arrangement 30-2 is arranged on the film 30-1 and is designed as a photolithographically produced conductor track 30-3 with a height H of less than 0.1 mm.
  • the height H of the conductor track 30-3 is drawn in a greatly exaggerated manner in FIG. 1 for better illustration.
  • the ultrasound 12 generated by the ultrasound transducer 10-1 penetrates the eddy current probe 30 below it before it penetrates into the component 1.
  • the area of the surface 2 of the component 1 located under the ultrasonic transducer 10-1 serves both as an acoustic coupling surface and also for the penetration of an electromagnetic field (not shown) generated by the eddy current probe 30, which leads to the generation of the desired eddy current in the component 1.
  • Figure 2 shows the device of Figure 1 in a plan view with the ultrasonic transducer 10-1 removed (section along the line II-II). It can be seen from this that the conductor track 30-3 of the probe coil arrangement 30-2 forms a spiral or helical and planar coil.
  • the conductor track 30-3 is contacted with a contact wire 33 at a first coil end 30-4 located at the edge of the film 30-1. It winds with a decreasing radius from turn to turn to a second coil end 30-5 located approximately in the middle of the film 30-1, from which a further contact wire 32 extends, which goes up through a bore 10-3 (see FIG. 1 ) is supplied to a control unit that is not explicitly shown.
  • the eddy current probe 30 is arranged on a side 35 facing away from component 1, ie on the upper side, of the ultrasonic transducer 10-1.
  • the device of the second embodiment follows the electromagnetic coupling of the eddy current probe 30 to the component 1 through the ultrasonic transducer 10-1. This means that the largest proportion of the magnetic field lines generated by the probe coil arrangement 30-2 penetrates the ultrasonic probe 10.
  • the ultrasound transducers 10 of FIGS. 1 to 3 are prepared for vertical insonification in pulse-echo operation.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment in which the ultrasound test head 10 and the eddy current probe 30 are arranged in a common housing 10-4 and are firmly connected to one another therein.
  • the ultrasonic transducer 10-1 is enclosed on the side 35 facing away from the component 1 by a damping body 10-5 made of cork. With the side 14 facing the component, the ultrasound transducer 10-1 is coupled via a matching layer 10-6 ( ⁇ / 4 layer) to a leading wedge 10-7 made of plexiglass and penetrated by the coupled ultrasound 12.
  • FIGS. 5 and 6 show the device shown in FIG. 4 in a vertical section in a plan view of the ultrasonic test head (FIG. 5) with the housing 10-4 unlocked and the damping body 10-5 removed or in a horizontal section (FIG. 6) along the Line VI-VI of the
  • the leading wedge 10-7 is divided into two wedges by an acoustic separating layer 10-8 made of cork.
  • the ultrasound transducer 10-1 is also designed in several parts in this embodiment. It consists of an ultrasonic transmitter 10-1T, which is acoustically coupled to one of the partial wedges, and an ultrasonic receiver 10-1R, which is acoustically coupled to the other partial wedge. Due to this configuration of the leading wedge 10-7 and the ultrasonic transducer 10-1, the illustrated ultrasonic probe 10 is particularly suitable for a transmit / receive operation.
  • the probe coil arrangement 30-2 in the third exemplary embodiment comprises a first coil 30-2A and a second coil 30-2B, which can be operated, for example, in a differential circuit (not shown).
  • the ultrasonic transmitter 10-1T is coupled to the component 1
  • the first coil 30-2A comes to lie between the latter and the component 1.
  • the second coil 30-2B then lies under the ultrasound receiver 10-1R.
  • the conductor tracks 30-3 of the largely planar probe coil arrangement 30-2 of the eddy current probe 30 are contacted via contact wires 32, 33, 44, 45.
  • the contact wires 32, 44 which originate from the coil ends not located at the edge of the film 30-1, are guided via horizontally running grooves 10-9, 10-10 to the vertical bore 10-3, which passes through the separating layer 10-8 runs above, and through which these contact wires 32, 44 are guided to the outside.
  • the grooves 10-9, 10-10 are milled on the underside of the leading wedge 10-7.
  • the turns of the coils 30-2A, 30-2B are essentially rectangular in shape with the width and length of the rectangle decreasing from turn to turn.
  • the conductor tracks 30-3 of the probe coil arrangement 30-2 in contrast to FIGS. 1 and 3 — are not shown at an excessive height, so that they cannot be seen there.
  • the probe coil arrangement 30-2 is arranged between the film 30-1 and the lead wedge 10-7. In order to protect the film 30-1 from abrasion and dirt, it is covered with a protective layer 30-6 which lies directly on the surface 2 of the component 1.
  • the eddy current probe 30, in particular the film 30-1 with the probe coil arrangement 30-2, could also be arranged between the ultrasonic transducer 10-1 and the leading wedge 10-7. It could also be attached to the side 35 of the ultrasonic transducer 10-1 facing away from the component 1.
  • the ultrasonic transducer 10-1 is operated at an ultrasonic frequency in the range from 1 MHz to 15 MHz, for example at 2 MHz.
  • the eddy current probe 30 is electrically excited with an eddy current frequency from the interval of 50 kHz and 900 kHz, for example 600 kHz.
  • three or more coils can be provided in any arrangement.

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Abstract

The invention relates to a device for the non-destructive material testing of a component (1), comprising a piezoelectric ultrasonic transducer (10-1) and an eddy-current probe (30). The eddy-current probe (30) is positioned in relation to the ultrasonic transducer (10-1) in such a way that when the ultrasonic transducer (10-1) is coupled to the component (1) it is situated between a side (14) of the ultrasonic transducer (10-1) which faces the component (1) and the component (1) itself. The eddy-current probe (30) can also be positioned on the side (35) of the ultrasonic transducer (10-1) which faces away from the component (1). The invention also relates to a method for the non-destructive material testing of a component (1) according to which ultrasound (12) is injected into the component (1) and an eddy current is generated in said component (1). The invention also provides for an eddy-current probe (30) to be penetrated by ultrasound (12) or for an ultrasonic transducer (10-1) to be penetrated by a magnetic alternating field which generates the eddy current.

