WO2012116952A1 - Prüfkopf zum prüfen eines werkstückes mit einer eine mehrzahl von wandlerelementen enthaltenden ultraschallwandleranordnung und verfahren zum herstellen eines solchen prüfkopfes - Google Patents

Prüfkopf zum prüfen eines werkstückes mit einer eine mehrzahl von wandlerelementen enthaltenden ultraschallwandleranordnung und verfahren zum herstellen eines solchen prüfkopfes Download PDF

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Michael KRÖNING
Henning Heuer
Thomas Herzog
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Intelligendt Systems & Services Gmbh
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Definitions

  • test head and the method are given in the claims 1, 9 and 10 respectively subordinate subclaims.
  • a damping body 14 is applied, which at least during a until the application of the from the damping body 14 and the ultrasonic transducers 6 equipped conductor foil 2 existing intermediate product on a in Fig. 2 schematically indicated curved support 16 required processing time is also elastic.
  • the damping body 14 can either be applied as a layer on the back of the conductor foil 2 or, alternatively, be prefabricated according to FIG. 3, onto which the conductor foil 2 is then glued before or after it has been fitted with the ultrasound transducers 6.
  • the interconnection in the piezo stack is simplified. Due to the built-up of a single piezoelectric body ultrasonic transducer having the same dimensions as the piezo stack, smaller thickness and thus higher capacity of the individual piezoelectric elements 60 and additionally by their parallel connection, the electrical impedance of the ultrasonic transducer 6 is significantly reduced. Since the electrical impedance of an ultrasound transducer / is proportional to the transmitting-receiving surface, it may sound transducers in small Ultra ⁇ , as they are needed in the probe according to the invention, assume values that are significantly greater than that commonly used in ultrasound transducers and used to the impedance Supply lines adapted input impedance of 50 ohms. The use of piezo stacking and the associated increase in capacitance, the impedance of the ultrasonic transducer and, accordingly, the matching losses in the signal transmission can be reduced.

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Abstract

Ein Prüfkopf (20) zum Prüfen eines Werkstückes (18) mit einer Ultraschallwandleranordnung mit einer Mehrzahl von Ultraschallwandlern (6) umfasst: - Einen an eine Oberflächenkontur des Werkstückes (18) angepassten Träger (16), - eine auf dem Träger (16) angeordnete Dämpfungsschicht (14), und - eine auf der Dämpfungsschicht (14) angeordnete flexible Leiterfolienanordnung (1) mit einer der Anzahl der Wandlerelemente (6) entsprechenden Anzahl von elektrisch getrennten Leiterbahnen (4), auf der die Wandlerelemente (6) in zumindest einer Reihe nebeneinander angeordnet sind, und jeweils mit einer der Leiterbahnen (4) elektrisch kontaktiert sind.