Description

Beschreibungdescription
Vorrichtung und Verfahren zur zerstörungsfreien WerkstoffprüfungDevice and method for non-destructive material testing
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der zerstörungsfreien Meß- und Pruftechnik.The invention is in the field of non-destructive measurement and testing technology.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur zersto- rungsfreien Werkstoffprüfung eines Bauteils, mitThe invention relates to a device for non-destructive material testing of a component, with
- einem akustisch an das Bauteil ankoppelbaren Ultraschall- prufkopf, umfassend einen Ultraschallwandler, undan ultrasound test head that can be acoustically coupled to the component, comprising an ultrasound transducer, and
- einer Wirbelstromsonde zur Wirbelstromprufung des Bauteils.- An eddy current probe for eddy current testing of the component.
Die Erfindung betrifft in einer ersten Ausfuhrungsform auch ein Verfahren zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung eines Bauteils, bei dem Ultraschall in das Bauteil eingekoppelt und mittels einer Wirbelstromsonde Wirbelstrom im Bauteil erzeugt wird.In a first embodiment, the invention also relates to a method for non-destructive material testing of a component, in which ultrasound is coupled into the component and eddy current is generated in the component by means of an eddy current probe.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung in einer zweiten Ausfuhrungsform auf ein Verfahren zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung eines Bauteils, bei dem mittels eines Ultraschall- wandlers Ultraschall m das Bauteil eingekoppelt und Wirbel- ström im Bauteil erzeugt wird.Furthermore, in a second embodiment, the invention relates to a method for non-destructive material testing of a component, in which the component is coupled in by means of an ultrasound transducer, and eddy current is generated in the component.
In dem Fachartikel „Zerstörungsfreie Messung der Korrosionseinwirkung auf Hochtemperatur-Schutzschichten* von G. Dibe- lius, H. J. Kπchel und U. Reimann, VGB Kraftwerkstechnik 70 (1990), Seite 762 bis 768, sind flache Wirbelstromspiralson- den beschrieben, die auf einem flexiblen Trager aufgebracht sind, so daß die Sonde der Krümmung an der Meßstelle folgen kann.In the technical article “Non-destructive measurement of the effects of corrosion on high-temperature protective layers * by G. Dibelius, HJ Kπchel and U. Reimann, VGB Kraftwerkstechnik 70 (1990), pages 762 to 768, flat eddy current probes are described that are based on a flexible Carriers are applied so that the probe can follow the curvature at the measuring point.
Aus der EP 0 228 117 A2 ist eine flexible Spule für die Wirbelstromprufung bekannt, die auf einem flexiblen Substrat angebracht ist. Die Spule ist an vielseitige Oberflachengeome- tπen anpaßbar. Sie kann beispielsweise photolithographisch hergestellt werden.A flexible coil for eddy current testing is known from EP 0 228 117 A2, which is attached to a flexible substrate. The coil is attached to versatile surface Customizable. For example, it can be produced photolithographically.
Es ist bekannt, die Zuverlässigkeit der Prufaussage be einer zerstörungsfreien Werkstoffprüfung durch Kombination einer Wirbelstromprufung mit einer Ultraschallprüfung zu steigern.It is known to increase the reliability of the test statement in a non-destructive material test by combining an eddy current test with an ultrasonic test.
Entsprechende Prufmanipulatoren zur Wirbelstrom- und Ultraschallprüfung sind beispielsweise aus der DE 196 41 888 AI und aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift DE 297 00 027.6 U bekannt. Diese bekannten Prufmanipulatoren benotigen infolge der kombinierten Anwendungen zweier unterschiedlicher Prüfverfahren eine im Vergleich zu einem Emzelprufköpf große Ankoppel- oder Auflageflache, insbesondere falls ein der Emkopplung von Ultraschall dienender Ultraschallwandler und eine der Erzeugung von Wirbelstrom dienende Wirbelstromsonde in einem gemeinsamen Prufkopf oder in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht und z.B. zusätzlich starr verbunden sind. Deshalb eignen sich die m den genannten Schriften offenbarten Manipulatoren nicht für die Prüfung an stark gekrümmten Oberflachen. Die bekannten kombinierten Ultraschall- und Wirbelstromprufemrichtungen sind darüber hinaus im Vergleich zu einer Emzelprufemπchtung besonders voluminös, so daß sie zur Prüfung schwer zugänglicher Prufbereiche am Bauteil nicht oder nur mit großem Aufwand eingesetzt werden können.Corresponding test manipulators for eddy current and ultrasound testing are known for example from DE 196 41 888 AI and from German utility model DE 297 00 027.6 U. As a result of the combined use of two different test methods, these known test manipulators require a coupling or support surface that is large in comparison to an Emzel test head, in particular if an ultrasonic transducer used to decouple ultrasound and an eddy current probe used to generate eddy current are accommodated in a common test head or in a common housing and e.g. are also rigidly connected. For this reason, the manipulators disclosed in the cited documents are not suitable for testing on strongly curved surfaces. The known combined ultrasonic and eddy current test devices are also particularly voluminous compared to an Emzelprufemπchtung, so that they can not be used for testing difficult accessible test areas on the component or only with great effort.
Aus den deutschen Offenlegungsschπften DE 26 52 085 AI und DE 35 30 525 AI sind Vorrichtungen zur störungsfreien Werk- stoffprufung bekannt, bei denen ein zur Erzeugung von Ultraschallwellen vorhandener elektromagnetischer Ultraschallwandler m Verbindung mit einer Wirbelstrommeßtechnik genutzt wird. Diese Vorrichtungen weisen eine oder mehrere Spulen zur Ultraschallprüfung sowie außerdem eme zum Zwecke der Wirbel- stromprufung vorhandene gesonderte Spule auf, die zentrisch innerhalb der zur Ultraschallmessung vorhandenen Spulen angeordnet ist. Die verwendeten elektromagnetisch arbeitenden Ultraschallwandler (EMUS, oder englisch: EMAT) sind für zahlreiche Anwendungen, insbesondere im Bereich der Kerntechnik, nicht ausreichend präzise und zuverlässig.From the German Offenlegungsschπften DE 26 52 085 AI and DE 35 30 525 AI devices for trouble-free material testing are known, in which an existing for generating ultrasonic waves electromagnetic ultrasonic transducer m connection with an eddy current measurement technology is used. These devices have one or more coils for ultrasound testing and also a separate coil which is provided for the purpose of eddy current testing and is arranged centrally within the coils present for ultrasound measurement. The electromagnetic working used Ultrasonic transducers (EMUS, or English: EMAT) are not sufficiently precise and reliable for numerous applications, especially in the field of nuclear technology.
Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung eines Bauteils anzugeben, mit dem auch schwerer zugängliche Prüfbereiche sehr präzise geprüft werden können, und die auch bei stärker gekrümmten Oberflächen des Bauteils verwendbar sind.The invention is therefore based on the object of specifying a device and a method for the non-destructive material testing of a component, with which even more difficult to access test areas can be checked very precisely, and which can also be used on more curved surfaces of the component.
Diese Aufgabe wird bezogen auf die eingangs genannte Vorrichtung gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Ultraschallwandler als piezoelektrischer Wandler ausgebildet ist, undThis object is achieved with respect to the above-mentioned device according to the invention in that the ultrasonic transducer is designed as a piezoelectric transducer, and
- daß die Wirbelstromsonde derart bezüglich des Ultraschallwandlers angeordnet ist, daß sie bei an das Bauteil angekoppeltem Ultraschallwandler zumindest teilweise zwischen einer dem Bauteil zugewandten Seite des Ultraschallwand- lers und dem Bauteil oder zumindest teilweise auf der dem Bauteil abgewandten Seite des Ultraschallwandlers zu liegen kommt.- That the eddy current probe is arranged with respect to the ultrasonic transducer in such a way that when the ultrasonic transducer is coupled to the component it comes to rest at least partially between a side of the ultrasonic transducer facing the component and the component or at least partially on the side of the ultrasonic transducer facing away from the component.
Die Erfindung geht dabei von folgenden wider Erwarten gefundenen Ergebnissen aus:The invention is based on the following unexpected results:
a) Es ist möglich, den von einem piezoelektrischen Wandler erzeugten Ultraschall durch eine Wirbelstromsonde hindurch in das zu prüfende Bauteil einzuschallen, und dennoch eine gute akustische Ankopplung des Wandlers an das Bauteil zu ermöglichen. b) Alternativ ist es möglich, zur Induktion der Wirbelströme im Bauteil erzeugte elektromagnetische Wellen durch einen piezoelektrischen Wandler hindurch in das Bauteil einzu- koppeln und trotz des durch die Dicke des Ultraschallwandlers vorgegebenen Abstands der Wirbelstromsonde vom Bauteil eine ausreichend präzise Messung zu ermöglichen. Mit der Vorrichtung nach der Erfindung wird z.B. erreicht, daß an der gleichen Stelle auf der Oberfläche des Bauteils, an der die Wirbelstromsonde angekoppelt ist, der vom Ultraschallwandler ausgesandte Ultraschall ins Bauteil eingekoppelt wird. Mit anderen Worten: Der Bereich der akustischen Ankopplung ans Werkstück oder Bauteil stimmt zumindest teilweise mit einem Bereich elektromagnetischer Ankopplung an das Bauteil überein. Dadurch ist die Vorrichtung in vorteilhafter Weise besonders platzsparend auf- baubar.a) It is possible to insonify the ultrasound generated by a piezoelectric transducer through an eddy current probe into the component to be tested, and still enable a good acoustic coupling of the transducer to the component. b) Alternatively, it is possible to couple electromagnetic waves generated to induce the eddy currents in the component through a piezoelectric transducer into the component and to enable a sufficiently precise measurement despite the distance of the eddy current probe from the component which is predetermined by the thickness of the ultrasonic transducer. With the device according to the invention it is achieved, for example, that the ultrasound emitted by the ultrasound transducer is coupled into the component at the same point on the surface of the component to which the eddy current probe is coupled. In other words: the area of the acoustic coupling to the workpiece or component at least partially corresponds to an area of electromagnetic coupling to the component. As a result, the device can advantageously be constructed in a particularly space-saving manner.
Die Wirbelstromsonde und der Ultraschallprüfköpf sind beispielsweise in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht und insbesondere starr miteinander verbunden. Es können auch meh- rere Wirbelstromsonden und/oder Ultraschallprüfköpfe vorhanden sein.The eddy current probe and the ultrasonic test head are accommodated, for example, in a common housing and in particular are rigidly connected to one another. There can also be several eddy current probes and / or ultrasonic probes.
Die dem Bauteil zugewandte Seite und die dem Bauteil abgewandte Seite des Ultraschallwandlers sind insbesondere die Flachseiten des Ultraschallwandlers.The side facing the component and the side of the ultrasonic transducer facing away from the component are in particular the flat sides of the ultrasonic transducer.
Der Ultraschallprüfkopf umfaßt neben dem Ultraschallwandler beispielsweise einen Vorlaufkeil und/oder eine Anpaßschicht.In addition to the ultrasound transducer, the ultrasound test head includes, for example, a lead wedge and / or an adaptation layer.
Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Wirbelstromsonde derart bezüglich des Ultraschallwandlers angeordnet, daß sie bei an das Bauteil angekoppeltem Ultraschallwandler zumindest teilweise zwischen einer Ankoppelfläche des Ultraschallprüfköpfs und dem Bauteil zu liegen kommt.According to a particularly preferred embodiment, the eddy current probe is arranged with respect to the ultrasound transducer in such a way that when the ultrasound transducer is coupled to the component it comes to lie at least partially between a coupling surface of the ultrasound probe and the component.
Beispielsweise ist auf einer oberen Keilfläche des Vorlaufkeils der Ultraschallwandler angeordnet. In diesem Fall wird die untere Keilfläche des Vorlaufkeils an das Bauteil akustisch angekoppelt, d.h. sie bildet die Ankoppelfläche. Zwi- sehen der unteren Keilfläche und dem Bauteil kommt dann die Wirbelstromsonde zu liegen. Die Wirbelstromsonde kann aber auch zwischen der oberen Keilfläche des Vorlaufkeils und der dem Bauteil zugewandten, insbesondere unteren, Seite des Ultraschallwandlers angeordnet sein.For example, the ultrasonic transducer is arranged on an upper wedge surface of the leading wedge. In this case, the lower wedge surface of the lead wedge is acoustically coupled to the component, ie it forms the coupling surface. The eddy current probe then lies between the lower wedge surface and the component. The eddy current probe can, however, also be arranged between the upper wedge surface of the lead wedge and the, in particular lower, side of the ultrasonic transducer facing the component.