Description

Beschreibung
Prüfkopf zum Prüfen eines Werkstückes mit einer eine Mehrzahl von Ultraschallwandlern enthaltenden
Ultraschallwandleranordnung und Verfahren zum Herstellen eines solchen Prüfkopfes
Die Erfindung bezieht sich auf einen Prüfkopf zum Prüfen eines Werkstückes mit einer eine Mehrzahl von Ultraschallwandlern enthaltenden Ultraschallwandleranordnung. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Prüfköpfes.
Für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung mit Ultraschall werden in einer Vielzahl von Anwendungsfällen sogenannte
Gruppenstrahlerprüfköpfe eingesetzt, die eine Vielzahl von linear oder matrixförmig nebeneinander angeordneten Ultraschallwandlern enthalten, und mit denen phasengesteuert die Einschallwinkel und die Fokustiefenbereiche des in das Werk¬ stück gesendeten Ultraschallsignals verändert werden können. Derartige Prüfköpfe werden auch als Phased-Array-Prüfköpfe bezeichnet. Am häufigsten werden Prüfköpfe mit einer linearen Anordnung der Ultraschallwandler, sogenannte Linienarrays , eingesetzt. Für Befundanalysen können die bei verschiedenen Einschallwinkeln empfangenen Echosignale (A-Scans oder A- Bilder) zu einem Sektorbild (Sektor-Scan) zusammengesetzt werden, wodurch man ein Querschnittbild - ein sogenanntes B- Bild - des Prüfvolumens mit Darstellung der darin enthaltenen Reflektoren gewinnt. Als Regel gilt dabei, dass für ein Li- nienarray etwa mindestens 12 Ultraschallwandler benötigt wer¬ den, um eine gute Rekonstruktion zu ermöglichen. Das Sektorbild eines Lineararrays liefert zweidimensionale Bilder, die zusammengesetzt ein dreidimensionales Bild erge¬ ben. In der dritten Dimension, senkrecht zum Sektorbild, erhält man aber nur eine eingeschränkte Kontrast- und Auflö¬ sungsempfindlichkeit. So können beispielsweise schräg zum Sektorbild verlaufende flächige Fehler nicht gefunden werden.
Man benötigt deshalb für ein dreidimensional rekonstruiertes Bild eine zweidimensionale Anordnung von Ultraschallwandlern, ein sogenanntes Matrixarray. Im Falle eines Matrixarrays sind dementsprechend mindestens 12 Linienarrays mit je 12 Ultra¬ schallwandlern, d. h. 12x12 oder 144 Ultraschallwandler, erforderlich, die dicht an dicht angeordnet werden müssen. Die Abmessungen der Ultraschallwandler müssen gemäß Abtasttheorem in jeder Richtung einer halben Wellenlänge des zur Prüfung verwendeten Ultraschallsignals entsprechen. Für die Prüfung eines aus Stahl bestehenden Werkstückes bei einer Prüffrequenz von 3 MHz würde dementsprechend die aktive Fläche der Ultra¬ schallwandler etwa lxlmm2 betragen. Der Prüfkopf hätte dementsprechend eine geringe Apertur von 12x12mm2. Mit einer solch geringen Apertur ist aber eine synthetische Fokussierung in größere Bauteiltiefen nicht möglich, weshalb in der Regel Linienarrays mit wesentlich höherer Elementanzahl, beispielsweise mit 64 Elementen verwendet werden, so dass ein entspre¬ chendes Matrixarray 64x64 Ultraschallwandler enthalten würde. Matrixarrays mit einer derart hohen Anzahl von Ultraschall¬ wandlern sind jedoch im Hinblick auf die Vielzahl der notwendigen Ultraschallkanäle und der mit der Verkabelung und Ver¬ drahtung einhergehenden Probleme unpraktikabel. Anstelle der Verwendung solcher Phased Arrays ist es bei¬ spielsweise aus Engl, G., Kröning, M., Reddy, K., Schreiber, J. : „NDT and its value for structural safety", 2010
Proceedings International Scientific Conference "Optical Techniques and Nanotools for Material and Life Sciences"