Der Ultraschallwandler ist beispielsweise ein als Array ausgebildeter Gruppenstrahler.The ultrasound transducer is, for example, a group emitter designed as an array.
Die Wirbelstromsonde umfaßt vorzugsweise eine Sondenspulenan- Ordnung.The eddy current probe preferably comprises a probe coil arrangement.
Die Windungen („Wicklungen* ) einer Spule der Sondenspulenanordnung sind beispielsweise in einer Ebene angeordnet und/oder spiralförmig ausgebildet.The windings (“windings *) of a coil of the probe coil arrangement are arranged, for example, in one plane and / or have a spiral shape.
Bevorzugt ist die Sondenspulenanordnung eine photolithographisch hergestellte Anordnung von Leiterbahnen.The probe coil arrangement is preferably a photolithographically produced arrangement of conductor tracks.
Beispielsweise ist die Höhe der Leiterbahnen geringer als 0,1 mm, oder geringer als 0,02 mm.For example, the height of the conductor tracks is less than 0.1 mm or less than 0.02 mm.
Durch die Anwendung der Photolitographie ist es möglich, besonders dünne Leiterbahnen herzustellen. Dies ist insbesondere von Vorteil, falls die Wirbelstromsonde vom Ultraschall durchstrahlt wird. In diesem Fall wird durch besonders dünne Leiterbahnen nämlich in vorteilhafter Weise erreicht, daß der Ultraschall beim Passieren der Sondenspulenanordnung nur eine geringe Störung, insbesondere nur eine geringe Absorption und Reflexion, erfährt.The use of photolithography makes it possible to produce particularly thin conductor tracks. This is particularly advantageous if the eddy current probe is irradiated by the ultrasound. In this case, it is achieved by means of particularly thin conductor tracks that the ultrasound experiences only a slight disturbance when passing through the probe coil arrangement, in particular only a low absorption and reflection.
Die Sondenspulenanordnung umfaßt beispielsweise wenigstens zwei Spulen.The probe coil arrangement comprises, for example, at least two coils.
Nach einer anderen bevorzugten Ausgestaltung weist die Wir- belstromsonde eine Folie auf, in oder auf der die Sondenspulenanordnung angeordnet ist. Dadurch wird in vorteilhafter Weise der Raumbedarf der Vorrichtung weiter verringert. Insbesondere weist hierzu die Folie eine Dicke von weniger als 0,5 mm auf, oder von weniger als 0,02 mm.According to another preferred embodiment, the eddy current probe has a film in or on which the probe coil arrangement is arranged. As a result, the space requirement of the device is further reduced. In particular, the film has a thickness of less than 0.5 mm or less than 0.02 mm.
Zur Erleichterung der Ankopplung der Vorrichtung an eine un- ebene Bauteiloberfläche besteht die Folie vorzugsweise aus flexiblem Material.In order to facilitate the coupling of the device to an uneven component surface, the film is preferably made of flexible material.
Nach einer ganz besonders bevorzugten Ausgestaltung sind der Ultraschallprüfköpf, d.h. insbesondere der Ultraschallwand- 1er, und die Wirbelstromsonde mit unterschiedlichen Frequenzen betreibbar. Dadurch wird der Vorteil erzielt, daß sich der Ultraschallprüfkopf und die Wirbelstromsonde, insbesondere bei geringem räumlichem Abstand und insbesondere bei Unterbringung in einem gemeinsamen Gehäuse, nicht gegenseitig beeinflussen.According to a very particularly preferred embodiment, the ultrasonic test heads, i.e. in particular the ultrasonic wand and the eddy current probe can be operated at different frequencies. This has the advantage that the ultrasonic test head and the eddy current probe do not influence one another, in particular when the distance is small and in particular when accommodated in a common housing.
Vorzugsweise unterscheiden sich die Frequenzen mindestens um einen Faktor 2 voneinander. Beispielsweise wird die Wirbelstromsonde mit einer Wirbelstromfrequenz betrieben, deren ge- radzahlige Vielfache (Oberwellen) nicht mit einer Resonanzfrequenz des Ultraschallwandlers oder einem geradzahligen Vielfachen hiervon übereinstimmen.The frequencies preferably differ from one another by at least a factor of 2. For example, the eddy current probe is operated at an eddy current frequency whose even multiples (harmonics) do not match a resonance frequency of the ultrasound transducer or an even multiple thereof.
Nach einer anderen bevorzugten Ausgestaltung sind der Ultra- schallprüfköpf und die Wirbelstromsonde wechselweise betreibbar. Durch ein solches zeitlich getaktetes, gegenphasiges Durchführen der Ultraschallprüfung und der Wirbelstromprüfung kann eine gegenseitige Beeinflussung, beispielsweise durch elektromagnetische Induktionen oder mechanische Vibrationen, ebenfalls zuverlässig ausgeschlossen werden.According to another preferred embodiment, the ultrasonic test head and the eddy current probe can be operated alternately. Mutual influencing, for example by electromagnetic induction or mechanical vibrations, can also be reliably excluded by performing the ultrasound test and the eddy current test in such a timed manner in phase opposition.
Die verfahrensbezogene Aufgabe wird bezogen auf die eingangs genannte erste Ausfuhrungsform gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Wirbelstromsonde zumindest teilweise vom Ul- traschall durchschallt wird. Bezogen auf die zweite Ausfuhrungsform wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Ultraschallwandler als piezoelektrischer Wandler ausgebildet ist und zumindest teilweise von einem den Wirbelstrom erzeugenden magnetischen Wechselfeld durchdrungen wird.The process-related object is achieved in relation to the first embodiment according to the invention mentioned at the outset in that the eddy current probe is at least partially exposed to ultrasound. In relation to the second embodiment, the object is achieved in that the ultrasound transducer is designed as a piezoelectric transducer and is at least partially penetrated by an alternating magnetic field that generates the eddy current.
Die beiden Verfahren sind bevorzugt mit der Vorrichtung nach der Erfindung durchführbar. Die bezüglich der Vorrichtung genannten Vorteile gelten für die Verfahren analog.The two methods can preferably be carried out with the device according to the invention. The advantages mentioned with regard to the device apply analogously to the methods.
Bei beiden Ausfuhrungsformen wird bevorzugt eine von der Ultraschallfrequenz verschiedene Wirbelstromfrequenz eingestellt.In both embodiments, an eddy current frequency that is different from the ultrasound frequency is preferably set.
Die Ultraschallfrequenz und die Wirbelstromfrequenz unterscheiden sich hierbei mindestens um einen Faktor 2 voneinander.The ultrasound frequency and the eddy current frequency differ from one another by at least a factor of 2.
In vorteilhafter Weise kann auch abwechselnd Ultraschall ein- gekoppelt und Wirbelstrom erzeugt werden.In an advantageous manner, ultrasound can alternately be coupled in and eddy current can be generated.
Drei Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung nach der Erfindung werden anhand der Figuren 1 bis 6 näher erläutert. Die Figuren dienen auch der Erläuterung der Verfahren nach der Erfindung. Es zeigt:Three exemplary embodiments of a device according to the invention are explained in more detail with reference to FIGS. 1 to 6. The figures also serve to explain the method according to the invention. It shows:
FIG 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung in einem Längsschnitt („Vertikalschnitt*) entlang der Linie I-I der Figur 2,1 shows a first embodiment of a device according to the invention in a longitudinal section (“vertical section *) along the line I-I of FIG. 2,
FIG 2 die Vorrichtung der Figur 1 in einer Draufsicht auf einen Schnitt entlang der Linie II-II der Figur 1,2 shows the device of FIG. 1 in a plan view of a section along the line II-II of FIG. 1,
FIG 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung in einem Längsschnitt, FIG 4 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung in einem Längsschnitt („Vertikalschnitt*) entlang der Linie IV-IV der Figur 5,3 shows a second embodiment of a device according to the invention in a longitudinal section, 4 shows a third embodiment of a device according to the invention in a longitudinal section (“vertical section *) along the line IV-IV of FIG. 5,
FIG 5 eine Draufsicht auf die oben aufgeschlossene Vorrichtung der Figur 4 und5 shows a plan view of the device of FIGS
FIG 6 eine Querschnittsdarstellung durch die Vorrichtung der Figur 4 entlang der Linie VI-VI.6 shows a cross-sectional view through the device of FIG. 4 along the line VI-VI.
Bei der nachfolgenden Beschreibung wird - ohne Einschränkung der Allgemeingültigkeit der darin getroffenen Aussagen - in für die Ultraschallprüftechnik üblicher Weise davon ausgegangen, daß der Ultraschallprüfköpf „auf* dem zu prüfenden Bau- teil angekoppelt wird und dabei oberhalb diesem zu liegen kommt. In diesem Sinne werden nachfolgend die Begriffe „horizontal* und „vertikal* verwendet.In the following description - without restricting the generality of the statements made therein - it is assumed in the usual way for ultrasonic testing technology that the ultrasonic test head is “coupled” to the component to be tested and thereby lies above it. In this sense, the terms "horizontal * and" vertical * are used below.
Figur 1 zeigt in einem Vertikalschnitt ein Bauteil 1, das ei- ner zerstörungsfreien Werkstoffprüfung unterzogen wird. Hierzu ist an der Oberfläche 2 des Bauteils 1 ein Ultraschallprüfkopf 10 akustisch angekoppelt, der einen Ultraschallwandler 10-1 zur Einkopplung von Ultraschall 12 in das Bauteil 1 umfaßt. Der Ultraschallwandler 10-1 weist einen glatt geschnittenen, planparallelen piezoelektrischen Körper und (nicht explizit dargestellte) Elektroden auf.FIG. 1 shows in a vertical section a component 1 which is subjected to a non-destructive material test. For this purpose, an ultrasonic test head 10 is acoustically coupled to the surface 2 of the component 1, which includes an ultrasonic transducer 10-1 for coupling ultrasound 12 into the component 1. The ultrasonic transducer 10-1 has a smooth cut, plane-parallel piezoelectric body and electrodes (not explicitly shown).
Die dem Bauteil 1 zugewandte Seite 14 des Ultraschallwandlers 10-1 bildet eine Ankoppelfläche 10-2, mit der der Ultra- schallprüfköpf 10 an das Bauteil 1 - im gezeichneten Beispiel mittelbar - angekoppelt ist. Zwischen der Ankoppelfläche 10-2 und der Oberfläche 2 des Bauteils 1 ist eine Wirbelstromsonde 30 angeordnet. Diese besteht unter anderem aus einer Folie 30-1 aus temperaturbeständigem und flexiblem Material M und mit einer Dicke D von weniger als 0,1 mm. Das Material M ist z.B. Polyamid. Auf der Folie 30-1 ist eine Sondenspulenanordnung 30-2 angeordnet, die als photolithographisch hergestellte Leiterbahn 30-3 mit einer Höhe H von weniger als 0,1 mm ausgebildet ist.The side 14 of the ultrasonic transducer 10-1 facing the component 1 forms a coupling surface 10-2 with which the ultrasonic test probe 10 is coupled to the component 1 — indirectly in the example shown. An eddy current probe 30 is arranged between the coupling surface 10-2 and the surface 2 of the component 1. This consists among other things of a film 30-1 made of temperature-resistant and flexible material M and with a thickness D of less than 0.1 mm. The material M is, for example, polyamide. A probe coil arrangement 30-2 is arranged on the film 30-1 and is designed as a photolithographically produced conductor track 30-3 with a height H of less than 0.1 mm.
Die Höhe H der Leiterbahn 30-3 ist in Figur 1 zur besseren Darstellung stark übertrieben gezeichnet.The height H of the conductor track 30-3 is drawn in a greatly exaggerated manner in FIG. 1 for better illustration.