(ONT4MLS-2010) , June 2010 Minsk, Belarus, bekannt, sogenannte verdünnte Lineararrays oder Matrixarrays einzusetzen, die das Abtasttheorem verletzen und als Migrationsarrays oder Sampling Phased Array bezeichnet werden. Bei einem solchen Migrations- array werden die Ultraschallwandler einzeln nacheinander angesteuert. Die im Werkstück erzeugten Echosignale werden von allen Ultraschallwandlern empfangen und es wird aus den empfangenen Echosignalen ein zwei- oder dreidimensionales Ultra¬ schallbild rekonstruiert. Da die Ultraschallwandler nicht gleichzeitig phasenverschoben zueinander angesteuert werden, um einen Schallstrahl in eine bestimmte Einschallrichtung zu erzeugen, kann die Elektronik zur Phasensteuerung entfallen. Auf diese Weise ist es möglich Matrixarrays aufzubauen, mit denen es möglich ist mit einer praktikablen Anzahl von Ultra- schallwandlern eine prüftechnisch sinnvolle Größe der Apertur zu erzielen. Bekannte Migrationsarrays mit einer größeren Apertur können allerdings nur auf ebenen Flächen eingesetzt werden . Um Werkstücke mit gekrümmten Oberflächen in Kontakttechnik prüfen zu können, muss der Prüfkopf an die Kontur angepasst werden, da ein Spalt zwischen Sende- und Empfangsfläche (Prüf¬ kopfsohle) und Oberfläche des Werkstückes in der Regel die halbe Wellenlänge des verwendeten Ultraschalls nicht über- schreiten darf. Da das Piezomaterial für die üblichen technischen Frequenzen aus steifer Keramik besteht, sind selbst Piezokomposite nur bedingt biegbar. Das Biegen erhöht zudem das Risiko von späteren Ablösungen und Rissbildungen, die den Prüfköpf unbrauchbar machen würden.
Eine weitere Möglichkeit ist das Anbringen eines an die Ober- flächenkontur des Werkstückes angepassten, beispielsweise aus PMMA bestehenden Vorlaufkörpers . Durch die unterschiedlichen Laufwege des Ultraschalls im Vorlaufkörper kann aber die Re¬ konstruktion des Ultraschallbildes auf der Grundlage der vor¬ stehend genannten Migrationstechnik beispielsweise durch eine vom Vorlaufkörper verursachte Fokussierung oder Defokussierung sowie Echosignale von der Grenzfläche Vorlaufkörper/Werkstück erheblich erschwert sein. Häufig, z.B. bei Bohrlochprüfungen, ist eine solche Lösung schon aus Geometriegründen nicht möglich. Ähnliches gilt auch bei der Verwendung von Flüssigkeits- vorlaufstrecken. Alle genannten Möglichkeiten werden zunehmend problematischer in ihrer Anwendung, wenn die Gruppenapertur durch Verdünnung ausgedehnt wird.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen
Prüfkopf zum Prüfen eines Werkstückes mit einer eine Mehrzahl von Ultraschallwandlern enthaltenden
Ultraschallwandleranordnung anzugeben, der mit großer Apertur angepasst an die Oberflächenkontur des Werkstückes fertigungs¬ technisch einfach herstellbar ist. Außerdem liegt der Erfin- dung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Prüfkopfes anzugeben.
Die erstgenannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit einem Prüfköpf mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Gemäß diesen Merkmalen enthält der Prüfkopf eine
Ultraschallwandleranordnung mit einer Mehrzahl von Ultraschallwandlern und umfasst einen an die Oberflächenkontur des Werkstückes angepassten Träger, auf dem ein Dämpfungskörper angeordnet ist. Auf dem Dämpfungskörper ist eine flexible Leiterfolienanordnung mit einer der Anzahl der Ultraschallwandler entsprechenden Anzahl von elektrisch getrennten Lei- terbahnen angeordnet, auf der die Ultraschallwandler in zumindest einer Reihe nebeneinander angeordnet und jeweils mit einer der Leiterbahnen elektrisch kontaktiert sind.
Durch diese Maßnahme ist es möglich, einen Prüfkopf mit großer Apertur auch für Werkstücke mit gekrümmter Oberflächenkontur bereitzustellen.
Die zweitgenannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 9 oder 10, gemäß denen mit elektrisch voneinander getrennten Leiterbahnen einer Leiterfolienanordnung eine Anzahl der Leiterbahnen entsprechende Mehrzahl von Ultraschallwandlern kontaktiert wird. Anschließend wird auf die den Ultraschallwandlern abge¬ wandte Rückseite der Leiterfolie ein Dämpfungskörper aufge- bracht, der zumindest während einer Verarbeitungszeit flexibel ist, oder es wird die mit den Ultraschallwandlern bestückte Leiterfolie auf einen vorgeformten Dämpfungskörper aufgebracht, der ebenfalls zumindest während einer Verarbeitungs¬ zeit flexibel ist. Die auf diese Weise mit den Ultraschall- wandlern und dem Dämpfungskörper versehene Leiterfolienanord¬ nung wird anschließend auf einen einer Oberflächenkontur eines zu prüfenden Werkstückes angepassten Träger aufgebracht.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Prüfkopfes bzw. des Verfahrens sind in den Patentansprüchen 1, 9 und 10 jeweils nachgeordneten Unteransprüchen angegeben. Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die in den Figuren wiedergegebenen Ausführungsbeispiele verwiesen. Es zeigen :
Fig. 1 eine mit einer matrixförmigen Anordnung von Ultraschallwandlern bestückte Leiterfolienanordnung gemäß der Erfindung in einer Draufsicht,
Fig. 2 die mit den Ultraschallwandlern bestückte Leiterfolie anordnung ergänzt um eine über den Ultraschallwandlern angeordnete Erdungsfolie in einem Teilschnitt,
Fig. 3 einen nur einen Ultraschallwandler enthaltenden Ausschnitt einer auf einen vorgefertigten Dämpfungskörper aufgebrachten bestückten Leiterfolienanordnung,
Fig. 4 ein ebenfalls nur ein Ultraschallwandler enthaltender Ausschnitt bestückten Leiterfolienanordnung, bei der die Leiterfolienanordnung neben den Ultraschallwandlern mit einer Einfaltung versehen ist,
Fig. 5 einen für die Prüfung eines Bohrlochs geeigneten
Prüfkopf in einer schematischen perspektivischen Darstellung,
Fig. 6 den Prüfkopf gemäß Fig. 3 in einem Querschnitt,
Fig. 7 einen besonders geeigneten, aus einem Piezostapel auf¬ gebauten Ultraschallwandler in einem Prinzipbild.
Gemäß Fig. 1 ist als Ausgangsprodukt für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Prüfkopfes eine flexible Leiterfolienanord¬ nung 1 mit einer Mehrzahl elektrisch voneinander isolierter Leiterbahnen 4 vorgesehen, auf die eine Mehrzahl von Ultraschallwandlern 6 aufgelötet oder mit einem elektrisch leitfähigen Klebstoff aufgeklebt sind, wobei jeder Ultraschallwand¬ ler 6 elektrisch mit jeweils einer Leiterbahn 4 kontaktiert ist. Auf diese Weise wird eine Ultraschallwandleranordnung gebildet, die eine Mehrzahl von Ultraschallwandlern 6 umfasst.
Die elektrisch voneinander getrennten Leiterbahnen 4 können dabei entweder auf der Flachseite der Leiterfolie 2 angeordnet sein, auf der sich die Ultraschallwandler 6 befinden. Alternativ hierzu können sich die Leiterbahnen 4 auch auf der gegenüberliegenden Unterseite der Leiterfolienanordnung 1 befinden und jeweils über Durchkontaktierungen mit an die Abmessung der Ultraschallwandler 6 angepassten flächenhaften
Anschlussstrukuren versehen sein.
Dementsprechend können die Ultraschallwandler 6 unabhängig voneinander angesteuert werden, so dass die Ultraschallwandler 6 einzeln Ultraschallsignale senden und die von den Ultra¬ schallwandlern 6 empfangenen Ultraschallsignale unabhängig voneinander verarbeitet werden können. Im dargestellten Beispiel ist die Leiterfolienanordnung 1 durch eine zusammenhängende, einstückige Leiterfolie 2 gebildet. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, beispielsweise für jede Reihe separate Leiterfolien zu verwenden.
Die Ultraschallwandler 4 sind voneinander durch Zwischenräume 8 getrennt, so dass mit einer reduzierten Anzahl von Ultraschallwandlern 4 entweder ein in eine Längsrichtung ausgedehnter Prüfkopf mit einem linearen Wandlerarray (lineare
Ultraschallwandleranordnung) , bei dem die Ultraschallwandler 6 in einer einzigen Reihe nebeneinander angeordnet sind, oder ein großflächiger Prüfkopf mit einem matrixförmigen Wandlerarray (matrixförmige Ultraschallwandleranordnung) , bei dem die Ultraschallwandler 6 in einer Mehrzahl von Reihen nebeneinander angeordnet sind, bereitgestellt werden kann.
Im Schnittbild der Fig. 2 ist in einem Schnitt ein Zwischenprodukt für die Herstellung des erfindungsgemäßen Prüfkopfes dargestellt, bei dem die Zwischenräume 8 mit einem