Der vom Ultraschallwandler 10-1 erzeugte Ultraschall 12 durchdringt die darunter gelegene Wirbelstromsonde 30, bevor er in das Bauteil 1 eindringt. Der unter dem Ultraschallwandler 10-1 gelegene Bereich der Oberfläche 2 des Bauteils 1 dient sowohl als akustische Ankoppelfläche als auch dem Eindringen eines von der Wirbelstromsonde 30 erzeugten (nicht dargestellten) elektromagnetischen Felds, welches im Bauteil 1 zur Erzeugung des gewünschten Wirbelstroms führt.The ultrasound 12 generated by the ultrasound transducer 10-1 penetrates the eddy current probe 30 below it before it penetrates into the component 1. The area of the surface 2 of the component 1 located under the ultrasonic transducer 10-1 serves both as an acoustic coupling surface and also for the penetration of an electromagnetic field (not shown) generated by the eddy current probe 30, which leads to the generation of the desired eddy current in the component 1.
Figur 2 zeigt die Vorrichtung der Figur 1 in einer Draufsicht bei abgenommenem Ultraschallwandler 10-1 (Schnitt entlang der Linie II-II) . Daraus ist ersichtlich, daß die Leiterbahn 30-3 der Sondenspulenanordnung 30-2 eine spiralförmige oder schraubenlinienförmige und planare Spule bildet. Die Leiterbahn 30-3 ist an einem am Rand der Folie 30-1 gelegenen ersten Spulenende 30-4 mit einem Kontaktdraht 33 kontaktiert. Sie windet sich mit von Windung zu Windung geringer werdendem Radius zu einem etwa in der Mitte der Folie 30-1 gelegenen zweiten Spulenende 30-5, von dem ein weiterer Kontaktdraht 32 ausgeht, der nach oben durch eine Bohrung 10-3 (siehe Figur 1) einer nicht explizit dargestellten Ansteuereinheit zuge- führt ist.Figure 2 shows the device of Figure 1 in a plan view with the ultrasonic transducer 10-1 removed (section along the line II-II). It can be seen from this that the conductor track 30-3 of the probe coil arrangement 30-2 forms a spiral or helical and planar coil. The conductor track 30-3 is contacted with a contact wire 33 at a first coil end 30-4 located at the edge of the film 30-1. It winds with a decreasing radius from turn to turn to a second coil end 30-5 located approximately in the middle of the film 30-1, from which a further contact wire 32 extends, which goes up through a bore 10-3 (see FIG. 1 ) is supplied to a control unit that is not explicitly shown.
Bei dem in Figur 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung ist die Wirbelstromsonde 30 im Gegensatz zu dem in Figur 1 dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel auf einer dem Bauteil 1 abgewandten Seite 35, d.h. auf der Oberseite, des Ultraschallwandlers 10-1 angeordnet. Bei der Vorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels er- folgt die elektromagnetische Ankopplung der Wirbelstromsonde 30 an das Bauteil 1 durch den Ultraschallwandler 10-1 hindurch. Dies bedeutet, daß der größte Anteil der von der Sondenspulenanordnung 30-2 erzeugten magnetischen Feldlinien den Ultraschallprüfköpf 10 durchdringt.In the second exemplary embodiment of a device according to the invention shown in FIG. 3, in contrast to the exemplary embodiment shown in FIG. 1, the eddy current probe 30 is arranged on a side 35 facing away from component 1, ie on the upper side, of the ultrasonic transducer 10-1. In the device of the second embodiment, follows the electromagnetic coupling of the eddy current probe 30 to the component 1 through the ultrasonic transducer 10-1. This means that the largest proportion of the magnetic field lines generated by the probe coil arrangement 30-2 penetrates the ultrasonic probe 10.
Die Ultraschallwandler 10 der Figuren 1 bis 3 sind für die Senkrechteinschallung im Impuls-Echo-Betrieb hergerichtet.The ultrasound transducers 10 of FIGS. 1 to 3 are prepared for vertical insonification in pulse-echo operation.
Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem der Ultraschallprüfkopf 10 und die Wirbelstromsonde 30 in einem gemeinsamen Gehäuse 10-4 angeordnet und darin fest miteinander verbunden sind. Der Ultraschallwandler 10-1 ist auf der dem Bauteil 1 abgewandten Seite 35 von einem Dämpfungskör- per 10-5 aus Kork eingeschlossen. Mit der dem Bauteil zugewandten Seite 14 ist der Ultraschallwandler 10-1 über eine Anpaßschicht 10-6 (λ/4 - Schicht) an einen vom eingekoppelten Ultraschall 12 durchschallten Vorlaufkeil 10-7 aus Plexiglas gekoppelt .FIG. 4 shows a further exemplary embodiment in which the ultrasound test head 10 and the eddy current probe 30 are arranged in a common housing 10-4 and are firmly connected to one another therein. The ultrasonic transducer 10-1 is enclosed on the side 35 facing away from the component 1 by a damping body 10-5 made of cork. With the side 14 facing the component, the ultrasound transducer 10-1 is coupled via a matching layer 10-6 (λ / 4 layer) to a leading wedge 10-7 made of plexiglass and penetrated by the coupled ultrasound 12.