Absorbermaterial 10 aufgefüllt sind. Hierzu werden die Zwi- schenräume 8 beispielsweise mit einem Epoxidharz oder mit einem dauerelastischen Material vergossen. Zum Schutz der von der Leiterfolie 2 abgewandten Kontaktflächen der Ultraschallwandler 6 sind auf diese vor dem Vergießen mit Epoxidharz oder mit einem dauerelastischen Material selbstklebende Schutzfoli- en aufgebracht, die nach dem Vergießen abgelöst werden können.
Die Ultraschallwandler 6 sind außerdem mit einer zusammenhängenden Erdungsfolie 12 abgedeckt. Die vorzugsweise λ/4-dicke Erdungsfolie 12 kann auch vor dem Einbringen bzw. Eingießen des Absorbermaterials 10 aufgebracht werden. In diesem Fall ist ein separater Schutz der Kontaktflächen nicht mehr erforderlich. Ein vorheriges Aufbringen der Erdungsfolie 12 ist insofern auch deshalb von Vorteil, weil diese ganzflächig mit Lot versehen werden kann, das außerdem auch hochschmelzend sein kann. Bei nachträglichem Aufbringen der Erdungsfolie 12 muss die Verlötung entweder mit niedrigschmelzendem Lot erfolgen oder es muss die Kontaktierung mit einem leitfähigen Klebstoff durchgeführt werden. Auf die Rückseite der Leiterfolie 2 ist ein Dämpfungskörper 14 aufgebracht, der zumindest während einer bis zum Aufbringen des aus dem Dämpfungskörper 14 und der mit Ultraschallwandlern 6 bestückten Leiterfolie 2 bestehenden Zwischenproduktes auf einen in Fig. 2 schematisch angedeuteten gekrümmten Träger 16 benötigten Verarbeitungszeit ebenfalls elastisch ist. Der Dämpfungskörper 14 kann entweder als Schicht auf die Rückseite der Leiterfolie 2 aufgebracht werden oder alternativ gemäß Fig. 3 vorgefertigt sein, auf den dann die Leiterfolie 2 vor oder nach ihrem Bestücken mit den Ultraschallwandlern 6 aufgeklebt wird. Die letztgenannte Vorgehensweise hat den Vorteil, dass in den Dämpfungskörper 14 in den Bereichen, in denen die quaderförmigen Ultraschallwandler 6 auf ihm aufliegen, ebenfalls plane Auflageflächen 15 eingearbeitet werden können, so dass beim Fixieren des Zwischenproduktes auf dem gekrümmten Träger 16 eine Zugbeanspruchung der Verbindung zwischen Ultraschallwandler 6 und Leiterfolie 2 an den durch Krümmung des Trägers 16 nicht in einer gemeinsamen Ebene liegenden Kanten des Ultraschallwandlers 6 und das Entstehen von Spalten durch Ablösen des Ultraschallwandlers 6 an diesen Kanten vermieden sind.
Alternativ hierzu kann der Dämpfungskörper 14 auch durch Eingießen in eine Halterung hergestellt werden, die die mit den Ultraschallwandlern 6 bestückte Leiterfolie 2 aufnimmt. Um in diesem Fall eine flächige Anbindung der Ultraschallwandler 6 an den Träger 16 sicherzustellen, ist die Leiterfolie 2 der
Leiterfolie 2 zwischen den Ultraschallwandlern 6 gemäß Fig. 4 mit einer Einfaltung 17 versehen.
Absorbermaterial 10 und Erdungsfolie 12 können dabei vor oder nach dem Aufbringen der mit dem Dämpfungskörper 14 versehenen und mit Ultraschallwandlern 6 bestückten Leiterfolie 2 auf den Träger 16 ein - bzw. aufgebracht werden. Gemäß Fig. 5 ist das in Fig. 2 dargestellte Zwischenprodukt auf einen an die Oberflächenkontur oder Form eines zu prüfenden Werkstückes 18 angepassten Träger 16 aufgebracht. Im dar- gestellten Beispiel ist der Träger 16 zylindrisch, so dass er in das Innere eines Rohres oder eines mit einer Bohrung verse¬ henen Werkstückes 18 eingebracht werden kann. Der auf diese Weise gebildete, an die Innenoberfläche des Rohres oder der Bohrung - im vorliegenden Fall die Innenwand des Rohres oder der Bohrung - angepasste zylindrische Prüfkopf 20 ist an sei¬ nen einander gegenüberliegenden Enden mit ringförmigen Dichtlippen 22 versehen, die im eingeführten Zustand einen definierten Koppelspalt zwischen den Sendeflächen der Ultraschallwandler 6 und der Innenwand des Rohres bzw. der Bohrung be- reitstellen, der mit einem Koppelfluid, beispielsweise ein Öl, gefüllt werden kann. Im Beispiel der Figur ist zusätzlich zu den matrixförmig angeordneten Ultraschallwandlern 6 ein ringförmiger Ultraschallwandler 24 angeordnet. Mit den Bezugszeichen 26 ist eine Buchse oder Stecker zum Anschließen von in der Figur nicht dargestellten Signalkabeln angedeutet.
Fig. 6 zeigt den Prüfkopf in einem Querschnitt, in dem Leiterfolie 2 und Erdungsfolie 12 nur grob schematisch wiedergegeben sind. Deutlich ist zu erkennen, dass die mit den Ultraschall- wandlern 6 bestückte Leiterfolie 2 mit dem Dämpfungskörper 14 auf dem zylindrischen Träger 16 angeordnet ist. Die zwischen den Ultraschallwandlern 6 befindlichen Zwischenräume 8 sind mit dem Absorbermaterial 10 aufgefüllt und gemeinsam mit den Ultraschallwandlern 6 mit einer Erdungsfolie 12 abgedeckt.
In Fig. 5 und 6 ist ein Prüfkopf dargestellt, mit dem der gesamte Umfang der Innenwand des Rohres 18 in einer einzigen axialen Prüffahrt geprüft werden kann. Alternativ hierzu kann ein Prüfkopf auch eine mit Ultraschallwandlern versehene Lei¬ terfolie enthalten, mit der nur ein Segment der Innenwand, beispielsweise 120°, erfasst werden kann, so dass mehrere axiale Prüffahrten erforderlich sind.
Wenn die Apertur der Ultraschallwandler 6 aufgrund der prüfphysikalischen Bedingungen so klein zu wählen ist, dass wegen der geringen Kapazität im Sende- und Empfangskreis eine effek¬ tive Signalanregung bzw. Signalempfang nicht möglich ist, können als Ultraschallwandler auch sogenannte Piezostapel verwendet werden. Ein solcher Piezostapel ist im Ausführungs¬ beispiel gemäß Fig. 7 näher veranschaulicht. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Ultraschallwandler 6 aus einer Mehrzahl von stapeiförmig aufeinander angeordneten
Piezoelementen 60 aufgebaut. Der auf diese Weise gebildete Piezostapel ist zwischen der Leiterfolie 2 und der Erdungsfo¬ lie 12 angeordnet. Die Piezoelemente 60 weisen eine durch Pfeile 62 veranschaulichte Polarisierung mit zwischen benachbarten Piezoelementen 60 alternierender Orientierung auf.
Zwischen benachbarten Piezoelementen 60 befindet sich eine Elektrode 64, wobei jeweils einander benachbarte Elektroden 64 an unterschiedliche Pole einer Spannungsquelle 66 angeschlos¬ sen sind. Auf diese Weise sind die Piezoelemente 60 parallel geschaltet und die Polarität der Spannung, mit der im
Piezostapel aufeinanderfolgende Piezoelemente 60 angeregt werden, alterniert. Da die Polarisierung ebenfalls alterniert, schwingen alle simultan angeregten Piezoelemente 60 im
Piezostapel gleichphasig, so dass die Amplitude der vom
Piezostapel emittierten Ultraschallpulse mit wachsender Anzahl der Piezoelemente zunimmt, und auch mit kleinen Sen- de/Empfangsflachen des Ultraschallwandlers hohe und kurze Ultraschallpulse erzeugt werden können.
Da alle Piezoelemente simultan von derselben Spannungsquelle 66 angesteuert werden, ist die Verschaltung im Piezostapel vereinfacht. Durch die gegenüber einem aus einem einzigen Piezokörper aufgebauten Ultraschallwandler, der dieselben Abmessungen wie der Piezostapel aufweist, geringere Dicke und damit höhere Kapazität der einzelnen Piezoelemente 60 sowie zusätzlich durch deren Parallelschaltung ist die elektrische Impedanz des Ultraschallwandlers 6 deutlich verringert. Da die elektrische Impedanz eines Ultraschallwandlers proportional zur Sende/Empfangsfläche ist, kann diese bei kleinen Ultra¬ schallwandlern, wie sie im Prüfkopf gemäß der Erfindung benötigt werden, Werte annehmen, die deutlich größer sind als die üblicherweise bei Ultraschallwandlern verwendete und an die Impedanz der verwendeten Zuleitungen angepasste Eingangsimpedanz von 50 Ohm. Durch die Verwendung von Piezostapeln und die damit einhergehende Vergrößerung der Kapazität, können die Impedanz des Ultraschallwandlers und dementsprechend auch die Anpassverluste bei der Signalübertragung verringert werden.