Die Figuren 5 und 6 zeigen die in Figur 4 in einem Vertikalschnitt dargestellte Vorrichtung in einer Draufsicht auf den Ultraschallprüfköpf (Figur 5) bei aufgeschlossenem Gehäuse 10-4 und abgenommenem Dämpfungskörper 10-5 bzw. in ei- nem Horizontalschnitt (Figur 6) entlang der Linie VI-VI derFIGS. 5 and 6 show the device shown in FIG. 4 in a vertical section in a plan view of the ultrasonic test head (FIG. 5) with the housing 10-4 unlocked and the damping body 10-5 removed or in a horizontal section (FIG. 6) along the Line VI-VI of the
Figur 4. Aus Figur 5 ist ersichtlich, daß der Vorlaufkeil 10- 7 durch eine akustische Trennschicht 10-8 aus Kork in zwei Teilkeile unterteilt ist. Der Ultraschallwandler 10-1 ist bei diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls mehrteilig ausgestaltet. Er besteht aus einem Ultraschallsender 10-1T, der an einen der Teilkeile akustisch angekoppelt ist, und aus einem Ultraschallempfänger 10-1R, der an den anderen Teilkeil akustisch angekoppelt ist. Durch diese Ausgestaltung des Vorlaufkeils 10-7 und des Ultraschallwandlers 10-1 ist der darge- stellte Ultraschallprüfköpf 10 insbesondere für einen Sende- Empfangs-Betrieb geeignet. Figur 6 zeigt, daß die Sondenspulenanordnung 30-2 beim dritten Ausführungsbeispiel eine erste Spule 30-2A und eine zweite Spule 30-2B umfaßt, die beispielsweise in einer (nicht dargestellten) Differenzschaltung betreibbar sind. Die erste Spule 30-2A kommt bei an das Bauteil 1 angekoppeltem Ultraschallsender 10-1T zwischen diesem und dem Bauteil 1 zu liegen. In äquivalenter Weise liegt die zweite Spule 30-2B dann unter dem Ultraschallempfänger 10-1R. Die Leiterbahnen 30-3 der weitgehend planaren Sondenspulenanordnung 30-2 der Wir- belstromsonde 30 sind über Kontaktdrähte 32, 33, 44, 45 kontaktiert. Die Kontaktdrähte 32, 44, die von den jeweils nicht am Rand der Folie 30-1 gelegenen Spulenenden ausgehen, sind über horizontal verlaufende Nuten 10-9, 10-10 zur vertikalen Bohrung 10-3 geführt, die durch die Trennschicht 10-8 nach oben verläuft, und durch die diese Kontaktdrähte 32, 44 nach außen geführt sind. Die Nuten 10-9, 10-10 sind an der Unterseite des Vorlaufkeils 10-7 eingefräßt.Figure 4. It can be seen from Figure 5 that the leading wedge 10-7 is divided into two wedges by an acoustic separating layer 10-8 made of cork. The ultrasound transducer 10-1 is also designed in several parts in this embodiment. It consists of an ultrasonic transmitter 10-1T, which is acoustically coupled to one of the partial wedges, and an ultrasonic receiver 10-1R, which is acoustically coupled to the other partial wedge. Due to this configuration of the leading wedge 10-7 and the ultrasonic transducer 10-1, the illustrated ultrasonic probe 10 is particularly suitable for a transmit / receive operation. FIG. 6 shows that the probe coil arrangement 30-2 in the third exemplary embodiment comprises a first coil 30-2A and a second coil 30-2B, which can be operated, for example, in a differential circuit (not shown). When the ultrasonic transmitter 10-1T is coupled to the component 1, the first coil 30-2A comes to lie between the latter and the component 1. In an equivalent manner, the second coil 30-2B then lies under the ultrasound receiver 10-1R. The conductor tracks 30-3 of the largely planar probe coil arrangement 30-2 of the eddy current probe 30 are contacted via contact wires 32, 33, 44, 45. The contact wires 32, 44, which originate from the coil ends not located at the edge of the film 30-1, are guided via horizontally running grooves 10-9, 10-10 to the vertical bore 10-3, which passes through the separating layer 10-8 runs above, and through which these contact wires 32, 44 are guided to the outside. The grooves 10-9, 10-10 are milled on the underside of the leading wedge 10-7.
Die Windungen der Spulen 30-2A, 30-2B sind im wesentlichen rechteckig geformt mit sich von Windung zu Windung verringernder Breite und Länge des Rechtecks .The turns of the coils 30-2A, 30-2B are essentially rectangular in shape with the width and length of the rectangle decreasing from turn to turn.
In Figur 4 sind die Leiterbahnen 30-3 der Sondenspulenanordnung 30-2 - im Gegensatz zu den Figuren 1 und 3 - nicht über- höht dargestellt, so daß diese dort nicht ersichtlich sind. Die Sondenspulenanordnung 30-2 ist zwischen der Folie 30-1 und dem Vorlaufkeil 10-7 angeordnet. Um die Folie 30-1 vor Abrieb und Schmutz zu schützen, ist sie mit einer Schutzschicht 30-6 überzogen, die unmittelbar auf der Oberfläche 2 des Bauteils 1 aufliegt.In FIG. 4, the conductor tracks 30-3 of the probe coil arrangement 30-2 — in contrast to FIGS. 1 and 3 — are not shown at an excessive height, so that they cannot be seen there. The probe coil arrangement 30-2 is arranged between the film 30-1 and the lead wedge 10-7. In order to protect the film 30-1 from abrasion and dirt, it is covered with a protective layer 30-6 which lies directly on the surface 2 of the component 1.
Statt zwischen dem Bauteil 1 und dem Vorlaufkeil 10-7 könnte die Wirbelstromsonde 30, insbesondere die Folie 30-1 mit der Sondenspulenanordnung 30-2, auch zwischen dem Ultraschall- wandler 10-1 und dem Vorlaufkeil 10-7 angeordnet sein. Sie könnte auch auf der dem Bauteil 1 abgewandten Seite 35 des Ultraschallwandlers 10-1 befestigt sein. Der Ultraschallwandler 10-1 wird bei einer Ultraschallfrequenz aus dem Bereich von 1 MHz bis 15 MHz betrieben, z.B. bei 2 MHz. Die Wirbelstromsonde 30 wird elektrisch mit einer Wirbelstromfrequenz aus dem Intervall von 50 kHz und 900 kHz, z.B. 600 kHz, angeregt.Instead of between the component 1 and the leading wedge 10-7, the eddy current probe 30, in particular the film 30-1 with the probe coil arrangement 30-2, could also be arranged between the ultrasonic transducer 10-1 and the leading wedge 10-7. It could also be attached to the side 35 of the ultrasonic transducer 10-1 facing away from the component 1. The ultrasonic transducer 10-1 is operated at an ultrasonic frequency in the range from 1 MHz to 15 MHz, for example at 2 MHz. The eddy current probe 30 is electrically excited with an eddy current frequency from the interval of 50 kHz and 900 kHz, for example 600 kHz.
Anstelle der zwei Spulen 30-2A, 30-2B können auch drei oder mehr Spulen in beliebiger Anordnung vorhanden sein. Instead of the two coils 30-2A, 30-2B, three or more coils can be provided in any arrangement.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung eines Bauteils (1) , mit - einem akustisch an das Bauteil (1) ankoppelbaren Ultraschallprüfkopf (10) , umfassend einen Ultraschallwandler (10-1), und - einer Wirbelstromsonde (30) zur Wirbelstromprüfung des Bauteils (1), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Ultraschallwandler (10-1) als piezoelektrischer Wandler ausgebildet ist, und daß die Wirbelstromsonde (30) derart bezüglich des Ultraschallwandlers (10-1) angeordnet ist, daß sie bei an das Bauteil (1) angekoppeltem Ultraschallwandler (10-1) zumindest teilweise zwischen einer dem Bauteil (1) zugewandten Seite (14) des Ultraschallwandlers (10-1) und dem Bauteil (1) oder zumindest teilweise auf der dem Bauteil (1) abgewandten Seite (35) des Ultraschallwandlers (10-1) zu liegen kommt.1. Device for non-destructive material testing of a component (1), with - an ultrasonic test head (10) that can be acoustically coupled to the component (1), comprising an ultrasonic transducer (10-1), and - an eddy current probe (30) for eddy current testing of the component (1 ), characterized in that the ultrasound transducer (10-1) is designed as a piezoelectric transducer, and that the eddy current probe (30) is arranged with respect to the ultrasound transducer (10-1) in such a way that when the ultrasound transducer (10 -1) at least partially between a side (14) of the ultrasonic transducer (10-1) facing the component (1) and the component (1) or at least partially on the side (35) of the ultrasonic transducer (10-) facing away from the component (1) 1) comes to rest.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Wirbelstromsonde (30) derart bezüglich des Ultraschall- wandlers (10-1) angeordnet ist, daß sie bei an das Bauteil (1) angekoppeltem Ultraschallwandler (10-1) zumindest teilweise zwischen einer Ankoppelfläche (10-2) des Ultraschallprüfkopfs (10) und dem Bauteil (1) zu liegen kommt.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the eddy current probe (30) is arranged with respect to the ultrasonic transducer (10-1) such that it is at least partially between a coupling surface when the ultrasonic transducer (10-1) is coupled to the component (1) (10-2) of the ultrasonic test head (10) and the component (1) comes to rest.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Wirbelstromsonde (30) eine Sondenspulenanordnung (30-2) umfaßt.3. Apparatus according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the eddy current probe (30) comprises a probe coil arrangement (30-2).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Sondenspulenanordnung (30-2) eine photolithographisch hergestellte Anordnung von Leiterbahnen (30-3) ist. 4. The device according to claim 3, characterized in that the probe coil arrangement (30-2) is a photolithographically produced arrangement of conductor tracks (30-3).
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Höhe (H) der Leiterbahnen (30-3) geringer als 0,1 mm ist.5. Apparatus according to claim 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the height (H) of the conductor tracks (30-3) is less than 0.1 mm.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Sondenspulenanordnung (30-2) wenigstens 2 Spulen umfaßt.6. Device according to one of claims 3 to 5, so that the probe coil arrangement (30-2) comprises at least 2 coils.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Wirbelstromsonde (30) eine Folie (30-1) aufweist, in oder auf der die Sondenspulenanordnung (30-2) angeordnet ist.7. Device according to one of claims 3 to 6, that the eddy current probe (30) has a film (30-1) in or on which the probe coil arrangement (30-2) is arranged.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Folie (30-1) eine Dicke (D) von weniger als 0,5 mm aufweist.8. The device according to claim 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the film (30-1) has a thickness (D) of less than 0.5 mm.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Fo- lie (30-1) aus flexiblem Material (M) besteht.9. Apparatus according to claim 7 or 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the film (30-1) consists of flexible material (M).
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Ultraschallprüfkopf (10) und die Wirbelstromsonde (30) mit unter- schiedlichen Frequenzen betreibbar sind.10. Device according to one of claims 1 to 9, so that the ultrasonic test head (10) and the eddy current probe (30) can be operated at different frequencies.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sich die Frequenzen mindestens um einen Faktor 2 voneinander unter- scheiden.11. The device as claimed in claim 10, so that the frequencies differ from one another by at least a factor of two.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Ultraschallprüfkopf (10) und die Wirbelstromsonde (30) wechsel- weise betreibbar sind. 12. Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the ultrasonic test head (10) and the eddy current probe (30) can be operated alternately.
13. Verfahren zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung eines Bauteils (1), bei dem Ultraschall (12) in das Bauteil (1) eingekoppelt und mittels einer Wirbelstromsonde (30) Wirbelstrom im Bauteil (1) erzeugt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Wirbelstromsonde (30) zumindest teilweise vom Ultraschall (12) durchschallt wird.13. A method for non-destructive material testing of a component (1), in which ultrasound (12) is coupled into the component (1) and an eddy current probe (30) is used to generate eddy current in the component (1), characterized in that the eddy current probe (30) at least is partially transmitted through the ultrasound (12).
14. Verfahren zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung eines Bauteils (1), bei dem mittels eines Ultraschallwandlers (10-14. Method for non-destructive material testing of a component (1), in which an ultrasonic transducer (10-
1) Ultraschall (12) in das Bauteil (1) eingekoppelt und Wirbelstrom im Bauteil (1) erzeugt wird, d a d u r c h g e k e n z e i c h n e t , daß der Ultraschallwandler (10-1) als piezoelektrischer Wandler ausge- bildet ist und zumindest teilweise von einem den Wirbelstrom erzeugenden magnetischen Wechselfeld durchdrungen wird.1) Ultrasound (12) is coupled into the component (1) and eddy current is generated in the component (1), characterized in that the ultrasound transducer (10-1) is designed as a piezoelectric transducer and at least partially from an alternating magnetic field generating the eddy current is penetrated.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine von der Ultraschallfrequenz verschiedene Wirbelstromfrequenz eingestellt wird.15. The method according to claim 13 or 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that an eddy current frequency different from the ultrasonic frequency is set.
16. Verfahren nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sich die Ultraschallfrequenz und die Wirbelstromfrequenz mindestens um einen Faktor 2 voneinander unterscheiden.16. The method according to claim 15, so that the ultrasonic frequency and the eddy current frequency differ from one another by at least a factor of 2.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß abwechselnd Ultraschall (12) eingekoppelt und Wirbelstrom erzeugt wird. 17. The method according to any one of claims 13 to 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that alternately coupled ultrasound (12) and eddy current is generated.
PCT/DE2000/000480 1999-03-04 2000-02-21 Device and method for non-destructive material testing WO2000052459A1 (en)

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DE19909528.0 1999-03-04
DE1999109528 DE19909528A1 (en) 1999-03-04 1999-03-04 Device and method for non-destructive material testing

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