Claims

Ansprüche
1. Prüfkopf (20) zum Prüfen eines Werkstückes (18) mit einer Ultraschallwandleranordnung mit einer Mehrzahl von Ultraschallwandlern (6), umfassend:
- Einen an eine Oberflächenkontur des Werkstückes (18) ange- passten Träger (16),
- einen auf dem Träger (16) angeordneten Dämpfungskörper (14), und
- eine auf dem Dämpfungskörper (14) angeordnete flexible Lei¬ terfolienanordnung (1) mit einer der Anzahl der
Wandlerelemente (6) entsprechenden Anzahl von elektrisch getrennten Leiterbahnen (4), auf der die Ultraschallwandler (6) in zumindest einer Reihe nebeneinander angeordnet sind, und jeweils mit einer der Leiterbahnen (4) elektrisch kontaktiert sind .
2. Prüfkopf nach Anspruch 1, bei der auf die Ultraschallwand- 1er (6) auf ihrer dem Träger (16) abgewandten Seite eine zusammenhängende Erdungsfolie (12) angeordnet ist.
3. Prüfköpf nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Ultraschall¬ wandler (6) voneinander durch Zwischenräume (8) beabstandet angeordnet sind, die mit einem Absorbermaterial (10) aufge¬ füllt sind.
4. Prüfköpf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die flexible Leiterfolienanordnung (1) aus einer zusammenhän- genden Leiterfolie (2) besteht.
5. Prüfköpf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Ultraschallwandler (6) in einer Mehrzahl von Reihen nebeneinander angeordnet sind.
6. Prüfköpf nach einem der vorhergehenden Merkmale, bei dem der Ultraschallwandler (6) aus mehreren stapeiförmig aufeinander angeordneten Piezoelementen (60) aufgebaut ist, zwischen denen jeweils eine Elektrode (64) angeordnet ist.
7. Prüfköpf nach Anspruch 6, bei dem die Piezoelemente (60) parallel geschaltet sind.
8. Prüfkopf nach Anspruch 7, bei dem die Polarisierung der Piezoelemente (60) alterniert, so dass jeweils benachbarte Piezoelemente (60) einander entgegengesetzte Polarisierung aufweisen .
9. Verfahren zum Herstellen eines Prüfkopfes (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit folgenden Merkmalen:
- Mit elektrisch voneinander getrennten Leiterbahnen (4) einer Leiterfolienanordnung (1) werden eine der Anzahl der Leiterbahnen (4) entsprechende Mehrzahl von Ultraschallwandlern (6) kontaktiert,
- auf die den Ultraschallwandlern (6) abgewandte Rückseite der Leiterfolienanordnung (1) wird ein Dämpfungskörper (14) aufgebracht, der zumindest während einer Verarbeitungszeit flexibel ist, und
- die mit den Ultraschallwandlern (6) und dem Dämpfungskörper (14) versehene Leiterfolienanordnung (1) wird auf einen einer Oberflächenkontur eines zu prüfenden Werkstückes (18) ange- passten Träger (16) aufgebracht.
10. Verfahren zum Herstellen eines Prüfkopfes nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit folgenden Merkmalen:
- Mit elektrisch voneinander getrennten Leiterbahnen (4) einer Leiterfolienanordnung (1) werden eine der Anzahl der Leiter- bahnen (4) entsprechende Mehrzahl von Ultraschallwandlern (6) kontaktiert,
- die mit den Ultraschallwandlern (6) bestückte Leiterfolienanordnung (1) wird auf einen vorgeformten Dämpfungskörper (14) aufgebracht, der zumindest während einer Verarbeitungszeit flexibel ist, und
- die mit den Ultraschallwandlern (6) und dem Dämpfungskörper (14) versehene Leiterfolienanordnung (1) wird auf einen einer Oberflächenkontur eines zu prüfenden Werkstückes (18) ange- passten Träger (16) aufgebracht.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem vor oder nach dem Aufbringen der mit den Ultraschallwandlern (6) und dem Dämpfungskörper (14) versehenen Leiterfolienanordnung (1) auf den Träger (16) auf die dem Träger (16) abgewandten Seite der Ultraschallwandler (6) eine zusammenhängende Erdungsfolie (12) aufgebracht wird.
12. Verfahren nach Anspruch 9, 10 oder 11, bei dem die Ultraschallwandler (6) voneinander durch Zwischenräume (8) beabs- fandet auf der Leiterfolienordnung (1) angeordnet werden, und die Zwischenräume (8) mit einem Absorbermaterial (10) aufge¬ füllt werden.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104781662A (zh) * 2012-11-19 2015-07-15 通用电气公司 二维tr探头阵列

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6191871B2 (ja) * 2014-01-09 2017-09-06 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 流量計測装置
WO2015119595A1 (en) * 2014-02-04 2015-08-13 Donald Kyle Passive attenuation of noise for acoustic telemetry
HUE039831T2 (hu) * 2014-03-27 2019-02-28 Lucchini Rs Spa Kerékkészletek tengelye és megfelelõ eljárás ultrahangos vizsgálatához
US10295506B2 (en) * 2014-05-23 2019-05-21 Utcomp Inc. Ultrasound transducer with reduced aperture delay line
DE102015202393A1 (de) 2015-02-11 2016-08-11 Robert Bosch Gmbh Schallwandler umfassend eine Vielzahl von Einzelwandlern und Verfahren zu dessen Herstellung
JP6543109B2 (ja) * 2015-06-30 2019-07-10 株式会社日立パワーソリューションズ 超音波探触子および超音波検査装置
JP2017167107A (ja) * 2016-03-18 2017-09-21 三菱日立パワーシステムズ株式会社 超音波探傷センサ、及び超音波探傷方法
US11712221B2 (en) 2016-06-20 2023-08-01 Bfly Operations, Inc. Universal ultrasound device and related apparatus and methods
US10856840B2 (en) 2016-06-20 2020-12-08 Butterfly Network, Inc. Universal ultrasound device and related apparatus and methods
US20180070917A1 (en) * 2016-09-13 2018-03-15 Butterfly Network, Inc. Ingestible ultrasound device, system and imaging method
CN114062500B (zh) * 2021-11-18 2023-09-19 中国航空制造技术研究院 复合材料工字梁的超声检测系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5792058A (en) * 1993-09-07 1998-08-11 Acuson Corporation Broadband phased array transducer with wide bandwidth, high sensitivity and reduced cross-talk and method for manufacture thereof
EP1145772A2 (de) * 2000-04-13 2001-10-17 intelligeNDT Systems & Services GmbH & Co. KG Ultraschallwandler und Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallwandlers
US20060103265A1 (en) * 2004-11-12 2006-05-18 Fuji Photo Film Co., Ltd. Ultrasonic transducer array and method of manufacturing the same

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2502685B2 (ja) * 1988-06-15 1996-05-29 松下電器産業株式会社 超音波探触子の製造方法
DE3834248A1 (de) * 1988-10-05 1990-04-12 Mannesmann Ag Elektrodynamischer wandlerkopf
US5744898A (en) * 1992-05-14 1998-04-28 Duke University Ultrasound transducer array with transmitter/receiver integrated circuitry
WO1997021985A1 (en) * 1995-12-13 1997-06-19 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Ultrasonic flowmeter and ultrasonic generator/detector
US20030173870A1 (en) * 2002-03-12 2003-09-18 Shuh-Yueh Simon Hsu Piezoelectric ultrasound transducer assembly having internal electrodes for bandwidth enhancement and mode suppression
EP1616525A3 (de) * 2002-07-19 2006-02-01 Aloka Co., Ltd. Ultraschallsonde
US7053530B2 (en) * 2002-11-22 2006-05-30 General Electric Company Method for making electrical connection to ultrasonic transducer through acoustic backing material
US20050039323A1 (en) * 2003-08-22 2005-02-24 Simens Medical Solutions Usa, Inc. Transducers with electically conductive matching layers and methods of manufacture
DE102004022838A1 (de) * 2004-05-08 2005-12-01 Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh Ultraschallwandler sowie Verfahren zur Herstellung desselben
US7821180B2 (en) * 2005-08-05 2010-10-26 Koninklijke Philips Electronics N.V. Curved two-dimensional array transducer

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5792058A (en) * 1993-09-07 1998-08-11 Acuson Corporation Broadband phased array transducer with wide bandwidth, high sensitivity and reduced cross-talk and method for manufacture thereof
EP1145772A2 (de) * 2000-04-13 2001-10-17 intelligeNDT Systems & Services GmbH & Co. KG Ultraschallwandler und Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallwandlers
US20060103265A1 (en) * 2004-11-12 2006-05-18 Fuji Photo Film Co., Ltd. Ultrasonic transducer array and method of manufacturing the same

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ENGL, G.; KRÖNING, M.; REDDY, K.; SCHREIBER, J.: "NDT and its value for structural safety", PROCEEDINGS INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE ''OPTICAL TECHNIQUES AND NANOTOOLS FOR MATERIAL AND LIFE SCIENCES, June 2010 (2010-06-01)
See also references of EP2680984A1

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104781662A (zh) * 2012-11-19 2015-07-15 通用电气公司 二维tr探头阵列

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